KR100533414B1 - Nitric acid surface treatment of activated carbon filter felt and cloth and method thereof - Google Patents
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Abstract
이 발명은 활성탄소섬유를 질산을 이용하여 표면처리하여 표면에 발달된 미세공들의 크기를 더욱 확대하고 작용기의 함량을 늘려줌으로써 분자량이 큰 물질들과 극성물질들의 흡착에 효과적일 뿐만아니라 특수한 성질을 가진 물질들의 선택적 흡착도 가능한, 활성탄소섬유의 질산 표면처리장치 및 표면처리방법에 관한 것으로서,The present invention is effective in adsorption of high molecular weight materials and polar materials by increasing the size of micropores developed on the surface and increasing the content of functional groups by treating activated carbon fibers with nitric acid. The present invention relates to a nitric acid surface treatment apparatus and surface treatment method of activated carbon fibers, which can also selectively adsorb the substances having
항온조의 내부에 설치되어 있으며 일측에 질산을 주입하기 위한 질산주입구가 형성되어 있는 증발기와, 상기한 증발기의 상부에 설치되어 있으며 활성탄소섬유가 담겨진 활성탄소섬유 그릇을 수납할 수 있는 선반과, 상기한 선반에 연결되어 있는 배기관과, 상기한 배기관의 중간에 설치되어 질산을 흡수하기 위한 질산흡수조를 포함하여 이루어진다.An evaporator installed inside the thermostat and having a nitric acid inlet for injecting nitric acid on one side thereof, a shelf configured to store an activated carbon fiber bowl containing activated carbon fibers on the upper part of the evaporator, and It includes an exhaust pipe connected to one shelf and the nitric acid absorption tank is installed in the middle of the exhaust pipe for absorbing nitric acid.
Description
이 발명은 활성탄소섬유 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 활성탄소섬유를 질산을 이용하여 표면처리하여 표면에 발달된 미세공들의 크기를 더욱 확대하고 작용기의 함량을 늘려줌으로써 분자량이 큰 물질들과 극성물질들의 흡착에 효과적일 뿐만아니라 특수한 성질을 가진 물질들의 선택적 흡착도 가능한, 활성탄소섬유의 질산 표면처리장치 및 표면처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of activated carbon fibers. More specifically, the surface of activated carbon fibers is treated with nitric acid to further increase the size of micropores developed on the surface and increase the content of functional groups. The present invention relates to a nitric acid surface treatment apparatus and a surface treatment method of activated carbon fibers, which are effective in adsorption of polar substances and also capable of selective adsorption of substances having special properties.
탄소섬유는 유기섬유를 고온에서 산화 및 탄화처리한 평균직경 10㎛의 극히 가늘은 검정색 섬유로서, 열경화성 수지, 세라믹, 금속 등과 함께 성형하여 경량ㆍ고온 복합재로 응용되며, 원료의 처리와 성형조건에 따라 그 물성과 특성을 자유자재로 변화시킬 수 있어서 21세기의 항공기ㆍ우주선 등 특수 구조물 재료로 많이 쓰이게 될 전망이다. Carbon fiber is an extremely thin black fiber with an average diameter of 10 µm obtained by oxidizing and carbonizing organic fibers at high temperature. The carbon fiber is molded together with thermosetting resins, ceramics, and metals to be applied as a lightweight and high temperature composite material. Therefore, its physical properties and properties can be changed freely, so it is expected to be used as a special structural material such as aircraft and spacecraft in the 21st century.
최근에는 이러한 탄소섬유를 탄산가스나 수증기로 활성화하여 표면에 20Å이하의 무수한 미세공을 발달시켜서 비표면적을 1500-2000m2/g로 확대한 활성탄소섬유가 제조되었고, 이들이 여러 가지 기상, 액상 오염물의 물리적 흡착 및 제거 능력에서 활성탄보다 우수함이 보고되고 있다.Recently, activated carbon fibers with carbon dioxide gas or water vapor developed numerous micropores of less than 20Å on the surface, and the activated carbon fibers with a specific surface area of 1500-2000m 2 / g have been produced. It has been reported to be superior to activated carbon in its physical adsorption and removal capacity.
그러나, 종래의 활성탄소섬유는, 발달된 미세공이 분자량이 큰 물질이나 극성을 가진 물질을 흡착하는데에 한계가 있는 문제점이 있다. However, the conventional activated carbon fiber has a problem in that the developed micropores have a limitation in adsorbing a substance having a large molecular weight or a substance having a polarity.
이와 같은 활성탄소섬유의 한계점으로 인하여, 현재 여러 가지 화학약품으로 입상 활성탄의 표면구조나 특성을 변화시키고자 하는 노력이 시도되고 있다.Due to such limitations of activated carbon fibers, efforts have been made to change the surface structure or properties of granular activated carbon with various chemicals.
이와 같이 활성탄에 대한 연구가 시도되고 있는데 반하여, 활성탄소섬유를 약품처리하여 미세공의 크기를 확대시키는 기술은 아직까지 제시된 바 없다.As such, research on activated carbon has been attempted, but a technique for expanding the size of micropores by chemically treating activated carbon fibers has not been proposed until now.
이것은 활성탄소섬유가 근래에 개발된 제품이고, 활성탄보다 탄소의 구조적 배열이 훨씬 균일하여 결정화도가 커서 내열성 및 내약품성이 우수하여 이미 발달된 미세공들의 크기를 자유자재로 조절하는 일이 쉽지 않기 때문이다. This is because activated carbon fiber is a product developed in recent years, and the structural arrangement of carbon is much more uniform than that of activated carbon, which has a high degree of crystallinity and excellent heat resistance and chemical resistance, making it difficult to freely control the size of micro holes that have been developed. to be.
이 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 활성탄소섬유를 질산을 이용하여 표면처리하여 표면에 발달된 미세공들의 크기를 더욱 확대하고 작용기의 함량을 늘려줌으로써 분자량이 큰 물질들과 극성물질들의 흡착에 효과적일 뿐만아니라 특수한 성질을 가진 물질들의 선택적 흡착도 가능한, 활성탄소섬유의 질산 표면처리장치 및 표면처리방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve such a conventional problem, the surface treatment of activated carbon fiber using nitric acid to further increase the size of the micropores developed on the surface and to increase the content of functional groups of large molecular weight materials It is an object of the present invention to provide a nitric acid surface treatment apparatus and surface treatment method for activated carbon fibers that are effective in adsorption of hyperpolar substances and also capable of selective adsorption of substances having special properties.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 치의 구성은, 항온조의 내부에 설치되어 있으며 일측에 질산을 주입하기 위한 질산주입구가 형성되어 있는 증발기와, 상기한 증발기의 상부에 설치되어 있으며 활성탄소섬유가 담겨진 활성탄소섬유 그릇을 수납할 수 있는 선반과, 상기한 선반에 연결되어 있는 배기관과, 상기한 배기관의 중간에 설치되어 질산을 흡수하기 위한 질산흡수조를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above object, the configuration of the device of the present invention, the configuration of the teeth, the evaporator is provided in the inside of the thermostat and the nitric acid inlet for injecting nitric acid on one side, the upper portion of the evaporator And a shelf for storing activated carbon fiber bowls containing activated carbon fibers, an exhaust pipe connected to the shelf, and a nitric acid absorption tank installed in the middle of the exhaust pipe to absorb nitric acid. .
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 질소를 공급하기 위한 질소봄베와, 상기한 질소의 유량을 조절하기 위한 유량계와, 상기한 질소를 예열하기 위한 질소예열관과, 상기한 질소를 선반으로 공급하기 위한 질소분배기를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다. As a means for achieving the above object, the configuration of the apparatus of the present invention includes a nitrogen cylinder for supplying nitrogen, a flow meter for adjusting the flow rate of the nitrogen, a nitrogen preheating tube for preheating the nitrogen, It is preferable to further include a nitrogen distributor for supplying the nitrogen to the shelf.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 활성탄소섬유를 진한질산이 담겨져 있는 증발기의 상부에 설치되어 있는 선반에 수납하는 단계와, 온도가 조절되는 항온조를 이용하여 증발기를 끓임으로써 증발기로부터 질산 증기가 발생되도록 하는 단계와, 상기한 질산 증기가 선반의 내부를 통과되도록 함으로써 활성탄소섬유 부직포나 직포의 미세공 입구에 있는 탄소를 산화시켜 미세공의 평균 크기를 확대시키는 단계와, 활성점에 있는 탄소에 화학작용기를 부여하여 표면작용기(표면산도)의 함량을 증대시키는 단계와, 활성탄소섬유를 통과한 질산 증기를 질산흡수조를 통과하여 대기중으로 배출하는 단계를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above object, the configuration of the method of the present invention comprises the steps of storing the activated carbon fibers in a shelf installed on the upper part of the evaporator containing concentrated nitric acid, and using a thermostat controlled temperature evaporator. Nitrate vapor is generated from the evaporator by boiling, and the nitrate vapor is passed through the inside of the shelf to oxidize the carbon at the inlet of the activated carbon fiber nonwoven or woven fabric to enlarge the average size of the fine pores. And increasing the content of the surface functional group (surface acidity) by imparting a chemical functional group to the carbon at the active site, and releasing the nitrate vapor passing through the activated carbon fiber into the atmosphere through the nitric acid absorption tank. Is done.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 질산 증기의 통과가 골고루 진행되도록 예열된 질소를 질소분배기를 통해서 불어넣어 주는 단계를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.As a means for achieving the above object, the configuration of the method of the present invention is preferred if it further comprises the step of blowing the preheated nitrogen through the nitrogen distributor so that the passage of nitric acid flows evenly.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily carry out the present invention. . Other objects, features, and operational advantages, including the object, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiment.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.For reference, the embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred embodiment in order to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment Rather, various changes, additions, and changes are possible within the scope without departing from the spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments.
이 발명의 일실시예에 따른 활성탄소섬유 부직포의 질산 표면처리장치의 구성은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 항온조(12)의 내부에 설치되어 있으며 일측에 질산을 주입하기 위한 질산주입구(4)가 형성되어 있는 증발기(7)와, 상기한 증발기(7)에 와, 상기한 증발기(7)의 상부에 설치되어 있으며 활성탄소섬유 그릇(1)을 수납할 수 있는 선반(8)과, 질소를 공급하기 위한 질소봄베(2)와, 상기한 질소의 유량을 조절하기 위한 유량계(3)와, 상기한 질소를 예열하기 위한 질소예열관(5)과, 상기한 질소를 선반(8)으로 공급하기 위한 질소분배기(6)와, 상기한 선반(8)에 연결되어 있는 배기관(11)과, 상기한 배기관(11)의 중간에 설치되어 질산을 흡수하기 위한 질산흡수조(10)를 포함하여 이루어진다.The structure of the nitric acid surface treatment apparatus of the activated carbon fiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention is installed in the thermostat 12 as shown in FIG. 1, and a nitric acid inlet for injecting nitric acid to one side thereof ( 4) the evaporator (7), the evaporator (7), the shelf (8) which is installed on the upper part of the evaporator (7) and can hold the activated carbon fiber bowl (1); A nitrogen cylinder (2) for supplying nitrogen, a flow meter (3) for adjusting the flow rate of nitrogen, a nitrogen preheating tube (5) for preheating the nitrogen, and the nitrogen shelf (8). Nitrogen distributor (6) for supplying), an exhaust pipe (11) connected to the shelf (8), and a nitric acid absorption tank (10) installed in the middle of the exhaust pipe (11) to absorb nitric acid It is made, including.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 활성탄소섬유 부직포의 질산 표면처리장치 및 표면처리방법의 작용은 다음과 같다.By the above configuration, the action of the nitric acid surface treatment apparatus and surface treatment method of the activated carbon fiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention is as follows.
질산은 다른 산이나 알카리보다 고온에서의 탄소재료에 대한 산화력이 우수하며, 특히 질산증기에 의한 탄소표면의 산화개질이 전망되고 있다. Nitric acid is superior to other acids and alkalis in oxidizing power of carbon materials at high temperatures, and oxidative reform of the carbon surface is particularly expected due to nitrate vapors.
본 발명은 질산의 이러한 특성에 착안하여, 내열성 및 내약품성이 우수하여 이미 발달된 미세공들의 크기를 자유자재로 조절하는 일이 쉽지 않은 활성탄소섬유 부직포 및 직포를 끓는점에서의 질산증기 또는 다소 높은 온도의 질산용액을 이용하여 재활성화하여 표면에 발달된 미세공의 평균크기를 크게 확대하고 또한 표면작용기들을 많이 도입시켜서 수용액 특히 바닷물속의 유기/무기 물질들의 물리적 흡착능력을 향상시키고, 또한 이들을 흑연봉이나 탄소판에 직접 접촉시켜 전극을 만들어서 일정크기의 직류를 통하게 하여 전기적 흡착을 유도하도록 하는 응용기술을 제공하고자 한다. Focusing on this property of nitric acid, the present invention is excellent in heat resistance and chemical resistance, and it is not easy to freely control the size of the already developed micropores freely. By reactivating with nitric acid solution at temperature, the average size of micropores developed on the surface is greatly enlarged and the surface functional groups are introduced to improve the physical adsorption capacity of organic / inorganic materials in aqueous solution, especially seawater, Or to provide an application technology to induce electrical adsorption by direct contact with a carbon plate to make an electrode through a certain size of direct current.
상기한 질산처리는 최적질산의 농도, 처리온도와 처리시간 등을 설정하고, 수세, 건조, 표면특성의 분석 등으로 일정 수준의 특성치가 설정되어야 하는데, 구체적으로 본 발명은, 활성탄소섬유 부직포나 직포를 여러 가지 농도의 질산으로 여러 조건에서 표면처리하여 미세공의 평균 크기를 현재의 10-20Å에서 20-40Å으로 확대하고, 표면작용기(표면산도)의 함량을 1.0meq/g 이하에서 1.5-2.0meq/g 수준으로 증대시키는 방법을 제시하고, 이를 수용액(바닷물)내 유기 및 무기물질들의 전기적 흡착을 위한 전극을 만드는 등의 응용기술에 적용시키고자 한다. The nitric acid treatment is to set the concentration of the optimum nitric acid, the treatment temperature and the treatment time and the like, the characteristic value of a certain level should be set by water washing, drying, analysis of the surface properties, specifically, the present invention, activated carbon fiber nonwoven fabric The surface of the woven fabric was treated with various concentrations of nitric acid under various conditions to increase the average size of micropores from the current 10-20Å to 20-40Å, and the content of surface functional groups (surface acidity) of 1.5- at below 1.0 meq / g. A method of increasing the level to 2.0 meq / g will be presented, and it will be applied to application technology such as making an electrode for the electrical adsorption of organic and inorganic materials in aqueous solution (sea water).
먼저, 스테인레스스틸로 특별히 제작된 활성탄소섬유 그릇(1)에 페놀수지계 또는 레이욘계의 활성탄소섬유 부직포나 직포를 넣고서, 질산주입구(4)를 통해서 60wt%의 진한질산이 담겨져 있는 증발기(7)의 상부에 설치되어 있는 선반(8)에 수납한다.First, an activated carbon fiber bowl (1) made of stainless steel is placed in an activated carbon fiber nonwoven fabric or woven fabric of phenol resin or rayon, and an evaporator (7) containing 60 wt% of concentrated nitric acid through the nitric acid inlet (4). It is accommodated in the shelf 8 provided in the upper part of the.
다음에, 온도가 조절되는 항온조(12)를 이용하여 증발기(7)를 100℃로 끓임으로써 증발기(7)로부터 질산 증기가 발생되도록 하여, 이 질산 증기가 선반(8)의 내부를 통과되도록 함으로써 활성탄소섬유 그릇(1)에 담겨져 있는 활성탄소섬유 부직포나 직포의 미세공 입구에 있는 탄소를 산화시켜 미세공의 평균 크기를 10-20Å에서 20-40Å으로 확대하고, 활성점에 있는 탄소에 화학작용기를 부여하여 표면작용기(표면산도)의 함량을 1.0meq/g 이하에서 1.5-2.0meq/g 수준으로 증대시킨다. Next, the nitric acid vapor is generated from the evaporator 7 by boiling the evaporator 7 to 100 ° C. using the temperature controlled thermostat 12 so that the nitric acid vapor passes through the inside of the shelf 8. By oxidizing the carbon at the entrance of the micropore of the activated carbon fiber nonwoven fabric or woven fabric contained in the activated carbon fiber bowl (1), the average size of the micropores is expanded from 10-20Å to 20-40Å and chemical Functional groups are added to increase the content of surface functional groups (surface acidity) from 1.0 meq / g or less to 1.5-2.0 meq / g.
이 때 선반(8)의 내부에는, 질산 증기의 통과가 골고루 진행되도록, 질소봄베(2)로부터 유량계(3)를 거쳐서 질소예열관(5)에서 예열된 질소를 질소분배기(6)를 통해서 불어넣어 준다. At this time, inside the shelf 8, nitrogen preheated in the nitrogen preheating tube 5 is blown through the nitrogen distributor 6 through the flow rate meter 3 from the nitrogen cylinder 2 so that the passage of nitric acid flows evenly. Put it.
이와 같이 활성탄소섬유 그릇(1)에 담긴 활성탄소섬유를 통과한 증기와 질소의 혼합가스는 질산흡수조(10)를 통과하여 배기관(11)을 통해서 대기중으로 배출된다. As such, the mixed gas of steam and nitrogen passing through the activated carbon fiber contained in the activated carbon fiber bowl 1 passes through the nitric acid absorption tank 10 and is discharged into the atmosphere through the exhaust pipe 11.
한편, 이와 같이 질산증기를 이용하는 방법과는 달리, 비표면적이 1000m2/g 이상인 페놀수지계 또는 레이욘계의 활성탄소섬유 부직포나 직포를 0-60wt% 질산용액에 넣어 액상침적시킨 상태에서 0-24시간동안 상온-100℃에서 서서히 교반하여 반응시킴으로써 표면처리할 수도 있다.On the other hand, unlike the method using the nitrate vapor, 0-24 in a state in which the phenol resin or rayon activated carbon fiber nonwoven or woven fabric having a specific surface area of 1000 m 2 / g or more is put in a 0-60 wt% nitric acid solution Surface treatment may also be carried out by slowly stirring at room temperature to 100 ° C for reaction.
페놀수지계 또는 레이욘계의 활성탄소섬유 부직포나 직포는 전기가 잘 통하는 물질이므로, 상기한 바와 같이 질산으로 표면처리하여 미세공의 평균크기를 확대하고 표면작용기를 부여하면, 기상 및 액상 오염물의 흡착능력이 향상되거나, 선택적 흡착능력이 부여된다. Since phenolic resins or rayon-based activated carbon fiber nonwovens or woven fabrics are well-permeable materials, the surface treatment with nitric acid, as described above, increases the average size of micropores and gives surface functional groups, thus adsorbing gaseous and liquid contaminants. This can be enhanced or given a selective adsorption capacity.
이어서, 이와같이 질산으로 표면처리된 활성탄소섬유 부직포나 직포를 수세액의 pH가 7.0이 되도록 2차 증류수로 여러번 수세하고, 105℃에서 하루밤 건조시킨다. Subsequently, the activated carbon fiber nonwoven fabric or woven surface treated with nitric acid was washed several times with secondary distilled water so that the pH of the washing liquid was 7.0, and dried overnight at 105 ° C.
도 2는 발명의 일실시예에 따른 질산 표면처리된 활성탄소섬유의 표면을 보여주는 전자 현미경 사진으로서, 질산으로 처리하지 않은 활성탄소섬유의 미세공은 너무 작아서 일반 전자현미경으로는 표면의 미세공을 볼 수 없으나, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 질산으로 표면처리된 활성탄소섬유의 표면은 미세공들이 커져서 일반 전자현미경으로로 표면의 미세공을 쉽게 알아볼 수 있다.Figure 2 is an electron micrograph showing the surface of the nitric acid surface treated activated carbon fiber according to an embodiment of the invention, the micropore of the activated carbon fiber not treated with nitric acid is too small so that the fine pores of the surface with a normal electron microscope Although not visible, as shown in FIG. 2, the surface of the activated carbon fiber treated with nitric acid may easily recognize the micropores on the surface with a general electron microscope because the micropores become larger.
다음의 [표 1]은 비표면적(SBET)이 1117㎡/g이고 평균세공크기(Average pore size)가 14.76Å인 페놀수지계 활성탄소섬유 직포(ACF C-10)와, 이와 같은 활성탄소섬유 직포를 1M 질산으로 100℃에서 1시간동안 표면 처리한 직포(ACF C-10-NO3)의 비표면적(SBET)과, 총세공부피(Vt), 미세공부피(Vm) 및 평균세공크기(Average pore size)를 측정한 자료이다.[Table 1] shows a phenolic resin-based activated carbon fiber woven fabric (ACF C-10) having a specific surface area (S BET ) of 1117㎡ / g and an average pore size of 14.76Å, and such activated carbon fiber. Specific surface area (S BET ), total pore volume (Vt), micropore volume (Vm) and average pore size of woven fabric (ACF C-10-NO 3 ) surface treated with 1M nitric acid at 100 ℃ for 1 hour This is a measure of average pore size.
[표 1]TABLE 1
상기한 [표 1]로부터 질산으로 표면처리된 활성탄소섬유 직포(ACF C-10-NO3)는, 비표면적(SBET)이 64% 증가하고, 총세공부피(Vt)가 0.44cc/g에서 1.16cc/g으로 증가하고, 평균세공크기(Average pore size)가 14.76에서 25.38Å으로 증가하였음을 볼 수가 있다.Activated carbon fiber woven fabric (ACF C-10-NO 3 ) surface-treated with nitric acid from the above [Table 1] has a specific surface area (S BET ) of 64% increase and total pore volume (Vt) of 0.44 cc / g. It can be seen that the average pore size increased from 14.76 to 25.38 Å.
다음의 [표 2]는 상기와 같이 질산 표면처리된 활성탄소섬유 직포(ACF C-10-NO3)의 표면작용기를 보엠(Boehm)의 방법으로 측정하여 정리한 것이다.The following [Table 2] is summarized by measuring the surface functional groups of the activated carbon fiber woven fabric (ACF C-10-NO 3 ) treated with nitric acid as described above by the method of Boehm (Boehm).
상기한 [표 2]로부터 질산 표면처리된 활성탄소섬유 직포(ACF C-10-NO3)는 질산처리에 의하여 모든 표면작용기들이 증가하여 총표면산도(Total acidity)가 2.230meq/g 로 증가되었음을 알 수 있다.From the above [Table 2], the surface treated activated carbon fiber woven fabric (ACF C-10-NO 3 ) was increased by nitric acid treatment to increase the total surface acidity (Total acidity) to 2.230 meq / g. Able to know.
위에서와 같이 표면처리된 활성탄소섬유 부직포나 직포를 흑연봉이나 탄소판에 접착시키고 전기를 통하게 하면 수용액내에서 물리적 흡착은 물론 반대전하를 띈 이온이나 물질들이 전기적으로 끌려와서 흡착을 하는 이중의 효과가 발생한다.When the surface-treated activated carbon fiber nonwoven fabric or woven fabric is adhered to graphite rod or carbon plate and subjected to electricity, the dual effect is that the adsorption of ions or substances with opposite charges as well as physical adsorption in the aqueous solution is electrically attracted. Occurs.
수용액 중 무기이온의 거동은 수소이온농도지수(pH)에 크게 영향을 받는데, 본 발명은 침전이 발생하지 않은 pH 3-7 범위에서 활성탄소섬유에 의한 흡착량을 증가시키는데 목적이 있으며, 도 3에서와 같이 질산으로 표면처리된 활성탄소섬유 부직포가 표면처리되지 않은 부직포보다 수용액 중 구리이온 흡착량이 2배 이상으로 증가함을 볼 수가 있다. The behavior of inorganic ions in the aqueous solution is greatly affected by the hydrogen ion concentration index (pH), the present invention aims to increase the amount of adsorption by activated carbon fibers in the pH 3-7 range without precipitation, Figure 3 As can be seen, the activated carbon fiber nonwoven fabric surface-treated with nitric acid increased more than twice the amount of copper ions in the aqueous solution than the nonwoven fabric.
이러한 수용액에서의 흡착효과를 이용하여 전극을 제조할 수가 있다.An electrode can be manufactured using such an adsorption effect in aqueous solution.
이 경우에, 표면처리된 활성탄소섬유 부직포나 직포의 구조적 및 표면특성을 분석하여 최적 전극을 위한 표면처리 조건을 설정하는데, 최적 전극을 위한 표면처리조건은 수용액의 종류에 따라 달라지지만 미세공의 평균크기와 표면작용기의 양이 제시되면 적절히 응용될 수 있다. In this case, the surface treatment conditions for the optimum electrode are set by analyzing the structural and surface properties of the surface-treated activated carbon fiber nonwoven fabric or woven fabric. The surface treatment conditions for the optimum electrode vary depending on the type of aqueous solution, Given the average size and the amount of surface functional groups, they can be suitably applied.
상기한 최적 전극을 위한 표면처리 조건에 따라 흑연봉이나 탄소판에 접착시켜 전극을 만들고, 이와 같이 만들어진 전극에 직류전기를 교대로 통하면, 저농도 폐수나 바닷물 속의 유기 및 무기 물질들을 물리적으로 흡착하는 능력에다가 전기적으로 흡착 및 탈착하는 능력이 더하여져서 일반 저농도 오염폐수의 정화는 물론, 발전소 냉각수, 도서지역 바닷물 등으로부터 양질의 음용수나 생활용수를 대량으로 생산하는 시스템에 적용할 수 있다. Adhesion to graphite rods or carbon plates according to the surface treatment conditions for the optimum electrode to make an electrode, and by alternating direct current through the electrode made in this way, the ability to physically adsorb organic and inorganic substances in low concentration wastewater or seawater In addition to its ability to adsorb and desorb electrically, it can be applied to systems for the production of high-quality drinking water or domestic water from power plant cooling water and island waters, as well as the purification of low-concentration contaminated wastewater.
이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 활성탄소섬유를 질산을 이용하여 표면처리하여 표면에 발달된 미세공들의 크기를 더욱 확대하고 작용기의 함량을 늘려줌으로써 분자량이 큰 물질들과 극성물질들의 흡착에 효과적일 뿐만아니라 특수한 성질을 가진 물질들의 선택적 흡착도 가능한, 효과를 갖는다. As described in the above embodiment, the present invention, the surface treatment of activated carbon fibers using nitric acid to further expand the size of the micropores developed on the surface and increase the content of functional groups of the large molecular weight materials and polar materials In addition to being effective for adsorption, selective adsorption of materials with special properties is also possible.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 활성탄소섬유의 질산 표면처리장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a nitric acid surface treatment apparatus of activated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
도 2는 발명의 일실시예에 따른 질산 표면처리된 활성탄소섬유의 표면을 보여주는 전자 현미경 사진이다.2 is an electron micrograph showing the surface of nitric acid-treated activated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 질산 표면처리된 활성탄소섬유의 수용액내 구리이온의 흡착능력을 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the adsorption capacity of copper ions in the aqueous solution of nitric acid surface treated activated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 활성탄소섬유 그릇 2 : 질소봄베1: activated carbon fiber bowl 2: nitrogen bomb
3 : 유량계 4 : 질산주입구3: flow meter 4: nitric acid inlet
5 : 질소예열관 6 : 질소분배기5: nitrogen preheating tube 6: nitrogen distributor
7 : 증발기 8 : 선반7: evaporator 8: shelf
10 : 질산 흡수조 11 : 배기관10: nitric acid absorption tank 11: exhaust pipe
12 : 항온조12: thermostat
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