KR101048388B1 - 과립형 활성 탄소 제조방법 - Google Patents
과립형 활성 탄소 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 과립형 활성 탄소 제조방법은, (Ⅰ) 원료를 분쇄하며 분쇄된 원료와 점결제(binder)를 혼합하여 압출기에 의해 압출한 후 건조하는 단계, (Ⅱ) 건조된 원료를 필요한 입자로 재분쇄하여 필요한 크기의 입자를 선별하는 단계, (Ⅲ) 선별된 입자 표면의 변형방지를 위해 정립하는 단계 및 (Ⅳ) 정립된 원료를 탄화하며 탄화된 원료에 미세공 구조를 발달시키도록 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 탄소 함량이 높은 폐기물을 소재로 과립형 활성 탄소를 제조하여 제조경비가 절감되어 생산성 및 가격경쟁력을 향상시키는 효과를 제공한다.
활성 탄소, 과립, 폐기물
Description
본 발명은 활성 탄소 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물을 소재로 제조되는 과립형 활성 탄소 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 활성 탄소(Activated Carbon)는 야자각, 목재류, 갈탄, 무연탄 및 유연탄 등의 탄소질의 원료를 탄화(Carbonization) 및 활성화(活性化, Activation) 과정을 거쳐 제조되는 흑색탄소 알맹이다.
이러한 활성 탄소는 미세공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서, 활성화 과정에서 분자 크기 정도의 미세공이 형성되어 큰 내부 표면적을 가지게 되는 흡착제로서 탈색, 탈취, 정제, 회수, 분리 및 포집 등의 목적으로 각종 산업 및 환경분야에서 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 활성 탄소는 20Å 크기의 미세공이 발달되어 g당 1,000m2 이상의 표면적을 가지고 있으며 표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 반델반스(Van derwaals) 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다.
따라서, 활성 탄소는 높은 밀도와 함께 여러 형태의 작은 구멍 구조를 갖추어 보다 효과적인 흡착성능을 가지는 여과 매체로 사용되고 있다. 이러한, 활성 탄소의 가장 흔한 용도로는 염소 처리된 물에서 나는 원치 않는 맛을 없애는데 이용된다.
구체적으로, 처리되지 않은 물에 포함된 페놀 성분이, 처리과정에서 염소와 결합되기 때문에 이상한 맛을 내는 클로로페놀(chlorophenol)이 생성되어 원치 않는 맛을 내게 되는데, 활성 탄소는 이러한 클로로페놀을 흡착하여 상기한 문제를 해결하는데 성공적으로 사용되어 왔다.
그러나, 활성 탄소의 주원료인 야자각, 유연탄 및 갈탄 등을 대부분 수입에 의존하고 있고, 또한 고가임으로 제조경비가 증가하여 생산성 및 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 특정 유독가스를 흡착제거할 수 있는 과립형 활성 탄소의 국내제조가 어려워 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소 함량이 높은 폐기물을 소재로 과립형 활성 탄소를 제조하여 제조경비가 절감되어 생산성 및 가격경쟁력을 향상시키는 과립형 활성 탄소 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 활성 탄소의 주원료인 야자각, 유연탄 및 갈탄도 사용하여 제조할 수 있으므로 원료소재를 다변화 할 수 있는 과립형 활성 탄소 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과립형 활성 탄소 제조방법은,
(Ⅰ) 원료를 분쇄하며 분쇄된 원료와 점결제(binder)를 혼합하여 압출기에 의해 압출한 후 건조하는 단계;
(Ⅱ) 건조된 원료를 필요한 입자로 재분쇄하여 필요한 크기의 입자를 선별하는 단계;
(Ⅲ) 선별된 입자 표면의 변형방지를 위해 정립하는 단계; 및
(Ⅳ) 정립된 원료를 탄화하며 탄화된 원료에 미세공 구조를 발달시키도록 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (Ⅰ)단계는, 제품의 경도증대를 위해 100-200mesh로 원료를 분 쇄하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (Ⅰ)단계의 점결제(binder)는, 석탄오일, 핏치, 펄프폐액, 폐당밀 및 니그닌술폰산나트륨 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 점결제(binder)는 원료와 점결제 합의 5~20중량%를 초과하지 않도록 혼합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 (Ⅱ)단계는, 체 가름을 통해 필요한 입자를 선별하여 확보하고, 필요입도 이하의 원료는 상기 (Ⅰ)단계의 분쇄공정으로 재투입하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (Ⅳ)단계의 탄화는, 600℃~800℃에서 탈수 또는 탄산 등의 분해로 원료표면의 산소가 분리되며 분리된 산소가 물, 일산화탄소 및 이산화탄소로 방출됨과 아울러 잔류 휘발성분을 제거하여 고정탄소의 잔류비율을 증가시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (Ⅳ)단계의 활성화는, 700℃~1000℃에서 발생하는 탄소의 산화반응으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세공구조를 발달시키는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 (Ⅳ)단계 후, 활성화된 원료를 용도에 맞게 입도별 선별 및 분리하는 단계가 더 포함하는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 (Ⅳ)단계 후, 활성화된 원료를 세정 및 건조하는 단계가 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 (Ⅰ)단계의 원료는 폐기물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 과립형 활성 탄소 제조방법에 따르면, 탄소 함량이 높은 폐기물을 소재로 과립형 활성 탄소를 제조하여 제조경비가 절감되므로 생산성 및 가격경쟁력을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 활성 탄소의 주원료인 야자각, 유연탄 및 갈탄도 사용하여 제조할 수 있으므로 원료소재를 다변화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 과립형 활성 탄소 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참고하여 과립형 활성 탄소 제조방법을 설명한다.
먼저, 원료를 투입하여 분쇄한다(S100). 여기서 원료는 탄소 함량이 높은 폐기물을 사용하거나, 일반적인 활성 탄소용 재료인 야자각, 유연탄 및 갈탄 등을 사용한다.
본 실시예에서는, 원재료비를 감안하여 폐기물 원료를 사용하는 것을 기준으로 기술된다.
상기 폐기물 원료는 상기 [표 1]과 같이, 정수장, 제당공장, 조미료 공장, 제지업체, 염색업체 및 하수처리장 등에서 사용된 폐기물을 사용하는데, 결국 여과 매체로 사용된 활성 탄소를 수거하여 재활용한다.
또한, 원료의 분쇄크기는 완성된 과립형 활성 탄소의 경도향상을 위하여 100~200mesh 정도의 입자크기를 가진다.
그리고, 분쇄된 원료와 점결제(binder)를 혼합한다(S110).
여기서, 상기 점결제(binder)는 석탄오일, 핏치, 펄프폐액, 폐당밀 및 니그닌술폰산나트륨 중 원료의 특성에 적합한 것을 선택하여 사용한다.
또한, 상기 점결제(binder)는 원료와 점결제 합의 5~20 중량%를 혼합하여 20중량%를 초과하지 않도록 함으로써 완성된 과립형 활성 탄소의 경도가 약해지는 것을 방지한다.
이후, 점결제와 혼합된 원료를 압출기에 의해 압출한다(S120).
이때, 압출기는 EXTRUDER형, PELLETAIZER형, BRIQUETTE형 중 하나를 사용한다.
그리고, 압출된 원료는 접착방지를 위해 온도 및 시간을 최적화하여 건조한다(S130).
이후, 건조된 원료를 필요한 입자크기를 가지도록 재분쇄하고(S140), 분쇄된 원료를 체 가름을 통해 필요한 입자를 선별하여 확보한다(S150).
상기 S150단계에서 필요입도 이하의 원료는 상기 S100단계로 재투입하여 분쇄한다.
상기 S150단계 후, 선별된 원료 표면의 변형방지를 위한 정립을 실시한다(S160).
그리고, 정립된 원료는 탄화를 실시하여 고정탄소의 잔류비율을 증가시킨다(S170).
상술한 탄화는 정립된 원료를 600℃~800℃에서 탈수 또는 탄산 등의 분해로 원료표면의 산소가 분리되며, 분리된 산소가 물, 일산화탄소 및 이산화탄소로 방출됨과 아울러 잔류 휘발성분을 제거하여 고정탄소의 잔류비율을 증가시켜 흡착성능을 향상시킨다.
이후, 탄화된 연료에 미세공 구조를 발달시키도록 활성화한다(S180).
상술한 활성화는 700℃~1000℃에서 발생하는 탄소의 산화반응으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세공구조를 발달시켜 흡착면을 늘려준다.
또한, 원료의 활성화는 공지된 가스활성화법 또는 약품활성화법이 사용된다.
상기 가스활성화법은 각종 산화성가스(수증기, 이산화탄소, 공기등)에 의해 800∼1100℃ 정도의 고온가스활성화 반응으로 원료의 표면 미세공 구조를 발달시키며, 흡착성능은 산화성 가스의 화학적 성질과 농도, 반응온도, 시간, 원료에 포함되어 있는 양과 종류 등에 의해서 결정되며 크게 회전로(Rotary Kiln)와 다단로(Multiple Hearth Furnace) 및 유동층로 등에 의해 이용 제조된다.
상기 약품활성화법은 탈수성의 염류 및 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 인산, 황산 등의 산을 사용하여 약품 처리하여 원료의 표면 미세공 구조를 발달시킨다.
그러나, 상기 약품활성화법은 제조공정의 복잡성, 장치부식, 2차 오염 등의 단점이 있어 의해 가스 활성화법의 일정인 수증기부활법이 널리 이용되고 있다.
한편, 상술한 가스활성화법과 약품활성화법을 병용하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 S180단계 후, 활성화된 원료의 표면을 알카리 또는 산으로 세정하며 세정된 원료는 건조한다(S190).
그리고, 세정 및 건조된 원료는 다시 한번 용도에 맞는 입도별 분리 및 선별작업을 실시하여 과립형 활성 탄소의 제조가 완료된다.
따라서, 상술한 과립형 활성 탄소 제조방법에 의하여 탄소 함량이 높은 폐기물을 소재로 하여 고가의 탈취제인 과립형 활성 탄소를 제조하는 것이다.
아울러, 과립형 활성 탄소의 원료소재를 다변화할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 과립형 활성 탄소 제조방법을 도시한 순서도이다.
Claims (10)
- (Ⅰ) 원료를 제품의 경도 증대를 위해 100~200mesh로 분쇄하고 분쇄된 원료와 점결제(binder)를 혼합하여 압출기에 의해 압출한 후 건조하는 단계;(Ⅱ) 건조된 원료를 필요한 입자로 재분쇄하여 필요한 크기의 입자를 선별하는 단계;(Ⅲ) 선별된 입자 표면의 변형방지를 위해 정립하는 단계; 및(Ⅳ) 정립된 원료를 탄화하며 탄화된 원료에 미세공 구조를 발달시키도록 활성화하는 단계; 를 포함하고,상기 원료는 정수장, 제당공장, 조미료공장, 제지업체, 염색업체 및 하수처리장 중 어느 한 곳 이상에서 여과 매체로 사용된 폐기물을 수거하여 재활용하고,상기 (Ⅰ)단계의 점결제(binder)는 석탄오일, 핏치, 펄프폐액, 폐당밀 및 니그닌술폰산나트륨 중 하나를 선택하여 상기 원료와 점결제 합의 5~20 중량%만큼 혼합되며,상기 (Ⅱ)단계는 체 가름을 통해 필요한 입자를 선별하여 확보하고, 필요입도 이하의 원료는 상기 (Ⅰ)단계의 분쇄공정으로 재투입하고,상기 (Ⅳ)단계의 탄화는 600℃~800℃에서 탈수 또는 탄산 등의 분해로 원료표면의 산소가 분리되며 분리된 산소가 물, 일산화탄소 및 이산화탄소로 방출됨과 아울러 잔류 휘발성분을 제거하여 고정탄소의 잔류비율을 증가시키며,상기 (Ⅳ)단계의 활성화는 700℃~1000℃에서 발생하는 탄소의 산화반응으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세공구조를 발달시키는 것을 특징으로 하는 과립형 활성 탄소 제조방법.
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- 제 1항에 있어서,상기 (Ⅳ)단계 후, 활성화된 원료를 용도에 맞게 입도별 선별 및 분리하는 단계와상기 활성화된 원료를 세정 및 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과립형 활성 탄소 제조방법.
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