KR101799290B1 - Development of activated carbon for mercury analysis using mercury solution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수은 용액 및 활성탄을 접촉시켜 활성탄 표면에 수은을 흡착시키는 단계를 포함하며,
흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되는 수은 첨착 활성탄의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄을 사용한 흡착제 트랩은 측정이 간편하고 불확도가 적은 장점을 가진다. The present invention comprises a step of contacting mercury solution and activated carbon to adsorb mercury on the surface of activated carbon,
To a method for producing mercury-impregnated activated carbon used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap.
The adsorbent trap using the mercury-impregnated activated carbon according to the present invention has advantages of easy measurement and low uncertainty.
Description
본 발명은 수은 용액을 이용한 수은 분석용 활성탄 개발에 관한 것이다. The present invention relates to the development of activated carbon for mercury analysis using a mercury solution.
석탄화력발전시설, 시멘트 소성로, 폐기물 소각시설 등의 다양한 산업공정으로부터 고농도의 가스 상 수은이 다량 배출되고 있다. 배출된 가스 상 수은은 대기오염뿐만 아니라, 수질 및 토양에 침투되어 생물농축에 의한 수은 중독현상을 유발할 수 있으므로 철저하게 관리되어야 한다. 따라서, 배출가스 중 수은 함량 분석을 통해, 각 시설로부터 발생하는 수은 배출 현황을 파악하고 주기적으로 모니터링 할 필요가 있다. High concentrations of gaseous mercury are emitted in large quantities from various industrial processes such as coal thermal power generation facilities, cement burning furnaces, and waste incineration facilities. The discharged gas-phase mercury should penetrate not only into air pollution but also water quality and soil, which may lead to mercury poisoning by bioconcentration. Therefore, it is necessary to monitor the status of mercury emission from each facility and periodically monitor it by analyzing the mercury content in the exhaust gas.
현재 배출가스 중 수은 함량 측정 방법은 습식법(대기오염공정 시험방법, US EPA method 101 및 Ontario Hydro Method) 및 건식법(US EPA method 30B) 등이 있다. Currently, mercury content in exhaust gas is measured by wet method (air pollution process test method, US EPA method 101 and Ontario Hydro Method) and dry method (US EPA method 30B).
상기 습식법은 일반적으로 가장 많이 사용되는 분석방법으로 국내의 대기오염공정 시험방법에 제시된 방법이다. 그러나, 상기 습식법은 시료 채취 및 전처리 과정이 매우 복잡하고, 측정값의 불확도에 영향을 줄 수 있는 많은 요소들이 존재한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 국외 다양한 연구기관에서는 건식법을 통해 배출가스 중의 수은을 측정하기 위한 기술을 개발하였다. The wet method is the most commonly used analytical method and is a method proposed in domestic air pollution process test methods. However, the wet method is disadvantageous in that the sampling and preprocessing steps are very complicated and there are many factors that can affect the uncertainty of the measured value. To overcome these shortcomings, various research institutes abroad have developed a technique for measuring mercury in exhaust gas through a dry method.
상기 건식법은 시료채취 및 분석 과정이 간편하고, 운반 및 이동 시에 발생 되는 오차를 감소시킬 수 있다. 따라서 국내에서도 건식법을 이용한 배출가스 중 수은 분석방법을 도입하기 위한 많은 연구가 수행되고 있으며, 정부차원에서도 건식법을 국내 공인인증시험방법으로 인정하기 위한 검토를 진행하고 있다. 하지만 건식법의 주요 구성품인 흡착제 트랩(sorbent trap)이 국내 기술로 상용화되지 못했기 때문에 건식법의 국내 도입을 위해서는 고가의 국외 제품을 구입해야 하는 실정이다.The dry method is simple in sample collection and analysis, and can reduce errors in transportation and movement. Therefore, many studies have been carried out in Korea to introduce mercury analysis method in the exhaust gas using the dry method, and the government is also considering the dry method as a domestic accredited certification test method. However, the sorbent trap, which is the main component of the dry method, has not been commercialized as domestic technology, so it is necessary to purchase expensive foreign products for domestic introduction of dry method.
또한, 흡착제 트랩은 일반적으로 스파이크 섹션(spiked section) 및 언스파이크 섹션(anspiked section)을 포함하는데, 상기 스파이크 섹션(spiked section)은 수은이 흡착된 흡착제를 포함하며, 상기 수은이 흡착된 흡착제는 vapor-spiked 방법을 이용하여 제조된다. vapor-spiked 방법에서는 원수 수은 발생 장치(elemental mercury calibrator)에 수은증기를 주입하여 활성탄에 수은을 흡착시켜 흡착제를 제조한다. 상기 방법은 간편하고 단시간에 원하는 농도의 수은이 흡착된 흡착제를 제조할 수 있다는 장점을 가지지만, 원소 수은 발생 장치의 설치 및 유지 비용이 비싸고, 흡착되는 수은의 농도에 따라 스파이크 섹션 내 수은의 분포가 균질하지 않으므로, 스파이크 섹션에 적용하기 어려운 실정이다. The adsorbent trap also generally includes a spiked section and an anspiked section, the spiked section comprising a sorbent that is mercury-adsorbed, the sorbent sorbed by mercury is vapor -spiked method. In the vapor-spiked method, mercury vapor is injected into an elemental mercury calibrator to adsorb mercury to activated carbon to produce an adsorbent. Although the above method has the advantage of being able to produce an adsorbent in which a desired concentration of mercury is adsorbed in a simple and short time, the installation and maintenance cost of the elemental mercury generator is expensive, and the distribution of mercury in the spike section It is difficult to apply to the spike section.
본 발명의 출원인은 국내 기술의 흡착제 트랩(sorbent trap)을 개발하기 위해 다양한 연구를 진행해 왔으며, 흡착제 트랩(sorbent trap)의 중요 기술 중 하나인 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제를 개발하였다. Applicants of the present invention have conducted various studies to develop a sorbent trap of domestic technology and developed an adsorbent for a spiked section which is one of important technologies of a sorbent trap.
본 발명에서는 수은 용액 및 활성탄을 접촉시켜 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계를 포함하며, In the present invention, mercury is impregnated on the activated carbon surface by contacting the mercury solution and activated carbon,
흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되는 수은 첨착 활성탄의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing mercury-impregnated activated carbon used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap.
또한, 본 발명에서는 전술한 수은 첨착 활성탄의 제조 방법에 의해 제조되며, 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되는 수은 첨착 활성탄을 제공한다. The present invention also provides a mercury-impregnated activated carbon produced by the above-described method for producing mercury-impregnated activated carbon and used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap.
또한, 본 발명에서는 전술한 수은 첨착 활성탄을 포함하는 스파이크 섹션(spiked section); 및 The present invention also includes a spiked section comprising the above-mentioned mercury-impregnated activated carbon; And
언스파이크 섹션(unspiked section)을 포함하는 흡착제 트랩을 제공한다.An adsorbent trap is provided that includes an unspiked section.
본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄은 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되며, 기존 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제보다 경제적이면서 우수한 성능을 가진다.The mercury impregnated activated carbon according to the present invention is used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap and is more economical and superior in performance than an adsorbent for a conventional spiked section.
또한, 상기 첨착 활성탄은 열적 안정성을 가지고, 기공 크기 및 내부 표면적이 균일하여 흡착제 트랩을 이용한 분석의 정확성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기존의 흡착제 트랩 대비 흡착 성능 및 균질성이 향상되어, 석탄화력 발전소에서 방출되는 가스 상의 수은을 정확하게 분석할 수 있다. In addition, the impregnated activated carbon has thermal stability, uniform pore size and internal surface area, and can improve the accuracy of analysis using the adsorbent trap. That is, the adsorption performance and homogeneity of the conventional adsorbent traps are improved, and the mercury in the gas discharged from the coal-fired power plant can be accurately analyzed.
또한, 흡착제 트랩(sorbent trap)을 이용한 배출가스 중 수은 함량 분석방법이 공인시험방법으로 인정될 경우, 국내의 많은 배출시설(석탄화력 발전시설, 시멘트 소성로 및 폐기물 배출시설 등) 및 분석기관에서 측정이 간편하고 불확도가 적은 상기 분석방법을 시험방법으로 도입할 것으로 예상된다. 이때, 국외의 상용화 된 제품을 사용하게 된다면 막대한 자금이 국외로 유출될 것이므로, 본 발명에 따른 흡착제 트랩이 상용화된다면 이러한 문제점을 해결할 수 있다. In addition, when the mercury content analysis method of the exhaust gas using the sorbent trap is recognized as an official test method, it is measured in many domestic exhaust facilities (coal-fired power generation facility, cement kiln and waste discharge facility) It is expected that this simple and low uncertainty analysis method will be introduced as a test method. At this time, if a commercially available product outside the country is used, a huge amount of money will flow out of the country, so that if the adsorbent trap according to the present invention is commercialized, such a problem can be solved.
또한, 본 발명을 통해 개발된 수은 첨착 활성탄은 건식법의 중요 기술 중 하나이며, 국외 제품에 비해 충분히 경쟁력이 있기 때문에 국내 공급뿐만 아니라 해외 수출도 가능한 기술이다.Furthermore, the mercury-impregnated activated carbon developed through the present invention is one of the important technologies of the dry method, and it is a technology capable of being exported not only to domestic supply but also to foreign countries because it is sufficiently competitive compared to overseas products.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 제조 공정 모식도이다.
도 3은 종래 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiking section) 제조 공정 모식도이다.
도 4는 일반적인 흡착제 트랩(sorbent trap)의 샘플링 모식도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 수은 첨착 활성탄의 안정도 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 수은 첨착 활성탄의 병 내 균질도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 10은 본 발명의 실시예 2 내지 4에 따른 활성탄의 Hg 스파이킹(spiking) 효율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIGS. 1 and 2 are schematic views illustrating a process for producing mercury-impregnated activated carbon according to the present invention.
3 is a schematic diagram of a process for manufacturing a spiking section of a conventional sorbent trap.
Figure 4 is a schematic diagram of a sampling of a typical sorbent trap.
5 to 7 are graphs showing the stability evaluation results of mercury-impregnated activated carbon according to Example 1 of the present invention.
8 is a graph showing the results of measurement of homogeneity in a bottle of mercury-impregnated activated carbon according to Example 1 of the present invention.
9 to 10 are graphs showing the results of measurement of Hg spiking efficiency of activated carbon according to Examples 2 to 4 of the present invention.
본 발명은 수은 용액 및 활성탄을 접촉시켜 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계를 포함하며, The present invention includes a step of contacting mercury solution and activated carbon to attach mercury to the surface of activated carbon,
흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되는 수은 첨착 활성탄의 제조 방법에 관한 것이다. To a method for producing mercury-impregnated activated carbon used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap.
이하, 본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method for producing mercury-impregnated activated carbon according to the present invention will be described in more detail.
본 발명에서 ‘흡착제 트랩(sorbent trap)’은 대기 배출 가스 중의 수은의 농도를 측정하기 위한 기구이다. In the present invention, 'sorbent trap' is a mechanism for measuring the concentration of mercury in the atmosphere exhaust gas.
또한, 본 발명에서 ‘스파이크 섹션(spiked section)’은 상기 흡착제 트랩(sorbent trap)을 이루는 구성으로서, 수은 농도 측정 시 상기 흡착제 트랩의 신뢰성에 영향을 준다. 구체적으로, 상기 스파이크 섹션(spiked section)은 활성탄에 임의의 수은을 첨착시킨 수은 첨착 활성탄을 포함하는데, 배출가스 중 수은 포집이 끝난 후에 상기 스파이크 섹션(spiked section)의 활성탄 내 수은 함량 및 회수율을 검토하여, 측정된 수은 함량 값의 정확성 및 측정과정의 적절성을 판단하는 기준이 될 수 있다. Also, in the present invention, a 'spiked section' constitutes the sorbent trap, which affects the reliability of the adsorbent trap when measuring mercury concentration. Specifically, the spiked section includes mercury impregnated activated carbon in which mercury is impregnated with activated carbon. After mercury collection in the exhaust gas is completed, the mercury content and recovery rate of the spiked section in the activated carbon are examined , It can be a criterion for judging the accuracy of the measured mercury content value and the appropriateness of the measurement process.
본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 제조 방법은 수은 용액 및 활성탄을 접촉시켜 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계를 포함한다. The method for preparing mercury-impregnated activated carbon according to the present invention includes a step of contacting mercury solution and activated carbon to impregnate mercury on the surface of activated carbon.
본 발명에서는 상기 단계 즉, 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계를 수행하기 전에 활성탄에 할로겐 물질 및 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 첨착시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다. In the present invention, the step of attaching at least one selected from the group consisting of a halogen material and a metal to the activated carbon may be further performed before the step of impregnating mercury on the activated carbon surface.
상기 할로겐 물질 및/또는 금속은 흡착제 트랩의 스파이킹(spiking) 효율을 높이기 위해 사용될 수 있는데, 상기 할로겐 물질 및/또는 금속을 활성탄에 첨착시켜 수은 흡착제 트랩의 성능 및 제조되는 수은 첨착 활성탄의 균일성을 향상시킬 수 있다. The halogen material and / or metal may be used to enhance the spiking efficiency of the adsorbent traps by impregnating the halogen material and / or metal with activated carbon to improve the performance of the mercury sorbent trap and the uniformity of the mercury- Can be improved.
일 구체예에서, 할로겐 물질은 염소(Cl), 플루오르(F), 브롬(Br) 및 요오드(I)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 왕수에 활성탄을 침지시켜 상기 활성탄에 염소를 첨착시킬 수 있다. 이때, “왕수”는 진한 염산 3부피와 진한 질산 1부피의 혼합물로서, 통상적으로 염산이나 질산에 녹지 않는 금, 백금 같은 귀금속을 녹이는 성질을 가진다. 상기 왕수는 증류수로 희석하여 3 내지 5%의 수용액으로 사용할 수 있으며, 또한, 상기 왕수는 활성탄 100 wt% 대비 5 내지 30 wt% 사용할 수 있다. In one embodiment, the halogen material may comprise at least one selected from the group consisting of chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br) and iodine (I) So that the activated carbon can be impregnated with chlorine. At this time, " royal water " is a mixture of 3 volumes of concentrated hydrochloric acid and 1 volume of concentrated nitric acid, and has a property of dissolving noble metals such as gold and platinum, which are usually insoluble in hydrochloric acid or nitric acid. The water of the present invention may be diluted with distilled water to be used in an aqueous solution of 3 to 5%, and the water of the present invention may be used in an amount of 5 to 30 wt% based on 100 wt% of activated carbon.
또한, 일 구체예에서 금속의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 금을 사용할 수 있다. In one embodiment, the kind of the metal is not particularly limited and at least one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu) and zinc (Zn) In the embodiment of the present invention, gold may be used.
금의 첨착은 금 용액을 사용하여 상기 금 용액에 활성탄을 침지시키는 방법을 이용할 수 있다. 상기 금 용액에서 용매의 종류는 금을 녹일 수 있는한 특별히 제한되지 않는다. 또한, 금 용액에서 금의 함량은 0.1 내지 8 wt%, 또는 0.5 내지 5 wt%일 수 있으며, 상기 금 용액은 활성탄 100 wt% 대비 1 내지 30 wt%로 사용할 수 있다. The gold impregnation can be performed by immersing the activated carbon in the gold solution using a gold solution. The type of the solvent in the gold solution is not particularly limited as long as it can dissolve the gold. Also, the content of gold in the gold solution may be 0.1 to 8 wt%, or 0.5 to 5 wt%, and the gold solution may be used in an amount of 1 to 30 wt% based on 100 wt% of activated carbon.
본 발명에 따른 수은 용액 및 활성탄을 접촉시켜 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계에서, 상기 접촉은 수은 용액에 활성탄을 침지 처리하여 수행할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. In the step of attaching mercury to the surface of activated carbon by contacting the mercury solution and the activated carbon according to the present invention, the contacting may be performed by immersing the mercury solution in the mercury solution, but not particularly limited thereto.
상기 수은 용액은 구체적으로 수은 표준 용액(HgCl2)일 수 있다. 상기 수은 표준 용액은 농도가 정확하게 알려진 수은 용액을 의미하는 것으로, 상기 수은 표준 용액을 사용하여 제조되는 수은 첨착 활성탄은 활성탄 표면에 첨착되는 수은의 농도가 균일하므로 표준물질로 사용할 수 있다. 이때, 수은 표준 용액의 수은 농도는 0.0001 내지 0.01 mg/mL일 수 있다. The mercury solution may specifically be a mercury standard solution (HgCl2). The mercury standard solution means a mercury solution accurately known in concentration. The mercury-impregnated activated carbon prepared using the mercury standard solution can be used as a standard material since the concentration of mercury impregnated on the activated carbon surface is uniform. At this time, the mercury concentration of the mercury standard solution may be 0.0001 to 0.01 mg / mL.
상기 수은 용액의 사용량은 활성탄이 수은 용액 내에 충분히 침지될 수 있는 정도라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 제조되는 수은 첨착 활성탄에 첨착되는 수은의 함량을 계산하여 수은 용액의 함량을 결정할 수 있다. The amount of the mercury solution used can be used without limitation as long as the activated carbon can be sufficiently immersed in the mercury solution. For example, the content of the mercury solution impregnated in the mercury- .
본 발명에서 활성탄은 당업계에서 사용되는 활성탄을 제한 없이 사용할 수 있다.In the present invention, the activated carbon used in the art can be used without limitation.
상기 활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계는 상온, 구체적으로 20 내지 25℃에서 7 내지 14일 동안 수행할 수 있다. 또한, 수은의 첨착을 용이하게 하기 위하여 교반을 추가로 수행할 수 있다. The step of impregnating mercury on the activated carbon surface can be carried out at room temperature, specifically at 20 to 25 ° C for 7 to 14 days. Further, agitation may be further performed to facilitate adhesion of mercury.
상기 수은 용액 및 활성탄이 접촉하면, 수은은 활성탄 표면에 첨착된다. When the mercury solution and the activated carbon come into contact with each other, the mercury is impregnated on the surface of the activated carbon.
본 발명에서는 활성탄 표면에 수은을 첨착시킨 후, 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조는 상온, 구체적으로 20 내지 25℃에서 1일 내지 10일 동안 수행할 수 있다. In the present invention, mercury may be added to the surface of activated carbon, followed by drying. The drying can be carried out at room temperature, specifically at 20 to 25 DEG C for 1 to 10 days.
본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 제조 방법을 이용할 경우, 원하는 수은 함량 농도를 가지는 수은 첨착 활성탄을 제조할 수 있으며, 1회 제조 시 상기 수은 첨착 활성탄의 제조량을 조절할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 활성탄 표면에 첨착되는 수은의 함량이 균질하기 때문에, 흡착제 트랩(sorbent trap)에서의 사용시 실험의 오차가 발생할 가능성이 낮고, 불확도를 줄일 수 있다. The method for producing mercury-impregnated activated carbon according to the present invention can produce a mercury-impregnated activated carbon having a desired mercury content concentration and can control the production amount of the mercury-impregnated activated carbon in a single preparation. In addition, since the content of mercury impregnated on the surface of activated carbon is homogeneous, the possibility of error in the experiment when used in the sorbent trap is low, and the uncertainty can be reduced.
본 발명에서 도 1 및 2는 본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 제조 공정을 나타내는 모식도이다. 상기 도 1에 나타난 바와 같이, 수은 점착 활성탄은 유리 병 등에 활성탄 및 수은 용액, 구체적으로 수은 표준 용액을 혼합하는 방법으로 제조할 수 있다. 또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 계산된 양의 활성탄 및 수은 표준 용액을 혼합 및 교반한 후, 건조하여 제조할 수 있다. 1 and 2 are schematic views showing a process for producing mercury-impregnated activated carbon according to the present invention. As shown in FIG. 1, the mercury-tacky activated carbon can be prepared by mixing activated carbon and a mercury solution, specifically mercury standard solution, into a glass bottle. Further, as shown in Fig. 2, the calculated amount of activated carbon and mercury standard solution can be prepared by mixing and stirring, and then drying.
상기 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 수은 첨착 활성탄은 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section) 용 흡착제로 사용될 수 있다. The mercury-impregnated activated carbon produced according to the production method of the present invention can be used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap.
일반적으로, 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section) 용 흡착제는 활성탄에 일정량의 수은 가스를 주입하여 제조할 수 있으며, 구체적으로, 원소 수은 발생 장치(elemental mercury calibrator)에 설정된 수은 증기를 주입하여 활성탄에 수은을 흡착시키는 방법으로 제조할 수 있다(도 3 참조). 그러나, 상기 방법은 원소 수은 발생 장치의 설치 및 유지 비용이 비싸며, 활성탄에 흡착되는 수은의 분포가 균질하지 않아 표준물질 활성탄으로서의 역할을 기대하기 어렵다는 단점이 있었다. Generally, an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap can be prepared by injecting a certain amount of mercury gas into activated carbon, and more specifically, a mercury vapor set in an elemental mercury calibrator And the mercury is adsorbed on the activated carbon by injection (see FIG. 3). However, this method has a disadvantage in that it is difficult to expect a role as a reference material activated carbon because the installation and maintenance cost of the elemental mercury generating apparatus is high, and the distribution of mercury adsorbed on the activated carbon is not homogeneous.
따라서, 본 발명에서는 수은 용액 및 활성탄을 접촉시키는 방법으로 흡착제(활성탄)를 제조하여, 흡착되는 수은의 분포가 균일하며, 제조 비용이 절감된 수은 첨착 활성탄을 제조할 수 있다. Therefore, in the present invention, an adsorbent (activated carbon) is produced by contacting a mercury solution and an activated carbon to produce a mercury-impregnated activated carbon having a uniform distribution of mercury adsorbed and a reduced manufacturing cost.
또한, 본 발명은 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 수은 첨착 활성탄에 관한 것이다. The present invention also relates to mercury-impregnated activated carbon produced according to the production method of the present invention.
상기 수은이 첨착된 활성탄은 0.3g 당 10 내지 50000 ng, 30 내지 30000ng 또는 100 내지 2500 ng의 수은이 첨착될 수 있다. The mercury-impregnated activated carbon may be impregnated with 10 to 50,000 ng, 30 to 30000 ng or 100 to 2500 ng of mercury per 0.3 g.
본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄은 상기 활성탄에 첨착된 수은의 농도가 장시간 동안 일정하게 유지되어 안정성이 우수하며, 활성탄 표면에 첨착된 수은의 균질도가 우수하다는 장점을 가진다. The mercury-impregnated activated carbon according to the present invention has an advantage that the concentration of mercury impregnated on the activated carbon is maintained constant for a long time, and thus the stability is excellent, and the homogeneity of the mercury impregnated on the activated carbon surface is excellent.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 수은 첨착 흡착제를 포함하는 스파이크 섹션(spiked section) 및 언스파이크 섹션(anspiked section)을 포함하는 흡착제 트랩(sorbent trap)에 관한 것이다. The present invention also relates to a sorbent trap comprising a spiked section and an anspiked section comprising a mercury-impregnated sorbent according to the present invention.
본 발명에서 도 4는 일반적인 흡착제 트랩의 모식도이다. 4 is a schematic diagram of a general adsorbent trap.
상기 일반적인 흡착제 트랩(sorbent trap)에서는 유리관에 흡착제(예를 들어, 활성탄 등)를 채우고 진공 펌프를 이용하여 대기 배출되는 가스를 흡입하여, 상기 대기 배출되는 가스(이하, 대기 배출 가스라 할 수 있다.)가 흡착제을 통과하면서 상기 흡착제에 수은이 흡착되게 된다. 이러한 흡착제 트랩(sorbent trap)은 언스파이크 섹션(unspiked section) 및 스파이크 섹션(spiked section)(미도시)으로 구성될 수 있다. 상기 흡착제 트랩은 대기 배기 가스가 흡착할 수 있도록 프로브의 앞 또는 안쪽에 위치할 수 있으며, 프로브에는 수분의 응축을 막기 위하여 적절한 온도를 유지하게 할 수 있다. 프로브를 지난 대기 배출 가스는 정확한 유량 측정을 위해 dry gas pump로 들어가기 전 응축기, desiccant 등을 이용하여 수분을 제거할 수 있다. 상기 시료 채취 장치는 leak-free 상태가 유지되며, 총 유량을 측정할 수 있는 측정기, 온도 및 압력을 나타내며 제어도 되어야 한다. In the general sorbent trap, a glass tube is filled with an adsorbent (for example, activated carbon), and a gas exhausted to the atmosphere is sucked by using a vacuum pump, The mercury is adsorbed to the adsorbent while passing through the adsorbent. Such a sorbent trap can consist of an unspiked section and a spiked section (not shown). The adsorbent trap may be located in front of or inside the probe so that atmospheric exhaust gas can be adsorbed, and the probe may be maintained at a suitable temperature to prevent condensation of water. Atmospheric emissions from the probe can be removed using a condenser, desiccant, etc. before entering the dry gas pump for accurate flow measurement. The sampler should maintain a leak-free condition and be capable of measuring the total flow rate, temperature and pressure, and should be controlled.
본 발명에 따른 흡착제 트랩은 전술한 일반적인 흡착제 트랩의 구성을 포함할 수 있다. The adsorbent traps according to the present invention may comprise the construction of the general adsorbent traps described above.
본 발명에 따른 흡착제 트랩(sorbent trap)은 언스파이크 섹션(unspiked section) 및 스파이크 섹션(spiked section)을 포함한다.The sorbent trap according to the present invention comprises an unspiked section and a spiked section.
상기 언스파이크 섹션(unspiked section)은 수은을 흡착하여 대기 배출 가스 중 수은 함량을 측정하기 위해 사용할 수 있으며, 두 개의 파트로 구성된다. 첫 번째 파트에서는 가스 시료 내 수은을 잡아주는 흡착제가 충진될 수 있으며, 두 번째 파트에서는 상기 첫 번째 파트에서 미흡착된 수은을 흡착하는 벌크-업 흡착제가 충진될 수 있다. The unspiked section can be used to adsorb mercury and measure mercury content in atmospheric emissions, and is composed of two parts. The first part may be filled with an adsorbent to hold mercury in the gas sample and the second part may be filled with a bulk-up adsorbent that adsorbs unadsorbed mercury in the first part.
상기 언스파이크 섹션에서 사용되는 흡착제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 가스상 수은을 흡착할 수 있는 흡착제를 사용할 수 있다.The type of adsorbent used in the unspike section is not particularly limited, and an adsorbent capable of adsorbing gaseous mercury can be used.
또한, 스파이크 섹션(spiked section)은 상기 흡착제 트랩의 정도검사(품질 보증(quality assurance, QA) 및 품질 관리(quality control, QC))를 위해 사용하는 것으로, 전술한 언스파이크 섹션과 함께 동시에 측정된다. 상기 스파이크 섹션에서는 정도검사를 위해 정해진 농도의 수은이 첨착되어 있는 흡착제가 충진될 수 있다. A spiked section is also used for quality assurance (QA) and quality control (QC) of the adsorbent traps and is measured simultaneously with the above-described unspike section . In the spike section, the adsorbent to which a predetermined concentration of mercury is impregnated can be filled for accuracy inspection.
본 발명에서 상기 정해진 농도의 수은이 첨착되어 있는 흡착제는 앞에서 전술한 수은 첨착 활성탄을 의미한다. 즉, 본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄은 상기 스파이크 섹션에서 표준물질 활성탄으로 사용될 수 있다. In the present invention, the adsorbent to which the predetermined concentration of mercury is impregnated means the above-mentioned mercury-impregnated activated carbon. That is, the mercury-impregnated activated carbon according to the present invention can be used as the standard activated carbon in the spike section.
상기 스파이크 섹션(spiked section)에서는 대기 배출 가스 중 수은 포집이 끝난 후에 상기 스파이크 섹션(spiked section)의 활성탄 내 수은 함량 및 회수율을 검토할 수 있다. 이렇게 측정된 수은 함량 및 회수율은 측정된 수은 함량 값의 정확성 및 측정과정의 적절성을 판단하는 기준이 될 수 있으며, 상기 스파이크 섹션은 흡착제 트랩의 성능 및 신뢰성에 큰 역할을 할 수 있다.The spiked section can examine the mercury content and recovery rate in the activated carbon of the spiked section after the mercury collection in the atmospheric release gas is completed. The measured mercury content and recovery rate can be a criterion for judging the accuracy of the measured mercury content value and the appropriateness of the measurement process, and the spike section can play a large role in the performance and reliability of the adsorbent trap.
본 발명에 따른 흡착제 트랩에서는 연소 설비 배출 가스 중의 원소 수은을 분석할 수 있다. 상기 연소 설비 배출 가스는 설명의 편의상 소각로, 발전 설비 등과 같은 연소 설비에서 발생하는 유해물질을 포함하고 있는 배출가스를 말하며, 연소 설비의 소각로에서 최초 연소 후 발생되는 가스로부터 연소 설비에서의 모든 처리 과정을 거친 후 대기 중으로 배출되는 가스까지의 모든 가스를 포함하는 것으로 할 수 있다. In the adsorbent trap according to the present invention, elemental mercury in the exhaust gas of the combustion facility can be analyzed. The combustion facility exhaust gas refers to an exhaust gas containing harmful substances generated in a combustion facility such as an incinerator and a power generation facility for convenience of explanation. The exhaust gas from all the processes in the combustion facility from the gas generated after the initial combustion in the incinerator of the combustion facility And the gas discharged to the atmosphere after passing through the exhaust gas.
실시예Example
이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예의 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples which are not based on the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following embodiments.
실시예 1. Example 1.
유리병에 일정량의 활성탄(bead-shaped)을 넣고, 최종 제조하고자 하는 활성탄의 수은 함량을 계산하여 해당 부피당 수은표준용액(HgCl2)를 첨가한 후, 상온에서 7일 동안 유지시켜, 수은 첨착 활성탄을 제조하였다. After adding a certain amount of activated carbon (bead-shaped) to the glass bottle, calculate the mercury content of the activated carbon to be finally produced, add the mercury standard solution (HgCl 2) per the volume and then maintain it at room temperature for 7 days, .
이때, 활성탄 0.3 g 당 첨착되는 수은의 함량을 100, 110, 120, 500, 550, 600, 1800, 1980 또는 2160 ng으로 하였다. At this time, the content of mercury added per 0.3 g of activated carbon was 100, 110, 120, 500, 550, 600, 1800, 1980 or 2160 ng.
실험예 1. 수은 첨착 활성탄의 안정도 테스트Experimental Example 1. Stability Test of Mercury Impregnated Activated Carbon
안정도 테스트는 실시예 1에서 제조된 수은 첨착 활성탄을 7일 간격으로 20 내지 25℃의 건조한 조건에서 농도 유지 여부를 검토하였다. In the stability test, it was examined whether the mercury-impregnated activated carbon prepared in Example 1 was maintained at a dry condition of 20 to 25 ° C at intervals of 7 days.
본 발명에서 도 5 내지 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 수은 첨착 활성탄의 안정도 테스트 결과를 나타내는 그래프이다. 5 to 7 are graphs showing the stability test results of the mercury-impregnated activated carbon prepared in Example 1 of the present invention.
상기 도 5 내지 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제조된 수은 첨착 활성탄은 시간이 경과하여도 첨착 농도의 유지가 잘되었고, 적정 수준의 회수율을 가진 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 5 to 7, it can be seen that the impregnated concentration of the mercury-impregnated activated carbon prepared in the example of the present invention was maintained well even over time and had an appropriate level of recovery.
실험예 2. 수은 첨착 활성탄의 균질도 테스트Experimental Example 2 Homogeneity test of mercury-impregnated activated carbon
활성탄 1 g 당 첨착되는 수은의 함량을 1, 2, 4 또는 6 ug으로 한 수은 첨착 활성탄의 균질도를 측정하였다. The homogeneity of mercury - impregnated activated carbon with 1, 2, 4 or 6 ug of impregnated mercury per 1 g of activated carbon was measured.
상기 균질도는 농도별로 수은 첨착 활성탄을 3회씩 분석하였으며, 한 달에 한번씩 균질도를 측정하였다. The homogeneity of mercury - impregnated activated carbon was analyzed three times for each concentration and the homogeneity was measured once a month.
활성탄은 U.S. EPA Method 3052을 이용하여 전처리하였으며 Mercury Analyzer(RA-915+/RP-91, Lumex Ltd., St. Petersburg, Russia)을 이용하여 균질도를 측정하였다. Activated carbon is available from U.S.A. EPA Method 3052, and homogeneity was measured using a Mercury Analyzer (RA-915 + / RP-91, Lumex Ltd., St. Petersburg, Russia).
본 발명에서 도 8은 본 발명에 따른 수은 첨착 활성탄의 병 내 균질도 측정 결과 그래프이다. 상기 도 8의 그래프는 수은 농도 별 활성탄의 수은 함량 표준 편차를 나타내는데, 농도별로 수은 함량 표준 편차가 10% 이하를 나타내고 있다. 상기 결과로부터 본 발명에 따른 제조 방법으로 수은 첨착 활성탄을 제조할 경우 균질도가 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다.In the present invention, FIG. 8 is a graph showing a result of measuring homogeneity in a bottle of mercury-impregnated activated carbon according to the present invention. The graph of FIG. 8 shows the standard deviation of mercury content of activated carbon by mercury concentration, and the standard deviation of mercury content by concentration is 10% or less. From the above results, it can be seen that homogeneity is maintained constant when the mercury-impregnated activated carbon is produced by the production method according to the present invention.
실시예 2. Example 2.
5% 왕수(Aqua regia)에 활성탄(bead-shaped)을 침치시켜 염소(Cl)가 첨착된 활성탄을 제조하였다. 이 때, 왕수는 활성탄 중량 대비 10 wt% 사용하였다. Activated charcoal impregnated with chlorine (Cl) was prepared by immersing the bead-shaped in 5% water (Aqua regia). At this time, the water content of the water was 10 wt% based on the weight of the activated carbon.
그 후, 유리병에 일정량의 염소가 첨착된 활성탄을 넣고, 최종 제조하고자 하는 활성탄의 수은 함량을 계산하여 해당 부피당 수은표준용액(HgCl2)를 첨가한 후, 상온에서 7일 동안 유지시켜, 수은 첨착 활성탄을 제조하였다. 이때, 활성탄 0.3 g 당 첨착되는 수은의 함량은 30 ng이었다. Thereafter, a predetermined amount of chlorine-impregnated activated carbon was added to the glass bottle, the mercury content of the activated carbon to be finally prepared was calculated, and the mercury standard solution (HgCl2) was added per volume, and the mixture was maintained at room temperature for 7 days, Activated carbon. At this time, the content of mercury adhered per 0.3 g of activated carbon was 30 ng.
실시예 3Example 3
5 wt%의 금(Au)을 포함하는 금 용액에 활성탄(bead-shaped)을 침치시켜 금(Au)이 첨착된 활성탄을 제조하였다. 이 때, 금 용액은 활성탄 중량 대비 10 wt% 사용하였다. Au-impregnated activated carbon was prepared by immersing beads in a gold solution containing 5 wt% of gold (Au). At this time, the gold solution was used in an amount of 10 wt% based on the weight of the activated carbon.
그 후, 유리병에 일정량의 금이 첨착된 활성탄을 넣고, 최종 제조하고자 하는 활성탄의 수은 함량을 계산하여 해당 부피당 수은표준용액(HgCl2)를 첨가한 후, 상온에서 7일 동안 유지시켜, 수은 첨착 활성탄을 제조하였다. 이때, 활성탄 0.3 g 당 첨착되는 수은의 함량은 30 ng이었다.Thereafter, a predetermined amount of gold-impregnated activated carbon was added to the glass bottle, the mercury content of the activated carbon to be finally prepared was calculated, and the mercury standard solution (HgCl 2) per volume was added. The mercury content was maintained at room temperature for 7 days, Activated carbon. At this time, the content of mercury adhered per 0.3 g of activated carbon was 30 ng.
실시예 4Example 4
5% 왕수(Aqua regia)에 활성탄(bead-shaped)을 침치시켜 상기 활성탄에 염소(Cl)를 첨착시킨 후, 5 wt% 금(Au) 용액에 침치시켜 상기 염소가 첨착된 활성탄에 금(Au)을 첨착시켰다. 이 때, 왕수는 활성탄 중량 대비 10 wt%, 금 용액은 활성탄 중량대비 5 wt% 사용하였다 The activated carbon was impregnated with 5% of a bead-shaped Aqua regia and impregnated with chlorine (Cl), and then immersed in a 5 wt% Au solution. The chlorine- ). At this time, the water content of the water was 10 wt% based on the weight of activated carbon, and the gold solution was used in an amount of 5 wt% based on the weight of activated carbon
그 후, 유리병에 일정량의 염소 및 금이 첨착된 활성탄을 넣고, 최종 제조하고자 하는 활성탄의 수은 함량을 계산하여 해당 부피당 수은표준용액(HgCl2)를 첨가한 후, 상온에서 7일 동안 유지시켜, 수은 첨착 활성탄을 제조하였다. 이때, 활성탄 0.3 g 당 첨착되는 수은의 함량은 30 ng이었다.Thereafter, the mercury content of the activated carbon to be finally produced was calculated by adding a predetermined amount of chlorine and gold-impregnated activated carbon to the glass bottle, adding mercury standard solution (HgCl 2) per the corresponding volume, and then maintained at room temperature for 7 days, Mercury - impregnated activated carbon was prepared. At this time, the content of mercury adhered per 0.3 g of activated carbon was 30 ng.
실험예 3. 수은 첨착 활성탄의 Hg spiking 효율 비교Experimental Example 3. Comparison of Hg spiking efficiency of mercury-impregnated activated carbon
US EPA Method 30B를 이용하여 석탄화력발전소에서 실시하였다. 이후 전처리는 ASTM D6414를 이용하였다. 분석은 수은분석기인 LUMEX-915+를 사용하였다. 제작된 활성탄의 성능을 평가하기 위해 대조군을 만들어 그 Hg Spiking 효율을 비교하였다.The US EPA Method 30B was used in a coal-fired power plant. The pretreatment was carried out using ASTM D6414. The mercury analyzer LUMEX-915 + was used for the analysis. In order to evaluate the performance of the activated carbon, a control group was prepared and its Hg spiking efficiency was compared.
본 발명에서 도 9는 첨착된 물질의 종류에 따른 활성탄의 Hg spiking 효율을 비교한 그래프이다. 상기 도 9에서 only a.c은 실시예 1에서 제조된 수은 첨착 활성탄(활성탄 0.3 g 당 첨착되는 수은의 함량은 30 ng), only cl은 실시예 2에서 제조된 활성탄, only gold는 실시예 3에서 제조된 활성탄, 및 cl+gold는 실시예 4에서 제조된 활성탄을 나타낸다. 9 is a graph comparing the Hg spiking efficiency of activated carbon according to the type of impregnated material. 9, only ac is the mercury-impregnated activated carbon prepared in Example 1 (impregnated mercury content per 0.3 g of activated carbon is 30 ng), only cl is the activated carbon prepared in Example 2, Activated carbon, and cl + gold represent the activated carbon produced in Example 4.
상기 도 9에 나타난 바와 같이, only a.c 대비, 금, 염소 또는 금/염소를 첨착시킨 후 수은을 첨착시킨 실시예 2 내지 4의 활성탄의 Hg spiking 효율이 높은 것을 확인할 수 있으며, 특히, 실시예 4의 활성탄의 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 9, the Hg spiking efficiencies of the activated carbons of Examples 2 to 4 in which mercury was impregnated after impregnation with only ac, gold, chlorine or gold / chlorine were confirmed to be high, It can be confirmed that the efficiency of activated carbon is the highest.
또한, 본 발명에서 도 10은 실시예 3과 같이 금을 첨착시킨 후 수은을 첨착시킨 활성탄에서 금의 함량에 따른 Hg spiking 효율을 비교한 그래프이다. 상기 그래프에서 x축은 활성탄 1 g에 따른 금 용액(gold solution)에서의 금의 함량(ml)을 나타내는 것으로, 예를 들어, 0.05는 금 용액이 5 wt% 금을 포함하는 것을 의미한다. 10 is a graph comparing Hg spiking efficiencies according to the content of gold in activated carbon in which gold is impregnated and mercury is impregnated as in Example 3. FIG. In the graph, the x axis represents the content (ml) of gold in the gold solution according to 1 g of activated carbon. For example, 0.05 means that the gold solution contains 5 wt% gold.
금의 함량이 5 w%(x 축에서 0.05) 이상일 때 흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로서의 효율이 나빴는데, 이는 Au이 활성탄과 결합하여, 활성탄이 Hg와 결합하는 것을 방해하기 때문이다.The efficiency as an adsorbent for the spiked section of the sorbent trap when the gold content was 5 w% (0.05 in the x axis) was poor because Au was bound to the activated carbon, Because it interferes with.
Claims (9)
상기 수은 용액은 수은 표준 용액이고,
상기 수은 표준 용액의 농도는 0.0001 내지 0.01 mg/mL인
흡착제 트랩(sorbent trap)의 스파이크 섹션(spiked section)용 흡착제로 사용되는
수은 첨착 활성탄의 제조 방법.
Contacting the mercury solution and activated carbon to impregnate mercury on the activated carbon surface,
The mercury solution is a mercury standard solution,
The concentration of the mercury standard solution is in the range of 0.0001 to 0.01 mg / mL
Used as an adsorbent for spiked sections of sorbent traps
Method of manufacturing mercury impregnated activated carbon.
활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계를 수행하기 전에, 활성탄에 할로겐 물질 및 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 첨착시키는 단계를 추가로 수행하는
수은 첨착 활성탄의 제조 방법.
The method according to claim 1,
A step of impregnating activated carbon with at least one selected from the group consisting of a halogen material and a metal is carried out before the step of impregnating mercury on the activated carbon surface is carried out
Method of manufacturing mercury impregnated activated carbon.
할로겐 물질은 염소(Cl), 플루오르(F), 브롬(Br) 및 요오드(I)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
수은 첨착 활성탄의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The halogen material comprises at least one selected from the group consisting of chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br) and iodine (I)
Method of manufacturing mercury impregnated activated carbon.
금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
수은 첨착 활성탄의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The metal includes at least one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), and zinc
Method of manufacturing mercury impregnated activated carbon.
활성탄 표면에 수은을 첨착시키는 단계는 20 내지 25℃에서 7 내지 14일 동안 수행하는 수은 첨착 활성탄의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of impregnating mercury on the activated carbon surface is carried out at 20 to 25 DEG C for 7 to 14 days.
수은 첨착 활성탄.
Which is produced by the process according to claim 1 and is used as an adsorbent for a spiked section of a sorbent trap
Mercury impregnated activated carbon.
언스파이크 섹션(unspiked section)을 포함하는 흡착제 트랩.A spiked section comprising mercury-impregnated activated carbon according to claim 8; And
An adsorbent trap comprising an unspiked section.
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