KR101814097B1 - 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법 - Google Patents

유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101814097B1
KR101814097B1 KR1020170024296A KR20170024296A KR101814097B1 KR 101814097 B1 KR101814097 B1 KR 101814097B1 KR 1020170024296 A KR1020170024296 A KR 1020170024296A KR 20170024296 A KR20170024296 A KR 20170024296A KR 101814097 B1 KR101814097 B1 KR 101814097B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ammonia
activated carbon
organic acid
adsorbent
acid
Prior art date
Application number
KR1020170024296A
Other languages
English (en)
Inventor
조강희
김종남
윤형철
범희태
한상섭
조동우
박종호
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170024296A priority Critical patent/KR101814097B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101814097B1 publication Critical patent/KR101814097B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
    • B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/58—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 유기산이 함침된 활성탄계 흡착제에 관한 것으로, 특히 0.01 기압 이하의 저압 조건에서 암모니아 가스의 흡착 성능이 우수한 활성탄계 흡착제 및 이의 제조 방법을 제공한다. 종래의 암모니아 처리 기술의 문제점인 낮은 압력 조건에서 저농도로 존재하는 암모니아 가스에 대해서 보다 효과적으로 높은 흡착량을 갖는 암모니아 가스의 흡착제를 제공함으로써, 하수처리 시설 및 매립지 가스에서 기체 상으로 배출되는 암모니아 가스와 유사한 조건인 저압 조건에서 암모니아 가스의 흡착 성능이 대폭 향상된 특징을 갖는다.

Description

유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법{An adsorption removal method of ammonia at low concentration with organic-acid impregnated activated carbon}
본 발명은 유기산이 함침된 활성탄계 흡착제에 관한 것으로, 특히 0.01 기압 이하의 저압 조건에서 암모니아 가스의 흡착 성능이 우수한 활성탄계 흡착제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
산업 사회의 급속한 발달로 인하여 각종 공장에서 배출되는 산업 폐수, 산업 폐기물, 특히 유독성 오염 물질의 함량은 계속 증가하는 추세에 있다. 본 발명의 제거 대상인 암모니아 역시 강한 부식성 및 독성 혹은 악취 문제를 일으키는 문제점을 갖고 있어, 폐수에 함유된 채 그대로 방류되거나, 하수처리 시설 혹은 매립지에서 암모니아 가스 형태로 배출되어, 하천 생태계를 파괴시키고 부영양화 등 수질 오염을 유발시키거나, 대기 중에 배출되어 주요 시설 혹은 구조물을 부식시키거나 강한 악취를 발생하여 환경 오염을 일으키는 유독성 오염 물질 중 하나이다. 이러한 이유로 수질오염 방지법에서는 방류수 내의 암모니아성 질소를 포함한 암모니아 배출에 대해서 각종 법 규정을 통해 엄격한 관리를 시행하고 있다.
특히, 암모니아가 포함된 폐수의 처리 공정에서 널리 사용되는 미생물 처리 공정시 미생물의 활성 저해 요인으로 작용할 가능성이 매우 높기 때문에 폐수의 처리 효율을 향상시키기 위해서라도 가능한 미리 제거하는 것이 바람직하다. 기존의 암모니아 제거를 위한 상용화 공정으로, 공기 혹은 스팀을 주입시켜 대기로 증발시키는 스트리핑(stripping)법, 활성탄 등의 흡착제를 이용하여 제거하는 흡착법 그리고 미생물을 이용하여 제거하는 생물학적 방법 등을 들 수 있다.
스트리핑법은 수용액 중의 암모니아와 암모늄 이온과의 평형 상태도를 활용하여 pH가 높을수록 증발하기 쉬운 암모니아 형태로 존재한다는 원리를 이용하는 방법으로서, 처리 대상 폐수의 pH를 높이고 공기 혹은 스팀을 주입시켜 암모니아를 배출시킬 수 있다.
흡착법은 각종 흡착제를 이용하여 암모니아를 물리 흡착 혹은 화학 흡착의 원리를 이용하여 제거하는 방법이며, 생물학적 방법은 미생물을 이용하여 암모니아성를 다른 화합물 형태로 전환시킨 다음 이를 분해하는 방식으로 수행된다.
상기 스트리핑법은 처리 대상 폐수를 우선 적정 pH로 조절하여야 하는 번거로움과 함께 대기 중으로 방출되는 암모니아를 세정탑을 이용하여 포집하거나 소각하는 방식으로 처리하여야 하는 단점이 있으며, 또한 암모니아의 농도가 낮은 폐수에 있어서는 제거 효율이 급격히 떨어진다는 문제점이 있다.
한편 생물학적 탈질법은 미생물을 이용하 여 폐수 중의 암모니아성 질소를 비교적 저렴한 비용으로 제거할 수 있다는 장점이 있는 반면, 고농도 암모니아성 폐수의 처리에 있어서는 효율이 그다지 높지 않으며 특히 처리시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.
흡착법의 경우에는 단독으로 활용되기보다는 다른 공정과 연계하여 사용되는 것이 일반적인데, 범용 흡착제인 활성탄, 알루미나 및 실리카 등을 이용하여 짧은 시간 내에 효과적으로 암모니아를 흡착 제거할 수 있는 특징이 있다. 그러나 이러한 흡착제에 의한 암모니아 제거 흡착 방법은 대개 흡착제 표면에서의 단순한 물리적 결합력에 의한 물리 흡착에 의하여 이루어지기 때문에 흡착제 단위 무게당 암모니아의 흡착량이 그다지 크지 않으며, 따라서 만족할 만한 수준의 흡착 효율을 얻기 위해서는 과량의 흡착제를 투여하여야만 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 흡착제에 여러 가지 종류의 첨가제를 혼합하거나 혹은 흡착제의 표면 개질을 통하여 흡착 성능을 향상시킴으로써 폐수 중의 유기 또는 무기 오염 물질의 흡착 제거능을 개선시키기 위한 많은 시도가 이루어져 왔으며, 질산 처리를 하여 표면에 카르복실산 및 페놀 그룹 수를 늘린 활성탄, 친수성이 높은 graphene oxide, metal-organic-framework (MOF), covalent-organic-framework (COF), 제올라이트, 알루미나 등을 들 수 있다. 하지만, 이러한 방법 역시 처리 비용이 비싸서 경제적이지 못하다거나 또는 오염 물질을 충분히 제거할 수 있는 수준으로 흡착 성능이 크게 개선되지는 않는다거나 하는 여러 가지 이유로 인하여 상용화 단계에 이르지는 못하고 있다.
특히 일반적으로 하수처리 시설 및 매립지 가스에서 나오는 암모니아 가스는 매우 저 농도(1~20 ppm)인 경우가 많아 저압의 암모니아 조건하에서 효과적으로 암모니아를 제거할 수 있도록 높은 흡착 성능을 보이는 흡착제 개발이 필수적으로 요구되고 있다.
공개특허 제2010-0014120호 (2010년 2월 10일 공개)
본 발명에서는 앞서 살펴본 종래 기술의 문제점을 해결하고, 특히 낮은 압력 조건에서 저농도로 존재하는(즉, 암모니아 가스의 압력이 낮은 조건) 암모니아 가스에 대해서 보다 높은 흡착량을 보여주는 암모니아 가스의 흡착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 기존의 흡착제로 널리 사용되어온 활성탄을 다양한 유기산을 사용하여 처리함으로써, 저압의 조건(낮은 암모니아 농도)에서 효과적으로 암모니아 가스를 흡착할 수 있는 새로운 흡착제를 제공하고, 이를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법을 제시하고자 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 흡착제는, 활성탄의 기공에 유기산이 함침된 것을 특징으로 하는 암모니아 흡착제를 들 수 있다.
상기 유기산은, 아디프산(adipic acid), 벤조산(benzoic acid), 이타콘산(itaconic acid), 숙신산(succinic acid), 테레프탈산(terephthalic acid) 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 유기산의 함침량은 활성탄의 무게를 기준으로 5 ~ 20 wt%의 범위로 함침되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태는 유기산이 함침된 암모니아 흡착제의 제조 방법에 관한 것으로, 활성탄은 건조하는 전처리 단계; 유기산을 용매에 녹여 유기산 용액을 제조하는 단계; 유기산 용액을 상기 전처리 단계를 거친 활성탄과 혼합하는 단계; 및 유기산 용액과 혼합된 활성탄을 감압 조건에서 건조하는 함침 단계;를 포함한다.
상기 유기산은 아디프산(adipic acid), 벤조산(benzoic acid), 이타콘산(itaconic acid), 숙신산(succinic acid), 테레프탈산(terephthalic acid) 중 어느 하나 이상으로 선택될 수 있으며, 상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 또는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 전처리 단계는, 상온 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 공기 또는 질소 분위기 혹은 감압 조건에서 건조를 수행함으로써 이루어질 수 있으며, 함침 단계를 거친 암모니아 흡착제는, 활성탄의 질량을 기준으로 5 ~ 20wt%의 범위로 유기산이 함침되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로 이러한 본 발명의 암모니아 흡착제 또는 앞서 언급된 방법으로 제조된 유기산이 함침된 암모니아 흡착제를 사용하여 저압 및 저농도의 조건인 1~20ppm의 암모니아 농도에서 암모니아를 효과적으로 흡착하는 암모니아 흡착제의 사용 방법을 들 수 있다.
좀 더 구체적으로, 본 발명에 따른 저농도의 암모니아 제거 방법은, 활성탄을 건조하는 전처리 단계; 유기산을 용매에 녹여 유기산 용액을 제조하는 단계; 유기산 용액을 상기 전처리 단계를 거친 활성탄과 혼합하는 단계; 및 유기산 용액과 혼합된 활성탄을 감압 조건에서 건조하는 함침 단계;를 거쳐 활성탄의 기공에 유기산이 함침된 암모니아 흡착제를 제조한 후, 상기 암모니아 흡착제를 사용하여 1 ~ 20 ppm의 암모니아 농도 범위의 암모니아를 흡착하는 것을 특징으로 하되, 상기 유기산의 함침량은 활성탄의 질량을 기준으로 5 ~ 20wt%의 범위이고, 상기 유기산은, 아디프산(adipic acid), 벤조산(benzoic acid) 및 숙신산(succinic acid) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기산이 함침된 암모니아 흡착제는 강한 염기성인 암모니아 가스에 대한 흡착 특성이 우수하고, 높은 흡착량을 나타내었으며, 특히 하수처리 시설 및 매립지 가스에서 기체 상으로 배출되는 암모니아 가스와 유사한 조건인 저압에서 암모니아 가스의 흡착 성능이 대폭 향상된 특징을 갖는다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 유기산인 숙신산의 함침 농도를 변화시켜 가면서, 압력 변화에 따른 암모니아 흡착등온선(25℃)을 측정한 결과로 (a)는 전체 압력 범위(0 ~ 800 mmg)를 도시한 것이고, (b)는 저압 범위(0 ~ 100 mmHg)를 확대하여 도시한 것이다.
도 2는 상기 도 1의 흡착등온선에서 얻어진 압력 대역 별로 흡착된 암모니아의 양을 비교한 그림이다.
도 3은 유기산의 종류를 변화시켜 가면서, 압력 변화에 따른 암모니아 흡착등온선(25℃)을 측정한 결과로 (a)는 전체 압력 범위(0 ~ 800 mmg)를 도시한 것이고, (b)는 저압 범위(0 ~ 100 mmHg)를 확대하여 도시한 것이다.
도 4는 상기 도 2의 흡착등온선에서 얻어진 압력 대역 별로 흡착된 암모니아의 양을 비교한 그림이다.
이하에서는 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 유기산으로 함침된 흡착제는 강한 염기성 암모니아에 대한 흡착력 및 흡착량을 높이기 위하여 기존의 상용화된 활성탄 내부의 기공에 산성의 유기물질을 고르게 담지시킨 것을 특징으로 한다. 상기 유기물질을 흡착제의 기공 내부에 효과적으로 함침시키기 위해 본 발명에서는 단순 습식 함침법(incipient wetness impregnation)을 사용하였으며, 상온에서 300℃ 사이 온도 범위에서 공기 또는 질소 분위기에서 건조되어 전처리된 활성탄에 상기 유기물질인 유기산을 용매에 녹인 유기산 용액을 적하 하였다.
본 발명에서 사용된 활성탄은 기존의 상용화된 제품인 Cabot 사 NORIT® CNR 115가 사용되었으나, 특별히 그 종류가 제한되는 것은 아니며, 유기산으로는 아디프산(adipic acid), 벤조산(benzoic acid), 이타콘산(itaconic acid), 숙신산(succinic acid), 테레프탈산(terephthalic acid) 중 어느 하나 이상이 사용되었다.
본 발명의 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제의 제조 방법은 아래와 같다.
먼저 유기산이 함침되기 전에, 활성탄(Cabot 사 NORIT® CNR 115)을 상온에서 300℃ 이하의 온도에서 공기 또는 질소 분위기에서 건조 시켰다. 이때 통상의 공기 또는 질소 분위기 대신에 진공 건조를 수행하는 것도 가능하다.
유기산을 적당량의 용매에 녹이는데, 바람직하게는 유기산의 양을 함침 대상인 활성탄의 질량 대비 5 ~ 20 wt%의 범위인 것이 바람직하다. 이때 사용되는 용매로는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 또는 dimethylformamide를 들 수 있는데, 바람직하게는 에탄올을 사용할 수 있다.
이때 용매의 사용량은 유기산을 함침시킬 활성탄의 기공 부피의 50 vol% 이상이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 활성탄의 기공 부피의 80 내지 120 vol%의 범위로 사용될 수 있다.
이렇게 제조된 유기산 용액을 전처리된 활성탄에 적하하여 혼합(단순 습식 함침법, incipient wetness impregnation)하며, 이 과정 중에서 보다 균일한 혼합이 이루어질 수 있도록 교반하는 것이 바람직하다. 단순 습식 함침법의 특성상 과량의 유기산 용액의 양이 사용되어 유기산 용액에 활성탄을 주입하는 것이 아니라, 전체 활성탄 기공 부피를 기준으로 50 vol% 이상 또는 80 ~ 120 vol%의 범위로 용매의 양이 사용되므로, 충분한 혼합과 함침을 위해 활성탄의 교반과정과 함께 상기 유기산 용액을 소량 적하하여 혼합하는 것이 바람직하다.
유기산 용액을 활성탄과 균일하게 혼합한 후, 유기산이 함침된 활성탄을 상온 보다 높고 유기산의 끓는점 미만의 온도에서 건조하는 함침 단계를 거치게 된다. 이러한 유기산의 함침 단계는 유기산의 녹는점과 끓는점 사이 온도 범위에서 진공 상태를 적어도 12시간 이상 유지하면서 수행되는 것이 바람직한데, 이러한 함침 단계를 통해서, 유기산 용액에 포함된 용매를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 유기산의 끓는점 이하임에도 감압 조건(76 ~ 700 mmHg)으로 인해 유기산 분자의 분자 운동이 활발해짐으로써, 활성탄의 기공 내부로 고르게 확산될 수 있는 열분산 효과를 유도할 수 있기 때문이다.
이하에서는 본 발명의 유기산이 함침된 암모니아 흡착제의 성능을 구체적으로 확인하기 위해서 구체적인 실험예와 비교예를 통해 설명하고자 한다. 이러한 실험예와 비교예는 본 발명을 좀 더 쉽게 이해하고 실시할 수 있도록 예시적으로 기재된 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님은 너무도 당연하다 할 것이다.
다음의 표와 같이 다수의 실험예와 비교예에 해당하는 암모니아 흡착제를 제조하였다.
구체적인 제조 과정은 앞서 설명한 내용과 동일하므로, 반복 기재를 생략하며, 사용된 유기산의 종류 및 함침량(활성탄 무게 기준 비율)을 변화시켜가면서 다양한 실험예를 제조하였다. 이때 흡착제로는 상용화된 활성탄인 Cabot 사 NORIT® CNR 115를 사용하였으며, 비교를 위해 상기 상용 활성탄(비교예 1) 및 상기 상용 활성탄을 무기산은 1M의 질산과 혼합하여 (유기산과) 동일한 방법으로 함침시킨 흡착제를 비교예 2로 제조하였다.
유기산 유기산 함침량
(wt%)		 NH3 흡착량
(㎤/g, STP)
@9.5 mmHg		 NH3 흡착량
(㎤/g, STP)
@760 mmHg
실험예 1 아디프산 6.7 49.6 205.5
실험예 2 벤조산 6.7 52.8 206.6
실험예 3 이타콘산 6.7 56.6 214.8
실험예 4 숙신산 6.7 64.6 216.1
실험예 5 숙신산 3.3 47.8 200.3
실험예 6 숙신산 13.3 104.2 272.5
실험예 7 숙신산 20 98.5 229.9
비교예 1 - - 46.5 208.2
비교예 2 질산 6.7 61.5 259.3
상기 표 1에서 실험예 4 내지 7과 비교예 1 및 비교예 2의 조성으로 제조된 흡착제에 대하여 25℃에서 암모니아의 흡착 등온선을 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1의 (a)는 전체 압력 범위(0 ~ 800 mmg)에서 확인된 흡착 등온선이고, (b)는 상기 도 1(a)의 흡착 등온선에서 저압 범위(0 ~ 100 mmHg) 만을 확대하여 도시였다.
비교예 1은 본 발명의 유기산이 함침되기 전의 기존 상용화된 활성탄이고, 비교예 2는 무기산인 질산을 사용하여 실험예 4 내지 7과 동일한 방법으로 제조된 흡착제를 의미하며, 흡착등온선은 Micromeritics 사 3Flex Physisorption analyzer를 사용하였으며, 유기산을 함침한 활성탄(실시예 1~7), 상용화된 활성탄(비교예 1), 무기산이 함침된 흡착제(비교예 2)를 150 ℃이상에서 진공 상태로 6시간 이상 건조한 후, 온도를 25℃로 내려 일정하게 유지하면서, 0 내지 800 mmHg의 암모니아 가스 압력 범위에서 암모니아 흡착량을 측정하였다.
도 1과 2의 결과에서 확인되듯이, 유기산으로 숙신산을 사용한 경우, 함침량을 점점 증가시킬수록 9.5 mmHg 이하에서의 암모니아 흡착량이 점차 증가하는 것을 알 수 있다. 도 2는 도 1의 흡착등온선 결과에서 압력 범위를 저압(0~9.5mmHg), 중간 압력(9.5~76mmHg) 및 고압(76~760mmHg) 구간으로 구분하여 각각의 압력 구간에서 흡착되는 암모니아의 기체의 양을 각각에 대해서 정리한 것으로, 오른쪽의 수치는 전체 압력 구간에서 흡착된 암모니아 기체의 양을 의미한다.
활성탄에 함침되는 숙신산의 양이 증가할수록 저압에서의 암모니아 흡착량이 증가하였는데, 비교예 1 및 2 비교해보아도 저압에서의 암모니아 흡착량이 증가하였음을 알 수 있다. 특히 기존의 상용화된 제품인 비교예 1과 비교해보면, 활성탄 단위 질량 대비 약 13.3%의 숙신산이 함침된 흡착제인 실험예 6이 9.5 mmHg 이하의 저압 범위에서 가장 높은 암모니아 흡착량(104.2 ㎤/g)을 나타내었다.
다만, 실험예 7과 같이 숙산산의 함침량이 계속 증가할 경우에는 오히려 흡착향이 감소되었는데, 이는 유기산의 함량이 너무 과다하게 투입되어 오히려 활성탄의 기공 내에 효과적으로 함침되지 못한 점에 기인하는 것으로 파악된다.
이러한 실험 결과를 토대로 다른 종류의 다양한 유기산에 대해서도 동일한 과정을 거쳐 암모니아 흡착량을 측정하였으며, 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시하였다.
도 3과 도 4에서 확인할 수 있듯이 다양한 유기산(아디프산, 벤조산, 이타콘산, 숙신산)을 기존의 상용화된 활성탄에 함침시킬 경우(실험예 1 내지 4), 비교예 1 혹은 2에 비해 저압 영역(0 ~ 9,5mmHg)에서의 암모니아 흡착량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
이러한 저압 영역에서의 암모니아 흡착량 증가 효과는 아디프산, 벤조산, 이타콘산, 숙신산 순으로 증가함을 알 수 있었으며, 유기산으로 숙신산을 사용하여 활성탄 질량 대비 13.3%의 양으로 활성탄에 함침시키는 것이 저압 영역에서의 암모니아 흡착량 증가 효과가 우수하였으며, 이는 1~20ppm의 저농도 범위의 암모니아 가스의 흡착에 가장 적합할 것으로 파악된다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 저농도의 암모니아를 제거하는 방법에 있어서,
    활성탄을 건조하는 전처리 단계;
    유기산을 용매에 녹여 유기산 용액을 제조하는 단계;
    유기산 용액을 상기 전처리 단계를 거친 활성탄과 혼합하는 단계; 및
    유기산 용액과 혼합된 활성탄을 감압 조건에서 건조하는 함침 단계;를 거쳐 활성탄의 기공에 유기산이 함침된 암모니아 흡착제를 제조한 후,
    상기 암모니아 흡착제를 사용하여 1 ~ 20 ppm의 암모니아 농도 범위의 암모니아를 흡착하는 것을 특징으로 하되,
    상기 유기산의 함침량은 활성탄의 질량을 기준으로 5 ~ 20wt%의 범위이고,
    상기 유기산은, 아디프산(adipic acid), 벤조산(benzoic acid) 및 숙신산(succinic acid) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. [청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제4항에 있어서,
    상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 또는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전처리 단계는, 상온 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 공기 또는 질소 분위기 혹은 감압 조건에서 건조를 수행하는 것을 특징으로 하는 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법.
  9. 삭제
KR1020170024296A 2017-02-23 2017-02-23 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법 KR101814097B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170024296A KR101814097B1 (ko) 2017-02-23 2017-02-23 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170024296A KR101814097B1 (ko) 2017-02-23 2017-02-23 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101814097B1 true KR101814097B1 (ko) 2018-01-03

Family

ID=61002243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170024296A KR101814097B1 (ko) 2017-02-23 2017-02-23 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101814097B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115301070A (zh) * 2022-09-09 2022-11-08 广东富瑞希空气净化过滤制品有限公司 一种酸性电解质空气净化滤料及其制备方法
CN116282622A (zh) * 2022-12-22 2023-06-23 塔里木大学 农田高盐排水联合改性炭同步回收养殖沼液中氮磷的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3634263B2 (ja) * 2000-12-28 2005-03-30 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 脱臭剤の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3634263B2 (ja) * 2000-12-28 2005-03-30 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 脱臭剤の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115301070A (zh) * 2022-09-09 2022-11-08 广东富瑞希空气净化过滤制品有限公司 一种酸性电解质空气净化滤料及其制备方法
CN116282622A (zh) * 2022-12-22 2023-06-23 塔里木大学 农田高盐排水联合改性炭同步回收养殖沼液中氮磷的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ajhar et al. Siloxane removal from landfill and digester gas–A technology overview
KR101814097B1 (ko) 유기산이 함침된 활성탄계 암모니아 흡착제를 사용한 저농도의 암모니아 흡착 제거 방법
CN101337177A (zh) 能吸附并分解甲醛的活性炭及其应用
CN1792438A (zh) 低温干法处理苯系有机废气或废水的催化剂及制法和应用
JP2008188492A (ja) 水処理システム
Valdes et al. Effect of ozonation on the activated carbon surface chemical properties and on 2-mercaptobenzothiazole adsorption
KR100821780B1 (ko) Ｖｏｃ 및 악취 제거용 미생물 고정화 복합 고분자 담체 및그 제조 방법
JP2012035232A (ja) 排水処理システム
CN1112228C (zh) 含水蒸汽有机废气的处理方法
JP2015150519A (ja) 排水処理システム
KR100842830B1 (ko) 고무 유해기체 흡착제
Park et al. Adsorption of acetaldehyde from air by activated carbon and carbon fibers
KR102659329B1 (ko) 첨착활성탄 및 이의 제조방법
El-Nabarawy et al. Removal of pollutants from water using untreated and treated sawdust and water hyacinth
JP2022116822A (ja) 吸着剤及びその製造方法
JP2016193412A (ja) 有機溶剤含有ガス処理システム
JP7004611B2 (ja) 二酸化炭素吸着材およびその製造方法
JP2017074538A (ja) 有機溶剤回収システム
KR100360843B1 (ko) 이산화탄소를 운반 기체로서 이용하는 폐활성탄의 열재생 방법
Lopez et al. Sorption of volatile organic compounds on zeolites with microwave irradiation
JP2005138038A (ja) 有機化合物吸着用繊維状活性炭およびそれを用いた排ガス処理装置
JP2023057487A (ja) アミン化合物担持活性炭及びその製造方法
JPH04114736A (ja) 低沸点有機ハロゲン化合物ガスの吸着剤
JPH09206589A (ja) 空気浄化用吸着材およびその製造方法
KR102254271B1 (ko) 폐첨착 흡착제의 재생 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant