KR101886164B1 - 토탄 유래의 전이금속이 담지된 탄소 구조체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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    • B01J23/745—Iron

Abstract

본 발명의 탄소 구조체는 토탄을 포함하는 석탄 계열을 주 탄소재로서 사용함에도 다양한 특정 성분을 코팅, 고정 할 수 있는 담지화 특성과 흡착 특성이 우수한 효과가 있다. 또한 본 발명의 탄소 구조체의 제조 방법은 제조되는 탄소 구조체의 담지화 특성과 흡착 특성이 우수하고 비용이 저렴한 주 탄소재를 사용함에도, 공정이 간소화되어 공정 효율이 우수한 장점이 있다.

Description

토탄 유래의 전이금속이 담지된 탄소 구조체 및 이의 제조 방법{Carbon structure comprising Transition metal from peat and method of manufacturing the same}
본 발명은 토탄 유래의 전이금속이 담지된 탄소 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 흡착제, 담지체 또는 촉매제 등에 사용될 수 있는 탄소 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
과거에는 흡착제, 담지체 또는 촉매제 등에 사용될 수 있는 활성탄 등의 탄소 구조체를 제조하기 위해 석탄 또는 목재가 주 탄소재로 사용되었다. 하지만 근래에 들어, 탄소 구조체를 제조하기 위해 사용되는 주원료로서 석탄은 이미 공업적인 측면에서 보다 우수한 탄소 구조체를 위한 응용에 대한 수요를 만족시킬 수 없게 되었다. 따라서 최근에는 야자나무 등의 목재가 주 탄소재로서 사용되고 있는 추세이다. 그러나 목재는 전세계적으로 그 수요 대비 공급이 급격이 감소되고 있어 환경적으로도 경제적으로도 사용에 불리한 단점이 있다.
이에, 최근에는 환경에 대한 문제와 전세계적인 에너지 고갈에 따른 문제의 영향을 최소화하기 위한 일환으로, 보다 친환경적이며 저비용의 자원으로 활성탄 등의 탄소 구조체를 제조하기 위한 다양한 방안이 모색되고 있다.
또한 최근에는 항공기술, 에너지 저장기술 등 다양한 영역에 탄소 구조체가 응용되고 있다. 그 응용 영역은 현재에도 확장되고 있고 상기 탄소 구조체의 수요가 점차적으로 확대됨에 따라, 탄소 구조체의 물성은 물론, 탄소 구조체 및 이의 주원료가 되는 물질 등의 질량에 대한 새로운 측면에 대한 연구 및 방향의 전환도 제기되고 있다.
탄소 구조체가 적용될 수 있는 흡착제, 담지체 또는 촉매제의 일 예로, 탄소 구조체의 비교적 큰 비표면적과 기공용적을 이용하여 유기물을 흡착 및 제거하는 광촉매 산화 기술에 탄소 구조체가 사용되고 있다. 이러한 탄소 구조체는 광촉매 산화 효과가 탁월하며, 화학적 안정성, 인체 무해성, 높은 내구성에 따른 중복사용이 가능한 특성 등 다양한 장점을 가지고 있다.
한편, 탄소 구조체 제조 기술 분야에서 목재와는 성격이 다른 물질인 토탄은 광범위하게 분포되어 있는 천연물질로서, 상기 물질의 주요 구성 성분으로는 불완전 분해된 식물유체, 식물유체가 분해된 산물인 부식질, 광물질 등이 있다. 화학적 측면에서 구체적으로, 상기 구성 성분은 섬유소, 목질소, 휴믹산, 질소, 인, 칼륨 등을 포함한다. 이러한 토탄은 국내에서도 그 저장량이 풍부한 편에 속하고 그 매장량이 약 46억 톤 정도 달하는 것으로 추산되며, 전세계적으로도 매우 풍부한 자원에 속한다. 그러나 토탄의 상위 개념에 속하는 석탄 원료는 탄소 구조체의 제조에 있어서 제한적인 응용 범위로 인해 석탄을 주 탄소재로서 하는 연구 방향은 거의 진행되고 있지 않는 실정이다. 따라서 흡착제, 담지체 또는 촉매제 등에 사용하기 위한 활성탄 등의 탄소 구조체의 제조 기술분야에 있어서, 토탄을 주 탄소재로, 상기 탄소재 유래의 탄소 구조체에 전이금속을 담지하는 등의 후술하는 본 발명의 탄소 구조체의 응용 기술에 대해서는 아직까지 연구된 바 없다.
한국등록특허 KR1565852B1 (2015.10.29)
본 발명의 목적은 다양한 특정 성분을 코팅, 고정 할 수 있는 담지화 특성과 흡착 특성이 우수한 탄소 구조체를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 제조되는 탄소 구조체의 담지화 특성과 흡착 특성이 우수하고 비용이 저렴한 주 탄소재를 사용함에도, 공정이 간소화되어 공정 효율이 우수한 탄소 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법은 A) 전이금속 전구체 용액에 토탄을 투입하여 토탄에 전이금속을 흡착시키는 단계 및 B) 전이금속이 흡착된 토탄을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 제조 방법은 상기 A) 단계와 B) 단계 사이에, 전이금속이 흡착된 토탄을 알칼리계 금속의 탄산화물 용액에 침지하여 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 제조 방법은 상기 B) 단계 이후에, C) 산용액으로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 제조 방법은 상기 A) 단계 이전에, 토탄에 함유된 불순물을 제거하고 건조한 후 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 B) 단계의 열처리는 무산소 분위기에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 B) 단계의 열처리 온도는 크게 제한되지 않으며, 400~600℃일 수 있으며, 열처리 시간은 1~4 시간일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 토탄은 함수율이 40~65 중량%, 유기 화합물이 70~85 중량% 및 비표면적이 1,000~1,500 m2/g인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 전이금속은 Fe, Mn, Zn, Cu 및 Ti 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 탄소 구조체는 담지체, 흡착제 또는 촉매제로 사용될 수 있다.
본 발명의 탄소 구조체는 토탄을 포함하는 석탄 계열을 주 탄소재로서 사용함에도 다양한 특정 성분을 코팅, 고정 할 수 있는 담지화 특성과 흡착 특성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명의 탄소 구조체의 제조 방법은 제조되는 탄소 구조체의 담지화 특성과 흡착 특성이 우수하고 비용이 저렴한 주 탄소재를 사용함에도, 공정이 간소화되어 공정 효율이 우수한 장점이 있다.
여기에 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
이하 본 발명의 토탄 유래의 전이금속이 담지된 탄소 구조체 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 본 발명에서 특별한 언급 없이 불분명하게 사용된 %의 단위는 중량%를 의미한다.
본 발명에서 언급되는 “담지화 특성”은 본 발명의 탄소 구조체가 담지체로 사용될 경우에, 상기 탄소 구조체에 특정 물질이 고정되는 정도 및 특성을 의미한다. 예컨대 담지화 특성이 높은 것은 탄소 구조체의 표면과 특정 물질과의 고정력이 높은 것을 의미할 수 있으며, 담지화 특성이 낮은 것은 탄소 구조체의 표면과 특정 물질과의 고정력이 낮은 것을 의미할 수 있다.
본 발명은 흡착제, 담지체, 촉매제 등에 사용될 수 있는 탄소 구조체에 관련한 기술분야에 속한다. 현재에는 전이금속 담지, 주 탄소재의 전처리 등의 응용에 제한적임에 따라 상기 기술분야에서 다뤄지지 않았던 토탄을 주 탄소재로 사용할 경우에 담지화 특성 및 흡착 특성이 다른 석탄 계열들과 비교하여 현저히 향상됨을 본 발명자는 발견하여 본 발명을 완성하였다. 또한 상기 탄소 구조체가 본 발명의 일 예에 따른 제조 방법으로 제조될 경우에, 상술한 담지화 특성 및 흡착 특성이 향상됨을 본 발명자는 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 예에 따른 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법은 A) 전이금속 전구체 용액에 토탄을 투입하여 토탄에 전이금속을 흡착시키는 단계 및 B) 전이금속이 흡착된 토탄을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 토탄(土炭, Peat)은 석탄의 일종으로 다른 종류의 석탄들과 비교하여 상대적으로 탄화 정도가 낮은 물질에 속한다. 토탄은 주로 저습지나 소택지 등에서 퇴적된 퇴적물로서 생물의 유체가 불완전 분해된 물질이 퇴적되어 형성된다. 구체적으로, 저습지에는 수분의 공급이 과잉 상태이므로 지중 동물이나 미생물의 활동이 억제되므로, 유체의 완전 분해가 되지 않아 황갈색 또는 암갈색의 퇴적물로 형성된다.
본 발명에서는 탄소 함량이 높고, 회분 함량이 낮은 토탄이 주 탄소재로 사용됨에 따라, 토탄을 매트릭스로 하여 이에 전이금속을 효과적으로 담지할 수 있다. 즉, 석탄 계열 중 특히 토탄을 주 탄소재로 사용하는 본 발명은 전이금속 담지를 이용한 탄소 구조체의 물성 측면 및 제조 공정 측면 모두에서 매우 효과적인 장점이 있다.
상기 토탄은 상술한 바와 같은 일반적으로 통용되는 토탄을 의미할 수 있으며, 그 물성은 크게 제한되지 않으나, 구체적으로, 함수율이 40~65 중량%, 토탄 전체 중량에 대한 유기 화합물 함량이 70~85 중량% 및 비표면적이 1,000~1,500 m2/g인 토탄이 예시될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 토탄은 토탄 전체 중량에 대한 휴믹산 함량이 15~30 중량%, pH가 4.5~5.0, 요오드 흡수 용량이 1,000~1,100 mg/g 및/또는 메틸렌블루 흡수량이 120~180 mg/g인 것이 예시될 수 있다.
상기 전이금속은 흡착 특성 또는 담지화 특성을 향상시킬 수 있는 전이금속이라면 크게 제한되지 않으며, 예컨대 Fe, Mn, Zn, Cu 및 Ti 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바람직한 일 예로, 전이금속은 Fe, 및 Mn 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 포함할 수 있다. 특히 Fe를 전이금속으로 하여 Fe가 담지된 탄소 구조체의 경우는 흡착 특성, 구체적으로, 메틸렌블루 등에 대한 흡착 특성이 매우 우수할 수 있으며, 예컨대 Mn이 담지된 탄소 구조체의 경우와 비교하여 약 20% 이상 더 높을 수 있다. 용도에 따른 전이금속의 바람직한 일 예로서, Mn, Zn 등은 악취를 유발하는 화합물의 제거에 효과적일 수 있고, Cu, Ti 등은 질소산화물 등의 환원 처리에 효과적일 수 있으며, Fe, Ti 등은 과산화수소, 오존 등의 처리 보조 물질이 사용되는 경우에 효과적일 수 있다.
상기 A) 단계의 전이금속 전구체 용액의 농도와 상기 용액의 종류는 토탄이 상기 용액에 침지되어 전이금속이 토탄에 담지될 수 있을 정도라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 전이금속 전구체 용액의 농도는 0.01~20 g/ℓ인 것일 수 있으며, 용액의 종류는 물 등일 수 있다. 상기 전이금속 전구체는 각 전이금속에 해당하는 전구체이면 공지된 다양한 것들이 사용되어도 무방하다. 구체적으로, Fe 전이금속의 경우 Fe(NO3)3·9H2O 등의 전구체가 예시될 수 있으며, Mn 전이금속의 경우 MnCl2·4H2O 등의 전구체가 예시될 수 있다.
상기 A) 단계의 전이금속 전구체 용액과 토탄의 중량비는 전이금속이 토탄에 담지될 수 있을 정도, 바람직하게는 토탄에 보다 많은 몰수의 전이금속이 담지되도록 하는 것이 좋다. 구체적으로, 전이금속 용액과 토탄의 중량비는 전이금속과 토탄의 중량비가 1:99~20:80가 되도록 조절될 수 있다. 구체적인 일 예로, 전이금속이 Fe인 경우, 전이금속 용액과 토탄의 중량비는 Fe와 토탄의 중량비가 5:95~10:90이 되도록 조절될 수 있다. 또한 전이금속이 Mn인 경우, 전이금속 용액과 토탄의 중량비는 Mn과 토탄의 중량비가 1:99~7:93이 되도록 조절될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 탄소 흡착제의 제조 방법은 상기 A) 단계 이전에, 불순물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 불순물은 토탄의 유효 입자들 중 상대적으로 탄화정도가 떨어지는 식물유체 물질, 상기 유효 입자들 중 평균입경이 상대적으로 큰 입자 물질 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 불순물을 제거하는 단계는 유효 탄소 화합물 입자들 중 평균입경이 상대적으로 큰 입자 물질을 제거하는 단계 또는 물 등을 이용한 세척 단계일 수 있다. 또한 상기 제조 방법은 불순물을 제거하는 단계 이후에 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 건조 온도는 건조될 수 있을 정도면 무방하며, 예컨대 25~150℃인 것일 수 있다. 또한 상기 제조 방법은 건조하는 단계 이후에 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 분쇄하는 단계는 50~2,000 ㎛의 평균입경으로 분쇄하는 단계가 예시될 수 있다. 상술한 불순물을 제거하는 단계, 건조하는 단계, 분쇄하는 단계 등을 더 거쳐 제조되는 탄소 구조체는 담지화 특성 및 흡착 특성이 보다 향상되는 효과가 있다.
상기 A) 단계는 전이금속 전구체 용액에 토탄을 투입할 시, 전이금속이 효과적으로 흡착되도록 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 A) 단계는 전이금속 전구체 용액에 토탄을 투입하되, 용액의 pH가 2~7을 유지하도록 토탄에 전이금속을 흡착시키는 것일 수 있다. 이를 만족할 경우, 토탄에 흡착되는 전이금속이 효율적으로 흡착되며, 전이금속의 담지 효율을 증대시킬 수 있다. 구체적인 일 예로, 전이금속이 Fe일 경우는 상기 pH가 2~4일 수 있으며, 전이금속이 Mn일 경우는 상기 pH가 5~7일 수 있다.
바람직한 일 에에 따른 탄소 흡착제의 제조 방법은 상기 A) 단계와 B) 단계 사이에, 전이금속이 흡착된 토탄을 알칼리계 금속의 탄산화물 용액에 침지하여 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 단계는 전이금속을 토탄에 흡착시킨 후, 열처리 전에 알칼리계 금속의 탄산화물 용액에 침지하여 처리하는, 알칼리계 금속의 탄산화물 처리 단계일 수 있다. 전이금속이 흡착된 토탄을 열처리 전에 알칼리계 금속의 탄산화물 용액에 침지함으로써, 토탄에 포함되어 있는 Ca, Mg 등과 용액 중의 촉매물질과 이온교환이 원활하게 일어나게 되어 소정의 촉매물질을 토탄에 더 부착시킬 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 알칼리계 금속의 탄산화물 처리 단계는 0.01~20 g/ℓ 농도의 알칼리계 금속의 탄산화물 수용액에 전이금속이 흡착된 토탄을 충분히 침지하여 0.1~36 시간 동안 처리하는 것일 수 있다. 이때 알칼리계 금속의 탄산화물 및 이의 용액의 사용 함량은 전이금속이 흡착된 토탄이 상기 용액에 침지되어 담지화 특성이 향상될 수 있을 정도로 처리될 정도면 무방하므로, 상기 농도로 한정되는 것은 아니다. 상기 알칼리계 금속은 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 중에서 선택되는 것일 수 있다. 구체적인 예로, 알칼리계 금속의 탄산화물은 탄산나트륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘 및 탄산칼륨 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 B) 단계는 토탄을 열분해(소성)하기 위한 과정으로, 무산소 분위기에서 수행되는 것일 수 있다. 무산소 분위기의 예로, 질소 가스 분위기, 아르곤 가스 분위기 등이 예시될 수 있다. 무산소 분위기에서는 기공을 충분히 유지하거나 발달시켜 표면적이 증가되어 바람직하나, 산소 분위기에서는 토탄이 연소되어 활성탄 제조 수율이 감소될 수 있고, 기공이 확대되어 전체 비표면적이 감소될 뿐만 아니라 흡착 특성이 감소하므로 바람직하지 않다.
상기 B) 단계의 열처리 온도 및 시간은 A) 단계에서 수득된 토탄이 열분해될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 400~600℃, 1~4 시간일 수 있다. 구체적이며 바람직한 일 예로, B) 단계는 A) 단계에서 수득된 토탄이 400~600℃ 온도까지 3~20℃/min로 승온시킨 후에 1~4 시간 동안 상기 온도 범위를 유지하는 단계일 수 있다. 이를 만족할 경우, 석탄 계열 중, 상대적으로 불완전 분해된 물질을 포함하는 토탄의 급격한 온도 상승으로 인한 변수 및 부작용을 방지할 수 있다.
바람직한 일 예에 따른 탄소 흡착제의 제조 방법은 B) 단계 이후에, C) 산용액으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다. C) 단계를 더 거칠 경우, 토탄에 포함되어 있는 금속 산화물을 이온화하여, 이후 제조된 탄소 흡착제에 촉매를 담지화할 때 촉매와의 이온교환 발생이 우수하게 된다. 따라서 탄소 흡착제의 담지화 특성이 현저히 향상될 수 있다. 상기 산용액은 공지된 다양한 것들이 사용될 수 있으며, 질산 수용액, 염산 수용액, 황산 수용액 등이 예시될 수 있다. 또한 이후 물 등으로 다시 세척하는 단계를 더 거칠 수 있다.
본 발명의 탄소 구조체는 토탄 유래의 탄소 화합물 및 상기 탄소 화합물에 담지된 전이금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 구조체는 토탄 유래의 탄소 화합물 100 중량부에 대하여 전이금속 0.01~10 중량부, 바람직하게는 1~10 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 본 발명이 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명의 탄소 구조체는 담지체, 촉매제 또는 흡착제로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 탄소 구조체는 담지체, 촉매제 또는 흡착제일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따라 제조되는 탄소 구조체는 담지체로 사용될 경우, 상기 탄소 구조체는 다양한 특정 물질에 대한 담지화 특성이 매우 우수한 효과를 가진다. 구체적인 예로서, 본 발명의 일 예에 따라 제조되는 탄소 구조체는 메틸렌블루의 제거율(흡착률)이 25~90%, 30~90%, 50~90%일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 제조 방법으로 제조된 Fe 전이금속이 담지된 탄소 구조체는 메틸렌블루의 제거율이 50%~90%일 수 있으며, 본 발명의 일 예에 따른 제조 방법으로 제조된 제 Mn 전이금속이 담지된 탄소 구조체는 메틸렌블루의 제거율이 30~90%일 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
먼저 함수율이 61%, 유기물 총량이 76%, 휴믹산 함량이 23%, pH가 4.8인 흑갈색 분말 형태의 토탄을 준비하였다. 상기 토탄을 물로 세정한 후, 체질하여 불순물을 제거하였다. 불순물이 제거된 토탄을 오븐을 이용하여 120℃에서 건조시킨 후, 도가니에 투입하고 분쇄하여 정제된 토탄을 준비하였다.
상기 정제된 토탄 30 g을 교반기에 투입하고 2 g/ℓ 농도의 Fe(NO3)3·9H2O의 전이금속 수용액을 상기 교반기에 천천히 투입 및 교반하여 혼합하였으며, 이때 전이금속과 토탄의 질량비가 1:9가 될 때까지 투입하였다. 그리고 상기 혼합된 혼합물의 pH가 3이 되도록 조절하고 흡착평형이 될 때까지 진당하여, 철이 흡착된 토탄을 제조하였다.
상기 철이 흡착된 토탄을 건조하고, 건조된 철이 흡착된 토탄의 1/3 중량비의 무수탄산나트륨 수용액(1.56 g/ℓ 농도)에 혼합하여 12 시간 동안 침지시킨 후에 110℃에서 2 시간 동안 건조하여 수득물을 수득하였다.
상기 수득물을 도가니에 투입하고, 도가니를 밀폐하여 고온의 무산소 머플러 속에서 10℃/min의 속도로 500℃까지 승온하고 2 시간 동안 열처리한 후에, 25℃로 자연 냉각시켰다.
상기 열처리된 물질을 머플러에서 꺼내고 0.5 mol 농도의 H2SO4 수용액을 이용하여 세척하였으며, 다시 증류수로 표면 잔류물을 제거하고 건조하여, 철이 담지된 탄소 구조체를 제조하였다.
상기 철이 담지된 탄소 구조체의 흡착 특성을 평가하기 위해, 매틸렌블루 흡착 실험을 수행하였다. 구체적으로, 반응기 속에 100 mg/ℓ 농도의 메틸렌블루(Methylene blue, MB) 수용액 1,000 ㎖ 및 상기 탄소 구조체 1.6 g을 투입한 후, 자외선램프(185nm, 254nm, 356nm 주파장, 15w)를 조사하면서 10 분 간격으로 1 시간동안 일정량의 용액을 샘플링을 하고, 이를 시료의 최대 흡수 파장인 664 nm에서 흡광도를 UV-vis 분광광도계(Shimadzu, MINI-1240)로 측정하여 탄소 구조체의 메틸렌블루 흡착률(제거율)을 계산하였다.
그 결과, 실시예 1의 철이 담지된 탄소 구조체의 메틸렌블루 제거율은 최대 58.7%였다.
실시예 1의 정제된 토탄을 교반기에 투입하고 2 g/ℓ 농도의 Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 이용하여 pH가 3이 되도록 하여 제조된 철이 흡착된 토탄 대신 하기 망간이 흡착된 토탄을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하여 망간이 담지된 탄소 구조체를 제조하고 매틸렌블루 흡착 실험을 수행하였다.
상기 망간이 흡착된 토탄 다음과 같은 방법으로 제조되었다. 실시예 1의 정제된 토탄 30 g을 교반기에 투입하고 0.5 g/ℓ 농도의 MnCl2·4H2O의 전이금속 수용액을 상기 교반기에 천천히 투입 및 교반하여 혼합하였으며, 이때 전이금속과 토탄의 질량비가 1:19가 될 때까지 투입하였다. 그리고 상기 혼합된 혼합물의 pH가 6이 되도록 조절하고 흡착평형이 될 때까지 진당하여, 망간이 흡착된 토탄을 제조하였다.
그 결과, 실시예 2의 망간이 담지된 탄소 구조체의 메틸렌블루 제거율은 최대 30.8%였다.
실시예 1의 상기 철이 흡착된 토탄을 무수탄산나트륨 수용액에 혼합하여 침지하지 않고 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 실시예 3의 철이 담지된 탄소 구조체의 메틸렌블루 제거율은 최대 47.9%였다.

Claims (10)

  1. A) 전이금속 전구체 용액에 토탄을 투입하여 토탄에 전이금속을 흡착시키는 단계 및
    B) 전이금속이 흡착된 토탄을 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 A) 단계와 B) 단계 사이에, 전이금속이 흡착된 토탄을 알칼리계 금속의 탄산화물 용액에 침지하여 처리하는 단계를 포함하는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 B) 단계 이후에, C) 산용액으로 처리하는 단계를 더 포함하는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 A) 단계 이전에, 토탄에 함유된 불순물을 제거하고 건조한 후 분쇄하는 단계를 더 포함하는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 B) 단계의 열처리는 무산소 분위기에서 수행되는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 B) 단계의 열처리 온도는 400~600℃이며, 열처리 시간은 1~4 시간인 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 토탄은 함수율이 40~65 중량%, 유기 화합물이 70~85 중량% 및 비표면적이 1,000~1,500 m2/g인 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전이금속은 Fe, Mn, Zn, Cu 및 Ti 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  9. 제1항, 제3항 내지 제8항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    흡착제, 담지체 또는 촉매제로 사용되는 전이금속이 담지된 탄소 구조체의 제조 방법.
  10. 삭제
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