KR101897676B1 - Method for manufacturing activated carbons using thermal solvent extraction - Google Patents
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Abstract
본 발명은 활성탄 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 저등급 석탄의 회분을 열적 용매 추출법으로 제거하고 회분이 제거된 무회분탄으로 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법은 열적 용매 추출의 조건을 변화시켜 활성탄 제조시 흡착성능에 영향을 미치는 석탄의 회분을 제거함과 동시에 추출된 석탄의 물리적, 화학적 특징을 조절하여 타겟 물질들의 서로 다른 흡착특성에 적합한 맞춤형 활성탄을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing activated carbon, and more particularly to a method for removing activated carbon from ashless coal ash by removing the ash of low grade coal by a thermal solvent extraction method. The present invention is directed to a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method, wherein the conditions of the thermal solvent extraction are changed to remove the ash that affects the adsorption performance during the production of the activated carbon and the physical and chemical characteristics of the extracted coal, It is possible to produce tailored activated carbon suitable for different adsorption characteristics.
Description
본 발명은 활성탄 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 석탄의 회분을 열적 용매 추출법으로 제거하고 회분이 제거된 무회분탄으로 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing activated carbon, and more particularly, to a method for removing coal ash by thermal solvent extraction and producing activated carbon from ashless coal ash removed.
활성탄은 높은 표면적으로 인해 흡착특성을 지닌 탄소질 물질로서 목탄 따위를 활성화하여 제조된다. 이러한 활성탄은 식품, 약품, 환경, 전자 재료 등 전 산업 분야에서 공업적으로 매우 중요한 탄소 재료 중 하나이다. 각 분야에서 효과적인 기능 발휘를 위해 각 용도에 적절한 물성을 갖는 활성탄이 요구되고 있다. 활성탄의 흡착 성능 등의 물성은 활성탄의 구조, 주로 비표면적에 영향을 받는 것이 알려져 있고, 흡착 물질의 사이즈나 극성에 따라 세공 지름 분포나 표면 성상을 적절하게 제어하는 등의 연구가 이루어지고 있다. Activated carbon is produced by activating charcoal as a carbonaceous material with adsorption properties due to its high surface area. Such activated carbon is one of carbon materials which are industrially important in all industries such as food, medicine, environment, and electronic materials. There is a demand for activated carbon having properties suitable for each application in order to exhibit effective functions in various fields. It is known that the physical properties such as the adsorption performance of activated carbon are affected by the structure of the activated carbon, mainly the specific surface area, and studies have been made to appropriately control the pore diameter distribution and the surface property depending on the size and polarity of the adsorbent.
활성탄은 가솔린 등의 석유 자원의 대체 자원인 천연 가스를 주로 함유하는 저장 가스를 위한 흡착제로서 주목되고 있다. 천연 가스는 주로 메탄 또는 에탄을 함유한다. 일반적으로, BET 비표면적이 더 크고, 1nm 이하의 세공 직경을 갖는 미세공의 용적이 더 큰 활성탄은 메탄, 에탄, 또는 저 분자량을 갖는 그 외의 탄화수소 가스, 또는 수소 등의 작은 분자 크기를 갖는 가스의 흡착을 더욱 촉진시킬 수 있다. Activated carbon is attracting attention as an adsorbent for storage gas mainly containing natural gas, which is an alternative resource of petroleum resources such as gasoline. Natural gas mainly contains methane or ethane. In general, activated carbon having a larger BET specific surface area and a larger micropore volume having a pore diameter of 1 nm or less may be used as a hydrocarbon gas having methane, ethane, or other hydrocarbon gas having a low molecular weight, or a gas having a small molecular size such as hydrogen Can be further promoted.
또한 활성탄은 수돗물, 음용수 등 수질 개선에 사용되고 있다. 유해 물질 제거 기술 중 음용수 생산을 위한 살균, 소독에 사용되는 염소 등의 소독제는 유기물과 반응하여 트리할로메탄류 등 많은 소독부산물을 발생시키는데, 특히 클로로포름 등 일부 소독부산물은 US EPA에 의해 발암 가능성이 있는 독성 물질로 분류되고 있다. 수돗물 내 존재하는 소독 부산물들은 정수과정에서 제거되고 있으며, 이러한 정수 기술중 활성탄의 흡착력을 이용한 필터 여과 방식이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 그러나 일반적인 활성탄은 기공구조를 갖는 비 선택성 흡착제로서 비극성 물질들은 비교적 용이하게 흡착되나 상대적으로 극성을 갖는 물질들에 대한 흡착력은 불리한 것으로 알려져 있다. 또한 활성탄의 미세 세공의 크기에 따라 흡착할 수 있는 물질이 제한적이다.Activated carbon is also used to improve water quality such as tap water and drinking water. Disinfectants such as chlorine used for sterilization and disinfection for the production of drinking water among the toxic substance removal technology generate many disinfection byproducts such as trihalomethanes by reacting with organic substances. Particularly, some disinfection byproducts such as chloroform are produced by US EPA Are classified as toxic substances. The disinfection by-products present in tap water are removed during the purification process, and the filter filtration method using the adsorption power of activated carbon among these purification techniques is known to be most effective. However, it is known that general activated carbon is a non-selective adsorbent having a pore structure, and non-polar materials are adsorbed relatively easily, but adsorption power to materials having a relatively polar property is disadvantageous. In addition, there are limited substances that can be adsorbed depending on the size of the fine pores of the activated carbon.
한국 공개특허 2001-0017306 호는 역청탄을 이용한 활성탄 원료 제조방법에 관한 것으로, 역청탄의 점결성을 제거하기 위해 유기용매에 녹이고, 이에 압력을 가하여 활성탄 제조에 적합한 원료 제조방법을 개시한다. 그러나 이는 단순히 점결성만을 제거하기 위한 것으로, 활성탄 원료인 석탄 자체를 가공하여 흡착물질의 종류에 따른 흡착성능을 개선할 수 없다. Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2001-0017306 discloses a method for producing an activated carbon raw material using bituminous coal, which is dissolved in an organic solvent to remove the cohesion of bituminous coal, and a pressure is applied to the activated carbon to produce an activated carbon. However, this is to remove only the cohesion, and it is impossible to improve the adsorption performance depending on the kind of the adsorbent by processing the coal itself, which is the raw material of activated carbon.
한국 등록특허 1636347호는 표면 개질 활성탄의 제조방법으로, 활성탄의 습식산화처리 단계, 금속용액 함침 단계, 수산화물 형성 단계, 산화물 형성 단계 및 냉각 단계로 이루어진 금속 산화물을 활성탄의 표면에 첨착시키는 표면 개질 활성탄의 제조방법을 개시한다. 그러나 이는 단순히 활성탄 표면의 기능기만을 도입하는 것으로, 흡착되는 분자의 크기나 표면적을 조절할 수 없다.Korean Patent No. 1636347 discloses a method for producing surface-modified activated carbon, which comprises the steps of wet-oxidizing activated carbon, impregnating a metal solution, forming a hydroxide, forming an oxide, and cooling a surface- And a method for producing the same. However, this means that only the functional groups on the activated carbon surface are introduced, and the size and surface area of adsorbed molecules can not be controlled.
따라서 타겟 물질들의 서로 다른 특성에 따라 효율적인 흡착을 위해 각 물질 흡착에 특화된 맞춤형 활성탄 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop tailor-made activated carbon specialized for adsorption of each substance for effective adsorption according to different characteristics of target materials.
본 발명은 활성탄 제조방법에 관한 것으로, 열적 용매 추출법의 조건을 변화시켜 석탄, 바람직하게 저등급 석탄을 가공한 맞춤형 활성탄의 제조방법을 제공하고자 한다. The present invention relates to a method for producing activated carbon, and a method for producing customized activated carbon by processing coal, preferably low grade coal, by changing the conditions of the thermal solvent extraction method.
본 발명은 열적 용매 추출법의 조건을 변화시켜 석탄, 바람직하게 저등급 석탄을 가공하여 타겟 물질에 대한 맞춤형 활성탄의 제조방법을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present invention has accomplished the present invention by discovering a method for producing customized activated carbon for a target material by processing coal, preferably low grade coal, by changing the conditions of the thermal solvent extraction method.
본 발명은 석탄의 종류, 유기용매의 종류, 가열온도, 압력조건을 조절하는 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법으로, 상기 방법은, 토탄, 갈탄, 아역청탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원료석탄을 극성용매 또는 비극성용매와 혼합하여 슬러리를 제조하여 가열하는 열적 용매 추출단계; 상기 추출단계에서 석탄이 추출된 추출액을 분리하는 단계; 상기 추출액의 용매를 증발 시키거나 또는 추출액에 석출용매를 첨가하여 고체성분을 석출하는 활성탄 원료 수득단계; 및 상기 활성탄 원료를 물리적 또는 화학적 처리로 활성화하는 활성탄 제조단계를 포함하고, 상기 극성용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌디아민, 에틸아세테이트, 메탄올, 에탄올, 벤질에테르, 페놀 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 비극성용매는 1-메틸나프탈렌, 테트랄린(tetralin), 톨루엔, 경질순환유(light cycle oil), 디메틸나프탈렌, 아니솔 및 이황화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상기 열적 용매 추출단계는 상기 혼합슬러리를 200℃ 내지 400℃의 온도범위 및 1 bar 내지 50 bar 압력범위에서 가열하여 상기 석탄 내의 유기성분을 추출하는, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method for controlling the kind of coal, the kind of organic solvent, the heating temperature, and the pressure condition, and the method is characterized in that at least one raw coal selected from the group consisting of peat, A polar solvent or a non-polar solvent to prepare a slurry and then heating the mixture; Separating the extract from which the coal is extracted in the extracting step; Obtaining an activated carbon raw material for evaporating the solvent of the extract or adding a precipitating solvent to the extract to precipitate a solid component; And an activated carbon production step of activating the activated carbon raw material by physical or chemical treatment, wherein the polar solvent is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, ethylenediamine, ethyl acetate, methanol, ethanol, benzyl ether, Wherein the nonpolar solvent is selected from the group consisting of 1-methylnaphthalene, tetralin, toluene, light cycle oil, dimethylnaphthalene, anisole and carbon disulfide And the thermal solvent extraction step comprises heating the mixed slurry at a temperature in the range of 200 ° C to 400 ° C and a pressure in the range of 1 bar to 50 bar to extract an organic component in the coal, to provide.
본 발명은 또한, 상기 슬러리 제조단계의 원료석탄과 유기용매의 슬러리 제조 함량은 1:2 내지 1:10의 중량비인 것을 특징으로 하는, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method, wherein the slurry production ratio of the raw coal and the organic solvent in the slurry production step is 1: 2 to 1:10 by weight.
본 발명은 또한, 상기 추출액을 분리하는 단계는 열적 용매 추출단계에서 유기용매에 용해되지 않은 입자상 물질을 중력침강법, 여과 및 원심분리중 선택되는 하나 이상을 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for separating an extract liquid, comprising the steps of: separating particulate matter not dissolved in an organic solvent by using at least one selected from gravitational settling, filtration and centrifugal separation in a thermal solvent extraction step; A method for producing activated carbon using a solvent extraction method.
본 발명은 또한, 상기 증발은 80℃ 내지 300℃에서 수행하는 것인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon using thermal solvent extraction, wherein the evaporation is carried out at a temperature of 80 to 300 캜.
본 발명은 또한, 상기 석출용매는 추출액의 용매와 균일하게 혼합가능 하나, 석탄은 용해되지 않는 용매인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method, wherein the precipitation solvent is a solvent which can be uniformly mixed with a solvent of an extract but is not dissolved in coal.
본 발명은 또한, 상기 석출용매는 물 또는 에탄올인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method, wherein the precipitation solvent is water or ethanol.
본 발명은 또한, 상기 석출용매는 추출액과 석출용매의 부피비가 1:0.3 내지 1:1이 되도록 첨가되는 것인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method, wherein the precipitation solvent is added so that the volume ratio of the extraction solution and the precipitation solvent is 1: 0.3 to 1: 1.
본 발명은 또한, 상기 활성탄 원료물질은 회분이 1.0중량% 이하의 석탄인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing activated carbon, wherein the activated carbon raw material is coal with a by-product of 1.0 wt% or less, using a thermal solvent extraction method.
본 발명은 또한, 상기 물리적 처리는 활성탄 원료물질을 800℃ 내지 1100℃ 온도범위에서 수증기, 이산화탄소 또는 산소 기체 분위기 하에 가열하는 것이고, 상기 화학적 처리는 활성탄 원료물질을 ZnCl2, H3PO4 또는 알칼리를 혼합하고 500℃ 내지 800℃ 온도 범위에서 열처리하는 것인, 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to the above-mentioned physical treatment, wherein the activated carbon raw material is heated in a temperature range of 800 ° C to 1100 ° C in a steam, carbon dioxide or oxygen gas atmosphere, and the chemical treatment is carried out by adding the activated carbon raw material to ZnCl 2 , H 3 PO 4, Are mixed and subjected to a heat treatment at a temperature range of 500 ° C to 800 ° C. The present invention also provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method.
본 발명에 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법은 열적 용매 추출의 조건을 변화시켜 활성탄 제조시 흡착성능에 영향을 미치는 석탄의 회분을 제거함과 동시에 추출된 석탄의 화학적 특징을 조절하여 타겟 물질들의 서로 다른 흡착특성에 적합한 맞춤형 활성탄을 제조할 수 있다.In the method for producing activated carbon using thermal solvent extraction method according to the present invention, by changing the conditions of thermal solvent extraction, the ash of coal which affects the adsorption performance during the production of activated carbon is removed and the chemical characteristics of the extracted coal are controlled, Customized activated carbon suitable for adsorption characteristics can be produced.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 활성탄 원료의 연료비를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 활성탄 원료의 열적 용매 추출 시 용매에 따른 H/C 성분비를 나타낸 것이다.
도 2b은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 활성탄 원료의 열적 용매 추출 시 용매에 따른 O/C 성분비를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 활성탄 원료인 4종의 활성탄원료 Eco-NMP, Eco-EDA, Eco-1-MN, Eco-TTL의 수증기 가스화반응에서 얻어진 H2/CO ratio 결과이다.
도 3b는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 활성탄 원료인 4종의 활성탄원료 Eco-NMP, Eco-EDA, Eco-1-MN, Eco-TTL의 수증기 가스화반응에서 얻어진 CO2/CO ratio 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 열적 용매 추출법으로 제조된 Eco석탄의 유기용매의 종류에 따라 제조한 활성탄 원료의 C-NMR 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따라 열적 용매 추출법으로 제조된 Eco석탄의 유기용매의 종류에 따라 제조한 활성탄 원료의 FT-IR 결과이다.FIG. 1 shows the fuel ratio of the activated carbon raw material produced according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2A shows the H / C ratio of the activated carbon raw material prepared according to an embodiment of the present invention, according to the solvent during the thermal solvent extraction.
FIG. 2B shows the O / C ratio of the active carbon raw material prepared according to an embodiment of the present invention, according to the solvent during the thermal solvent extraction.
FIG. 3A shows the H 2 / CO ratio results obtained in the steam gasification of the four types of activated carbon raw materials, activated carbon raw materials, produced according to an embodiment of the present invention, namely, Eco-NMP, Eco-EDA, Eco-1-MN and Eco- to be.
FIG. 3B is a graph showing the results of CO 2 / CO ratio obtained in the steam gasification reaction of the activated carbon raw materials Eco-NMP, Eco-EDA, Eco-1-MN and Eco-TTL as raw materials of activated carbon prepared according to one embodiment of the present invention to be.
FIG. 4 is a C-NMR spectrum of an activated carbon raw material prepared according to an organic solvent of Eco coal produced by a thermal solvent extraction method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows FT-IR results of activated carbon raw materials prepared according to the kind of organic solvent of Eco coal produced by the thermal solvent extraction method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
한 양태에서 본 발명은 석탄의 종류, 유기용매의 종류, 가열온도, 압력조건을 조절하는 열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법으로, 상기 방법은, 토탄, 갈탄, 아역청탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원료석탄을 극성용매 또는 비극성용매와 혼합하여 슬러리를 제조하여 가열하는 열적 용매 추출단계; 상기 추출단계에서 석탄이 추출된 추출액을 분리하는 단계; 상기 추출액의 용매를 증발 시키거나 또는 추출액에 석출용매를 첨가하여 고체성분을 석출하는 활성탄 원료 수득단계; 및 상기 활성탄 원료를 물리적 또는 화학적 처리로 활성화하는 활성탄 제조단계를 포함한다.In one aspect, the present invention provides a method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method for controlling the kind of coal, the kind of organic solvent, the heating temperature, and the pressure condition, wherein the method comprises the steps of: A thermal solvent extraction step of mixing the above raw coal with a polar solvent or a nonpolar solvent to prepare a slurry and heating the slurry; Separating the extract from which the coal is extracted in the extracting step; Obtaining an activated carbon raw material for evaporating the solvent of the extract or adding a precipitating solvent to the extract to precipitate a solid component; And an activated carbon production step of activating the activated carbon raw material by physical or chemical treatment.
본 발명의 활성탄이란 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질로, 미세기공에 의해 큰 비표면적을 갖고 높은 흡착력을 나타내여 용액 중의 용질 등에 대해 강한 흡착성을 나타내는 물질이다. 활성탄의 제조공정은 원료탄의 종류 및 생산제품의 형태 등에 따라 달라지나 크게 탄화(carbonization) 및 활성화(activation) 공정을 거쳐 제조된다. 본 발명에서는 열적 용매 추출법을 이용하여 물성이 다른 활성탄 원료를 제조하고, 이를 활성화하여 활성탄을 제조한다. 한 구현예에서 상기 활성탄 원료는 토탄, 갈탄, 아역청탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원료석탄을 열적 용매 추출법으로 회분을 제거한 무회분 석탄이다.The activated carbon of the present invention is a substance in which most of the constituent materials are carbonaceous materials, and has a large specific surface area due to micropores, exhibits a high adsorption ability, and exhibits strong adsorption against solutes in a solution and the like. The production process of activated carbon varies depending on the type of raw coal and the type of product to be produced, but is largely manufactured through carbonization and activation processes. In the present invention, activated carbon materials having different physical properties are prepared by using a thermal solvent extraction method, and activated carbon is produced by activating the raw materials. In one embodiment, the activated carbon raw material is at least one raw coal selected from the group consisting of peat, lignite, and bituminous coal, and the ashless coal obtained by removing the ash by the thermal solvent extraction method.
석탄이란 지질시대의 육생식물이나 수생식물이 수중에 퇴적하여 매몰된 후 가열과 가압작용을 받아 변질하여 생성된 흑갈색의 가연성 암석이다. 대부분 유기성분으로 구성되어 있으며 소량의 무기성분을 포함한다. 석탄은 토탄(peat)에서부터, 갈탄(lignite), 아역청탄(sub-bituminous coal), 역청탄(bituminous coal), 무연탄(anthracite) 등급으로 나뉘어지며, 이 중에서 저등급석탄(LRC)은 갈탄에서부터 아역청탄까지를 말하며 역청탄에서부터는 고등급석탄(HRC)로 분류된다. 본 발명의 석탄은 어느 것으로 한정하지 않으며, 모든 석탄을 활성탄 제조에 이용할 수 있으며, 바람직하게 저등급 석탄인 토탄, 갈탄, 아역청탄을 이용한다. 저품위 석탄에는 다량의 회분이 포함되어 있는데, 회분이란 석탄에 포함되어 있는 무기성분으로, 연소후 재의 형태로 잔류하는 불연성의 광물질로서 산화규소(SiO2), 산화알미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 산화나트륨(Na2O) 등의 무기성분들을 의미한다. 본 발명에서는 상기 회분을 포함하지 않거나 회분의 함량이 예를 들면 전체 석탄 함량 중 회분(ash) 함량이 1.5중량% 이하로 포함하는 석탄으로 활성탄 원료를 제조한다. 회분을 포함하는 석탄으로 활성탄을 제조할 경우 활성탄의 흡착능력이 떨어진다. 본 발명에서는 열적 용매 추출로 회분을 제거하여 활성탄 원료를 제조하며 이로 활성탄을 제조하면 흡착능력을 향상시킬 수 있다.Coal is a blackish-brown flammable rock produced by sedimentation and burial of geophysical plants and aquatic plants in the geologic age, followed by alteration by heating and pressurization. It is mostly composed of organic components and contains a small amount of inorganic components. Coal is divided into peat, lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal, and anthracite grades, among which low grade coal (LRC) And from the bituminous coal to high grade coal (HRC). The coal of the present invention is not limited to any one, and all of the coal can be used for the production of activated carbon, and preferably used are coal of low grade coal such as peat, lignite, and bituminous coal. Low-grade coal contains a large amount of ash, which is an inorganic component contained in coal. It is a nonflammable minerals that remain in the form of ash after combustion, and include silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) (Fe 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), titanium oxide (TiO 2 ), and sodium oxide (Na 2 O). In the present invention, the activated carbon raw material is produced from coal containing no ash or containing ash content of, for example, 1.5 wt% or less ash content in the total coal content. When activated carbon is produced from coal containing ash, the adsorption capacity of activated carbon is decreased. In the present invention, by removing the ash by thermal solvent extraction, an activated carbon raw material is prepared, and the activated carbon is produced, thereby improving the adsorption ability.
본 발명의 활성탄은 열적 용매 추출을 통해 제조된 활성탄 원료로부터 제조된다. 열적 용매 추출이란 추출용매를 사용하여 고체 또는 액체 중에서 성분물질의 1종(경우에 따라 2종 이상)을 용매를 가열하면서 추출하는 것을 일컫는다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 열적 용매 추출을 이용하여 회분을 포함하는 원료석탄을 용매에 용해시켜 석탄의 유기성분만을 추출하여 무회분탄을 제조한다. 예를 들면 상기 회분은 무기성분으로 유기용매에 용해되지 않으며, 이는 석탄의 유기성분만을 추출할 수 있게 하여 활성탄 원료로 적합한 석탄을 제조할 수 있다. 상기 원료석탄은 분쇄기로 분쇄하여 추출용매와 혼합 슬러리를 제조하는 데, 분쇄된 석탄의 크기가 50~300㎛, 특히 100㎛ 정도의 크기를 가질 수 있으나 이로 한정하는 것은 아니다. 일반적으로 석탄의 입자 크기가 50㎛보다 작을 경우 입자끼리의 뭉침이 발생하여 용매와의 접촉이 원활하지 이루어지지 않고, 반면 300㎛보다 큰 경우 오랜 추출시간이 요구된다. 분말상의 원료석탄은 입자 크기가 작아 용매와의 반응 면적을 넓힐 수 있고, 추출용매와의 혼합에 의해 제조한 슬러리의 이송이 원활하다. 본 발명의 한 구현예에서 원료 석탄과 용매의 슬러리 제조 함량은 1:2 내지 1:10의 중량비로 혼합될 수 있으며, 용매의 중량비율이 1:10 보다 높으면 유기용매에 용해되는 석탄의 양이 너무 적기 때문에 폐기되는 추출용매 때문에 비경제적이며, 용매의 중량비율이 1:2 보다 낮은 경우에는 석탄의 양이 많아지면서 슬러리의 점도가 높아져 이송 및 여과 등의 공정에 문제가 될 수 있다.The activated carbon of the present invention is produced from the activated carbon raw material produced through thermal solvent extraction. Thermal solvent extraction refers to the extraction of one (or at least two, depending on the case) component material in a solid or a liquid using an extraction solvent while heating the solvent. In one embodiment of the present invention, the raw coal containing ash is dissolved in a solvent by using the thermal solvent extraction to extract organic matter of coal to produce an ash powder. For example, the ash is an inorganic component and does not dissolve in an organic solvent, and it is possible to extract only organic matter of coal to produce coal suitable as an activated carbon raw material. The raw coal is pulverized by a pulverizer to produce a mixed slurry with an extraction solvent. The pulverized coal may have a size of about 50 to 300 μm, particularly about 100 μm, but is not limited thereto. Generally, when the particle size of the coal is less than 50 탆, the particles are clumped together and the contact with the solvent is not smooth. On the other hand, when the particle size is larger than 300 탆, long extraction time is required. The raw material coal in the form of powder has a small particle size, which can broaden the reaction area with the solvent, and the slurry produced by mixing with the extraction solvent is smoothly conveyed. In one embodiment of the present invention, the slurry content of the raw coal and the solvent may be mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:10. If the weight ratio of the solvent is higher than 1:10, the amount of coal dissolved in the organic solvent If the weight ratio of the solvent is less than 1: 2, the amount of coal is increased and the viscosity of the slurry becomes high, which may cause a problem in processes such as transport and filtration.
본 발명의 열적 용매 추출은 추출시 조건 변화에 따라 다양한 화학적 특징을 갖는 활성탄 원료물질로서의 무회분탄의 제조가 가능하다. 예를 들면 석탄의 종류, 추출용매의 종류, 가열온도, 압력조건을 각각 달리하면 서로 다른 표면형상 및 미세구조의 특징을 가질 수 있다. 표면형상이나 미세구조를 서로 다르게 제조함으로써 타겟 물질의 특성에 따라 활성탄의 특징을 조절할 수 있으며, 이는 타겟 물질의 분자크기, 화학적 특성 등을 효율적으로 조절할 수 있는 맞춤형 활성탄 제조방법이다. 예를 들면 타겟물질이 클로로포름인 경우 분자직경이 ~6A인 점을 고려하여 열적 용매 추출 방법의 조건을 조절법에 따라 클로로포름 흡착에 최적화된 활성탄을 제조할 수 있다. 한 구현예에서 상기 석탄의 종류는 토탄, 갈탄, 아역청탄 및 역청탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 추출용매는 극성 또는 비극성 용매를 사용할 수 있으며, 한 구현예에서 극성용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌디아민, 에틸아세테이트, 메탄올, 에탄올, 벤질에테르, 페놀 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 비극성용매는 1-메틸나프탈렌, 테트랄린(tetralin), 톨루엔, 경질순환유(light cycle oil), 디메틸나프탈렌, 아니솔 및 이황화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 상기 가열온도는 200℃ 내지 400℃의 온도범위, 압력범위는 1 bar 내지 50 bar에서 열적 용매 추출을 수행할 수 있다. 유기용매의 온도가 350℃보다 높으면 이론적으로 대기압 조건에서 석탄의 일부 성분이 열분해되어 손실될 수 있다. 이와 같이 다양한 조건에 따라 활성탄 원료 물질의 성질을 조절할 수 있으며, 이는 최종적으로 용도에 적합한 맞춤형 활성탄을 제조할 수 있다. The thermal solvent extraction of the present invention makes it possible to produce an ash powder as an activated carbon raw material having various chemical characteristics in accordance with changes in conditions during extraction. For example, different types of coal, extraction solvent, heating temperature, and pressure conditions can have different surface shapes and microstructural features. It is possible to control the characteristics of the activated carbon according to the characteristics of the target material by manufacturing the surface shape or the microstructure differently. This is a method of manufacturing customized activated carbon which can efficiently control the molecular size, chemical characteristics, and the like of the target material. For example, if the target substance is chloroform, considering the fact that the molecular diameter is ~ 6 A, activated carbon optimized for chloroform adsorption can be prepared according to the control method of the thermal solvent extraction method. In one embodiment, the coal may be at least one selected from the group consisting of peat, lignite, bituminous coal and bituminous coal. The extraction solvent may be a polar or non-polar solvent. In one embodiment, the polar solvent is N Wherein the nonpolar solvent is at least one member selected from the group consisting of 1-methylnaphthalene, tetralin, tetralin, methylene-2-pyrrolidone, ethylenediamine, ethyl acetate, methanol, ethanol, benzyl ether, phenol, Toluene, light cycle oil, dimethyl naphthalene, anisole, and carbon disulfide. The heating temperature may range from 200 ° C to 400 ° C, and the pressure range may be from 1 bar to 50 bar. If the temperature of the organic solvent is higher than 350 ° C, theoretically, some components of the coal may be pyrolyzed and lost at atmospheric pressure. The properties of the activated carbon raw material can be controlled according to various conditions as described above, and finally, customized activated carbon suitable for the application can be produced.
열적 용매 추출에 의해 수득한 추출액은 여과하여 입자상 물질(회분)과 분리한다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 분리는 추출용매에 용해되지 않은 입자상 물질을 분리하기 위해 이로 한정하는 것은 아니나 중력침강법, 여과 및 원심분리 중 선택되는 하나 이상을 사용하여 분리할 수 있으며 바람직하게 여과방법으로 분리한다. 상기 회분이 제거된 추출액은 추출용매를 제거하여 맞춤형 활성탄 원료인 고체 무회분탄을 수득한다. 용매 제거는 증발법 또는 석출용매의 첨가로 수득할 수 있으며, 상기 증발법은 200℃ 내지 300℃에서 추출액 내 용매를 증발시킬 수 있다. 석출용매의 첨가는 추출액의 추출용매와 균일하게 혼합 가능하나, 석탄은 용해되지 않는 석출용매를 첨가하여 맞춤형 활성탄 원료인 무회분탄을 석출한다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 추출액과 석출용매는 1:0.3 내지 1:1의 부피비로 석출용매가 첨가된다. 본 발명의 상기 석출은 석탄추출액에 석출용매를 첨가하면 그 즉시 고체 석탄이 석출되기 때문에 기존의 석탄 추출액내의 유기용매를 증발시키는데 걸리는 시간을 절감할 수 있다. 또한 석출용매의 종류에 따라 또한 활성탄 원료의 표면 및 미세구조 형상을 조절하여 맞춤형 활성탄을 제조하는데 필요한 활성탄 원료를 제조할 수 있다. 한 구현예에서 상기 석출용매는 물 또는 에탄올이다. 예를 들면 상기 추출용매로 NMP를 사용할 경우 상기 NMP를 이용한 석탄 추출액에 물을 첨가하면 NMP 용매의 석탄에 대한 용해도가 낮아지면서 유기용매에 용해되어 액체 상태였던 석탄이 고체 상태로 석출된다. 석출된 활성탄 원료인 무회분탄을 수거하기 위해 침전이나 여과, 원심분리 등과 같은 다양한 통상의 고액분리 방법을 이용하여 고체 무회분탄과 용매의 혼합물로부터 활성탄 원료인 무회분탄의 분리가 가능하다. The extract obtained by thermal solvent extraction is separated from particulate matter (ash) by filtration. In one embodiment of the present invention, the separation may be performed using one or more of gravity settling, filtration, and centrifugation to separate particulate matter that is not dissolved in the extraction solvent, Method. The extraction liquid from which the ash is removed is removed from the extraction solvent to obtain a solid ash powder, which is a customized activated carbon raw material. The solvent removal can be achieved by evaporation or by addition of a precipitation solvent, and the evaporation can evaporate the solvent in the extract at 200 ° C to 300 ° C. The addition of the precipitation solvent can be uniformly mixed with the extraction solvent of the extract, but the precipitation solvent which does not dissolve the coal is added to precipitate the ash powder as the raw material of the customized activated carbon. In one embodiment of the present invention, the extraction solvent and the precipitation solvent are added in a volume ratio of 1: 0.3 to 1: 1. In the precipitation of the present invention, since the solid coal is precipitated immediately after the precipitation solvent is added to the coal extract, the time required for evaporating the organic solvent in the existing coal extract can be reduced. Also, depending on the type of the precipitation solvent, the surface of the activated carbon raw material and the microstructure shape can be controlled to produce the activated carbon raw material necessary for manufacturing the customized activated carbon. In one embodiment, the precipitation solvent is water or ethanol. For example, when NMP is used as the extraction solvent, water is added to the coal extract using the NMP, so that the solubility of the NMP solvent in the coal is lowered, and the coal that has been dissolved in the organic solvent is precipitated in a solid state. In order to collect the ash powder, which is a raw material of precipitated activated carbon, various conventional solid-liquid separation methods such as precipitation, filtration, centrifugation and the like can be used to separate the ash powder as a raw material of activated carbon from a mixture of solid ash powder and solvent.
추출액에서 수득한 회분이 제거된 활성탄 원료는 활성화 단계를 거쳐 활성탄으로 제조된다. 상기 활성화 과정은 물리적 활성화 또는 화학적 활성화 과정이며 물리적과정은 산소, 수증기 및 이산화탄소 분위기에서 800℃ 내지 1100℃에서 진행되며 한 구현예에서 공기와 수증기 혼합기체 조건에서 실시한다. 화학적 활성화는 ZnCl2, H3PO4 또는 알칼리 탈수제를 혼합 후 500℃ 내지 800℃에서 열처리하고, 세척하여 진행하며 기공이 상대적으로 큰 활성탄이 주로 얻어진다. 본 발명에서는 열적용매 추출법으로 제조한 활성탄 원료를 물리적 또는 화학적 활성화 방법으로 활성탄을 제조할 수 있으며, 바람직하게 환경오염 방지, 장치 부식 방지, 및 공정의 간소화를 위해 기체상 활성화인 물리적 활성화 방법을 이용한다. The activated carbon raw material from which the ash obtained from the extract is removed is made into activated carbon through an activation step. The activation process is a physical activation or a chemical activation process, and the physical process is performed in an oxygen, water vapor, and carbon dioxide atmosphere at 800 ° C to 1100 ° C, and in one embodiment, in an air and steam mixture gas condition. Chemical activation is achieved by mixing ZnCl 2 , H 3 PO 4 or an alkali dehydrating agent and then heat-treating at 500 ° C. to 800 ° C., washing, and obtaining mainly activated carbon having relatively large pores. In the present invention, the activated carbon raw material produced by the thermal solvent extraction method can be produced by physical or chemical activation method. Preferably, the activated carbon is physically activated by gas phase activation to prevent environmental pollution, prevent corrosion of apparatus, and simplify the process .
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 활성탄 원료의 제조 1 Preparation of activated carbon raw material
맞춤형 활성탄의 원료를 제조하기 위해 용매의 종류를 달리하여 실험하였다. 석탄의 종류는 저등급석탄 (low-rank coal, LRC)인 에코석탄 을 준비하였다. 상기 석탄의 특성은 표 1에 나타냈다.In order to prepare raw materials for customized activated carbon, various kinds of solvents were tested. The type of coal is eco-coal, which is low-rank coal (LRC). The characteristics of the coal are shown in Table 1.
[표 1] (*dry, **dry & ash-free (daf))[Table 1] (* dry, ** dry & ash-free (daf))
용매는 극성용매로 (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 및 ethylenediamine (EDA))과 비극성용매인 1-methylnaphthalene (1-MN) 및 tetralin (TTL)을 준비하였다. 상기 용매들의 특성은 표2에 나타냈다.Solvents were prepared as polar solvents (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and ethylenediamine (EDA)) and nonpolar solvents such as 1-methylnaphthalene (1-MN) and tetralin (TTL). The properties of the solvents are shown in Table 2.
[표 2][Table 2]
석탄의 열적 용매추출을 위해 상기 석탄 각각을 74μm 이하로 분쇄하고 진공상태의 100℃에서 건조하였다. 상기 건조된 4가지 원료석탄 30g씩을 상기 4가지 용매 270g에 각각 투입한 슬러리를 제조하여 총 16가지 실혐예를 준비하였다. 상기 슬러리 중 1-MN 및 TTL용매를 사용한 실험예는 350℃ 추출기에서 가열, 추출하였으며, NMP 및 EDA를 사용한 실험예는 280℃ 추출기에서 가열, 추출하였다. 모든 실험예는 최대 30bar 압력 이하에서 가열하였으며 석탄의 유기성분만을 추출하였다. 상기 가열, 추출 후 각 실험예는 스텐레스 스틸 여과기로 추출액과 비용해성분을 분리하였으며, 분리된 추출액은 300℃의 오븐에서 1시간 동안 건조하여 활성탄 원료(Ash free coal, AFC)를 수득하였다. 수득한 16가지의 활성탄 원료의 특성을 표 3에 나타내었다.For the thermal solvent extraction of coal, each of the above coals was pulverized to 74 μm or less and dried at 100 ° C. in a vacuum state. 30 g of each of the dried four kinds of raw coal was put into 270 g of each of the above four solvents to prepare a total of 16 kinds of slurry. Experimental examples using 1-MN and TTL solvents in the slurry were heated and extracted at 350 ° C. extractor, and NMP and EDA were heated and extracted at 280 ° C. extractor. All experiments were conducted at pressures up to 30 bar and extracted organic matter from coal. After heating and extraction, each extract was separated from the extract solution and the non-soluble component by a stainless steel filter. The separated extract was dried in an oven at 300 ° C for 1 hour to obtain an Ash free coal (AFC). The properties of the 16 activated carbon raw materials thus obtained are shown in Table 3.
[표 3](*dry, **dry & ash-free (daf))[Table 3] (* dry, ** dry & ash-free (daf))
실시예Example 2 활성탄 원료(AFC)의 특성분석 2 Characterization of activated carbon raw material (AFC)
실시예 1에 따라 제조한 활성탄 원료(AFC)의 특성을 분석하였다. 각 실험예는 석탄-용매로 표시할 수 있다. 예를 들면 에코석탄을 NMP 용매로 추출한 경우의 실험예는 Eco-NMP로 한다. 표 3과 같이 각 원료석탄과 열적 용매 추출을 통한 활성탄 원료의 물성이 용매의 종류에 따라 달라진 것을 알 수 있으며. 특히 열적 용매 추출로 모든 석탄의 회분함량이 감소하였고, 각 원소의 성분비도 변화된 것을 알 수 있다.The characteristics of the activated carbon raw material (AFC) prepared according to Example 1 were analyzed. Each experimental example can be represented by a coal-solvent. For example, when the eco coal is extracted with an NMP solvent, the experimental example is Eco-NMP. As shown in Table 3, it can be seen that the physical properties of the activated carbon raw material through the extraction of the respective raw coal and the thermal solvent vary depending on the type of the solvent. Especially, it was found that the ash content of all coal was decreased by thermal solvent extraction, and the composition ratio of each element was also changed.
도 1은 각 유기용매에 따른 원료석탄의 연료비(= fixed carbon / volatile matter)를 측정한 그래프이다. 저품위탄인 에코석탄은 극성 용매인 NMP 및 EDA에서 높은 연료비를 나타내고 비극성 용매인 1-MN 및 TTL에서 낮은 연료비를 나타낸다. FIG. 1 is a graph showing the fuel ratio (= fixed carbon / volatile matter) of raw coal according to each organic solvent. Low-carbon eco-coal shows high fuel ratios in polar solvents NMP and EDA and low fuel ratios in non-polar solvents 1-MN and TTL.
표 3에 의하면 각 유기용매에 따른 탄소 성분은 EDA < NMP < TTL < 1-MN 순으로 증가하는 경향을 보였으며, 반면 유기용매에 따른 산소 성분은 1-MN ~ TTL < NMP ~ EDA의 경향을 보였다. 수소 성분은 비교적 실험예가 비슷한 수치를 나타냈으며, 이에 따라 H/C 성분비를 측정한 결과, 도 2(a)와 같이 유기용매에 따른 탄소성분의 역수에 해당하는 흐름을 보였다. 반면 O/C 성분비를 측정한 결과 도 2(b)와 같이 극성용매인 NMP 및 EDA가 높은 수치를 나타냈으며, 비극성용매인 1-MN 및 TTL이 비교적 낮은 수치를 나타내었다. 이는 극성 용매를 사용할 경우 석탄의 산소작용기의 극성 성분과 용매의 극성 성분의 강한 극성-극성 상호 작용에 의한 것으로 판단된다. As shown in Table 3, the carbon content of each organic solvent tended to increase in the order of EDA <NMP <TTL <1-MN, while the oxygen content of organic solvent showed a tendency of 1-MN to TTL <NMP to EDA It looked. As a result, H / C ratio was measured. As a result, as shown in FIG. 2 (a), the flow corresponding to the reciprocal of the carbon component according to the organic solvent was shown. On the other hand, as a result of measuring the O / C ratio, the polar solvents NMP and EDA showed high values as shown in FIG. 2 (b), and the non-polar solvents 1-MN and TTL were relatively low. It is considered that this is due to the strong polar-polar interaction of the polar component of the oxygen functional group of the coal and the polar component of the solvent when the polar solvent is used.
도 3a 및 도 3b는 각 용매로 추출한 활성탄 원료에 따른 가스화 반응 결과를 나타내는 그래프이다. 제조된 AFC의 가스화 반응 시 H2, CO, CO2가 얻어지는데 추출 용매의 종류에 따라 H2/CO, CO2/CO 비율이 달라졌으며, 이는 반응하는 AFC의 화학적 성질이 추출 용매의 종류에 의해 결정됨을 의미한다. 도 4는 에코석탄의 유기용매 종류에 따른 C-NMR 분석 결과이다. 25ppm 이하의 피크는 메틸기, 30ppm 피크는 지방족 메틸렌, 95-165ppm 피크는 방향족 피크이다. 아로마틱 인덱스(Aromatic Index, f a )를 계산한 결과, Eco-1-MN은 0.521, Eco-TTL은 0.508, Eco-NMP는 0.437, Eco-EDA는 0.499로 나타났다. 비교적 극성용매가 낮은 수치를 보였다. 또한 Eco-EDA의 경우 40과 170ppm에서 피크가 관찰되었는데 이는 아민기로, Eco-EDA는 아민기를 지닌 활성탄 원료인 것으로 판단할 수 있다. 도 5는 에코석탄의 유기용매 종류에 따른 FT-IR 분석 결과이다. 원료 석탄의 결과에서 관찰되는 1000 cm-1의 피크가 열적 용매 추출에 의해 제조된 실험예에서는 발견되지 않았으며, 1700 cm-1 이하의 영역에서 사용한 유기용매에 따라 서로 다른 피크 형태를 나타내고 있으며, 이는 서로 다른 유기용매를 열적 용매 추출에 사용함에 따라 활성탄 원료의 분자구조를 조절할 수 있는 것으로 판단된다. 3A and 3B are graphs showing the results of gasification reaction according to activated carbon raw materials extracted with each solvent. The type of was a H 2 / CO, CO 2 / CO ratios depending on the type at the time of gasification of the resulting AFC H 2, CO, CO 2 is obtained makin extraction solvent, which is the chemical nature of the reaction AFC extraction solvent . 4 shows the results of C-NMR analysis according to the kind of organic solvent of eco coal. A peak of 25 ppm or less is a methyl group, a 30 ppm peak is an aliphatic methylene, and a peak of 95-165 ppm is an aromatic peak. The aromatic index ( f a ) was calculated as 0.521 for Eco-1-MN, 0.508 for Eco-TTL, 0.437 for Eco-NMP and 0.499 for Eco-EDA. Relatively polar solvents showed low values. In the case of Eco-EDA, peaks were observed at 40 and 170 ppm, which is an amine group, and Eco-EDA can be judged to be an activated carbon raw material having an amine group. FIG. 5 shows FT-IR analysis results according to the kinds of organic solvents of eco-coal. The peak of 1000 cm -1 observed in the result of the raw coal was not found in the experimental example produced by the thermal solvent extraction, and it showed different peak shapes according to the organic solvent used in the region of 1700 cm -1 or less, It is considered that the molecular structure of the activated carbon raw material can be controlled by using different organic solvents for thermal solvent extraction.
이와 같이 활성탄 원료 제조에 있어서 용매의 종류 또는 석탄의 종류 등에 따라 각 활성탄 원료의 회분을 제거함과 동시에 성분비, 기능기의 조절이 가능하며, 이는 사용 목적에 따라 적합한 맞춤형 활성탄을 제조할 수 있는 것으로 판단된다. As described above, it is possible to remove the ash from each raw material of activated carbon according to the kind of solvent or kind of coal in the production of active carbon raw material, and it is possible to control the composition ratio and functional group and it is possible to manufacture customized activated carbon according to the purpose of use do.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.
Claims (9)
상기 방법은, 토탄, 갈탄, 아역청탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원료석탄을 극성용매 또는 비극성용매와 혼합하여 슬러리를 제조하여 가열하는 열적 용매 추출단계;
상기 추출단계에서 석탄이 추출된 추출액을 분리하는 단계;
상기 추출액에 석출용매를 첨가하여 고체성분을 석출하는 활성탄 원료 수득단계; 및
상기 활성탄 원료를 물리적 또는 화학적 처리로 활성화하는 활성탄 제조단계를 포함하고,
상기 극성용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌디아민, 에틸아세테이트, 메탄올, 에탄올, 벤질에테르, 페놀 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며,
상기 비극성용매는 1-메틸나프탈렌, 테트랄린(tetralin), 톨루엔, 경질순환유(light cycle oil), 디메틸나프탈렌, 아니솔 및 이황화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
상기 열적 용매 추출단계는 상기 혼합슬러리를 200℃ 내지 400℃의 온도범위 및 1 bar 내지 50 bar 압력범위에서 가열하여 상기 석탄 내의 유기성분을 추출하는 것이고,
상기 석출용매는 추출액의 용매와 균일하게 혼합가능 하나, 석탄은 용해되지 않는 용매로 물 또는 에탄올이며,
상기 석출용매는 추출액과 석출용매의 부피비가 1:0.3 내지 1:1이 되도록 첨가되고,
상기 물리적 처리는 활성탄 원료물질을 800℃ 내지 1100℃ 온도범위에서 수증기, 이산화탄소 또는 산소 기체 분위기 하에 가열하는 것이고,
상기 화학적 처리는 활성탄 원료물질을 ZnCl2, H3PO4 또는 알칼리를 혼합하고 500℃ 내지 800℃온도 범위에서 열처리하는 것인,
열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법.
A method for producing activated carbon using a thermal solvent extraction method for controlling the kind of coal, the kind of organic solvent, the heating temperature, and the pressure condition,
The method includes: a thermal solvent extraction step of mixing and mixing at least one raw coal selected from the group consisting of peat, lignite, and bituminous coal with a polar solvent or a nonpolar solvent to prepare a slurry and heating the slurry;
Separating the extract from which the coal is extracted in the extracting step;
A step of obtaining an activated carbon raw material by adding a precipitation solvent to the extracted liquid to precipitate a solid component; And
And an activated carbon production step of activating the activated carbon raw material by physical or chemical treatment,
The polar solvent is at least one selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, ethylenediamine, ethyl acetate, methanol, ethanol, benzyl ether, phenol,
The nonpolar solvent is at least one selected from the group consisting of 1-methylnaphthalene, tetralin, toluene, light cycle oil, dimethylnaphthalene, anisole, and carbon disulfide,
The thermal solvent extraction step is to extract the organic component in the coal by heating the mixed slurry at a temperature ranging from 200 ° C to 400 ° C and a pressure range from 1 bar to 50 bar,
The precipitation solvent may be uniformly mixed with the solvent of the extract solution, but water or ethanol is used as a solvent in which coal is not dissolved,
The precipitation solvent is added so that the volume ratio of the extraction solution and the precipitation solvent is 1: 0.3 to 1: 1,
The physical treatment is to heat the activated carbon raw material in a temperature range of 800 ° C to 1100 ° C in a steam, carbon dioxide or oxygen gas atmosphere,
Wherein the chemical treatment is to mix the activated carbon raw material with ZnCl 2 , H 3 PO 4 or an alkali and heat-treat the mixture at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C.,
Activated carbon production method using thermal solvent extraction method.
상기 슬러리 제조단계의 원료석탄과 유기용매의 슬러리 제조 함량은 1:2 내지 1:10의 중량비인 것을 특징으로 하는,
열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a content of the slurry of the raw coal and the organic solvent in the slurry preparation step is 1: 2 to 1:10 by weight.
Activated carbon production method using thermal solvent extraction method.
상기 추출액을 분리하는 단계는 열적 용매 추출단계에서 유기용매에 용해되지 않은 입자상 물질을 중력침강법, 여과 및 원심분리중 선택되는 하나 이상을 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는,
열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of separating the extract liquid comprises separating the particulate matter not dissolved in the organic solvent in the thermal solvent extraction step by using at least one selected from gravitational settling, filtration and centrifugal separation.
Activated carbon production method using thermal solvent extraction method.
상기 활성탄 원료물질은 회분이 1.0중량% 이하의 석탄인,
열적 용매 추출법을 이용한 활성탄 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activated carbon raw material is a coal having a by-product of not more than 1.0 wt%
Activated carbon production method using thermal solvent extraction method.
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