KR101927177B1 - Method for manufacturing activated carbon - Google Patents

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Abstract

활성탄소의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소의 제조방법은 활성탄소 전구체를 준비하는 단계; 활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 혼합물을 열처리하여 탄화 및 활성화시키는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for producing activated carbon, which comprises: preparing an activated carbon precursor; Mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture; And heat treating the mixture to carbonize and activate it.

Description

활성탄소의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ACTIVATED CARBON}[0001] METHOD FOR MANUFACTURING ACTIVATED CARBON [0002]

활성탄소의 제조방법에 관한 것이다.And a method for producing activated carbon.

화석연료 고갈 및 온실가스 배출 등의 문제로 최근 친환경차에 대한 관심이 급증하고 있다. 친환경차 중 특히, 전기차의 주행거리가 중요한 문제로 부상하고 있다.Interest in eco-friendly cars is rapidly increasing due to problems such as depletion of fossil fuels and emission of greenhouse gases. Among eco-friendly cars, the distance traveled by electric cars is becoming an important issue.

전기차는 냉난방에 있어서, 내연기관차량과는 달리 난방을 위한 폐열원(엔진냉각수) 및 냉매 압축을 위한 엔진의 폐동력이 없다. 이에, PTC히터(positive temperature coefficient heater) 및 냉매 압축 동력이 별도로 필요하게 되어, 추가 전력을 소모하게 된다. 이에 따라 주행거리가 30 내지 50% 감소되는 문제가 있다.Unlike an internal combustion engine vehicle, an electric vehicle does not have a waste heat source for heating (engine cooling water) and an engine for compressing refrigerant. As a result, a PTC heater (positive temperature coefficient heater) and a refrigerant compression power are separately required, and additional power is consumed. Accordingly, there is a problem that the travel distance is reduced by 30 to 50%.

따라서, 냉온기를 보존하기 위해 외기도입 최소화가 필요하다. 그런데 이 경우 탑승자가 배출하는 이산화탄소에 의해 차량 내부의 이산화탄소 농도가 점차 높아지게 되어(2,000ppm 이상 졸음유발, 5,000ppm 이상 호흡곤란) 주행 시 안전 문제가 발생한다.Therefore, it is necessary to minimize the introduction of outside air in order to conserve the cooler. In this case, the CO2 concentration in the vehicle gradually increases due to the carbon dioxide emitted by the occupant (causing drowsiness of 2,000 ppm or more, difficulty breathing more than 5,000 ppm).

이에, 차량 내 이산화탄소를 저감하기 위한 연구가 지속되고 있다. 현재 일부 고급 차량에 에어 필터(활성탄)가 적용되고 있다. 그러나 이들은 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOC) 등의 유해가스 또는 미세먼지를 제거하는 역할을 할 수 있으나, 이산화탄소를 제거할 수 없는 문제가 있다. Therefore, research for reducing carbon dioxide in the vehicle continues. Currently, air filters (activated carbon) are being applied to some luxury vehicles. However, they can remove harmful gases such as volatile organic compounds (VOC) or fine dusts, but they can not remove carbon dioxide.

또한, 종래의 활성탄소 제조 방법은 야자각, 코코넛껍질 등의 다양한 식물성 원료를 프리커서로, 비활성 분위기하에서 고온 열처리하여 탄화과정을 거친 후, 추가적으로 고온의 화학적 또는 물리적 활성화 과정을 거쳐, 기공이 다량발현 될 수 있게 하는 방식으로 수행되고 있다. 그러나 이러한 방법은, 제조된 활성탄소 표면기공 크기가 미세기공부터 대기공까지 넓은 분포로 기공의 균일성이 떨어지며, 1nm 이하 수준의 초미세기공의 발현은 곤란한 문제가 있는 실정이다.   In addition, the conventional activated carbon manufacturing method is a method in which a variety of vegetable raw materials such as coconut shells and coconut shells are subjected to a high temperature heat treatment in an inert atmosphere using a precursor, followed by carbonization, and then subjected to a high temperature chemical or physical activation process, Lt; RTI ID = 0.0 > expression. ≪ / RTI > However, this method has a problem that the pore size of the prepared activated carbon surface is wide ranging from micropores to atmospheric air, and the uniformity of the pores is poor, and it is difficult to express ultrafine pores at a level of 1 nm or less.

이에, 이산화탄소의 흡착능을 향상시키기 위한 연구가 시급한 실정이다.Therefore, research for improving the adsorption ability of carbon dioxide is urgent.

본 발명의 일 구현예는, 미세기공의 다량발현 및 질소계 작용기 도입을 통한, 이산화탄소의 선택적 흡착능이 개선된 활성탄소의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for producing activated carbon having improved selective adsorption capability of carbon dioxide through the introduction of a large amount of micropores and introduction of a nitrogen-based functional group.

본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소의 제조방법은 활성탄소 전구체를 준비하는 단계; 활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 혼합물을 열처리하여 탄화 및 활성화시키는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of preparing activated carbon, comprising: preparing an activated carbon precursor; Mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture; And heat treating the mixture to carbonize and activate it.

활성탄소 전구체는 질소를 포함할 수 있다.The activated carbon precursor may include nitrogen.

활성탄소 전구체는 키토산, 폴리피롤, 또는 멜라민을 포함할 수 있다.The activated carbon precursor may comprise chitosan, polypyrrole, or melamine.

활성탄소 전구체를 준비하는 단계 이후, 활성탄소 전구체를 분쇄하는 균일화 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of preparing the activated carbon precursor, it may further comprise a smoothing step of pulverizing the activated carbon precursor.

균일화 단계는, 볼밀(Ball mill)을 이용하여 수행되고, 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 입경은 1mm 내지 20mm이 될 수 있다.The uniforming step is performed using a ball mill, and the ball used for the ball mill may have a particle diameter of 1 mm to 20 mm.

활성탄소 전구체, 및 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 총 부피 100부피%에 대하여, 활성탄소 전구체의 부피는 0.1부피% 내지 40부피%가 될 수 있다.For an active carbon precursor and a total volume of 100 vol.% Of the ball used in the ball mill, the volume of the activated carbon precursor may be from 0.1 vol.% To 40 vol.%.

볼밀(Ball mill)처리속도는 100rpm 내지 500rpm이 될 수 있다.The processing speed of the ball mill may be from 100 rpm to 500 rpm.

볼밀(Ball mill)처리 시간은 30분 내지 5시간이 될 수 있다.The ball mill treatment time can be from 30 minutes to 5 hours.

질소 화합물은 모노에탄올아민(monoethanolamine: MEA), 디에탄올아민(diethanolamine: DEA), 트리에탄올아민(triethanolamine), 폴리에틸렌디아민(poly ethylenediamine) 또는 에틸렌디아민(ethylenediamine)을 포함할 수 있다.The nitrogen compound may include monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine, polyethylenediamine, or ethylenediamine.

활성 전구체 100 중량부에 대하여 상기 질소 화합물을 5 내지 200 중량부 혼합할 수 있다.5 to 200 parts by weight of the nitrogen compound may be mixed with 100 parts by weight of the active precursor.

활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는 용매 존재 하에서 습식으로 혼합하고, 용매는 히드록시기를 갖는 용매가 될 수 있다.The step of mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture may be wet-mixed in the presence of a solvent, and the solvent may be a solvent having a hydroxyl group.

혼합물을 열처리하여 탄화 및 활성화시키는 단계는, 혼합물을 불활성 기체 하에서 열처리하는 탄화 단계 및 탄화된 혼합물을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계를 포함할 수 있다.The step of carbonizing and activating the mixture by heat treatment may include a carbonization step in which the mixture is heat-treated under an inert gas and an activation step in which the carbonized mixture is heat-treated under a carbon dioxide and steam mixture gas.

탄화 단계는, 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있다.The carbonization step can be carried out at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C.

활성화 단계에서, 혼합 기체는 이산화탄소 10 내지 50 부피% 및 스팀 50 내지 90 부피%를 포함할 수 있다.In the activation step, the mixed gas may comprise 10 to 50% by volume of carbon dioxide and 50 to 90% by volume of steam.

활성화 단계는, 700℃ 내지 1000℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다.The activation step can be performed at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C or less.

활성화 단계는, 활성탄소 전구체에, 혼합 기체를 1ml/h 내지 100ml/h의 속도로 주입하면서 수행할 수 있다.The activation step can be carried out by injecting the mixed gas to the activated carbon precursor at a rate of 1 ml / h to 100 ml / h.

활성화 단계는, 5bar 이하의 압력 하에서 수행될 수 있다.The activation step can be carried out under a pressure of 5 bar or less.

활성화 단계는 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.The activation step can be carried out for 1 to 5 hours.

본 발명의 일 구현예는, 이산화탄소의 선택적 흡착능이 개선된 활성탄소 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention can provide an activated carbon having improved selective adsorption ability of carbon dioxide and a method for producing the same.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 활성탄소 제조방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 활성탄소의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 활성탄소의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 실시예 1, 2 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 대한 비표면적(BET) 측정 결과이다.
도 5는 실시예 1, 2에서 제조한 활성탄소에 대한 기공크기분포도 분석 결과이다.
도 6은 실시예 1, 2에서 제조한 활성탄소에 대한 기공크기분포도 분석 결과이다.
도 7은 실시예 1, 2 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 대한 엑스레이 회절 (XPS) 분석 결과이다.
도 8은 실시예 1, 2에서 제조한 활성탄소에 대한 이산화탄소 흡착능 측정 결과이다.
1 is a schematic flow diagram of a method for producing activated carbon according to an embodiment of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated carbon prepared in Example 1. Fig.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated carbon prepared in Example 1. Fig.
Fig. 4 shows the results of specific surface area (BET) measurement for the activated carbon prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example.
FIG. 5 shows the results of pore size distribution analysis for the activated carbon prepared in Examples 1 and 2. FIG.
6 is a graph showing pore size distributions of the activated carbon prepared in Examples 1 and 2. FIG.
FIG. 7 shows X-ray diffraction (XPS) analysis results for the activated carbon prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples. FIG.
Fig. 8 shows the carbon dioxide adsorption ability of the activated carbon prepared in Examples 1 and 2.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 명세서 전체에서, 초미세기공(ultramicropore)이란 직경이 1nm 이하인 기공을 의미한다. 또한, 미세기공(micropore)란 직경이 2nm 이하인 기공을 의미한다. 또한, 중형기공(mesopore)란 직경이 2nm 초과, 및 50nm 이하인 기공을 의미한다.
Throughout this specification, an ultramicropore means a pore having a diameter of 1 nm or less. Also, a micropore means a pore having a diameter of 2 nm or less. Mesopores are pores having a diameter of more than 2 nm and less than 50 nm.

전술한 바와 같이, 종래의 활성탄소는 표면기공 크기가 미세기공부터 대기공까지 넓은 분포로 기공의 균일성이 떨어지며, 1nm 이하 수준의 초미세기공의 발현은 곤란한 문제가 있어 왔다.As described above, the conventional activated carbon has a problem that the surface pore size is wide ranging from the micropores to the atmospheric air and the uniformity of the pores is poor, and the expression of ultrafine pores at a level of 1 nm or less is difficult.

이에, 본 발명의 일 실시예에서는 초미세기공이 다량 발현됨과 동시에, 활성탄소 표면에 염기 활성점을 도입하여 이산화탄소 흡착능이 현저히 향상된 활성탄소를 제조하기 위한 방법을 제공하고자 한다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing active carbon having a remarkably enhanced carbon dioxide adsorbing ability by introducing a base active site on the activated carbon surface, while exhibiting a large amount of ultra-fine holes.

도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소 제조방법의 개략적인 순서도를 나타낸다. 도 1의 활성탄소 제조방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 활성탄소 제조방법을 다양하게 변형할 수 있다.FIG. 1 shows a schematic flow chart of a method for producing activated carbon according to an embodiment of the present invention. The flow diagram of the method for producing activated carbon of FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the production method of activated carbon can be variously modified.

도 1에 도시한 바와 같이, 활성탄소 제조방법은 활성탄소 전구체를 준비하는 단계(S10); 활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S20); 및 혼합물을 열처리하여 탄화 및 활성화시키는 단계(S30);을 포함한다.As shown in Fig. 1, the method for producing activated carbon includes the steps of preparing an activated carbon precursor (S10); Mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture (S20); And a step (S30) of carbonizing and activating the mixture by heat treatment.

본 발명의 일 실시예에서는 초미세기공이 다량 발현됨과 동시에, 활성탄소 표면에 질소계 작용기를 도입하여 이산화탄소 흡착능이 현저히 향상된 활성탄소를 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a large amount of ultrahigh-intensity ball is expressed, and at the same time, nitrogen-based functional groups are introduced on the activated carbon surface to produce active carbon having remarkably improved carbon dioxide adsorbing ability.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 탄화 및 활성화를 연속 공정으로 수행할 수 있어, 공정의 효율이 향상된다.In addition, in an embodiment of the present invention, carbonization and activation can be performed in a continuous process, thereby improving the efficiency of the process.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 이산화탄소와 스팀을 포함하는 혼합 기체를 이용하여, 활성탄소 전구체를 활성화(이산화탄소-스팀 활성화) 시킴으로써 스팀 분자의 활성도를 높여 탄소표면에 선택적으로 직경 1nm 이하의 초미세기공의 발현을 증대시킬 수 있다. 이에, 활성탄소의 비표면적 및 기공의 균일도가 증가할 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, by activating the activated carbon precursor (carbon dioxide-steam activation) using a mixed gas containing carbon dioxide and steam, the activity of the steam molecules is increased, and ultrafine It is possible to increase the expression of pores. Accordingly, the specific surface area and the uniformity of the pores of the activated carbon can be increased.

이하, 제조방법 각 단계 및 제조된 활성탄소에 대해 자세히 설명한다.
Hereinafter, each step of the production method and the produced activated carbon will be described in detail.

활성탄소 전구체를 준비하는 단계(S10);에서, 활성탄소 전구체는, 녹말, 코코넛피, 귤피, 오렌지피, 커피찌꺼기, 대나무줄기, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 활성탄소 전구체로 이용 가능한 다양한 식물질 기반의 물질은 모두 사용 가능하다. 이러한 저렴한 식물질 기반의 물질을 전구체로 사용함으로써, 저가 활성탄소의 제조가 가능한 이점이 있다.In step (S10) of preparing an activated carbon precursor, the activated carbon precursor may be one comprising starch, coconut bloom, citrus peel, orange bloom, coffee grounds, bamboo stalks, or combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto, and various kinds of substance-based materials available as active carbon precursors can be used. By using such an inexpensive material-based material as a precursor, it is possible to manufacture low-cost activated carbon.

또한 활성탄소 전구체는 폴리비닐리덴계 고분자를 사용할 수 있다. 구체적으로 폴리(비닐리덴 플루오라이드)[Poly(vinylidene fluoride)], 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)[Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴)[Poly(vinylidene chloride-co-acrylonitrile)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴-코-메틸 메타크리레이트[Poly(vinylidene chloride-co-acrylonitrile-co-methyl methacrylate)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-비닐- 클로라이드)[Poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride)] 및 폴리(비닐리덴클로라이드-코-메틸 아크릴레이트)[Poly(vinylidene chloride-co-methyl acrylate)]를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상이 될 수 있다.The active carbon precursor may also be a polyvinylidene-based polymer. Specific examples of the polymer include poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly (vinylidene chloride- Poly (vinylidene chloride-co-acrylonitrile), poly (vinylidene chloride-co-acrylonitrile-co-methyl poly (vinylidene chloride-co-vinyl chloride)] and poly (vinylidene chloride-co-methyl [poly (vinylidene chloride-co-methyl acrylate) acrylate]) can be used.

특히 본 발명의 일 실시예에서는 질소계 작용기를 더욱 다량 도입하기 위해 단계(S10)에서 질소를 포함하는 활성탄소 전구체를 사용하는 것도 가능한다. 구체적으로 키토산, 폴리피롤, 또는 멜라민을 포함할 수 있다.In particular, in one embodiment of the present invention, it is also possible to use an activated carbon precursor containing nitrogen in step S10 to introduce a larger amount of nitrogen-based functional groups. Specifically, it may include chitosan, polypyrrole, or melamine.

단계(S10)이후, 활성탄소 전구체를 분쇄하는 균일화 단계를 더 포함할 수 있다. After step S10, the step of smoothing the activated carbon precursor may further comprise a smoothing step.

균일화 단계(S30);는 볼밀(ball mill)을 이용하여 수행할 수 있으며, 상기 볼밀에 사용되는 볼(ball) 및 볼밀 용기의 재질은 서스(SUS), 또는 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.The ball and the ball mill used in the ball mill may be made of SUS or zirconium (ZrO 2 ). The ball mill and the ball mill used in the ball mill may be made of SUS, However, the present invention is not limited thereto.

볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 입경은 1mm 내지 20mm인 것일 수 있다. 볼(ball)의 크기가 너무 작은 경우, 수율이 급속도로 작아지며, 입자에 불순물의 상대적 함량이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 크기가 너무 클 경우, 사이즈가 큰 입자가 주로 생성되어, 볼밀의 효과 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.The ball used for the ball mill may have a particle diameter of 1 mm to 20 mm. When the size of the ball is too small, the yield is rapidly reduced, and the relative content of impurities in the particles may increase. On the other hand, if the size is too large, large-sized particles are mainly generated, and the problem of the effect of the ball mill may be deteriorated.

활성탄소 전구체, 및 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 총 부피 100부피%에 대하여, 활성탄소 전구체의 부피는 0.1부피% 내지 40부피%일 수 있다. 보다 구체적으로는 10부피% 내지 30부피% 일 수 있다. 볼(ball)의 부피에 비해, 전구체의 부피가 너무 클 경우 볼밀의 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 전구체의 부피가 너무 작을 경우 볼밀시 열의 발생의 증가로 인한 수율의 감소 문제가 발생할 수 있다.For an active carbon precursor and a total volume of 100 vol.% Of the ball used in the ball mill, the volume of the activated carbon precursor may be between 0.1 vol.% And 40 vol.%. More specifically 10% by volume to 30% by volume. If the volume of the precursor is too large as compared with the volume of the ball, the effect of the ball mill may be deteriorated. On the other hand, if the volume of the precursor is too small, there may arise a problem of reduction of yield due to increase of heat generation during ball milling.

볼밀(Ball mill)처리속도는 100rpm 내지 500rpm일 수 있다. 볼밀 처리속도가 너무 빠를 경우, 반응용기 안의 과열 문제가 발생할 수 있다. 반면, 볼밀 처리속도가 너무 느릴 경우, 볼밀효과 감소로 인한 효과 미비 문제가 발생할 수 있다.The processing speed of the ball mill may be 100 rpm to 500 rpm. If the ball mill processing speed is too high, overheating problems in the reaction vessel may occur. On the other hand, if the ball mill processing speed is too slow, the problem of ineffectiveness due to the reduction of the ball mill effect may occur.

볼밀(Ball mill)처리 시간은 30분 내지 5시간일 수 있다. 볼밀 처리시간이 너무 길 경우, 전체적인 수율감소 및 입자사이즈의 전체적인 감소 문제가 발생할 수 있다. 반면, 볼밀 처리시간이 너무 짧을 경우, 볼밀효과 감소로 인한 문제가 발생할 수 있다.The ball mill treatment time can be from 30 minutes to 5 hours. If the ball mill treatment time is too long, overall yield reduction and overall reduction in particle size may occur. On the other hand, if the ball mill treatment time is too short, a problem due to the reduction of the ball mill effect may occur.

상기와 같이 볼밀처리를 통한 균일화 후, 불순물 제거를 위해 산을 통해 전구체를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 산은 염산, 질산, 또는 황산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.After the homogenization by the ball mill treatment as described above, the step may further include washing the precursor through the acid to remove the impurities. Here, the acid may include, but is not limited to, hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid.

또한, 추가적으로, 상기 균일화 및 산세척 이후에, 균일화된 활성탄소 전구체를 100㎛ 내지 250㎛ 크기의 체로 걸러 전구체를 선별하는 선별 단계;를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 입자크기가 균일하고, 비표면적이 높고, 불순물이 제거된 활성탄소의 제조가 가능하다. 활성탄소의 입자크기의 균일도는 실제 제품 적용을 위한 활성탄소의 가공시 중요한 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 정수기 필터, 차량용 에어컨 필터, 또는 수퍼커패시터 전극 등에 활성탄소를 사용할 때, 바인더와 배합하여 펠렛(pellet)나 알갱이(granular) 형상으로 변형하여 사용한다. 이 때 입자크기가 균일하지 않으면, 성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 위와 같이 전구체를 100㎛ 내지 250㎛ 크기의 체로 걸러 전구체를 선별하는 경우, 차량용 에어컨 필터 등에 사용되기에 적합한 균일도를 얻어낼 수 있다.In addition, the method may further include a step of sorting the precursors by filtering the homogenized activated carbon precursor with a sieve having a size of 100 mu m to 250 mu m after the homogenization and pickling. As a result, it is possible to produce activated carbon having uniform particle size, high specific surface area and elimination of impurities. The uniformity of particle size of activated carbon can be an important problem in the processing of activated carbon for practical application. For example, when activated carbon is used for a water purifier filter, a car air-conditioner filter, or a supercapacitor electrode, it is mixed with a binder and transformed into a pellet or granular shape. If the particle size is not uniform, the performance may be deteriorated. When precursors are sieved by a sieve having a size of 100 mu m to 250 mu m as described above, it is possible to obtain a uniformity suitable for use in automotive air conditioner filters and the like.

다시 도 1로 돌아오면, 단계(S20)에서는 활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조한다.Referring again to FIG. 1, in step S20, an activated carbon precursor and a nitrogen compound are mixed to prepare a mixture.

본 발명의 일 실시예에서는 탄화 또는 활성화 단계 이전에 질소계 작용기 도입을 위해 활성탄소 전구체와 질소 화합물을 혼합하게 된다. 단계(S20)으로 인하여 추후에 후술할 단계(S30)에서 공정이 중단되지 아니하고, 연속 공정으로 수행할 수 있어, 공정의 효율이 향상된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 활성탄소 표면에 질소계 작용기가 도입되게 되는데, 이러한 질소계 작용기는 이산화탄소를 흡착하는 활성점으로 작용하게 된다.In one embodiment of the present invention, the activated carbon precursor and the nitrogen compound are mixed for introduction of the nitrogen-based functional group before the carbonization or activation step. The process is not interrupted in step S30, which will be described later, due to step S20, and can be performed in a continuous process, thereby improving the efficiency of the process. Also, in one embodiment of the present invention, a nitrogen-based functional group is introduced on the surface of activated carbon, and this nitrogen-based functional group acts as an active point for adsorbing carbon dioxide.

이 때, 질소 화합물은 아민계 화합물, 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴) (Poly(vinylidene chloride-co-acrylonitrile), 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴-코-메틸 메타크리레이트 (Poly(vinylidene chloride-co- acrylonitrile-co-methyl methacrylate), 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 아민계 화합물을 사용할 수 있다. 아민계 화합물로는 모노에탄올아민(monoethanolamine: MEA), 디에탄올아민(diethanolamine: DEA), 트리에탄올아민(triethanolamine), 폴리에틸렌디아민(poly ethylenediamine) 또는 에틸렌디아민(ethylenediamine)을 사용할 수 있다.The nitrogen compound may be an amine compound, a polypyrrole, a poly (vinylidene chloride-co-acrylonitrile), a poly (vinylidene chloride-co-acrylonitrile) (Vinylidene chloride-co-acrylonitrile-co-methyl methacrylate), or a combination thereof. Specifically, an amine compound may be used. Monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine, polyethylenediamine, or ethylenediamine may be used.

활성 전구체 100 중량부에 대하여 질소 화합물을 5 내지 200 중량부 혼합할 수 있다. 질소 화합물의 양이 너무 적으면, 질소계 작용기의 양이 적어져 이산화탄소 흡수능이 충분치 않을 수 있다. 질소 화합물의 양이 너무 많으면, 후술할 단계(S30)에서 미세 기공의 발현에 방해가 될 수 있다. 따라서 전술한 범위로 질소 화합물의 혼합양을 조절할 수 있다.5 to 200 parts by weight of a nitrogen compound may be mixed with 100 parts by weight of the active precursor. When the amount of the nitrogen compound is too small, the amount of the nitrogen-based functional group is decreased, and the ability to absorb carbon dioxide may not be sufficient. If the amount of the nitrogen compound is too large, it may interfere with the expression of micropores in the step S30 to be described later. Therefore, the mixing amount of the nitrogen compound can be controlled within the above-mentioned range.

단계(S20)은 건식 또는 습식으로 가능하다. 건식이란 별도의 용매 첨가 없이, 공기 중에서 활성탄소 전구체와 질소 화합물을 혼합하는 것을 의미하고, 습식이란 용매 하에서 활성탄소 전구체와 질소 화합물을 혼합하는 것을 의미한다. 균일한 혼합을 위해 습식 방법을 이용할 수 있다. 습식 방법의 경우, 용매는 히드록시기(-OH)를 갖는 화합물인 것일 수 있다. 구체적으로 에탄올, 에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 1,2-프로판다이올, 도데칸다이올, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 습식 공정을 사용할 경우, 용매를 제거하기 위한 건조 공정이 추가될 수 있다.
Step S20 is possible either dry or wet. Dry means mixing an active carbon precursor with a nitrogen compound in air without adding any solvent, and wet means mixing an active carbon precursor with a nitrogen compound in a solvent. A wet method can be used for uniform mixing. In the case of the wet process, the solvent may be a compound having a hydroxyl group (-OH). Specifically ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, 1,2-propanediol, dodecanediol, or combinations thereof. When a wet process is used, a drying process for removing the solvent may be added.

다시 도 1로 돌아가면, 단계(S30)은 혼합물을 열처리하여 탄화 및 활성화시킨다.Returning again to FIG. 1, step S30 carries out heat treatment of the mixture to carbonize and activate it.

전술하였듯이, 단계(S20)으로 인하여 단계(S30)에서 공정이 중단되지 아니하고, 탄화 및 활성화를 연속 공정으로 수행할 수 있어, 공정의 효율이 향상된다.As described above, the process is not stopped in step S30 due to the step S20, and carbonization and activation can be performed in a continuous process, thereby improving the efficiency of the process.

즉, 단계(S30)은 구분하자면, 혼합물을 불활성 기체 하에서 열처리하는 탄화 단계 및 탄화된 혼합물을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계로 구분된다. 탄화 단계와 활성화 단계가 중단 없이, 분위기 가스를 교체하면서 수행할 수 있어, 연속 공정으로 수행할 수 있다.That is, step S30 is divided into a carbonization step in which the mixture is heat-treated under an inert gas and an activation step in which the carbonized mixture is heat-treated under a carbon dioxide and steam mixture gas. The carbonization step and the activation step can be carried out without interruption while the atmosphere gas is being replaced, and can be carried out in a continuous process.

먼저, 탄화 단계에 대해 설명하면, 혼합물을 불활성 기체 하에서 열처리하여 혼합물을 탄화한다. First, the carbonization step is explained. The mixture is heat-treated under an inert gas to carbonize the mixture.

불활성 기체로는 일반적으로 알려진 불활성 기체를 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 질소(N2), 또는 아르곤(Ar)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.As the inert gas, an inert gas generally known can be used without limitation. Specifically, it may include nitrogen (N 2 ) or argon (Ar), but is not limited thereto.

탄화 단계의 열처리 온도는 700℃ 내지 1000℃일 수 있다. 온도가 너무 낮으면 탄화가 완전히 이루어지지 않을 수 있다. 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 충분하게 탄화가 이루어지기 때문에 더 높은 온도로 열처리할 필요는 없다. 온도가 너무 높은 경우, 불필요한 비용이 발생하고, 탄화수율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.The heat treatment temperature in the carbonization step may be 700 ° C to 1000 ° C. If the temperature is too low, carbonization may not be completely achieved. It is not necessary to carry out the heat treatment at a higher temperature because carbonization is sufficiently carried out at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C. If the temperature is too high, an unnecessary expense may occur and a problem may arise that the rate of carbonization is reduced.

다음으로 활성화 단계에 대해 설명하면, 탄화된 혼합물에 이산화탄소 및 스팀을 포함하는 혼합기체를 투입하고 열처리하여 활성화한다.Next, the activation step will be described. The mixed gas containing carbon dioxide and steam is introduced into the carbonized mixture and activated by heat treatment.

이 때, 이산화탄소와 스팀을 포함하는 혼합 기체를 이용하여 활성탄소 전구체를 활성화(이산화탄소-스팀 활성화) 시킴으로써, 스팀 분자의 활성도를 높여 탄소표면에 선택적으로 직경 1nm 이하의 초미세기공의 발현을 증대시킬 수 있다. 이에, 활성탄소의 비표면적 및 기공의 균일도가 증가할 수 있다. At this time, by activating the activated carbon precursor (carbon dioxide-steam activation) using a mixed gas containing carbon dioxide and steam, the activity of the steam molecules is increased to selectively increase the expression of ultrafine pores having a diameter of 1 nm or less on the surface of the carbon . Accordingly, the specific surface area and the uniformity of the pores of the activated carbon can be increased.

구체적으로, 종래의 활성탄소는 직경 2nm 수준의 미세기공율이 50 내지 70%이고, 2 내지 50nm 수준의 중형기공이 다량 존재(30 내지 50%)하여, 1nm 이하 수준의 초미세기공 발현이 어려운 문제가 있다. 그러나, 상기와 같이 산화제-스팀 활성화를 통해, 1nm이하 수준의 초미세기공을 다량 발현 시킬 수 있다. Specifically, the conventional activated carbon has a microporosity of 50 to 70% at a diameter of 2 nm and a large amount of mesopores at a level of 2 to 50 nm (30 to 50%), . However, through the oxidizer-steam activation as described above, ultrafine pores having a level of 1 nm or less can be expressed in a large amount.

보다 구체적으로, 후술하는 실시예에서 뒷받침 되는 바와 같이, 상기와 같은 활성화를 통해 활성탄소 표면에 직경이 1.0nm 이하인 초미세기공이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는 0nm 초과, 및 1.0nm 이하; 0.3 nm 초과, 및 1.0nm 이하; 0.3nm 초과, 0.6nm 이하; 0.6nm 이하; 0nm 초과, 및 0.6nm 이하; 0.75nm 이하; 0.3nm 초과, 및 0.75nm 이하; 또는 0nm 초과, 및 0.75nm 이하; 인 것일 수 있다. 이 때, 활성탄소 표면의 총 기공부피는 0.1cm3/g 내지 0.7cm3/g 일 수 있는데, 이 중 초미세기공의 기공부피는 0.1cm3/g 내지 0.5cm3/g 일 수 있다. 또한, 활성 탄소 표면의 기공 총 부피 100부피%에 대하여 상기 초미세기공의 부피는 67부피% 내지 83부피% 일 수 있다. 높은 초미세기공의 기공부피율을 통해 비표면적이 크게 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 활성탄소의 BET 비표면적은, 350m2/g 초과인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 350m2/g 내지 1000 m2/g 일 수 있다.More specifically, ultrafine-strength balls having a diameter of 1.0 nm or less can be formed on the activated carbon surface through the above-described activation, as described in the following examples. More specifically greater than 0 nm and less than 1.0 nm; Greater than 0.3 nm, and less than or equal to 1.0 nm; More than 0.3 nm, not more than 0.6 nm; 0.6 nm or less; Greater than 0 nm, and less than 0.6 nm; 0.75 nm or less; Greater than 0.3 nm, and 0.75 nm or less; Or greater than 0 nm, and 0.75 nm or less; Lt; / RTI > In this case, the total pore volume of the surface of the activated carbon may be 0.1 cm 3 / g to 0.7 cm 3 / g, and the pore volume of the ultrafine pores may be 0.1 cm 3 / g to 0.5 cm 3 / g. Further, the volume of the ultrafine pores may be from 67% by volume to 83% by volume with respect to 100% by volume of the pore volume of the activated carbon surface. The specific surface area can be greatly improved by the porosity of the high ultrafine pores. Specifically, the BET specific surface area of the activated carbon may be more than 350 m 2 / g. More specifically, it may be a 350m 2 / g to 1000 m 2 / g.

혼합 기체의 총 부피 100부피%에 대하여, 이산화탄소의 부피는 10부피% 내지 50부피%일 수 있다. 이산화탄소의 비율이 증가됨에 따라 전구체 표면에 산소 관능기의 도입 비율 및 미세기공발달에 의한 비표면적의 증대효과를 나타낸다. 그러나, 이산화탄소의 비율이 너무 높은 경우, 오히려 미세기공의 비율이 줄어들어 비표면적의 감소와 수율의 감소가 발생할 수 있다.For a total volume of 100 vol.% Of the gas mixture, the volume of carbon dioxide may be between 10 vol.% And 50 vol.%. As the ratio of carbon dioxide increases, the introduction ratio of oxygen functional groups to the surface of the precursor and the increase of the specific surface area due to the micropore development are shown. However, if the ratio of carbon dioxide is too high, the ratio of micropores may be reduced, resulting in a reduction of the specific surface area and a decrease of the yield.

활성화 단계는 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 너무 낮은 온도에서는 활성화 효과가 좋지 않으며, 너무 높은 온도에서는 급격한 수율저하가 발생할 수 있다.The activation step may be performed at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C. The activation effect is not good at too low a temperature, and a rapid yield drop may occur at a too high temperature.

활성화 단계는, 활성탄소 전구체를 퍼니스(furnace)에 투입 후, 이산화탄소 및 스팀의 혼합기체를 주입하면서 수행될 수 있다. 이 때, 활성탄소 전구체가 투입된 퍼니스에, 이산화탄소 및 스팀의 혼합기체를 1ml/h 내지 100ml/h의 속도로 주입하면서 퍼니스 내 압력을 0bar 초과 내지 5bar로 조절할 수 있다. 보다 바람직하게는 2bar 내지 5bar일 수 있다. 퍼니스 내 압력이 너무 낮은 경우 활성화 효과가 줄어들 수 있다. 반면, 퍼니스 내 압력이 너무 높은 경우, 미세기공의 붕괴와 중형 기공 이상의 발달이 두드러짐으로 인하여 비표면적이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 압력이 높아짐에 따라 탄화수율이 급격히 감소하는 문제가 발생할 수 있다. The activation step can be carried out by introducing the activated carbon precursor into the furnace, then injecting the mixed gas of carbon dioxide and steam. At this time, the pressure in the furnace can be adjusted to more than 0 bar to 5 bar by injecting a mixed gas of carbon dioxide and steam at a rate of 1 ml / h to 100 ml / h into the furnace into which the activated carbon precursor is introduced. More preferably from 2 bar to 5 bar. If the pressure in the furnace is too low, the activation effect may be reduced. On the other hand, when the pressure in the furnace is too high, there may arise a problem that the specific surface area is reduced due to remarkable breakdown of the micropores and development of the micropores. Further, there is a problem that the carbonization yield decreases sharply as the pressure increases.

활성화 단계는, 1시간 내지 5시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 활성화 시간이 너무 긴 경우, 수율의 문제와 소재 전체적인 기공구조가 무너지는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 너무 짧은 경우, 활성화 효과가 미비한 문제가 발생할 수 있다.
The activation step may be performed for a time of 1 hour to 5 hours or less. If the activation time is too long, the problem of the yield and the problem of collapsing the pore structure of the entire material may occur. On the other hand, if it is too short, there is a problem that the activation effect is insufficient.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 :  One : ChitosanChitosan // EDAEDA -- steamsteam -- COCO 22

키토산을 활성탄소 전구체로 준비하였다. 키토산을 볼밀을 이용하여 분쇄한 뒤, 1 M의 염산용액에 차례로 세척하고, 진공오븐에 건조하였다. 볼밀 분쇄시, 직경 5mm 및 10mm의 지르코니아 볼을 혼합하여 이용(5mm : 10mm = 30부피% : 70부피%)하였고, 360 rpm으로, 1 시간 동안 분쇄를 수행하였다. 또한, 상기 활성탄소 전구체, 및 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 총 부피 100부피%에 대하여, 상기 키토산의 부피는 30부피%로 하였다.Chitosan was prepared as an activated carbon precursor. The chitosan was milled using a ball mill, washed sequentially with 1 M hydrochloric acid solution, and dried in a vacuum oven. At the time of ball mill grinding, zirconia balls having a diameter of 5 mm and a diameter of 10 mm were mixed (5 mm: 10 mm = 30 volume%: 70 vol%) and pulverized at 360 rpm for 1 hour. In addition, the volume of the chitosan was set to 30% by volume based on 100% by volume of the total volume of the balls used for the activated carbon precursor and the ball mill.

분쇄된 키토산을 1 M의 염산용액과 에탄올에 차례로 세척하고, 진공오븐에 건조하였다. 분쇄된 키토산 2g에 용매로서 에탄올/증류수1:1(v:v)을 첨가하고, 5mL의 에틸렌 디아민(EDA)를 천천히 적하하면서 교반한 후, 60℃의 진공오븐에서 열처리하여 흰색고상의 혼합물을 얻었다.The ground chitosan was washed sequentially with 1 M hydrochloric acid solution and ethanol, and dried in a vacuum oven. To 2 g of the chitosan powder was added ethanol / distilled water 1: 1 (v: v) as a solvent, and 5 mL of ethylenediamine (EDA) was slowly added dropwise while stirring and then heat treated in a vacuum oven at 60 캜 to obtain a white solid mixture .

이 혼합물을 튜브형 퍼니스에 넣고 N2 분위기 하에서 2 ℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온시켜 90분간 유지하였다. N2를 중단하고 CO2를 50cc/min으로 넣어주며 증류수를 6 ml/h 의 속도로 주입하며 퍼니스 안의 압력을 2 bar로 1시간 유지하며 활성화시킨다. 0.1 M 염산용액과 증류수를 이용하여 2회 세척하여 120℃에서 12 시간 이상 완전 건조하여 활성탄소를 제조하였다.The mixture was heated into a tubular furnace under a N 2 atmosphere at a heating rate of 2 ℃ / min up to 900 ℃ was maintained for 90 minutes. N 2 is stopped, CO 2 is added at 50 cc / min, distilled water is injected at a rate of 6 ml / h, and the pressure in the furnace is maintained at 2 bar for 1 hour. After washing twice with 0.1 M hydrochloric acid solution and distilled water, the activated carbon was completely dried at 120 ° C for more than 12 hours.

제조된 활성탄소의 SEM 사진을 도 2 및 도 3에 나타내었다.
SEM photographs of the prepared activated carbon are shown in FIGS. 2 and 3. FIG.

실시예Example 2 :  2 : ChitosanChitosan // EDAEDA -- steamsteam

혼합물을 얻는 과정까지는 실시예 1과 동일하게 하였다The procedure for obtaining the mixture was the same as in Example 1

이 혼합물을 튜브형 퍼니스에 넣고 N2 분위기 하에서 2 ℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온시켜 90분간 유지하였다. N2를 중단하고 CO2 없이, 증류수를 6 ml/h 의 속도로 주입하며 퍼니스 안의 압력을 2 bar로 1시간 유지하며 활성화시킨다. 0.1 M 염산용액과 증류수를 이용하여 2회 세척하여 120℃에서 12 시간 이상 완전 건조하여 활성탄소를 제조하였다.
The mixture was heated into a tubular furnace under a N 2 atmosphere at a heating rate of 2 ℃ / min up to 900 ℃ was maintained for 90 minutes. N 2 is stopped, and CO 2 is injected at a rate of 6 ml / h, and the pressure in the furnace is maintained at 2 bar for 1 hour. After washing twice with 0.1 M hydrochloric acid solution and distilled water, the activated carbon was completely dried at 120 ° C for more than 12 hours.

비교예Comparative Example 1 :  One : ChitosanChitosan

키토산을 활성탄소 전구체로 준비하였다. 키토산을 볼밀을 이용하여 분쇄한 뒤, 1 M의 염산용액에 차례로 세척하고, 진공오븐에 건조하였다. 볼밀 분쇄시, 직경 5mm 및 10mm의 지르코니아 볼을 혼합하여 이용(5mm : 10mm = 30부피% : 70부피%)하였고, 360 rpm으로, 1 시간 동안 분쇄를 수행하였다. 또한, 상기 활성탄소 전구체, 및 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 총 부피 100부피%에 대하여, 상기 키토산의 부피는 30부피%로 하였다.Chitosan was prepared as an activated carbon precursor. The chitosan was milled using a ball mill, washed sequentially with 1 M hydrochloric acid solution, and dried in a vacuum oven. At the time of ball mill grinding, zirconia balls having a diameter of 5 mm and a diameter of 10 mm were mixed (5 mm: 10 mm = 30 volume%: 70 vol%) and pulverized at 360 rpm for 1 hour. In addition, the volume of the chitosan was set to 30% by volume based on 100% by volume of the total volume of the balls used for the activated carbon precursor and the ball mill.

분쇄된 키토산을 1 M의 염산용액과 에탄올에 차례로 세척하고, 진공오븐에 건조하였다. 분쇄된 키토산 2g을 튜브형 퍼니스에 넣고 N2 분위기 하에서 2 ℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온시켜 90분간 유지하였다. 실온으로 냉각시키고, 0.1 M 염산용액과 증류수를 이용하여 2회 세척하여 120℃에서 12 시간 이상 완전 건조하여 활성탄소를 제조하였다.
The ground chitosan was washed sequentially with 1 M hydrochloric acid solution and ethanol, and dried in a vacuum oven. The pulverized chitosan 2g was heated into a tubular furnace under a N 2 atmosphere at a heating rate of 2 ℃ / min up to 900 ℃ was maintained for 90 minutes. The mixture was cooled to room temperature, washed twice with 0.1 M hydrochloric acid solution and distilled water, and completely dried at 120 ° C for more than 12 hours to produce activated carbon.

실험예Experimental Example

실험예Experimental Example 1 : 질소흡착실험 1: Nitrogen adsorption experiment

일본 BELSORP사 BELSORP MAX 장비를 사용하여 77K/ 질소흡착실험 진행하였다. 그 결과는 도 4 내지 6 및 표 1에 나타내었다. 77K / nitrogen adsorption experiment was carried out using BELSORP MAX equipment of BELSORP, Japan. The results are shown in Figs. 4 to 6 and Table 1.

표 1의 데이터들의 도출과정은 다음과 같다. Brunauer-Emmett-Teller (BET) 식을 사용하여 비표면적을 도출하였다. 총 기공부피의 경우 상대압(Relative pressure) 0.990까지의 흡착곡선을 이용하여 구하였으며, 또한 Dubinin Radushkevich (D-R) 식을 사용하여 미세기공부피를 도출하였으며, 중형기공부피의 경우 총기공부피에서 미세기공부피를 제외한 부피로 계산하였다. The process of deriving the data of Table 1 is as follows. The specific surface area was derived using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation. In the case of total pore volume, the adsorption curve up to the relative pressure (0.990) was obtained. Also, the microcavity was derived using Dubinin Radushkevich (DR) equation. In the case of medium pore volume, The volume was calculated as the volume excluding the blood.

도 4 내지 6 및 표 1에서 알 수 있듯이, 활성화단계를 거치지않은 비교예 1의 경우 기공이 거의 발달하지 않았음을 확인할 수 있다. 한편, 증류수만으로 스팀활성화를 수행한 실시예 2에 비하여, 이산화탄소 및 증류수를 동시에 사용한 이산화탄소-스팀 활성화를 수행한 실시예 1의 활성탄소의 경우 미세기공(micropore)이 발달이 향상되었다. As can be seen from FIGS. 4 to 6 and Table 1, it can be confirmed that the pore is hardly developed in the case of Comparative Example 1, which is not subjected to the activation step. On the other hand, in the case of the activated carbon of Example 1 in which carbon dioxide-steam activation using carbon dioxide and distilled water at the same time was performed, the development of micropore was improved compared to Example 2 in which steam activation was performed only by distilled water.

구분division BET 비표면적
(m2g-1)
BET specific surface area
(m 2 g -1 )
총 기공부피
(cm3g-1)
Total pore volume
(cm 3 g -1 )
중형기공
(mesopore)
기공부피
(cm3g-1)
Medium porosity
(mesopore)
Pore volume
(cm 3 g -1 )
미세기공
(micropore)
기공부피
(cm3g-1)
Fine porosity
(micropore)
Pore volume
(cm 3 g -1 )
실시예 1Example 1 505505 0.2570.257 0.0840.084 0.1730.173 실시예 2Example 2 390390 0.1860.186 0.0500.050 0.1360.136 비교예 1Comparative Example 1 44 -- -- --

실험예Experimental Example 2 :  2 : XPSXPS , , EAEA 분석 analysis

Thermo 사의 XPS 장비를 통하여 활성탄소 표면관능기분석을 진행하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에서 알 수 있듯이 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 모두 N의 peak(붉은 타원 부분) 형성을 확인할 수 있었다. 결국, 활성탄소 표면에 질소관능기가 도입됨을 확인 할 수 있었다. Activated carbon surface functional groups were analyzed by Thermo XPS equipment. The results are shown in Fig. As can be seen from FIG. 7, in each of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, N peak (red elliptical portion) was formed. As a result, it was confirmed that nitrogen functional groups were introduced on the activated carbon surface.

성분 분석을 통해 활성탄소에 존재하는 원소의 함량을 분석하여 하기 표 2에 정리하였다.The contents of the elements present in the activated carbon are analyzed through composition analysis and summarized in Table 2 below.

구분division C(wt%)C (wt%) H(wt%)H (wt%) O(wt%)O (wt%) N(wt%)N (wt%) 실시예 1Example 1 93.2793.27 0.620.62 4.804.80 1.311.31 실시예 2Example 2 91.4391.43 1.011.01 6.346.34 1.221.22 비교예 1Comparative Example 1 90.0190.01 2.672.67 3.113.11 4.214.21

표 2에서 나타나듯이, 활성화 단계에 의해 N의 함량이 감소하였는데, 이는 활성화 물질이 기공 생성시 표면 N과 반응하여 함량이 줄어든 것으로 분석된다. 실시예 1의 경우, 실시예 2에 비해 높은 함량의 N을 유지함을 확인할 수 있다.
As shown in Table 2, the content of N was decreased by the activation step, and it was analyzed that the activation material reacted with the surface N during the pore formation to decrease the content. It can be confirmed that the content of N in Example 1 is higher than that of Example 2.

실험예Experimental Example 3 : 이산화탄소 흡착실험 3: Carbon dioxide adsorption experiment

일본 BELSORP사 BELSORP MAX 장비를 사용하여 298K/1bar 이산화탄소 흡착실험 진행하였다. 그 결과는 도 8에 나타내었다. 상온상태를 유지하기 위하여 에틸렌글리콜/물을 3:7로 배합한 용액을 항온조에 넣고 298 K를 유지하였다.Carbon dioxide adsorption experiment of 298K / 1 bar was carried out using BELSORP MAX equipment of BELSORP, Japan. The results are shown in Fig. To maintain the room temperature, a solution of 3: 7 ethylene glycol / water in a thermostat was maintained at 298K.

도 8에서 알 수 있듯이, 스팀활성화만을 수행한 실시예 2에 비하여, 이산화탄소-스팀활성화를 수행한 실시예 1의 이산화탄소 흡착효과가 향상된 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 8, it was confirmed that the carbon dioxide adsorption effect of Example 1 in which carbon dioxide-steam activation was performed was improved as compared to Example 2 in which only steam activation was performed.

결과적으로 실시예 1의 활성탄소가 이산화탄소-스팀활성화를 통해서 가장 우수한 효과를 나타내었다. 이는 표면 기공성 향상과 동시에 표면 질소 함량 증가로 인한 표면의 염기화 방향으로 이산화탄소 흡착량이 증대되었다고 분석된다.
As a result, the activated carbon of Example 1 showed the best effect through carbon dioxide-steam activation. It is analyzed that the carbon dioxide adsorption amount in the direction of the surface nucleation is increased due to the increase of the surface nitrogen content and the improvement of the surface porosity.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (18)

활성탄소 전구체를 준비하는 단계;
활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 불활성 기체 하에서 열처리하는 탄화 단계; 및
상기 탄화된 혼합물을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계;
를 포함하고,
상기 활성화 단계에서,
상기 혼합 기체는 이산화탄소 10 내지 50 부피% 및 스팀 50 내지 90 부피%를 포함하는 활성탄소의 제조방법.
Preparing an activated carbon precursor;
Mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture;
A carbonization step of heat-treating the mixture under an inert gas; And
An activation step of heat-treating the carbonized mixture under a carbon dioxide and steam mixture;
Lt; / RTI >
In the activating step,
Wherein the mixed gas comprises 10 to 50% by volume of carbon dioxide and 50 to 90% by volume of steam.
제1항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체는 질소를 포함하는 활성탄소의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activated carbon precursor comprises nitrogen.
제1항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체는 키토산, 폴리피롤, 또는 멜라민을 포함하는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activated carbon precursor comprises chitosan, polypyrrole, or melamine.
제1항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체를 준비하는 단계 이후,
상기 활성탄소 전구체를 분쇄하는 균일화 단계를 더 포함하는 활성탄소의 제조방법.
The method according to claim 1,
After the step of preparing the activated carbon precursor,
Further comprising smoothing the activated carbon precursor. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제4항에 있어서,
상기 균일화 단계는,
볼밀(Ball mill)을 이용하여 수행되고, 상기 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 입경은 1mm 내지 20mm인 활성탄소 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the smoothing step comprises:
Wherein a ball mill used for the ball mill has a particle diameter of 1 mm to 20 mm.
제5항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체, 및 볼밀(Ball mill)에 사용되는 볼(ball)의 총 부피 100부피%에 대하여,
상기 활성탄소 전구체의 부피는 0.1부피% 내지 40부피%인 활성탄소 제조방법.
6. The method of claim 5,
With respect to 100 vol% of the total volume of the activated carbon precursor and the ball used for the ball mill,
Wherein the volume of the activated carbon precursor is between 0.1% and 40% by volume.
제5항에 있어서,
상기 볼밀(Ball mill)처리속도는 100rpm 내지 500rpm인 활성탄소 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the ball mill processing speed is 100 rpm to 500 rpm.
제5항에 있어서,
상기 볼밀(Ball mill)처리 시간은 30분 내지 5시간인 활성탄소 제조방법.
6. The method of claim 5,
And the ball mill treatment time is 30 minutes to 5 hours.
제1항에 있어서,
상기 질소 화합물은 모노에탄올아민(monoethanolamine: MEA), 디에탄올아민(diethanolamine: DEA), 트리에탄올아민(triethanolamine), 폴리에틸렌디아민(poly ethylenediamine) 또는 에틸렌디아민(ethylenediamine)을 포함하는 활성탄소의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen compound comprises monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine, polyethylenediamine, or ethylenediamine.
제1항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체 100 중량부에 대하여 상기 질소 화합물을 5 내지 200 중량부 혼합하는 활성탄소의 제조방법.
The method according to claim 1,
And 5 to 200 parts by weight of the nitrogen compound is mixed with 100 parts by weight of the activated carbon precursor.
제1항에 있어서,
상기 활성탄소 전구체 및 질소 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는 용매 존재 하에서 습식으로 혼합하고, 상기 용매는 히드록시기를 갖는 용매인 활성탄소의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of mixing the activated carbon precursor and the nitrogen compound to prepare a mixture is carried out by wet mixing in the presence of a solvent, and the solvent is a solvent having a hydroxyl group.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄화 단계는,
700℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
The carbonization step may include:
Lt; RTI ID = 0.0 > 700 C < / RTI >
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 활성화 단계는,
700℃ 내지 1000℃ 이하의 온도에서 수행되는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein,
Lt; RTI ID = 0.0 > 700 C < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 활성화 단계는,
상기 활성탄소 전구체에, 상기 혼합 기체를 1ml/h 내지 100ml/h의 속도로 주입하면서 수행되는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the mixed gas is introduced into the activated carbon precursor at a rate of 1 ml / h to 100 ml / h.
제1항에 있어서,
상기 활성화 단계는, 5bar 이하의 압력 하에서 수행되는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activating step is carried out under a pressure of 5 bar or less.
제1항에 있어서,
상기 활성화 단계는 1 내지 5시간 동안 수행되는 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activating step is performed for 1 to 5 hours.
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