KR102031567B1 - Surface modified activated carbon by high temperature treatment under air condition and its method - Google Patents

Surface modified activated carbon by high temperature treatment under air condition and its method

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KR102031567B1
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Abstract

The present invention relates to a surface-modified activated charcoal acquired by inorganic acid and silica treatment and then, heat treatment at high temperatures of 800°C or higher under a general air atmosphere, and having an excellent adsorption ability to basic gas and aldehyde gas in the air; and a surface-modifying method thereof. The provided surface-modified activated charcoal is acquired by treating activated charcoal with inorganic acid treating the same with silica, doubly coating the surface thereof, and then conducting heat treatment at 800-1,000°C for 1-4 hours under the general air atmosphere. In addition, the surface-modifying method comprises: a step (a) of immersing activated charcoal in an 2-8% of inorganic acid solution for 1-3 hours, dehydrating the same, and drying the same at 300-400°C for 1-4 hours; a step (b) of spraying a 80-90% of silica sol solution to the surface of the dried activated charcoal after being immersed in the inorganic acid solution, maturing the surface with silica sol solution at room temperature for 5-7 hours and then, coating silica on the surface of the activated charcoal; and a step (c) of conducting heat treatment of the silica-coated activated charcoal acquired from the silica coating step at 800-1,000°C for 1-4 hours under the general air atmosphere. Therefore, the surface-modified activated charcoal can be used as an adsorbent for purifying air in air purifying equipment in the form thereof or the form in which a hydrophobic amino acid-based or a vitamin-based impregnating substance is impregnated, and can have an excellent effect of adsorbing base gas and aldehyde gas in the air to remove the same without emission of substances harmful to the human body.

Description

일반 공기분위기 하 고온처리에 의해 표면개질된 활성탄 및 그 방법 {Surface modified activated carbon by high temperature treatment under air condition and its method}Surface modified activated carbon by high temperature treatment under air condition and its method

본 발명은 표면개질된 활성탄 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기산 및 실리카 처리 후 일반 공기분위기 하 800℃ 이상 고온에서 열처리하여 얻은, 공기 중 염기성 기체와 알데하이드류 기체에 대한 흡착능이 우수한 표면개질된 활성탄과 그 표면개질방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surface-modified activated carbon and a method thereof, and more particularly, a surface having excellent adsorptivity to basic gas and aldehyde gas in air obtained by heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher under a general air atmosphere after treatment with inorganic acid and silica. Modified activated carbon and its surface modification method.

활성탄은 사업장에 설치가동 중인 흡착탑에서 유해물질의 제거를 위하여 널리 사용되고 있고, 공기 중 유해성분을 감소시키기 위한 공기청정기용 필터에도 코코넛, 목재, 석탄 등으로 제조한 활성탄이 사용되고 있다. Activated carbon is widely used for the removal of harmful substances in the adsorption tower operating in the workplace, and activated carbon made of coconut, wood, coal, etc. is also used for air cleaner filters to reduce harmful components in the air.

특히 근래에는 대기 중 유해기체의 위험성에 관한 사회적 인식이 확산됨에 따라 공기청정기 제조업체나 대기오염방지시설업체들은 대기 중 휘발성 유기화합물, 산/염기성류 화합물, 알데하이드류 화합물 등 유해한 기체상 성분을 감소시키기 위한 연구를 수행하고 있다. In particular, in recent years, as social awareness about the dangers of harmful gases in the air has spread, air cleaner manufacturers and air pollution prevention facility manufacturers have been able to reduce harmful gaseous components such as volatile organic compounds, acid / base compounds, and aldehyde compounds. We are conducting research for

필터에 사용되는 활성탄은 일반적으로 기체상 흡착에 유리한 미세공으로 이루어진 큰 비표면적을 갖고 있는데, 코코넛, 목재, 석탄 등을 탄화시킨 후 수증기나 약품을 이용하여 부활시켜 제조한 활성탄들은 활성화시간, 수증기 투입량, 인산, 염화아연 등을 첨가하는 부활방법 및 원료의 기본 특성에 따라 비표면적, 세공의 크기 등이 달라진다. 세공은 통상적으로 1nm 이하의 미세공, 2~40nm의 중세공으로 이루어져 있고, 비극성적인 표면특성이 강하므로 비극성 물질인 벤젠, 나프탈렌 등에는 높은 흡착능을 가지며, pH가 10~11 정도로 높은 알칼리성을 나타내므로 산성기체의 흡착 특성이 우수한 것으로 알려져 있다.Activated carbon used in filters generally has a large specific surface area consisting of micropores, which are advantageous for gas phase adsorption. Activated carbons prepared by carbonizing coconuts, wood, coal, etc., and then revitalizing them with water vapor or chemicals are used for activation time and steam input. Specific surface area, pore size and the like vary depending on the activating method of adding phosphoric acid, zinc chloride and the like and the basic characteristics of the raw materials. The pores are usually composed of micropores of less than 1nm, mesopores of 2-40nm, and because of their non-polar surface properties, they have high adsorption capacity for benzene, naphthalene, etc., which are nonpolar materials, and have a high alkalinity of about 10-11. It is known that the adsorption characteristics of acidic gas are excellent.

야자 코코넛을 활성화시켜 제조한 활성탄은 미세공이 많이 발달되어 있으므로 대기 중 기체상 작은 분자물질의 흡착능이 우수하고, 목재나 석탄으로 제조한 활성탄은 중세공의 비율이 높으므로 비교적 큰 분자의 흡착, 폐수 정화용, 설탕의 탈색 등에 활용되고 있으며 유해기체 중 분자의 크기가 크고 고비점인 물질의 제거에도 유리하다. 그러나 이러한 활성탄은 높은 pH를 가지므로 암모니아와 같은 염기성 기체의 흡착능이 크게 떨어지는 단점을 가지고 있으며, 특정 성분의 기체물질을 제거하기 위해 첨가되는 촉매나 약품과 반응하는 활성이 감소되는 현상이 발생된다. 따라서 활성탄 제조업체들은 공기정화에 사용되는 활성탄의 유해물질에 대한 흡착성능을 높이기 위하여 다양한 방법의 활성탄 제조법을 제시하고 있으며, 특히 활성탄에 금속이나 유기물질을 첨가시키는 표면개질방법을 통해 유해성분들의 흡착성능을 높이고 유해성분을 선택적으로 제거하고자 노력하고 있다.Activated carbon produced by activating coconut coconut has excellent adsorption capacity of gaseous small molecule materials in the air because the fine pores are developed, and activated carbon made of wood or coal has a high proportion of mesopores, so adsorption and waste water of relatively large molecules It is used for purification and decolorization of sugar, and it is also advantageous for the removal of substances having large molecular weight and high boiling point among harmful gases. However, such activated carbon has a disadvantage that the adsorption capacity of a basic gas such as ammonia is greatly reduced since it has a high pH, and the activity of reacting with a catalyst or a chemical added to remove a gaseous substance of a specific component is reduced. Therefore, activated carbon manufacturers have suggested various methods of manufacturing activated carbon in order to improve the adsorption performance of activated carbon used for air purification, and in particular, the adsorption performance of harmful components through surface modification method of adding metal or organic material to activated carbon. It is trying to increase the concentration of the chemicals and selectively remove the harmful components.

이와 관련하여 미국특허등록 제6,789,547호에서 여러 가지 활성탄에 알칼리금속 및 전이금속 물질들을 다양한 방법으로 첨가함으로써 공기 중 유해물질의 제거에 큰 효과를 나타내는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이 기술은 정화과정에서 금속물질 자체가 인체로 이행되어 인체에 유해할 수 있으므로 쉽게 활용하기가 어려운 문제가 있다.In this regard, U.S. Patent No. 6,789,547 discloses a technique that has a great effect on the removal of harmful substances in the air by adding alkali metal and transition metal materials to various activated carbons in various ways. However, this technology has a problem that it is difficult to use easily because the metal material itself is transferred to the human body during the purification process and may be harmful to the human body.

미국특허등록 제6,595,218호에는 실리카겔 및 활성탄에 2-아미노프로필 실란 등을 첨착하는 기술이 개시되어 있으며, 이렇게 제조된 실리카겔이나 활성탄은 공기 중의 HCN, 알데하이드 등의 제거효율이 매우 높다는 이점이 있다. 이 기술에서는 활성탄에 첨착하는 것이 실리카겔에 첨착한 것보다 효율이 더 높았으나, 활성탄에 첨착한 경우 첨착된 물질이 활성탄 표면의 수산기와 반응하여 기체 흡착에 유리한 활성점을 감소시켜 기체상 성분의 제거효율이 낮아지는 단점이 있다.US Pat. No. 6,595,218 discloses a technique for attaching 2-aminopropyl silane to silica gel and activated carbon, and the silica gel or activated carbon thus prepared has an advantage of high removal efficiency of HCN, aldehyde and the like in the air. In this technique, the impregnation of activated carbon is more efficient than that of silica gel.However, when impregnated with activated carbon, the impregnated material reacts with hydroxyl groups on the surface of the activated carbon to reduce the active point for gas adsorption. There is a disadvantage that the removal efficiency is lowered.

대한민국 특허공개 제10-1990-15652호에서는 포름알데하이드 성분을 제거하기 위하여 활성탄, 제올라이트 등의 흡착제에 알데하이드와 반응하고 높은 산성을 지닌 화합물들인 요소, 시트르산, 글리신, 히스티딘 등 엔-디올 관능기를 갖는 시약으로 이루어지는 공동상승작용 조성물을 첨가하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이러한 조성물들을 첨가할 경우 활성탄 표면에 묻어 있는 조성물이 공기정화과정 중 기화되어 입자상 물질에 의해 인체로 이행될 수 있다는 단점이 있다.Korean Patent Publication No. 10-1990-15652 discloses a reagent having an en-diol functional group such as urea, citric acid, glycine, and histidine, which are compounds having high acidity and reacting with an aldehyde in an adsorbent such as activated carbon and zeolite to remove formaldehyde components. Disclosed is a technique for adding a synergy synergy composition. However, the addition of these compositions has the disadvantage that the composition buried on the surface of the activated carbon is vaporized during the air purification process can be transferred to the human body by particulate matter.

대한민국 특허공개 제10-1999-16260호에서는 다양한 원료로 제조한 활성탄을 250~400℃의 공기분위기 하에서 60~120분간 방치함으로써 공기 중의 산소가 표면과 반응하여 활성탄 표면에 산소함유 관능기가 부착되도록 하여 친수성 효과가 증가되도록 한 기술을 개시하고 있다. 이 경우 폐수정화 시 폐수 위로 부유하는 활성탄의 양을 감소시켜 활성탄의 효율을 증가시킬 수 있으나, 이렇게 제조된 활성탄은 산소를 포함한 관능기의 수가 증가하기는 하나, 산으로 표면처리를 한 시료에 비해 적은 양의 관능기가 생성되고, 입도가 큰 활성탄을 사용하면 물 위에 부유하는 활성탄의 양을 감소시킬 수 있지만 폐수처리용이 아닌 기체상 물질의 제거성능에는 큰 영향을 주지 못하는 문제가 있다.In Korean Patent Publication No. 10-1999-16260, activated carbon made from various raw materials is allowed to stand for 60 to 120 minutes in an air atmosphere at 250 to 400 ° C to allow oxygen in the air to react with the surface to attach oxygen-containing functional groups to the surface of the activated carbon. Techniques for increasing the hydrophilic effect are disclosed. In this case, the efficiency of activated carbon can be increased by reducing the amount of activated carbon suspended in the waste water during wastewater purification.However, the activated carbon produced increases the number of functional groups including oxygen, but is less than that of acid-treated samples. The use of activated carbon having a large amount of functional groups and having a large particle size can reduce the amount of activated carbon suspended in water, but there is a problem that does not significantly affect the removal performance of gaseous substances other than wastewater treatment.

이와 같이 금속, 알칼리 금속 등의 물질을 일반 활성탄 표면 또는 세공에 첨착시키는 경우 표면에 첨가된 물질이 대기 중 성분을 구성하는 0.1~1㎛ 크기의 에어로졸에 의해 인체로 흡입될 수 있다. 또한, 필터 중에서 알데하이드류 기체와의 반응성이 강한 것으로 알려져 있지만 인체에 유해한 트리메틸아민 등을 흡착제에 첨착하는 경우에도 첨가된 분자가 공기성분으로 의해 인체로 이행될 수 있다는 문제점이 있다.As such, when a material such as a metal or an alkali metal is attached to the surface or pores of general activated carbon, the material added to the surface may be inhaled into the human body by an aerosol having a size of 0.1 to 1 μm constituting an air component. In addition, although the reactivity with the aldehyde gas in the filter is known to be strong, there is a problem that the added molecules can be transferred to the human body as an air component even when trimethylamine or the like, which is harmful to the human body, is attached to the adsorbent.

이러한 단점을 보완하기 위하여 강산이나 강염기, 마이크로웨이브, 공기 등으로 활성탄의 표면을 개질하는 방법들이 알려져 있으며, 그 중에서 강산으로 활성탄을 처리하는 방법이 널리 알려져 있다. 강산으로 처리하여 활성탄의 표면을 개질하는 경우, 강산의 농도를 저농도로 하게 되면 활성탄의 표면에 관능기가 다량 도입되지 않으므로 유해물질 흡착성능의 상승효과가 높지 않기 때문에 통상 고농도의 강산을 사용하여 왔다. 그러나 고농도의 강산으로 활성탄을 처리하는 경우 상업적인 제조에 문제가 발생할 수 있다. 특히 고농도의 질산으로 활성탄을 처리하는 경우에는 표면 관능기를 발달시키는데 매우 효과적이라는 이점이 있으나, 질산처리과정에서 유해한 질산화물 기체가 발생하여 작업환경이 매우 열악해지므로 상업적 제조가 곤란하다. 또, 질산처리 후 활성탄의 세공에 남아있는 인체에 매우 유해한 질산화물 기체가 공기정화과정에서 방출되어 인체로 이행될 수 있다는 문제점이 있을 뿐만 아니라 산의 농도가 높아서 비표면적이 감소하여 물리적인 유효흡착면적이 감소하게 되는 문제점이 있다. 또한 이렇게 산처리된 활성탄은 표면 관능기의 양은 많으나 기체상 성분제거에는 효과가 크지 않으므로 금속입자나 염을 표면에 균일하게 분산시키기 위한 전처리방법으로 많이 사용되고 있다.In order to compensate for these disadvantages, methods of modifying the surface of activated carbon with strong acids, strong bases, microwaves, air, and the like are known, and methods of treating activated carbon with strong acids are widely known. In the case of modifying the surface of activated carbon by treating with strong acid, high concentration of strong acid has been generally used because the concentration of strong acid does not introduce a large amount of functional groups on the surface of activated carbon. However, treatment of activated carbon with high concentrations of strong acids can cause problems in commercial manufacturing. Particularly, in the case of treating activated carbon with high concentration of nitric acid, there is an advantage that it is very effective in developing surface functional groups, but it is difficult to commercially manufacture because harmful nitrate gas is generated during the nitric acid treatment and the working environment becomes very poor. In addition, there is a problem that the nitrate gas, which is very harmful to the human body remaining in the pores of activated carbon after nitric acid treatment, is released during the air purification process and can be transferred to the human body, and the specific surface area is reduced due to the high acid concentration, thereby reducing the physical effective adsorption area. There is a problem that is reduced. In addition, the acid-treated activated carbon has a large amount of surface functional groups but is not effective for removing gas phase components, and thus, it is widely used as a pretreatment method for uniformly dispersing metal particles or salts on the surface.

이러한 산처리의 문제점으로 인하여 활성탄을 공기분위기 하에서 활성탄이 발화되지 않는 온도조건으로 처리하여 표면을 산화시키는 방법이 도입되고 있는데, 이 방법은 활성탄의 표면개질을 위한 단순하고 빠른 방법이기는 하지만 활성탄의 표면개질을 통해 생성된 관능기들이 산처리 활성탄보다 많지 않으므로 공기 중의 유해성분 제거에는 효과가 높지 않다는 단점이 있다.Due to the problem of acid treatment, a method of oxidizing the surface by treating activated carbon under an air atmosphere in which the activated carbon does not ignite is introduced. Although this method is a simple and fast method for surface modification of activated carbon, the surface of activated carbon is introduced. Since there are not more functional groups generated through the reforming than acid treated activated carbon, there is a disadvantage in that the effect is not high for removing harmful components in the air.

따라서 무산소 분위기를 형성하기 위한 불활성기체 및 부속장치를 필요로 하지 않아 생산단가를 크게 낮출 수 있고, 일반 공기분위기 하에서 활성탄 발화온도 이상인 800℃ 이상의 고온에서 실시하면서도 원료 활성탄 손실을 최소화할 수 있는 활성탄의 표면개질방법이 요구되고 있다. 또한, 기체분자와의 반응성이 높으면서도 동시에 공기정화 과정에서 수분 및 여름철과 같은 고온 조건에서도 탈리되지 않는, 소수성이 높고 인체에 무해한 활성탄의 표면개질방법이 요구되고 있다.Therefore, it does not require an inert gas and accessories to form an oxygen-free atmosphere, thereby significantly lowering the production cost, and performing activated carbon at a high temperature of 800 ° C. or higher, which is higher than the activated carbon ignition temperature under a general air atmosphere, while minimizing the loss of activated carbon. There is a need for a surface modification method. In addition, there is a need for a method for surface modification of activated carbon that is highly hydrophobic and harmless to the human body while having high reactivity with gas molecules and not being detached even under high temperature conditions such as moisture and summer during air purification.

미국특허등록 제6,789,547호U.S. Patent No. 6,789,547 미국특허등록 제6,595,218호U.S. Patent No. 6,595,218 대한민국 특허공개 제10-1990-15652호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1990-15652 대한민국 특허공개 제10-1999-16260호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1999-16260

본 발명은 무산소 분위기를 형성하지 않고 일반 공기분위기 하에서 800℃ 이상의 고온으로 열처리가 가능한 활성탄의 표면개질방법 및 그렇게 표면개질된 활성탄을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for surface modification of activated carbon that can be heat-treated at a high temperature of 800 ° C. or higher in a general air atmosphere without forming an oxygen-free atmosphere, and to provide such surface modified activated carbon.

본 발명은 일반 공기분위기 하에서 800℃ 이상의 고온으로 열처리하여 활성탄 표면을 소수성화 함으로써 특정 기체상 성분, 특히 염기성 기체와 알데하이드류 기체에 대한 흡착능력이 우수한 활성탄을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an activated carbon having excellent adsorption capacity to specific gaseous components, particularly basic gas and aldehyde gas by hydrophobizing the surface of activated carbon by heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher in a general air atmosphere.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, In order to achieve the above object, in the present invention,

(a) 활성탄을 2~8% 무기산 수용액에 1~3시간 동안 침지한 후 탈수하여 300~400℃에서 1~4시간 동안 건조시키는 단계;(a) immersing activated carbon in an aqueous solution of 2-8% inorganic acid for 1 to 3 hours and then dehydrating and drying for 1 to 4 hours at 300 to 400 ° C;

(b) 상기 단계에서 얻은, 무기산 수용액 침지 후 건조된 활성탄의 표면에 80~90% 실리카졸 용액을 분사한 후 상온에서 5~7시간 동안 숙성시켜 활성탄의 표면에 실리카를 코팅하는 단계; 및(b) spraying an 80-90% silica sol solution on the surface of the dried activated carbon obtained by immersing the inorganic acid aqueous solution obtained in the above step, and then aging at room temperature for 5-7 hours to coat silica on the surface of the activated carbon; And

(c) 상기 실리카를 코팅하는 단계에서 얻은 실리카 코팅된 활성탄을 일반 공기조건 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는, 활성탄의 표면개질방법을 제공한다. (c) providing a method for surface modification of activated carbon comprising the step of heat-treating the silica-coated activated carbon obtained in the step of coating the silica at 800 to 1,000 ℃ for 1 to 4 hours under normal air conditions.

상기 제조방법에서, 상기 실리카를 코팅하는 단계는 상기 건조된 활성탄 중량을 기준으로 2~4중량%의 실리카를 코팅하는 것이 바람직하다.In the manufacturing method, the step of coating the silica is preferably coated with 2 to 4% by weight of silica based on the weight of the dried activated carbon.

상기 제조방법에서, 상기 무기산은 인산, 질산, 황산, 염산, 과염소산, 차아염소산 및 불화수소산 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 인산인 것이 특히 바람직하다.In the above production method, the inorganic acid is preferably at least one selected from phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, hypochlorous acid and hydrofluoric acid, and particularly preferably phosphoric acid.

상기 제조방법에서, 상기 (a)단계에 앞서, 1~5% 유기산 수용액에 활성탄을 침지하여 60~80℃에서 5~7시간 동안 반응시킨 후 탈수시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 유기산은 구연산, 아세트산, 옥살산, 타르타르산 및 벤조산 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.In the preparation method, prior to the step (a), it may further comprise a step of dehydrating after reacting for 5 to 7 hours at 60 ~ 80 ℃ by immersing activated carbon in 1-5% organic acid aqueous solution. The organic acid is preferably at least one selected from citric acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid and benzoic acid.

상기 제조방법은, 상기 열처리 후 표면개질된 활성탄에 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include a step of attaching a hydrophobic amino acid series or vitamin-based adherent material to the surface-modified activated carbon after the heat treatment.

또한, 본 발명에서는,In the present invention,

활성탄을 무기산처리 후 실리카처리하여 표면을 2중 코팅한 후 일반 공기분위기 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하여 얻은, 표면개질된 활성탄을 제공한다.The activated carbon is treated with silica after inorganic acid treatment to provide a surface-modified activated carbon obtained by subjecting the surface to double coating and heat-treating at 800 to 1,000 ° C. for 1 to 4 hours in a general air atmosphere.

상기 무기산은 인산, 질산, 황산, 염산, 과염소산, 차아염소산 및 불화수소산 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 인산이다. The inorganic acid is preferably at least one selected from phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, hypochlorous acid, and hydrofluoric acid, and particularly preferably phosphoric acid.

상기 표면개질된 활성탄은, 상기 무기산 처리 전에 유기산으로 처리되는 것이 바람직하다. 상기 유기산은 구연산, 아세트산, 옥살산, 타르타르산 및 벤조산 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.The surface-modified activated carbon is preferably treated with an organic acid before the inorganic acid treatment. The organic acid is preferably at least one selected from citric acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid and benzoic acid.

본 발명의 일 실시예에서 상기 표면개질된 활성탄은, 상기 열처리 후 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질로 첨착된 것이다.In one embodiment of the present invention, the surface-modified activated carbon is impregnated with an impregnated material of hydrophobic amino acid series or vitamin series after the heat treatment.

본 발명에서는 무기산처리 및 실리카처리로 활성탄의 표면에 2중 코팅막이 형성되어 종래 800℃ 이상에서 열처리시 활성탄이 산소와 반응하여 연소되는 문제가 해결되고, 일반 공기분위기 하에서 800℃ 이상의 고온 열처리가 가능해 진다. 따라서 무산소 분위기를 형성하지 않고 일반 공기분위기 하에서 800℃ 이상 고온 열처리하여 활성탄을 개질함으로써 경제적이다. In the present invention, a double coating film is formed on the surface of the activated carbon by inorganic acid treatment and silica treatment to solve the problem that the activated carbon reacts with oxygen during the heat treatment at 800 ° C. or higher, and a high temperature heat treatment of 800 ° C. or higher is possible under a general air atmosphere. Lose. Therefore, it is economical by reforming the activated carbon by heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher in a general air atmosphere without forming an oxygen free atmosphere.

또한, 이러한 고온 열처리로 활성탄의 표면을 소수성화 함으로써 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질의 활성점 감소를 최소화할 수 있으므로, 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착시키기 위한 전구체로 사용하기에 매우 적합하다. In addition, since the surface of the activated carbon is hydrophobized by the high temperature heat treatment, it is possible to minimize the reduction of the active point of the hydrophobic amino acid series or the vitamin-based adherent, and thus it is used as a precursor for attaching the hydrophobic amino acid or vitamin-based adherent. Very suitable.

이렇게 표면개질된 활성탄에 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착시키면 공기정화과정에서 인체에 유해한 물질의 배출 없이 공기 중 염기성 기체와 알데하이드류 기체를 흡착하여 매우 효과적으로 제거할 수 있다. When the surface-modified activated carbon is attached with a hydrophobic amino acid or vitamin-based impregnated substance, it is possible to remove basic gas and aldehyde gas in the air very effectively without releasing harmful substances in the air purification process.

따라서 본 발명의 표면개질된 활성탄은 그 자체로 또는 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질이 첨착된 형태로 공기청정기, 흡착탑 등에서 흡착제로 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 공기청정기에 흡착제로 사용되어 암모니아, 아세트알데하이드, 아세트산, 포름알데하이드 및 톨루엔을 제거할 수 있고, 아세트알데하이드의 제거에 특히 적합하며, 제거 효과가 매우 우수하다. Therefore, the surface-modified activated carbon of the present invention can be usefully used as an adsorbent in air cleaners, adsorption towers, etc. by themselves or in the form of impregnated with hydrophobic amino acid or vitamin-based additives. In particular, it is used as an adsorbent in an air cleaner to remove ammonia, acetaldehyde, acetic acid, formaldehyde and toluene, and is particularly suitable for the removal of acetaldehyde, and has a very good removal effect.

도 1은 원료 활성탄의 사진이다.
도 2는 실시예 1의 표면개질된 활성탄의 사진이다.
도 3은 실시예 2의 표면개질된 활성탄의 사진이다.
도 4는 실시예 3의 표면개질된 활성탄의 사진이다.
도 5는 원료 활성탄과 실시예 1 내지 3의 표면개질된 활성탄을 비교한 사진이다.
도 6은 원료 활성탄과 실시예 1 내지 3의 표면개질된 활성탄의 크기를 비교한 사진이다.
도 7은 원료 활성탄과 실시예 1 내지 3의 표면개질된 활성탄의 BET 분석결과에서 도출된 기공분포곡선이다.
1 is a photograph of raw activated carbon.
2 is a photograph of the surface modified activated carbon of Example 1.
3 is a photograph of the surface modified activated carbon of Example 2.
4 is a photograph of the surface modified activated carbon of Example 3.
5 is a photograph comparing raw activated carbon with surface modified activated carbon of Examples 1 to 3. FIG.
6 is a photograph comparing the size of the raw activated carbon and the surface-modified activated carbon of Examples 1 to 3.
7 is a pore distribution curve derived from the BET analysis of the raw activated carbon and the surface modified activated carbon of Examples 1 to 3. FIG.

본 발명의 활성탄의 표면개질방법은, The surface modification method of the activated carbon of the present invention,

(a) 활성탄을 2~8% 무기산 수용액에 1~3시간 동안 침지한 후 탈수하여 300~400℃에서 1~4시간 동안 건조시키는 단계;(a) immersing activated carbon in an aqueous solution of 2-8% inorganic acid for 1 to 3 hours and then dehydrating and drying for 1 to 4 hours at 300 to 400 ° C;

(b) 상기 단계에서 얻은, 무기산 수용액 침지 후 건조된 활성탄의 표면에 80~90% 실리카졸 용액을 분사한 후 상온에서 5~7시간 동안 숙성시켜 활성탄의 표면에 실리카를 코팅하는 단계; 및(b) spraying an 80-90% silica sol solution on the surface of the dried activated carbon obtained by immersing the inorganic acid aqueous solution obtained in the above step, and then aging at room temperature for 5-7 hours to coat silica on the surface of the activated carbon; And

(c) 상기 실리카를 코팅하는 단계에서 얻은 실리카 코팅된 활성탄을 일반 공기조건 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하는 단계를 포함한다.(c) heat-treating the silica-coated activated carbon obtained in the step of coating the silica at 800 to 1,000 ° C. for 1 to 4 hours under normal air conditions.

바람직하게는, 상기 (a)단계에 앞서, 1~5% 유기산 수용액에 활성탄을 침지하여 60~80℃에서 5~7시간 동안 반응시킨 후 탈수시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, prior to the step (a), by immersing activated carbon in an aqueous solution of 1 ~ 5% organic acid and reacting for 5 to 7 hours at 60 ~ 80 ℃ may further comprise a step of dehydration.

또한, 필요에 따라 상기 열처리하는 단계를 거친 후 표면개질된 활성탄에 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include a step of attaching a hydrophobic amino acid or vitamin-based additive to the surface-modified activated carbon after the heat treatment as necessary.

이하 각각의 구성 및 단계별로 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with each configuration and step.

1. 활성탄1. Activated Carbon

원료인 활성탄은 야자 코코넛, 목재, 석탄 등을 포함하여 다양한 소재를 사용하여 제조한 활성탄을 사용할 수 있다. 또한, 공지된 방법에 따라 수증기나 약품부활법으로 제조한 활성탄, 제조된 활성탄을 염산이나 염화나트륨으로 처리하여 불순물과 금속을 제거한 것 등 다양한 공지의 방법으로 처리한 활성탄도 사용할 수 있다.Activated carbon, which is a raw material, may use activated carbon manufactured using various materials including palm coconut, wood, and coal. In addition, activated carbon prepared by steam or chemical reactivation according to known methods, and activated carbon treated by various known methods such as treatment of activated carbon with hydrochloric acid or sodium chloride to remove impurities and metals can be used.

2. 유기산처리에 의한 불순물 제거2. Removal of impurities by organic acid treatment

원료인 활성탄 내 불순물을 제거하기 위하여 1~5% 농도의 유기산 수용액에 활성탄을 침지하여 60~80℃에서 5~7시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 유기산으로 처리함으로써 활성탄 내 잔류하는 칼슘, 나트륨 등의 불순물을 제거할 수 있다. 반응 후 활성탄을 탈수시키며, 이때 pH가 8 이하인 조건에서 탈수시키는 것이 보다 바람직하다.In order to remove impurities in activated carbon which is a raw material, it is preferable to immerse activated carbon in an aqueous organic acid solution at a concentration of 1 to 5% and react for 5 to 7 hours at 60 to 80 ° C. By treatment with an organic acid, impurities such as calcium and sodium remaining in the activated carbon can be removed. After the reaction, the activated carbon is dehydrated, and at this time, it is more preferable to dehydrate under conditions of pH 8 or less.

상기 유기산으로는 식품 첨가용의 구연산, 아세트산, 옥살산, 타르타르산, 벤조산 중 하나 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이유는 처리 후 활성탄에 잔류하는 유기산이 휘산되면서 인체에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 비점이 낮은 식품첨가용 유기산을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. It is preferable to select and use at least one of citric acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid and benzoic acid for food addition as the organic acid. This is because the organic acid remaining in the activated carbon after treatment may volatilize and affect the human body. It is more preferable to use a low boiling point food additive organic acid.

3. 무기산 처리3. inorganic acid treatment

활성탄을 무기산으로 처리하여 활성탄의 표면에 코팅막을 형성한다.Activated carbon is treated with an inorganic acid to form a coating film on the surface of the activated carbon.

활성탄을 2~8% 농도의 무기산 수용액에 1~3시간 동안 침지한 후 탈수하고 300~400℃에서 1~4시간 동안 건조시킨다. 이때 활성탄은 바람직하게는 상기 유기산처리 후 탈수된 활성탄을 사용한다. Activated carbon is immersed in an aqueous inorganic acid solution of 2-8% concentration for 1 to 3 hours, then dehydrated and dried at 300 to 400 ° C. for 1 to 4 hours. In this case, the activated carbon is preferably dehydrated activated carbon after the organic acid treatment.

상기 무기산으로는 인산, 질산, 황산, 염산, 과염소산, 차아염소산, 불화수소산 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 하나 이상을 선택하여 사용한다. 바람직하게는 식품첨가용의 무기산을 사용하며, 특히 바람직하게는 인산을 사용한다. 인산은 식품첨가용으로 사용될 수 있는 인체에 무해한 물질로 제조시 작업자의 안전을 확보할 수 있고, 300℃ 이상의 열처리 시 승화되지 않는 피로인산 또는 메타인산으로 전환되어 활성탄의 표면에 코팅막을 형성하는데 이 코팅막은 공기정화용 소재로 활용하여도 인체에 영향을 미치지 않는 안정한 물질이기 때문이다. 또, 인산이 피로인산 또는 메타인산으로 전환되어 활성탄의 표면에 형성시킨 코팅막은 800℃ 이상의 고온 열처리에서 활성탄이 소실되지 않도록 보호하는 역할을 해준다. The inorganic acid may be phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, hypochlorous acid, hydrofluoric acid, and the like, and one or more of them may be selected and used. Preferably, an inorganic acid for food addition is used, and particularly preferably phosphoric acid is used. Phosphoric acid is a material harmless to human body that can be used for food additives, which can ensure the safety of workers when it is manufactured, and is converted into pyrophosphoric acid or metaphosphoric acid that does not sublime when heat treated at 300 ° C or higher to form a coating film on the surface of activated carbon. This is because the coating film is a stable material that does not affect the human body even when used as a material for air purification. In addition, the coating film formed on the surface of the activated carbon by converting phosphoric acid into pyrophosphoric acid or metaphosphoric acid serves to protect the activated carbon from disappearing at a high temperature heat treatment of 800 ° C. or higher.

상기 무기산은 2~8%의 농도로 사용하는 것이 바람직하다. 통상적으로 활성탄을 무기산으로 처리하면 표면관능기가 미량 증가한다. 종래 표면관능기의 발달을 위해 높은 농도의 산을 사용하였다. 그러나 높은 농도의 산을 사용하면 비표면적이 감소하여 물리적인 유효 흡착면적이 감소하고, 활성탄 처리과정에서 발열반응으로 인한 산이 포함된 증기가 발생할 수 있어 작업환경이 매우 열악해지며, 이렇게 제조된 활성탄을 첨착용 지지체로 활용하는 경우 첨착물질이 활성탄으로 침투하는 것을 방해하는 단점이 있다. 따라서 저농도의 무기산을 사용하는 것이 매우 중요하다. 그러나 무기산의 농도가 2% 이하인 경우에는 고온 열처리과정에서 수소이온이 충분히 도입되지 않아 활성탄의 표면처리 효과가 낮아지고, 8%를 초과할 경우에는 도입되는 수소이온은 증가하지만 열처리 후 활성탄의 기공부피가 감소하여 첨착물질의 담지효과가 감소되고 기체 흡착능이 저하된다. It is preferable to use the said inorganic acid in the density | concentration of 2-8%. Typically, treatment of activated carbon with inorganic acids results in a slight increase in surface functional groups. High concentrations of acid were used for the development of conventional surface functional groups. However, the use of high concentration of acid decreases the specific surface area, which decreases the physical effective adsorption area, and in the process of processing activated carbon, steam containing acid due to exothermic reaction can be generated, which makes the working environment very poor. In the case of using as an impregnated support, there is a disadvantage in that the impingement material is prevented from penetrating into activated carbon. Therefore, it is very important to use a low concentration of inorganic acid. However, if the concentration of the inorganic acid is less than 2%, hydrogen ions are not sufficiently introduced during the high temperature heat treatment, and the surface treatment effect of the activated carbon is lowered. Decreases the supporting effect of the impregnated substance and decreases the gas adsorption capacity.

상기 무기산처리에 의하여, 활성탄을 구성하고 있는 탄소고리 구조가 산화되어 카르복실기, 카르보닐기, 페놀릭 하이드록실기(phenolic hydroxyl group) 등 활성탄 표면에 존재하는 친수성 관능기들이 무기산의 수소이온에 의하여 중화 또는 제거된다. 또한, 300℃ 이상으로 가열하면 무기산이 활성탄의 표면에 코팅막을 형성하여 활성탄의 표면을 감싸면서 보호해주게 되므로 이후 열처리과정에서 산소를 차단한다.By the inorganic acid treatment, the carbon ring structure constituting the activated carbon is oxidized to neutralize or remove the hydrophilic functional groups present on the surface of the activated carbon such as carboxyl, carbonyl and phenolic hydroxyl groups. . In addition, when heated to 300 ° C or more, the inorganic acid forms a coating film on the surface of the activated carbon to cover and protect the surface of the activated carbon, thereby blocking oxygen in the subsequent heat treatment.

활성탄의 열처리는 로타리 킬른(rotary kiln)이나 배치(batch)형 반응기에서 실시할 수 있으며, 필요에 따라서는 다른 공지된 수단들을 이용할 수 있다. The heat treatment of the activated carbon may be carried out in a rotary kiln or batch reactor, and other known means may be used if necessary.

4. 실리카 처리4. Silica treatment

상기 무기산 처리 후 탈수된 활성탄을 실리카로 처리하여 활성탄의 표면에 코팅막을 형성한다. 상기 무기산 처리에 이어 이렇게 실리카로 처리하면 활성탄 표면에 2중 코팅막이 형성된다. After the inorganic acid treatment, dehydrated activated carbon is treated with silica to form a coating film on the surface of the activated carbon. Following the inorganic acid treatment, this treatment with silica forms a double coating on the surface of the activated carbon.

상기 무기산 처리 후 탈수된 활성탄의 표면에 80~90% 농도의 실리카를 포함하는 실리카졸 용액을 분사한다. 활성탄의 표면에 실리카졸 용액을 분사한 후 상온에서 5~7시간 동안 숙성시켜 활성탄의 표면에 활성탄 중량당 2~4중량%의 실리카를 코팅하여 코팅막을 형성한다. After the inorganic acid treatment, a silica sol solution containing silica of 80 to 90% concentration is sprayed on the surface of the dehydrated activated carbon. After spraying the silica sol solution on the surface of the activated carbon is aged at room temperature for 5-7 hours to form a coating film by coating 2 to 4% by weight of silica per weight of activated carbon on the surface of the activated carbon.

코팅된 실리카의 중량이 2% 미만이면 활성탄 표면에 균일한 코팅이 이루어지지 않아 열처리 공정에서 산소차단의 효과가 감소하여 활성탄이 타게 되는 현상이 발생하고, 코팅된 실리카의 중량이 4% 이상이면 활성탄 기공막힘 현상이 현저하게 증가될 수 있기 때문에 활성탄 중량당 2~4중량%의 실리카를 코팅하는 것이 바람직하다. 적정량의 실리카가 활성탄의 표면에 코팅된 경우 열처리시 산화된 탄소미분의 발생량이 적어 작업환경이 열악해지지 않고 열처리시 활성탄의 생산수율 감소율이 낮아 바람직하다. If the weight of the coated silica is less than 2%, there is no uniform coating on the surface of the activated carbon, and the effect of oxygen blocking is reduced in the heat treatment process, resulting in burning of activated carbon.If the weight of the coated silica is 4% or more, activated carbon It is preferable to coat 2-4% by weight of silica per weight of activated carbon because pore clogging can be significantly increased. When an appropriate amount of silica is coated on the surface of activated carbon, the amount of oxidized carbon fine powder generated during the heat treatment is small, so that the working environment is not deteriorated and the yield reduction rate of the activated carbon during the heat treatment is low.

활성탄에 실리카를 코팅하면 코팅막이 형성되어 고온의 일반 공기분위기 하에서 산소가 활성탄 표면으로 이동하는 것을 차단하므로, 800℃ 이상 고온으로 일반 공기분위기에서 열처리할 수 있다. 이렇게 실리카로 코팅한 후 일반 공기분위기에서 고온 열처리하여 활성탄 표면을 소수성화 함으로써 공기정화과정에서 인체에 유해한 물질의 배출 없이 염기성 기체와 알데하이드류 기체에 대한 흡착능력이 우수한 표면개질된 활성탄을 얻을 수 있다. When silica is coated on activated carbon, a coating film is formed to prevent oxygen from moving to the surface of activated carbon under a high temperature general air atmosphere, and thus heat treatment may be performed at a high temperature of 800 ° C. or higher in a general air atmosphere. By coating with silica and heat treatment in a normal air atmosphere to hydrophobize the surface of activated carbon, it is possible to obtain surface-modified activated carbon having excellent adsorption capacity for basic gas and aldehyde gas without releasing harmful substances to human body during air purification process. .

5. 고온 열처리에 의한 표면 소수성화5. Hydrophobicity of Surface by High Temperature Heat Treatment

상기 실리카처리로 코팅된 활성탄을 일반 공기조건 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하여 활성탄의 표면을 소수성화시킨다. The activated carbon coated by the silica treatment is heat treated at 800 to 1,000 ° C. for 1 to 4 hours under general air conditions to hydrophobize the surface of the activated carbon.

활성탄의 개질에는 800~1,000℃의 고온 열처리가 필요한데, 종래 기술에서는 이러한 고온처리는 산소가 있는 경우 활성탄이 타버리므로 무산소조건(질소분위기) 하에서 실시하여야 한다. 그러나, 본 발명에서는 무기산처리 및 실리카처리로 표면이 개질되어 산소가 차단되므로 산소가 존재하는 일반 공기조건 하에서 800~1,000℃의 고온 열처리가 가능하다.The reforming of activated carbon requires a high temperature heat treatment of 800 to 1,000 ° C. In the prior art, such high temperature treatment should be performed under anoxic conditions (nitrogen atmosphere) because activated carbon burns in the presence of oxygen. However, in the present invention, since the surface is modified by inorganic acid treatment and silica treatment to block oxygen, high temperature heat treatment of 800 to 1,000 ° C. is possible under general air conditions in which oxygen is present.

상기 고온 열처리과정을 거치면서 무기산에서 도입되는 수소이온들이 활성탄 표면의 산소를 포함하는 관능기와 화학결합하여 표면이 환원되므로 탄소와 수소로 이루어지는 소수성화된 표면으로 변화된다. 또한 첨가된 무기산이 활성탄을 구성하는 표면의 활성을 갖는 탄소와 화학반응을 하면서 기존 기공의 크기를 확대시켜 중기공 이상으로 구성되는 기공분포를 생성하게 된다. 활성탄 내 확대된 크기의 기공들은 열처리 후 첨착물질의 침투와 첨착에 유리한 조건을 제공하게 된다.Hydrogen ions introduced from the inorganic acid during the high temperature heat treatment process are chemically bonded to a functional group containing oxygen on the surface of the activated carbon to reduce the surface, thereby changing to a hydrophobized surface made of carbon and hydrogen. In addition, the added inorganic acid chemically reacts with the carbon having the activity of the surface constituting the activated carbon to expand the size of the existing pores to generate a pore distribution consisting of more than the mesopores. The enlarged pores in the activated carbon provide favorable conditions for the penetration and deposition of the adherent material after heat treatment.

열처리 온도는 800~1000℃가 바람직한데, 열처리 온도가 800℃ 미만일 경우에는 활성탄 표면의 관능기 열분해 반응속도 및 반응량이 낮아지게 되어 소수성화 표면처리효과가 감소하게 되고, 열처리 온도가 1000℃를 초과할 경우 활성탄 표면처리 효과에는 문제가 없지만 생산수율이 급격히 감소하게 된다.The heat treatment temperature is preferably 800 ~ 1000 ℃, if the heat treatment temperature is less than 800 ℃, the reaction rate and reaction amount of the functional group pyrolysis on the surface of the activated carbon is lowered, the hydrophobization surface treatment effect is reduced, the heat treatment temperature exceeds 1000 ℃ In the case of activated carbon surface treatment effect is no problem, but the production yield is drastically reduced.

활성탄의 열처리는 로타리 킬른이나 배치형 반응기에서 실시할 수 있으며, 필요에 따라서는 다른 공지된 수단들을 사용할 수 있다. The heat treatment of activated carbon may be carried out in a rotary kiln or a batch reactor, and other known means may be used if necessary.

6. 6. 첨착Impregnation

본 발명의 표면개질된 활성탄은 그 자체로 사용하거나 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착하기 위한 활성탄 전구체로 사용할 수 있다. 첨착물질을 첨착하는 방법으로는 당업계에서 공지된 방법들을 사용할 수 있다. The surface-modified activated carbon of the present invention can be used by itself or as an activated carbon precursor for depositing hydrophobic amino acid or vitamin-based additives. As a method of attaching the adhesive substance, methods known in the art may be used.

본 발명의 표면개질된 활성탄은 원료 활성탄에 비하여 비표면적은 다소 낮지만 생성되는 기공의 크기와 양이 많고 중기공성으로의 변화가 유도되어 비교적 분자량이 큰 벤젠이나 톨루엔과 같은 기체상 물질을 흡착하는 성능이 우수하다. The surface-modified activated carbon of the present invention has a lower specific surface area than raw activated carbon, but has a large size and quantity of produced pores and changes to mesoporosity, thereby adsorbing gaseous substances such as benzene or toluene having a relatively high molecular weight. The performance is excellent.

또한 비표면적은 감소하지만 기공의 크기와 양이 증가하고 소수성 표면을 제공하므로 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 비교적 분자량이 큰 첨착물질의 첨착에 유용하게 사용될 수 있다. In addition, since the specific surface area is reduced but the pore size and amount are increased and a hydrophobic surface is provided, it can be usefully applied to the adhesion of relatively high molecular weight of the hydrophobic amino acid series or vitamin series.

본 발명의 표면개질된 활성탄에 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착한 경우 활성탄 표면의 소수성이 증가하여 기체상 암모니아와 같은 염기성 기체와 아세트알데하이드와 같은 알데하이드류 기체성분의 흡착능력이 보다 더 상승된다. When the surface-modified activated carbon of the present invention is impregnated with a hydrophobic amino acid or vitamin-based impregnated substance, the hydrophobicity of the surface of the activated carbon increases, so that the adsorption ability of basic gas such as gaseous ammonia and aldehyde gas component such as acetaldehyde is higher. Is raised.

따라서 본 발명의 표면개질된 활성탄은 공기정화용 필터를 포함하여 기체상의 유해물질을 흡착시키는 목적으로 널리 사용될 수 있다. 본 발명의 표면개질된 활성탄을 공기정화용 필터에 흡착제로 첨가하는 경우 공기 중에 함유된 유해물질인 염기성 기체, 알데하이드류 기체, 응축이 용이한 산성기체, 휘발성 유기화합물 등의 기체상 성분을 흡착하여 제거하는 능력이 매우 우수하다. 특히 암모니아, 아세트알데하이드, 아세트산, 포름알데하이드 및 톨루엔을 효과적으로 제거할 수 있으며, 아세트알데하이드에 대한 제거효율이 특히 우수하다.Therefore, the surface-modified activated carbon of the present invention can be widely used for the purpose of adsorbing gaseous harmful substances, including filters for air purification. When the surface-modified activated carbon of the present invention is added to an air purifying filter as an adsorbent, gaseous components such as basic gases, aldehyde gases, easily condensed acid gases, and volatile organic compounds, which are harmful substances contained in air, are adsorbed and removed. The ability to do it is very good. In particular, ammonia, acetaldehyde, acetic acid, formaldehyde and toluene can be effectively removed, and the removal efficiency to acetaldehyde is particularly excellent.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. These examples are illustrative of the invention and the scope of the invention is not limited thereto.

<실시예 1><Example 1>

원료 활성탄으로는 야자각 원료를 수증기 부활법으로 제조한 평균 3mm 직경의 펠릿 활성탄을 사용하였다. 사용된 원료 활성탄의 사진을 도 1에 나타내었다.As a raw material activated carbon, pellet activated carbon having an average diameter of 3 mm prepared from a coconut shell raw material by a steam activating method was used. The photograph of the raw activated carbon used is shown in FIG.

상기 활성탄을 3% 구연산 수용액에 70℃의 온도로 침지한 후 6시간 동안 반응시키고 탈수하였다. The activated carbon was immersed in a 3% citric acid aqueous solution at a temperature of 70 ℃ and then reacted for 6 hours and dehydrated.

탈수된 활성탄을 4% 인산 수용액에 침지한 후 탈수하고 로타리킬른 장비에 연속적으로 투입하여 건조시켰다. 이때 킬른 내부는 일반 공기 분위기 하에서 300℃ 상태를 유지하고 활성탄은 킬른 내부에서 1시간 동안 체류하도록 하였다. The dehydrated activated carbon was immersed in 4% aqueous phosphoric acid solution, dehydrated, and dried in a rotary kiln equipment. At this time, the inside of the kiln was maintained at 300 ° C. under a general air atmosphere, and activated carbon was allowed to stay in the kiln for 1 hour.

상기 처리된 활성탄에 실리카가 90% 함유된 실리카졸을 균일하게 분사한 후 상온에서 6시간 동안 숙성시켰다. 이때 활성탄 표면에는 실리카가 활성탄 중량을 기준으로 2~4중량%로 분포되어 있었다. After uniformly spraying the silica sol containing 90% silica in the treated activated carbon and aged for 6 hours at room temperature. At this time, silica was distributed on the surface of activated carbon at 2 to 4% by weight based on the weight of activated carbon.

숙성된 활성탄은 로타리킬른 장비에 연속적으로 투입하여 열처리하였다. 이때 킬른 내부는 일반 공기 분위기 하에서 900℃ 상태를 유지하고 활성탄은 킬른 내부에서 4시간 동안 체류하도록 하여 표면개질된 활성탄을 얻었다.Aged activated carbon was continuously heat-treated in rotary kiln equipment. In this case, the inside of the kiln was maintained at 900 ° C. under a general air atmosphere, and the activated carbon remained in the kiln for 4 hours to obtain surface modified activated carbon.

얻어진 표면개질된 활성탄의 사진을 도 2에 나타내었다.The photograph of the obtained surface modified activated carbon is shown in FIG.

<< 비교예Comparative example 1> 1>

인산 처리단계를 생략한 것을 제외하는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면개질된 활성탄을 얻었다.Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1 except that the phosphoric acid treatment step was omitted.

얻어진 표면개질된 활성탄의 사진을 도 3에 나타내었다.The photograph of the obtained surface modified activated carbon is shown in FIG.

<< 비교예Comparative example 2> 2>

실리카졸 처리단계를 생략한 것을 제외하는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면개질된 활성탄을 얻었다.Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that the silica sol treatment step was omitted.

얻어진 표면개질된 활성탄의 사진을 도 4에 나타내었다.The photograph of the obtained surface modified activated carbon is shown in FIG.

<< 비교예Comparative example 3> 3>

구연산, 인산, 실리카졸 처리단계를 생략한 것을 제외하는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면개질된 활성탄을 얻었다.Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that citric acid, phosphoric acid, and silica sol treatment steps were omitted.

<실험예 1>Experimental Example 1

표면개질 처리에 따른 수율 측정Yield measurement by surface modification

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 얻은 표면개질된 활성탄에 대하여, 로타리킬른에 투입된 활성탄 중량 대비 배출되는 최종 표면개질된 활성탄의 수율을 하기 수학식 1에 따라 계산하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.For the surface modified activated carbon obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the yield of the final surface modified activated carbon discharged relative to the weight of activated carbon injected into the rotary kiln was calculated according to Equation 1 below and the results are shown in Table 1 below. Indicated.

시료sample 무게(g)Weight (g) 수율(%)yield(%) 개질전Before reforming 개질후After modification 실시예 1Example 1 100100 7070 7070 비교예 1Comparative Example 1 100100 8080 8080 비교예 2Comparative Example 2 100100 4040 4040 비교예 3Comparative Example 3 100100 55 55

상기 표 1의 결과에서, 비교예 3의 경우 배출되는 활성탄이 타는 현상이 발생하여 백화된 형상으로 나오므로 수율이 급격하게 감소되고, 실리카처리단계를 포함하는 처리조건(실시예 1, 비교예 1)에서는 수율이 70% 이상이지만 실리콘 처리단계가 생략된 경우(비교예 2, 3)에는 수율이 40% 이하임을 확인할 수 있다. 이는 활성탄 표면에 형성된 실리카 막이 공기 중 산소의 접근을 효과적으로 차단하였기 때문인 것으로 보인다. 실리카처리를 하지 않은 비교예 2의 경우 코팅된 인산이 피로인산이나 메타인산으로 전환되어 공기 중 산소의 접촉을 부분적으로 차단하지만 차단효과가 낮아 생산제품 수율면에서는 현저히 감소하였다.In the results of Table 1, in the case of Comparative Example 3, the burnt phenomenon of the discharged activated carbon occurs in a whitened shape, so that the yield is drastically reduced, and processing conditions including the silica treatment step (Example 1, Comparative Example 1 ), The yield is 70% or more, but if the silicon treatment step is omitted (Comparative Examples 2, 3) it can be confirmed that the yield is 40% or less. This may be because the silica film formed on the surface of the activated carbon effectively blocked the access of oxygen in the air. In Comparative Example 2, which was not treated with silica, the coated phosphoric acid was converted to pyrophosphoric acid or metaphosphoric acid to partially block the contact of oxygen in the air, but the blocking effect was low, and the yield of the product was significantly reduced.

<실험예 2>Experimental Example 2

활성탄 개질 전·후의 pH 값 변화 측정Measurement of pH value change before and after activated carbon reforming

평균 pH 값이 10~11인 원료 활성탄을 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 방법으로 처리한 후 pH 값의 변화를 확인하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.After treating the activated carbon having an average pH value of 10 to 11 by the method of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the change in pH value was confirmed and the results are shown in Table 2 below.

시료sample pH 값pH value 개질 전Before reforming 개질 후After modification 실시예 1Example 1 10~1110-11 4~54 ~ 5 비교예 1Comparative Example 1 10~1110-11 7~87-8 비교예 2Comparative Example 2 10~1110-11 4~54 ~ 5 비교예 3Comparative Example 3 10~1110-11 10~1110-11

분석결과, 실시예 1과 비교예 2에서는 pH 값이 약산성의 값을 나타내었고 비교예 1에서는 중성의 값을 나타내었으며, 비교예 3에서는 변화가 없었다. 이러한 결과는 인산으로 처리하는 단계를 포함하는 표면개질된 활성탄(실시예 1, 비교예 2)은 원료 활성탄의 염기성 물질을 중화 또는 제거하고 잔류하고 있는 인산에 의한 영향으로 보이며, 단순히 실리카 만으로 처리한 경우(비교예 1)에는 구연산으로 처리하는 단계에서 원료 활성탄이 중화된 결과로 보인다. As a result, in Example 1 and Comparative Example 2, the pH value was weakly acidic, Comparative Example 1 was neutral, and Comparative Example 3 was not changed. This result shows that the surface modified activated carbon (Example 1, Comparative Example 2) including the step of treating with phosphoric acid seems to be influenced by the residual phosphoric acid by neutralizing or removing the basic substance of the raw activated carbon, and simply treated with silica alone. In the case of (Comparative Example 1), it appears that the raw activated carbon was neutralized in the treatment with citric acid.

<실험예 3>Experimental Example 3

BET 분석결과BET analysis

실시예 1, 비교예 1 및 2의 표면개질된 활성탄과 원료 활성탄의 BET 분석을 실시하여 물리적 특성 변화를 확인하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The BET analysis of surface modified activated carbon and raw activated carbon of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was carried out to confirm the change in physical properties, and the results are shown in Table 3 below.

시료sample 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 기공부피(cc/g)Pore volume (cc / g) 평균기공크기(nm)Average pore size (nm) 원료활성탄Raw Material Activated Carbon 832832 0.320.32 1.551.55 실시예 1Example 1 810810 0.540.54 2.982.98 비교예 1Comparative Example 1 831831 0.450.45 1.641.64 비교예 2Comparative Example 2 802802 0.520.52 2.922.92

상기 표 3의 결과에서, 표면개질된 활성탄은 원료 활성탄에 비하여 비표면적은 약간 감소하지만 기공부피는 증가하며 기공크기도 확대되어 있음을 확인할 수 있다. In the results of Table 3, the surface-modified activated carbon can be seen that the specific surface area is slightly reduced compared to the raw activated carbon, but the pore volume is increased and the pore size is enlarged.

상기 BET 분석결과에서 도출된 기공분포곡선을 도 7에 나타내었다. 도 7의 그래프에서, 실시예에 의한 열처리 단계를 거치면서 2nm 이상의 중기공들이 발달하고 있음을 확인할 수 있다. The pore distribution curve derived from the BET analysis result is shown in FIG. 7. In the graph of Figure 7, it can be confirmed that more than 2nm mesopores are developed through the heat treatment step according to the embodiment.

<실험예 4>Experimental Example 4

기체 흡착성능 실험Gas adsorption performance test

원료 활성탄 및 표면개질된 활성탄의 기체 흡착성능을 다음과 같이 실험하였다.The gas adsorption performance of the raw activated carbon and the surface modified activated carbon were tested as follows.

시료로는 원료 활성탄, 실시예 1, 비교예 1 및 2의 표면개질된 활성탄, 아미노산 첨착된 원료 활성탄, 및 아미노산 첨착된 실시예 1, 비교예 1 및 2의 표면개질된 활성탄을 사용하였다. 기체의 흡착성능은 4m3 부피를 가지는 아크릴 챔버 내에 암모니아, 아세트알데하이드 및 아세트산이 동시에 존재하는 3종 기체 제거성능 테스트로 확인하였다.The raw material activated carbon, the surface modified activated carbon of Example 1, Comparative Examples 1 and 2, the amino acid-impregnated raw activated carbon, and the amino acid-impregnated activated carbon of Example 1, Comparative Examples 1 and 2 were used. The adsorption performance of the gas was confirmed by three gas removal performance tests in which ammonia, acetaldehyde and acetic acid were simultaneously present in an acrylic chamber having a volume of 4 m 3 .

아미노산 첨착된 원료 활성탄 및 아미노산 첨착된 실시예 1, 비교예 1 및 2의 표면개질된 활성탄은 다음과 같이 제조하였다. 80℃의 아미노산 계열인 아미노벤조산(aminobenozic acid)이 10% 함유된 수용액 2ℓ에 활성탄 1kg을 각각 침지한 후 탈수하였다. 탈수 후 건조오븐에서 110℃ 조건으로 12시간 동안 건조하여 첨착 활성탄을 얻었다. The amino acid-impregnated raw activated carbon and the amino acid-impregnated activated carbon of Example 1, Comparative Examples 1 and 2 were prepared as follows. 1 kg of activated carbon was immersed in 2 L of an aqueous solution containing 10% of aminobenozic acid, an amino acid series of 80 ° C., and dehydrated. After dehydration, the dried activated oven was dried at 110 ° C. for 12 hours to obtain impregnated activated carbon.

각 시료 190g을 공기청정기용 탈취필터 하우징에 장착한 후 테스트를 진행하였다. 먼저 버블링 포트를 사용한 버블링으로 발생하는 3종의 기체를 챔버에 주입한 후 5분 동안 챔버 내 장착된 팬을 작동하여 공기를 환류시켜 균일하게 기체를 분포시킨 후 검지관을 이용하여 초기농도를 분석하였다. 이후 공기청정기를 30분 동안 작동시켜 챔버 내부의 기체를 제거하고 2분 동안 정체 한 후 검지관을 이용하여 최종농도를 분석하였다. 챔버 테스트 조건은 항온 항습이 유지되는 실험실 내에서 진행하였으며 이때의 온도는 20℃, 상대습도는 50~60%를 유지하였다.190 g of each sample was mounted in a deodorizing filter housing for an air cleaner, and then tested. First, three kinds of gas generated by bubbling using the bubbling port are injected into the chamber, and then, the fan is mounted in the chamber for 5 minutes to reflux the air to distribute the gas uniformly. Was analyzed. Thereafter, the air cleaner was operated for 30 minutes to remove the gas in the chamber, and after standing for 2 minutes, the final concentration was analyzed using a detection tube. Chamber test conditions were carried out in a laboratory in which constant temperature and humidity were maintained, and the temperature was maintained at 20 ° C. and the relative humidity was 50-60%.

기체제거 평균성능은 하기 수학식 2와 같이 공기청정협회에서 진행하는 공기청정기 성능실험 방법에 의하여 산출하였다. Degassing average performance was calculated by the air purifier performance test method conducted by the Air Cleaners Association as shown in Equation 2 below.

또한, 각 기체에 대한 제거효율(%)은 하기 수학식 3과 같이 산출하였다.In addition, the removal efficiency (%) for each gas was calculated as in Equation 3 below.

그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The results are shown in Table 4 below.

시료sample 테스트기체 제거효율(%)Test gas removal efficiency (%) 기체제거
평균성능(%)
Degassing
Average performance (%)
암모니아ammonia 아세트알데하이드Acetaldehyde 아세트산Acetic acid 첨착전Before sticking 원료활성탄Raw Material Activated Carbon 5050 4040 100100 57.557.5 실시예 1Example 1 100100 5050 9898 74.574.5 비교예 1Comparative Example 1 5050 4040 100100 57.557.5 비교예 2Comparative Example 2 100100 5050 9595 73.7573.75 첨착 후After impregnation 원료활성탄(첨착)Raw Material Activated Carbon 5050 7070 9595 71.2571.25 실시예 1(첨착)Example 1 (adhesion) 100100 9595 9595 96.2596.25 비교예 1(첨착)Comparative Example 1 (Adhesion) 8080 8080 9595 83.7583.75 비교예 2(첨착)Comparative Example 2 (Adhesion) 100100 9595 9595 96.2596.25

상기 표 4의 결과에서, 아미노산 시약이 첨착되지 않은 경우에는 실시예 1과 비교예 2에서 암모니아 제거성능은 급격하게 증가하고 아세트알데하이드의 경우 제거성능의 약간 증가되지만 차이가 미미하며 아세트산의 경우에는 제거성능이 감소하였는데, 이는 인산 처리단계에 의한 영향으로 보인다. In the results of Table 4, when the amino acid reagent is not impregnated, the ammonia removal performance in Example 1 and Comparative Example 2 is sharply increased and the removal performance is slightly increased in the case of acetaldehyde, but the difference is insignificant. The performance decreased, which seems to be due to the phosphoric acid treatment step.

아미노산 시약이 첨착된 원료 활성탄의 경우, 첨착된 아미노산 시약에 의하여 아세트알데하이드 제거성능이 향상되었지만 암모니아 제거성능을 변하지 않았는데, 이는 첨가된 아미노산 시약이 산성과 염기성 활성을 동시에 보유한 시약임에도 불구하고 활성탄 표면에 의해 산성의 활성이 소모되었기 때문인 것으로 보인다. In the case of the raw activated carbon impregnated with the amino acid reagent, the acetaldehyde removal performance was improved by the impregnated amino acid reagent, but the ammonia removal performance was not changed, even though the added amino acid reagent was a reagent having both acidic and basic activity. This may be due to the fact that acidic activity was consumed.

한편, 아미노산 시약이 첨착된 표면개질된 활성탄의 경우, 아세트알데하이드 제거성능이 향상되었으며, 특히 인산 처리단계가 포함된 실시예 1 및 비교예 2에서는 암모니아와 함께 아세트알데하이드 흡착성능이 현저하게 증가하였는데, 이는 표면개질된 활성탄이 산성/염기성 양쪽성 성질을 보유한 아미노산 시약의 활성을 유지하도록 하는 역할을 하고 있기 때문인 것으로 보인다. On the other hand, in the case of surface-modified activated carbon impregnated with an amino acid reagent, acetaldehyde removal performance was improved. In particular, in Example 1 and Comparative Example 2 including a phosphate treatment step, acetaldehyde adsorption performance was significantly increased with ammonia. This seems to be because the surface modified activated carbon plays a role in maintaining the activity of the amino acid reagent having acidic / basic amphoteric properties.

비교예 1의 활성탄의 경우, 아미노산 시약이 첨가된 후에는 암모니아와 아세트알데하이드 기체의 흡착성능이 동시에 증가하였는데 이는 활성탄 열처리시 코팅된 실리카에 의한 산소 차단효과가 고열에서 활성탄이 탄소 함량이 증가되는 흑연화과정이 진행되었기 때문인 것으로 추정되며 이는 활성탄 표면이 중성화 소수성화가 진행되고 있는 결과로 판단할 수 있다.In the case of the activated carbon of Comparative Example 1, the adsorption performance of ammonia and acetaldehyde gas increased at the same time after the addition of the amino acid reagent. It is presumed that this is due to the progress of the oxidation process, which can be judged as the result of the neutralization and hydrophobicization of activated carbon surface.

Claims (12)

(a) 1~5% 유기산 수용액에 활성탄을 침지하여 60~80℃에서 5~7시간 동안 반응시킨 후 탈수시켜 활성탄 내 불순물을 제거하는 단계;
(b) 상기 불순물이 제거된 활성탄을 2~8% 인산 수용액에 1~3시간 동안 침지한 후 탈수하고 300~400℃에서 1~4시간 동안 건조시켜 활성탄의 표면에 코팅막을 형성하는 단계;
(c) 상기 코팅막이 형성된 활성탄의 표면에 80~90% 농도의 실리카를 포함하는 실리카졸 용액을 분사한 후 상온에서 5~7시간 동안 숙성시켜 활성탄의 표면에 실리카를 코팅하여 2중 코팅막을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 2중 코팅막이 형성된 활성탄을 일반 공기조건 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하여 표면을 소수성화하는 단계를 포함하는, 활성탄의 표면개질방법.
(a) immersing activated carbon in an aqueous solution of 1-5% organic acid, reacting at 60-80 ° C. for 5-7 hours, and then dehydrating to remove impurities in activated carbon;
(b) immersing the activated carbon in which the impurities are removed in an aqueous solution of 2-8% phosphoric acid for 1 to 3 hours, then dehydrating and drying for 1 to 4 hours at 300 to 400 ° C. to form a coating film on the surface of the activated carbon;
(c) spraying a silica sol solution containing 80 to 90% silica on the surface of the activated carbon on which the coating film is formed, and then aged at room temperature for 5 to 7 hours to coat silica on the surface of the activated carbon to form a double coating film. Making; And
(d) heat treating the activated carbon having the double coating film formed at 800 to 1,000 ° C. for 1 to 4 hours under general air conditions, and hydrophobizing the surface.
제1항에 있어서,
상기 실리카를 코팅하는 단계는 상기 건조된 활성탄 중량을 기준으로 2~4중량%의 실리카를 코팅하는 것을 특징으로 하는, 활성탄의 표면개질방법.
The method of claim 1,
The coating of the silica is characterized in that for coating 2 to 4% by weight of silica based on the weight of the dried activated carbon, surface modification method of activated carbon.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유기산은 구연산, 아세트산, 옥살산, 타르타르산 및 벤조산 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 활성탄의 표면개질방법.
The method of claim 1,
The organic acid is a surface modification method of activated carbon, characterized in that at least one selected from citric acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid and benzoic acid.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열처리 후 표면개질된 활성탄에 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질을 첨착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 활성탄의 표면개질방법.
The method according to any one of claims 1, 2 and 6,
After the heat treatment, the surface-modified activated carbon further comprises the step of attaching a hydrophobic amino acid series or vitamin-based adherent material, characterized in that the surface modified method of activated carbon.
활성탄에 유기산을 처리하여 불순물을 제거하고, 표면에 인산을 처리하여 코팅막을 형성하고 실리카를 코팅하여 2중 코팅막을 형성한 후 일반 공기분위기 하에서 800~1,000℃로 1~4시간 동안 열처리하여 얻은, 표면개질된 활성탄.The organic carbon is treated with activated carbon to remove impurities, the surface is treated with phosphoric acid to form a coating film, and silica is coated to form a double coating film, which is obtained by heat treatment at 800 to 1,000 ° C. for 1 to 4 hours in a general air atmosphere. Surface modified activated carbon. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 열처리 후 소수성 아미노산계열 또는 비타민계열의 첨착물질로 첨착시킨 것을 특징으로 하는, 표면개질된 활성탄.
The method of claim 8,
Surface-modified activated carbon, characterized in that the impregnated with a hydrophobic amino acid or vitamin-based impregnated material after the heat treatment.
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