KR102037463B1 - 폐플라스틱과 석유계 잔사유를 활용한 고수율 활성탄 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고효율 흡착 활성탄 - Google Patents

폐플라스틱과 석유계 잔사유를 활용한 고수율 활성탄 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고효율 흡착 활성탄 Download PDF

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Abstract

석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계; 및 상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법이 개시된다.

Description

폐플라스틱과 석유계 잔사유를 활용한 고수율 활성탄 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고효율 흡착 활성탄{METHOD FOR PREPARATION OF HIGH YIELD ACTIVATED CARBON FROM WASTE PLASTIC AND PETROLEUM RESIDUE AND HIGH ADSORPTION EFFICIENCY ACTIVATED CARBON BY THE SAME}
폐플라스틱과 석유계 잔사유를 활용한 고수율 활성탄의 제조방법 및 이에 의해 제조된 활성탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 피치 제조 단계에서 폐플라스틱과 석유계 잔사유를 함께 사용함으로서 폐기물을 재활용할 수 있으며 피치의 물성을 향상시켜 종래 활성탄 제조 공정에서 탄화와 활성화 공정을 통합하여도 높은 수율과 비표면적을 갖는 활성탄의 제조방법 및 이에 의해 제조된 활성탄에 관한 것이다.
활성탄은 다공성 탄소재료 중 하나로 다수의 미세기공을 이용하여 인체에 유해한 물질을 흡착하여 제거하는 대표적인 흡착제이다. 활성탄은 보유하고 있는 기공의 크기에 따라 사용처가 다르며, 비교적 기공이 큰 미세기공(mesopore)이 발달된 활성탄은 정수장의 고도정수처리용, 가정용 정수기 내 흡착필터로 사용되고 있고, 비교적 기공이 작은 극미세기공(micropore)이 발달된 활성탄은 대기 중의 오염물질을 제거하는 흡착제로 사용되고 있다. 특히 극미세기공이 발달된 활성탄은 최근 문제가 되고 있는 미세먼지의 2차 원인물질의 제거에 탁월한 효율을 보이고 있어 그 사용용도 및 사용량이 점차 확대되고 있다.
활성탄의 원료는 야자껍질, 대나무, 톱밥 등을 태워 얻어지는 식물성 char, 석탄 및 석유로부터 얻어지는 피치, 페놀 수지 등이 있다. 이중 피치는 활성탄의 극미세기공 발달이 용이하고, 높은 비표면적을 가지고 있어 미세먼지 2차 원인물질을 제거하기 위한 흡착제로 활용되고 있다.
활성탄의 제조 공정은 원료를 탄화한 후 활성화하는 방법으로 이루어진다. 탄화 공정은 800℃ 이상의 온도에서 탄소를 제외한 원소를 제거하기 위한 공정으로, 탄화와 활성화 공정을 통합하여 활성탄을 제조할 경우 과활성화가 일어나 생성된 기공이 무너져 비표면적이 감소하고, 수율 또한 감소한다. 이러한 문제로 인하여 대부분의 활성탄은 원료를 탄화 후 활성화를 진행하는 과정으로 제조된다.
활성탄의 원료인 피치는 원유를 증류하는 과정에서 발생하는 석유계 잔사유 또는 석탄의 건류 과정에서 발생하는 콜-타르(coal-tar)를 이용하여 제조할 수 있다. 석유계 잔사유는 콜-타르에 비하여 황, 미네랄 등의 불순물이 적어 고순도의 피치를 제조하는데 용이하다. 석유계 잔사유는 원유의 증류 공정에서 발생하는 부산물로, 이용가치가 낮아 선박, 발전시설 등의 저급 원료를 사용하는 곳에 이용되고 있으나, 원료를 태우는 과정에서 배출되는 환경 오염물질로 인하여 대부분 폐기되고 있다. 따라서 석유계 잔사유를 처리하기 위한 방법이 필요한 실정이다.
투명도가 높고 단열성 및 열적 특성이 우수하여 케이스, 생활용품 등 일상생활에서 흔히 사용되고 있는 플라스틱은 분해가 어렵고 소각 시 인체에 해로운 유해가스가 발생하여 폐기물 치리에 많은 어려움이 있다. 최근 중국에서 환경문제 등을 이유로 폐플라스틱, 폐지 등 24개의 재활용품의 수입을 금지하면서 폐플라스틱 처리 방법이 사회적 이슈로 대두되고 있으며, 영국, 독일, 일본, 미국 등 선진 국가에서 주도적으로 이러한 이슈를 해결하기 위한 방안을 찾고 있다.
특히, 폴리에텔렌테레프탈레이트(PET)SS 투명도가 높고, 내열성, 내후성, 내유성이 우수하고, 기계적 강도가 강한 고분자 재료이다. 이러한 특성을 바탕으로 PET는 음료수병, 약품병, 투명 케이스, 콘덴서 케이스 등의 원료로 사용되고 있다. PET 제품의 사용량이 증가함에 따라 폐기되는 폐PET의 양이 증가하고 있다. 폐PET의 일부는 재생 공정을 거쳐 저급의 PET 제품에 사용되고 있으나 그 양이 적어 대부분의 폐PET는 매립 또는 소각하여 처리된다. 매립을 통한 폐PET의 처리는 분해되는데 시간이 오래 걸려 환경오염 문제를 야기하고, 소각을 통한 폐PET의 처리는 소각 과정에서 유해물질이 다수 발생하는 문제점이 있어 폐PET 처리에 대한 새로운 기술 개발이 필요하다.
상기한 이슈와 같이 폐기물의 재활용을 위한 새로운 기술이 요구되고 있는 현 시점에서 폐기물을 재활용하여 종래 활성탄 제조 공정에서 탄화와 활성화를 통합하여 활성화 공정을 진행하여도 수율과 비표면적이 높은 활성탄을 제조하는 것은 폐기물 재활용 측면과 공정에너지 저감 측면에서 높은 가치가 있으며, 따라서 이를 구현할 수 있는 기술이 매우 중요하다.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 폐플라스틱과 원유 정제 과정에서 발생하는 부산물인 석유계 잔사유 등의 산업 폐기물을 이용하여 활성탄을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서의 목적은 활성탄의 전구체인 피치를 제조하는 과정에서 석유계 잔사유에 폐플라스틱을 첨가하여 방향족화도를 향상시키고 열적 안정성이 우수한 피치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서의 목적은 활성탄 제조 공정 중 탄화와 활성화 공정을 통합하여 활성화하여도 높은 수율과 비표면적을 갖는 활성탄을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계; 및
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하고,
상기 피치를 탄화 및 활성화하여 제조된 활성탄이 제공된다.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계; 및
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 흡착제의 제조방법이 제공된다.
더욱 나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하고,
상기 피치를 탄화 및 활성화하여 제조된 흡착제가 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 이용하여 피치를 제조하므로 폐기물 처리 문제를 해결할 수 있고, 고수율의 활성탄을 제조할 수 있게 된다. 또한, 폐플라스틱의 용융 온도에서 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 혼합함으로서 폐플라스틱과 석유계 잔사유 간의 반응성을 향상 시키고 제조된 피치의 수율과 열적 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 열적 안정성이 향상된 피치의 이용은 종래의 탄화와 활성화를 통합하여 활성화 공정을 진행하여도 높은 수율과 비표면적을 갖는 활성탄을 제조할 수 있게 된다.
도 1 은 일 실시예에 따른 활성탄의 제조방법을 나타낸 순서도이고;
도 2는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 활성탄의 질소흡착 등온선을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계; 및
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법이 제공된다.
이때, 도 1의 순서도를 통해 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법의 단계를 나타내었으며,
이하, 도 1의 순서도를 참조하여 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 폐플라스틱을 적용함으로써 폐기물 처리문제를 해결할 수 있고, 고수율의 활성탄을 제조할 수 있다.
상기 단계(S100)는 석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 사용하고, 이를 혼합하여 피치를 제조한다.
상기 석유계 잔사유는 PFO, NCB-oil, FCC-DO, VR 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 폐플라스틱은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC) 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 바람직하게, 상기 폐플라스틱은 PET일 수 있다.
석유계 잔사유는 피치의 방향족화도를 증가시키는데 용이한 방향족 화합물을 다수 함유하고 있다. PET 또한 방향족 화합물인 벤젠 구조를 가지고 있으며, 열처리 과정에서 피치의 중합반응을 촉진시킬 수 있는 카복실 관능기가 벤젠에 연결되어 있다. 석유계 잔사유와 PET를 혼합하여 피치를 제조할 경우, PET의 산소 관능기는 방향족 화합물의 중합을 촉진하는 역할을 수행하고, PET를 구성하는 벤젠과 석유계 잔사유가 함유하고 있는 다수의 방향족화합물은 피치의 방향족화도를 향상시킨다. 방향족화도의 향상은 피치의 열안정성 및 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이를 바탕으로 탄화와 활성화 공정을 통합하여 활성화를 진행하여도 기공구조가 무너지는 것을 방지할 수 있고, 높은 수율의 활성탄을 얻을 수 있다.
상기 석유계 잔사유 및 폐플라스틱의 혼합 비율은 95:5 내지 75:25의 중량비인 것이 바람직하고, 90:10 내지 80:20의 중량비일 수 있으며, 90:10 내지 85:15의 중량비일 수 있다. 만약, 상기 석유계 잔사유 및 폐플라스틱의 혼합비율이 상기 범위를 벗어나는 경우 폐플라스틱을 적용하여 얻을 수 있는 효과를 얻기 힘든 문제가 있거나, 석유계 잔사유와 폐플라스틱의 혼합시간이 증가하고 균일한 성분의 피치를 얻을 수 없는 문제가 있다.
이때, 상기 피치를 제조하는 단계(S100)는 석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 폐플라스틱의 용융온도 범위에서 혼합하는 단계; 및 상기에서 혼합된 혼합물을 개질하여 피치를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 피치를 제조하는 단계(S100)는 석유계 잔사유와 폐플라스틱의 혼합이 용이하고, 균일하게 이루어져야 하며, 혼합이 균일하지 않을 경우 제조된 활성탄의 수율 및 비표면적이 감소하고 균일한 물성의 활성탄을 제조할 수 없게 된다.
상기 피치를 제조하는 단계(S100)는 석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 폐플라스틱의 용융온도 범위에서 혼합하는 단계(S110)를 포함한다.
상기 석유계 잔사유와 폐플라스틱의 혼합 온도는 폐플라스틱의 용융온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 만약, 용융온도 미만의 낮은 온도범위에서 혼합이 이루어질 경우 녹지 않은 폐플라스틱이 존재하여 균일한 혼합이 어려운 문제가 있으며, 용융온도를 초과하는 높은 온도범위에서 혼합이 이루어질 경우 반응기 내부 온도를 유지하기 위하여 소요되는 에너지에 비하여 제조된 피치의 물성이 크게 차이나지 않아 비효율적이다.
상기 피치를 제조하는 단계(S100)는 상기에서 혼합된 혼합물을 개질하여 피치를 제조하는 단계(S120)를 포함한다.
상기 피치를 제조하는 단계(S120)는 석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합한 후, 200℃ 내지 500℃의 온도에서 30분 내지 600분 동안 불활성 가스 분위기에서의 열처리를 통해 수행될 수 있다. 또한, 300℃ 내지 450℃의 온도에서 수행될 수 있고, 350℃ 내지 450℃의 온도에서 수행될 수 있다. 나아가, 90분 내지 480분 동안 수행될 수 있으며, 120분 내지 420분 동안 수행될 수 있고, 120분 내지 360분 동안 수행될 수 있다. 만약, 반응온도가 200℃ 미만이거나 반응시간이 30분 미만인 경우에는 충분한 중합이 이루어지지 않아 고형화가 이루어지지 않는 문제가 있으며, 반응온도가 500℃를 초과하거나 반응시간이 600분을 초과하는 경우 수율이 감소하며 코크스화가 일어나 균일한 피치를 얻을 수 없는 문제가 있다.
상기 불활성 분위기는 불활성 기체인 질소, 아르곤 및 이들의 혼합물 등일 수 있고, 불활성 기체는 100 내지 500cc/min의 유속으로 흘려주는 것이 바람직하다. 여기서 불활성 기체의 유속이 100cc/min 미만인 경우 저분자량 물질의 배출이 어려워 피치의 고형화가 이루어지지 않을 우려가 있고, 불활성 기체의 유속이 500cc/min 초과인 경우 수율이 감소하는 단점이 발생한다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계(S200)를 포함한다.
상기 단계(S200)는 종래 활성탄을 제조하는 공정과는 다르게 탄화와 활성화를 통합하여 활성화 공정을 진행하는 것으로서, 제조된 피치에 활성화제를 도입하고 탄화 및 활성화를 동시에 수행한다.
구체적으로, 상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계(S200) 상기 피치 및 활성화제를 혼합하는 단계(S210); 및 상기에서 혼합된 혼합물을 탄화 및 활성화하는 단계(S220);를 포함할 수 있다.
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계(S200)는 상기 피치 및 활성화제를 혼합하는 단계(S210)를 포함한다.
상기 활성화제는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 탄산칼슘(CaCO3), 인산(H2PO4) 및 이들의 혼합물 등일 수 있다.
상기 피치 및 활성화제의 혼합비율은 1:2 내지 1:8의 중량비일 수 있고, 1:2 내지 1:6의 중량비일 수 있다.
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계(S200)는 상기에서 혼합된 혼합물을 탄화 및 활성화하는 단계(S220)를 포함한다.
상기 탄화 및 활성화는 600℃ 내지 900℃의 온도에서 30분 내지 300분 동안 불활성 가스 분위기에서의 열처리를 통해 수행될 수 있다. 또한, 700℃ 내지 900℃의 온도에서 수행될 수 있고, 750℃ 내지 850℃의 온도에서 수행될 수 있다. 나아가, 45분 내지 120분 동안 수행될 수 있으며, 60분 내지 90분 동안 수행될 수 있다. 만약, 반응온도가 600℃ 미만이거나 반응시간이 30분 미만인 경우에는 충분한 활성화가 이루어지지 않아 높은 비표면적의 활성탄을 제조하는 데 어려움이 있으며, 반응온도가 900℃를 초과하거나 반응시간이 300분을 초과하는 경우에는 과활성화가 일어나 생성된 기공이 무너져 비표면적과 수율이 감소하는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하고,
상기 피치를 탄화 및 활성화하여 제조된 활성탄이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄은 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 이용하여 피치를 제조하므로 폐기물 처리 문제를 해결하며, 동시에 고수율로 제조된 활성탄이다. 또한 상기 활성탄은 높은 비표면적을 갖는다.
나아가, 본 발명의 다른 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하는 단계; 및
상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 흡착제의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 흡착제의 제조방법은 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 이용하여 피치를 제조하므로 폐기물 처리 문제를 해결할 수 있고, 고수율의 흡착제를 제조할 수 있게 된다. 또한, 폐플라스틱의 용융 온도에서 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 혼합함으로서 폐플라스틱과 석유계 잔사유 간의 반응성을 향상 시키고 제조된 피치의 수율과 열적 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 열적 안정성이 향상된 피치의 이용은 종래의 탄화와 활성화를 통합하여 활성화 공정을 진행하여도 높은 수율과 비표면적을 갖는 흡착제를 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 흡착제의 제조방법은 전술한 활성탄의 제조방법과 동일하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 일 측면에서
석유계 잔사유 및 폐플라스틱을 혼합하여 피치를 제조하고,
상기 피치를 탄화 및 활성화하여 제조된 흡착제가 제공된다.
활성탄은 다공성 탄소재료 중 하나로 인체에 유해한 물질을 흡착하여 제거하는 흡착제로 적용된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 흡착제는 석유계 잔사유와 폐플라스틱을 이용하여 피치를 제조하므로 폐기물 처리 문제를 해결하며 제조되며, 고수율로 형성된 활성탄을 포함하는 흡착제이다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
단계 1: 활성탄의 중간 원료인 피치를 제조하기 위하여 석유계 잔사유는 열분해잔사유(PFO)를 선정하였으며, 피치의 물성을 조절하기 위하여 10 중량%의 폐PET를 첨가하였다. 폐PET가 첨가된 석유계 잔사유는 폐PET의 용융 온도인 260℃에서 30분 동안 교반 후, 200cc/min의 유속으로 질소 기체를 반응기 내부로 흘려주고 420℃의 반응온도에서 3시간 동안 반응하여 피치를 제조하였다.
단계 2: 활성화를 위한 활성화제는 수산화칼륨(KOH)을 사용하였으며, 상기 단계 1에서 제조된 피치와 KOH를 1:4의 질량비로 혼합하였다. 활성화제와 혼합된 피치는 800℃의 온도에서 1시간 동안 불활성 분위기에서 활성화하여 활성탄을 제조하였다.
활성화된 활성탄은 증류수로 세척하여 미반응된 활성화제를 제거하였으며, 100℃의 온도에서 12시간 건조하여 수분을 제거하였다.
< 실시예 2>
단계 1: 활성탄의 중간 원료인 피치를 제조하기 위하여 석유계 잔사유는 열분해잔사유(PFO)를 선정하였으며, 피치의 물성을 조절하기 위하여 10 중량%의 폐PET를 첨가하였다. 200cc/min의 유속으로 질소 기체를 반응기 내부로 흘려주고 420℃의 반응온도에서 3시간 동안 반응하여 피치를 제조하였다.
단계 2: 활성화를 위한 활성화제는 수산화칼륨(KOH)을 사용하였으며, 상기 단계 1에서 제조된 피치와 KOH를 1:4의 질량비로 혼합하였다. 활성화제와 혼합된 피치는 800℃의 온도에서 1시간 동안 불활성 분위기에서 활성화하여 활성탄을 제조하였다.
활성화된 활성탄은 증류수로 세척하여 미반응된 활성화제를 제거하였으며, 100℃의 온도에서 12시간 건조하여 수분을 제거하였다.
< 비교예 1>
상기 실시예 1에서 폐PET를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
< 실험예 1> 활성탄의 물성평가
1. 연화점 및 원소분석
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 연화점 및 원소를 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 및 비교예를 통하여 제조된 피치의 물성은 연화점, 원소분석을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
연화점(℃) 원소함량(%)
탄소 수소 산소
실시예 1 >350 93.1 4.6 2.3
실시예 2 >350 93.3 4.3 2.4
비교예 1 226 94.0 4.9 0.2
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폐PET가 첨가된 실시예 1과 실시예 2의 경우 연화점 측정기로 측정할 수 있는 범위인 350℃를 초과하여 연화점을 측정할 수 없는 반면, 비교예 1의 연화점은 226℃인 것을 확인할 수 있었다. 이는 석유계 잔사유를 개질하는 과정에서 첨가된 폐PET의 산소 원소가 중합을 촉진시켜 분자량 및 연화점을 향상시키는 역할을 수행하였기 때문이다.
원소함량 또한 실시예 1과 실시예 2가 유사한 결과를 보인 반면 폐PET를 첨가하지 않은 비교예 1의 경우 산소의 함량이 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
2. 수율 분석
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 반응 전후 무게를 측정하여 수율을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
개질 수율(%) 활성화 수율(%) 전체 수율(%)
실시예 1 34.4 59.2 20.4
실시예 2 32.8 59.4 19.5
비교예 1 20.0 61.5 12.3
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 개질 수율은 실시예 1에서 가장 높게 나타났으며, 폐PET가 첨가되지 않은 비교예 1이 가장 낮게 나타났다. 활성화 수율은 비교예 1에서 가장 높게 나타났으나 전체 공정의 수율은 가장 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 수율의 결과로부터 폐PET의 첨가가 활성탄 제조 수율을 최대 66%까지 상승시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었으며, 폐PET와 열분해 잔사유의 혼합을 균일하게 할수록 전체공정의 수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
3. 기공구조 및 비표면적 분석
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 기공구조 및 비표면적을 질소흡착등온선을 이용하여 평가하였으며, 그 결과를 도 2 및 하기 표 3에 나타내었다.
시료명 비표면적
(m2/g)		 micro 기공 부피
(cm3/g)		 전체 기공 부피
(cm3/g)		 micro 기공 비율
실시예 1 3230 1.47 1.56 94.2%
실시예 2 3170 1.29 1.38 93.5%
비교예 1 1960 0.84 0.92 91.3%
도 2 및 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 비표면적은 3230 m2/g으로 일반적으로 사용되는 활성탄에 비하여 높게 나타났으며, 전체 기공 부피 중 micro 기공 부피가 차지하는 비율 또한 94.2%로 매우 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
반면, 폐PET를 첨가하지 않은 비교예 1의 경우 비표면적이 1960 m2/g로 감소하였고, micro 기공의 비율이 91.3% 감소하였다.
본 실시예 1과 비교예 1의 비표면적 변화를 바탕으로 동일한 조건에서 폐PET의 첨가가 활성탄의 비표면적을 약 65% 상승시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
폐PET의 용융온도에서의 혼합 과정을 거치지 않은 실시예 2의 경우 실시예 1과 유사한 결과를 얻을 수 있었으나 비표면적, micro 기공부피, 전체 기공부피가 감소하였으며, 이를 바탕으로 피치 제조 과정에서 폐PET와 석유계 잔사유가 균일하게 혼합될수록 활성탄의 물성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 석유계 잔사유와 첨가제로 폐폴리에틸렌테레프탈레이트를 폐폴리에틸렌테레프탈레이트의 용융온도에서 혼합하는 단계;
    혼합된 혼합물을 개질하여 피치를 제조하는 단계; 및
    상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 잔사유는 열분해유(Pyrolysis Fuel Oil, PFO), 납사 분해유(Naphtha Cracking Bottom oil, NCB-oil), 유체 촉매 크래킹 데칸트 오일(Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil, FCC-DO) 및 감압 잔사유(Vacuum Residue, VR)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 잔사유 및 폐폴리에틸렌테레프탈레이트의 혼합 비율은 95:5 내지 75:25의 중량비인 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피치를 제조하는 단계는,
    석유계 잔사유와 첨가제로 폐폴리에틸렌테레프탈레이트를 혼합한 후, 200℃ 내지 500℃의 온도에서 30분 내지 600분 동안 불활성 가스 분위기에서의 열처리를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계는,
    상기 피치 및 활성화제를 혼합하는 단계; 및
    혼합된 혼합물을 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 활성화제는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 탄산칼슘(CaCO3) 및 인산(H2PO4)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄화 및 활성화는 600℃ 내지 900℃의 온도에서 30분 내지 300분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 석유계 잔사유와 첨가제로 폐폴리에틸렌테레프탈레이트를 폐폴리에틸렌테레프탈레이트의 용융온도에서 혼합하는 단계;
    혼합된 혼합물을 개질하여 피치를 제조하는 단계; 및
    상기 피치를 탄화 및 활성화하는 단계;를 포함하는 흡착제의 제조방법.
  12. 삭제
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