KR102370959B1 - 수지 기반 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄 - Google Patents

수지 기반 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄 Download PDF

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Abstract

양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 활성탄의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 습한 조건에서 우수한 흡착 성능을 발현시킬 수 있는 활성탄을 제조할 수 있다. 상기 방법으로 제조된 활성탄은 높은 비표면적을 나타내고, 상대습도 70% 이상 조건에서 파과 시간이 높고, 상대습도가 증가함에 따라 발생하는 파과 시간 감소율이 매우 낮은 효과가 있다. 또한, 상기 활성탄을 흡착탑에 적용하는 경우 휘발성 유기 화합물을 포함하는 배기 가스 등으로부터 수분을 제거하기 위한 수분 제거탑을 별도로 설치하거나, 수분 제거 공정을 도입할 필요가 없어 산업적으로 활용 가능성이 높다.

Description

수지 기반 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄{Method of preparing resin-based activated carbon and the activated carbon thereby}
수지 기반 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOCs)은 다양한 대기 오염과 인체 건강 문제를 일으킨다. 따라서 휘발성 유기 화합물 배출에 대한 엄격한 규제가 현재 시행되고 있으며 휘발성 유기 화합물 제거를 위한 효과적인 기술이 필요한 실정이다. 휘발성 유기 화합물은 상황에 따라 촉매 작용 또는 열 산화, 흡착, 흡수 및 응축과 같은 다양한 기술로 제거할 수 있다. 그 중에서도 흡착 공정은 운영비가 낮고 제어가 쉽고 부작용이 없기 때문에 가장 경제적이며 환경 친화적인 기술로 간주된다.
일반적으로 배기 가스는 휘발성 유기 화합물 뿐만 아니라 수증기를 포함하기 때문에 흡착 공정에서 휘발성 유기 화합물 제거를 위한 흡착제는 소수성을 가져야 한다. 이 요구 사항은 고유의 소수성으로 인하여 활성탄을 휘발성 유기 화합물 흡착제로서 광범위하게 사용하게 되었다. 그러나, 활성탄의 흡착 능력은 습도가 높을 때 현저히 감소하는 문제가 있다. 수증기는 표면 산소기 및 금속 불순물과 같은 친수성 사이트에 흡착될 수 있으며, 이 흡착된 수증기는 활성탄의 기공을 차단하고 흡착 공정의 성능을 저하시킨다. 따라서, 활성탄의 친수성 사이트를 비활성화시키기 위한 많은 연구가 수행되어 왔다.
종래 비특허문헌 1에서는 열처리를 통해 표면 산소기를 제거하는 방법에 대해 설명하고 있다(Carbon 43 (2005) 2554-2563). 종래 문헌에서 제시하는 방법은 매우 간단하지만 표면 산소기를 완전히 제거하지 못하며 높은 작동 온도로 인해 활성탄의 기공 구조가 붕괴되는 문제가 있다. 종래 비특허문헌 2에 따르면 컨쥬게이트된 케톤(conjugated ketone) 또는 퀴논(quinone) 구조의 C=O기는 1373 K에서 사라지기 시작했으며, 표면적은 이 온도에서 20% 감소한다(Carbon 35 (1997) 1739-1743).
종래 비특허문헌 3에서는 실록산과 같은 소수성 물질로 활성탄을 코팅하여 친수성 사이트를 차단하려고 시도하였다(Langmuir 30 (2014) 10256-10262). 그러나, 코팅 물질은 활성탄의 기공 또한 막을 수 있으며 전체 유기 휘발성 화합물 흡착을 감소시키는 문제가 있다. 따라서, 활성탄의 다공성을 유지하면서 친수성을 감소시키는 새로운 대안이 필요한 실정이다.
Carbon 43 (2005) 2554-2563 Carbon 35 (1997) 1739-1743 Langmuir 30 (2014) 10256-10262
본 발명의 일 측면에서의 목적은 습한 조건에서의 유기 화합물 제거를 위한 수지 기반 활성탄을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서의 목적은 상대습도 70% 이상 조건에서 사용 가능한 활성탄을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 활성탄으로,
상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄이 제공된다.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 흡착제로,
상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 휘발성 유기 화합물 제거용 흡착제가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계;
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시켜 활성탄을 제조하는 단계; 및
상기 활성탄을 상대습도 70% 이상 조건에서 휘발성 유기 화합물 제거에 사용하는 단계;를 포함하는 휘발성 유기 화합물 제거방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 습한 조건에서 우수한 흡착 성능을 발현시킬 수 있는 활성탄을 제조할 수 있다. 상기 방법으로 제조된 활성탄은 높은 비표면적을 나타내고, 상대습도 70% 이상 조건에서 파과 시간이 높고, 상대습도가 증가함에 따라 발생하는 파과 시간 감소율이 매우 낮은 효과가 있다. 또한, 상기 활성탄을 흡착탑에 적용하는 경우 휘발성 유기 화합물을 포함하는 배기 가스 등으로부터 수분을 제거하기 위한 수분 제거탑을 별도로 설치하거나, 수분 제거 공정을 도입할 필요가 없어 산업적으로 활용 가능성이 높다.
도 1은 파과 시간 실험 시스템을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 질소 흡착/탈착 등온선을 나타낸 그래프이고;
도 3은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 이산화탄소 등온선(도 7 (a)) 및 질소 등온선(도 7 (b))을 나타낸 그래프를 기반으로하여 NLDFT 방법으로 계산한 기공 크기 분포이고;
도 4는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄의 수분 흡착 등온선을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄의 제조방법은 양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 양이온 교환 수지는 범용적으로 사용되고 있는 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 사용할 수 있으며, 상기 양이온 교환 수지는 모체로서 디비닐벤젠과 폴리스티렌기의 결합체 또는 디비닐벤젠과 폴리메틸아크릴레이트기의 결합체를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 양이온 교환 수지는 -SO3 -, -COO- 중 1종의 이온 교환기를 가지는 것일 수 있다.
나아가, 상기 양이온 교환 수지는 70℃ 내지 150℃의 온도에서 12시간 내지 48시간 동안 건조시켜 준비된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 80℃ 내지 140℃의 온도에서 건조시켜 준비된 것을 사용할 수 있고, 90℃ 내지 130℃의 온도에서 건조시켜 준비된 것을 사용할 수 있으며, 100℃ 내지 120℃의 온도에서 건조시켜 준비된 것을 사용할 수 있다. 건조 시간은 18시간 내지 36시간일 수 있고, 22시간 내지 30시간일 수 있다. 만약, 상기 양이온 교환 수지를 건조시켜 준비하지 않는다면, 추후 탄화 공정에서 활성탄 형성시 구조가 무너지거나, 이후의 공정 조건을 설정하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
이후, 상기 준비된 양이온 교환 수지를 탄화시키는데, 상기 탄화는 700℃ 내지 1100℃의 온도에서 0.1시간 내지 4.0시간 동안 수행되는 되는 것이 바람직하며, 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있고, 850℃ 내지 950℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 0.2시간 내지 3.5시간 동안 수행될 수 있고, 0.5시간 내지 3.0시간 동안 수행될 수 있다. 만약, 상기 탄화시키는 온도가 700℃ 미만인 경우에는 시료의 완전한 탄화가 이루어지지 않는 문제가 있으며, 1100℃를 초과하는 경우에는 활성탄 구조가 무너지고열수축에 의한 기공도 감소 문제가 있다. 또, 탄화시키는 시간이 0.1시간 미만인 경우에는 완전한 탄화가 이루어지지 않는 문제가 있으며, 4.0시간을 초과하는 경우에는 열수축에 의한 기공도 감소와 과한 에너지 소비 문제가 있다.
또한, 상기 불활성 가스 분위기는 질소, 아르곤 및 헬륨 중 1종 이상의 가스 분위기일 수 있으며, 질소 가스 분위기일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계를 포함한다.
종래에는 활성탄의 표면 산소기를 열처리를 통해 제거하거나, 실록산과 같은 소수성 물질로 활성탄을 코팅하여 친수성 사이트를 차단하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 종래기술은 활성탄의 기공 구조가 붕괴되거나, 활성탄의 기공을 막아 흡착이 감소되는 문제가 발생하였다.
본 발명에서는 활성탄을 활성화시키는 공정 시간을 조절하였으며, 이로부터 제조되는 수지 기반 활성탄은 습한 조건에서도 우수한 흡착 성능을 발현시킬 수 있음을 확인하였다.
이때, 상기 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기는 15 부피% 내지 25 부피%의 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기일 수 있으며, 20 부피% 내지 25 부피%의 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기일 수 있다. 또, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤 및 헬륨 중 1종 이상의 가스일 수 있으며, 질소 가스일 수 있다.
또한, 상기 활성화는 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하며, 850℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다. 만약, 상기 활성화가 800℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우 기공형성 반응이 일어나기 어려운 문제가 있으며, 1100℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우 수증기와 활성탄의 급격한 반응으로 기공이 감소하고 마이크로 기공보다는 메조 또는 매크로 기공이 형성되는 문제가 있다.
나아가, 상기 활성화는 2.5시간 내지 6.5시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 3.0시간 내지 6.0시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 3.5시간 내지 6.5시간 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하며, 4.5시간 내지 6.5시간 동안 수행되는 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 활성화가 2.5시간 미만으로 수행되는 경우 상대습도 70% 조건에서 파과 시간(breakthrough time) 감소율이 매우 높아지는 문제가 있으며, 6.5시간을 초과하여 수행되는 경우 활성탄의 기공 구조가 파괴되는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되고,
상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄이 제공된다.
상기 활성탄은 양이온 교환 수지를 이용하여 건조, 탄화 및 활성화 공정을 거쳐 제조된 수지 기반 활성탄으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법으로 제조됨으로써 상대습도 70% 이상 조건에서 파과 시간 감소율이 0.1% 내지 30%인 것일 수 있다. 상기 파과 시간 감소율은 상대습도 0%의 파과 시간을 기준으로 하여 상대습도가 증가함에 따라 감소되는 파과 시간의 비율을 계산한 것일 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 상대습도 70% 이상 조건에서 파과 시간 감소율이 0.1% 내지 10%인 것일 수 있으며, 0.1% 내지 5%인 것일 수 있다.
나아가, 상기 활성탄은 상대습도 50% 조건에서 파과 시간 감소율이 0% 내지 1%일 수 있으며, 0% 내지 0.1%일 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 상대습도 90% 조건에서 파과 시간 감소율이 1% 내지 50%일 수 있고, 5% 내지 40%일 수 있으며, 10% 내지 30%일 수 있다.
나아가, 상기 활성탄은 비표면적이 1300 m2/g 내지 2500 m2/g인 것일 수 있고, 1400 m2/g 내지 2400 m2/g인 것일 수 있으며, 1600 m2/g 내지 2300 m2/g인 것일 수 있고, 1700 m2/g 내지 2200 m2/g인 것일 수 있으며, 1800 m2/g 내지 2100 m2/g인 것일 수 있고, 1900 m2/g 내지 2000 m2/g인 것일 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 충전 밀도(packing density)가 0.4 g/cm3 내지 0.6 g/cm3인 것일 수 있으며, 0.4 g/cm3 내지 0.55 g/cm3인 것일 수 있으며, 0.45 g/cm3 내지 0.50 g/cm3인 것일 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계; 및
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시키는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되고,
상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 휘발성 유기 화합물 제거용 흡착제가 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 상대습도 70% 이상 조건에서 사용되는 활성탄을 휘발성 유기 화합물 제거용 흡착제로 사용하는 경우, 월등히 우수한 성능을 발현시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 흡착제를 흡착탑에 적용하는 경우 휘발성 유기 화합물을 포함하는 배기 가스 등으로부터 수분을 제거하기 위한 수분 제거탑을 별도로 설치하거나, 수분 제거 공정을 도입할 필요가 없어 산업적으로 활용 가능성이 높다.
더욱 나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 탄화시키는 단계;
수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시켜 활성탄을 제조하는 단계; 및
상기 활성탄을 상대습도 70% 이상 조건에서 휘발성 유기 화합물 제거에 사용하는 단계;를 포함하는 휘발성 유기 화합물 제거방법이 제공된다.
상기 활성탄을 제조하는 단계는, 전술한 제조방법과 동일하므로 이하에서 상세한 설명을 생략한다.
상기 활성탄을 상대습도 70% 이상 조건에서 휘발성 유기 화합물 제거에 사용하는 단계는, 상기 활성탄을 상대습도 70% 이상 조건에서 휘발성 유기 화합물과 접촉 또는 반응시켜 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 수지 기반 활성탄의 제조-1
단계 1: 디비닐벤젠과 폴리스티렌기의 결합체를 가지는 강산성 양이온 교환 수지(Dow chemical)를 110℃의 온도에서 밤새도록 건조시켜 활성탄의 전구체로서 준비하였다. 준비된 양이온 교환 수지를 석영 반응기(quartz reactor)에서 질소 가스 분위기 하 900℃의 온도 조건으로 30분 동안 탄화시켰다.
단계 2: 상기 단계 1을 수행하고 난 후, 25 부피%의 수증기를 함유하는 질소 가스 분위기 하 900℃의 온도 조건으로 3시간 동안 활성화시킴으로써 활성탄을 제조하였다.
< 실시예 2> 수지 기반 활성탄의 제조-2
상기 실시예 1의 단계 2에서 활성화를 6시간 동안 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
< 비교예 1>
상기 실시예 1의 단계 2에서 활성화를 1시간 동안 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
< 비교예 2>
상기 실시예 1의 단계 2에서 활성화를 8시간 동안 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 준비된 활성탄의 형태, 충전 밀도 및 금속 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
전구체 형태 충전 밀도
(g/cm3)
비교예 1 양이온 교환 수지 구형 0.74
실시예 1 양이온 교환 수지 구형 0.57
실시예 2 양이온 교환 수지 구형 0.47
비교예 2 양이온 교환 수지 분쇄 0.25
< 파과 시간 실험>
파과 시간에 대한 실험은 건조 조건 또는 상대 습도(RH)가 50%, 70% 및 90 % 인 연속 흐름 시스템을 사용하여 수행되었다(도 1 참조). 이 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이 흡착 베드, 디텍터(GC-FID) 및 습도 조절 파트로 구성된다. 흡착 베드는 스테인리스 관(내경 7.75mm, 외경 9.53mm)을 사용하였고, 서큘레이터를 사용하여 298 K로 유지했다. 각각의 흡착제(또는 활성탄)는 흡착 베드에 5 cm의 길이로 충전되었다. 충전 중량(packing weight)은 흡착제의 충전 밀도에 따라 상이하다(실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1: 1.11 g-1.75 g, 비교예 2 : 1.18 g). 충전된 흡착제는 금속 시브(100 메쉬) 및 석영 울로 고정시켰다. 입구 및 출구 가스의 농도는 불꽃 이온화 디텍터(GC-FID, YL6100 GC, Younglin) 및 모세관 컬럼(DB-WAX, Agilent Technologies)이 장착된 가스크로마토 그래프를 사용하여 검출되었다. 상대 습도는 증류수로 채워진 버블러 내 피드 스트림을 흐르게함으로써 조절 하였다. 파과 시간 실험 동안 버블러를 서큘레이터를 사용하여 원하는 온도로 조절 하였다.
흡착 베드는 623 K에서 전처리되었고 실험 전에 진공 하에서 헬륨으로 퍼지되었다. 그런 다음, 베드는 초기에 대기압에서 헬륨으로 포화되었다. 서큘레이터 온도 및 GC-FID 신호가 안정화된 후, 일정량의 벤젠 가스(공기 중 500 mol ppm)가 질량 유동 제어기(MFC)를 통해 흐르게 된다.
< 실험예 1> 수지 기반 활성탄의 활성화 시간에 따른 성능 비교분석
1. 다공성 분석
본 발명의 일 측면에서 제공되는 수지 기반 활성탄의 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄을 분석하였다.
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 활성탄을 이용하여 체적 흡착 장치(3Flex, Micromeritics)로 측정하여 질소 흡착/탈착 등온선을 도 2에 나타내었다.
또한, BET 방정식에 의하여 비표면적을 결정하였고, P/P0=0.99에서 총 기공 부피(total pore volume)를 측정하였으며, 기공 크기 분포(pore size distribution), 좁은 마이크로 기공 부피(narrow micropore volume) 및 마이크로 기공 부피(micropore volume)는 NLDFT(non-local density functional theory) 방법을 사용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 3 및 하기 표 2에 나타내었다.
SBET
(m2/g)		 PVt
(cm3/g)		 PV0.7nm
(cm3/g)		 PV2nm
(cm3/g)		 PV2nm/PVt
(%)		 충전 밀도
(g/cm3)
비교예 1 1006 0.41 0.17 0.37 91 0.74
실시예 1 1477 0.64 0.13 0.56 87 0.57
실시예 2 1924 0.92 0.11 0.66 72 0.47
(SBET: 비표면적, PVt: 총 기공 부피, PV2nm: 누적 기공 부피(<2 nm), PV0.7nm: 누적 기공 부피(<0.7 nm))
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 활성화 시간이 증가함에 따라, 비표면적도 1006 m2/g에서 1924 m2/g으로 증가하였으며, 총 기공 부피는 0.41 cm3/g에서 0.92 cm3/g으로 증가하였고, 마이크로 기공 부피는 0.37 cm3/g 내지 0.66 cm3/g 증가하였다. 그러나 도 2의 질소 흡착/탈착 등온선에 의해 확인된 바와 같이, 활성화된 시간의 증가에 따라 좁은 마이크로 기공 부피(<0.7 nm)와 마이크로 기공 부피의 비율은 감소한 것을 확인할 수 있었다. 활성화 시간이 길수록 질소 흡착/탈착 등온선이 변하게되고 히스테리시스 현상이 분명해졌다. 이것은 마이크로 기공의 크기가 증가하고 중간 기공으로 성장하는 것을 의미한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 기공 크기 분포의 전체적인 형태는 각 활성탄 간에 유사하지만 좁은 마이크로 기공 부피(<0.7 nm)는 활성화 시간에 따라 0.17 cm3/g에서 0.11 cm3/g로 감소한 것을 확인할 수 있었다.
2. 수분 흡착 등온선 분석
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 활성탄을 이용하여 체적 흡착 장치(3Flex, Micromeritics)로 측정하여 수분 흡착 등온선을 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 포화 수분 흡착량은 실시예 2의 활성탄이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히, 활성화 시간이 긴 흡착제가 고압에서 흡착된 수증기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 좁은 마이크로 기공 부피가 작으면 수증기에 대한 저항성이 높아진다는 것이다.
이와 같이, 활성화 시간에 따라 마이크로 흡착 부피가 좁아져 수분 흡착이 억제됨을 확인할 수 있었다.
3. 파과 시간 감소율 분석
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 활성탄을 이용하여 상기 파과 시간 실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
파과 시간 (min), (감소율 (%))
상대 습도 0% 상대 습도 50% 상대 습도 70% 상대 습도 90%
비교예 1 120 103 (14.2) 67 (44.2) 46 (61.7)
실시예 1 108 108 (0) 87 (19.4) 59 (45.4)
실시예 2 85 85 (0) 84 (1.2) 61 (28.2)
비교예 2 43 43 (0) 32 (25.6) 20 (53.5)
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서 활성화 시간 6시간으로 제조된 활성탄의 파과 시간은 건조한 상태에서는 가장 짧은 것을 확인할 수 있다. 이는, 표 2에 나타낸 바와 같이 마이크로 기공 부피와 충진 밀도의 비율이 가장 낮기 때문이다. 실시예 2의 활성탄은 상대 습도 70%, 90% 조건에서 월등히 우수한 내수성을 나타낸다.
비교예 1의 활성탄의 파과 시간 감소율은 상대 습도가 50%, 70%, 90%로 증가됨에 따라 14.2%, 44.2% 및 61.7%로 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 2의 활성탄은 상대 습도 70% 조건까지 파과 시간의 변화가 거의 없었으며, 상대 습도 90% 조건에서만 28.2% 감소하였다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 활성탄의 제조방법은 습한 조건에서 우수한 흡착 성능을 발현시킬 수 있는 활성탄을 제조할 수 있다. 상기 방법으로 제조된 활성탄은 높은 비표면적을 나타내고, 낮은 충전 밀도를 가지며, 상대습도 70% 조건에서 파과 시간 감소율이 매우 낮은 효과가 있다. 또한, 상기 활성탄을 흡착탑에 적용하는 경우 휘발성 유기 화합물을 포함하는 배기 가스 등으로부터 수분을 제거하기 위한 수분 제거탑을 별도로 설치하거나, 수분 제거 공정을 도입할 필요가 없어 산업적으로 활용 가능성이 높다.

Claims (12)

  1. 70℃ 내지 150℃의 온도에서 12시간 내지 48시간 동안 건조시켜 준비된 양이온 교환 수지를 불활성 가스 분위기에서 700℃ 내지 1100℃의 온도에서 0.1 시간 내지 4.0 시간 동안 탄화시키는 단계; 및
    15 부피% 내지 25 부피%의 수증기가 함유된 불활성 가스 분위기에서 2.5시간 내지 6.5시간 동안 활성화시켜 활성탄을 제조하는 단계;및
    상기 활성탄을 상대습도 70% 이상 조건에서 휘발성 유기 화합물 제거에 사용하는 단계;를 포함하는 휘발성 유기 화합물 제거방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양이온 교환 수지는 디비닐벤젠과 폴리스티렌기의 결합체 또는 디비닐벤젠과 폴리메틸아크릴레이트기의 결합체를 포함하는 휘발성 유기 화합물 제거방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분위기는 질소, 아르곤 및 헬륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 가스 분위기인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 제거방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성화는 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 제거방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제조되는 활성탄은 비표면적이 1300 m2/g 내지 2500 m2/g인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 제거방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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