KR102478525B1 - 커피박으로부터 제조되는 활성탄 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커피박으로부터 제조되는 활성탄을 제공한다. 본 발명에 따른 커피박으로부터 제조되는 활성탄은 우수한 비표면적과 기공부피를 가지며 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스의 제거성능이 우수하다. 더욱이, 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스 제거용 흡착제로 제조하여 사용하는 경우 월등히 높은 제거성능을 발휘한다.
Description
본 발명은 커피박으로부터 제조되는 활성탄에 관한 것이다.
많은 산업설비, 특히 제조업분야, 축산업 분야 등에서는 각종 유독성 악취가 방출되고 있으며, 이러한 악취는 불쾌함, 구토 및 두통 등 인체에 직접적으로 해를 끼치거나, 대기오염 등의 환경오염을 유발하는 문제를 갖고 있다. 특히 이러한 악취로는 각종 고압가스 혼합장치, 분석기기 및 화학공장 등에서 자주 발생하는 황화수소, 메르카탄 등을 포함하는 산성가스와 암모니아, 아민류가스 등을 포함하는 알칼리성가스를 들 수 있다.
따라서, 다각적인 방면에서 악취가스를 제거하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 그에 따른 많은 악취 처리 기술이 공지되어 있다. 현재 사용되고 있는 악취가스 처리 기술로는 크게 물리적 처리방법, ㅎ화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법으로 분류된다.
물리적 처리방법으로는 활성탄 흡착탑이 알려져 있으며, 이러한 활성탄 흡착탑은 다공성의 활성탄을 내부에 충진하여 유입된 악취가스에 포함된 악취물질을 활성탄에 흡착함으로써 정화된 가스만을 흡착탑 외부로 배출하는 장치이다.
대한민국 등록특허 제10-1130323호에서는 가스를 정화하는 활성탄 흡착탑으로서, 활성탄 흡착탑의 외부에서 내부로 가스가 유입되는 유입구와, 유입구를 통해 유입된 가스가 유동하는 유입로와, 유입로를 중심으로 상부에 위치하는 상부 활성탄층과, 유입로를 중심으로 하부에 위치하는 하부 활성탄층과, 상부 활성탄층을 통과한 가스가 유동하는 상부 유동로와, 하부 활성탄층을 통과한 가스가 유동하는 하부 유동로와, 각 유동로들을 따라 유동한 가스가 외부로 배출되도록 형성된 배출구를 포함하며, 상부 활성탄층은 유입로 상부에 점착성 활성탄이 충진되고 점착성 활성탄의 상부에 비점착성 활성탄이 충진되며, 하부 활성탄층은 유입로 하부에 점착성 활성탄이 충진되고 점착성 활성탄의 하부에 비점착성 활성탄이 충진된 것을 특징으로 하는 활성탄 흡착탑을 제시하고 있다.
그러나, 현재로서는 황화수소를 포함하는 산성가스와 암모니아를 포함하는 알칼리성가스를 처리하기에 처리성능의 저하 문제가 있다.
한편, 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기(커피박, coffee grounds)는 커피 제조 공장 및 일반 커피 전문점에서 유기질폐기물로서 처리되거나, 수거되어 일반 사료의 배합물로서 이용되고 있다. 최근에 이러한 커피박을 탈취제로서 이용하거나 유기질비료의 성분으로 이용하고자 하는 시도가 있었으나 아직까지 구체적으로 연구된 바는 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 우수한 비표면적과 기공부피를 가지며 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스의 제거성능이 우수한 흡착제용 활성탄을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
커피박으로부터 제조되는 활성탄을 제공한다.
또한, 본 발명은
커피박을 불산 수용액으로 세척하여 불순물을 제거하는 단계;
불순물이 제거된 커피박을 아염소산나트륨 및 초산을 1:1의 중량비율로 혼합한 혼합용액에 침지하고 25-35℃의 온도에서 80-100분 동안 1차 전처리하는 단계;
1차 전처리된 커피박을 수산화칼륨 수용액에 침지하고 40-50℃의 온도에서 50-70분 동안 2차 전처리하는 단계;
2차 전처리된 커피박을 170-190℃의 온도에서 11-13시간 동안 1차 열처리하는 단계;
1차 열처리된 커피박을 410-430℃의 온도에서 2-4시간 동안 2차 열처리하는 단계;
2차 열처리된 커피박을 700-900℃의 온도에서 45-75분 동안 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계;
제조된 활성탄을 물에 침지 후 교반하여 세척하는 단계; 및
세척된 활성탄을 건조하는 단계;를 포함하는 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계에서,
상기 2차 열처리된 커피박 75-85 중량부 및 변성 전분 15-25 중량부를 혼합한 혼합물을 이용하여 탄화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 커피박으로부터 제조되는 활성탄은 우수한 비표면적과 기공부피를 가지며 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스의 제거성능이 우수하다. 더욱이, 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스 제거용 흡착제로 제조하여 사용하는 경우 월등히 높은 제거성능을 발휘한다.
도 1은 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1차, 2차, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 발명은 커피박으로부터 제조되는 활성탄을 제공한다.
본 발명에 따른 커피박으로부터 제조되는 활성탄은 우수한 비표면적과 기공부피를 가지며 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스의 제거성능이 우수하다. 더욱이, 산성가스, 알칼리성가스 또는 산성가스 및 알칼리성가스 제거용 흡착제로 제조하여 사용하는 경우 월등히 높은 제거성능을 발휘한다.
또한, 본 발명은
커피박을 인산 수용액으로 세척하여 불순물을 제거하는 단계;
불순물이 제거된 커피박을 아염소산나트륨 및 초산을 1:1의 중량비율로 혼합한 혼합용액에 침지하고 25-35℃의 온도에서 80-100분 동안 1차 전처리하는 단계;
1차 전처리된 커피박을 수산화칼륨 수용액에 침지하고 40-50℃의 온도에서 50-70분 동안 2차 전처리하는 단계;
2차 전처리된 커피박을 170-190℃의 온도에서 11-13시간 동안 1차 열처리하는 단계;
1차 열처리된 커피박을 410-430℃의 온도에서 2-4시간 동안 2차 열처리하는 단계; 및
2차 열처리된 커피박을 700-900℃의 온도에서 45-75분 동안 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계;를 포함하는 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법을 제공한다.
이때, 도 1에 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법을 순서도로 나타내었으며, 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 커피박을 인산 수용액으로 세척하여 불순물을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 커피박을 인산 수용액으로 세척한다. 이를 통해 커피박의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 여기서 인산 수용액을 사용함으로써 지나친 산도로 인해 커피박이 손상되거나 녹는 문제를 해결하고 효과적으로 불순물을 제거할 수 있다.
불순물을 제거하고 난 후 커피박을 분쇄하여 분말로 형성하여 사용하는 것이 바람직하다. 분말화하여 이후 단계를 진행함으로써 더욱 효과적으로 전처리, 열처리 및 탄화를 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 불순물이 제거된 커피박을 아염소산나트륨 및 초산을 1:1의 중량비율로 혼합한 혼합용액에 침지하고 25-35℃의 온도에서 80-100분 동안 1차 전처리하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 불순물이 제거된 커피박을 아염소산나트륨 및 초산의 혼합용액에 침지하여 1차 전처리한다.
이러한 1차 전처리는 커피박을 활성탄으로 형성함에 있어서 비표면적을 더욱 높이고 효과적으로 활성화시키기 위해 수행되는 과정이다.
다음으로, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 1차 전처리된 커피박을 수산화칼륨 수용액에 침지하고 40-50℃의 온도에서 50-70분 동안 2차 전처리하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 1차 전처리된 커피박을 수산화칼륨 수용액에 침지하여 2차 전처리를 수행한다.
이러한 2차 전처리는 커피박을 활성탄으로 형성함에 있어서 미세 기공을 형성하여 비표면적을 향상시킬 수 있으며, 커피박에 포함된 수분을 제거하여 효과적으로 활성화시키기 위해 수행되는 과정이다.
다음으로, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 2차 전처리된 커피박을 170-190℃의 온도에서 11-13시간 동안 1차 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 1차 열처리를 수행한다.
상기 1차 전처리 및 2차 전처리를 수행하고난 후, 전처리된 커피박을 170-190℃의 온도에서 11-13시간 동안 1차 열처리하여 커피박에 포함된 잔여물을 제거하고 활성화 준비를 한다. 상기 1차 열처리를 170℃ 미만의 온도에서 수행하는 경우 잔여물 제거가 충분히 수행되지 않는 문제가 있고, 190℃ 초과의 온도에서 수행하는 경우 후단의 탄화 공정에서 수득률이 낮아지는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 1차 열처리된 커피박을 410-430℃의 온도에서 2-4시간 동안 2차 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 2차 열처리를 수행한다.
상기 1차 열처리를 수행하고난 후, 1차 열처리된 커피박을 410-430℃의 온도에서 2-4시간 동안 2차 열처리하여 탄소 성분 외에는 열분해로 제거하면서 일부 기공을 형성하게 된다. 상기 2차 열처리를 410℃ 미만의 온도에서 수행하는 경우 열분해가 수행되지 않는 문제가 있으며, 430℃ 초과의 온도에서 수행하는 경우 후단의 탄화 공정에서 수득률이 낮아지는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 2차 열처리된 커피박을 700-900℃의 온도에서 45-75분 동안 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 탄화공정을 수행하여 활성탄을 형성한다.
상기 2차 열처리를 수행하고난 후, 2차 열처리된 커피박을 700-900℃의 온도에서 45-75분 동안 탄화하여 활성탄을 제조하며, 바람직하게는 상기 2차 열처리된 커피박 75-85 중량부 및 변성 전분 15-25 중량부를 혼합한 혼합물을 이용하여 900℃의 온도에서 60분 동안 탄화하여 활성탄을 제조한다.
상기 커피박만을 이용하여 탄화하여 활성탄을 제조하는 경우 높은 비표면적을 확보할 수는 있으나 물성이 부족하여 흡착제로서 적용하는 경우 흡착성능이 저하되는 문제가 있다. 이에, 상기 커피박에 변성 전분을 혼합한 혼합물을 이용하여 900℃의 고온에서 탄화하여 활성탄을 제조하며, 이 경우 더욱 높은 비표면적을 나타냄과 동시에 안전한 물성을 확보할 수 있어 흡착제로서 적용하는 경우 흡착성능이 매우 우수하다.
상기 변성 전분은 산화 에스테르화 전분인 것이 바람직하고, 카르복실기 함량이 0.5-0.8%이고, 아세틸기 함량이 0.3-0.7%인 산화 에스테르화 전분인 것이 더욱 바람직하다. 상기 산화 에스테르화 전분은 전분 슬러리에 산화제를 첨가하고 산화 반응시켜 카르복실기 함량이 0.5-0.8%인 산화 전분의 슬러리를 수득하고, 산화 전분의 슬러리에 에스테르화제를 첨가하고 에스테르화 반응시켜 아세틸기 함량이 0.3-0.7%인 산화 에스테르화 전분의 슬러리를 수득하고, 산화 에스테르화 전분의 슬러리를 여과, 세척 및 건조시켜 산화 에스테르화 전분을 수득하여 제조되는 것을 사용한다. 상기 산화제는 아염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소화이소시아누르산, 과산화수소, 과붕산나트륨 및 과망간산칼륨 등일 수 있고, 상기 에스테르화제는 무수초산, 무수말레산 및 초산비닐 단량체 등일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 제조된 활성탄을 물에 침지 후 교반하여 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계에서는 커피박으로부터 제조된 활성탄을 물에 침지 후 교반하여 칼륨을 제거한다. 커피박으로부터 제조된 활성탄은 칼륨 등의 성분을 함유하고 있어 이를 제거하여 흡착제로서의 순도를 높일 수 있다. 수질이 아닌 대기정화용 흡착제로 사용할 때에는 세척하는 단계를 제외할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 제조된 활성탄을 50℃ 이하로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법은 세척된 활성탄을 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 건조과정을 통해 활성탄을 제조한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 변성 전분 제조
감자 전분 100 중량부 대비 물을 250 중량부 혼합하여 반응기에 넣어 전분 슬러리를 제조하였다. 전분 슬러리의 온도를 40℃로 조절하고, 반응기에 4% 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 전분 슬러리의 pH를 8.0으로 조절하였다. 이후, 차아염소산나트륨 용액(활성염소 함량 : 14.5%) 50 중량부와 수산화나트륨 용액(33% 순도) 8 중량부 혼합한 혼합 용액을 반응기에 투입하고, 4% 수산화나트륨 수용액을 이용하여 pH를 9.5 이상으로 설정하고 120분 동안 반응시켜 전분을 산화 반응시켰다. 이후, 반응기에 메타중아황산나트륨을 미량 투입하여 산화반응을 완료시킨 후, 전분 슬러리의 온도를 32℃로 조절하고 여기에 15% 염산 수용액을 첨가하여 전분 슬러리의 pH를 8.2로 조절하였다. 이후, 무수초산(96% 순도) 5 중량부를 투입하며 5% 수산화나트륨 수용액으로 pH를 8.2로 유지시키며 전분을 에스테르화 반응시켰다. 에스테르화 반응 완료 후, 반응기에 15% 염산 수용액을 첨가하여 반응 생성물의 pH를 6.0으로 조절하고 여과한 다음 얻어진 고형물을 물로 세척하고 건조하여 산화 에스테르화 전분인 변성 전분을 제조하였다.
상기 변성 전분의 카르복실기 함량은 0.63%이고, 아세틸기 함량은 0.5%인 것을 확인하였다.
<실시예 1> 활성탄의 제조-1
커피박을 10 wt% 농도의 인산 수용액으로 세척하여 불순물을 제거하였다.
불순물이 제거된 커피박을 분쇄하여 커피박 분말을 형성하고, 커피박 분말을 아염소산나트륨 및 초산이 1:1의 중량비율로 혼합된 혼합용액에 침지시킨 후, 30℃의 온도를 유지하며 90분 동안 1차 전처리하였다.
1차 전처리 후, 커피박을 5 wt% 농도의 수산화칼륨 수용액에 침지시킨 후, 45℃의 온도를 유지하며 60분 동안 2차 전처리하였다.
2차 전처리 후, 커피박을 180℃의 온도에서 12시간 동안 1차 열처리하였다.
1차 열처리 후, 커피박을 420℃의 온도에서 3시간 동안 2차 열처리하였다.
2차 열처리 후, 커피박을 700℃의 온도에서 60분 동안 탄화하여 활성탄을 형성하였다.
상기 활성탄을 물에 침지시켜 교반하여 세척한 후, 건조하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 2> 활성탄의 제조-2
상기 실시예 1에서 탄화를 800℃의 온도에서 60분 동안 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 3> 활성탄의 제조-3
상기 실시예 1에서 탄화를 900℃의 온도에서 60분 동안 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 4> 활성탄의 제조-4
상기 실시예 1에서 탄화를 2차 열처리된 커피박 80 중량부 및 상기 제조예 1에서 제조된 변성 전분 20 중량부를 혼합하여 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 5> 활성탄의 제조-5
상기 실시예 2에서 탄화를 2차 열처리된 커피박 80 중량부 및 상기 제조예 1에서 제조된 변성 전분 20 중량부를 혼합하여 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 6> 활성탄의 제조-6
상기 실시예 3에서 탄화를 2차 열처리된 커피박 80 중량부 및 상기 제조예 1에서 제조된 변성 전분 20 중량부를 혼합하여 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<실시예 7-12> 흡착제의 제조
상기 실시예 1-6에서 제조된 활성탄을 이용하여 흡착제를 제조하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1-6에서 커피박으로부터 제조된 활성탄 45 중량부, 황산철이 함유된 폐석고분말 9 중량부, 제철제강회사에서 나오는 폐슬러지인 무기성오니 9 중량부, 아스코르브산 3.5 중량부, 제올라이트 분말 16 중량부, 벤토나이트 분말 12 중량부 및 수산화칼륨 5.5 중량부를 혼합하고 400℃의 온도로 열처리한 후, 압출성형하여 흡착제를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 2에서 1차 전처리를 수행하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 1차 전처리 및 2차 전처리를 수행하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 2에서 1차 열처리 및 2차 열처리를 수행하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 활성탄을 제조하였다.
<비교예 4-6>
상기 비교예 1-3에서 제조된 활성탄을 이용하여 흡착제를 제조하였다.
구체적으로, 상기 비교예 1-3에서 커피박으로부터 제조된 활성탄 45 중량부, 황산철이 함유된 폐석고분말 9 중량부, 제철제강회사에서 나오는 폐슬러지인 수산화철을 함유하는 무기성오니 9 중량부, 아스코르브산 3.5 중량부, 제올라이트 분말 16 중량부, 벤토나이트 분말 12 중량부 및 수산화칼륨 5.5 중량부를 혼합하고 400℃의 온도로 열처리한 후, 압출성형하여 흡착제를 제조하였다.
<실험예 1> 활성탄의 물성 분석
상기 실시예 1-6 및 비교예 1-3에서 제조된 활성탄의 기공 특성 및 비표면적은 비표면적분석기(Brunauer-Emmett-Teller Analyzer, BET, ASAP 2420)로 측정된 질소흡착등온선을 이용하여 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 비표면적 (m2/g) | 기공부피 (cm3/g) | 평균기공크기 (Å) | |
| 실시예 1 | 842 | 0.43 | 14 |
| 실시예 2 | 868 | 0.44 | 14 |
| 실시예 3 | 947 | 0.49 | 12 |
| 실시예 4 | 830 | 0.42 | 15 |
| 실시예 5 | 845 | 0.43 | 14 |
| 실시예 6 | 1042 | 0.52 | 11 |
| 비교예 1 | 832 | 0.42 | 15 |
| 비교예 2 | 798 | 0.40 | 15 |
| 비교예 3 | 688 | 0.35 | 18 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1-3에서 제조되는 활성탄은 비표면적이 842-947 m2/g으로 높은 것을 확인할 수 있으며, 특히 900℃의 온도에서 최종 탄화가 이루어지는 경우 비표면적이 947 m2/g을 나타내어 높은 것을 확인할 수 있다.
나아가, 상기 실시예 4-5에서 제조되는 활성탄은 비표면적이 830-845 m2/g을 나타내며, 특히 실시예 6에서 제조되는 활성탄은 비표면적이 1042 m2/g으로 매우 높은 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 비교예 1-3에서 제조되는 활성탄은 비표면적이 비교적 낮은 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 2> 활성탄을 포함하는 흡착제의 악취 제거 성능 분석
상기 실시예 1-6 및 비교예 1-3에서 제조된 활성탄을 이용하여 실시예 7-12 및 비교예 4-6의 흡착제를 제조하였고, 이렇게 제조된 흡착제의 악취 제거 성능을 확인하기 위하여 황화수소 흡착량 및 암모니아 흡착량을 분석하였다.
황화수소 흡착량은 H2S 표준가스로 H2S 10%/N2 90%를 사용하였으며, 유속은 20분간 80 mL를 흘려주고 컬럼직경은 15 mm에 5 g의 흡착제를 채워서 초기공급량과 나중배출량을 측정하여 제거효율로서 흡착되는 양으로 측정하였다.
암모니아 흡착량은 고정층 반응기를 사용하여 암모니아 기체를 반응기 상부에 주입하여 시료층을 거친 후 하부로 배출되도록 하였으며, 흡착 완료 후 하부에서 배출된 암모니아를 휴대용 암모니아 분석장비로 검출하였다. PSA 공정 조건에서 암모니아 흡착을 수행하였으며, PSA는 역압력 레귤레이터(back pressure regulator)를 통해 반응기 내부의 압력을 조절하여 7 bar에서 흡착을 진행하였고, 다시 상압으로 감압시켜 N2를 흘려주며 탈착을 진행하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 황화수소 제거 효율(%) | 암모니아 흡착량(mmol/g) | |
| 실시예 7 | 3.5 | 3.8 |
| 실시예 8 | 3.7 | 4.1 |
| 실시예 9 | 3.8 | 4.4 |
| 실시예 10 | 3.2 | 3.6 |
| 실시예 11 | 3.3 | 3.8 |
| 실시예 12 | 4.4 | 5.1 |
| 비교예 1 | 2.9 | 3.2 |
| 비교예 2 | 2.7 | 3.1 |
| 비교예 3 | 2.2 | 2.9 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 커피박으로부터 제조되는 활성탄을 포함하는 흡착제는 황화수소 제거 및 암모니아 흡착이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 12의 흡착제의 경우 우수한 비표면적을 가지는 활성탄을 도입하여 매우 높은 황화수소 제거 효율 및 암모니아 흡착량을 확인할 수 있었다. 이는, 실시예 7-9의 흡착제에 적용한 활성탄의 비표면적 상승비율에 따른 황화수소 제거 효율 또는 암모니아 흡착량의 향상 대비 현저히 향상된 것으로 커피박과 변성 전분을 적용하여 탄화시켜 비표면적이 높을 뿐만 아니라 안정성이 높아 흡착제로서 우수한 성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
Claims (3)
- 커피박을 인산 수용액으로 세척하여 불순물을 제거하는 단계;
불순물이 제거된 커피박을 아염소산나트륨 및 초산을 1:1의 중량비율로 혼합한 혼합용액에 침지하고 25-35℃의 온도에서 80-100분 동안 1차 전처리하는 단계;
1차 전처리된 커피박을 수산화칼륨 수용액에 침지하고 40-50℃의 온도에서 50-70분 동안 2차 전처리하는 단계;
2차 전처리된 커피박을 170-190℃의 온도에서 11-13시간 동안 1차 열처리하는 단계;
1차 열처리된 커피박을 410-430℃의 온도에서 2-4시간 동안 2차 열처리하는 단계; 및
2차 열처리된 커피박을 700-900℃의 온도에서 45-75분 동안 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계;를 포함하는 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄화하여 활성탄을 제조하는 단계에서,
상기 2차 열처리된 커피박 75-85 중량부 및 변성 전분 15-25 중량부를 혼합한 혼합물을 이용하여 탄화하는 것을 특징으로 하는 커피박으로부터 활성탄을 제조하는 방법.
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| KR1020220107331A KR102478525B1 (ko) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | 커피박으로부터 제조되는 활성탄 |
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| KR1020220107331A KR102478525B1 (ko) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | 커피박으로부터 제조되는 활성탄 |
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|---|---|---|---|---|
| KR890002856A (ko) * | 1987-07-30 | 1989-04-11 | 최근선 | 브이씨알의 재생기능 제어장치 및 그 제어방법 |
| US20030153457A1 (en) * | 2000-06-19 | 2003-08-14 | Yasushi Nemoto | Adsorbents, process for producing the same, and applications thereof |
| KR20180125758A (ko) * | 2017-05-16 | 2018-11-26 | 대전대학교 산학협력단 | 커피 부산물을 이용한 바이오매스 흡착제 및 이의 제조방법 |
| KR20210070744A (ko) * | 2019-12-05 | 2021-06-15 | 주식회사 신성이엔알 | 폐광산의 산성 배수슬러지를 이용한 황화수소 흡착제 |
-
2022
- 2022-08-26 KR KR1020220107331A patent/KR102478525B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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