KR102531271B1 - 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법 - Google Patents

하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기(steam)를 활성화 소스로 사용하여 다공성 활성탄을 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 탄화수소의 열분해로 고전도성의 카본을 도입하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법은 (a) 석유계 피치를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하는 하이브리드 활성화 처리를 수행하여 다공성 활성탄을 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF HIGHLY CONDUCTIVE POROUS ACTIVATED CARBON USING HYBRID ACTIVATION}
본 발명은 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기(steam)를 활성화 소스로 사용하여 다공성 활성탄을 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 탄화수소의 열분해로 고전도성의 카본을 도입하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법에 관한 것이다.
차세대 에너지 저장장치들 중 슈퍼커패시터는 빠른 충전 및 방전 속도, 높은 안정성, 그리고 친환경적 특성으로 인해, 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 일반적인 슈퍼커패시터는 다공성 전극, 집전체, 분리막, 그리고 전해액 등으로 구성된다.
슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 울트라커패시터(Ultra-capacitor) 라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전 동작 및 방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요 없는 소자이다.
이에 따라, 슈퍼커패시터는 각종 전기 및 전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있다. 최근, 슈퍼커패시터는 그의 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.
이와 같은 슈퍼커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)과, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2~6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.
슈퍼커패시터의 성능은 전극활물질 및 전해질에 의하여 결정되며, 특히 축전용량 등 주요성능은 전극활물질에 의하여 대부분 결정된다. 이러한 전극활물질로는 활성탄이 주로 사용되고 있으며, 상용제품의 전극 기준으로 비 축전용량은 최고 19.3 F/cc 정도로 알려져 있다. 일반적으로, 슈퍼커패시터의 전극활물질로 사용되는 활성탄은 대략 1,500㎡/g 정도의 고비표면적 활성탄이 사용되고 있다.
그러나, 슈퍼커패시터의 응용 분야의 확대에 따라 보다 높은 비축전용량과 에너지밀도가 요구되고 있어 보다 높은 축전용량을 발현하는 활성탄의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0079546호(2018.07.11. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 바이오매스를 이용한 활성탄의 제조방법 및 이를 이용한 필터 제조방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기(steam)를 활성화 소스로 사용하여 다공성 활성탄을 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 탄화수소의 열분해로 고전도성의 카본을 도입하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법은 (a) 석유계 피치를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하는 하이브리드 활성화 처리를 수행하여 다공성 활성탄을 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 석유계 피치는 석유화학산업에서 불가피하게 발생되는 잔사유(residual oil) 유래 피치인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 석유계 피치는 200 ~ 300℃의 연화점을 갖는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 (b) 단계에서, 상기 탄화수소 가스는 CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C2H2, C3H4, C4H6 및 C5H8로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다.
상기 (b) 단계에서, 상기 하이브리드 활성화 처리는 Ar, He 및 N2 중 1종 이상을 포함하는 비활성 가스가 공급되는 비활성 분위기에서 실시된다.
여기서, 상기 비활성 가스는 100 ~ 700cc/mm의 속도로 공급하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계에서, 상기 탄화수소 가스, CO2 및 수증기는 각각 200 ~ 500cc/mm의 속도로 공급하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계에서, 상기 하이브리드 활성화 처리는 2 ~ 10℃/min의 속도로 800 ~ 1,000℃의 온도까지 승온시킨 후, 800 ~ 1,000℃에서 30 ~ 120분 동안 실시한다.
상기 하이브리드 활성화 처리시, 초음파 분무기 내의 물을 초음파 진동시켜 발생한 수증기가 퍼니스의 내부로 유입되도록 하기 위해, 상기 탄화수소 가스를 캐리어 가스로 이용한다.
상기 (b) 단계 이후, (c) 상기 합성된 다공성 활성탄을 냉각하여 다공성 활성탄을 수득하는 단계;를 더 포함한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 냉각은 5 ~ 20℃/min의 속도로 실시한다.
상기 (c) 단계 이후, 상기 다공성 활성탄은 1,500 ~ 3,500 m2/g의 비표면적을 갖는다.
아울러, 상기 (c) 단계 이후, 상기 다공성 활성탄은 100 ~ 120 kgfㆍcm-2의 조건에서, 2.7 ~ 3.3 Sㆍcm-1의 전기전도도를 갖는다.
본 발명에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법은 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하여 다공성 활성탄을 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 수증기의 캐리어 가스로 사용되는 탄화수소 가스의 열분해에 의해 고전도성의 카본이 도입되도록 유도하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄은 1,500 ~ 3,500 m2/g의 비표면적을 가지며, 100 ~ 120 kgfㆍcm-2의 조건에서, 2.7 ~ 3.3 Sㆍcm-1의 전기전도도를 가질 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄 제조 방법은 석유화학산업에서 불가피하게 발생하는 석유계 부산물인 잔사유 유래 피치를 원료 물질로 활용하는 것에 의해, 저비용으로 활성탄 제조가 가능할 뿐만 아니라, 환경 오염 문제를 미연에 해소할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 하이브리드 활성화 장치를 설명하기 위한 모식도.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 다공성 활성탄의 질소 흡-탈착 실험 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 하이브리드 활성화 장치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법은 석유계 피치 준비 단계(S110) 및 하이브리드 활성화 단계(S120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법은 하이브리드 활성화 단계(S120) 이후에 실시되는 냉각 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
석유계 피치 준비
석유계 피치 준비 단계(S110)에서는 원료 물질인 석유계 피치를 준비한다.
여기서, 석유계 피치는 석유화학산업에서 불가피하게 발생되는 잔사유(residual oil) 유래 피치인 것이 바람직하다. 아울러, 석유계 피치는 200 ~ 300℃의 연화점을 갖는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 석유화학산업에서 불가피하게 발생하는 석유계 부산물인 잔사유 유래 피치를 원료 물질로 활용하는 것에 의해, 저비용으로 활성탄 제조가 가능할 뿐만 아니라, 환경 오염 문제를 미연에 해소할 수 있게 된다.
하이브리드 활성화
하이브리드 활성화 단계(S120)에서는 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하는 하이브리드 활성화 처리를 수행하여 다공성 활성탄을 합성한다.
본 단계에서, 탄화수소 가스는 CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C2H2, C3H4, C4H6 및 C5H8로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 하이브리드 활성화 처리는 Ar, He 및 N2 중 1종 이상을 포함하는 비활성 가스가 공급되는 비활성 분위기에서 실시된다. 이때, 비활성 가스는 100 ~ 700cc/mm의 속도로 공급하는 것이 바람직하다. 아울러, 본 단계에서, 탄화수소 가스, CO2 및 수증기는 각각 200 ~ 500cc/mm의 속도로 공급하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 활성화 장치(20)는 초음파 분무기(21) 내에 채워진 증류수를 가열하여 퍼니스(22)의 내부로 수증기를 공급하면서, 제1 및 제2 가스 주입구(23a, 23b)를 통하여 탄화수소 가스 및 CO2를 함께 공급하고, 퍼니스(22) 내부에 탑재된 석유계 피치(1)의 노출된 표면을 수증기로 표면을 에칭하여 기공을 형성하게 된다.
여기서, 석유계 피치(1)는 반응 용기(25)의 내부에 수용되어 있는 것이 바람직하다.
아울러, 하이브리드 활성화 장치(20)는 증류수가 담긴 초음파 분무기(21)와, 초음파 분무기(21)에 연통되어 있는 퍼니스(22)와, 퍼니스(22)의 내부 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(24)를 포함할 수 있다.
즉, 하이브리드 활성화 처리는 초음파 분무기(21)에 연통되어 있는 퍼니스(22) 내부에 석유계 피치(1)를 장입하고, 초음파 분무기(21)에 채워진 증류수를 초음파 진동시켜 수증기가 퍼니스(22)의 내부로 유입되도록 유도하면서, 탄화수소 가스 및 CO2를 함께 공급하는 방식으로 석유계 피치(1)를 활성화 처리하게 된다. 이러한 하이브리드 활성화 처리시, 퍼니스(22)의 내부로 유입되는 수증기가 석유계 피치(1)의 노출된 표면을 에칭시키는 것에 의해 활성화 처리가 이루어지게 된다.
특히, 하이브리드 활성화 처리시, 증류수를 초음파 진동시켜 발생한 수증기가 퍼니스(22)의 내부로 원활히 유입되도록 유도하기 위하여, 캐리어 가스로 사용되는 탄화수소 가스를 함께 공급하면서 800 ~ 1,000℃의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다.
퍼니스(22)로는 석영관이 구비된 관형 로 등을 그 예로 들 수 있다. 이러한 퍼니스(22)의 내부 온도는 퍼니스(22)의 외측을 감싸는 컨트롤러(24)에 의해 제어될 수 있다.
초음파 분무기(21)는 증류수를 초음파 진동자를 이용하여 안개와 같은 미세한 수증기 상태로 만들고 분무하는 장치이다. 즉, 증류수에 초음파가 조사될 때 임계 초음파 강도 이상에서 수증기가 분무되는 것이다. 주파수가 증가하면 수증기의 크기가 작아짐과 동시에 수증기의 크기 분포가 매우 좁게 나타나며, 수증기의 수와 부피도 증가한다.
초음파 진동자는 일정한 주파수(예컨대, 1.65MHz)의 교류 신호에 의한 초음파 진동자의 진동에 의해 증류수에 기계적 에너지가 인가되어 증류수의 계면 또는 표면에서 미세한 수증기를 발생시키는 역할을 한다.
초음파 진동자는 복수의 초음파 진동자가 일렬로 배열되어 열을 이루고, 복수의 열이 병렬로 배열된 구조로 배열될 수 있다. 예컨대, 초음파 진동자는 6개의 초음파 진동자가 제1 열을 이루고, 5개의 초음파 진동자가 제2 열을 이루며, 6개의 초음파 진동자가 제3 열을 이루고, 제1 열, 제2 열 및 제3 열은 병렬로 배열된 구조를 가질 수 있다. 초음파 진동자의 각 열에는 전압이 선택적으로 인가될 수 있으며, 각 열 단위로 초음파 진동자가 선택적으로 동작할 수 있게 제어된다. 이를 위해, 각각의 열을 제어할 수 있는 전원 스위치가 열의 수만큼 구비된다. 전원 스위치의 온(on)/오프(off)에 따라 대응되는 열의 초음파 진동자가 작동하거나, 작동하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 열을 제어하는 제1 전원 스위치와, 제2 열을 제어하는 제2 전원 스위치와, 제3 열을 제어하는 제3 전원 스위치가 구비되어 있을 수 있다. 또한, 각 열에 배열된 복수의 초음파 진동자에 대하여도 제어 스위치가 병렬로 구비되어 있어, 각 열에 배열된 복수의 초음파 진동자를 선택적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 열에는 6개의 초음파 진동자가 일렬로 배열되어 있고, 각 6개의 초음파 진동자에는 전압이 선택적으로 인가될 수 있게 제어 스위치가 구비되어 있으며, 6개의 초음파 진동자에 대응되게 인가되는 제어 스위치가 병렬로 구비되어 각 제어 스위치를 온/오프함으로써 제1 열에 배열된 초음파 진동자를 선택적으로 동작시키도록 설정되어 있을 수 있다.
이러한 초음파 분무기(21)는 복수의 초음파 진동자를 구비하고 있으며, 각각의 초음파 진동자의 작동을 선택적으로 조절할 수 있어 필요에 따라 초음파 강도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 발생되는 수증기의 양은 초음파 진동자의 전원 스위치와 제어 스위치를 선택하여 활성화되는 초음파 진동자의 수를 조정함으로써 조절할 수 있다.
탄화수소 가스는 제1 가스 주입구(23a)를 통하여 증류수가 담긴 초음파 분무기(21)의 내부로 공급되고, CO2는 제2 가스 주입구(23b)를 통하여 퍼니스(22)의 내부로 공급될 수 있다. 여기서, 탄화수소 가스 및 CO2의 공급량은 탄화수소 가스 및 CO2의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(MFC)와 밸브 등에 의해 제어될 수 있다. 탄화수소 가스는 초음파 분무기(21)에 의해 발생하는 수증기를 퍼니스(22)의 내부로 유입되도록 밀어주는 역할을 한다.
이를 위해, 하이브리드 활성화 처리는 2 ~ 10℃/min의 속도로 800 ~ 1,000℃의 온도까지 승온시킨 후, 800 ~ 1,000℃에서 30 ~ 120분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
하이브리드 활성화 처리 온도가 800℃ 미만이거나, 하이브리드 활성화 처리 시간이 30분 미만일 경우에는 탄화수소 가스의 충분한 열분해가 이루어지지 못하는데 기인하여 고전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 하이브리드 활성화 처리 온도가 1,000℃를 초과하거나, 하이브리드 활성화 처리 시간이 120분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용 및 시간만을 증가시킬 우려가 있으므로, 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.
상술한 바와 같이, 하이브리드 활성화 처리시, 초음파 분무기(21) 내의 물을 초음파 진동시켜 발생한 수증기가 퍼니스(22)의 내부로 원활히 유입되도록 하기 위해, 탄화수소 가스를 캐리어 가스로 이용하게 된다.
이때, 본 발명에서는 수증기의 캐리어 가스로 사용되는 탄화수소 가스가 함께 첨가되는 것에 의해, 다공성 활성탄 합성과 동시에, 활성탄의 표면에서 탄화수소 가스의 열분해에 의해 고전도성의 카본이 도입될 수 있게 되어, 고전도성의 다공성 활성탄을 제조하는 것이 가능해질 수 있게 되는 것이다.
냉각
냉각 단계(S130)에서는 합성된 다공성 활성탄을 냉각하여 다공성 활성탄을 수득한다.
본 단계에서, 냉각은 5 ~ 20℃/min의 속도로 상온(-10 ~ 40℃)까지 냉각을 실시하는 것이 바람직하다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법이 종료될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄 제조 방법은 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하여 다공성 활성탄을 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 수증기의 캐리어 가스로 사용되는 탄화수소 가스의 열분해에 의해 고전도성의 카본이 도입되도록 유도하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 제조되는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄은 1,500 ~ 3,500 m2/g의 비표면적을 가지며, 100 ~ 120 kgfㆍcm-2의 조건에서, 2.7 ~ 3.3 Sㆍcm-1의 전기전도도를 가질 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄 제조 방법은 석유화학산업에서 불가피하게 발생하는 석유계 부산물인 잔사유 유래 피치를 원료 물질로 활용하는 것에 의해, 저비용으로 활성탄 제조가 가능할 뿐만 아니라, 환경 오염 문제를 미연에 해소할 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 활성탄 제조
실시예 1
원료물질로 연화점 250℃의 석유계 피치 5g을 도가니에 담은 후, 도가니를 반응기(쿼츠관)에 투입한 후 열처리기에 위치시켰다. 이때, 관형로의 왼쪽은 배출구로 증류수를 담아 가스가 빠져 나오는지 여부를 확인하였다.
다음으로, 열처리 전 10분간 Ar 가스를 300cc/min의 유량으로 흘려 비활성 분위기를 유지시켰다.
다음으로, 10℃/min의 승온속도로 900℃까지 가열한 후, 900℃에서 1시간 동안 C2H6, CO2 및 수증기(steam)를 각각 300cc/min의 유량으로 흘려주어 석유계 피치에 기공을 부여함과 동시에 C2H6의 분해로 인해 발생하는 고전도성의 탄소가 활성탄의 표면에 형성될 수 있도록 하였다.
다음으로, 10℃/min의 속도로 상온까지 냉각하여 합성된 다공성 활성탄을 수득하였다.
실시예 2
920℃에서 1시간 동안 C4H10, CO2 및 수증기(steam)를 각각 400cc/min의 유량으로 흘려준 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 활성탄을 제조하였다.
실시예 3
900℃에서 90분 동안 C5H12, CO2 및 수증기(steam)를 각각 250cc/min의 유량으로 흘려준 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 활성탄을 제조하였다.
비교예 1
상용 활성탄(CEP21KS)을 입수하여 준비하였다
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 활성탄의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 3은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 다공성 활성탄의 질소 흡-탈착 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 활성탄의 기공 구조를 확인하고자 가스 분석기(Belsorp-Mini II, BEL, Japan)를 사용하였고, 질소 흡-탈착 등온선으로부터 BET 방법(Brunauer-Emmett-Teller method)을 이용하여 비표면적과 기공사이즈 분포도를 얻었다.
[표 1]
Figure 112021009436065-pat00002
표 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 활성탄이 비교예 1에 따라 제조된 활성탄에 비하여 비표면적 값이 전반적으로 증가한 것을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 활성탄이 비교예 1에 따라 제조된 활성탄 대비, 전기전도도가 확연하게 증가한 것을 확인할 수 있다.
아울러, 실시예 1에 따라 제조된 활성탄이 비교예 1에 따라 제조된 활성탄에 비하여, 질소 흡착량이 상당히 증가한 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용할 시, 다공성 활성탄의 합성함과 동시에, 활성탄의 표면에서 탄화수소의 열분해로 고전도성의 카본을 도입하여 고전도성의 다공성 활성탄을 제조할 수 있다는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 석유계 피치 준비 단계
S120 : 하이브리드 활성화 단계
S130 : 냉각 단계

Claims (13)

  1. (a) 석유계 피치를 준비하는 단계;
    (b) 상기 석유계 피치에 탄화수소 가스, CO2 및 수증기를 활성화 소스로 사용하는 하이브리드 활성화 처리를 수행하여 다공성 활성탄을 합성하는 단계; 및
    (c) 상기 합성된 다공성 활성탄을 5 ~ 20℃/min의 속도로 냉각하여 다공성 활성탄을 수득하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 탄화수소 가스, CO2 및 수증기는 각각 250 ~ 400cc/mm의 속도로 공급하고,
    상기 (c) 단계 이후, 상기 다공성 활성탄은 100 ~ 120 kgfㆍcm-2의 조건에서, 2.7 ~ 3.3 Sㆍcm-1의 전기전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 석유계 피치는
    석유화학산업에서 불가피하게 발생되는 잔사유(residual oil) 유래 피치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 석유계 피치는
    200 ~ 300℃의 연화점을 갖는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 탄화수소 가스는
    CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C2H2, C3H4, C4H6 및 C5H8로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 하이브리드 활성화 처리는
    Ar, He 및 N2 중 1종 이상을 포함하는 비활성 가스가 공급되는 비활성 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비활성 가스는
    100 ~ 700cc/mm의 속도로 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 하이브리드 활성화 처리는
    2 ~ 10℃/min의 속도로 800 ~ 1,000℃의 온도까지 승온시킨 후, 800 ~ 1,000℃에서 30 ~ 120분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하이브리드 활성화 처리시,
    초음파 분무기 내의 물을 초음파 진동시켜 발생한 수증기가 퍼니스의 내부로 유입되도록 하기 위해, 상기 탄화수소 가스를 캐리어 가스로 이용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    상기 다공성 활성탄은
    1,500 ~ 3,500 m2/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 활성화를 이용한 고전도성 다공성 활성탄의 제조 방법.
  13. 삭제
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