KR20010086268A - 활성탄 및 그것의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

탄소질 재료를 승온에서 산으로 처리함으로써 수득되는 활성탄. 산으로 처리된 활성탄은 물과의 친화성이 커서, 물 처리에 적합하다. 산으로 처리된 활성탄을 성형하여 제조한 전극은 단위 체적 당 정전 용량이 큰 이점을 가지고 있어, 커패시터에 유리하다.

Description

활성탄 및 그것의 제조 방법{ACTIVATED CARBON AND METHOD FOR PRODUCING IT}
[기술분야]
본 발명은 활성탄 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 탄소질 재료를 활성화시킨 후, 이를 산으로 처리함으로써 수득되는 활성탄 및, 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 활성탄은 물과의 친화성이 강하여, 물 처리에 적합하다. 게다가, 정전 용량이 커서, 본 활성탄은 전기 이중층 커패시터용 전극에 바람직하다.
[종래기술]
활성탄은 식품공업, 화학공업, 의약공업 등 각종 분야에서 광범위하게 사용된다. 활성탄의 흡착 성능이 본질적으로 상기 분야들에서 이용되나, 보다 큰 흡착 성능을 가진 흡착제가 요망된다. 최근, 전기 이중층 커패시터가 백업 전원 및 보조 전원로 특히 주목받게 되었으며, 전기 이중층 커패시터에 대한 전극으로서의 활성탄의 성능에 관한 많은 개발이 당 기술분야에서 이루어지고 있다. 전자공학의 개발로, 활성탄의 분극성 전극을 포함하는 전기 이중층 커패시터가 그 정전 용량이 매우 커서, 이에 현재 수요가 많다. 최근, 그러한 전기 이중층 커패시터가 종래 마이크로 컴퓨터 메모리의 백업 전원에 부가하여, 대량제품의 보조 전원 장치, 예컨대 모터 등에서도 많이 사용되어 왔다.
전기 이중층 커패시터의 원리는 이전부터 공지되어 있으나, 그것들의 실제 장치에서 사용된 것은 요즘이다. 전기 이중층 커패시터의 정전 용량은 본질적으로 전기 이중층을 형성하는 그 안의 분극성 전극의 표면적, 또한 단위 면적 당 전기 이중층 용량 및 전극의 저항에 의해 영향을 받는다. 상기 전기 이중층 커패시터를 실질적으로 사용함에 있어, 단위 체적 당 정전 용량의 증가 및 체적 감소를 위해 전극의 밀도를 증가시키는 것이 중요하다. 전기 이중층 커패시터용으로, 예컨대 이제부터 사용되는 것은, 산성 조건 하, 예컨대 수증기 또는 산성 기체 중에서 (참고 : CMC 발행 (1998) 의 "Large-Scale Capacitor Technique and Material"), 수지, 코코넛 쉘, 피치, 석탄 등을 활성함으로써 제조된 활성탄 (1), 상기 출발 물질을 고산화력을 가진 화학 물질, 예컨대 수산화칼륨 등으로 활성화함으로써 제조되는 활성탄 (2) (참고 : WO91/12203, JP-A-199767/1998) 등이다.
탄소질 재료를, 전기 이중층 커패시터용 분극성 전극으로 그것을 이용하는 알칼리 화합물로 활성화하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, JP-A-139865/1989 는 과량의 알칼리 금속 수산화물의 존재 하에, 500 ℃ 초과의 온도에서 불활성 기체 대기 내 탄소 섬유를 가열하여, 표면적이 큰 탄소 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. JP-A-258996/1993 은, (피치의 출발 물질을 용융-방사한 후, 수득된 섬유를 가열함으로써 제조된) 탄소질 섬유를 알칼리 금속 수산화물의 수용액으로 활성화하고, 탈회하며, 분쇄하여, 전극으로 성형함으로써 제조되는, 전기 이중층 커패시터용 전극을 개시하고 있다. JP-A-161587/1995 는, 탄성질 물질을 수증기 및 알칼리 금속 수산화물로 차례로 활성화한 후, 이를 분쇄하여, 전극으로 성형함으로써 제조되는, 전기 이중층 커패시터용 전극을 개시하고 있다.
상기 언급한 바와 같이, 흡착제의 흡착 성능을 증가시키고, 커패시터용 전극의 정전 용량을 증가시킬 것이 요망된다. 그러나 방법 (1) 에 의해 제조되는 활성탄은 높은 정전 용량을 보증할 수 없을 것이나, 필요한 정전 용량을 보증하기 위해서는 대규모 장치에 있어야 한다. 한편, 방법 (2) 에서는, 출발 탄소질 재료를 고온에서, 고산화력을 가진 활성화제, 예컨대 수산화칼륨 등으로 활성화시킨다. 여기에서 수득된 활성탄은 고도의 용량을 가지고 있으나, 더 큰 용량에 대한 최근 요구에 대해 여전히 불만족스럽다. JP-A-139865/1989, JP-A-258996/1993 및 JP-A-161587/1995 도 또한 만족스럽지 못하다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은, 물에 용해된 불순물과의 높은 흡착 성능의 이점 및 큰 정전 용량을 가지는 활성탄, 및 그것의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 심층 연구를 거듭하여, 그 결과, 상기 문제들은 탄소질 재료를 활성화한 후, 수득된 활성탄을 승온에서 산으로 처리함으로써 해결될 수 있음을 발견하였다. 이러한 발견을 기초로 하여, 우리는 본 발명을 완성하였다. 구체적으로 본 발명의 한 측면은, 탄소질 재료를 활성화한 후, 그것을 산으로 처리함으로써 제조되는 활성탄이다. 또다른 측면은 활성탄을 성형함으로써 제조되는 전기 이중층 커패시터용 전극이다. 또다른 측면은, 탄소질 재료를 활성화한 후, 수득된 활성탄을 승온에서 산으로 처리함을 포함하는 활성탄의 제조 방법이다.
도 1 은 황산으로 처리되는 탄소질 재료 BP-20 의 한 활성탄의 IR 흡광도이다.
도 2 는 황산으로 처리되는 탄소질 재료 BP-20 의 또다른 활성탄의 IR 흡광도이다.
도 3 은 10 % 질산으로 처리되는 탄소질 재료 BP-20 의 한 활성탄의 IR 흡광도이다.
도 4 는 탄소질 재료 BP-20 의 한 활성탄의 IR 흡광도이다.
도 5 는 전극이 본 발명의 활성탄으로 되어 있는 커패시터의 한 구현예의 개요를 보여주는 도면이다. 여기에서, (1) 및 (2) 는 집전부재, (3) 및 (4) 는 분극성 전극, (5) 는 세퍼레이터, 또한 (6) 은 커버를 가리킨다.
본 발명에서 사용하기 위한 탄소질 재료는 특별히 한정되지 않으며, 활성탄으로 활성화될 수 있는 임의의 모든 것일 수 있다. 예를 들어, 이에는 탄소질 코코넛 쉘, 석유계 및/또는 석탄계 피치(coal pitch), 코크스, 페놀계 수지, 폴리비닐 클로라이드 등이 포함된다. 탄소질 재료의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 이에는 예컨대 과립상, 미분상, 섬유상, 시이트상 등이 포함된다.
섬유상 또는 시이트상 탄소질 재료의 예는, 천연 셀룰로스 섬유, 예컨대 면 등; 재생 셀룰로스 섬유, 예컨대 비스코스 레이온, 폴리노직 레이온 등; 펄프 섬유; 합성 섬유, 예컨대 폴리비닐 알콜 섬유, 폴리에틸렌-비닐 알콜 섬유 등, 또한 상기 섬유들의 직포, 부직포, 필름, 펠트 및 시이트이다.
활성탄은 탄소질 재료를 활성화함으로써 제조될 수 있다. 그것의 활성을 위해, 임의의 공지된 방법들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 탄소질 재료는 산화능이 있는 화학 물질, 예컨대 염화아연, 인산, 황산, 염화칼슘, 수산화나트륨, 중크롬산칼륨, 과망간산칼륨 등 (화학적 활성화); 또는 수증기, 프로판 가스, C2O 및 H2O 의 혼합물인 연소 기체로부터 발생된 배출 가스, 이산화탄소 가스 등 (기체 활성화) 으로 활성화될 수 있다.
그러나 탄소질 재료는, 수득된 활성탄이 더 큰 정전 용량을 보증할 수 있는 알칼리 (알칼리 활성화) 로 활성화되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리 활성화를 위해, 예컨대 [Electrochemistry, 12 (1998), pp. 1311 - 1317; Carbon, 177 (1997), pp. 76 - 79] 등에 기재되어 있는 임의의 공지된 방법들을 이용할 수 있다. 알칼리에는, 예를 들어 알칼리 금속 수산화물, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨 등; 알칼리 토금속 수산화물, 예컨대 수산화칼슘, 수산화마그네슘 등이 포함된다. 특히 바람직한 것은, 수산화나트륨 및 수산화칼륨이다. 바람직하게 사용되는 알칼리의 양은 알칼리와 함께 처리되는 탄소질 재료 100 중량부를 기준으로, 0.01 내지 10 중량부이나, 공정의 조작성과 안정성 면에서 0.1 내지 10 중량부가 더욱 바람직하다.
본 발명에서, 상기와 같은 방법으로 제조된 활성탄을 승온에서 산으로 처리한다. 산에는, 예를 들어 광산, 예컨대 농축 황산, 그을리는 황산, 희석된 질산, 인산, 폴리인산, 피로인산, 메타인산 등; 술폰산, 예컨대 메탄술폰산, 에탄술폰산, 벤젠술폰산, 톨루엔술폰산 등이 포함된다. 특히 바람직한 것은 농축 황산, 인산 및 폴리인산이다. 더욱 바람직한 것은 폴리인산이다. 일반적으로 이 산들 중 하나는 단독으로 사용되나, 그것들을 산 처리를 위해 원하는 임의의 방식으로 조합할 수 있다.
탄소질 재료를 공지된 화학 활성화 또는 수증기, 프로판 가스, C2O 및 H2O 의 혼합물인 연소 기체로부터 발생된 배출 가스, 이산화탄소 가스 등 중 임의의 것을 이용한 기체 활성화에 의해 활성화하는 경우, 수득된 활성탄을 황산, 인산 등의 수용액으로 처리할 수 있다. 그 경우, 처리용 산 농도는 0.01 내지 100 중량 % 이나, 처리의 반응 효율, 조작성 및 안정성 면에서 0.1 내지 80 중량 % 가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 60 중량 % 이다. 활성탄을 희석된 질산으로 처리할 경우, 산의 수용액의 농도가 5 내지 20 중량 % 인 것이 바람직하다.
처리를 위해 사용되는 산의 양은 그것으로 처리되는 활성탄 중량의 0.01 내지 100 배이나, 처리의 반응 효율, 조작성 및 안정성 면에서 0.1 내지 50 배가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 20 배이다. 처리 온도는 사용되는 산의 형태에 따라 변화하므로, 임의로 결정될 수 없다. 그러나 바람직하게, 산 처리 온도는 활성화 온도보다 낮으나, 실온보다는 높으며, 예컨대 30 내지 500 ℃, 더욱 바람직하게는 40 내지 300 ℃ 이다. 산 처리는 공기 대기 중에서 행해지나, 바람직하게는 예컨대 안정성을 위해 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 기체 대기 중에서 행해진다. 처리는 임의의 압력 하에 행해질 수 있으나, 일반적으로 대기압 하에서 행해진다.
산 처리된 활성탄을 물에 주입하여, 그것으로부터 산을 제거한다. 그것의 물 세척은, 산 제거를 위해 충분하다. 여전히 잔존하는 과도한 산이 활성탄의 용량에 약간의 영향을 미칠 경우, 중성화를 통해 그것을 제거할 수 있다. 산을 그것으로부터 제거한 후, 활성탄을 실온에서 건조시키거나, 대기압 하 및/또는 감압 하에서 열 건조시킨다. 그러나, 활성탄이 전극으로 성형되는 경우, 이 단계에서 지나친 건조는 무의미하다. 그러므로, 이 경우, 활성탄은 그것의 전극으로서의 성능을 저해하지 않는 정도로 건조시킨다.
바람직하게, 본 발명의 활성탄은 IR(적외선) 분광측정에서 1600 내지 1800 cm-1에서 흡수 피크를 보인다. 활성탄의 IR 흡광측정을 위해, 예를 들어 분말 또는 고체 반사법, 액체 파라핀 분산법, KBr 정제법 (이후, KBr 법이라 약칭함) 을 포함한 임의의 공지된 방법을 이용할 수 있다. IR 분광측정을 위한 활성탄의 양은 IR 광선이 투과될 수 있는 한, 특별히 한정되지 않는다. 상세하게, KBr 법에서의 활성탄의 농도는 KBr 기준으로 0.001 내지 10 중량 % 일 수 있으나, 바람직하게는 0.01 내지 5 중량 %, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 2 중량 % 일 수 있다.도 1 은 이하 기술될 실시예 3 의 활성탄의 흡수 스펙트럼이고; 도 2 는 실시예 5 의 활성탄의 IR 흡수 스펙트럼이며; 도 3 은 120 ℃에서 6 시간 동안 10 % 질산으로 처리한 활성탄의 IR 흡수 스펙트럼이고; 도 4 는 산으로 처리하지 않은 페놀계 수지 (Kuraray Chemical 사의 BP-20) 의 활성탄의 IR 흡수 스펙트럼이다.
여기에서 수득되는 활성탄은 물과의 친화성이 강하다. 직접적으로 또는, 성형한 후, 그것을 물 처리기에서 물을 처리하는데 사용하여, 그것이 유리 염소, 트리할로메탄, 클로로포름 및 기타 소량의 유해 물질들을 물로부터 제거하도록 할 수 있다. 커패시터용으로, 그것을 바람직하게 전극으로 성형한다. 활성탄을 전극으로 성형하기 위해, 임의의 공지된 방법을 이용할 수 있다. 상세하게, 예를 들어 임의적으로 결합제로 잘 알려진, 수 % 이하의 시판용 폴리테트라플루오로에틸렌 등과 잘 혼합한 후, 압력 하에 몰드에서 성형하거나, 시이트로 말고, 원하는 형상을 갖는 전극으로 타출한다(찍어 낸다). 이 공정에서, 원할 경우, 활성탄을 가열할 수 있다. 그러나 너무 과하게 가열할 경우, 그것과 함께 임의 혼합된 결합제가 분해되고, 이에 부가적으로 활성탄의 표면, 예컨대 비표면적의 본질을 이루는 활성탄의 물리적 성질이 고온 열 처리로 인해 나쁜 영향을 받게 되므로, 과한 가열을 좋지 않다. 그러므로, 당연히 본 공정에 있어 온도 조건에 특별한 주의가 필요하다.
활성탄을 성형할 동안, 유전성 카본, 금속 미립자 등과 같은 유전성 물질을 거기에 첨가하여, 제조하고자 하는 전극의 저항을 낮춘다. 그와 같은 유전성 물질을 활성탄에 첨가함은, 제조하고자 하는 분극성 전극의 내부 저항성을 낮추고,전극의 체적을 줄이는데 효과적이다. 이처럼 제조된 전극은 바람직하게 실용 전기 이중층 커패시터에 장착된다. 커패시터의 한 구현예의 개요가 도 5 에 나와 있다 (거기에서, (1) 및 (2) 는 집전부재이고, (3) 및 (4) 는 본 발명의 활성탄을 함유한 분극성 전극이며, (5) 는 폴리프로필렌 부직포 등으로 이루어진 세퍼레이터이고, (6) 은 스테인레스 물질 등으로 이루어진 커버이다).
실시예
본 발명은 하기 참고실시예를 참고로 보다 상세하게 설명될 것이나, 이에 의해 본 발명의 영역이 제한되지 않도록 한다.
또한, 하기 실시예들에서의 IR 분광측정값은, 실험적 조건으로서 KBr 법을 이용하여 얻어진 것들이다. 즉, 10 mg 의 활성탄 및 1 g 의 KBr 의 혼합물을, 1 시간 동안 압착성형기기를 이용하여, 1000 kg/cm2의 압력 하에, 정제로 성형한 후, 그 정제를 적외선(IR) 분광측정법으로 분석한 것이다.
참고실시예 1 :
C2O 및 H2O 의 혼합물인 연소 기체로부터 발생된 배출 가스 대기 중에서 활성화 10 g 의 코코넛 쉘 카본 (Kuraray Chemical 사의 YP-17)을 온도계 및 교반기가 장착된 3목 플라스크에 넣고, 거기에 20 g 의 농축 황산을 첨가한다. 이에, 플라스크 내부를 질소로 치환한다. 그 내용물을 교반하면서, 플라스크를 200 ℃ 에서 가열된 오일 중탕에 넣고, 그 내용물은 2 시간 동안 교반을 유지한다. 수득된 혼합물을 500 g 의 빙수에 첨가한다. 이처럼 처리된 활성탄을 그 안에잘 분산시킨 후, 여과로 취해, 2 리터의 이온교환수로 세척한다. 이와 같이 세척한 후, 활성탄을 감압 하에 100 ℃에서 가열 건조시킨다. 그 중량은 10.7 g 이다.
참고실시예 2 :
10 g 의 석탄 피치 (ADCHEMCO 사의 PM-BL) 및 85 % 수산화칼륨을 온도계 및 교반기가 장착된 2-인치 하스텔로이(Hastelloy)제 반응기에 넣는다. 반응기 내부를 질소로 치환하고, 그 내용물을 200 ℃/시간의 가열 속도로 질소 기류 대기 중에 700 ℃ 까지 가열한다. 700 ℃에서, 이를 2 시간 동안 교반을 유지한 후, 2 시간에 걸쳐 이를 실온으로 냉각시킨다. 증류수 버블기를 통과한 질소를 반응기에 1 시간 동안 두고, 반응기 내 혼합물을 10 % 염산으로 중성화한 후, 증류수로 세척하여, 염을 제거한다. 건조 후, 6.8 g 의 피치 탄을 수득한다.
6 g 의 피치 탄을 3-목 플라스크에 넣고, 거기에 20 g 의 농축 황산을 첨가한다. 이에, 플라스크 내부를 질소로 치환한다. 그 내용물을 교반하면서, 플라스크를 200 ℃ 에서 가열된 오일 중탕에 넣하고, 그 내용물은 2 시간 동안 교반을 유지한다. 수득된 혼합물을 500 g 의 빙수에 첨가한다. 이처럼 처리된 활성탄을 그 안에 잘 분산시킨 후, 여과로 취해, 2 리터의 이온교환수로 세척한다. 이와 같이 세척한 후, 활성탄을 감압 하에 100 ℃에서 가열 건조시킨다. 이처럼 처리된 활성탄의 중량은 5.8 g 이다.
참고실시예 3 :
탄소질 페놀계 레졸 수지 (Showa Polymer 사의 BBL141B) (석탄 피치는 아님)를 참고실시예 2 와 동일한 방식으로 처리한다. 이에 4.1 g 의 산 처리된 페놀계 수지 활성탄이 수득된다.
참고실시예 4 :
50 g 의 황산 및 20 g 의 활성탄의 부직포 (Kuraray Chemical 사의 ACF)를 유리 배트 (glass vat)에 넣고, 이에 부직포를 황산 중에 실온에서 30 분간 침적 처리시킨다. 침적 처리시킨 후, 부직포를 통에서 꺼내어, 30 분간 방치하여, 그것으로부터 액체를 제거한다. 다음, 이를 질소 기류 대기 중에 15 분간 건조시킨 후, 건조로 (drier furnace) 에 15 분간 220 ℃ 가열 하, 건조시킨다. 이에 건조된 활성탄의 부직포를 200 g 의 순수 물에 넣고, 산을 그것으로부터 제거한다. 이 처리를 3 회 반복하고, 사용된 순수 물이 산성이 아님을 확인한다. 이에 처리된 부직포를 탈수시키고, 50 ℃에서 열풍 건조기에서 건조시킨 후, 동일 온도에서 10 시간 동안 더욱 진공 건조시킨다. 이처럼 황산으로 처리하고 건조시킨 활성탄의 부직포의 중량은 19.3 g 이다.
실시예 1, 비교예 1 :
참고실시예 1 에서 수득된 200 g 의 활성탄을 직경 40 mm 및 길이 90 mm 의 실린더형 컨테이너에 채운다. 한편, 유리 염소 농도 기준으로 2 ppm 의 소듐 히포클로라이트를 전 유기탄소(TOC) 농도가 2.5 ppm 인 강물에 첨가한다. 이에, 클로로포름, 브로모포름, 브로모디클로로메탄 및 디브로모클로로메탄을 각기 50 ppb, 20 ppb, 20 ppb 및 20 ppb 첨가하여, 시험용 원수를 제조한다. 이처럼 제조된 시험용 원수를 2 시간 동안 유속 공간속도(SV) 600 hr-1로 컨테이너에 통과시킨다. 이처럼 처리하여, 시험용 원수를 JIS K-0125 에 따라 분석하여, 그 안에 있는 클로로포름 양 및 4 가지 트리할로메탄의 총량을 측정한다. 그 안의 클로로포름의 양은 2 ppb 이하이고, 트리할로메탄의 총량은 8 ppb 이하이다. 비교를 위해, 동일한 시험용 원수를 산으로 처리되지 않은 코코넛 쉘 카본 (Kuraray Chemical 사의 YP-17)에 통과시키고, 상기 동일한 방식으로 분석한다. 그 안의 클로로포름의 양은 50 ppb 이고, 트리할로메탄의 총량은 90 ppb 이다.
실시예 2 :
참고실시예 1 에서 수득된 활성탄을 평균 입자 크기 5 내지 20 μ인 활성탄 분말로 분쇄한다. 80 중량 % 의 활성탄 분말, 10 중량 % 의 유전성 카본 및 10 중량 % 의 폴리테트라플루오로에틸렌의 혼합물을, 그것들을 혼련함으로써 제조한다. 그 후, 혼합물을 두께 300 ㎛ 의 시이트로 롤링하고, 직경 2 cm 의 원반형으로 타출한다. 원반을 150 ℃에서 감압 하에 4 시간 동안 건조시킨다. 이는 시이트 전극으로서 작용한다.
-80 ℃ 이하의 이슬점을 갖는 글로우 박스에서, 도 5 에 나와 있는 바와 같이, 집전 전극, 원반형 분극성 전극 시이트, 폴리프로필렌 부직포, 원반형 분극성 전극 시이트 및 집전 전극을 스테인레스 커버 상에 차례로 적층하고, 1 mol 의 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트를 함유하는 프로필렌 카르보네이트 용액으로 분극성 전극에 침투시킨다. 이에, 스테인레스 커버를 폴리프로필렌의 단열 개스켓으로 봉한다. Hioki Electric 사의 이중층 커패시터 테스터를 이용하여, 여기에서 제조된 전기 이중층 커패시터에 대해 정전 용량 측정을 위한 시험을 수행한다. 간략히, 그것을 실온에서 방출전사이클 테스트를 10회 행하며, 거기에 정전류 2.5 V 이하를 건다. 커패시터의 정전 용량의 평균값을 시험에서 수득된 방전 커브 상에 읽은 결과, 15.4 F/cc 이다.
실시예 3 내지 10, 비교예 2 내지 3 :
페놀계 수지의 활성탄 (Kuraray Chemical 사의 BP-20)을 참고실시예 1 과 같은 방식에 따라 산으로 처리한다 (실시예 3 내지 5, 7, 8 및 10). 활성탄 YP-17 도 또한 참조 실험예 1 에서와 동일한 방식에 따라 산으로 처리한다 (실시예 6 및 9). 산으로 처리하지 않은 활성탄 BP-20 및 YP-17 은 각기 비교예 2 및 3 이다. 이들에 대해 정전 용량을 시험하고, IR 분광법을 통해 분석하며, 이에 얻어진 데이터가 표 1 에 나와 있다. 실시예 3, 실시예 5, 실시예 10 및 비교예 2 의 활성탄의 IR 스펙트럼이 도 1, 2, 3 및 4 에 각기 나와 있다.
탄소질 재료 산 처리 정전 용량(F/cc) KBr법의IR피크(cm-1)
실시예 2 YP-17 황산, 200℃ x 2hr 15.4 1715
실시예 3 BP-20 황산, 200℃ x 2hr 16.7 1710
실시예 4 BP-20 황산, 100℃ x 2hr 15.8 1711
실시예 5 BP-20 황산, 250℃ x 2hr 17.1 1726
실시예 6 YP-17 폴리인산, 140℃ x 2hr 15.0 1715
실시예 7 BP-20 폴리인산, 140℃ x 2hr 16.5 1720
실시예 8 BP-20 인산, 200℃ x 2hr 15.6 1720
실시예 9 YP-17 10% 질산 수용액, 120℃ x 6hr 15.0 1720
실시예 10 BP-20 10% 질산 수용액, 120℃ x 6hr 16.5 1710
비교예 2 BP-20 비처리 14.1 1580
비교예 3 YP-17 비처리 12.7 1580
실시예 11 :
실시예 2 에서와 동일한 방식으로, 참고실시예 2 에서 처리된 피치 탄에 대해 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법을 통해 분석한다. 수득된 데이터가 표 1 에 나와 있다.
실시예 12 내지 14 :
참고실시예 2 및 3 의 탄소질 재료를 하기 표 2 에 나와 있는 조건 하에 산으로 처리한다. 이처럼 처리된 활성탄에 대해, 실시예 2 에서와 동일한 방식으로, 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법을 통해 분석한다. 수득된 데이터가 표 2 에 나와 있다.
비교예 4 및 5 :
산으로 처리하지 않은 피치 탄 및 수지 탄에 대해, 실시예 2 에서와 동일한 방식으로, 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법을 통해 분석한다. 수득된 데이터가 표 2 에 나와 있다.
탄소질 재료 산 처리 정전 용량(F/cc) KBr법의IR피크(cm-1)
실시예 11 피치 탄 황산, 200℃ x 2hr 24.0 1720
실시예 12 수지 탄 황산, 200℃ x 2hr 21.2 1715
실시예 13 피치 탄 폴리인산, 140℃ x 2hr 24.3 1718
실시예 14 수지 탄 폴리인산, 140℃ x 2hr 20.1 1720
비교예 4 피치 탄 비처리 22.0 1550
비교예 5 수지 탄 비처리 19.1 1575
실시예 15 :
참고실시예 4 에서 수득된 활성탄의 부직포를 직경 2 cm 의 원반으로 타출한다. 원반을 150 ℃에서 감압 하에 4 시간 동안 건조시킨다. 이는 시이트 전극으로서 작용한다. -80 ℃ 이하의 이슬점을 갖는 글로우 박스에서, 도 5 에나와 있는 바와 같이, 집전 전극 (2), 원반형 분극성 전극 시이트 (4), 폴리프로필렌 부직포 (5), 원반형 분극성 전극 시이트 (3) 및 집전 전극 (1) 을 스테인레스 커버 (6) 상에 차례로 적층하고, 1 mol 의 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트를 함유하는 프로필렌 카르보네이트 용액으로 분극성 전극에 침투시킨다. 이에, 스테인레스 커버를 폴리프로필렌의 단열 개스켓으로 봉한다. Hioki Electric 사의 이중층 커패시터 테스터를 이용하여, 여기에서 제조된 전기 이중층 커패시터에 대해 정전 용량 측정을 위한 시험을 수행한다. 간략히, 그것을 실온에서 방출전사이클 테스트를 10회 행하며, 거기에 정전류 2.5 V 이하를 건다. 커패시터의 정전 용량의 평균값을 시험에서 수득된 방전 커브 상에 읽은 결과, 40.1 F/g 이다. 여기에서 사용된 활성탄에 대해 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법을 통해 분석하고, 그 IR 피크가 하기 표 3 에 나와 있다.
실시예 16 :
분극성 전극을 실시예 15 와 동일한 방식으로 제조한다. 그러나 여기에서는, 활성탄의 부직포를 인산으로 처리한다. 활성탄에 대해 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법으로 분석한다. 수득된 데이터가 표 3 에 나와 있다.
실시예 17 :
분극성 전극을 실시예 15 와 동일한 방식으로 제조한다. 그러나 여기에서는, 황산으로 처리된 활성탄의 부직포를 200 ℃에서 2 시간 동안 건조시킨다. 활성탄에 대해 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법으로 분석한다. 수득된 데이터가 표 3 에 나와 있다.
비교예 6 :
분극성 전극을 산으로 처리하지 않은 활성탄의 부직포로부터 제조한다. 활성탄에 대해 정전 용량 시험을 행하고, IR 분광법으로 분석한다. 수득된 데이터가 표 3 에 나와 있다.
탄소질 재료 산 처리 정전 용량(F/g) KBr법의IR피크(cm-1)
실시예 15 ACF 황산, 220℃ x 15min 40.1 1715
실시예 16 ACF 황산, 220℃ x 15min 38.3 1718
실시예 17 ACF 황산, 200℃ x 2hr 39.2 1720
비교예 6 활성탄의 부직포 비처리 31.1 1530
본 발명에 따라, 물과의 친화성이 크고, 정전 용량이 큰 활성탄이 수득된다. 그 활성탄은 물 처리에 적합하다. 그것은, 성형 후, 커패시터용 전극으로 유리하다.
본 발명이 구체적인 구현예들을 참조로 보다 상세히 설명되었으나, 당 기술분야의 숙련가들에게 있어 본 발명의 취지 및 영역을 벗어나지 않는 한, 각종 변화 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (8)

  1. 탄소질 재료를 활성화시킨 후, 그것을 산으로 처리함으로써 제조되는 활성탄.
  2. 제 1 항에 있어서, 알칼리로 활성화되는 활성탄.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광산으로 처리되는 활성탄.
  4. 제 3 항에 있어서, 황산 또는 희석된 질산으로 처리되는 활성탄.
  5. 제 3 항에 있어서, 임의의 인산으로 처리되는 활성탄.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, IR 분광법의 IR 흡수 피크가 1600 내지 1800 cm-1의 범주 내에서 발견되는 활성탄.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 활성탄을 성형함으로써 제조되는, 전기 이중층 커패시터용 전극.
  8. 탄소질 재료를 활성화한 후, 그것을 승온에서 산으로 처리함을 포함하는 활성탄의 제조 방법.
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