KR20040106181A - 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법에 관한 것으로서, 용수중에 함유된 무기물을 제거하는 데 사용된 후 폐기되는 폐이온교환수지를 이용하여 팽창탄소를 제조하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 폐이온교환수지 10g 당 1N 염산용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 염산용액에 24시간 상온에서 침적하여 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 제거하는 단계와; 상기 무기물 제거된 폐이온교환수지를 공기 중에서 250℃의 온도로 4시간 동안 안정화시키는 단계와; 상기 안정화된 폐이온교환수지 10g당 0.5M 수산화칼륨 용액 또는 포타슘카보네이트 용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 수산화칼륨 또는 포타슘 카보네이트 용액에 4시간 함침시킨 후 질소 가스에 의한 불활성 분위기에서 700℃까지 고속 승온속도로 가열하여 30분간 유지시키는 단계를 포함하여 이루어지며, 이로써 폐기물 처리되는 폐이온교환수지를 재활용할 수 있게 하여 경비를 절감할 수 있고 환경오염을 줄일 수 있으며, 기존의 팽창탄소 제조를 위해 흑연을 황산처리하는 과정에서 발생될 수 있는 안전사고의 위험성 및 작업상의 어려움을 해소할 수 있다.
Description
본 발명은 폐이온교환수지를 재활용하여 팽창탄소를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공업 용수 및 기타 용수를 사용할 때 용수 중에 함유된무기물 성분을 제거한 뒤 폐기되는 폐이온교환수지를 이용하여 흡착성이 있고 또한 여러가지 산업체에서 충진제의 원료로 사용 가능한 팽창탄소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이온교환수지는 용수 중에 함유된 이온성 무기물을 제거하기 위해 사용되는 것으로서, 양이온을 제거하는 양이온교환수지와 음이온을 제거하는 음이온교환수지로 구분된다. 이 이온교환수지는 일정시간 사용하면 표면에 부착된 이온교환능이 소실되어서 이를 다시 재생하여 사용하고 있으나, 사용 및 재생을 일정 횟수 이상 반복하고 나면 재생능이 없어져서 폐기 처분하게 되며 이는 폐기물로서 처리되어야 한다.
그러나, 상기 이온교환수지는 고분자 물질로 이루어져 있고 상당히 많은 탄소함량을 가지고 있기 때문에 탄소재의 원료로 사용할 수 있지만, 폐이온교환수지에는 다양한 성분의 무기물이 흡착되어 있으므로 폐이온교환수지를 그대로 원료로 이용하는 경우 불순물로서 작용하기 때문에 팽창탄소를 제조하기 전에 폐이온교환수지에 함유된 불순물이 우선적으로 제거되어야 한다.
상기 폐이온교환수지에 함유된 불순물의 제거는 일반적으로 산처리에 의해 실시되는데, 1N 염산용액에 폐이온교환수지를 함침한 후 24시간 경과시키면 이온교환수지에 흡착되어 있는 무기성분은 거의 제거된다. 상기 폐이온교환수지에 흡착된 무기성분 이외에 또한 제거하여야 할 성분은 이온교환 수지의 중합체에 함유된 유황성분이 있으며 이는 가열처리에 의해 휘발시킴으로서 제거될 수 있다.
한편, 팽창탄소는 일반적으로 흑연을 황산으로 함침처리한 후 급격히 가열하여 흑연의 층간 거리를 확장시켜서 제조하는 것으로서, 이러한 팽창탄소는 가스켓의 원료로 사용하거나 압착하여 여러가지 단열제 및 고온팩킹제의 원료로 사용하고 있다.
그러나 상기와 같이 황산을 이용하여 팽창탄소를 제조하는 경우 작업상 상당히 어려운 문제점을 야기시키며 또한 물과 접촉할 때 폭발성의 위험이 있다.
또한 이러한 팽창탄소의 원료로는 지금까지 흑연만을 사용해야 한다는 제약이 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 용수중에 함유된 무기물을 제거하는 데 사용된 후 폐기되는 폐이온교환수지를 이용하여 팽창탄소를 제조할 수 있도록 함으로써, 폐기물 처리되는 폐이온교환수지를 재활용할 수 있게 하여 경비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄일 수 있고, 흑연 및 황산을 사용하지 않고도 팽창탄소를 제조할 수 있게 되어 흑연을 황산 처리하는 과정에서 발생될 수 있는 안전사고의 위험성 및 작업상의 어려움을 해소할 수 있도록 한 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조과정에서 안정화 처리하여 얻을 수 있는 이온교환수지입자를 도시하는 참고사진
도 2는 본 발명에 의한 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조과정에서 상기 도 1의 이온교환수지입자를 열처리하여 얻을 수 있는 팽창된 탄소체를 도시하는 참고사진
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의해 얻을 수 있는 탄소체의 참고사진
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의해 얻을 수 있는 탄소체의 참고사진
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 이온교환수지입자 11a : 구형 입자
11b : 팽창된 입자 12 : 팽창된 탄소체
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 1N 염산용액을 이용하여 제거한 후 상기 폐이온교환수지를 KOH 또는 K2CO30.5M의 용액에 함침하여 안정화시키고, 불활성 분위기에서 열처리하여 팽창탄소를 제조하는 공정을 포함하는 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법을 제공한다.
상기 본 발명에서 상기 팽창탄소 제조공정은, 폐이온교환수지 10g 당 1N 염산용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 염산용액에 24시간 상온에서 침적하여 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 제거하는 단계와; 상기 무기물 제거된 폐이온교환수지를 공기 중에서 250℃의 온도로 4시간 동안 안정화시키는 단계와; 상기 안정화된 폐이온교환수지 10g당 0.5M 수산화칼륨 용액 또는 포타슘카보네이트 용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 수산화칼륨 또는 포타슘 카보네이트 용액에 4시간 함침시킨 후 700℃까지 고속 승온속도로 가열하여 30분간 유지시키는 단계를 포함할 수 있으며, 특히, 상기 열처리시의 분위기는 탄소의 공기중 산화를 방지하기 위하여 질소에 의한 불활성 분위기에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조과정에서 안정화 처리 후 얻을 수 있는 이온교환수지입자(11), 및 상기 도 1의 이온교환수지입자를 열처리한 후 얻을 수 있는 팽창된 탄소체(12)를 각각 도시하는 것으로서, 본 발명은 흑연을 황산에 함침하지 않고 폐이온교환수지를 탄소의 원료로 이용하고, 황산을 대신하여 수산화칼륨 또는 포타슘카보네이트를 이용하여 묽은 용액을 만들어 폐이온교환수지를 함침시켜 열처리하여 팽창탄소를 제조하는 방법이다.
본 발명을 좀 더 상세히 설명하면, 먼저, 사용이 완료되어 폐기되는 폐이온교환수지를 폐이온교환수지 10g 당 1N 염산용액 200cc의 비율로, 상기 염산용액에 24시간 상온에서 침적하여 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 제거하고, 그 다음 이를 공기중에서 250[℃] 4시간 정도 안정화시켜 도 1과 같은 형태의 무기물 제거된 이온교환수지 입자(11)를 얻는다.
다음으로 상기 안정화된 이온교환수지입자(11)를 폐이온교환수지 10g당 0.5M 수산화칼륨 용액 또는 포타슘카보네이트 용액 200cc의 비율로, 0.5M 수산화칼륨 용액이나 포타슘카보네이트 용액에 4시간 함침시킨 후 이를 빠른 승온속도로 700[℃]까지 가열하여 약 30분간 유지시킨다. 이때 가열시의 분위기는 탄소의 공기중 산화를 방지하기 위해 질소에 의한 불활성 분위기로 실시한다.
상기 온도 및 시간에서 처리가 완료된 시료를 냉각하여 회수하게 되면, 도 2와 같이 팽창된 형태의 탄소체(12)를 제조할 수 있게 된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 의한 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법을 상세히 설명하고자 한다.
<실시예 1>
도 1에서 보이는 바와 같이 안정화가 끝난 후의 폐이온교환수지의 색은 검게 변화되어 있으며 입자(11)의 형태로 존재한다.
본 실시예 1에서는 이를 합침용액을 이용하여 합침하지 않고 곧바로 열처리를 실시하여 탄소체를 얻을 수 있었다. 도 3은 본 실시예 1에 의해 얻을 수 있는탄소체의 사진을 도시하고 있으며, 도 3의 참고사진에 도시된 바와 같이 구형인 원 재료의 형태가 그대로 남아 있는 구형 입자(11a)로서 고체형태로 존재하게 된다.
<실시예 2>
도 1에서 보이는 바와 같이 안정화가 끝난 후의 함침용액을 본 실시예 2에서는 0.5M K2CO3용액에 4시간 함침시킨 후 700℃에서 4시간 가열하여 탄소체를 얻을 수 있었다. 도 4는 본 실시예 2에 의해 얻을 수 있는 탄소체의 사진을 도시하고 있으며, 도 4의 참고사진에 도시된 바와 같이 입자가 팽창되어 서로 부풀어 오른 상태로 서로 융착되며 구형인 원 재료의 형태는 없어지고 팽창된 입자(11b)로서 고체형태로 존재하게 된다.
이상의 본 발명에 의하면, 상기 두 실시예를 통해서 알 수 있는 바와 같이 폐이온 교환수지를 이용하여 KOH, K2CO3를 이용하여 함침한 후 불활성 분위기에서 열처리한 결과 흑연 및 황산을 사용하지 않고도 팽창된 탄소체를 제조할 수 있게 됨으로써, 폐기물 처리되는 폐이온교환수지를 재활용할 수 있게 하여 경비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 흑연 및 황산을 사용하지 않고도 팽창탄소를 제조할 수 있게 되어 흑연을 황산 처리하는 과정에서 발생될 수 있는 안전사고의 위험성을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 황산 처리 작업상의 어려움을 해소할 수 있는 등의 이점이 있다.
Claims (4)
- 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 1N 염산용액을 이용하여 제거한 후 상기 폐이온교환수지를 KOH 또는 K2CO30.5M의 용액에 함침하여 안정화시키고, 불활성 분위기에서 열처리하여 팽창탄소를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 팽창탄소 제조공정은,폐이온교환수지 10g 당 1N 염산용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 염산용액에 24시간 상온에서 침적하여 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 제거하는 단계와;상기 무기물 제거된 폐이온교환수지를 공기 중에서 250℃의 온도로 4시간 동안 안정화시키는 단계와;상기 안정화된 폐이온교환수지 10g당 0.5M 수산화칼륨 용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 수산화칼륨 용액에 4시간 함침시킨 후 700℃까지 고속 승온속도로 가열하여 30분간 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 팽창탄소 제조공정은,폐이온교환수지 10g 당 1N 염산용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 염산용액에 24시간 상온에서 침적하여 폐이온교환수지에 흡착되어 있는 무기물을 제거하는 단계와;상기 무기물 제거된 폐이온교환수지를 공기 중에서 250℃의 온도로 4시간 동안 안정화시키는 단계와;상기 안정화된 폐이온교환수지 10g당 0.5M 포타슘카보네이트 용액 200cc의 비율로, 상기 폐이온교환수지를 상기 포타슘 카보네이트 용액에 4시간 함침시킨 후 700℃까지 고속 승온속도로 가열하여 30분간 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열처리시의 분위기는 탄소의 공기중 산화를 방지하기 위하여 질소에 의한 불활성 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지를 이용한 팽창탄소 제조방법.
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| KR (1) | KR100983391B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| CN109179405A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 凯瑞环保科技股份有限公司 | 一种利用废离子交换树脂制备炭化树脂的方法 |
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2003
- 2003-06-12 KR KR1020030038053A patent/KR100983391B1/ko active IP Right Grant
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| CN109179405A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 凯瑞环保科技股份有限公司 | 一种利用废离子交换树脂制备炭化树脂的方法 |
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