KR20070004228A - Adsorbent for recovering volatile organic compound and manufacturing method the same of - Google Patents

Adsorbent for recovering volatile organic compound and manufacturing method the same of Download PDF

Info

Publication number
KR20070004228A
KR20070004228A KR1020050059657A KR20050059657A KR20070004228A KR 20070004228 A KR20070004228 A KR 20070004228A KR 1020050059657 A KR1020050059657 A KR 1020050059657A KR 20050059657 A KR20050059657 A KR 20050059657A KR 20070004228 A KR20070004228 A KR 20070004228A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adsorbent
adsorption
activated carbon
microwave
gac
Prior art date
Application number
KR1020050059657A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100708331B1 (en
Inventor
최성우
김윤갑
최상기
사토로 고바야시
강훈철
Original Assignee
최성우
강훈철
최상기
김윤갑
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최성우, 강훈철, 최상기, 김윤갑 filed Critical 최성우
Priority to KR1020050059657A priority Critical patent/KR100708331B1/en
Publication of KR20070004228A publication Critical patent/KR20070004228A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100708331B1 publication Critical patent/KR100708331B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing

Abstract

An adsorbent which can prevent electric discharge of the microwave when irradiating a microwave onto a surface, an adsorbent which is easily controlled by a microwave such that the adsorbent can be promptly guided to a temperature required for thermal desorption of adsorbates, and which can improve adsorbing and desorbing efficiencies of volatile organic compounds by constantly maintaining the temperature required for thermal desorption, and a preparation method thereof are provided. An adsorbent comprises: activated carbon or mesoporous carbon; and a coating layer formed to a predetermined thickness on a surface of the activated carbon or mesoporous carbon. The coating layer is a ferritic compound. The ferritic compound is Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, gamma-Fe2O3, or Fe3O4. The coating layer is silica, talc or boron compound. The coating layer has a thickness of 10 mm or less. In an adsorbent for adsorbing volatile organic compounds from a volatile organic compound mixed gas, the adsorbent is zeolite when adsorbing the volatile organic compounds by irradiating a microwave onto the adsorbent. A method for preparing an adsorbent comprises the steps of: mixing a prescribed compound, binder and solvent to form a coating solution composition, and uniformly coating the coating solution composition to a predetermined thickness on the surface of activated carbon or mesoporous carbon; and drying and activating the coated activated carbon or mesoporous carbon.

Description

휘발성탄화수소 회수용 흡착제 및 그 제조방법{Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of}Adsorbent for recovering volatile hydrocarbons and its manufacturing method {Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of}

도 1은 본 발명에 따른 VOC 흡착 회수 장치를 통한 VOC의 흡착 회수 과정을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the adsorption recovery process of VOC through the VOC adsorption recovery apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 가열시험을 위한 실험장치의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the configuration of an experimental apparatus for a microwave heating test according to the present invention.

도 3은 도 2의 실험장치에서 반사판 거리의 변화에 따른 Ni-Zn-Ferrite의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the temperature change of Ni-Zn-Ferrite according to the change of the reflector distance in the experimental apparatus of FIG.

도 4는 도 2에 설명된 유통식 흡착장치를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the flow-through adsorption apparatus described in FIG.

도 5는 구형활성탄에서의 벤젠 흡착 등온선을 나타낸 그래프이고, 도 6은 마이크로파 조사시 온도에 따른 구형활성탄의 양을 나타낸 그래프로이다.Figure 5 is a graph showing the benzene adsorption isotherm in the spherical activated carbon, Figure 6 is a graph showing the amount of spherical activated carbon with temperature during microwave irradiation.

도 7은 코팅된 흡착제에서의 마이크로파 조사에 대한 온도 변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing temperature change for microwave irradiation in a coated adsorbent.

도 8은 Talc 분자구조를 나타낸 도면이다.8 shows a Talc molecular structure.

도 9는 마이크로파 조사에 따른 각 흡착제의 승온 속도를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the temperature increase rate of each adsorbent according to microwave irradiation.

도 10은 수분이 마이크로파 조사에 따른 SiO2/GAC 승온속도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the effect of moisture on the temperature increase rate of SiO 2 / GAC by microwave irradiation.

도 11a 및 도 11b는 GAC와 SiO2/GAC 흡착제의 방전 특성을 나타낸 그래프이다.11A and 11B are graphs showing discharge characteristics of GAC and SiO 2 / GAC adsorbents.

도 12는 흡착제 SiO2/GAC의 벤젠 흡착특성을 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing benzene adsorption characteristics of the adsorbent SiO 2 / GAC.

도 13은 페라이트 자성체에 대한 30℃~40℃(모두 자성체의 경우에도 승온속도가 안정해지는 범위)에서 마이크로파 전력과 승온속도(Heating rate)의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the relationship between microwave power and heating rate in the range of 30 ° C. to 40 ° C. (the range in which the temperature rise rate is stabilized even in the case of the magnetic material) of the ferrite magnetic body.

도 14는 Mn-Zn-F의 자화곡선을 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the magnetization curve of Mn-Zn-F.

도 15는 각 자성체의 초투자율(初透磁率)과 B-H 루프 면적(히스테리시스 곡선 면적)과의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 16은 각 자성체의 초투자율(初透磁率)과 승온속도(300W에서의)의 관계를 나타낸 그래프이다.Fig. 15 is a graph showing the relationship between the initial permeability of each magnetic body and the BH loop area (hysteresis curve area), and Fig. 16 shows the initial permeability and heating rate of each magnetic body at 300W. ) Is a graph showing the relationship.

도 17a, 도 17b, 도 17c는 각각 GAC, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 온도변화에 따른 방전효과를 나타낸 그래프이다.17A, 17B, and 17C are graphs illustrating discharge effects according to temperature changes when microwaves are irradiated to GAC, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 18은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 온도변화를 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing temperature change when microwaves are irradiated to Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 19a 및 도 19b는 자성 물질 코팅의 균일성과 함량이 영향을 미치는 정도를 나타낸 그래프이다.19A and 19B are graphs showing the degree of influence of uniformity and content of magnetic material coating.

도 20은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 승온 속도를 나타낸 그래프이다.20 is a graph showing the temperature increase rate when microwaves are irradiated to Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 21은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 벤젠 흡착 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing benzene adsorption characteristics when microwaves are applied to Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 22는 제올라이트의 파과 곡선을 나타낸 그래프이다.22 is a graph showing the breakthrough curve of zeolite.

도 23은 통상의 흡착조작에서 마이크로파를 조사한 결과 벤젠과 물의 출구 농도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 23 is a graph showing changes in outlet concentrations of benzene and water as a result of microwave irradiation in a conventional adsorption operation.

도 24는 마이크로파 조사시 흡착 단계를 나타낸 개략도이다.24 is a schematic diagram showing the adsorption step during microwave irradiation.

도 25는 마이크로파 전력과 벤젠 흡착량과의 관계를 나타낸 그래프이다.25 is a graph showing the relationship between microwave power and benzene adsorption amount.

도 26은 마이크로파 전력과 상대 흡착량(Qta/Qw)과의 관계를 나타낸 그래프이다.Fig. 26 is a graph showing the relationship between the microwave power and the relative adsorption amount (Qta / Qw).

도 27은 코팅전의 흡착제와 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 코팅후의 흡착제에 마이크로파를 조사하였을 경우를 나타낸 그래프이다.FIG. 27 is a graph showing a case where microwave is irradiated to the adsorbent before coating and the adsorbent after coating in the preferred embodiment of the present invention.

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로파에 의한 제어가 용이하여 VOC에 대한 흡탈착 효율이 우수한 VOC 회수용 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorbent and a method for producing the same, and more particularly, to an adsorbent for recovering VOC excellent in adsorption and desorption efficiency with respect to VOC and a method for producing the same, which are easily controlled by microwaves.

[종래 기술][Prior art]

오존층 파괴물질로 알려진 할로카본(Halocarbons)과 결부된 대기 중 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 'VOC'라함)에 대한 최근 국제적 인식은 미량의 휘발성 유기물질이 대기 중에 존재하여 인체에 독성을 나타내고, 광화학 스모그를 발생시키는 매개체로 작용하는 점 등으로 인해 점차 관심이 고조되어 가고 있다. VOC의 대표적 물질로는 지방족 탄화수소(Alipathic HC), 방향족 탄화수소(Aromatic HC), 할로겐화 탄화수소(Halogenated HC), 케톤(Ketones), 알데히드(Aldehydes), 글리콜(Glycols), 에테르(Ethers), 에폭시드(Epoxides), 페놀(Phenols) 등이 있으며, 현재 배출원에서 배출되고 있는 VOC 중 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소가 주종을 이루며 전체 VOC의 70%를 차지하고 있다.Recent international recognition of Volatile Organic Compounds (VOCs) associated with halocarbons, known as ozone depleting substances, is toxic to humans due to the presence of trace volatile organics in the atmosphere. Increasingly, attention is increasing due to the fact that it acts as a medium for generating photochemical smog. Typical substances of VOC include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, ketones, aldehydes, glycols, ethers and epoxides. Epoxides, phenols, etc. are the major VOC emissions from the current sources, including aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons and halogenated hydrocarbons, accounting for 70% of the total VOC.

VOC는 여러 경로를 통해서 대기로 방출되는데, 각종 산업공정에서 유기용매로 사용되어, 그 과정 중에서 주로 방출되며, 이외에 자동차 배출가스, 소각로, 쓰레기, 폐수처리시설, 일반 가정의 연소과정에서 유출된다. 인체에 직접적 유해성은 크지 않으나, 대기 중에서 질소산화물의 광분해반응에 직접 관여하여, 오존과 알데히드류와 같은 이차적인 산화성 물질(Oxidants)의 생성을 유발하는 광화학스모그의 기인자(Photochemical Smong Precusor)로서의 환경오염 문제를 안고 있다.VOCs are released into the atmosphere through various paths, which are used as organic solvents in various industrial processes, and are mainly released during the process. In addition, VOCs are emitted during the combustion of automobile exhaust gas, incinerators, waste, wastewater treatment facilities and general households. Although not directly harmful to the human body, the environment as a Photochemical Smong Precusor, which is directly involved in the photolysis reaction of nitrogen oxides in the atmosphere, causing the generation of secondary oxidants such as ozone and aldehydes. There is a pollution problem.

이같이 환경오염 문제를 안고 있는 VOC 제거를 위한 기술적 대책으로는 분리회수·재사용하는 방법과 무해화처리(분해)하는 방법이 있다. 여기서 무해화처리(분해)의 경우에 이용가능한 기술은 열소각, 촉매소각, 생물 여과 등이 있으며, 열소각의 경우 높은 온도를 필요로 하기 때문에 충분한 연료의 양이 요구되며 NOx와 같은 2차 연소 생성물에 의한 재오염 등의 문제가 발생할 수 있고, 촉매 시스템을 이용할 경우 촉매 활성화 온도를 유지하기 위해 보일러를 이용하는 촉매 가열장치가 요구됨으로 이에 따른 상당한 에너지 손실을 감수하고 있으며 고온 열화에 의한 촉매의 수명단축이 문제가 되고 있다.The technical measures to remove VOCs with environmental pollution problems include separation recovery, reuse, and detoxification. Here, available technologies for detoxification (decomposition) include thermal incineration, catalytic incineration, biofiltration, etc., and thermal incineration requires a high temperature, so a sufficient amount of fuel is required and secondary combustion such as NOx is required. Problems such as recontamination by the product may occur, and in case of using a catalyst system, a catalytic heating device using a boiler is required to maintain the catalyst activation temperature. Shortening is a problem.

이에 분리 회수(흡착회수를 이용한 재이용) 방법이 유용한 해결방안의 하나로 제시되고 있는데, 흡착원리를 이용한 흡착공정은 중소규모 공정을 대상으로 적은 투자비와 에너지 비용, 적절한 흡착제의 선택에 의해 고순도의 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다.Therefore, the separation recovery (reuse using adsorption) method has been suggested as one of the useful solutions.The adsorption process using the adsorption principle uses high-purity products by selecting a small amount of investment cost, energy cost, and appropriate adsorbent. There is an advantage that can be obtained.

VOC 회수를 위해 일반적으로 사용되는 활성탄 흡착법은 활성탄을 재생하기 위해 스팀이나 더운 공기(이하, 수증기) 또는 더운 질소를 사용할 경우, 많은 시간이 소요되고 재생횟수에 따라 흡착효율 감소 및 재생 비용의 문제점을 내포하고 있다.The activated carbon adsorption method commonly used for VOC recovery takes a lot of time when steam, hot air (hereinafter, steam) or hot nitrogen is used to recover the activated carbon. It is implicated.

또한, 활성탄의 흡착능 저하로 인한 교환과 교환된 활성탄의 후처리 등의 문제, 사용한 열원(수증기)의 폐수처리가 필요한 문제점이 있었다.In addition, there are problems such as exchange and post-treatment of activated carbon exchanged due to deterioration of adsorption capacity of activated carbon, and wastewater treatment of a used heat source (steam).

따라서, 폐수처리를 필요로 하지 않으며 compact하고 조작이 간단하고 비용이 절감되는 기술개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a technology that does not require wastewater treatment, is compact, simple to operate, and low in cost.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요에 따라 안출된 것으로, 표면에 마이크로파 조사시, 마이크로파의 방전을 방지할 수 있는 흡착제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in accordance with the necessity as described above, and an object of the present invention is to provide an adsorbent and a method for producing the same, which can prevent the discharge of microwaves when the surface is irradiated with microwaves.

또한, 마이크로파에 의한 제어가 용이하여, 흡착질의 열탈착에 필요한 온도로 빠른 시간내에 유도할 수 있고, 열탈착에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있어, VOC에 대한 흡탈착 효율을 향상시킬 수 있는 흡착제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is easy to control by microwave, can be induced to the temperature required for the thermal desorption of the adsorbate in a short time, the temperature required for the thermal desorption can be kept constant, and the adsorbent that can improve the adsorption and desorption efficiency for VOC and its It is an object to provide a manufacturing method.

상기한 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명의 일측면은,One aspect of the invention,

활성탄 등 및 상기 활성탄 등의 표면에 소정 두께로 형성된 코팅층을 포함하는 흡착제를 제공한다.It provides an adsorbent including activated carbon and the like and a coating layer formed on a surface of the activated carbon to a predetermined thickness.

또한, 상기 활성탄 등은 활성탄 또는 메조포러스 탄소 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the activated carbon is characterized in that any one of activated carbon or mesoporous carbon.

또한, 상기 코팅층은 페라이트계 화합물인 것을 특징으로 한다.In addition, the coating layer is characterized in that the ferrite compound.

또한, 상기 페라이트계 화합물은 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe2O3 및 Fe3O4 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the ferrite compound is characterized in that any one of Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 .

또한, 상기 코팅층은 실리카, 활석 및 붕소 화합물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the coating layer is characterized in that any one of silica, talc and boron compounds.

또한, 상기 코팅층의 두께는 10mm 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the coating layer is characterized in that less than 10mm.

다른 바람직한 실시예는, VOC 혼합 가스에서 VOC를 흡착하는 흡착제에 있어서, 상기 흡착제에 마이크로파를 조사하여 상기 VOC를 흡착하는 경우, 상기 흡착제 는 제올라이트인 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment, in the adsorbent for adsorbing VOC in a VOC mixed gas, when adsorbing the VOC by irradiating microwaves to the adsorbent, the adsorbent is zeolite.

또한, 상기 제올라이트를 통한 흡착 과정은 유전계수가 큰 물질은 작은 물질보다 탈착이 빨리 일어나고 탈착된 공간에 유전계수가 작은 물질이 흡착될 수 있어 흡착과 탈착이 동시에 진행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the adsorption process through the zeolite is characterized in that the adsorption and desorption are simultaneously carried out as the material having a high dielectric constant can be desorbed faster than the smaller material and the material having a low dielectric constant can be adsorbed in the desorbed space.

본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the invention,

흡착제를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing the adsorbent,

소정의 화합물, 바인더 및 용매를 혼합하여 코팅액 조성물을 형성하고, 상기 코팅액 조성물로 활성탄 등의 표면에 소정 두께로 균일하게 코팅하는 단계와,Mixing a predetermined compound, a binder and a solvent to form a coating liquid composition, and uniformly coating the surface of activated carbon or the like with a predetermined thickness with the coating liquid composition;

상기 코팅된 활성탄 등을 건조 및 활성화하는 단계를 포함하는 흡착제의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing an adsorbent comprising the step of drying and activating the coated activated carbon.

또한, 상기 활성탄 등은 활성탄 또는 메조포러스 탄소 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the activated carbon is characterized in that any one of activated carbon or mesoporous carbon.

또한, 상기 소정의 화합물은 페라이트계 화합물인 것을 특징으로 한다.In addition, the predetermined compound is characterized in that the ferrite compound.

또한, 상기 페라이트계 화합물은 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe2O3 및 Fe3O4 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the ferrite compound is characterized in that any one of Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 .

또한, 상기 소정의 화합물은 실리카, 활석 및 붕소 화합물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the predetermined compound is characterized in that any one of silica, talc and boron compounds.

또한, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 졸-겔 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the adsorbent coated with silica is characterized in that it is prepared by the sol-gel method.

또한, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 TEOS를 에탄올에 용해시키는 단계와, 상기 단계에서 용해후 아세트산과 물을 혼합하여 침척시키는 단계와, 상기 침척 후 실온에서 2일간 가수분해 및 축중합이 일어나게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the silica-coated adsorbent is a step of dissolving TEOS in ethanol, the step of dissolving the mixture of acetic acid and water after dissolution in the step, and the step of causing hydrolysis and condensation polymerization at room temperature after the infiltration for 2 days Characterized in that it comprises a.

또한, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 110℃에서 5시간 건조한 후 300℃에서 소성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the silica-coated adsorbent is characterized in that it further comprises the step of calcining at 300 ℃ after drying for 5 hours at 110 ℃.

또한, 상기 붕소인 경우에는 질화붕소를 스프레이 방법으로 상기 활성탄 등에 코팅하여 흡착제를 제조하는 것을 특징으로 한다.In the case of the boron, it is characterized in that the adsorbent is prepared by coating boron nitride with the activated carbon in a spray method.

또한, 상기 활석의 경우에는 Mg3(Si4O10)(OH)2에 바인더를 첨가하여 물리적인 방법으로 상기 활성탄에 코팅하여 흡착제를 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the case of talc, a binder is added to Mg 3 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 to coat the activated carbon by a physical method to prepare an adsorbent.

또한, 소정 두께는 10mm 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the predetermined thickness is characterized in that 10mm or less.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 VOC 흡착 회수 장치(100)를 통한 VOC의 흡착 회수 과정을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the adsorption recovery process of VOC through the VOC adsorption recovery apparatus 100 according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 VOC 흡착 회수 장치(100)는 대기에서 방출되는 VOC를 포함하는 오염 공기(이하, VOC 혼합 가스)에서 VOC를 흡착하여 청정 공기(오염 공기에서 VOC 제거된 공기)만 배출하는 흡착 회수부(110)와, 상기 흡착 회수부(110)를 통해 흡착된 VOC가 탈착 회수되도록 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사부(120)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the VOC adsorption recovery apparatus 100 according to the present invention adsorbs VOC from contaminated air (hereinafter referred to as VOC mixed gas) including VOCs emitted from the atmosphere to remove VOC from clean air (polluted air). Adsorption recovery unit 110 for discharging only the air) and a microwave irradiation unit 120 for irradiating microwaves so that the VOC adsorbed through the adsorption recovery unit 110 is desorbed and recovered.

여기서, 마이크로파 조사부(120)는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발진관(Microwave Generator)(미도시)과, 상기 마이크로파 발진관을 통해 발생된 마이크로파를 흡착 회수부(110)에 전달하는 도파관(Wave Guide)(미도시)을 포함한다.Here, the microwave irradiation unit 120 is a microwave generator (Microwave Generator) (not shown) for generating a microwave, and a waveguide (Wave Guide) for delivering the microwave generated through the microwave oscillation tube to the adsorption recovery unit 110 ( Not shown).

또한, 마이크로파 조사부(120)를 통해 흡착 회수부(110)에 마이크로파 조사시 외부로 마이크로파가 누출되는 것을 방지하기 위해 마이크로파 차폐시설(미도시)이 설치되는데, 상기 흡착 회수부(110)가 도파관 상에 설치되어 마이크로파의 외부 누출을 방지할 수 있다.In addition, a microwave shielding facility (not shown) is installed to prevent the leakage of microwaves to the outside during the microwave irradiation to the adsorption recovery unit 110 through the microwave irradiation unit 120, the adsorption recovery unit 110 is installed on the waveguide It can be installed at the side to prevent external leakage of microwaves.

또한, 마이크로파 조사부(120)에서 사용되는 마이크로파는 공업 용도로 사용되는 ISM(Industrial Scientific Medical) 주파수대로서, 이 주파수대는 915±25MHz, 2450±50 MHz, 5800±70 MHz, 24125±125 MHz 가 해당될 수 있으며, 주로 마이크로파 가열시에는 2450±50 MHz 주파수대가 이용될 수 있다.In addition, the microwave used in the microwave irradiation unit 120 is an Industrial Scientific Medical (ISM) frequency band used for industrial purposes, and this frequency band may correspond to 915 ± 25 MHz, 2450 ± 50 MHz, 5800 ± 70 MHz, and 24125 ± 125 MHz. In the case of microwave heating, the 2450 ± 50 MHz frequency band may be used.

또한, 흡착 회수부(110)는 기존의 두개의 흡착탑이 병렬로 구성되는 것과 달리, 하나의 원통형 또는 U자형 형태의 흡착관 또는 하나의 흡착탑(이하, 단일탑)으로 구성될 수 있다.In addition, unlike the conventional two adsorption towers are configured in parallel, the adsorption recovery unit 110 may be composed of one cylindrical or U-shaped adsorption tube or one adsorption tower (hereinafter, single tower).

또한, 흡착 회수부(110)의 내부에는 VOC 흡착을 위한 흡착제(112)가 형성되어 있다.In addition, the adsorbent 112 for VOC adsorption is formed inside the adsorption recovery unit 110.

이와 같이 구성된 마이크로파를 이용한 VOC 흡착회수 장치에서는 흡착 회수부(110)에 마이크로파 조사부(120)에 의한 소정시간의 마이크로파 조사가 이루어지면, 흡착제(112)를 통해 흡착된 흡착질(VOC)이 탈착되는데, 청정 공기는 외부로 배 출되고, 유해 성분만 남아 회수되게 된다.In the VOC adsorption recovery apparatus using microwaves configured as described above, when microwave irradiation is performed by the microwave irradiation unit 120 on the adsorption recovery unit 110, the adsorbent (VOC) adsorbed through the adsorbent 112 is desorbed. Clean air is discharged to the outside and only harmful components remain.

마이크로파에 의한 가열시험은 도 2에 도시된 실험장치(200)에 의해 행해지는데, 실험장치(200)는 일반적인 유통식 흡착장치에 마이크로파 조사장치를 부착한 형태이다.The heating test by microwaves is performed by the experimental apparatus 200 shown in FIG. 2, which is a form in which a microwave irradiation apparatus is attached to a general flow-through adsorption apparatus.

가스공급장치(270)를 통해 공급되는 시료(VOC 혼합 물질)는 흡착관(220)에 충진되는데, 흡착관(220)은 석영제의 내경 8㎜의 U자관으로 구성된다.The sample (VOC mixed material) supplied through the gas supply device 270 is filled in the adsorption tube 220. The adsorption tube 220 is composed of a U-shaped tube having an inner diameter of 8 mm made of quartz.

또한, 흡착관(220)내의 흡착제가 형성된 영역(흡착층)(221)이 형성되어 있다.In addition, a region (adsorption layer) 221 in which the adsorbent is formed in the adsorption tube 220 is formed.

또한, 마이크로파 발진관(210)은 2.45GHz, 최대출력 1.2kW의 마그네트론 관을 사용하며, 마이크로파는 발진관(210)으로부터 도파관(212)을 통하여 도입되었으며, 도파관(212) 중간에 흡착관(220)을 설치한다.In addition, the microwave oscillation tube 210 uses a magnetron tube of 2.45 GHz and a maximum output of 1.2 kW, and the microwave is introduced through the waveguide 212 from the oscillation tube 210 and the adsorption tube 220 in the middle of the waveguide 212. Install).

또한, 입사력과 반사력을 정확하게 측정하기 위해 도파관(212)과 결합기(251)로 연결된 계측기(μwave power meter)(250)가 사용되며, 흡착층(221) 중앙부에는 마이크로파의 영향을 받지 않는 광화이버 온도계(Fiberoptic thermometer)(240)를 설치하여 흡착층(221) 내부온도를 측정한다.In addition, a microwave power meter 250 connected to the waveguide 212 and the coupler 251 is used to accurately measure the incident force and the reflecting force, and the light in the center of the adsorption layer 221 is not affected by microwaves. A fiberoptic thermometer 240 is installed to measure the internal temperature of the adsorption layer 221.

또한, 흡착제의 방전을 확인하기 위해 흡착관(220)에 포토멀티플라이어(Photomultiplier)(231) 및 증폭기(amplifier)(232)를 부착하여 오실로스코프(Digital real time Oscilloscope)(233)으로 방전 피이크를 확인한다.In addition, a photomultiplier 231 and an amplifier 232 are attached to the adsorption tube 220 to confirm the discharge of the adsorbent, and the discharge peak is confirmed by the digital real time oscilloscope 233. do.

또한, VOC 흡착 회수 검사부(280)를 이용하여 흡착관(220)을 통과한 출구가스의 VOC 농도를 측정한다.In addition, the VOC adsorption recovery inspection unit 280 is used to measure the VOC concentration of the outlet gas passing through the adsorption tube 220.

또한, 자성체의 자화곡선이나 보자력 등의 물리적 성질을 측정하기 위해서 자기특성장치인 진동시료형 자력계(미도시)가 사용될 수 있다.In addition, a vibration sample magnetometer (not shown), which is a magnetic characteristic device, may be used to measure physical properties such as magnetization curve or coercive force of the magnetic material.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 장치에서 에너지 효율을 높이기 위하여 마이크로파가 집중되는 위치를 도파관의 끝 부분에 위치한 반사판(215)을 조정하여 온도의 변화를 조사하면 가장 효율이 높은 상태를 파악할 수 있다. 시료를 Ni-Zn-F를 2.1245g을 넣고 반사판을 변화시키면서 시료의 온도변화를 조사하면, 그 결과는 도 3에 도시된다.As shown in Figure 2, in order to increase the energy efficiency in the present device by adjusting the reflector plate 215 located at the end of the waveguide at the position where the microwave is concentrated can be determined the state of the highest efficiency. . When the sample was subjected to 2.1245 g of Ni-Zn-F and the temperature change of the sample was examined while changing the reflecting plate, the result is shown in FIG.

반사판을 10mm 정도 앞으로 주입하였을 경우에 가장 높은 온도를 나타내지만흡수율이 마이너스를 나타내는데, 이는 마이크로파의 출력량과 반사판에 반사되는 량이 합쳐져서 시료에 흡수된다는 것을 의미한다.When the reflecting plate is injected about 10mm forward, the highest temperature is shown, but the absorption rate is negative, which means that the amount of microwave output and the amount reflected by the reflecting plate are combined and absorbed by the sample.

대체로 반사율이 높아 흡수파에 관련된 정확한 메카니즘을 확인하는데는 문제점을 내포하고 있으므로 마이크로파의 반사량을 없애기 위하여 도파관 끝에 물을 흘리는 장치(수로)(260)를 부착하여 실험한다. 이 경우 시료를 지나간 마이크로파는 물에 의해 전부 흡수되어 반사되는 마이크로파를 줄일 수 있다.In general, since the reflectance is high and includes a problem in confirming an accurate mechanism related to the absorbed wave, an experiment is performed by attaching a device (water channel) 260 for flowing water at the end of the waveguide to remove the amount of microwave reflection. In this case, the microwaves passing through the sample can reduce the microwaves absorbed and reflected by the water.

한편, 흡착제로는 흡착제의 상용 담체로 사용되는 활성탄(activated carbon)이 사용될 수 있다.Meanwhile, as the adsorbent, activated carbon used as a commercial carrier of the adsorbent may be used.

VOC는 일반적으로 활성탄 등에 잘 흡착되지만, 활성탄 등의 경우 VOC 탈착시 마이크로파를 조사하면, 방전과 급격한 온도상승을 일으키므로, 이로부터 흡착물질이 반응에 의해 2차 오염물질을 발생시킬 수 있다.In general, VOC is well adsorbed on activated carbon, but in the case of activated carbon or the like, irradiation with microwaves during VOC desorption causes rapid temperature rise with discharge, whereby the adsorbent can generate secondary pollutants by reaction.

따라서, 흡착제는 흡탈착 효율이 우수하면서도 마이크로파에 의한 제어가 용 이하여야 하므로, 마이크로파 유전율이 우수하여 전기화학적으로 안정된 흡착제여야 한다.Therefore, the adsorbent should be easy to control by microwave while excellent in adsorption and desorption efficiency, it should be an electrochemically stable adsorbent with excellent microwave dielectric constant.

이하에서, 마이크로파를 이용한 VOC 흡착회수장치에서 유용한 흡착제 및 그 제조방법에 대해 살펴본다.Hereinafter, the useful adsorbent in the VOC adsorption recovery apparatus using microwaves and a method of manufacturing the same will be described.

또한, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.In addition, preferred embodiments are presented to aid in understanding the present invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[실시예1] 실리카, 활석 및 붕소를 코팅한 흡착제Example 1 Adsorbent Coated with Silica, Talc and Boron

이하에서, 흡착제로서 주로 사용되는 활성탄에서의 마이크로파 흡착 특성을 알아보고, 실리카(SiO2), 활석(Talc) 및 붕소(Boron)로 이루어진 군에선 선택된 1종의 화합물로 코팅된 활성탄에서의 마이크로파 흡착 특성을 알아본다.In the following, the microwave adsorption characteristics of activated carbon mainly used as adsorbents were examined, and the microwave adsorption characteristics of activated carbon coated with one compound selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), talc and boron (Boron) Find out.

도 4는 도 2에 설명된 유통식 흡착장치의 일예로서, 흡착제로는 구형활성탄(GAC: Granular Activated Carbon)을 사용하고, Cahn Balance를 이용하여 상온(25℃)의 조건에서 흡탈착 실험을 행한다.FIG. 4 is an example of the flow-type adsorption apparatus described in FIG. 2, and the adsorption and desorption experiment is performed under conditions of normal temperature (25 ° C.) using spherical activated carbon (GAC), and Cahn Balance. .

여기서, 사용한 GAC의 비표면적은 724㎡/g 이며, 흡착질가스는 헬륨가스로 농도 조절한 530ppm 벤젠가스를 사용하고, 수분이 10,000ppm인 이성분계 가스를 사용한다.Here, the specific surface area of the used GAC is 724 m 2 / g, the adsorbate gas is 530ppm benzene gas concentration adjusted to helium gas, and a binary gas of 10,000ppm moisture is used.

또한, 유로부는 가스유량계(MFC: Mass Flow Controller)로 가스 유량을 조절하며, 수분의 농도는 일정한 온도를 유지하는 새츄레이터(saturator)를 통하여 수 증기압에 해당하는 양만큼 유입되도록 하며, 벤젠과 수분은 혼합관(mixing chamber)에서 잘 혼합되어 흡착관으로 유입되게 하며, 가스 출구에서는 열선을 감아 100℃ 정도를 유지하도록 하여 탈착물이 응축되지 않도록 한다.In addition, the flow path unit adjusts the gas flow rate with a gas flow meter (MFC), and the concentration of water is introduced into the water vapor pressure through a saturator maintaining a constant temperature, benzene and water. The silver is mixed well in the mixing chamber (mixing chamber) to be introduced into the adsorption tube, and the gas outlet is wound around the hot wire to maintain about 100 ℃ to prevent condensate from being condensed.

흡착관은 유전손실이 아주 작은 석영제로서 내경 8mm의 U자관을 사용하고, 내부에 흡착제로서 구형활성탄을 충진하며, 석영 흡착관을 테프론으로 제작된 항온조에 넣고 유전손실이 적은 프레온 액체를 냉매로 흘려 흡착층 온도를 제어한다.The adsorption tube is made of quartz with very low dielectric loss and uses a U-shaped tube with an inner diameter of 8 mm, and is filled with spherical activated carbon as an adsorbent. The quartz adsorption tube is placed in a thermostat made of Teflon. Flow to control the adsorption bed temperature.

흡착실험에 앞서 전처리과정으로 150℃에서 2시간 정도 He 분위기에서 탈기를 하고, 흡착실험은 Cahn Balance의 볼(Ball)(시료를 담는 반구형의 접시)에 흡착제를 50mmg 올려놓은 다음 벤젠을 새츄레이터에 충진하고 N2 가스를 이용하여 Cahn Balance로 흘려준다. 이 때, N2 의 유량은 100㎖/min 정도며, 흡착을 시작하기 전에 무게 안정화가 이루어진 후 무게 변화가 없는 상태에서 벤젠을 흡착반응기내로 유입시켜 파과에 도달할 때까지 흡착을 하였으며, 이 때 흡착층 외측에 냉매를 흘려 흡착층 온도를 조절한다.Prior to the adsorption experiment, degassing in a He atmosphere at 150 ° C for 2 hours as a pretreatment process.For the adsorption experiment, 50mmg of adsorbent was placed on a ball (a hemispherical dish containing a sample) of Cahn Balance, and then benzene was placed on a separator. Fill and flow into Cahn Balance using N 2 gas. At this time, the flow rate of N 2 was about 100 ml / min, and the adsorption was performed until the breakthrough was reached by introducing benzene into the adsorption reactor in the state of no weight change after stabilization of weight before the adsorption started. When the refrigerant flows outside the adsorption layer to control the temperature of the adsorption layer.

탈착실험은 흡착실험을 통하여 흡착제가 파과에 도달한 시점에서 마이크로파를 1.6℃/min 승온속도로 300℃까지 가열될 때까지 일정시간 조사한 후 정지시키고, 수분의 출구농도가 입구농도와 같아질 때까지 계속 가스를 유입시키면서 출구 농도를 연속적으로 분석하고 온도변화를 기록한다. 이때, 흡착량과 탈착량은 Cahn Balance로 측정한 무게변화량으로 계산한다.Desorption experiment was stopped after irradiating microwave for a certain time until adsorbent reached breakthrough through adsorption experiment until it heated up to 300 ℃ at 1.6 ℃ / min heating rate and until the outlet concentration of water was equal to the inlet concentration. Continuously analyze the outlet concentration and record the temperature change as the gas continues to flow. At this time, the amount of adsorption and the amount of desorption are calculated by the weight change measured by Cahn Balance.

마이크로파 흡착장치에서의 실험조작은 다음 순서로 행한다. 즉, 흡착제가 충전된 흡착관에 He을 흘리면서 가열을 행하여 흡착해 있던 수분과 불순물을 탈착시킨다. 흡착관에 흡착가스를 유입시켜 파과에 도달할 때까지 흡착을 행한다. 이때 흡착층 외측에 냉매를 흘려 흡착층 온도를 조절한다. 파과에 도달한 시점에서 마이크로파를 조사하는데, 마이크로파를 적당한 시간동안 조사한 후 정지시키고, 수분의 출구농도가 입구농도와 같아질 때까지 계속 가스를 유입시킨다. 출구농도를 연속적으로 분석하고 온도 변화를 기록한다.Experimental operation in the microwave adsorption apparatus is performed in the following procedure. That is, heating is performed while flowing He in the adsorption tube filled with the adsorbent to desorb the adsorbed moisture and impurities. Adsorption gas is introduced into the adsorption tube and adsorption is performed until it reaches breakthrough. At this time, the refrigerant flows outside the adsorption layer to adjust the adsorption layer temperature. When the breakthrough is reached, the microwave is irradiated. The microwave is irradiated for a suitable time and then stopped, and gas is continuously introduced until the outlet concentration of the water is equal to the inlet concentration. Analyze the outlet concentration continuously and record the temperature change.

이와 같은 흡착실험을 통한 실험 결과를 도 5 및 도 6에 도시된다.Experimental results through such adsorption experiments are shown in FIGS. 5 and 6.

도 5는 구형활성탄에서의 벤젠 흡착 등온선을 나타낸 그래프로서, 벤젠이 구형활성탄에 잘 흡착됨을 보여준다. 즉, 소수성인 벤젠에 대해 구형활성탄은 흡착 표면적이 크며 활성탄 미세세공의 양 및 배기가스 중의 벤젠의 분압 즉 포화증기압의 비가 증가함에 따라 흡착능이 증가하는 것을 알 수 있다.5 is a graph showing benzene adsorption isotherms in spherical activated carbon, showing that benzene is well adsorbed on spherical activated carbon. That is, spherical activated carbon has a large adsorption surface area for hydrophobic benzene, and the adsorption capacity increases as the amount of activated carbon micropores and the partial pressure of benzene in the exhaust gas, that is, the ratio of saturated steam pressure, increase.

도 6은 마이크로파 조사시 온도에 따른 구형활성탄의 양을 나타낸 그래프로서, 구형활성탄의 경우 마이크로파를 연속적으로 조사하면 온도상승 때문에 연소하게 됨을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing the amount of spherical activated carbon according to temperature during microwave irradiation. In the case of spherical activated carbon, continuous irradiation of microwaves causes combustion of the spherical activated carbon.

즉, 마이크로파 조사를 통해 온도를 서서히 증가시키면, 구형활성탄의 무게감소가 나타나는데, 100℃ 부근에서는 수분의 탈리에 의한 무게 감소이고, 400℃ 정도에서 서서히 연소하기 시작하여 700℃ 정도에서 완전히 연소한다.In other words, if the temperature is gradually increased through microwave irradiation, the weight of spherical activated carbon is decreased. In the vicinity of 100 ° C, the weight decreases due to the desorption of water.

이와 같이, 구형활성탄은 활성탄 입자 주위 전계의 집중으로부터 방전이 일어나 국소가열 및 분해의 가능성이 있기 때문에 방전효과가 없는 흡착제의 개발이 중요하다.As described above, since spherical activated carbon is discharged from concentration of an electric field surrounding activated carbon particles, there is a possibility of local heating and decomposition, so it is important to develop an adsorbent having no discharge effect.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡착제는 활성탄의 표면에 소정 두께로 형성된 코팅층을 포함한다.Therefore, the adsorbent according to the preferred embodiment of the present invention includes a coating layer formed to a predetermined thickness on the surface of the activated carbon.

또한, 상기 코팅층은 실리카(SiO2), 활석(Talc), 붕소(Boron) 화합물로 이루어진 비자성체 군에서 선택되는 1 종 이상이다.In addition, the coating layer is at least one member selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), talc (Talc), and boron (Boron) compound.

도 7은 코팅된 흡착제에서의 마이크로파 조사에 대한 온도 변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing temperature change for microwave irradiation in a coated adsorbent.

도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로파 출력이 증가할 수록 구형활성탄의 경우 직선적으로 온도가 상승하는데, 이것은 구형활성탄이 마이크로파에 대한 유전율이 높아 마이크로파의 흡수율이 우수하기 때문이다.As shown in FIG. 7, as the microwave output increases, the temperature of the spherical activated carbon increases linearly, since the spherical activated carbon has a high dielectric constant with respect to microwaves and thus has excellent microwave absorption rate.

또한, 실리카(SiO2)를 코팅한 흡착제가 GAC 다음으로 온도가 높았으며, Talc/GAC는 출력을 증가시켜도 온도상승이 좀처럼 일어나지 않았다. 낮은 마이크로파 출력으로 벤젠이 탈착 할 수 있는 온도까지 승온되는 것이 효과적인데 열효과로 탈착되는 벤젠의 탈착온도를 약 100℃정도로 보면 GAC와 SiO2/GAC가 가장 효과적이다. GAC의 경우 마이크로파에 대한 방전효과로 연소될 수 있기 때문에 마이크로파 조사에 적용할 수 있는 흡착제로는 부적절하다. 그러나 Boron/GAC, SiO2/GAC 및 Talc/GAC 흡착제의 경우 700W 가정용 전자레인지에서 방전유무를 검토한 결과 방전효과가 없어 마이크로파 흡착제로서 가능성을 확인할 수 있었다.In addition, silica (SiO 2 ) coated adsorbent was the highest temperature after the GAC, Talc / GAC did not occur the temperature rise even if the output increases. It is effective to raise the temperature up to the temperature where benzene can be desorbed with low microwave power. GAC and SiO 2 / GAC are the most effective when the temperature of desorbed benzene is about 100 ℃. GAC is not suitable as an adsorbent applicable to microwave irradiation because it can be burned by the discharge effect on microwaves. However, Boron / GAC, SiO 2 / GAC and Talc / GAC adsorbents were examined in 700W household microwave ovens.

또한, 모든 흡착제가 100℃까지 승온 되는데 6분 이하로 나타났으며, 이것은 Menendez 등이 언급한 것과 같이 마이크로파 가열이 기존의 가열 방식보다 시간손 실 측면에서 장점으로 작용하는 것과 일치한다.In addition, all the adsorbents were heated up to 100 ° C, which appeared to be less than 6 minutes, which is consistent with the fact that microwave heating is an advantage in terms of time loss over conventional heating methods, as Menendez et al.

Boron, SiO2 및 Talc 등은 마이크로파에 대한 유전율과 온도 안정성에 기초하여 선정하였으며, 각각 물질의 특징은 다음과 같다.Boron, SiO 2 and Talc were selected based on the dielectric constant and temperature stability for microwaves.

Boron은 좋은 열전도성으로 마이크로파 장치, 단파광전자공학 장치 및 고온·고전력 반도체 장치 등의 구성에 널리 사용된다.Boron has good thermal conductivity and is widely used in the construction of microwave devices, short wave optoelectronic devices and high temperature and high power semiconductor devices.

또한, 마이크로파를 흡수하는 흡착제인 SiO2는 자체가 마이크로파 에너지를 열에너지로 발산한다.In addition, SiO 2, which is an adsorbent that absorbs microwaves, itself emits microwave energy as thermal energy.

또한, Talc는 반데르발스(van der Waals) 결합에 의해 층간을 유지하고 있는 layered hydrous magnesium silicate(Mg3(Si2O5)2(OH)2)이며, 도 8에 Talc 분자구조를 나타내었다.In addition, Talc is a layered hydrous magnesium silicate (Mg 3 (Si 2 O 5 ) 2 (OH) 2 ), which is held between layers by van der Waals bonds, and shows the Talc molecular structure in FIG. 8. .

도 8에 도시된 바와 같이, Talc는 두 가지 뚜렷한 표면성질을 갖는데, Talc 평면은 끊어진 형태의 Si-O와 Mg-O 결합이 없기 때문에 중성의 소수성을 나타내며, 끊어진 형태의 Si-O와 Mg-O 결합을 가지는 Talc의 모서리 부분은 전하를 띄는 Mg2+와 OH- 이온이 있으므로 친수성을 나타낸다. Malhammar은 활성이 없는 -Si-O-Si- 로 연결된 tetrahedral siloxane surface로 구성된 Talc 평면이 약 90%를 차지하는데 이것은 비극성이고 소수성을 나타낸다고 하였으며, Shortridge 등은 Talc 평면이 69%라고 보고한다.As shown in FIG. 8, Talc has two distinct surface properties, and the Talc plane shows neutral hydrophobicity because there is no broken Si-O and Mg-O bonds, and the broken Si-O and Mg- forms. The corner portion of Talc with O bond is hydrophilic because it has charged Mg 2+ and OH ions. Malhammar reported that the Talc plane, which consists of tetrahedral siloxane surfaces connected by inactive -Si-O-Si-, accounts for about 90%, which is nonpolar and hydrophobic, and Shortridge et al. Reported that the Talc plane is 69%.

도 9는 마이크로파 조사에 따른 각 흡착제의 승온 속도를 나타낸 그래프이 고, 승온 속도는 마이크로파 흡탈착 장치를 설계할 경우 탈착속도와 연관되므로 중요한 인자로서 승온 속도가 빠를수록 보다 짧은 시간에 재생시킬 수 있으므로 장치운영 면에서 경제적이다.9 is a graph showing the temperature increase rate of each adsorbent according to the microwave irradiation, and the temperature increase rate is related to the desorption rate when designing the microwave adsorption and desorption apparatus. It is economical in operation.

도 9에 도시된 바와 같이, 코팅한 흡착제 중에서 SiO2/GAC가 다른 물질보다 승온 속도가 빨랐는데, 이는 SiO2의 유효손실계수가 적고, SiO2가 수분을 흡수하기 때문에, 유효손실계숨 및 수분량(M)에 의해 승온속도가 빠른 것으로 판단된다.Since as shown in FIG. 9, to absorb from the coated adsorbent SiO 2 / GAC the I faster the rate of temperature increase than other materials, which is less effective loss modulus of SiO 2, SiO 2 is water, the effective loss gyesum and moisture content It is determined by (M) that the temperature increase rate is fast.

즉, Perkin은 RF주파수 및 마이크로파를 물질에 조사하였을 때의 승온속도는 수학식(1)과 같다고 보고하였다.In other words, Perkin reported that the temperature rise rate when irradiated with RF frequency and microwaves is equal to Equation (1).

Figure 112005036068226-PAT00001
Figure 112005036068226-PAT00001

여기서 Pv는 물질내부의 각 부분에서의 흡수출력이며, a2는 열확산도(heat diffusivity), M은 수분량, Hfg는 증발엔탈피(enthalpy of evaporation), γ는 밀도, C는 비열이다. 또한, 식의 마지막 항은 액체상에 관계되는 항으로 물질내부에 액체상이 없고 온도가 균일하다면 식(1)은 식(2)와 같이 된다.Where Pv is the absorption power in each part of the material, a 2 is the heat diffusivity, M is the amount of water, H fg is the enthalpy of evaporation, γ is the density, and C is the specific heat. Also, the last term in the formula is related to the liquid phase. If there is no liquid phase in the material and the temperature is uniform, the formula (1) becomes the formula (2).

Figure 112005036068226-PAT00002
Figure 112005036068226-PAT00002

이 식에서 보듯이 일정한 주파수의 마이크로파에 의해 가열되는 재료의 온도 상승속도는 유효손실계수(εoεe")와 전계강도(E)의 제곱의 곱에 따른다. 그리고 유효손실계수는 물질에 따라 다르며, 이는 온도에 대한 함수이므로 상승속도는 물질의 유효손실계수에 따라 달라지게 된다.As shown in this equation, the rate of temperature rise of a material heated by microwave at a constant frequency depends on the product of the effective loss factor (ε o ε e ") times the square of the electric field strength (E), and the effective loss factor is material dependent. Since this is a function of temperature, the rate of rise depends on the effective loss factor of the material.

따라서, 마이크로파 조사에 따른 흡착제의 온도상승과 승온속도를 고려할 때 SiO2를 코팅한 흡착제의 경우 방전의 영향을 무시할 수 있고, SiO2의 친수성이 온도상승의 장점으로 작용하기 때문에 마이크로파 흡탈착장치의 흡착제로 SiO2/GAC가 가장 적합한 것으로 판단된다.Therefore, considering the temperature rise and the temperature increase rate of the adsorbent according to the microwave irradiation, in the case of SiO 2 coated adsorbent, the effect of discharge can be neglected and the hydrophilicity of SiO 2 acts as an advantage of the temperature rise. SiO 2 / GAC is considered to be the most suitable adsorbent.

이하, 도 10 내지 도 12는 특히, 흡착제로서 SiO2/GAC를 선정하여 그 특성을 살펴본 것을 나타낸 그래프이다.Hereinafter, FIGS. 10 to 12 are graphs showing, in particular, SiO 2 / GAC as an adsorbent and examining the characteristics thereof.

도 10은 수분이 마이크로파 조사에 따른 SiO2/GAC 승온속도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the effect of moisture on the temperature increase rate of SiO 2 / GAC by microwave irradiation.

도 10에 도시된 바와 같이, 수분유무에 따른 온도상승효과를 확인하기 위해 SiO2/GAC에서 수분이 첨가된 경우와 건조시킨 경우를 비교해 보면, 수분이 첨가된 경우가 승온효과가 더 우수한 것으로 나타났다. SiO2를 코팅한 경우 방전의 영향을 무시할 수 있는 장점이 있으며, SiO2는 친수성을 가지므로 흡수된 수분량(M)에 의해 승온속도가 빨라지는 것으로 판단된다.As shown in Figure 10, to confirm the temperature increase effect according to the presence or absence of water compared to the case of the case of adding water and dried in SiO 2 / GAC, it was found that the temperature increase effect is more excellent when the moisture is added . When SiO 2 is coated, there is an advantage that the effect of the discharge can be ignored, and since SiO 2 has hydrophilicity, it is determined that the temperature increase rate is increased by the absorbed moisture content (M).

도 11a 및 도 11b는 GAC와 SiO2/GAC 흡착제의 방전 특성을 나타낸 그래프이다. 11A and 11B are graphs showing discharge characteristics of GAC and SiO 2 / GAC adsorbents.

도 11a에 도시된 바와 같이, GAC를 재생하기 위해 마이크로파 가열을 응용할 경우 GAC는 급격한 온도상승과 더불어 빈번한 방전과 강한 방전효과가 나타났으나,도 11b에 도시된 바와 같이, SiO2/GAC에서는 완만한 온도상승과 함께 방전의 영향이 거의 일어나지 않았다. 이것으로부터 SiO2/GAC 흡착제가 마이크로파 가열에 응용할 수 있을 것으로 판단된다.As shown in FIG. 11A, when microwave heating is applied to regenerate GAC, GAC exhibits a sudden temperature rise, frequent discharges, and strong discharge effects. However, as shown in FIG. 11B, a slowness is observed in SiO 2 / GAC. With the temperature rise, the effect of the discharge hardly occurred. From this, it is judged that the SiO 2 / GAC adsorbent can be applied to microwave heating.

도 12는 흡착제 SiO2/GAC의 벤젠 흡착특성을 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing benzene adsorption characteristics of the adsorbent SiO 2 / GAC.

도 12에 도시된 바와 같이, GAC에 SiO2를 코팅하기 전후의 흡착능을 살펴보면, SiO2/GAC가 GAC 보다 벤젠 흡착속도와 흡착능이 낮게 나타났는데, 이것은 GAC에 SiO2를 코팅함에 따라 흡착할 수 있는 표면적이 GAC에 비해 상대적으로 감소한 것에 기인하는 것으로 판단된다.As shown in FIG. 12, when examining the adsorption capacity before and after coating SiO 2 on GAC, SiO 2 / GAC showed lower adsorption rate and adsorption capacity of benzene than GAC, which can be adsorbed by coating SiO 2 on GAC. It is believed that the surface area present is due to the relative decrease compared to GAC.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 흡착제는, 실리카, 활석, 붕소 화합물 중 어느 하나로 구형활성탄에 소량의 바인더를 첨가하여 코팅하고, 건조 및 활성화하여 SiO2/AC, Talc/AC, Boron/AC로 제조한다.As described above, the adsorbent according to the present invention is coated by adding a small amount of binder to spherical activated carbon with any one of silica, talc, and boron compound, and dried and activated to form SiO 2 / AC, Talc / AC, Boron / AC. To manufacture.

또한, 일반적으로 바인더로는 당밀, 규산소다, 전분, 무기 바인더 등이 사용될 수 있다.In general, molasses, sodium silicate, starch, an inorganic binder, and the like may be used as the binder.

또한, 흡착제 전체에 균일한 가열이 이루어지도록 코팅층의 두께는 10mm 이하가 바람직하다.In addition, the thickness of the coating layer is preferably 10 mm or less so that uniform heating is performed throughout the adsorbent.

제조예 1.Preparation Example 1.

실리카를 코팅한 흡착제(SiO2/AC)는, 통상적인 졸-겔(sol-gel) 방법으로 실리카(SiO2)를 활성탄 표면에 코팅할 수 있으며, 보다 상세하게는 TEOS(Tetraethoxy-silane: Si(OC2H5)4)를 용매(에탄올)에 용해시킨 후 아세트산과 물을 혼합하여 침척시키고, 실온에서 2일간 가수분해 및 충축합시키고, 이후 얻어진 결과물을 110℃에서 5시간 건조한 후 300℃에서 소성함으로써 실리카로 코팅된 흡착제(SiO2/AC)를 제조할 수 있다.Silica-coated adsorbent (SiO 2 / AC) may coat silica (SiO 2 ) on the surface of activated carbon by a conventional sol-gel method, and more specifically, TEOS (Tetraethoxy-silane: Si) After dissolving (OC 2 H 5 ) 4 ) in a solvent (ethanol), acetic acid and water were mixed and infiltrated, hydrolyzed and condensed at room temperature for 2 days, and the resultant was dried at 110 ° C for 5 hours and then at 300 ° C. By firing at the silica can be prepared an adsorbent (SiO 2 / AC) coated with silica.

제조예 2Preparation Example 2

붕소로 코팅한 활성탄은 질화붕소(Boron Nitride)를 스프레이 방법으로 활성탄에 코팅하여 흡착제(Boron/AC)를 제조할 수 있다.Activated carbon coated with boron may be coated with boron nitride (Boron Nitride) on the activated carbon by a spray method to prepare an adsorbent (Boron / AC).

제조예 3.Preparation Example 3.

활석(Talc)로 코팅된 활성탄(Talc/AC)은 Mg3(Si4O10)(OH)2에 바인더를 첨가하여 물리적인 방법으로 활성탄에 코팅하여 흡착제(Talc/AC)를 제조할 수 있다.The activated carbon (Talc / AC) coated with talc may be coated with activated carbon by physical method by adding a binder to Mg 3 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 to prepare an adsorbent (Talc / AC). .

또한, Talc의 성분은 MgO, SiO2, Fe2O3로 구성될 수 있다.In addition, the components of Talc may be composed of MgO, SiO 2 , Fe 2 O 3 .

[실시예2] 자성체를 코팅한 흡착제Example 2 Adsorbent Coated Magnetic Material

이하에서, 활성탄 등의 표면에 페라이트계 화합물로 이루어진 자성체를 코팅한 흡착제에서의 마이크로파 흡착 특성에 대해 살펴본다.Hereinafter, the microwave adsorption characteristics in the adsorbent coated with a magnetic material made of a ferrite compound on the surface of activated carbon or the like will be described.

여기서, 자성체를 코팅한 흡착제에서의 마이크로파 흡착 특성 실험은 도 4에 도시된 유통식 흡착장치을 활용하며, [실시예2]에서는 [실시예1]의 실험환경과 차이점에 대해서만 설명한다.Here, the experiment of microwave adsorption characteristics in the adsorbent coated with the magnetic material utilizes the flow-type adsorption apparatus shown in FIG.

흡착제로는 구형활성탄(GAC)을 사용하고, 코팅되는 자성체 물질로는 Ni-Zn-Ferrite, Mn-Zn-Ferrite, Fe3O4, γ-Fe2O3 의 4 종류가 사용되며, 그외 실험환경은 [실시예1]과 동일하다.As the adsorbent, spherical activated carbon (GAC) is used, and as the magnetic material to be coated, four kinds of Ni-Zn-Ferrite, Mn-Zn-Ferrite, Fe 3 O 4 , and γ-Fe 2 O 3 are used. The environment is the same as in [Example 1].

제조예 4 내지 7Preparation Examples 4 to 7

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡착제는 활성탄 및 상기 활성탄의 표면에 소정 두께로 형성된 코팅층을 포함한다.The adsorbent according to a preferred embodiment of the present invention includes activated carbon and a coating layer formed to a predetermined thickness on the surface of the activated carbon.

또한, 상기 코팅층은 페라이트계 화합물로 이루어진 자성체 군에서 선택되는 1 종 이상이다.In addition, the coating layer is at least one member selected from the group of magnetic materials consisting of a ferrite compound.

즉, 본 발명에 따른 흡착제는, 하기 표 1의 페라이트계 화합물로 구형 활성탄에 소량의 바인더를 첨가하여 코팅하고, 건조 및 활성화하여 페라이트/활성탄(Ferrite/AC)으로 제조한다.That is, the adsorbent according to the present invention is coated with a small amount of binder to the spherical activated carbon as a ferrite compound of Table 1, dried and activated to prepare ferrite / activated carbon (Ferrite / AC).

표 1은 본 발명의 실험에 사용된 페라이트계 화합물은 Ni-Zn-Ferrite, Mn-Zn-Ferrite, Fe3O4, γ-Fe2O3 의 4 종류의 물리적 특성(Physical characteristics of magnetic material)를 나타낸 것이다.Table 1 shows four types of ferritic compounds used in the experiments of the present invention: Ni-Zn-Ferrite, Mn-Zn-Ferrite, Fe 3 O 4 , and γ-Fe 2 O 3 . It is shown. 초투자율(Initial Permeability)Initial Permeability 루프면적(Loop Area)Loop Area (Oeㆍemu/g)(Oeemu / g) 보자력(Coercive Force)Coercive Force (Oe)(Oe) 밀도(Density)Density (g/㎤)(g / cm 3) 승온속도(Heating Rate)Heating Rate (( oo C/min)C / min) Ni-Zn-FNi-Zn-F 4,4154,415 39373937 21.9221.92 3.2073.207 188.09188.09 Mn-Zn-FMn-Zn-F 3,3233,323 85308530 30.4530.45 2.5082.508 134.23134.23 γ-Feγ-Fe 22 OO 33 1,3911,391 6304163041 184.6184.6 0.8130.813 107.72107.72 FeFe 33 OO 44 1,3871,387 5212952129 187.05187.05 1.0881.088 91.3291.32

하기 표 2는 본 발명의 실험에 사용된 활성탄의 물성을 나타낸 것이다.Table 2 shows the physical properties of the activated carbon used in the experiment of the present invention.

또한, 상기 활성탄외에도 메조포러스 탄소가 흡착제의 담체로 이용될 수 있다.In addition to the activated carbon, mesoporous carbon may be used as a carrier of the adsorbent.

충전밀도 (g/ml)Filling density (g / ml) 강열잔분Ignition residue (%)(%) 비표면적Specific surface area (m(m 22 /g)/ g) 세공용적Work volume (ml/g)(ml / g) 평균세공직경(nm)Average pore diameter (nm) 구형활성탄Spherical activated carbon (XL-7100)(XL-7100) 0.4430.443 4.34.3 11011101 0.5160.516 1.851.85

또한, 일반적으로 바인더로는 당밀, 규산소다, 전분, 무기 바인더 등이 사용될 수 있다.In general, molasses, sodium silicate, starch, an inorganic binder, and the like may be used as the binder.

도 13은 페라이트 자성체에 대한 30℃~40℃(모두 자성체의 경우에도 승온속도가 안정해지는 범위)에서 마이크로파 전력과 승온속도(Heating rate)의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the relationship between microwave power and heating rate in the range of 30 ° C. to 40 ° C. (the range in which the temperature rise rate is stabilized even in the case of the magnetic material) of the ferrite magnetic body.

도 13에 도시된 바와 같이, Ni-Zn-F가 Mn-Zn-F보다 승온속도가 빨랐다.As shown in FIG. 13, the temperature increase rate of Ni-Zn-F was faster than that of Mn-Zn-F.

또한, 마이크로파 출력이 적을 경우는 두 물질의 승온속도가 큰 변화가 없었지만, 출력이 클수록 Ni-Zn-F가 빠르게 나타났다. Ni-Zn-F은 300W에서 188℃/min이지만 Mn-Zn-F는 134℃/min 이다 .In addition, when the microwave output was low, the temperature increase rate of the two materials did not change significantly, but the higher the output, the faster Ni-Zn-F appeared. Ni-Zn-F is 188 ° C / min at 300W while Mn-Zn-F is 134 ° C / min.

또한, 승온속도는 Ni-Zn F > Mn-Zn-F > γ-Fe2O3 > Fe3O4 순으로 나타났다. 즉, Ni-Zn-F가 온도안정성도 높고 승온속도도 큰 것을 알 수 있다.In addition, the temperature increase rate was in the order of Ni-Zn F>Mn-Zn-F> γ-Fe 2 O 3 > Fe 3 O 4 . That is, it can be seen that Ni-Zn-F has high temperature stability and high temperature rising rate.

승온속도는 마이크로파 흡착장치를 설계할 경우 탈착속도와 연관되므로 중요한 인자이다. 승온속도가 빠를수록 보다 짧은 시간에 재생시킬 수 있으므로 장치의 운영면에서 경제적이다. 특히 마이크로파 회수장치에 있어서는 단일탑 연속공정이므로 짧은 시간의 재생공정이 필요하다.The temperature increase rate is an important factor because it is related to the desorption rate when designing a microwave adsorption device. The faster the temperature rise rate, the shorter the time it can be regenerated, which is more economical to operate the device. In particular, in the microwave recovery apparatus, a single tower continuous process requires a short time regeneration process.

도 14는 Mn-Zn-F의 자화곡선을 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the magnetization curve of Mn-Zn-F.

도 14에 도시된 바와 같이, 도달온도에서도 나타나 있듯이 이 동안에 면적에 해당되는 열에너지로서 자성체 안에서 전부 소비되기 때문이다. 따라서 보자력이 큰 자성체일수록 도달온도가 높고, 자화곡선 면적이 적을수록 승온온도가 빠르게 나타났다.As shown in FIG. 14, as shown in the attained temperature, all of the energy is consumed in the magnetic material as heat energy corresponding to the area during this time. Therefore, the higher the coercive force, the higher the temperature reached, and the smaller the magnetization curve area, the faster the temperature rise.

도 15는 각 자성체의 초투자율(初透磁率)과 B-H 루프 면적(히스테리시스 곡선 면적)과의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 16은 각 자성체의 초투자율(初透磁率)과 승온속도(300W에서의)의 관계를 나타낸 그래프이다.Fig. 15 is a graph showing the relationship between the initial permeability of each magnetic body and the BH loop area (hysteresis curve area), and Fig. 16 shows the initial permeability and heating rate of each magnetic body at 300W. ) Is a graph showing the relationship.

도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 초투자율의 증대와 함께 승온속도가 증가하고 있는 경향이 뚜렸하였고, 자기 히스테리시스 곡선면적과의 상관성은 확인되지 않았다. 따라서, 마이크로파 영역에서는 자기 히스테리시스가 가열원리의 중심일 수 있다.As shown in FIG. 15 and FIG. 16, there was a tendency that the temperature increase rate increased with the increase of the initial permeability, and the correlation with the magnetic hysteresis curve area was not confirmed. Therefore, in the microwave region, magnetic hysteresis may be the center of the heating principle.

한편, 마이크로파 조사에 따른 흡착제의 온도상승과 승온속도를 고려할 때, Ni-Zn-F 및 Mn-Zn-F가 가장 적합한 것으로 판단되므로, 이하, 도 17 내지 도 12는 특히, 자성체 흡착제로서 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F를 선정하여 그 특성을 살펴본 것을 나타낸 그래프이다.On the other hand, considering the temperature rise and the temperature increase rate of the adsorbent according to the microwave irradiation, Ni-Zn-F and Mn-Zn-F is determined to be the most suitable, Figures 17 to 12 below, in particular, Ni- as a magnetic adsorbent This graph shows the selection of Zn-F and Mn-Zn-F and their characteristics.

도 17a, 도 17b, 도 17c는 각각 GAC, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 온도변화에 따른 방전효과를 나타낸 그래프이다.17A, 17B, and 17C are graphs illustrating discharge effects according to temperature changes when microwaves are irradiated to GAC, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 17a에 도시된 바와 같이, GAC는 급격한 온도상승과 더불어 빈번한 방전과 강한 방전효과가 나타났으나, 도 17b 및 도 17c에 도시된 바와 같이, Ni-Zn-F/GAC와 Mn-Zn-F/GAC에서는 완만한 온도상승과 함께 방전의 영향이 거의 일어나지 않았다. 이것으로부터 GAC에 자성물질을 코팅한 흡착제가 마이크로파 가열에 응용할 수 있을 것이라 판단된다.As shown in FIG. 17A, GAC showed frequent discharge and strong discharge effects with rapid temperature rise, but as shown in FIGS. 17B and 17C, Ni-Zn-F / GAC and Mn-Zn-F In / GAC, the effect of discharge was hardly observed with a slow temperature rise. From this, it is judged that the adsorbent coated with the magnetic material on the GAC can be applied to microwave heating.

도 18은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 온도변화를 나타낸 그래프로서, 흡착제 재생을 위해 마이크로파 가열을 응용할 경우 온도제어가 중요한 인자로 고려될 수 있다.FIG. 18 is a graph illustrating temperature change when Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC are irradiated with microwaves, respectively. In this application, temperature control can be considered as an important factor.

도 18에 도시된 바와 같이, Ni-Zn-F와 Mn-Zn-F의 경우 마이크로파의 출력이 증가하더라도 온도 상승이 직선적으로 일어나지 않았다. 즉, Ni-Zn-F의 경우 100W 부근에서부터 마이크로파 출력을 증가시켜도 120℃에서 일정한 온도를 계속 유지하였으며, Mn-Zn-F의 경우는 200℃ 부근부터 온도의 증가폭이 둔화되어 서서히 온도가 상승하였다. 이러한 일정한 온도를 유지하는 온도가 자성체 물질의 퀴리점 부근이다.As shown in FIG. 18, in the case of Ni-Zn-F and Mn-Zn-F, the temperature rise did not occur linearly even when the microwave output was increased. In other words, Ni-Zn-F maintained a constant temperature at 120 ° C even if the microwave power was increased from around 100W. In the case of Mn-Zn-F, the temperature increased slowly from around 200 ° C and the temperature gradually increased. . The temperature which maintains this constant temperature is near the Curie point of the magnetic material.

Ni-Zn-F와 Mn-Zn-F 단독인 경우와 달리, GAC에 자성물질을 코팅한 흡착제의 경우는 마이크로파 출력 증가에 따라 온도가 계속 증가하였다. 자성물질 단독의 경우는 마이크로파 출력이 증가하더라도 계속적인 온도의 상승이 일어나지 않아 온도제어가 효과적일 것으로 판단되나, 자성물질이 코팅된 GAC의 경우 자성물질 단독의 효과를 기대할 수 없었다. 이는 GAC 표면에서의 자성물질 코팅의 균일성과 함량이 영향을 미칠 것으로 판단되며, 이는 도 19a 및 도 19b에서 설명될 수 있다.Unlike Ni-Zn-F and Mn-Zn-F alone, the temperature of the adsorbent coated with magnetic material on GAC increased with increasing microwave power. In the case of the magnetic material alone, even if the microwave power is increased, it is judged that temperature control is effective because the temperature does not increase continuously, but in the case of the GAC coated with the magnetic material, the effect of the magnetic material alone could not be expected. This is believed to affect the uniformity and content of the magnetic coating on the GAC surface, which can be explained in FIGS. 19A and 19B.

도 19a 및 도 19b는 자성 물질 코팅의 균일성과 함량이 영향을 미치는 정도를 나타낸 그래프이다.19A and 19B are graphs showing the degree of influence of uniformity and content of magnetic material coating.

도 19a는 흡착제의 량을 변화사켰을 경우에 마이크로파 출력에 다른 온도상승을 나타낸 그래프이다.19A is a graph showing another temperature rise in the microwave output when the amount of the adsorbent is varied.

도 19a에 도시된 바와 같이, 건조한 흡착제를 넣고 마이크로파를 조사하면 초기에 방전이 일어나지만, 같은 흡착제를 연속하여 실험하면 방전이 없어지고 온도의 점점 낮아져 일정하게 유지된다.As shown in FIG. 19A, when a dry adsorbent is added and the microwave is irradiated, discharge occurs initially. However, when the same adsorbent is continuously tested, the discharge disappears and the temperature is gradually lowered and kept constant.

이는, 흡착제의 량이 증가하였을 경우 온도 상승은 흡착관 내의 열전달에 따른 현상으로 해석될 수 있다.This may be interpreted as a phenomenon due to heat transfer in the adsorption tube when the amount of the adsorbent increases.

도 19b는 자성체 흡착제의 재현성 실험 결과를 나타낸 그래프로서, 흡착제를 같은 조건에서 연속적으로 3회까지 실험한 결과이다(위로부터 1회, 2회, 3회).19B is a graph showing the reproducibility test results of the magnetic adsorbent. The adsorbent was tested up to three times continuously under the same conditions (once, twice and three times from above).

도 19b에 도시된 바와 같이, 실험을 반복할수록 온도가 점점 낮아져 일정하게 유지된다. 이러한 실험결과는 흡착제과 흡착제 사이의 미세한 공극 사이에 방전이 일어나게 되는데, 방전이 일어나면 미세한 공극이 흡착제끼리 접착이 일어나 전류가 흡착제 사이로 흘러 버리는 현상이다.As shown in FIG. 19B, as the experiment is repeated, the temperature is gradually lowered and kept constant. The result of this experiment is that a discharge occurs between the fine pores between the adsorbent and the adsorbent. When the discharge occurs, the fine pores are adhered to the adsorbents and current flows between the adsorbents.

도 20은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 승온 속도를 나타낸 그래프이다.20 is a graph showing the temperature increase rate when microwaves are irradiated to Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 20에 도시된 바와 같이, Ni-Zn-F가 Mn-Zn-F보다 승온 속도가 빨랐으며, 마이크로파 출력이 약할 경우는 두 물질의 승온 속도변화가 크지 않지만 마이크로파 출력이 증가할 수록 Ni-Zn-F가 빠르게 나타났다.As shown in FIG. 20, Ni-Zn-F has a higher temperature increase rate than Mn-Zn-F, and when the microwave output is weak, the temperature increase rate of the two materials is not large, but Ni-Zn increases as the microwave output increases. -F appeared quickly.

또한, GAC에 자성물질을 코팅한 경우, 마이크로파 출력이 150W 이하일 때에는 승온속도의 차이가 작았으며 200W 이상으로 마이크로파 출력이 증가함에 따라 Ni-Zn-F/GAC가 Mn-Zn-F/GAC 보다 승온속도가 약간 증가하였다. 이로부터 온도제어 측면에서 GAC에 자성물질을 코팅한 흡착제가 마이크로파 가열의 적용 가능성을 확인할 수 있다.In addition, when the magnetic material is coated on the GAC, the difference in temperature increase rate is small when the microwave power is 150W or less, and the Ni-Zn-F / GAC is heated up more than the Mn-Zn-F / GAC as the microwave power is increased to 200W or more. The speed increased slightly. From this point of view, it is possible to confirm the applicability of microwave heating to adsorbents coated with magnetic material on GAC in terms of temperature control.

도 21은 각각 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F/GAC, Mn-Zn-F/GAC에 마이크로파를 조사하였을 경우 벤젠 흡착 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing benzene adsorption characteristics when microwaves are applied to Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, Ni-Zn-F / GAC, and Mn-Zn-F / GAC, respectively.

도 21에 도시된 바와 같이, Ni-Zn-F/GAC와 Mn-Zn-F/GAC 흡착제는 벤젠에 대한 흡착속도와 흡착량이 비슷했으며, 흡착량도 GAC와 비슷하였다. 그러나 Ni-Zn-F와 Mn-Zn-F와 같이 자성체 단독의 경우는 거의 흡착하지 않았다.As shown in FIG. 21, the Ni-Zn-F / GAC and Mn-Zn-F / GAC adsorbents had similar adsorption rates and adsorption amounts for benzene, and adsorption amounts were similar to GAC. However, magnetic materials alone, such as Ni-Zn-F and Mn-Zn-F, hardly adsorbed.

대체로 흡탈착 속도가 빠르면 흡탈착 공정의 사이클을 단축시킬 수 있기 때문에 장치를 소형 및 간편화시킬 수 있다. 이런 측면에서 보면 자성체를 코팅한 흡착제가 마이크로파 가열 시스템에 적절하다고 판단된다.In general, high adsorption and desorption rates can shorten the cycle of the adsorption and desorption process, making the device compact and simple. In this respect, it is judged that the adsorbent coated with the magnetic material is suitable for the microwave heating system.

이상에서 자성체가 코팅된 흡착제에 대해 설명하였으며, 자성체가 균일하게 분산되어 코팅되어 있음을 전제로 한다.The adsorbent coated with the magnetic material has been described above, and it is assumed that the magnetic material is uniformly dispersed and coated.

여기서, GAC를 재생하기 위해 마이크로파 가열을 응용할 경우 방전효과를 최소화하면서 마이크로파 가열이 적용 가능한 흡착제를 개발하고자 유전율이 좋은 자성물질인 Ni-Zn-F와 Mn-Zn-F를 코팅한 GAC 자성흡착제를 제조한 결과 GAC는 급격한 온도상승과 더불어 빈번한 방전과 강한 방전효과가 나타났으나, Ni-Zn-Fe/GAC와 Mn-Zn -F/GAC에서는 완만한 온도상승과 함께 방전의 영향이 거의 일어나지 않았다.Here, when applying microwave heating to regenerate GAC, GAC magnetic adsorbent coated with Ni-Zn-F and Mn-Zn-F, magnetic materials having good dielectric constant, is developed to develop an adsorbent capable of applying microwave heating while minimizing the discharge effect. As a result of the fabrication, GAC showed frequent discharge and strong discharge effect with rapid temperature rise, but the effect of discharge with little temperature rise was little in Ni-Zn-Fe / GAC and Mn-Zn -F / GAC. .

또한, Ni-Zn-F와 Mn-Zn-F를 코팅한 GAC 자성흡착제는 GAC 단독의 경우보다 온도상승이 완만하여 온도제어가 용이한 것으로 나타났으며, 벤젠의 흡착속도와 흡착량도 Ni-Zn-F/GAC와 Mn-Zn-F/GAC 흡착제가 GAC와 뚜렷한 차이점이 나타나지 않아 향후 자성물질이 코팅된 GAC의 마이크로파 가열에 적용할 수 있다.In addition, the GAC magnetic adsorbent coated with Ni-Zn-F and Mn-Zn-F showed a slower temperature rise than that of GAC alone. Zn-F / GAC and Mn-Zn-F / GAC adsorbents do not show any significant difference from GAC, which can be applied to microwave heating of magnetically coated GAC in the future.

[실시예3] 제올라이트 흡착제Example 3 Zeolite Adsorbent

이하에서, 제올라이트를 흡착제로 사용하는 경우에서의 마이크로파 흡착 특성에 대해 살펴본다.Hereinafter, the microwave adsorption characteristics in the case of using the zeolite as the adsorbent will be described.

여기서, 제올라이트에서의 마이크로파 흡착 특성 실험은 도 4에 도시된 유통식 흡착장치을 활용하며, [실시예3]에서는 [실시예1]의 실험환경과 차이점에 대해서만 설명한다.Here, the experiment of microwave adsorption characteristics in the zeolite utilizes the flow-through adsorption apparatus shown in FIG. 4, and in [Example 3], only the difference with the experimental environment of [Example 1] will be described.

흡착제로는 제올라이트가 사용되는데, 특히 마이크로파에 의한 가열효과가 적고, 비표면적이 768㎡/g이며, 함수율 24%의 특성을 갖는 NaY형 제올라이트(Na56Al156Si136O384)를 사용한다.Zeolite is used as the adsorbent, and in particular, NaY zeolite (Na 56 Al 156 Si 136 O 384 ) having a low heating effect by microwaves, a specific surface area of 768 m 2 / g, and having a water content of 24% is used.

도 22는 제올라이트의 파과 곡선을 나타낸 그래프이다.22 is a graph showing the breakthrough curve of zeolite.

도 22에 도시된 바와 같이, 벤젠과 물 2성분계의 혼합가스가 흡착온도 25℃, 유량 400㎖/min의 조건에서 벤젠은 15분 정도에서 파과가 시작되었으며, 물은 50분 정도에서 파과가 일어나기 시작하였다. 2성분계가 완전히 포화되는데는 약 90분 정도가 소요되었다. 제올라이트의 경우 고정층 흡착공정에서 다성분계에 대한 파과곡선의 형태는 많은 연구자들에 의해 rollup현상으로 알려져 있다. 이러한 현상은 약흡착성 성분이 흡착된 자리에 강흡착성 성분으로 치환되는 것이다. 벤젠과 물의 2성분계가 입구로부터 유입되면 흡착층의 입구부분부터 흡착대가 형성된다. 먼저 약흡착성인 벤젠은 앞으로 나아가 흡착되며 흡착이 진행됨에 따라 강흡착성인 물에 의해 벤젠과 치환되어 벤젠을 탈착시키면서 진행된다.As shown in Figure 22, the benzene and the water mixture of the two-component system of the adsorption temperature of 25 ℃, flow rate 400ml / min conditions benzene started to break through in about 15 minutes, water breakthrough occurs in about 50 minutes Started. It took about 90 minutes for the two-component system to be fully saturated. In the case of zeolite, the shape of breakthrough curve for multicomponent system in fixed bed adsorption process is known as rollup phenomenon by many researchers. This phenomenon is to replace the strongly adsorbent component in the place where the weakly adsorbent component is adsorbed. When the two-component system of benzene and water flows from the inlet, an adsorption zone is formed from the inlet of the adsorption layer. First, the weakly adsorbent benzene is adsorbed forward and is adsorbed and is replaced with benzene by strongly adsorbent water to proceed with adsorption.

도 23은 통상의 흡착조작에서 마이크로파를 조사한 결과 벤젠과 물의 출구 농도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 23 is a graph showing changes in outlet concentrations of benzene and water as a result of microwave irradiation in a conventional adsorption operation.

도 23에 도시된 바와 같이, 상단의 그림이 벤젠의 출구농도, 하단의 그림은 물의 출구농도, 그림 중앙은 흡착층 내의 온도변화를 나타낸다.As shown in FIG. 23, the upper figure shows the outlet concentration of benzene, the lower figure shows the water outlet concentration, and the center figure shows the temperature change in the adsorption layer.

여기서, 마이크로파의 출력은 0.8kW로 하고, 벤젠 530ppm과 물 10,000ppm의 혼합가스가 파과에 도달한 후, S 시점에서 마이크로파를 조사하였다. 이때 흡착층의 온도를 25℃로 유지하도록 한다.Here, the microwave output was 0.8 kW, and after the mixed gas of 530 ppm of benzene and 10,000 ppm of water reached breakthrough, the microwave was irradiated at S time point. At this time, the temperature of the adsorption layer is maintained at 25 ° C.

2성분계가 포화된 후 마이크로파를 조사시키면 물의 출구농도가 급격하게 증가하였으며, 이는 마이크로파에 의해 제올라이트에 흡착된 물이 여기되어 탈착되고 있음을 나타내고 있다. 마이크로파를 조사하자마자 벤젠이 순간적으로 탈착이 이루어지며 또한 이때 벤젠의 경우 물의 공존 하에서도 벤젠의 일부가 흡착하는 것으로 판단된다.Irradiation of microwave after saturation of the two-component system drastically increased the outlet concentration of water, indicating that the water adsorbed on the zeolite by the microwave was excited and desorbed. As soon as the microwave is irradiated, benzene is desorbed instantaneously, and at this time, it is believed that some of the benzene is adsorbed even in the presence of water.

물의 탈착농도가 계속 증가하다가 감소하여 입구농도에 가깝게 되는데 이는 마이크로파 조사에 기인하여 흡착된 물의 탈착이 종료된 것을 나타내고 있다. 한편 벤젠에서는 S시점에서부터 출구농도가 감소하기 시작하였다. 이는 물의 탈착에 의해 제올라이트내의 빈 흡착자리에 벤젠이 흡착된 것이다(제 1흡착; Qa). 이후 벤젠 농도의 감소경향이 적어지면서 마이크로파 조사 상태하에서의 흡착은 종료되었다.The desorption concentration of the water continues to increase and then decreases to approach the inlet concentration, indicating that the desorption of the adsorbed water is terminated due to microwave irradiation. On the other hand, in benzene, the exit concentration began to decrease from the point of S. This is because benzene is adsorbed to the empty adsorption site in the zeolite by desorption of water (first adsorption; Qa). Since the decrease in the benzene concentration tended to decrease, adsorption was terminated under microwave irradiation.

물과 벤젠이 입구농도에 가까워지는 E시점에서 마이크로파의 조사를 정지하면 물의 농도는 입구농도보다 작아졌으며, 이는 마이크로파에 의한 여기가 없어지기 때문에 제올라이트에 대한 통상적인 흡착이 시작되는 것으로 생각된다. 같은 E시점에서의 벤젠의 출구농도는 다시 감소하는 것으로 보아, 흡착이 종료한 벤젠이 다시 흡착하였다(제 2흡착; Qa'). 이대로 마이크로파를 조사하지 않은 상태에서 혼합가스를 계속 흘리면 흡착력이 강한 물이 계속 흡착하기 때문에 B시점이후, 2성분계의 파과곡선과 같이 물의 치환흡착에 의해 벤젠은 탈착되었다.When the irradiation of microwaves was stopped at the point E when water and benzene approached the inlet concentration, the concentration of water became smaller than the inlet concentration, which is thought to start normal adsorption on the zeolite because the excitation by the microwaves disappeared. Since the exit concentration of benzene at the same E time point decreases again, benzene after adsorption is completed is adsorbed again (second adsorption; Qa '). As the mixed gas continues to flow without microwave irradiation, benzene was desorbed due to substitutional adsorption of water after the point B, such as the breakthrough curve of the two-component system.

이상의 결과로부터 마이크로파의 조사에 의한 흡탈착현상에서 흡습성이 강한 제올라이트에서는 물의 흡착이 억제되고, 반면에 벤젠의 흡착이 증진되는 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the adsorption of water is suppressed in the zeolite having high hygroscopicity in the adsorption-desorption phenomenon by microwave irradiation, whereas the adsorption of benzene is enhanced.

도 24는 마이크로파 조사시 흡착 단계를 나타낸 개략도이다.24 is a schematic diagram showing the adsorption step during microwave irradiation.

도 24에 도시된 바와 같이, 마이크로파를 조사하면 유전율이 높은 물이 먼저 유출되고, 흡착제의 빈 공간에 벤젠이 흡착되고 온도상승도 일어난다.As shown in FIG. 24, when irradiated with microwaves, water having a high dielectric constant flows out first, and benzene is adsorbed to an empty space of the adsorbent and a temperature rise also occurs.

이를 자세히 살펴보면, 제 1단계는 마이크로파를 조사하기 전으로 흡착층 전체가 물로 채워져 있는 상태이다.In detail, in the first step, the entire adsorption layer is filled with water before irradiation with microwaves.

제 2단계는 마이크로파 조사에 의해 물이 탈착되고 빈자리에 입구로부터 벤젠이 흡착(제 1흡착)하는 단계이다. 마이크로파가 조사되면 계 전체가 여기되어 있기 때문에 그림과 같이 입구농도 부분에도 빈자리가 완전히 채워지지 않는다. 마이크로파의 조사 시간이 짧은 경우는 물의 탈착량이 적어지고 벤젠이 흡착할 수 있는 자리도 작아지게 된다.The second step is a step in which water is desorbed by microwave irradiation and benzene is adsorbed (first adsorption) from the inlet to the empty spot. When the microwave is irradiated, the whole system is excited, so the empty spot is not completely filled in the entrance concentration as shown in the figure. If the irradiation time of the microwave is short, the amount of desorption of water decreases and the position where benzene can adsorb becomes small.

제 3단계는 마이크로파의 조사를 중지함으로써 계 전체의 여기가 없어지게 되고 입구로부터 물의 흡착이 시작된다. 이러한 실험결과를 미루어 볼 때 마이크로파 조사에서 유전율이 높은 물은 온도 상승을 일으킬 수 있는 좋은 인자가 될 수 있다. 즉, 제올라이트에 마이크로파 조사시 포화된 흡착질의 탈착에 순간 온도를 높여 순간탈착을 용이하도록 할 수 있고 유출농도를 높일 수 있어 회수에 용이할 수 있다.In the third step, the irradiation of the microwaves stops the excitation of the whole system and the adsorption of water from the inlet starts. In view of these results, high permittivity water in microwave irradiation can be a good factor for temperature rise. That is, when the microwave is irradiated to the zeolite, the instantaneous temperature can be increased by increasing the instantaneous temperature for desorption of saturated adsorbate, and the effluent concentration can be increased to facilitate recovery.

도 25는 마이크로파 전력과 벤젠 흡착량과의 관계를 나타낸 그래프이다.25 is a graph showing the relationship between microwave power and benzene adsorption amount.

도 25에 도시된 바와 같이, 마이크로파 조사시간을 15분, 흡착층 온도를 25℃로 하고 마이크로파 출력을 0.2kW에서 0.8kW로 변화시켰을 때 벤젠의 제 1흡착량(Qa)과 제 2흡착량(Qa'), 전흡착량(Qa+Qa')을 나타낸 것으로, 마이크로파의 출력이 증가할수록 제 1흡착량과 제 2흡착량이 함께 증가함을 알 수 있다. 또한, 마이크로파의 출력이 증가하면 벤젠의 전흡착량의 증가가 크게 나타났는데 이로부터 마이크로파가 흡착에 큰 영향을 끼친다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 25, when the microwave irradiation time was 15 minutes, the adsorption layer temperature was 25 ° C., and the microwave output was changed from 0.2 kW to 0.8 kW, the first adsorption amount Qa and the second adsorption amount of benzene ( Qa ') and the total adsorption amount (Qa + Qa'), it can be seen that the first adsorption amount and the second adsorption amount increase as the microwave output increases. In addition, as the output of the microwave increased, the total adsorption amount of benzene increased significantly, indicating that the microwave had a great influence on the adsorption.

도 26는 마이크로파 전력과 상대 흡착량(Qta/Qw)과의 관계를 나타낸 그래프이다.Fig. 26 is a graph showing the relationship between the microwave power and the relative adsorption amount (Qta / Qw).

도 26에 도시된 바와 같이, 마이크로파의 출력이 증가할수록 상대흡착량(물의 탈착량에 대한 벤젠의 흡착량)이 증가하지만 출력 증가에 따라 증가폭이 감소함을 알 수 있다. 즉, 출력의 증가에 따라 벤젠의 흡착량이 증가하지만 0.6kW이상에서는 물의 탈착능보다 벤젠의 흡착능이 감소함을 알 수 있다.As shown in FIG. 26, it can be seen that as the power of the microwave increases, the relative adsorption amount (the adsorption amount of benzene to the amount of desorption of water) increases but the increase decreases as the output increases. That is, it can be seen that the adsorption amount of benzene increases as the output increases, but the adsorption capacity of benzene decreases more than the desorption capacity of water above 0.6 kW.

일반적으로 제올라이트는 흡습성이 강하기 때문에 수분을 함유한 벤젠의 경우, 벤젠의 흡착에는 적절하지 못한 것으로 알려져 있으나, 마이크로파를 이용할 함으로써 물의 흡착을 어느 정도 막고, 벤젠의 흡착이 일어나는 결과로부터 흡착제로서 제올라이트의 용도를 확대시킬 수 있을 것이다.In general, zeolite has a strong hygroscopic property, and in the case of water-containing benzene, it is known to be inadequate for adsorption of benzene. However, the use of zeolite as an adsorbent is prevented from adsorbing water to some extent by using microwave. You will be able to enlarge it.

또한, 유전계수가 각각 다를 경우 유전계수가 큰 물질은 작은 물질보다 탈착이 빨리 일어나고 탈착된 공간에 유전계수가 작은 물질이 흡착될 수 있어 흡착과 탈착이 동시에 진행될 수 있고, 이를 통해 흡착 탈착공정을 하나의 시스템내에서 제어할 수 있다.In addition, if the dielectric constant is different, the material having a high dielectric constant may desorb more quickly than the small one, and the material having a low dielectric constant may be adsorbed in the desorbed space, so that the adsorption and desorption may proceed simultaneously. It can be controlled within one system.

이상에서 설명한 바와 같이, 활성탄에 실리카, 활석, 붕소 등의 비자성체를 코팅하거나, 자성체 물질을 코팅함으로써, 마이크로파 조사에 따른 이점을 살리면서 VOC에 대한 흡탈착 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, by coating a non-magnetic material such as silica, talc, boron, or magnetic material on the activated carbon, it is possible to improve the adsorption and desorption efficiency for VOC while taking advantage of microwave irradiation.

도 27은, 코팅전의 흡착제와 본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예에서의 코팅후의 흡착제에 마이크로파를 조사하였을 경우를 나타낸 그래프이다.Fig. 27 is a graph showing a case where microwave is irradiated to the adsorbent before coating and the adsorbent after coating in the first and second embodiments of the present invention.

도 27에 도시된 바와 같이, (a) 코팅전의 경우는 마이크로파 조사시, 활성탄 입자 주위의 전계의 집중으로부터 방전이 일어나 국소 가열 및 분해의 위험성이 있다.As shown in FIG. 27, (a) before coating, there is a risk of local heating and decomposition due to discharge from concentration of an electric field around activated carbon particles during microwave irradiation.

그러나, (b) 코팅후의 경우는 흡착질의 열탈착에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 따라서, 마이크로파를 조사하였을 경우 흡착질의 열탈착을 빠른 시간에 유도할 수 있고, 단입탑에서 연속적인 공정이 간단하게 이루어지며, VOC에 대한 흡탈착 효율을 향상시킬 수 있다.However, in the case of (b) after coating, the temperature required for thermal desorption of the adsorbate can be kept constant. Therefore, when irradiated with microwaves, the heat desorption of the adsorbate can be induced in a short time, the continuous process can be easily performed in the single-bed column, and the adsorption and desorption efficiency for the VOC can be improved.

한편, 흡착제로서 활성탄 위주로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 메조포러스 탄소(Mesoporous Carbon) 등이 사용될 수 있으며, 특히, 메조포러스 탄소는, Å 단위의 기공을 갖는 물질에 비하여, 상대적으로 2~10nm의 기공을 가지면서도, 균일한 기공 크기 분포를 보이기 때문에 유용하다.On the other hand, the adsorbent described mainly on the activated carbon, but not limited to this may be used mesoporous carbon (Mesoporous Carbon), in particular, mesoporous carbon, pores of 2 ~ 10nm relatively, compared to the material having pores of the unit It is useful because of its uniform pore size distribution.

또한, 설명의 용이를 위해 비자성체의 경우는 실리카(SiO2) 위주로 설명하고, 자성체의 경우 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F 위주로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 설명된 활석, 붕소의 비자성체를 코팅한 경우, γ-Fe2O3 및 Fe3O4의 자성체를 코팅한 경우에도 적용될 수 있다.In addition, for ease of description, the nonmagnetic material is mainly described with silica (SiO 2 ), and the magnetic material is described with Ni-Zn-F and Mn-Zn-F, but the present invention is not limited thereto. In the case of coating a nonmagnetic material, it may be applied to a case in which magnetic materials of γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 are coated.

또한, VOC의 예로 벤젠을 위주로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 기타 VOC에 적용될 수 있다 할 것이다.In addition, as an example of the VOC was described mainly benzene, but is not limited to this will be applicable to other VOC.

또한, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and even if a person of ordinary skill in the art makes a design change or avoidance design within a range not departing from the scope of the technical idea of the present invention. Will be in range.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 흡착제 및 그 제조 방법은, 활성탄 또는 메조포러스 탄소의 표면에 페라이트계 자성체 또는 실리카, 활석, 붕소 등의 비자성체 코팅층을 형성하여, 마이크로파 가열을 통한 VOC 회수시, 흡착제에서의 마이크로파의 방전을 방지할 수 있게 한다. As described above, the adsorbent and the manufacturing method according to the present invention, by forming a ferrite-based magnetic material or a non-magnetic coating layer of silica, talc, boron, etc. on the surface of activated carbon or mesoporous carbon, when recovering VOC through microwave heating It is possible to prevent the discharge of microwaves in the adsorbent.

또한, 마이크로파 가열을 통한 VOC 회수는 기존의 열재생과 비교할 경우, 빠른 가열 속도로 에너지와 시간소모를 절감할 수 있으며, 가열원과 가열될 물질 사이의 직접적인 접촉이 없으며, 선택적 가열을 할 수 있다In addition, VOC recovery through microwave heating can save energy and time at a faster heating rate, compared to conventional thermal regeneration, there is no direct contact between the heating source and the material to be heated, and can be selectively heated.

또한, 자성체 또는 비자성체 코팅을 통해 마이크로파에 의한 제어가 용이하하고, 열탈착에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있어, VOC에 대한 흡탈착 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the magnetic or non-magnetic coating can be easily controlled by the microwave, and the temperature required for thermal desorption can be kept constant, thereby improving the adsorption and desorption efficiency for the VOC.

또한, 마이크로파 흡착 회수장치가 가지는 가동 시간의 단축에 따른 에너지 절감효과 등 장치의 운영면에서도 경제적인 이점을 살릴 수 있다.In addition, it is possible to take advantage of economic advantages in terms of operation of the device, such as the energy saving effect of shortening the operating time of the microwave adsorption recovery device.

또한, 단일탑 연속 공정으로 짧은 시간내에 VOC의 분리 회수가 가능하므로, 마이크로파 흡착회수 과정이 간단하고, VOC 흡착 회수 장치도 소형화 시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, since the single-column continuous process can separate and recover the VOC within a short time, the microwave adsorption recovery process is simple, and the VOC adsorption recovery apparatus can be miniaturized.

또한, 일반적으로 제올라이트는 흡습성이 강하기 때문에 수분을 함유한 벤젠의 경우, 벤젠의 흡착에는 적절하지 못한 것으로 알려져 있으나, 마이크로파를 이용할 함으로써 물의 흡착을 어느 정도 막고, 벤젠의 흡착이 일어나는 결과로부터 흡착제로서 제올라이트의 용도를 확장시킬 수 있다.In general, zeolites are highly hygroscopic and are not suitable for adsorption of benzene in the case of water-containing benzene. However, the use of microwaves prevents the adsorption of water to some extent and results in the adsorption of benzene. It can extend the use of.

Claims (19)

활성탄 등 및Activated carbon and so on 상기 활성탄 의 표면에 소정 두께로 형성된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착제.Adsorbent comprising a coating layer formed on the surface of the activated carbon to a predetermined thickness. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 활성탄 등은 활성탄, 또는 메조포러스 탄소 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡착제.The activated carbon is an adsorbent of any one of activated carbon or mesoporous carbon. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 코팅층은 페라이트계 화합물인 것을 특징으로 하는 흡착제.The coating layer is an adsorbent, characterized in that the ferrite compound. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 페라이트계 화합물은 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe2O3 및 Fe3O4 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡착제.The ferrite compound is any one of Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 characterized in that the adsorbent. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 코팅층은 실리카, 활석 및 붕소 화합물 중의 어느 하나인 것을 특징으 로 하는 흡착제.The coating layer is adsorbent, characterized in that any one of silica, talc and boron compound. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코팅층의 두께는 10mm 이하인 것을 특징으로 하는흡착제.Adsorption agent, characterized in that the thickness of the coating layer is 10mm or less. VOC 혼합 가스에서 VOC를 흡착하는 흡착제에 있어서,In the adsorbent which adsorbs VOC in a VOC mixed gas, 상기 흡착제에 마이크로파를 조사하여 상기 VOC를 흡착하는 경우, 상기 흡착제는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 흡착제.When adsorbing the VOC by irradiating microwave to the adsorbent, the adsorbent is a zeolite, characterized in that the zeolite. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제올라이트를 통한 흡착 과정은 유전계수가 큰 물질은 작은 물질보다 탈착이 빨리 일어나고 탈착된 공간에 유전계수가 작은 물질이 흡착될 수 있어 흡착과 탈착이 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 흡착제.The adsorption process through the zeolite is characterized in that the adsorption and desorption are simultaneously carried out as the material having a high dielectric constant is desorbed faster than the smaller material and the material having a low dielectric constant can be adsorbed in the desorbed space. 흡착제를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing the adsorbent, 소정의 화합물, 바인더 및 용매를 혼합하여 코팅액 조성물을 형성하고, 상기 코팅액 조성물로 활성탄 등의 표면에 소정 두께로 균일하게 코팅하는 단계와,Mixing a predetermined compound, a binder and a solvent to form a coating liquid composition, and uniformly coating the surface of activated carbon or the like with a predetermined thickness with the coating liquid composition; 상기 코팅된 활성탄 등을 건조 및 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.Method of producing an adsorbent, characterized in that it comprises the step of drying and activating the coated activated carbon. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 활성탄 등은 활성탄 또는 메조포러스 탄소 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The activated carbon is a method for producing an adsorbent, characterized in that any one of activated carbon or mesoporous carbon. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 소정의 화합물은 페라이트계 화합물인 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The predetermined compound is a method for producing an adsorbent, characterized in that the ferrite compound. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 페라이트계 화합물은 Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe2O3 및 Fe3O4 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The ferrite compound is a method for producing an adsorbent, characterized in that any one of Ni-Zn-F, Mn-Zn-F, γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 . 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 소정의 화합물은 실리카, 활석 및 붕소 화합물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The predetermined compound is a method for producing an adsorbent, characterized in that any one of silica, talc and boron compounds. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 졸-겔 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The silica coated adsorbent is prepared by a sol-gel method. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 TEOS를 에탄올에 용해시키는 단계와, 상기 단계에서 용해후 아세트산과 물을 혼합하여 침척시키는 단계와, 상기 침척 후 실온에서 2일간 가수분해 및 축중합이 일어나게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The silica-coated adsorbent comprises dissolving TEOS in ethanol, precipitating by mixing acetic acid and water after dissolving in the step, and causing hydrolysis and condensation to occur for 2 days at room temperature after the precipitating. Method for producing an adsorbent, characterized in that. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 실리카를 코팅한 흡착제는 110℃에서 5시간 건조한 후 300℃에서 소성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The silica-coated adsorbent is dried for 5 hours at 110 ℃ and then calcining at 300 ℃ manufacturing method of the adsorbent characterized in that it further comprises. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 붕소인 경우에는 질화붕소를 스프레이 방법으로 상기 활성탄 등에 코팅하여 흡착제를 제조하는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.In the case of the boron, the method for producing an adsorbent, characterized in that the boron nitride is coated on the activated carbon or the like by a spray method to produce an adsorbent. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 활석의 경우에는 Mg3(Si4O10)(OH)2에 바인더를 첨가하여 물리적인 방법으로 상기 활성탄에 코팅하여 흡착제를 제조하는 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.In the case of the talc, a binder is added to Mg 3 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 to coat the activated carbon by a physical method to prepare an adsorbent. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 소정 두께는 10mm 이하 인 것을 특징으로 하는 흡착제의 제조방법.The predetermined thickness is a manufacturing method of the adsorbent, characterized in that less than 10mm.
KR1020050059657A 2005-07-04 2005-07-04 Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of KR100708331B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050059657A KR100708331B1 (en) 2005-07-04 2005-07-04 Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050059657A KR100708331B1 (en) 2005-07-04 2005-07-04 Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070004228A true KR20070004228A (en) 2007-01-09
KR100708331B1 KR100708331B1 (en) 2007-04-17

Family

ID=37870512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050059657A KR100708331B1 (en) 2005-07-04 2005-07-04 Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100708331B1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100905004B1 (en) * 2008-12-16 2009-06-26 김세희 Porous composite deodorant for removing noxious gas and malodor and manufacturing method thereof
CN101823777A (en) * 2010-04-20 2010-09-08 上海大学 Method for removing phenol in aqueous solution with magnetic mesoporous carbon material
CN102895950A (en) * 2011-09-20 2013-01-30 哈尔滨工程大学 Preparation method for magnetic active carbon
WO2014047962A1 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 中国科学院广州地球化学研究所 Application of dealumination y type zeolite in degrading organic pollutants in water under microwave induction
KR101461414B1 (en) * 2013-01-31 2014-11-14 한양대학교 산학협력단 Surface modified activated carbon comprising tetrabutoxysilane, method for preparing the same and microbial adsorbent
CN105478079A (en) * 2015-12-11 2016-04-13 武汉大学 In-situ MgO template preparing method and application of magnetic mesoporous carbon nanospheres with high adsorptive property
CN104437566B (en) * 2014-12-04 2016-09-07 江南大学 A kind of Fe of core shell structure3o4@SiO2nanometer particle load type Cu catalyst and its preparation method and application
WO2018127671A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for producing core-shell hybrid materials
WO2020012135A1 (en) * 2018-07-12 2020-01-16 Ethera Odorless lid
CN112645324A (en) * 2020-12-21 2021-04-13 中国烟草总公司郑州烟草研究院 Porous carbon composite material with core-shell structure and preparation method and application thereof
WO2023033618A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 주식회사 엘지화학 Composite comprising organometallic nanostructure powder and method for producing same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102253121B1 (en) * 2019-10-22 2021-05-17 주식회사 카본텍 Process for preparing and regenerating harmful gas and carbon dioxide adsorption

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010002570A (en) * 1999-06-16 2001-01-15 이한종 Method of producing a metal catalytic activated carbon for removing an organic compound

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100905004B1 (en) * 2008-12-16 2009-06-26 김세희 Porous composite deodorant for removing noxious gas and malodor and manufacturing method thereof
CN101823777A (en) * 2010-04-20 2010-09-08 上海大学 Method for removing phenol in aqueous solution with magnetic mesoporous carbon material
CN101823777B (en) * 2010-04-20 2011-12-21 上海大学 Method for removing phenol in aqueous solution with magnetic mesoporous carbon material
CN102895950A (en) * 2011-09-20 2013-01-30 哈尔滨工程大学 Preparation method for magnetic active carbon
WO2014047962A1 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 中国科学院广州地球化学研究所 Application of dealumination y type zeolite in degrading organic pollutants in water under microwave induction
KR101461414B1 (en) * 2013-01-31 2014-11-14 한양대학교 산학협력단 Surface modified activated carbon comprising tetrabutoxysilane, method for preparing the same and microbial adsorbent
CN104437566B (en) * 2014-12-04 2016-09-07 江南大学 A kind of Fe of core shell structure3o4@SiO2nanometer particle load type Cu catalyst and its preparation method and application
CN105478079B (en) * 2015-12-11 2018-07-27 武汉大学 The MgO method for preparing template in situ of the magnetic mesoporous carbon nanometer micro ball of high absorption property and application
CN105478079A (en) * 2015-12-11 2016-04-13 武汉大学 In-situ MgO template preparing method and application of magnetic mesoporous carbon nanospheres with high adsorptive property
WO2018127671A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for producing core-shell hybrid materials
FR3061708A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives PROCESS FOR PREPARING HEART-SHELL HYBRID MATERIALS
CN110312682A (en) * 2017-01-06 2019-10-08 法国原子能及替代能源委员会 The method for preparing core shell hybrid material
US11318442B2 (en) 2017-01-06 2022-05-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for producing core-shell hybrid materials
WO2020012135A1 (en) * 2018-07-12 2020-01-16 Ethera Odorless lid
FR3083682A1 (en) * 2018-07-12 2020-01-17 Ethera ANTI-ODOR COVER
CN112645324A (en) * 2020-12-21 2021-04-13 中国烟草总公司郑州烟草研究院 Porous carbon composite material with core-shell structure and preparation method and application thereof
CN112645324B (en) * 2020-12-21 2022-10-04 中国烟草总公司郑州烟草研究院 Porous carbon composite material with core-shell structure and preparation method and application thereof
WO2023033618A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 주식회사 엘지화학 Composite comprising organometallic nanostructure powder and method for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
KR100708331B1 (en) 2007-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100708331B1 (en) Adsorbent for recovering Volatile Organic Compound and manufacturing method the same of
KR101323108B1 (en) Honeycomb rotor type vocs removal system with horizontally polarized microwave radiation
Ning et al. Adsorption-oxidation of hydrogen sulfide on Fe/walnut-shell activated carbon surface modified by NH3-plasma
JPH0779946B2 (en) Gas adsorption / desorption control method
Wang et al. Adsorption of gaseous elemental mercury with activated carbon impregnated with ferric chloride
KR100579760B1 (en) An adsorptim-detachment device using microwave
KR100715240B1 (en) VOC absorbing and recovering apparatus using microwave and method at the same of
Hwang et al. Removal and recycling of volatile organic compounds (VOCs) adsorbed on activated carbons using in situ vacuum systems
CN109569507A (en) It is a kind of can microwave rapid regeneration hydrophobic type ultra-steady Y molecular sieve preparation method
JP3434197B2 (en) Ozone adsorbent, molded article for ozone adsorption, and method for producing the same
Hao et al. Multi-air-pollutant removal by using an integrated system: Key parameters assessment and reaction mechanism
JPH10305207A (en) Simplified gas adsorptive recovery method
JP2014014760A (en) Method and apparatus for concentrating and recovering volatile organic compound
JP2004160312A (en) Pfc gas decomposition system and method used for the same
Zheng et al. Microwave regeneration of spent activated carbon for the treatment of ester-containing wastewater
CN2351151Y (en) Bed type discharge plasma air purifier
CN112058217A (en) Silicon-based adsorption material capable of being rapidly regenerated and method for microwave in-situ degradation of organic pollutants
JP2002321912A (en) Zeolite for absorption and device for removing gas using the same
Huling et al. Repeated reductive and oxidative treatments of granular activated carbon
CN110170307B (en) Preparation of coconut shell activated carbon through ozone surface treatment and para aminobenzoic acid modification treatment, product and application
Qin et al. New porous carbon material derived from carbon microspheres assembled in hollow carbon spheres and its application to toluene adsorption
Luo et al. Catalytic ozonation of sulfamethoxazole using low-cost natural silicate ore supported Fe 2 O 3: influencing factors, reaction mechanisms and degradation pathways
Park et al. Evaluation of NOx removal performance of foam composites with titanium dioxide and active carbon
EP1491256A1 (en) Method for regenerating adsorbent by heating
Ning et al. A novel LaFeO 3 catalyst synthesized from sodium diethylenetriamine pentamethylene phosphonate for degradation of diclofenac through peroxymonosulfate activation: degradation pathways and mechanism study

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee