KR20110019963A

KR20110019963A - 황화수소를 제거하는 흡착제 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20110019963A
Application number: KR1020090077602A
Authority: KR
Inventors: 박영성; 조은성
Original assignee: 대전대학교 산학협력단
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-02

Abstract

본 발명은 황화수소 제거용 흡착제로서 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 활성탄, 폐석회, 소성된 하수 슬러지 및 NaHCO₃를 포함하는 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

흡착제, 황화수소

Description

황화수소를 제거하는 흡착제 및 이의 제조방법{Adsorbent for removing hydrogen sulfide and method for preparing the same}

산업의 발전과 경제규모의 팽창에 따라 에너지소비가 크게 증가되는 가운데 대기오염물질배출이 크게 늘어나면서 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이중에서 황화수소(H₂S)는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있다. H₂S 가스는 폐기물 매립장, 석유 정제업, 펄프공업, 도시가스 제조업, 암모니아공업, 하수처리장 등 다양한 곳에서 발생하고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리 방법이 제시되었다[참조: 박영성, 이창근, 한근희, 배달희, 조성호, “IGCC용 고온건식 탈황시스템 개발”, 한국전력공사 기술연구원, 연구보고서, KRC-92G-T05, pp. 4～20 (1994)].

이들 중 심냉법은 분리된 가스의 액화에 필요한 동력비의 과다로 경제성이 취약한 편이며, 흡수법의 경우도 장기간 운전에 따른 흡수액의 손실, 흡수액의 흡수 성능 저하 및 재료의 부식 문제가 아직 완전히 해결되지 못한 상태이므로 공정상의 문제점과 함께 흡수액을 이송하기 위한 동력비의 부담도 경제성을 취약하게 하는 원인이 되고 있다. 또한, 막분리법은 분리를 목적으로 하는 성분에 대한 선택성, 분리속도 및 내구성에 대한 개선이 필요한 차세대 분리법으로 고려되고 있다[참조: Kohl A. L. and Riesenfeld F. C., "Gas Purification", 4th Ed. Gulf Publishing Company, Huston Texas, U.S.A., (1985), and Koros W. J.,"Adsorption/Desorption Technology", Proceeding for Separation of Fluid Mixtures, The University of Texas at Austin, College of Engineering, Feb. 4-8th (1991)].

한편, 흡착법은 흡수법에 비하여 재료의 부식, 흡수액 이송을 위한 동력비의 부담이 없어 상용화 공정에 많이 적용되고 있다. 기존의 흡착제로 많이 사용되는 활성탄은 높은 기계적 강도, 넓은 비표면적을 가진 고체로 악취물질을 분자 간 인력(引力)이나 정전기력으로 표면에 흡착시켜 제거하는데 큰 역할을 해왔으며, 산업적으로 많이 적용되고 있다. 흡착제로는 원료활성탄 및 첨착활성탄 등이 개발되어 사용되고 있으나, 원료활성탄의 경우 효율이 낮고, 흡착제의 충전량이 많으며, 시설의 용량이 크고, 시설비의 투자가 높아 경제적인 측면에서 가격이 비싸기 때문에 제조단가가 저렴하고 성능이 우수한 흡착제의 개발이 절실히 요구되고 있다[참조: 조기철, 임주원, 조상원, 송주석, 오광중, “Na₂CO₃ 첨착활성탄을 이용한 H₂S제거에 관한 연구(Ⅰ)”, 대한환경공학회지, Vol. 21, No. 11, pp. 2003～2025 (1999)].

본 발명에서는 폐기물을 자원화하기 위해, 하수슬러지, 폐석회 등의 폐기물과 기존의 활성탄 등을 혼합하여 흡착제를 제조하고, 다양한 조건에서의 흡착실험을 통해서 황화수소(H₂S)의 제거성능을 고찰한 결과, 제조된 흡착제가 우수한 황화수소 제거성능을 지님을 발견하였다.

본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 문제를 해소시키기 위해서 하수슬러지, 폐석회등의 폐기물과 기존의 활성탄 등을 혼합함으로써 저렴하게 제조될 수 있으면서 우수한 흡착성능을 나타내는 흡착제를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기된 목적을 달성하기 위해서 일정량의 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 활성탄 및 NaHCO₃와 함께 일정량의 폐석회 및 소성된 하수슬러지의 폐기물을 사용하여 황화수소 흡착제를 제조하고 있다.

본 발명에 따르면, 소성된 하수슬러지를 배합하여 제조한 본 발명의 흡착제가 활성탄 흡착제에 비해 BET표면적과 기공부피 등 흡착성능을 좌우하는 인자의 특성치가 낮음에도 불구하고 비교적 높은 황화수소 흡착능을 나타내고 있다. 또한, 본 발명에서는 일정량의 폐기물과 함께 일정 성분들을 특정한 비율로 조합함으로써 아주 저렴하게 흡착제를 제조하고 있다.

본 발명은 황화수소 제거용 흡착제로서, 8 내지 12중량%의 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 25 내지 35중량%의 활성탄, 20 내지 30중량%의 폐석회, 25 내지 35중량%의 소성된 하수 슬러지 및 3 내지 10중량%의 NaHCO₃를 포함하는 흡 착제를 제공하고 있다.

바람직하게는, 본 발명의 흡착제에 함유되는 소성된 하수슬러지는 N₂가스하에 500℃에서 3시간 동안 소성된 하수슬러지이다.

또한, 본 발명은 황화수소 제거용 흡착제를 제조하는 방법으로서, 8 내지 12중량%의 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 25 내지 35중량%의 활성탄, 20 내지 30중량%의 폐석회, 25 내지 35중량%의 소성된 하수슬러지 및 3 내지 10중량%의 NaHCO₃의 구성성분들을 이들 전체 양에 대해 200중량%의 증류수에 넣고 100℃에서 30분 동안 교반하는 슬러리를 형성시키는 단계, 및 형성된 슬러리를 형상화시키고 48 내지 74시간 동안 자연 건조시킨 후 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시켜 잔류 수분을 제거하는 단계를 포함하여, 황화수소 제거용 흡착제를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 흡착제는 결합제로 작용하는 하이알루미나시멘트에 폐석회를 첨가하여 슬러리상태를 만들고, 이를 교반하면서 비표면적이 크고, 미세공극의 분포가 넓은 활성탄(activated carbon, AC)을 주입한 다음 소성된 슬러지를 첨가하여 교반시킴으로써 제조된다.

본 발명의 흡착제에 함유되는 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말은 흡착제 전체 중량을 기준으로 8 내지 12중량%의 양으로 함유된다. 하이알루미나 시멘트 분말의 양이 8중량% 미만인 경우에는 결합력이 떨어져 덩어리 상태로의 성형이 저하되는 문제가 발생되며, 12중량% 초과인 경우에는 제조된 흡착제의 비표면적이 나 기공부피 등의 물성이 저하되는 문제가 발생된다.

본 발명의 흡착제에 함유되는 소성된 하수슬러지를 제조하는데 사용되는 하수슬러지는 주성분이 SiO₂ 30.5%, Al₂O₃ 16.2%, Fe₂O₃ 6.7%, 수분 20%정도와 그 외 유기물로 이루어지며 대전지역 산업단지의 폐수처리장에서 배출된 하수슬러지이다. 본 발명에서는 이러한 하수슬러지를 N₂가스하에 500℃에서 3시간 동안 소성시켜서 사용한다. 본 발명의 흡착제에는 소성된 하수슬러지가 흡착제 전체 중량을 기준으로 25 내지 35중량%의 양으로 함유된다. 하수슬러지의 양이 25중량% 미만인 경우에는 다른 배합원료물질의 함량이 늘어나 흡착제 제조단가가 올라갈 수 있으며, 35중량% 초과인 경우에는 흡착제의 흡착성능이 저하될 수 있다.

본 발명의 흡착제에 함유되는 폐석회의 구성성분은 CaCO₃ 24%, CaO 10.9%, MgO 4.6%, SiO₂ 4.0%, Al₂O₃ 2.3%, Fe₂O₃ 1.2%, NaCl 3.6%, 미량의 불순물 및 잔량의 수분(약 40%)이며, 인천지역에 있는 동양화학(주) 공장의 공정부산물이다. 본 발명의 흡착제에는 폐석회가 흡착제 전체 중량을 기준으로 20 내지 30중량%의 양으로 함유된다. 폐석회의 양이 20중량% 미만인 경우에는 흡착제 제조단가가 올라갈 수 있으며, 30중량% 초과인 경우에는 흡착제의 흡착성능이 저하될 수 있다.

본 발명의 흡착제에 함유되는 활성탄은 대한민국 천안시에 소재하는 (주)동양탄소에서 제조된 분말활성탄을 사용하였다. 활성탄의 물성은 표 1과 같다.

표 1: 활성탄의 물리적인 성질

항목	값
입자 크기(mesh)	8 ×30
비표면적(m²/g)	1050
전체 기공 용적(cc/g)	0.6~0.8
평균 기공 직경(Å)	13~20

본 발명의 흡착제에는 상기된 바와 같은 활성탄이 흡착제 전체 중량을 기준으로 25 내지 35중량%의 양으로 함유된다. 활성탄의 양이 25중량% 미만인 경우에는 흡착제의 성능이 떨어지는 문제가 발생될 수 있으며, 35%초과인 경우에는 흡착제 제조단가가 늘어나는 문제가 발생된다.

본 발명의 흡착제에는 또한 NaHCO₃가 함유된다. 본 발명의 흡착제에는 NaHCO₃가 흡착제 전체 중량을 기준으로 3 내지 10중량%의 양으로 함유된다. NaHCO₃의 양이 3중량% 미만인 경우에는 배합물의 혼합과정에서 발포기능이 떨어져 흡착제성능이 저하되는 문제가 발생되며, 10중량% 초과인 경우에는 흡착제성형에 지장을 초래할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명하고 있지만, 이러한 실시예는 본 발명을 단지 예시하기 위한 것이며, 이로써 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예

<흡착제의 제조>

가열이 가능한 수조(water bath)에 별도의 교반장치를 설치하였다. 이어서, 흡착제를 만드는 데 필요한 30g의 활성탄, 10g의 하이알루미나 시멘트 분말, 20g의 폐석회, 30g의 소성된 하수슬러지, 및 10g의 NaHCO₃를 용기에 넣었다. 각 재료들은 100℃의 건조기에서 24시간 건조하여 수분함량을 5%이하로 하여 사용하고 하수슬러지는 N₂가스로 500℃에서 3시간 정도 소성과정을 거친 후 실험에 사용하였다. 이것들은 1000㎖용량의 용기에 하이알루미나 시멘트분말(HㆍA Cement)과 활성탄, 폐석회, 슬러지, NaHCO₃를 약간의 시간차를 두어 차례로 넣어주며 용기의 내부온도를 100℃정도 유지하면서 300rpm의 속도로 30분간 교반하여 슬러리형태로 만든다. 이때의 증류수량은 총 300g이 되도록 하는 양이다.

이것을 일정용기나 틀에 넣고 형상화시키거나 일정한 굵기의 형태로 만들어 63시간 동안 자연 건조시킨 후 흡착제를 100℃ 오븐에서 12시간 건조하여 흡착제 내에 잔존하였던 수분을 제거하면, 내부에 무수한 미세 망상구조의 관통기공을 갖게 되는 다공체가 형성된다.

이상의 흡착제 제조공정 모식도를 도 1에 나타내었다. 흡착제 제조에 사용된 여러 가지 배합물의 구성비는 표 2와 같다.

표 2: 흡착제 샘플의 조성비

샘플명	조성(g)
샘플명	활성탄	하이알루미나 시멘트	폐석회	소성된 하수슬러지	NaHCO3
활성탄(비교예)	100	-	-	-	-
2ks(비교예)	30	10	30	30	-
2kse(실시예)	30	10	20	30	10

<흡착제의 물질적 특성에 대한 분석>

1) 흡착제의 비표면적

제조된 흡착제의 비표면적과 세공크기등을 알아보기 위해 비표면적(BET: Brunauer, Emmet, Teller)를 질소 흡탈착력을 이용한 M-P(Multi-Point)법으로 측정하였으며, 분석기는 Ouanta Chromer 사의 Autosorb-1을 사용하였다.

표 3는 제조된 흡착제의 BET표면적과 기공용적을 나타낸 것이다. 하수슬러지는 소성전후에 표면적이 4배정도 증가하는 것으로 나타났다. 폐석회와 하이알루미나시멘트의 BET표면적과 기공부피는 매우 낮은 것으로 나타났다. 하수슬러지와 몇가지 성분을 배합하여 제조한 흡착제(2ks, 2kse)의 표면적과 기공부피는 각 성분의 배합비와 각각의 표면적과 기공부피를 고려하여 산출되는 값과 거의 유사한 값을 나타내고 있다. 이는 배합제조시 각 원료물질이 단순히 물리적으로 혼합되어 있는 상태임을 말해주는 것으로 볼 수 있다.

표 3: 다양한 흡착제의 비표면적 및 기공 용적

샘플명	BET 표면적(㎡/g)	기공 용적(㎤/g)
하수슬러지(소성후/소성전)(비교예)	83.3/20.8	0.028/0.005
폐석회(비교예)	23.0	0.007
하이알루미나 시멘트(비교예)	10.2	0.004
활성탄(비교예)	883.3	0.411
2ks(비교예)	286.3	0.134
2kse(실시예)	265.3	0.131

2) 흡착제의 전자현미경( SEM ) 분석

SEM 분석은 전자빔과 표면의 상호작용으로 발생되는 여러 종류의 신호로부터 표면특성을 조사하는 분석법으로, 제조된 흡착제의 표면변화를 알아보기 위해 Philips XL-30을 사용하였다.

도 3은 제조한 흡착제 종류별 SEM사진이다. 시료별 SEM 자료를 통해서 2ks, 2kse와 같이 다양한 성분물질들이 배합될 경우 원료물질들의 완전한 혼화가 이뤄지는 대신에 단순히 물리적인 혼합이 이뤄지고 있음을 알 수 있다.

3) 흡착평형실험

흡착평형 실험장치

도 2는 흡착평형 실험장치를 나타낸 것이다. 흡착제와 흡착질 가스를 충전할 수 있도록 내부 총부피가 1,680㎖[(832mL)＋(848mL)]에 달하는 2개의 원통형 챔버(내경 7cm, 길이 25cm)로 구성되어 있으며, 이들은 ball valve가 달린 2개의 관(외경 2.2cm)으로 연결되어 있다. 그리고 연결관에는 흡착이 진행되는 동안 밀폐공간의 압력변화를 측정할 수 있도록 압력변환기(pressure transducer)가 설치되어 있으며, 원통형 chamber내의 흡착온도 변화를 감지하기 위하여 흡착제 일정량을 충전한 흡착제 받침대의 공간 상단부에 T형 열전대가 설치되어 있다. 실험이 진행되는 동안 측정된 압력변화와 온도변화 데이터는 연결된 컴퓨터에 자동 저장된다.

흡착질 가스가 주입되는 밀폐공간 내부에는 가스의 원활한 혼합을 위하여 오른쪽 챔버에 영구자석이 부착되어 있는 임펠러를 설치, 회전시킬 수 있도록 하였고, 왼쪽 챔버 공간은 가장자리에 스테인레스망으로 제작된 샘플 팬(sample pan) 6개를 세로 등 간격으로 고정시킨 받침대(holder)를 제작하여 약 3g정도의 흡착제를 담을 수 있도록 하였으며, 또한 전체 실험설비는 등온에서의 흡착평형실험을 위하여 온도조절이 가능한 수조 내에 배치되도록 하였다.

흡착평형 실험방법

각 원통형 챔버를 연결하고 있는 상하 2개의 밸브가 차단된 상태에서 전처리 된 일정량의 흡착제를 흡착제 받침대에 충전시킨다. 항온수조의 온도를 일정하게 유지시키고 흡착제가 충전되지 않은 챔버에 H₂S 표준가스(5.07%, N₂ balance)와 고순도 질소(99.99%) 가스를 일정량을 주입한 후 상하 2개의 밸브를 열어 H₂S 가스농도를 일정하게 조절한 다음, 흡착제가 들어 있는 공간으로 유입시켜 실험을 시작한다.

흡착이 이루어지는 동안 가스압력과 온도를 지속적으로 측정하게 되며, 충분한 시간이 경과하여 압력이 거의 균일하게 유지되면 흡착평형에 도달한 것으로 간주하고 실험을 종료한다. 황화수소 흡착실험에 적용된 실험조건은 표 4과 같다.

표 4: 실험 파라메타 및 적용 범위

흡착평형실험

도 4 내지 도 6은 온도변화에 따른 흡착제별 H₂S가스 평형흡착능과 흡착진행특성을 보여주고 있다. 흡착온도를 25℃에서 45℃로 증가시킬 경우 활성탄과 2ks의 경우 흡착능은 온도에 반비례하는 전형적인 물리흡착특성을 보여주었고, 2kse의 경우는 특이하게 35℃ 와 45℃의 흡착능이 거의 같게 나왔는데, 이는 발포제로 공급 된 NaHCO₃로부터 수증기(H₂O)와 이산화탄소(CO₂) 가 기포상태로 배출되고 남는 Na₂CO₃와 H₂S가스 사이의 화학흡착 특성에 연관이 있다.(참조 :박영태, “첨착활성탄소의 제조기술과 흡착특성", 흡착제와 그의 활용에 관한 Workshop(Ⅱ), 한국화학공학회, pp. 153～181 (1993); 및 이후근, “첨착활성탄에 의한 유해가스 흡착기술", 흡착제와 그의 활용에 관한 Workshop(III), 한국화학공학회, pp. 203～235 (1995),

본 실험결과에 의하면 실험초기에 흡착이 급격히 이뤄짐을 알 수 있으며, 100분이 지나면서 흡착이 완만히 진행되면서 흡착평형에 이르게 되고, 평형에 도달하기까지는 약 1,200분이 소요되는 것으로 나타났다.

도 7 내지 도 9는 일정온도(25℃, 35℃, 45℃)에서 세 종류의 흡착제(AC, 2ks, 2kse)에 대한 H₂S흡착특성을 비교하여 나타낸 것이다. 25～35℃ 온도조건에서는 하수슬러지를 배합하여 제조된 흡착제가 활성탄에 버금가는 흡착속도를 보이며, 온도가 45℃로 증가될 경우 순수한 활성탄의 흡착속도가 좀 더 빠르게 진행됨을 보여주고 있다. 특히, 25℃ 조건에서 2kse 흡착제에 대한 황화수소 농도비(C/C_O)(기호 Co는 챔버내 충전된 황화수소의 초기농도, 기호 C는 흡착실험이 진행되는 동안 시간에 따라 변하는 챔버내 황화수소 농도)는 급격히 줄어듬을 보임으로써 흡착의 진행속도가 매우 빠르게 진행됨을 알 수 있다. Batch식 흡착평형실험에서 흡착제의 성능판단에 있어, 가장 중요한 요소로 급격한 기울기의 농도비로부터 주어지는 빠른 흡착속도를 들 수 있는데, 이점을 고려할 때 2kse의 흡착성능은 매우 양호한 것 을 알 수 있다.

도 10은 온도변화에 따른 흡착제의 H₂S 가스의 종합적 흡착능을 보여주고 있다. 흡착온도를 25℃에서 45℃로 증가시킬 경우 흡착능은 감소하는 것으로 나타났다. 이처럼 H₂S의 흡착능이 흡착온도에 반비례하는 것은 흡착온도가 증가할수록 흡착질가스의 휘발성이 증대되면서 물리적인 결합(physical bonding)을 방해하기 때문인 것으로 판단된다[참조: 김명숙, 송덕만, 조항대, 최원길, 이형근, “활성탄 고정층 반응기에서 BTX의 기상 흡착특성”, 화학공학의 이론과 응용, Vol. 3, No. 2, pp. 2681～2684 (1997)]. 각 온도별로 흡착제의 H₂S의 흡착능을 비교해보면 25℃ 조건에서는 2kse가 58.11mg/g으로 가장 높은 흡착능을 나타냈으며, 35℃에서는 AC가 50.5mg/g으로 더 높은 흡착능을 나타냈다. 45℃에서는 흡착제들이 평균적으로 44mg/g으로 비슷한 흡착능을 나타냈다.

이러한 결과를 통해 하수슬러지를 배합하여 제조한 흡착제가 활성탄에 비해 BET표면적과 기공부피 등의 흡착성능을 좌우하는 인자의 특성치가 낮음에도 불구하고 비교적 높은 흡착능을 보이는 것은 발포제로 혼합된 NaHCO₃를 비롯하여 배합된 여러 가지 성분물질들에 의한 제거기능이 추가된 것으로 보이며, 흡착제로서의 하수슬러지의 유용성을 잘 보여주는 것으로 볼 수 있다.

4) 등온흡착식 ( adsorption isotherm equation ) 특성 분석

도 11은 제조한 흡착제(2kse)의 H₂S 평형흡착능에 대해 Langmuir, Freundlich식으로 모사한 것을 나타낸 것이다. 모델식 적용에 따른 상수값은 표 5에 정리하였다. 등온흡착곡선은 Brunauer 등에 의해 6가지 형상으로 구분되는데 그림에서 보는 것과 같이 흡착제에 대한 황화수소의 흡착평형이 위로 볼록한 형태(favorable type)이다. 실험결과 황화수소가스가 저농도일 때는 Freundlich model에 잘 대응되고 있으나, 전체적으로 볼 때 Langmuir, Freundlich의 식 모두 실험치에 대한 모사가 가능함을 보이고 있다[참조: 황계순, 최대기, 공성용, "활성탄 흡착탑에서 휘발성유기화합물의 열재생 특성(Ⅰ): 흡착단계", 화학공학, Vol. 36, No. 2, pp. 159～168 (1998); 문희, “흡착공정해석을 위한 이론적 접근", 흡착제와 그의 활용에 관한 Workshop(Ⅱ), 한국화학공학회, pp. 25～43 (1993); 및 문기호, 나병기, 송형근, 서성섭, “활성탄에 대한 CO₂-CO-H₂ 혼합기체의 흡착평형”, 화학공학, Vol. 33, No. 5, pp. 621～632 (1995)].

표 5: 본 발명의 2kse상의 H₂S 흡착에 대한 등온흡착식의 파라메타

흡착물	흡착제	흡착온도	등온선	q_Max 또는 k	b	n
H₂S	kse	25	Freundlich	17.07		2.02
H₂S	kse	25	Langmuir	119.04	0.08

상기 실험 결과에 의하면, 하수슬러지를 이용하여 제조한 흡착제를 이용하여 악취(황화수소)를 대상으로 실시된 흡착평형실험을 통해 얻어진 결론이 얻어진다.

1)하수슬러지와 폐석회, 활성탄 등을 배합하여 제조한 흡착제에 대한 Batch 흡착실험에서 흡착은 초기단계에서 급격히 진행되다가 100여분 경과한 후에는 흡착이 완만히 진행되면서 흡착평형에 이르며, 평형에 도달하기까지는 약 1,200분이 소요되는 것으로 밝혀졌다.

2)제조된 흡착제에 대한 BET 비표면적과 SEM등 물성분석을 통해 배합물의 종류와 함량에 따라 비표면적과 기공용적, 표면구조상의 서로 다른 특성을 파악할 수 있었다.

3)하수슬러지를 이용하여 제조한 흡착제의 황화수소 평형 흡착능은 흡착온도에 반비례하고 흡착질 분압에 비례하는 전형적인 물리흡착특성을 나타냄을 알 수 있었다.

4) 하수슬러지에 폐석회나 활성탄 등을 배합하여 제조한 흡착제의 악취(황화수소) 평형흡착능은 비교적 양호한 값을 보임으로써 폐기대상인 하수슬러지를 이용한 실용적인 흡착소재개발이 가능하였다.

5) 하수슬러지를 이용하여 제조한 흡착제의 황화수소 흡착평형은 Langmuir isotherm과 Freundlich isotherm에 잘 부합됨을 알 수 있었다.

도 1은 하수 슬러지를 첨가하여 제조하는 흡착제 제조공정의 모식도이다.

도 2는 흡착평형 실험 장치의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 흡착제를 포함한 다양한 흡착제의 SEM 사진이다.

도 4는 활성탄을 사용한 다양한 온도에 대한 시간에 따른 흡착 농도비 변화로서 H₂S가스 평형흡착능과 흡착진행특성을 보여주는 그래프이다.

도 5는 2ks 샘플을 사용한 다양한 온도에 대한 시간에 따른 흡착 농도비 변화로서 H₂S가스 평형흡착능과 흡착진행특성을 보여주는 그래프이다.

도 6은 2kse 샘플을 사용한 다양한 온도에 대한 시간에 따른 흡착 농도비 변화로서 H₂S가스 평형흡착능과 흡착진행특성을 보여주는 그래프이다.

도 7은 25℃에서 세 종류의 흡착제(AC, 2ks, 2kse)에 대한 시간에 따른 흡착농도비 변화로서 H₂S 흡착특성을 비교하는 그래프이다.

도 8은 35℃에서 세 종류의 흡착제(AC, 2ks, 2kse)에 대한 시간에 따른 흡착농도비 변화로서 H₂S 흡착특성을 비교하는 그래프이다.

도 9은 45℃에서 세 종류의 흡착제(AC, 2ks, 2kse)에 대한 시간에 따른 흡착농도비 변화로서 H₂S 흡착특성을 비교하는 그래프이다.

도 10은 다양한 온도에서의 다양한 흡착제의 H₂S 흡착량을 나타내는 3차원 막대 그래프이다.

도 11은 본 발명의 2kse 샘플에 대한 H₂S의 흡착등온선이다.

Claims

황화수소 제거용 흡착제로서, 8 내지 12중량%의 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 25 내지 35중량%의 활성탄, 20 내지 30중량%의 폐석회, 25 내지 35중량%의 소성된 하수 슬러지 및 3 내지 10중량%의 NaHCO₃를 포함하는 흡착제.
제 1항에 있어서, 소성된 하수슬러지가 N₂가스 하에 500℃에서 3시간 동안 소성된 하수슬러지임을 특징으로 하는 흡착제.
황화수소 제거용 흡착제를 제조하는 방법으로서, 8 내지 12중량%의 하이알루미나 시멘트(HㆍA Cement) 분말, 25 내지 35중량%의 활성탄, 20 내지 30중량%의 폐석회, 25 내지 35중량%의 소성된 하수 슬러지 및 3 내지 10중량%의 NaHCO₃의 구성성분들을 이들 전체 양에 대해 200%의 증류수에 넣고 100℃에서 30분 동안 교반하는 슬러리를 형성시키는 단계, 및 형성된 슬러리를 형상화시키고 48 내지 74시간 동안 자연 건조시킨 후 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시켜 잔류 수분을 제거하는 단계를 포함하여, 제 1항 또는 제 2항의 황화수소 제거용 흡착제를 제조하는 방법.