KR20110115924A - 메조포어 구형 활성탄의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메조포어 구형 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 혼합한 후 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화시키는 단계; 및 탄화된 금속 함유 고분자 화합물을 산화조건에서 가스화하는 단계를 포함하며, 이에 의하면, 활성탄의 형태가 표면이 매끈한 구형을 형성하고 있으므로 활성탄의 파손 또는 분말에 의한 2차 오염문제를 발생시키지 않을 뿐 아니라, 보다 다양한 장소에 효율적으로 활용할 수 있으며, 제조된 구형 활성탄 내 2 내지 50 nm 의 메조포어가 전체 기공 중에 차지하는 부분이 크기 때문에 특정 기상 및 액상의 피 흡착 물질에 대하여 흡착 성능이 크게 향상될 수 있다.

Description

메조포어 구형 활성탄의 제조방법{Preparation method of spherical shape mesoporous activated carbon}
본 발명은 메조포어 구형 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 혼합한 후 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화시키는 단계; 및 탄화된 금속 함유 고분자 화합물을 가스화하는 단계를 포함한다.
활성탄은 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있는 물질로서, 흡착성이 강해 특정 기체나 액체에 존재하는 독성 물질을 흡수하기 위한 흡착제로 많이 사용되고 있다.
활성탄은 여러 가지 형태로 사용되는데 통상적으로 분말상 또는 입자상으로 사용되고 있다. 이러한 분말상 및 입자상 활성탄은 값이 싼 장점이 있는 반면 기계적 마모가 쉽고 약한 압축강도를 가지고 있어 적은 물리적 충격에 쉽게 분말이 발생하는 단점을 가지고 있다. 이에 비하여 본 발명으로 제조되는 구형 활성탄은 그 형태에서 오는 다양한 장점을 가지는데, 예를 들어 고분자 물질을 출발물질로 하여 매끈한 표면을 가지므로 유동에 의한 분말 발생이 적거나 없으며 물리적 충격에 우수한 파괴 압축강도를 가져 사용되는 장소의 적용 조건에 제한이 적어 폭 넓은 응용이 가능하다.
흡착제로 사용되는 활성탄은 흡착대상 물질의 크기 및 성질에 따라 흡착효율을 증가시키기 위하여 활성탄 내 형성되는 기공의 크기 및 특정 크기를 가지는 기공의 체적 분율 조정이 요구된다.
특히 기체에 포함된 탄화수소등의 오염물질을 비롯한 각종 독성물질 제거, 액체의 정제 및 액상 또는 체내 단백질 제거 등 보다 큰 분자물질을 효과적으로 흡착하기 위한 목적으로 메조포어 및 대형기공을 적절히 가지고 있는 흡착제가 요구된다.
대한민국 공개 특허 10-2009-0118063에서 언급한 이산화탄소 가스 활성화 방법에 의한 방법이 있다. 이는 구형 고분자를 이용하여 탄화 후 환원하는 과정에서 수증기 활성화를 1차로 실시하고 이산화탄소 활성화를 추가 수행하는 방법으로 메조포어 활성탄을 얻는 방법으로 2번에 걸친 활성화 공정을 거쳐 공정이 복잡하고 제조단가가 비싸며 형성되는 메조포어의 크기가 10 nm 이상의 비교적 큰 기공 크기를 가지는 메조포어 활성탄 제조에는 용이하지 못하다는 문제점을 가지고 있다.
또한 금속촉매를 이온교환수지에 이온교환하여 탄화한 후 산 처리를 통해 함유한 금속촉매 성분을 제거하는 방법으로 구형 메조포어 활성탄의 제조방법[Ania, C. O. and Bandosz, T. J., Carbon 44, 2404 (2006)]이 연구되었으나 형성되는 메조포어의 양이 적은 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 금속 함침된 구형 고분자 조성물을 이용하여 탄화하고 함유된 금속촉매의 가스화(Gasification) 반응을 통해 평균 직경이 2 내지 50 nm 내에서 조절된 크기를 가지는 메조포어의 체적이 전체 기공 체적의 30% 이상을 차지하는 구형 메조포어 활성탄을 제공하는데 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 구형의 고분자 화합물을 이용하여 보다 간편하고, 효율적으로 높은 분율의 메조포어를 가진 구형 활성탄을 제조할 수 있는 구형 활성탄의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 금속촉매 촉매를 함유한 구형탄소 및 구형 메조기공 활성탄을 제조하기 위한 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 포함하는 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, (a) 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 혼합한 후 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화시키는 단계; 및 (b) 탄화된 금속 함유 고분자 화합물을 가스화하는 단계를 포함하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 평균 직경이 2 내지 50 nm인 메조포어를 총 기공부피의 30%이상 함유하는 구형 활성탄을 얻는 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 구형 활성탄의 제조방법에 의하면, 활성탄의 형태가 표면이 매끈한 구형을 형성하고 있으므로 활성탄의 파손 또는 분말에 의한 2차 오염문제를 발생시키지 않을 뿐 아니라, 보다 다양한 장소에 효율적으로 활용할 수 있으며, 제조된 구형 활성탄 내 2 내지 50 nm의 메조포어가 전체 기공 중에 차지하는 부분이 크기 때문에 특정 기상 및 액상의 피 흡착 물질에 대하여 흡착 성능이 크게 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구형 활성탄을 나타낸 사진이다.
도 2는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 불활성 열처리 후 금속촉매 촉매의 상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 600 ℃의 온도로 불활성 열처리한 후의 탄화된 탄소에 대한 TEM 분석사진이다.
도 4는 실시예 1 및 실시예 2에 따른 구형 활성탄의 BJH 그래프이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 5에 따른 구형 활성탄의 BJH 그래프이다.
본 발명은 (a) 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 혼합한 후 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화시키는 단계; 및 (b) 탄화된 금속 함유 고분자 화합물을 가스화 하는 단계를 포함하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 (a)단계의 구형의 고분자 화합물로는 이로 제한되는 것은 아니나, 열경화성 수지, 산처리된 열가소성 수지 또는 열처리된 열가소성 수지 등을 사용할 수 있으며, 불활성 열처리에 의해 탄화가 가능하고 구형 상태를 보존할 수 있는 모든 고분자 화합물들이 본 발명의 원료로서 사용될 수 있다.
구형 활성탄 원료로서의 고분자 수지는, 이로 제한되는 것은 아니나, 노볼락 페놀 수지, 레졸 페놀수지, 멜라민 수지 및 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 사용할 수 있고 스틸렌, 디비닐벤젠의 또는 이의 공중합체, 아크릴로니트릴, 아크릴산 등의 열가소성 수지와 이온교환 수지를 사용할 수 있다.
산처리된 열가소성 수지로는 질산, 황산 및 인산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 산으로 처리된 열가소성 수지를 사용할 수 있다.
예를 들어, 질산용액을 사용하는 경우, 구형의 출발원료를 질산농도 10 내지 60 부피%의 질산용액에 함침시킨 후, 80 내지 180 ℃의 온도에서, 10분 내지 6시간 가열처리를 하고, 증류수로 3~5회 세척하여 여과액의 pH가 중성이 되도록 한 후, 120 ℃에서 건조하여 사용할 수 있다.
열처리된 열가소성 수지로는 산화분위기에서 열처리된 수지를 사용할 수 있다. 예컨대, 산소를 5 부피% 이상 함유하는 가스 분위기 하에서 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 220 내지 280 ℃에서 10분 내지 10시간, 보다 바람직하게는 30분 내지 2시간 동안 열처리된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 (a)단계에서의 금속촉매로는 알칼리 금속, 알칼리토금속, 전이금속 또는 귀금속 등을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속촉매는 Li, Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se, Y, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Ba, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속, 상기 금속을 포함하는 금속 산화물 또는 금속 화합물일 수 있고, 보다 구체적으로는 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속, 상기 금속을 포함하는 금속 산화물 또는 금속 화합물에서 선택될 수 있다.
아울러, 상기 금속 화합물은 금속 유기염 또는 금속 무기염인 것이 보다 바람직하다. 즉, 이와 같은 유기염 또는 무기염 형태로 이루어진 금속촉매는 금속 분말 형태보다 미세하고 균일한 분산 함침이 가능할 뿐 아니라 가열 시 황산염 또는 질산염 등이 분해되어 금속을 남길 수 있다는 장점이 있다. 다만, 상기 금속촉매가 상기 예시된 것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적에 따라 금속 촉매로 사용될 수 있는 다양한 물질이 이에 포함될 수 있다.
예컨대, 금속촉매로 Fe(NO3)3·9H2O를 사용하는 경우, 상기 Fe(NO3)3·9H2O를 물 또는 알코올에 용해하여 고분자 화합물에 함침시킬 수 있고, 이를 건조한 후 각각의 온도에서 600℃까지 불활성 열처리 (단계(a)의 열처리)함으로써 첨가된 금속 촉매인 Fe는 Fe2O3 형태로 존재하며 응집되어 입도가 증가된다. 만약 불활성 열처리 온도를 700℃ 이상의 온도로 실시하는 경우 금속 촉매는 환원되어 Fe 또는 Fe3C 화합물이 형성되어 결정 성장하게 될 수 있다.
한편, 불활성 열처리 후의 탄소 내 금속촉매는 평균 입경이 1 내지 50 nm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 40 nm이며, 가장 바람직하게는 5 내지 30 nm일 수 있다. 열처리를 거쳐 형성된 금속촉매 촉매 입자의 상 및 크기는 XRD 또는 TEM 분석을 통해 확인 및 측정할 수 있다.
본 발명에서, 상기 (a)단계에서는, 구형의 고분자 화합물 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부, 구체적으로 0.1 내지 5중량부의 금속촉매를 함침시킬 수 있는데, 함침하는 금속촉매의 중량부가 높을수록 제조되는 구형 활성탄 내 메조포어의 크기 및 양이 증가한다. 그러나, 상기 금속촉매의 함량이 10 중량부를 초과하는 경우에는 탄화 열처리에 의한 촉매 결정이 대형화됨으로써 메조포어의 제어가 어려울 수 있다는 문제가 있고, 탄화 후 실시하는 산화분위기 열처리 도중 과도한 촉매 작용으로 인해 금속 촉매 주변 탄소의 가스화 속도를 가속시켜 제조된 구형활성탄의 강도 저하 및 구형 형태 유지를 어렵게 할 수 있다는 문제가 있다.
상기와 같이 입도가 조절된 금속촉매 입자 및 고분자 화합물을 포함하는 조성물을 이용하여 구형 활성탄을 제조하는 경우, 보다 용이한 방법으로 메조포어의 체적이 차지하는 비율이 높은 구형활성탄을 제조할 수 있다.
본 발명에서, 상기 (a)단계의 열처리는 불활성 분위기, 예를 들면, Ar, He, Ne, N2 등의 분위기에서 수행되며, 구형 고분자 화합물을 탄화시킴과 더불어 첨가된 금속촉매를 열적으로 안정화시키는 단계로서, 그 처리 온도에 따라 고분자 표면에 분산된 금속촉매 입자의 상 구조 및 크기가 결정된다. 예를 들어 금속촉매로 Fe을 이용한 경우 열처리 온도가 증가함에 따라 금속촉매는 600℃까지 Fe2O3 로 존재하다가 700℃ 이상의 온도로 열처리하면 금속 촉매는 환원되어 Fe 또는 Fe3C 화합물이 형성되어 결정 성장하게 된다.
본 발명에서, 상기 (a)단계에서 고분자 화합물에 함침된 금속촉매는 산화물 상태로 존재하는데, 열처리를 통해서 상기 산화물이 서로 응집되거나 또는 더 높은 열처리 온도에 의해 금속촉매가 환원되고 결정 성장되어 금속촉매 및 금속촉매탄소 복합물질로 존재하게 된다. 본 발명에서 상기 탄화 열처리 효과는 가스화 반응을 통해 형성되는 구형활성탄 내 메조포어의 특성을 결정하는 중요한 요인중의 하나가 될 수 있다.
본 발명에서, 상기 (a)단계는 승온속도 1 내지 20℃/min 또는 1 내지 10℃/min로 가열하여, 400 내지 900 ℃ 또는 400 내지 700℃에서 30분 내지 180분간 열처리하여 수행될 수 있다. 금속이 함침된 고분자 화합물을 이와 같이 열처리함으로써, 금속촉매는 산화물 형태로 존재하며 응집된다.
본 발명의 상기 b)단계에서는, 가스화 반응을 일으킬 수 있는 수증기나 수소 가스, 이산화탄소 등을 단독으로 사용하거나, 또는 반응성이 없는 불활성 기체와 혼합한 혼합기체 조건 하에서, 600 내지 1100 ℃의 범위 온도에서, 보다 구체적으로는 750 내지 900 ℃에서 가스화시킬 수 있다. 상기 열처리를 통해 산화물 형태로 존재하던 금속이 환원되어 금속 또는 탄화금속 화합물이 형성되어 결정 성장하게 된다.
여기서, 혼합기체 중 가스화 반응 기체의 부피비율이 10 내지 100 부피%, 구체적으로는 50 내지 100 부피%, 보다 구체적으로는 70 내지 100 부피%일 수 있다.
한편, 가스화는 로타리킬른이나 상향류 방식이 적합하며, 특히 로타리킬른을 이용한 유동상식이 적합하다.
본 발명은 평균 직경이 2 내지 50 nm인 메조포어의 체적이 전체 기공 체적의 30% 이상, 보다 구체적으로 40% 이상을 차지하는 구형 활성탄의 제조방법에 관한 것이다. 여기서, 상기 기공의 체적은 BJH법으로 계산한 것일 수 있다.
본 발명의 활성탄은 평균입경이 0.01 내지 2.0 mm, 구체적으로 0.1 내지 2 mm이며, 비표면적(BET법)은 100~1,500 m2/g이고, 평균 세공직경은 2 내지 15 nm이며, BJH법에 의해 계산한 2 내지 50 nm의 직경을 가지는 메조포어 체적이 전체 기공의 30% 이상, 보다 구체적으로 40% 이상을 차지한다.
또한, 상기 구형 활성탄은 평균 입경이 5 내지 50 nm인 금속 입자를 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 30 nm인 금속 입자를 포함할 수 있다.
즉, 탄화 과정을 거쳐 고분자 화합물에 분포된 금속 촉매는 결정화 및 결정 성장을 통하여 크기가 상기한 바와 같이 평균 입경이 5 내지 50 nm를 가지는 것이 바람직하다.
또한, BET법으로 측정한 비표면적이 100 내지 1,500 m2/g이고, BJH법으로 측정한 메조포어의 중심 최대점이 5.0 내지 40 nm인 것이 바람직하다.
또한 BET법으로 측정한 전체 기공체적이 0.3 cm3/g 이상 내지 2.5 cm3/g인 것이 바람직하다.
한편, 상기 구형 활성탄은 악취제거제, 수처리용 컬럼충진재, 분자체탄소, 환경오염제거용 흡착제 또는 단백질 및 효소를 흡착하기 위한 흡착제로 사용될 수 있다. 다만, 상기 예시된 것에 한정되는 것은 아니고, 2차 오염원을 발생시키지 않는 친환경적인 활성탄이 활용될 수 있는 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
[ 실시예 ]
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 일 예에 불과하고, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1]
우선, 평균직경 350 ㎛를 갖는 열 가소성 구형 고분자화합물을 30 부피%의 질산용액에 함침한 후, 140 ℃에서 30분간 산처리를 수행하였다.
이후, 고분자화합물 부피의 10배의 증류수로 5회 세척한 후, 120 ℃의 항온조에서 24시간 동안 건조하고, 이에 따라 함침 안정화 처리된 구형 고분자화합물 50 g을 알코올 100 ml가 담긴 비이커에 투입하였다.
비이커에 50 ml의 알코올을 담고 Fe(NO3)3·9H2O 시약을 1.206 g (분자량: 404, Fe 함량:0.5 g)을 투입하여 교반하였다.
Fe(NO3)3·9H2O가 알코올에 모두 용해된 후, 이 용액을 상기 고분자 화합물이 담긴 비이커에 첨가하고 교반기(agitator)를 이용하여 1시간 동안 교반하였다.
상기 Fe(NO3)3·9H2O 1.206 g의 용해 및 투입 교반을 총 3회 반복하여 총 Fe(NO3)3·9H2O의 투입량이 3.618 g이 되도록 하고 고분자 화합물이 담긴 비이커는 3회 투입 완료 후, 2시간을 더 교반하였다.
교반이 완료된 시편은 정제수를 이용하여 세척하고 진공증착기(Vacuum Evaporator)를 이용하여 70 ℃에서 용매를 1차 건조한 후, 120 ℃의 항온조에서 24시간 재건조하여 Fe 1 중량%를 함유한 고분자 화합물을 제조하였다.
촉매 금속촉매가 함침된 구형 고분자 화합물을 Ar가스 분위기 하에서 승온속도 5 ℃/min으로 가열하여 500 ℃에서 60분간 불활성 열처리한 후 자연 냉각시켰다.
상기와 같이 고분자 화합물을 안정화하고 금속 촉매를 함침한 후 불활성 열처리하여 제조된 구형의 금속촉매 함유 탄소를 수증기 함량 75부피%의 질소가스 내에서 승온속도 5 ℃/min으로 가열하여 800 ℃에서 120분간 가스화를 수행하였다.
[실시예 2]
메조포어를 가진 구형 활성탄의 제조 방법에 있어 불활성 열처리(탄화)의 온도가 600 ℃ 인 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 활성탄을 제조하였다.
[실시예 3]
메조포어를 가진 구형 활성탄의 제조 방법에 있어 불활성 열처리(탄화)의 온도가 700 ℃ 인 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 활성탄을 제조하였다.
[실시예 4]
메조포어를 가진 구형 활성탄의 제조 방법에 있어 Fe의 함침 농도가 3 wt% 인 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 활성탄을 제조하였다.
[비교예 1]
메조포어를 가진 구형 활성탄의 제조 방법에 있어 금속촉매 촉매를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 활성탄을 제조하였다.
이상의 제조방법으로 제조된 구형활성탄의 기본물성은 다음 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001

Claims (13)

  1. (a) 구형의 고분자 화합물 및 금속촉매를 혼합한 후 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화시키는 단계; 및
    (b) 탄화된 금속 함유 고분자 화합물을 가스화하는 단계를 포함하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 구형의 고분자 화합물이 열경화성 수지, 산처리된 열가소성 수지 및 열처리된 열가소성 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산처리된 열가소성 수지가 질산, 황산 및 인산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 산으로 처리된 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 금속촉매가 알칼리 금속, 알칼리토금속, 전이금속 및 귀금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 금속촉매가 Li, Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se, Y, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Ba, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속, 상기 금속을 포함하는 금속 산화물 또는 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a)단계의 금속촉매가 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속, 상기 금속을 포함하는 금속 산화물 또는 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 화합물은 금속 유기염 또는 금속 무기염인 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속촉매는 평균 입경이 1 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 구형 고분자 화합물과 금속촉매는 100: 0.1 내지 10의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 열처리는 승온속도 1 내지 20℃/min으로 가열하여, 400 내지 900 ℃에서 30분 내지 180분 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계는 수증기, 수소 및 이산화탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 기체, 또는 상기 1종 이상의 기체 및 불활성 기체의 혼합 가스 분위기에서, 승온속도 1 내지 10℃/min으로 가열하여, 600 내지 1100℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 메조기공 구형 활성탄의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    직경 2 내지 50nm인 메조포어를 총 기공부피의 30% 이상 함유하는 메조기공 구형 활성탄을 얻는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    직경 2 내지 50nm인 메조포어를 총 기공부피의 40% 이상 함유하는 메조기공 구형 활성탄을 얻는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104624234A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 上海师范大学 介孔酚醛树脂/铜纳米粒子非均相催化剂、其制法及应用
KR101998190B1 (ko) * 2018-02-12 2019-07-12 한국에너지기술연구원 침상 코크스로부터 2단 수증기 활성화를 통한 활성탄 제조방법
KR20200072086A (ko) * 2018-12-12 2020-06-22 주식회사 성창오토텍 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법
US20210402375A1 (en) * 2018-11-02 2021-12-30 Korea Research Institute Of Chemical Technology Activated Carbon Catalyst for Hydrogen Peroxide Decomposition, Method for Producing Same, and Method for Decomposing Hydrogen Peroxide by Using Same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104624234A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 上海师范大学 介孔酚醛树脂/铜纳米粒子非均相催化剂、其制法及应用
CN104624234B (zh) * 2015-02-09 2017-02-22 上海师范大学 介孔酚醛树脂/铜纳米粒子非均相催化剂、其制法及应用
KR101998190B1 (ko) * 2018-02-12 2019-07-12 한국에너지기술연구원 침상 코크스로부터 2단 수증기 활성화를 통한 활성탄 제조방법
US20210402375A1 (en) * 2018-11-02 2021-12-30 Korea Research Institute Of Chemical Technology Activated Carbon Catalyst for Hydrogen Peroxide Decomposition, Method for Producing Same, and Method for Decomposing Hydrogen Peroxide by Using Same
US11850572B2 (en) * 2018-11-02 2023-12-26 Korea Research Institute Of Chemical Technology Activated carbon catalyst for hydrogen peroxide decomposition, method for producing same, and method for decomposing hydrogen peroxide by using same
KR20200072086A (ko) * 2018-12-12 2020-06-22 주식회사 성창오토텍 가솔린 엔진 에어클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포와 그 제조방법

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