KR20130046231A - Porous activated carbon from black liquor and method of preparating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of porous activated carbon is provided to commercialize the porous activated carbon by a simplified process, and to obtain the porous activated carbon with the high specific surface area from only the black solution generated in the paper manufacturing process. CONSTITUTION: A manufacturing method of porous activated carbon comprises the following steps: a step of forming precipitates by adding acid into a black solution; a step of extracting lignin by neutralizing the precipitates and drying; a step of obtaining carbonized lignin by heat-treating the dried lignin; and a step of manufacturing the porous activated carbon by injecting steam to the carbonized lignin. The pH of the black solution is controlled 2 after the addition of acid.

Description

흑액을 원료로 한 다공성 활성탄 및 그 제조 방법{Porous Activated Carbon from Black Liquor and Method of Preparating the Same}Porous Activated Carbon from Black Liquor and Method of Preparating the Same}

본 발명은 흑액을 원료로 한 다공성 활성탄 및 그 제조 방법에 관한 것으로,보다 상세하게는, 제지 제조공정으로부터 발생하는 부산물인 흑액으로부터 리그닌을 추출하고, 상기 추출된 리그닌을 열처리한 다음, 활성화시켜 제조되는 다공성 활성탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a porous activated carbon using black liquor as a raw material, and more particularly, to extract lignin from black liquor which is a by-product generated from a paper manufacturing process, heat-treating the extracted lignin, and then activating it. It relates to a porous activated carbon and a method for producing the same.

종이를 만드는 원료인 펄프를 제조하는 과정을 펄핑(pulping)이라 하는데, 펄핑과정은 목재의 구성성분인 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌, 기타 추출물 등으로 구성된 혼합물로부터 셀룰로오즈를 제외한 나머지 성분들을 제거하는 공정이다. 이렇게 헤미셀룰로오즈, 리그닌 등을 제거하는 펄핑 방법에는 기계펄핑, 화학펄핑, 반화학펄핑 등이 있으며, 이중 화학펄핑법은 화학 약품을 첨가하여 펄프화하는 방법으로 대표적으로 크라프트 펄핑(kraft pulping)과 설파이트 펄핑(sulfite pulping)이 있다. 펄핑 과정에서 셀룰로오즈를 제외하고 제거되는 나머지 물질을 포함한 폐액을 일반적으로 흑액(black liquor)이라 한다.The process of manufacturing pulp, the raw material for making paper, is called pulping.Pulping is the process of removing cellulose from the mixture of cellulose, hemicellulose, lignin, and other extracts of wood. . Pulping methods for removing hemicellulose, lignin, etc. include mechanical pulping, chemical pulping and anti-chemical pulping, and double chemical pulping is a method of pulping by adding chemicals. There is sulfite pulping. Waste liquor containing the remaining material removed except cellulose in the pulping process is commonly referred to as black liquor.

이러한 흑액은 고분자 물질인 리그닌(목당)이 다량 함유되어 있으나, 흑액에 함유된 리그닌의 처리가 어려워 현재로서는 추가 공정을 거치지 않고 태워서 열원으로 이용하거나, 흑액에 함유된 증발 잔류 약품만을 회수하여 증해액으로 재이용하고 있다.The black liquor contains a large amount of lignin (wood sugar), which is a high molecular material. However, it is difficult to process the lignin contained in the black liquor. We reuse.

현재 이러한 흑액을 유효하게 이용하기 위한 방법으로, 한국등록특허 제0385580호에서는 흑액을 약품 처리하여 분산 염료용 분산제, 시멘트, 레미콘 품질 향상 및 균일화를 위한 분산제를 제조하는 방법을 개시하고 있고, 한국등록특허 제0963822호에서는 흑액을 오존, 과산화수소, 펜톤시약 등의 산화제로 산화 처리하여 제조되는 콘크리트용 혼화제를 개시하고 있다. 그러나, 제지 제조공정에서 얻어지는 순수한 흑액을 이용하여 높은 비표면적을 가지는 다공성 탄소재를 제조하는 기술에 대한 연구는 미비한 상태이다.Currently, as a method for effectively using such a black liquid, Korean Patent No. 0385580 discloses a method of manufacturing a dispersant for improving and homogenizing dispersion, cement, and ready-mixed concrete by dispersing the black liquid by chemical treatment. Patent No. 0963822 discloses a concrete admixture prepared by oxidizing black liquor with an oxidizing agent such as ozone, hydrogen peroxide, and fenton reagent. However, studies on the production of porous carbon materials having a high specific surface area using pure black liquor obtained in the papermaking process are incomplete.

이에, 본 발명자들은 순수한 흑액으로부터 높은 비표면적을 가지는 다공성 탄소재를 개발하고자 예의 노력한 결과, 흑액에 산을 첨가하여 침전물을 형성시키고, 형성된 침전물을 중화시켜 리그닌을 추출한 다음, 추출된 리그닌을 열처리하고, 증기를 주입하여 활성화시킬 경우, 간단한 처리공정으로 높은 비표면적의 다공성 활성탄을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop a porous carbon material having a high specific surface area from pure black liquor. As a result, an acid is added to the black liquor to form a precipitate, and the formed precipitate is neutralized to extract lignin, followed by heat treatment of the extracted lignin. In the case of activating by injecting steam, it was confirmed that the porous activated carbon having a high specific surface area can be produced by a simple treatment process, thereby completing the present invention.

본 발명의 주된 목적은 간단한 처리공정으로 높은 비표면적의 다공성 활성탄을 제조할 수 있는 흑액을 원료로 한 다공성 활성탄 제조방법을 제공하는데 있다.
The main object of the present invention is to provide a method for producing porous activated carbon based on black liquor that can produce porous activated carbon having a high specific surface area by a simple treatment process.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 흑액에 산을 첨가하여 침전물을 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 침전물을 중화시킨 다음, 건조하여 리그닌을 추출하는 단계; (c) 상기 건조된 리그닌을 열처리하여 탄화된 리그닌을 수득하는 단계; 및 (d) 상기 탄화된 리그닌에 수증기를 주입하여 다공성 활성탄을 제조하는 단계를 포함하는, 다공성 활성탄의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) adding an acid to the black liquid to form a precipitate; (b) neutralizing the precipitate formed and then drying to extract lignin; (c) heat treating the dried lignin to obtain carbonized lignin; And (d) injecting water vapor into the carbonized lignin to produce a porous activated carbon.

본 발명에 따른 흑액을 원료로 한 다공성 활성탄의 제조방법은 공정을 단순화하여 실용화할 수 있고, 제지 제조공정 과정에서 얻어지는 흑액만으로 높은 비표면적의 다공성 탄소재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 폐기되는 부산물을 재이용함으로써 경제적인 면에서도 매우 효과적이다.
The method for producing porous activated carbon using black liquor as a raw material according to the present invention can simplify the process and make it practical, and can obtain a high specific surface porous carbon material only by using the black liquor obtained in the papermaking process, Reuse is very effective economically.

도 1은 본 발명에 따른 리그닌 추출과정을 도시한 계략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조방법으로 추출된 리그닌의 TGA 측정 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법으로 탄화된 리그닌의 TGA 측정 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조방법으로 추출된 리그닌의 1H-NMR 스펙트럼 분석 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 제조방법으로 추출된 리그닌의 ATR-FTIR 스펙트럼(a) 및 피크의 밀집 부분을 확대한 스펙트럼(b) 분석 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조방법으로 탄화된 리그닌의 XRD 측정 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 제조방법으로 추출된 리그닌의 SEM 측정 이미지(a: ×100, b: ×300)이다.
도 8은 본 발명에 따른 제조방법으로 탄화된 리그닌의 SEM 측정 이미지(a: ×100, b: ×300)이다.
도 9는 본 발명에 따른 제조방법으로 탄화된 리그닌(A) 및 다공성 활성탄(B)의 등온흡착곡선 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a lignin extraction process according to the present invention.
Figure 2 is a graph of the TGA measurement results of lignin extracted by the manufacturing method according to the present invention.
Figure 3 is a graph of the TGA measurement results of lignin carbonized by the manufacturing method according to the present invention.
Figure 4 is a graph of the 1 H-NMR spectrum analysis of the lignin extracted by the manufacturing method according to the present invention.
Figure 5 is a graph of a spectrum (b) analysis of the magnified portion of the ATR-FTIR spectrum (a) and peaks of the lignin extracted by the production method according to the present invention.
Figure 6 is a graph of the XRD measurement results of lignin carbonized by the manufacturing method according to the present invention.
7 is an SEM measurement image (a: × 100, b: × 300) of the lignin extracted by the manufacturing method according to the present invention.
8 is an SEM measurement image (a: × 100, b: × 300) of the lignin carbonized by the manufacturing method according to the present invention.
9 is an isothermal adsorption curve graph of lignin (A) and porous activated carbon (B) carbonized by the manufacturing method according to the present invention.

본 발명은 일 관점에서, 본 발명은 (a) 흑액에 산을 첨가하여 침전물을 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 침전물을 중화시킨 다음, 건조하여 리그닌을 추출하는 단계; (c) 상기 건조된 리그닌을 열처리하여 탄화된 리그닌을 수득하는 단계; 및 (d) 상기 탄화된 리그닌에 수증기를 주입하여 다공성 활성탄을 제조하는 단계를 포함하는, 다공성 활성탄의 제조방법에 관한 것이다.The present invention in one aspect, the present invention comprises the steps of (a) adding an acid to the black liquor to form a precipitate; (b) neutralizing the precipitate formed and then drying to extract lignin; (c) heat treating the dried lignin to obtain carbonized lignin; And (d) injecting water vapor into the carbonized lignin to produce a porous activated carbon.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 다공성 활성탄의 제조방법은 제지 제조공정으로부터 발생하는 부산물인 흑액에 산을 첨가하여 침전물을 형성시키고, 상기 형성된 침전물을 중화한 다음, 건조시켜 리그닌을 추출한다. 이렇게 추출된 리그닌을 열처리하여 탄화시키고, 수증기를 주입하여 비표면적이 높은 다공성 활성탄을 제조할 수 있다.More specifically, in the method for producing porous activated carbon according to the present invention, a precipitate is formed by adding an acid to a black liquid which is a by-product generated from a paper manufacturing process, neutralizing the formed precipitate, and then drying to extract lignin. The extracted lignin is carbonized by heat treatment, and then injected with water vapor to prepare porous activated carbon having a high specific surface area.

상기 흑액은 펄프재를 찌거나 삶을 때 남는 액체로, 탄산나트륨, 황화나트륨 등의 증해 약품 처리로 인해 pH 10 이상의 강한 알칼리성을 띄고 있는 검은색 물질이다. 이러한 흑액을 산을 첨가시켜 침전물을 형성시킨다.The black liquor is a liquid remaining when steaming or boiling pulp material, and is a black substance having a strong alkalinity of pH 10 or higher due to cooking chemical treatment such as sodium carbonate and sodium sulfide. This black liquor is added acid to form a precipitate.

상기 산은 흑액의 pH를 낮추어 침전물을 형성시킬 수 있는 산이면 국한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 황산, 염산, 인산 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다. 이때 산이 첨가된 흑액의 pH는 바람직하게 2이다. 만약, 흑액의 pH를 낮추는 과정에서 pH가 2보다 높거나 낮은 경우, 추출되는 리그닌의 수득율이 낮다는 문제점이 있다.The acid may be used as long as it is an acid capable of lowering the pH of the black liquid to form a precipitate, and is preferably selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and mixtures thereof. At this time, the pH of the black liquid to which the acid is added is preferably 2. If the pH is higher or lower than 2 in the process of lowering the pH of the black liquid, there is a problem that the yield of lignin to be extracted is low.

흑액에 산의 첨가로 형성된 침전물은 감압장치 등으로 여과시키고, 증류수 등을 이용하여 침전물의 pH를 5 ~ 6으로 중화시킨다. 이와 같이 중화된 침전물은 40℃ ~ 50℃에서 1일 ~ 2일 동안 건조시켜 리그닌을 추출한다.The precipitate formed by the addition of acid to the black liquor is filtered through a decompression device and the like, and the distilled water is used to neutralize the pH of the precipitate to 5-6. The neutralized precipitate is dried for 1 to 2 days at 40 ℃ ~ 50 ℃ to extract the lignin.

전술된 바와 같이 추출된 리그닌은 승온속도 1 내지 10℃/min으로 600 내지 1000℃에서 열처리하여 탄화시킨다. 이때 열처리 온도가 600℃ 미만인 경우 비표면적이 높은 활성탄 제조가 어려우며, 1000℃를 초과하는 경우에는 리그닌이 급격하게 분해됨으로써 미세한 기공 구조를 유지하기 어려워 품질의 균일성 확보가 어렵다. 또한, 1℃/min 미만의 승온속도로 리그닌을 탄화시킬 경우, 제조공정 시간이 길어지는 단점이 있고, 10℃/min를 초과한 승온속도로 탄화시킬 경우에는 리그닌의 탄화가 제대로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.Lignin extracted as described above is carbonized by heat treatment at 600 to 1000 ℃ at a temperature increase rate of 1 to 10 ℃ / min. In this case, when the heat treatment temperature is less than 600 ℃, it is difficult to produce activated carbon having a high specific surface area, and when it exceeds 1000 ℃, it is difficult to maintain a fine pore structure by rapidly degrading lignin, so that it is difficult to secure uniformity of quality. In addition, when carbonizing lignin at a temperature rising rate of less than 1 ℃ / min, there is a disadvantage in that the manufacturing process time is long, and when carbonized at a temperature rising rate exceeding 10 ℃ / min is not properly carbonized lignin There is this.

상기 열처리는 불활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하고, 불활성 분위기는 예컨데 질소, 아르곤 분위기 등일 수 있다.Preferably, the heat treatment is performed in an inert atmosphere, and the inert atmosphere may be, for example, nitrogen or argon atmosphere.

상기 열처리에 의해 흑액에 포함되어 있는 나트륨과 같은 알칼리 성분이 화학적 활성제로 작용하여 리그닌의 탄소층 간에 삽입될 수 있고, 이에 따라 탄소층 간의 간격이 증가하여 350~450 m2/g의 BET 비표면적을 가지는 활성탄을 제조할 수 있다.By the heat treatment, an alkaline component such as sodium contained in the black liquor may act as a chemical activator to be inserted between the carbon layers of the lignin, thereby increasing the interval between the carbon layers, thereby increasing the BET specific surface area of 350 to 450 m 2 / g. Activated carbon may be prepared.

이와 같이 탄화된 리그닌은 불활성 분위기에서 수증기(steam)를 주입하여 탄화된 리그닌을 활성화시키는데, 이때 탄화된 리그닌을 1 ~ 10℃/min로 850℃까지 승온시킨 다음, 30분 ~ 2시간 동안 유지하는 조건에서 수증기를 주입한다. 만약, 1℃/min 미만의 승온속도로 리그닌을 활성화시킬 경우, 제조공정 시간이 길어지는 단점이 있고, 10℃/min를 초과한 승온속도로 활성화시킬 경우에는 활성화가 제대로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다. 또한, 활성화 등온시간이 30 시간 미만일 경우 리그닌의 활성화가 제대로 이루어지지 않고, 2시간을 초과하는 경우에는 수증기 투입량에 따른 수득률이 낮다는 문제점이 있다.The carbonized lignin is activated with carbonized lignin by injecting steam in an inert atmosphere, wherein the carbonized lignin is heated to 850 ° C. at 1 to 10 ° C./min, and then maintained for 30 minutes to 2 hours. Inject water vapor under conditions. If, when lignin is activated at a temperature increase rate of less than 1 ℃ / min, there is a disadvantage that the manufacturing process time is long, and when activated at a temperature rising rate exceeding 10 ℃ / min there is a problem that the activation is not made properly. . In addition, when the activation isothermal time is less than 30 hours, the activation of lignin is not properly performed, and when the isothermal time exceeds 2 hours, there is a problem that the yield according to the amount of steam input is low.

전술된 탄화된 리그닌에 수증기 주입은 탄화된 리그닌 기공 주변으로부터 더 많은 열분해를 발생시켜 높은 비표면적을 가지는 다공성 활성탄을 제조할 수 있다.Water vapor injection into the carbonized lignin described above can produce more pyrolysis from around the carbonized lignin pores to produce porous activated carbon having a high specific surface area.

본 발명에 따른 흑액을 원료로 한 다공성 활성탄의 제조방법은 흑액으로부터 추출된 리그닌을 탄화 및 활성화 과정을 통하여 제조함으로써, 흑액 처리공정을 단순화하여 실용화할 수 있고, 다른 첨가제 없이 흑액만으로 높은 비표면적의 다공성 탄소재를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 폐기되는 부산물을 재이용함으로써 경제적인 면에서도 매우 효과적이다. The method for producing porous activated carbon based on black liquor according to the present invention can be realized by producing lignin extracted from black liquor through carbonization and activation, thereby simplifying the black liquor treatment process, and having a high specific surface area using only black liquor without other additives. Not only can a porous carbon material be obtained, but it is also economically effective by reusing waste products.

본 발명은 전술된 제조방법으로 제조되고, 1650m2/g ~ 1800m2/g의 BET 비표면적을 가지는 다공성 활성탄을 제조할 수 있다. 제조된 다공성 활성탄은 별도의 첨가제 없이 제조됨으로써 기존 활성탄에 비하여 원가가 저렴하고, 기존 활성탄의 비표면적 보다 높은 비표면적을 가짐으로써 액상 또는 기상 흡착용으로 활용이 가능하다.
The present invention is prepared by the above-described manufacturing method, it is possible to produce a porous activated carbon having a BET specific surface area of 1650m 2 / g ~ 1800m 2 / g. The manufactured porous activated carbon can be utilized for liquid or gaseous adsorption because it is manufactured without any additives and thus has a lower cost than the existing activated carbon, and has a specific surface area higher than that of the existing activated carbon.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only intended to illustrate the invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the invention is not to be construed as limited by these examples.

실시예Example 1:  One: 흑액을Black liquor 원료로 한 다공성 활성탄의 제조 Production of Porous Activated Carbon as Raw Material

1-1: 리그닌 추출 단계1-1: Lignin Extraction Stage

무림P&P(구 동해펄프)로부터 제공받은 pH가 13인 흑액 800g에 4M(질량비로 22% 농도)로 희석된 황산을 첨가하여 흑액의 pH를 2로 낮추고, 교반하여 침전물을 형성시켰다. 이렇게 형성된 침전물을 약 1 시간 정도 교반시킨 다음, 감압장치를 이용하여 증류수로 침전물 pH 6으로 중화시켰다. 중화된 침전물은 45℃의 오븐에서 1일 정도 건조시키고, 건조된 침전물을 유발을 이용하여 파우더 형태로 분해한 다음, 별도의 정제과정 없이 리그닌을 추출하였다(도 1).
Sulfuric acid diluted with 4M (22% concentration by mass) was added to 800 g of black liquor having a pH of 13 provided from Moorim P & P (Donghae Pulp) to lower the pH of the black liquor to 2 and stirred to form a precipitate. The precipitate thus formed was stirred for about 1 hour and then neutralized to precipitate pH 6 with distilled water using a pressure reducing device. The neutralized precipitate was dried in an oven at 45 ° C. for about 1 day, and the dried precipitate was decomposed into powder form using induction, and then lignin was extracted without additional purification (FIG. 1).

1-2: 리그닌 탄화 단계1-2: lignin carbonization step

실시예 1-1에서 추출된 리그닌 100g을 서스 재질로 이루어진 튜브형 silconit 탄화로를 사용하여 상온에서부터 단계적으로 열처리하였다. 이때 최종 열처리 온도는 600℃, 850℃ 및 1000℃로 설정하고, 상기 열처리 최종 온도에 따른 승온속도는 1℃/min로 설정하였으며, 질소분위기에서 수행하였다. 이와 같이 열처리된 리그닌은 상온에서 냉각시켜 탄화된 리그닌을 수득하였다.
100 g of lignin extracted in Example 1-1 was heat-treated stepwise from room temperature using a tubular silconit carbonization furnace made of sus material. At this time, the final heat treatment temperature was set to 600 ℃, 850 ℃ and 1000 ℃, the temperature increase rate according to the final heat treatment temperature was set to 1 ℃ / min, it was carried out in a nitrogen atmosphere. The lignin thus heat-treated was cooled at room temperature to obtain carbonized lignin.

1-3: 리그닌 활성화 단계1-3: lignin activation stage

실시예 1-2에서 탄화된 리그닌은 질소 분위기에서 서스로 이루어진 튜브와 silconit 발열체로 구성된 탄화로를 사용하여 상온에서부터 최종 온도 850℃로 1℃/min의 속도로 승온시킨 다음, 등온 상태에서 60분간 수증기 공급장치인 정량펌프(Cole-Parmer Instrument Company, Masterflex MODEL NO. 7524-05)를 통해서 수증기 3ml/min를 공급하여 활성화공정을 수행하였다. 이와 같이 활성화된 리그닌은 상온에서 냉각시켜 다공성 활성탄을 제조하였다.
The lignin carbonized in Example 1-2 was heated at a rate of 1 ° C./min from normal temperature to a final temperature of 850 ° C. using a carbonization furnace composed of a sus tube and a silconit heating element in a nitrogen atmosphere, followed by 60 minutes in an isothermal state. The activation process was performed by supplying 3ml / min of water vapor through a metering pump (Cole-Parmer Instrument Company, Masterflex MODEL NO. 7524-05), which is a steam supply device. The activated lignin was cooled to room temperature to prepare porous activated carbon.

실험예Experimental Example 1:  One: 열안정성Thermal stability 측정 Measure

실시예 1에서 제조된 리그닌 및 다공성 활성탄의 중량 감소율을 관찰하기 위해 열중량분석기(thermogravimetric analyzer: TGA Q500, TA Instruments)를 사용하여 측정하였다.In order to observe the weight loss rate of the lignin and the porous activated carbon prepared in Example 1, it was measured using a thermogravimetric analyzer (TGA Q500, TA Instruments).

그 결과, 추출된 리그닌의 경우에는 도 2에 나타난 바와 같이, 초기 100℃ 부근에서 관찰되는 약 2~3% 정도의 중량감소가 온도가 증가함에 따라 리그닌 내부에 존재한 수분의 제거 또는 생성되는 수분에 의한 변화량인 것으로 나타났다. 또한 중량감소의 일부는 측정 시 흘려 보내준 질소가스와 리그닌에 존재하는 산소 관능기가 반응하여 제거되면서 발생하였을 것으로 판단되었다. 이후에 완만한 중량 감소율을 보이다가 200℃가 넘어감에 따라 열에 의한 반응이 일어나 리그닌이 녹게 되고, 그 과정에서 제거되는 물질이 발생하게 되며 구조적으로도 변화가 일어나게 되어 중량감소가 일어난 것이라고 판단되었다. 추출한 리그닌에서는 정제과정을 거치지 않았기 때문에 290℃ 부근에서 헤미셀룰로오스(hemicellulose)의 분해에 의한 중량감소가 나타났고 380℃ 부근에서 리그닌의 분해가 일어났다. 이는 DTG 그래프에서도 확인되었는데 100℃와 290℃, 그리고 390℃ 부근에서 빠른 속도로 무게 감소가 일어남을 관찰할 수 있었다. 결과적으로 추출한 리그닌의 800℃에서의 잔여중량의 전체의 34% 정도로 나타남을 알 수 있었다.As a result, in the case of the extracted lignin, as shown in FIG. 2, the weight loss of about 2 to 3% observed near the initial 100 ° C removes or removes moisture present in the lignin as the temperature increases. It was shown that the change amount by. In addition, some of the weight loss may be caused by the reaction of the nitrogen gas sent during the measurement and the oxygen functional groups present in the lignin to be removed. Later, when the weight loss rate was slowed down to 200 ° C, the reaction caused by heat occurred, the lignin melted, the material was removed in the process, and the structural change occurred, and it was judged that the weight loss occurred. . Since the extracted lignin was not purified, the weight loss due to the decomposition of hemicellulose appeared at around 290 ° C, and the degradation of lignin occurred at around 380 ° C. This was also confirmed in the DTG graph, and it was observed that the weight loss occurred rapidly at around 100 ° C, 290 ° C, and 390 ° C. As a result, it can be seen that about 34% of the total weight of the lignin extracted at 800 ℃.

또한, 탄화된 리그닌의 경우에는 도 3에 나타난 바와 같이, 1000℃에서 탄화된 리그닌의 중량변화가 작은 것으로 나타났고, 그에 따라 더 높은 열안정성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그리고, 중량변화의 차이는 600℃와 850℃ 사이에서는 7% 정도로 샘플들 사이에서 다소 높게 차이가 났지만, 850℃와 1000℃ 사이에서는 2% 정도의 낮은 차이를 보여주었다. 이는 600℃에서 보다 850℃에서 탄화에 의한 결정화 및 고리화가 더 많이 이루어져 열적으로 안정화가 더 많이 이루어진 것으로 판단된다.
In addition, in the case of carbonized lignin, as shown in FIG. 3, the weight change of carbonized lignin at 1000 ° C. was found to be small, thereby indicating higher thermal stability. In addition, the difference in weight change was slightly higher between the samples at about 7% between 600 ° C. and 850 ° C., but at 2% between 850 ° C. and 1000 ° C .. It is believed that more crystallization and cyclization by carbonization at 850 ° C. than at 600 ° C. resulted in more thermal stabilization.

실험예Experimental Example 2: 핵자기공명 분광 분석 2: nuclear magnetic resonance spectroscopy

추출된 리그닌의 화학적 구조를 관찰하기 위해 핵자기공명분석기(Nuclear Magnetic Resonance: BRUKER BIOSPIN, AVANCE Ⅲ 400)을 이용하였고, 화학적 구조 분석을 위해 1H-NMR probe를 사용하였으며 리그닌을 용해시키기 위한 용매로 dimethyl sulfoxide(DMSO-d6)를 사용하였다.Nuclear Magnetic Resonance (BRUKER BIOSPIN, AVANCE III 400) was used to observe the chemical structure of extracted lignin, 1H-NMR probe was used for chemical structure analysis, and dimethyl was used as a solvent to dissolve lignin. sulfoxide (DMSO-d6) was used.

실시예 1-1에서 추출된 리그닌의 화학적 구조를 관찰한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 용매로 사용한 dimethyl sulfoxide(DMSO-d6)의 피크는 2.5 ppm에서 확인되었고, 용매에 포함되어 있는 H2O의 수소는 3.4 ppm에 나타났다. 리그닌의 특성 피크의 경우는 1.227 ppm에서 aliphatic 그룹에 존재하는 수소가 나타났고, 2.182 ppm에서는 -CH2OH의 영향을 받은 -CH-의 수소 피크가 나타났다. methoxyl 그룹의 수소는 3.5 ppm에서 강하게 나타났고, 3.756 ppm에서는 -COO- 의 산소 측에 위치한 -CH2-의 수소 피크가 나타났다. 그리고 -CH-와 맞닿아 있는 ether 그룹인 -HC-O-CH2-에 위치한 수소 피크는 4.2 ppm 부근에서 나타났고, 리그닌을 구성하는 중요 구조 중 하나인 aromatic ring에 존재하는 수소는 6.5 ~ 7.5 ppm 사이에 여러 개 피크로 위치하고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 전술된 결과를 토대로 흑액으로 부터 리그닌을 성공적으로 추출되었음을 알 수 있었다.
As a result of observing the chemical structure of the lignin extracted in Example 1-1, as shown in Figure 4, the peak of dimethyl sulfoxide (DMSO-d6) used as a solvent was confirmed at 2.5 ppm, H 2 contained in the solvent The hydrogen of O appeared at 3.4 ppm. The characteristic peak of lignin showed hydrogen present in aliphatic group at 1.227 ppm, and hydrogen peak of -CH- affected by -CH 2 OH at 2.182 ppm. Hydrogen in the methoxyl group was strong at 3.5 ppm and at 3.756 ppm a hydrogen peak of -CH 2 -located on the oxygen side of -COO-. The hydrogen peak located at -HC-O-CH 2- , the ether group in contact with -CH-, appeared around 4.2 ppm, and the hydrogen in the aromatic ring, one of the important structures of lignin, was 6.5-7.5. Several peaks were found between ppm. Therefore, it was found that lignin was successfully extracted from the black liquor based on the above results.

실험예Experimental Example 3:  3: ATRATR -- FTIRFTIR 분광 분석 Spectroscopic analysis

실시예 1-1에서 추출된 리그닌의 화학 관능기를 조사하기 위하여 적외선 감쇠전반사 분광분석기(ATR-FTIR: Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared: Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer, Thermo Fisher Scientific Inc.)를 이용하였으며, ATR 크리스탈은 Znse(zinc selenide)를 사용하여 측정하였다.In order to investigate the chemical functionalities of the lignin extracted in Example 1-1, an infrared attenuated total reflectance-fourour Transform Infrared: Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer, Thermo Fisher Scientific Inc. , ATR crystals were measured using Znse (zinc selenide).

그 측정결과, 3395 cm-1에 위치한 크고 완만한 alcoholic 및 phenolic OH 피크가 관찰되었고, 2936 cm- 1와 2842 cm-1에서 CH3 피크를 관찰할 수 있었다(도 5A). 또한, 도 5A에 위치한 네모상자 안의 밀집되어 구분하기 힘든 부분을 도 5B에 확대하여 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이 스펙트럼 분석을 통하여 리그닌의 주요 흡광 피크들을 확인할 수 있었다. 특히, phenylpropane unit의 기본구조에 나타낸 β 위치에 존재하는 C=O 피크와 α 및 γ 위치에 존재하는 C=O 피크를 확인할 수 있었다. 또한 1032 cm-1 부근에서는 primary alcohol의 C-O피크가 확인되었고, 1500 cm-1와 850 cm-1 부근에서는 각각 aromatic ring의 C=C피크와 C-H피크가 나타났다. 한편 가장 중요한 피크는 1313 cm- 1와 1111 cm-1에서 확인할 수 있는 syringyl ring의 C-O피크와 C-H피크 및 1220 cm-1 부근과 1810 cm-1에서 확인할 수 있는 guaiacyl ring의 C-O피크와 C-H피크이다. syringyl ring 및 guaiacyl ring은 주로 활엽수(hardwood)에서 발견되는 것으로, 본 실험에서 사용한 리그닌이 다양한 종류의 활엽수를 이용한 펄프공정의 부산물인 흑액으로부터 얻어진 것을 고려할 때, 추출한 리그닌의 주요 흡광피크가 스펙트럼에 잘 나타나 있음을 알 수 있었다.
The results of the measurements in the 3395 cm -1 large and gentle alcoholic and phenolic OH peak was observed, 2936 cm - was observed in the CH 3 peak 1 and 2842 cm -1 (Fig. 5A). In addition, it is enlarged in FIG. 5B showing a part of the square box located in FIG. 5A that is difficult to distinguish. As shown in FIG. 5, major absorption peaks of lignin could be confirmed through spectral analysis. In particular, the C = O peak at the β position and the C = O peak at the α and γ positions of the phenylpropane unit were identified. CO peaks of primary alcohols were observed around 1032 cm -1 , and C = C and CH peaks of aromatic rings were found around 1500 cm -1 and 850 cm -1 , respectively. The most important peaks are the CO and CH peaks of the syringyl ring found at 1313 cm - 1 and 1111 cm -1 , and the CO and CH peaks of the guaiacyl ring found near 1220 cm -1 and 1810 cm -1 . . The syringyl ring and guaiacyl ring are mainly found in hardwoods. Considering that the lignin used in this experiment was obtained from black liquor, a by-product of the pulp process using various types of hardwoods, the main absorbance peak of the extracted lignin was well in the spectrum. It can be seen that.

실험예Experimental Example 4: X-선  4: X-ray 회절diffraction 분석 analysis

실시예 1-2에서 탄화된 리그닌의 결정성 변화에 미치는 탄화공정 조건의 영향을 조사하기 위하여 고분해능 X-선 회절분석기(High resolution x-ray diffractometer, D/MAY-2500/PC, Rigaku)를 사용하였다. scanning 범위는 2θ=2°~60°였으며, 사용된 radiation은 Kα이고 targeting 소재로 Cu가 사용하여 측정하였다.A high resolution x-ray diffractometer (D / MAY-2500 / PC, Rigaku) was used to investigate the effect of carbonization process conditions on the crystallinity change of carbonized lignin in Example 1-2. It was. The scanning range was 2θ = 2 ° ~ 60 °, and the radiation used was Kα and measured by Cu as the targeting material.

측정결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 높은 온도에서 탄화된 리그닌일수록 20˚ 부근의 2θ 피크가 점점 높은 각도로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Bragg's Equation(d( hkl ) = λ / 2sinθ)에 의해 d(002) 값을 계산하여 확인할 수 있었다. 이를 통해 탄화온도가 높아질수록 turbostratic 구조가 조밀하게 형성되고, graphitic한 구조가 되며 시료의 무정형이 감소하게 된 것이라 판단되었다. 또한 이것은 피크의 intensity가 강할수록 앞에서 설명한 결과를 나타내기도 한다. 대체적으로 600℃의 조건에서는 완만한 피크형태를 보이지만 온도가 높아지면 피크가 상대적으로 좁아지는 것이 관찰되었다. 그러나 850℃와 1000℃를 두고 비교하였을 때는 큰 변화가 나타나지 않은 것으로 보아 850℃와 1000℃는 구조적인 면에서 차이를 발견하기 어려운 온도범위라 판단된다.
As a result, as shown in Figure 6, as the lignin carbonized at a high temperature it was confirmed that the 2θ peak around 20 ° moves at an increasingly higher angle. This was confirmed by calculating the value of d (002) by Bragg's Equation (d ( hkl ) = λ / 2sinθ). The higher the carbonization temperature, the denser the turbostratic structure, the graphitic structure, and the less amorphous the sample was. It also shows that the higher the intensity of the peak, the above results. In general, at 600 ° C, the peak form was gentle, but the peak narrowed with increasing temperature. However, when comparing 850 ℃ and 1000 ℃ did not show a big change, 850 ℃ and 1000 ℃ is a structural temperature range is difficult to find a difference.

실험예Experimental Example 5:  5: RamanRaman spectroscopyspectroscopy 에 의한 결정화도 분석Crystallization Analysis by

탄화공정이 화학적 특성 변화 및 결정화도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 라만분광기(InVia raman microscope, Renishaw Plc.)를 사용하였다. 라만분광기를 이용한 측정은 Nd YAG laser를 이용하였으며, 514 nm의 파장으로 측정되었다.The Raman spectrometer (InVia raman microscope, Renishaw Plc.) Was used to investigate the effect of carbonization on chemical properties and crystallinity. Raman spectroscopy was performed using an Nd YAG laser and measured at a wavelength of 514 nm.

측정 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, Raman 스펙트럼은 전형적으로 2개의 강한 피크가 나타나는데, 비정질 부분을 나타내는 D band와 흑연화 혹은 결정질 부분을 나타내는 G band로 분류되었다. D band는 1340 cm-1 부근에서 나타나고, G band는 1590 cm-1 부근에서 주로 관찰되었다. 이러한 D band와 G band의 상대적 세기의 비교(ID/IG)를 통하여 시료의 결정화도를 분석할 수 있는데, 표 1에서 눈에 띄는 결과는 각각의 복합화 조건에서 탄화온도가 높아질수록 ID/IG 값도 같이 높아졌다. 이는 탄화온도가 높아짐에 따라 시료의 graphite화 및 무정형의 결정화가 이루어지지만 본 실험예에서 설정한 탄화온도인 600℃, 850℃, 1000℃는 graphite화 및 결정화가 이루어지기에는 부족한 온도였다. 이와 더불어 시료에 열이 작용함에 따라 구조에 crack 및 defect가 발생하여 무질서 정도가 높아져 D band 값이 높아지고 그에 따라 ID/IG 값이 높아진 것이라 판단된다.As a result of the measurement, as shown in Table 1, the Raman spectrum typically shows two strong peaks, classified into a D band representing an amorphous portion and a G band representing a graphitized or crystalline portion. D bands appeared around 1340 cm -1 and G bands were observed mainly around 1590 cm -1 . The crystallinity of the sample can be analyzed by comparing the relative intensities (D / IG) of the D band and the G band. The prominent results in Table 1 show that the ID / IG value increases as the carbonization temperature increases in each compounding condition. Raised together. As the carbonization temperature was increased, the graphite and amorphous crystallization of the sample were made, but the carbonization temperatures 600 ° C., 850 ° C., and 1000 ° C. set in the present experimental example were insufficient for graphite and crystallization. In addition, as the heat acts on the sample, cracks and defects occur in the structure, resulting in an increase in the level of disorder, resulting in an increase in the D band value and thus an ID / IG value.

탄화 온도Carbonization temperature IDID IGIG ID/IG
ID / IG
600℃600 ℃ 2350.722350.72 3396.653396.65 0.6920.692 850℃850 ℃ 2461.772461.77 2949.962949.96 0.8350.835 1000℃1000 ℃ 1496.081496.08 1653.431653.43 0.9050.905

실험예Experimental Example 5: 원소분석 5: Elemental Analysis

탄화공정이 리그닌의 화학조성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 원소분석기(Elemental analyzer, Flash 2000, ThermoFisher)를 사용하였다. 원소분석을 통해 각 시료의 탄소함량, 수소함량, 질소함량을 측정하였고, 측정되지 않은 산소함량은 전체함량에서 앞서 언급한 세 가지 원소들의 함량을 제외한 나머지 함량으로 계산하였다.An elemental analyzer (Flash 2000, ThermoFisher) was used to investigate the effect of carbonization on the chemical composition of lignin. The elemental analysis was carried out to measure the carbon content, hydrogen content, and nitrogen content of each sample. The unmeasured oxygen content was calculated as the remaining content except the aforementioned three elements in the total content.

그 결과, 하기 표 2는 실시예 1-1에서 추출된 리그닌의 원소를 분석한 결과를 기재한 것이고, 표 3은 실시예 1-2에서 탄화된 리그닌의 원소를 분석하여 기재하였다. 분석결과, 표 3에 나타난 바와 같이, 탄화시키는 온도가 증가할수록 탄소량이 증가하는 것을 알 수 있었다.As a result, Table 2 below shows the results of analyzing the elements of the lignin extracted in Example 1-1, Table 3 described by analyzing the elements of the lignin carbonized in Example 1-2. As a result, as shown in Table 3, it can be seen that the carbon amount increases as the carbonization temperature increases.

구분division carbon(%)carbon (%) Hydrogen(%)Hydrogen (%) Oxygen(%)Oxygen (%) Nitrogen(%)Nitrogen (%) 추출된 리그닌Extracted lignin 60.37260.372 5.5685.568 33.82033.820 0.2400.240

구분division carbon(%)carbon (%) Hydrogen(%)Hydrogen (%) Oxygen(%)Oxygen (%) Nitrogen(%)Nitrogen (%) 600℃에서 탄화된 리그닌Lignin carbonized at 600 ℃ 88.38688.386 2.5242.524 8.5138.513 0.5770.577 850℃에서 탄화된 리그닌Lignin carbonized at 850 ℃ 93.35893.358 0.6250.625 5.3965.396 0.6210.621 1000℃에서 탄화된 리그닌Lignin carbonized at 1000 ℃ 94.37394.373 0.2690.269 4.0324.032 1.3261.326

실험 예 6: 주사전자현미경을 이용한 표면관찰Experimental Example 6: Surface Observation Using Scanning Electron Microscope

추출된 리그닌과 탄화된 리그닌의 표면변화를 측정하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: JEOL, JSM-6380)을 이용하였다. 측정에 사용한 모든 시료의 표면에는 전도성을 부여하기 위하여 스퍼터링(sputtering) 방법을 통해 준비된 시료의 표면을 백금(Pt)으로 3분간 코팅한 후 측정하였다.Scanning Electron Microscope (JEOL, JSM-6380) was used to measure the surface changes of the extracted lignin and carbonized lignin. The surface of all samples used for the measurement was measured after coating the surface of the sample prepared by sputtering method with platinum (Pt) for 3 minutes to give conductivity.

먼저, 실시예 1-1에서 추출된 리그닌의 표면을 관찰한 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 입자들이 뭉쳐져서 큰 덩어리들을 이루고 있는 것으로 나타났다.First, as a result of observing the surface of the lignin extracted in Example 1-1, as shown in Figure 7, it was found that the particles are agglomerated to form large lumps.

또한, 실시예 1-2에서 탄화된 리그닌 중 850℃로 열처리된 리그닌의 표면을 주사전자 현미경으로 관찰한 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 탄화된 리그닌의 표면이 열처리 전과 완전히 다른 형태로 나타나는 것을 알 수 있었다. 열처리 전에는 리그닌들이 뭉쳐져 덩어리들을 이루고 있는 것으로 나타난 반면, 열처리 되면서 리그닌 덩어리들은 사라지고 매끈한 표면을 관찰할 수 있었다. 이는 리그닌에 온도가 가해짐에 따라 용융이 일어나고 끓어 오르는 과정을 거친 후에 굳어져서 발포된 폼 형태를 이루게 되는데, 이렇게 용융되어 굳어지는 단계에서 리그닌 구조를 이루는 사슬들이 서로 결합하는 형태를 이루어서 나타난 결과로 판단된다.
In addition, as a result of observing the surface of the lignin heat-treated at 850 ° C. of the lignin carbonized in Example 1-2 with a scanning electron microscope, as shown in FIG. 8, the surface of the carbonized lignin appeared in a completely different form from before heat treatment. Could know. Before the heat treatment, the lignin was shown to form agglomerates, while the heat treatment showed that the lignin mass disappeared and the smooth surface was observed. This is caused by melting and boiling as the temperature is applied to the lignin, which then hardens to form a foamed foam. Judging.

실험 예 7: 주사전자현미경을 이용한 표면관찰Experimental Example 7: Surface Observation Using Scanning Electron Microscope

활성탄의 비표면적과 기공특성을 알아보기 위해서 비표면적 분석기(Surface Area & Pore Size Analyzer, ASAP2020, Micromeritics Inc., USA)사용하였다. 액체질소에 의한 77K 온도에서의 N2의 등온흡착 분석을 통하여 기공특성 평가를 진행하였고, 850℃에서 열처리하여 탄화된 리그닌(실시예 1-2) 및 상기 탄화된 리그닌을 활성화시켜 제조된 다공성 활성탄(실시예 1-3)의 BET 방법에 의한 비표면적을 측정하였다. 측정 시 정확한 측정을 위해 10시간 동안 300℃에서 진공조건으로 샘플이 들어있는 튜브 안의 기체를 제거한 후 실험을 진행하였다.A specific surface area analyzer (Surface Area & Pore Size Analyzer, ASAP2020, Micromeritics Inc., USA) was used to investigate the specific surface area and pore characteristics of activated carbon. Pore characteristics were evaluated by isothermal adsorption analysis of N 2 at 77K temperature by liquid nitrogen, and heat activated at 850 ° C. to activate carbonized lignin (Example 1-2) and the carbonized lignin. The specific surface area by the BET method of (Example 1-3) was measured. For accurate measurement, the experiment was performed after removing the gas in the tube containing the sample under vacuum condition at 300 ° C. for 10 hours.

그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 도 9(B)의 활성화한 시료는 흡착과 탈착이 제대로 이루어지고 있는데 반해, 도 9(A)의 탄화한 시료에서는 흡착 후에 흡착된 양보다 탈착이 더 많이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 이는 탄화된 리그닌 내에 존재하는 폐기공 내에 volatile mass가 질소의 흡착과 탈착에 의해 열리게 되고 함께 기공 밖으로 빠져나왔기 때문인 것으로 판단된다.As a result, as shown in FIG. 9, the activated sample of FIG. 9 (B) is well adsorbed and desorbed, whereas the carbonized sample of FIG. 9 (A) is more desorbed than the amount adsorbed after adsorption. It appeared to be happening. This may be due to the fact that the volatile mass in the waste pores present in the carbonized lignin was opened by adsorption and desorption of nitrogen and escaped out of the pores together.

또한, 하기 표 4에서는 실시예 1-2에서 탄화된 리그닌 및 실시예 1-3에서 제조된 다공성 활성탄의 BET 값과 pore 종류별 결과를 나타내었다. 실시예 1-2에서 탄화된 리그닌의 경우, 400m2/g의 BET 값으로 측정되었고(BET 값에서 십의 자리와 일의 자리 수는 밀도와 숙련도 측면에서 유동이 큰 값이므로 생략이 가능하다), micro 크기의 기공이 96.2% 정도인 것으로 나타난 반면, 실시예 1-3에서 제조된 다공성 활성탄의 경우에는 1,718 m2/g의 BET 값과 59.3% 정도의 micro 크기의 기공이 존재하고 있는 것으로 나타났다. 이는 수증기 활성화에 의해 제조된 본 발명의 다공성 활성탄은 단순히 탄화되어 제조된 리그닌 활성탄보다 4배 이상의 높은 BET 값을 가지는 것을 알 수 있었다.In addition, Table 4 below shows the BET value and the pore type results of the lignin carbonized in Example 1-2 and the porous activated carbon prepared in Example 1-3. In the case of the lignin carbonized in Example 1-2, it was measured with a BET value of 400 m 2 / g (the tens and tens of digits in the BET value can be omitted because the flow is large in terms of density and proficiency). , 96.2% of the micro-pores were found, whereas in the porous activated carbon prepared in Example 1-3, the BET value of 1,718 m 2 / g and the micro-pores of about 59.3% appeared to exist. . It can be seen that the porous activated carbon of the present invention prepared by steam activation has a BET value four times higher than that of the lignin activated carbon prepared by simply carbonization.

구분division BET(m2/g)BET (m 2 / g) Micropore Area(m2/g)Micropore Area (m 2 / g) External Surface Area(m2/g)External Surface Area (m 2 / g) 탄화된 리그닌
(실시예 1-2)
Carbonized lignin
(Example 1-2)
402402 387387 1515
다공성 활성탄
(실시예 1-3)
Porous activated carbon
(Example 1-3)
1,7181,718 1,0191,019 699699

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (9)

다음 단계를 포함하는, 다공성 활성탄의 제조방법:
(a) 흑액에 산을 첨가하여 침전물을 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 침전물을 중화시킨 다음, 건조하여 리그닌을 추출하는 단계;
(c) 상기 건조된 리그닌을 열처리하여 탄화된 리그닌을 수득하는 단계; 및
(d) 상기 탄화된 리그닌에 수증기를 주입하여 다공성 활성탄을 제조하는 단계.
Method for producing a porous activated carbon, comprising the following steps:
(a) adding acid to the black liquor to form a precipitate;
(b) neutralizing the precipitate formed and then drying to extract lignin;
(c) heat treating the dried lignin to obtain carbonized lignin; And
(d) preparing porous activated carbon by injecting water vapor into the carbonized lignin.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 산은 황산, 염산, 인산 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the acid of step (a) is selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and mixtures thereof.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 산 첨가시 흑액의 pH를 2로 조절하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the pH of the black liquor is adjusted to 2 when the acid of step (a) is added.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 중화시, pH를 5 ~ 6으로 조절하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
According to claim 1, wherein the neutralization of the step (b), the method of producing a porous activated carbon, characterized in that to adjust the pH to 5 to 6.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 건조는 40℃ ~ 50℃에서 1일 ~ 2일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the drying of step (b) is performed for 1 day to 2 days at 40 ° C to 50 ° C.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 열처리는 승온속도 1℃/min ~ 10℃/min로 600℃ ~ 1000℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the heat treatment of step (c) is performed at 600 ° C to 1000 ° C at a heating rate of 1 ° C / min to 10 ° C / min.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 불활성 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step (c) is performed in an inert atmosphere.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는 불활성 분위기에서 1℃/min ~ 10℃/min로 850℃까지 승온시킨 다음, 60분 동안 유지하는 조건에서 수증기를 주입하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step (d) of the porous activated carbon, characterized in that the water vapor is injected under conditions maintained for 60 minutes after raising the temperature to 850 ℃ at 1 ℃ / min ~ 10 ℃ / min in an inert atmosphere Manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 수증기 주입은 3ml/min으로 주입하는 것을 특징으로 하는 다공성 활성탄의 제조방법.







The method of claim 1, wherein the steam injection of step (d) is performed at 3 ml / min.







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