KR20150025183A - 대나무 활성탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대나무 활성탄 및 그 제조방법에 관한 것으로, 대나무숯 제조단계(S1단계)와; 대나무숯 세정단계(S2단계)와; 숯 분말 제조단계(S3단계)와; 유기 불순물 제거단계(S4단계)와; 필터링단계(S5단계)와; 혼합단계(S6단계)와; 1차 가열단계(S7단계) 및; 2차 가열단계(S8단계)로 이루어져 회전킬른로의 구조적 변경을 최소화하면서 활성화 반응을 촉진시켜 더욱 신속하게 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있고, 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있게 활성화 반응을 촉진시키도록 대나무숯을 KOH와 함께 열처리하여 비표면적 2000㎡/g 이상이며, 탄소 80wt% 이상 및 캐패시턴스 40F/g 이상인 대나무 활성탄이 제조되는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

대나무 활성탄 및 그 제조방법{Bamboo activationcarbon and fabricating method thereof}

본 발명은 대나무 활성탄 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대나무숯을 KOH와 함께 열처리하여 비표면적 2000㎡/g 이상인 미세 기공 및 표면적을 증대시켜 보다 품질이 향상된 대나무 활성탄을 얻도록 개선한 대나무 활성탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 대나무 활성탄은 미세한 다공질 구조로 이루어지고 미세 표면의 산성도와 활성점 등에 기초하여 표면에서의 유익한 미생물의 착생, 이물질 및 미생물들이 표면에 흡착되어 공기 및 물의 정화에 널리 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 부패균의 발생을 억제하고 냄새 원인 물질들의 흡착 제거에 의해 악취제거 및 습도 조절등에도 이용할 수 있다.

이러한 대나무 활성탄은 대나무숯의 조각 또는 입자 상태로 탄화기, 예를 들어 회전 킬른로에서 800 내지 1200℃ 고온으로 가열하여 적열화된 상태에서 수증기를 공급하면 아래와 같은 흡열반응인 다양한 가스화반응(활성화 반응)이 이루어지게 된다.

즉, C + H₂O → CO + H₂

CO + H₂O → CO₂ + H₂

C + 2H₂O → CO₂ + 2H₂

C + CO₂ → 2CO

이러한 활성화 반응은 흡열반응이어서 킬른로 내에서는 급격히 온도가 저하될 수 있기 때문에 가열장치에 의해 내부 온도를 800 내지 1200℃ 범위 내로 유지해야 한다.

이러한 활성화 반응으로 대나무 활성탄에는 많은 미세 기공이 형성되나, 지나치게 높은 온도에서는 탄소가 연소될 수 있고 또한 너무 낮은 온도에서는 탄화과정이 장시간을 요하게 되어 생산성이 저하되고, 미세 기공이 보다 적게 형성됨에 따라 대나무 활성탄소의 품질 저하가 초래되고, 장시간의 탄화공정으로 인한 연료비가 증가되는 문제가 발생되므로 활성화로 내의 온도 제어는 대나무 활성탄 제조 장치의 핵심 사항이다.

본 발명은 종래의 회전 킬른로(회전이 아니어도 상관없으며, 어떤 종류의 로에서도 가능함)에서의 활성탄 제조방법에 따른 문제점을 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 회전킬른로의 구조적 변경을 최소화하면서 활성화 반응을 촉진시켜 더욱 신속하게 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있도록 개선된 대나무 활성탄 및 그 제조방법의 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있게 활성화 반응을 촉진시키도록 대나무숯을 KOH와 함께 열처리하여 비표면적 2000㎡/g 이상인 대나무 활성탄 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있게 활성화 반응을 촉진시키도록 대나무숯을 KOH와 함께 열처리하여 탄소 80wt% 이상의 활성탄 및 캐패시턴스 40F/g 이상인 대나무 활성탄 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 대나무 활성탄 및 그 제조방법은 대나무 조각들을 가열하여 탄화시켜 미세 기공이 형성된 대나무숯을 얻는 대나무숯 제조단계(S1단계)와; 상기 대나무숯 제조단계(S1단계)에서 제조한 대나무숯을 증류수로 깨끗이 세정하는 대나무숯 세정단계(S2단계)와; 상기 S2단계를 거친 대나무숯을 믹서기로 갈아 숯 분말을 만드는 숯 분말 제조단계(S3단계)와; 상기 숯 분말 제조단계(S3단계)에서 얻어진 숯 분말을 3M HCL에 담가 유기 불순물을 제거하는 유기 불순물 제거단계(S4단계)와; 상기 유기 불순물 제거단계(S4단계)를 거쳐 유기 불순물이 제거된 숯 분말을 진공필터법으로 여과하는 필터링단계(S5단계)와; KOH와 상기 필터링단계(S5단계)를 거친 대나무숯 분말을 1 : 1 ∼ 10 : 1 비율로 잘 섞이도록 빻아 혼합물을 만드는 혼합단계(S6단계)와; 상기 혼합단계(S6단계)에서 혼합된 혼합물을 200 ∼ 500℃에서 5분 이상 가열하는 1차 가열단계(S7단계) 및; 상기 1차 가열단계(S7단계)를 거친 혼합물을 800℃ 이상에서 5분 이상 가열하는 2차 가열단계(S8단계)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 회전킬른로의 구조적 변경을 최소화하면서 활성화 반응을 촉진시켜 더욱 신속하게 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있고, 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있게 활성화 반응을 촉진시키도록 대나무숯을 KOH와 함께 열처리하여 비표면적 2000㎡/g 이상이며, 탄소 80wt% 이상 및 캐패시턴스 40F/g 이상인 대나무 활성탄이 제조되는 각별한 장점이 있다.

도 1은 본 발명 대나무 활성탄 제조방법의 실행 순서도,
도 2는 대나무숯(bare), 900도 열처리(H900), 800도와 900도에서 KOH와 열처리한 샘플들의 X-선 회절 결과를 나타낸 그래프,
도 3은 800도와 900도에서 KOH와 열처리한 샘플들의 비표면적(BET) 질소 흡수 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 대나무 활성탄 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 대나무 활성탄 제조방법의 실행 순서도, 도 2는 대나무숯(bare), 900도 열처리(H900), 800도와 900도에서 KOH와 열처리한 샘플들의 X-선 회절 결과를 나타낸 그래프, 도 3은 800도와 900도에서 KOH와 열처리한 샘플들의 비표면적(BET) 질소 흡수 실험 결과를 나타낸 그래프로서, 본 발명 대나무 활성탄 및 그 제조방법은 대나무 조각들을 가열하여 탄화시켜 미세 기공이 형성된 대나무숯을 얻는 대나무숯 제조단계(S1단계)와; 상기 대나무숯 제조단계(S1단계)에서 제조한 대나무숯을 증류수로 깨끗이 세정하는 대나무숯 세정단계(S2단계)와; 상기 S2단계를 거친 대나무숯을 믹서기로 갈아 숯 분말을 만드는 숯 분말 제조단계(S3단계)와; 상기 숯 분말 제조단계(S3단계)에서 얻어진 숯 분말을 3M HCl에 담가 유기 불순물을 제거하는 유기 불순물 제거단계(S4단계)와; 상기 유기 불순물 제거단계(S4단계)를 거쳐 유기 불순물이 제거된 숯 분말을 진공필터법으로 여과하는 필터링단계(S5단계)와; KOH와 상기 필터링단계(S5단계)를 거친 대나무숯 분말을 1 : 1 ∼ 10 : 1 비율로 잘 섞이도록 빻아 혼합물을 만드는 혼합단계(S6단계)와; 상기 혼합단계(S6단계)에서 혼합된 혼합물을 200 ∼ 500℃에서 5분 이상 가열하는 1차 가열단계(S7단계) 및; 상기 1차 가열단계(S7단계)를 거친 혼합물을 800℃ 이상에서 5분 이상 가열하는 2차 가열단계(S8단계)로 이루어져 있다.

상기 1차 가열단계(S7단계)와 2차 가열단계(S8단계)의 열처리는 불활성 기체 분위기 또는 대기압 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1항에 기재한 제조방법으로 비표면적 2,000㎡/g 이상이고, 탄수 함량이 80wt% 이상이며, 캐패시턴스 40F/g 이상인 대나무 활성탄을 제조하였다.

실시예

본 발명의 방법으로 대나무 활성탄을 제조하였다.

상기 S1 내지 S8 단계로 대나무 활성탄을 제조하였다. 이때 1차 가열단계(S7단계)는 400℃에서 30분 가열하고, 2차 가열단계(S8단계)는 800℃에서 30분 가열하였다.

상기한 바와 같이 하여 제조된 대나무 활성탄을 샘플(H800_KOH)로 하였다.

또한 상기 2차 가열단계(S8단계)를 900℃에서 30분 가열하여 제조된 대나무 활성탄을 샘플(H900_KOH)로 하여 일반 대나무 숯(bare)과 900℃에서 30분 한차례 가열한 숯(H900)과 X-선 회절을 구하여 도 2에 나타냈다.

도 2로부터 본 발명의 방법으로 제조된 대나무 활성탄(H800_KOH, H900_KOH)의 강도가 우수함을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예의 샘플들에 대하여 비표면적(BET surface area), 다공의 크기(Pore Volume), 다공의 평균 크기(Average pore size)를 구하여 하기 표 1에 나타내고, 본 발명의 방법으로 제조된 대나무 활성탄(H800_KOH, H900_KOH)에 대하여 비표면적 질소 흡수를 실험하고 그 결과를 도 3에 나타냈다.

SAMPLE Name	BET surface area(㎡/g)	Pore Volume (㎤/g)	Average pore size(Å)
Bare	67	0.0352	21.1
H900	70	0.0412	21.5
H800_KOH	3061	1.5	19.1
H900_KOH	2961	1.6	21.6

상기 표 1과 도 3으로부터 본 발명의 방법으로 제조한 대나무 활성탄(H800 _KOH, H900_KOH)의 비표면적이 2000㎡/g 이상임을 확인할 수 있었다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

1. 대나무 조각들을 가열하여 탄화시켜 미세 기공이 형성된 대나무 숯을 얻는 대나무숯 제조단계(S1단계)와; 상기 대나무숯 제조단계(S1단계)에서 제조한 대나무숯을 증류수로 깨끗이 세정하는 대나무숯 세정단계(S2단계)와; 상기 S2단계를 거친 대나무숯을 믹서기로 갈아 숯 분말을 만드는 숯 분말 제조단계(S3단계)와; 상기 숯 분말 제조단계(S3단계)에서 얻어진 숯 분말을 3M HCL에 담가 유기 불순물을 제거하는 유기 불순물 제거단계(S4단계)와; 상기 유기 불순물 제거단계(S4단계)를 거쳐 유기 불순물이 제거된 숯 분말을 진공필터법으로 여과하는 필터링단계(S5단계)와; KOH와 상기 필터링단계(S5단계)를 거친 대나무숯 분말을 1 : 1 ∼ 10 : 1 비율로 잘 섞이도록 빻아 혼합물을 만드는 혼합단계(S6단계)와; 상기 혼합단계(S6단계)에서 혼합된 혼합물을 200 ∼ 500℃에서 5분 이상 가열하는 1차 가열단계(S7단계) 및; 상기 1차 가열단계(S7단계)를 거친 혼합물을 800℃ 이상에서 5분 이상 가열하는 2차 가열단계(S8단계)로 이루어진 대나무 활성탄 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 1차 가열단계(S7단계)와 2차 가열단계(S8단계)의 열처리는 불활성 기체 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 1차 가열단계(S7단계)와 2차 가열단계(S8단계)의 열처리는 대기압 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄 제조방법.
4. 상기 제 1항에 기재한 제조방법으로 제조한 비표면적 2,000㎡/g 이상인 대나무 활성탄.
5. 상기 제 1항에 기재한 제조방법으로 제조한 탄소 함량이 80wt% 이상인 대나무 활성탄.
6. 상기 제 1항에 기재한 제조방법으로 제조한 캐패시턴스 40F/g 이상인 대나무 활성탄.

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