KR20210014388A - 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치 - Google Patents

초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치 Download PDF

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KR20210014388A
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Abstract

본 발명은 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 초음파 발생기를 이용하여 활성탄소에 첨착용액을 첨착시켜 첨착활성탄소를 제조하는 장치에 있어서, 가스를 투입하는 가스투입부; 첨착용액을 투입하는 용액투입부; 상기 가스투입부와 용액투입부가 연결되어 상기 가스 및 첨착용액이 투입되며, 초음파를 발생시켜 상기 첨착용액을 미립자화시켜 분무하는 초음파 발생기; 상기 초음파 발생기로부터 분무된 미립자 첨착용액을 가열하는 가열부 및 상기 가열부에 연결되고 상기 미립자 첨착용액이 분무되어 내부에 투입된 활성탄소에 첨착시키는 회전식 반응기를 포함하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치를 포함할 수 있다.

Description

초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치{Impregnated activated carbon Manufacturing device using Ultrasonic generator}
본 발명은 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 초음파 발생기를 이용하여 첨착용액을 미립자로 첨착 반응기 내부에 직접 투입함으로써, 기존 함침법 및 스프레이법을 이용한 첨착 장치보다 활성탄소 표면에서만 첨착이 이루어져 첨착공정의 효율과 첨착활성탄소의 흡착능을 개선하고 저용매 습식첨착 또는 건식 첨착을 통하여 공정 시간의 단축이 가능하게 한 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 관한 것이다.
활성탄소는 높은 기공특성을 갖고 있어, 각종 산업분야에서 흡착반응을 이용한 탈취, 정화, 정재 등의 목적으로 널리 사용되고 있다.
일반적인 활성탄소의 흡착반응은 크게 분자 간 인력(van der Waals force)를 이용한 물리적 흡착을 의미한다.
따라서 활성탄소의 흡착능은 물리적 흡착 외에 이온결합과 공유결합 등의 화학흡착을 통하여 개선될 수 있다. 화학 흡착을 위한 다양한 첨착물을 활성탄소 표면에 첨착함으로써 일반활성탄소보다 흡착능이 개선된 첨착 활성탄소를 제조할 수 있다.
첨착 활성탄소는 다양한 산, 염기, 금속염 등을 포함한 수용액을 함침법, 스프레이법 등의 방법으로 활성탄소에 첨착한 후 건조하여 제조된다.
이때 첨착이 활성탄소의 표면에서 이루어져야 화학적 흡착능 개선 효과가 높으며, 더불어 첨착에 의한 활성탄소의 기공특성 저감이 적게 나타날 수 있다.
하지만 종래의 방법인 함침에 의한 활성탄소의 첨착공정은 공정이 단순하지만, 첨착량의 제어가 어려워 과한 함침으로 인하여 첨착물질이 기공을 막아 활성탄소의 기공특성이 크게 저감되는 문제점이 발생하였다. 또한 첨착에 사용되는 용매의 양이 많아 건조에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
또한, 스프레이법도 공정은 단순하고 상기 함침법 보다는 활성탄소의 기공 저감이 적고, 첨착량의 제어가 보다 용이하지만, 여전히 활성탄소의 기공 저감 문제가 발생하며, 습식 방법의 한계로 첨착 공정 후 건조에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
또한, 스프레이법으로 제조된 첨착활성탄소의 경우 스프레이 도포된 첨착용액이 건조과정에서 상대적으로 큰 입자를 형성하기 때문에 실제 유해물질과 반응하는 유효면적이 크지 않은 한계를 가지고 있다.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 초음파 발생기를 이용하여 첨착용액을 미립자로 첨착 반응기 내부에 직접 투입함으로써, 기존 함침법 및 스프레이법을 이용한 첨착 장치보다 활성탄소 표면에서만 첨착이 이루어져 첨착공정의 효율과 첨착활성탄소의 흡착능을 개선하고 저용매 습식첨착 또는 건식 첨착을 통하여 공정 시간의 단축이 가능하게 한 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치는 초음파 발생기를 이용하여 활성탄소에 첨착용액을 첨착시켜 첨착활성탄소를 제조하는 장치에 있어서, 가스를 투입하는 가스투입부; 첨착용액을 투입하는 용액투입부; 상기 가스투입부와 용액투입부가 연결되어 상기 가스 및 첨착용액이 투입되며, 초음파를 발생시켜 상기 첨착용액을 미립자화시켜 분무하는 초음파 발생기; 상기 초음파 발생기로부터 분무된 미립자 첨착용액을 가열하는 가열부 및 상기 가열부에 연결되고 상기 미립자 첨착용액이 분무되어 내부에 투입된 활성탄소에 첨착시키는 회전식 반응기를 포함하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 가스는 공기, 질소기체 및 수소를 포함하는 질소기체 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수소를 포함하는 질소기체는 수소 농도가 1 내지 10%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 첨착용액은 인산, 니켈, 아연, 철, 구리, 마그네슘, 망간, 칼륨 및 은 중 하나 이상의 전구체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 첨착용액은 농도가 0.1 내지 5mol농도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스투입부는 상기 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 상기 가스를 분당 3 내지 8중량부로 투입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용액투입부는 상기 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 상기 첨착용액을 분당 3 내지 8중량부로 투입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전식 반응기는 5 내지 100rpm으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전식 반응기는 상기 활성탄소에 첨착용액의 첨착이 1 내지 30분동안 진행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열부와 회전식 반응기 사이에 설치되어, 상기 가열부로부터 미립자 첨착용액이 유입되어 상기 회전식 반응기로 투입시키는 디퓨져를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전식 반응기에서 미립자 첨착용액이 첨착된 활성탄소를 건조시키는 건조부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 건조부는 상기 미립자 첨착용액이 첨착된 활성탄소를 80 내지 200℃에서 10분 내지 3시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 의해 제조된 첨착활성탄소를 제공할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치는 초음파 발생기를 이용하여 첨착용액을 미립자로 첨착 반응기 내부에 직접 투입함으로써, 기존 함침법 및 스프레이법을 이용한 첨착 장치보다 활성탄소 표면에서만 첨착이 이루어져 첨착공정의 효율이 우수할 뿐만 아니라 저용매 습식첨착 또는 건식 첨착이 가능하여 공정 시간을 크게 단축할 수 있다.
또한, 활성탄소의 비표면적 감소가 적으며, 첨착제와 유해물질과의 유효반응 면적이 넓어 흡착능이 개선된 첨착활성탄소를 제조할 수 있으며, 폐수 발생이 적어 친환경적이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치를 도시한 개략도.
본 발명은 다 양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적 인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 초음파 발생기를 이용하여 첨착용액을 미립자로 첨착 반응기 내부에 직접 투입함으로써, 기존 함침법 및 스프레이법을 이용한 첨착 장치보다 활성탄소 표면에서만 첨착이 이루어져 첨착공정의 효율과 첨착활성탄소의 흡착능을 개선하고 저용매 습식첨착 또는 건식 첨착을 통하여 공정 시간의 단축이 가능하게 하고자 한다.
종래의 첨착활성탄소 제조장치는 활성탄소에 첨착용액을 함침법 또는 스프레이법을 이용하여 도포하고, 이후 별도의 건조공정을 통하여 수분을 건조하는 구성으로 이루어져 있는데, 이 경우 균일한 첨착이 이루어지지 않고 기공손실이 심하게 나타나며 폐수가 많이 발생하고 건조 공정으로 인하여 공정시간이 매우 길어지는 단점이 있어, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명에서의 건식 첨착은 분사된 첨착용액 자체가 활성탄소 표면에 닿기 직전에 반건조된 미립자로 상태의 입자가 되어 직접 활성탄소 표면에 도포되는 형태로, 건조 시 서로 뭉쳐서 큰 입자를 형성하는 기존 기술의 한계를 극복할 수 있다.
이러한 본 발명은 배치식(비연속식)의 경우 효율적인 첨착제 코팅이 가능하며, 연속식의 경우 비맥동형(초음파로 생성된 mist형태의 첨착제가 버퍼탱크에 주입되고 버퍼탱크 안의 mist 첨착제가 캐리어 가스를 따라 균일한 유량으로 활성탄소 표면으로 공급되는 형태)으로 첨착이 가능하다.
더 나아가 본 발명의 비동맥 특징을 갖는 초음파 발생기가 적용된 제조장치를 기반으로 하여 정밀한 CVD, 촉매반응기, 활성화 반응기 등에 적용시키고자 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치는 초음파 발생기를 이용하여 활성탄소에 첨착용액을 첨착시켜 첨착활성탄소를 제조하는 장치로써, 가스투입부(1), 용액투입부(2), 초음파 발생기(3), 가열부(4), 디퓨져(5), 회전식 반응기(6) 및 건조부(미도시)를 포함할 수 있다.
먼저, 가스투입부(1)는 초음파 발생기(3)로 가스를 투입할 수 있는데, 이는 첨착용액을 이동시키기 위한 것으로, 초음파 발생기(3)에 의해 분무된 미립자 첨착용액이 회전식 반응기(6)까지 투입되도록 할 수 있다.
여기서, 가스는 공기, 질소기체 및 수소를 포함하는 질소기체 중 하나이상 일 수 있는데, 먼저 공기는 산소를 포함하고 있어 가열부(4)의 온도제어를 통하여 미립자 첨착용액이 금속산화물로 활성탄소에 첨착되도록 할 수 있기 때문이다.
또한, 질소기체는 불활성 분위기를 유도할 수 있어 공기와 혼합하여 사용하는 것으로 산소 농도를 조절을 통해 활성탄소에 첨착되는 금속 산화물의 비율 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 수소를 포함하는 질소기체는 수소가 환원제로 사용되어 활성탄소에 첨착용액을 이용한 금속 첨착이 가능하도록 할 수 있다.
하지만 목적에 따라 가스는 산화 및 비산화성 가스를 혼합하여 사용할 수 있으므로, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 수소를 포함하는 질소기체의 수소 농도는 1 내지 10%로 이루어지는게 바람직하다.
이는 수소의 농도가 1% 미만일 경우 환원 반응이 충분히 이루어지지 않아 미립자 첨착용액을 통한 금속 첨착이 충분히 이루어지지 않으며, 10% 초과일 경우 높은 수소 농도로 인하여 공정 비용이 상승하는 단점이 발생할 수 있다.
이러한 가스를 가스투입부(1)는 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 분당 3 내지 8중량부로 투입할 수 있고, 활성탄소 20중량부에 대하여, 분당 5중량부로 투입하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 활성탄소 20kg일 경우 5L/min로 투입할 수 있다.
이때, 가스의 투입량이 분당 3중량부 미만일 경우 첨착용액의 분무량이 적어 첨착 공정이 길어지는 단점이 있으며, 분당 8 중량부 초과일 경우 첨착용액의 분무량이 많아 가열부(4)에서 충분히 용매가 증발되지 않을 수 있다.
용액투입부(2)는 초음파 발생기(3)로 첨착용액을 투입할 수 있다.
여기서, 첨착용액은 첨착활성탄소 제조장치에 의해 활성탄소에 첨착되어 활성탄소의 흡착능을 개선시키는 것으로, 용매인 물에 전구체를 용해시켜 제조될 수 있다.
전구체는 인산, 니켈, 아연, 철, 구리, 마그네슘, 망간, 칼륨 및 은 중 하나 이상의 금속, 금산화물계 전구체일 수 있으며, 보다 더 구체적으로, 질산니켈, 질산아연, 질산철, 질산구리, 질산마그네슘, 수산화칼륨, 질산은, 염화니켈, 염화아연, 염화철, 염화구리, 염화마그네슘, 황산니켈, 황산아연, 황산철, 황산구리 및 황산마그네슘 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 낮은 온도에서 열분해가 쉽게 이루어져 가열부(4)의 온도를 낮게 설정할 수 있는 질산계열의 전구체를 사용하는 것이며, 제거목표로 하는 유해가스에 따라 인산, 니켈, 3아연, 철, 구리, 마그네슘, 망간, 칼륨 및 은을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 첨착용액은 유기용제에 혼합되어 있는 유기계 첨착제일 수 있다.
유기계 첨착제는 에탄올 및 유기계 용매로 하여 사용할 수 있는 술폰산기, 아민기, 암모니움기, 카르복실기 및 페놀기 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 더 구체적으로, 아미노벤젠술폰산, 아미노벤젠술폰산암모늄, 디에탄올아민, 우레아, 티오우레아, 우레아 수지, 알카놀아민, 폴리아민, 피페라진아민, 벤젠 함유 아민을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 첨착용액은 농도가 0.1 내지 5mol농도일 수 있고, 0.3mol농도가 가장 바람직하다.
이때, 첨착용액의 농도가 0.1mol농도 미만일 경우 충분한 첨착이 이루어지기 위한 공정시간이 길어지는 문제가 있으며, 5mol농도 초과일 경우 장비의 내구성이 감소할 수 있으며, 더불어 초음파 발생기(3)에 의한 미립자가 발생되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
용액투입부(2)는 이러한 첨착용액을 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 분당 3 내지 8중량부로 투입할 수 있고, 활성탄소 20중량부에 대하여, 분당 5중량부로 투입하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 활성탄소 20kg일 경우 5L/min로 투입할 수 있다.
이는 첨착용액이 분당 3중량부 미만으로 투입될 경우 공정시간이 길어지는 단점이 있으며, 분당 8중량부 초과로 투입될 경우 가열부(4)에서 충분히 용매가 증발하지 않는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
초음파 발생기(3)는 가스투입부(1)와 용액투입부(2)가 연결되어 있어, 가스 및 첨착용액이 투입될 수 있다. 여기서 초음파 발생기(3)는 초음파를 발생시켜 투입되는 첨착용액을 미립자화 시켜 분무하게 된다.
이를 위해, 초음파 발생기(3)는 초음파 노즐을 포함할 수 있고, 초음파 노즐은 하나 이상이 구비될 수 있으며, 다수개가 구비되는 것이 바람직하다.
이에 초음파 발생기(3)에서 첨착용액은 미립자화가 되고 초음파 노즐을 통해 가열부(4) 내부로 분무될 수 있다.
이와 같은 초음파 발생기(3)를 통해 첨착용액을 미립자화 시켜 회전식 반응기(6)에 첨착용액이 미립자로 분무되도록 하여, 활성탄소 표면에 균일한 첨착이 이루어지도록 할 수 있다.
가열부(4)는 초음파 발생기(3)로부터 분무된 미립자 첨착용액을 가열하여, 용매를 증발시켜 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자를 형성할 수 있다. 이에 회전식 반응기(6)에서 이루어지는 첨착 공정이 건식 첨착 공정으로 이루어질 수 있도록 하여, 금속 또는 금속산화물이 첨착된 활성탄소의 건조 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 폐수의 발생을 감소시킬 수 있다.
이러한 가열부(4)는 100 내지 400℃의 온도로 첨착용액을 가열할 수 있다.
가열부(4)의 온도가 100℃ 미만일 경우 용매의 증발이 느리게 이루어질 수 있으며, 온도가 400℃ 초과일 경우 공정비용이 상승할 수 있다. 이러한 가열부(4)의 온도는 첨착용액의 열분해 온도 및 금속산화물과 금속의 비율을 제어하기 위하여 조절될 수 있다.
디퓨져(5)는 일단이 가열부(4)와 연결되고 타단이 회전식 반응기(6)와 연결되어, 가열부(4)로부터 가열되어 용매가 증발된 미립자 첨착용액이 유입되고 유입된 미립자 첨착용액을 회전식 반응기(6) 내부로 투입되도록 할 수 있다.
디퓨져(5)를 통해 회전식 반응기(6)에 미립자 첨착용액이 투입되도록 하는 것으로, 회전식 반응기(6) 내부에 미립자 첨착용액이 고르게 분산되도록 할 수 있다.
회전식 반응기(6)는 디퓨져(5)를 통해 가열부(4)와 연결되어, 미립자 첨착용액의 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자가 내부로 분산되므로써, 내부에 투입된 활성탄소 표면에 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자가 첨착될 수 있다.
여기서 회전식 반응기(6)는 미립자 첨착용액의 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자가 활성탄소에 보다 더 균일하게 첨착이 이루어지도록 원통형으로 형성되어 회전될 수 있다.
이때, 회전식 반응기(6)의 회전속도는 5 내지 100rpm로 이루어질 수 있으며, 20rpm인 것이 바람직하다. 하지만 회전식 반응기(6)의 직경 크기에 따라 변경될 수 있다.
회전식 반응기(6)의 회전속도가 5rpm 미만일 경우 느린 속도에 의하여 활성탄소에 미립자 첨착용액의 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자의 접촉이 잘 이루어지지 않을 수 있고, 100rpm 초과일 경우 관성에 의한 활성탄소가 회전식 반응기(6)와 유사한 속도로 회전이 이루어져 활성탄소와 미립자 첨착용액의 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자의 접촉이 잘 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 회전식 반응기(6)는 미립자 첨착용액이 활성탄소에 첨착되는 첨착 공정이 1 내지 30분 동안 진행되도록 할 수 있으며, 10분동안 진행되도록 하는 것이 바람직하나, 목적하는 첨착량에 따라 조절될 수 있다.
이는 첨착이 이루어지는 시간이 1분 미만일 경우 활성탄소의 첨착량이 낮아 유해가스 제거효율(흡착능)이 저하되며, 30분 초과일 경우 활성탄소에 과한 첨착이 이루어져 첨착활성탄소의 기공특서이 저하되어 유해가스 제거효율이 감소될 수 있다.
건조부(미도시)는 회전식 반응기(6)에서 미립자 첨착용액의 금속 또는 금속산화물이 첨착된 활성탄소를 건조시켜 최정적인 첨착활성탄소를 제조할 수 있다.
이 경우, 건조부는 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자가 첨착된 활성탄소를 80 내지 200℃에서 10분 내지 3시간 동안 건조시킬 수 있으며, 110℃에서 2시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
이때, 건조온도가 80℃ 미만일 경우 흡착한 용매의 탈착속도가 낮아 건조시간이 증가되어 공정시간이 증가할 수 있으며, 200℃ 초과일 경우 빠른 탈착속도에 의하여 건조시간을 단축할 수 있으나 첨착된 첨착물의 산화가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 활성탄소의 입도에 따른 영향이 적으나, 4 내지 100메쉬의 활성탄소를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 첨착활성탄소 제조장치는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
냉각부는 초음파 발생기(3)와 인접하게 설치되어 있어, 초음파 발생기(3)의 작동 중에 발생되는 열을 제어할 수 있다. 이때 냉각부는 공냉식 또는 수냉식의 방법을 이용하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치에 의해 흡착능이 개선된 첨착활성탄소를 제조할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치는 초음파 발생기를 이용하여 첨착용액을 미립자로 첨착 반응기 내부에 직접 투입함으로써, 기존 함침법 및 스프레이법을 이용한 첨착 장치보다 활성탄소 표면에서만 첨착이 이루어져 첨착공정의 효율이 우수할 뿐만 아니라 건식 첨착이 가능하여 공정 시간을 크게 단축할 수 있다.
또한, 흡착능이 개선된 첨착활성탄소를 제조할 수 있으며, 폐수 발생이 적어 친환경적이다.
즉, 종래의 기술인 함침법과 스프레이법은 많은 첨착 용액이 활성탄소에 젖어 들어 오랜 시간이 소요되지만, 본 발명은 초음파 발생기, 가열부에 의하여 첨착용액의 금속, 금속산화물 또는 유기계 미립자로 활성탄소 표면에 첨착되어 첨착 효과가 우수한 동시에 건조가 빠르게 이루어지며, 이에 에너지 절감 및 생산시간 단축 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경하여 구현할 수 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
[ 실시예 ]
[실시예]
30 내지 60 메쉬의 입상 활성탄소 20kg을 회전식 반응기에 투입한 후, 20rpm으로 회전시킨 다음, 용액투입부 및 가스투입부가 첨착용액과 수소 4%를 포함하는 질소 가스를 분당 5L 투입하도록 설정하여 초음파 발생기, 가열부, 디퓨져를 거쳐 회전식 반응기에 투입하도록 하였다. 또한, 회전식 반응기에서 첨착공정은 10분동안 진행되었으며, 건조부를 통해 110℃에서 2시간동안 건조시켜 첨착활성탄소를 제조하였다.
여기서, 첨착용액은 0.3mol농도의 첨착용액으로, 인산 및 질산니켈을 물에 용해시켜 제조한 것이다.
[비교예 1]
첨착되지 않은 입상 활성탄소
[비교예 2]
30 내지 60 메쉬의 입상 활성탄소 20kg을 회전식 반응기에 투입한 후, 20rpm으로 회전시킨 다음, 첨착용액을 스프레이 분무장치를 이용하여 분당 5L를 회전식 반응기 내부에 분무하였다. 또한, 회전식 반응기에서 첨착공정은 10분동안 진행되었으며, 건조부를 통해 110℃에서 6시간동안 건조시켜 첨착활성탄소를 제조하였다.
여기서, 첨착용액은 0.3mol농도의 첨착용액으로, 인산 및 질산니켈을 물에 용해시켜 제조한 것이다.
[ 실험예 ] 활성탄소의 기공 특성 분석 및 암모니아, 일산화질소 파과 실험
실시예와 비교예 1, 2에서 제조된 활성탄소의 기공 특성 분석 및 암모니아 파과 실험을 하기 위하여 하기와 같이 실험을 하였다.
먼저, 기공 특성은 각 실시예와 비교예 1, 2는 573K에서 잔류 압력을 10-3torr 이하로 유지한 상태로 6시간 동안 탈기시킨 후에 등온흡착장치(BELSORP-max, BEL JAPAN, Japan)를 이용하여 77K에서 상대압력 (P/P0)에 따른 질소(N2) 기체의 흡착량을 측정하여 활성탄의 비표면적을 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 암모니아 파과 실험을 위하여 각 실시예와 비교예 1, 2를 7g 장입한 후, 상온에서 300ppm의 암모니아를 1000 ml/min으로 흘려주었으며, 검지관을 사용하여 하부에서 배출되는 암모니아의 농도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 일산화질소 파과 실험을 위하여 각 실시예와 비교예 1, 2를 2g 장입한 후, 상온에서 30ppm의 일산화질소를 500 ml/min으로 흘려주었으며, 검지관을 사용하여 하부에서 배출되는 일산화질소의 농도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비표면적
(m2/g)		 암모니아 파과시간
(min)		 암모니아 흡착량
(mg/g)		 일산화질소 파과시간
(min)		 일산화질소 흡착량
(mg/g)
실시예 1120 1200 39.03 34 0.32
비교예 1 1300 40 1.30 5 0.05
비교예 2 900 870 28.30 27 0.25
상기 표 1을 보면 알 수 있듯이, 실시예는 동일한 첨착용액을 사용했음에도 불과하고 비교예 2보다 비표면적이 우수했으며, 비교예 1 및 2 보다 암모니아 흡착능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.또한, 실시예가 비교예 1 및 2 보다 일산화질소 흡착능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예가 제조 시 비교예 2보다 건조시간이 훨씬 짧았다는 것을 실험 중에 확인할 수 있었다.
또한, 첨착이 이루어지지 않은 활성탄소인 비교예 1보다 실시예가 비표면적은 다소 감소하였으나 비슷한 수준이였고, 암모니아 흡착능은 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 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.
1: 가스투입부
2: 용액투입부
3: 초음파 발생기
4: 가열부
5: 디퓨져
6: 회전식 반응기

Claims (13)

  1. 초음파 발생기를 이용하여 활성탄소에 첨착용액을 첨착시켜 첨착활성탄소를 제조하는 장치에 있어서,
    가스를 투입하는 가스투입부;
    첨착용액을 투입하는 용액투입부;
    상기 가스투입부와 용액투입부가 연결되어 상기 가스 및 첨착용액이 투입되며, 초음파를 발생시켜 상기 첨착용액을 미립자화시켜 분무하는 초음파 발생기;
    상기 초음파 발생기로부터 분무된 미립자 첨착용액을 가열하는 가열부 및
    상기 가열부에 연결되고 상기 미립자 첨착용액이 분무되어 내부에 투입된 활성탄소에 첨착시키는 회전식 반응기를 포함하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스는,
    공기, 질소기체 및 수소를 포함하는 질소기체 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수소를 포함하는 질소기체는,
    수소 농도가 1 내지 10%인 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 첨착용액은,
    인산, 니켈, 아연, 철, 구리, 마그네슘, 망간, 칼륨 및 은 중 하나 이상의 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 첨착용액은,
    농도가 0.1 내지 5mol농도인 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스투입부는,
    상기 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 상기 가스를 분당 3 내지 8중량부로 투입하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용액투입부는,
    상기 활성탄소 16 내지 21중량부에 대하여, 상기 첨착용액을 분당 3 내지 8중량부로 투입하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전식 반응기는,
    5 내지 100rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전식 반응기는,
    상기 활성탄소에 첨착용액의 첨착이 1 내지 30분동안 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가열부와 회전식 반응기 사이에 설치되어, 상기 가열부로부터 미립자 첨착용액이 유입되어 상기 회전식 반응기로 투입시키는 디퓨져를 더 포함하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회전식 반응기에서 미립자 첨착용액이 첨착된 활성탄소를 건조시키는 건조부를 더 포함하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 건조부는,
    상기 미립자 첨착용액이 첨착된 활성탄소를 80 내지 200℃에서 10분 내지 3시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 초음파 발생기를 이용한 첨착활성탄소 제조장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조장치에 의해 제조된 첨착활성탄소.
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