KR20210092392A - Method for preparing active carbon from lignin and polymer composites comprising active carbon prepared the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing lignin-derived active carbon, including the steps of: (a) ultrasonicating lignin to obtain lignin free from impurities; (b) mixing the lignin free from impurities with a base to prepare a mixture; and (c) carbonizing the mixture under a mixed gas of argon (Ar) with hydrogen (H_2) to obtain active carbon. According to the method of the present invention, lignin, a waste biological byproduct, can be utilized efficiently as an eco-friendly material, and the active carbon has a significantly improved specific surface area as compared to conventional active carbon obtained by acid treatment. When the active carbon is used to form a composite with a polymer, such as polyurethane, the resultant composite can be applied to automotive polymer materials or industrial parts to adsorb contaminants, such as volatile organic compounds. Therefore, it is possible to reduce contaminants generated from the parts.

Description

리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 포함하는 고분자 복합재료{Method for preparing active carbon from lignin and polymer composites comprising active carbon prepared the same}A method for producing lignin-derived activated carbon and a polymer composite material comprising the activated carbon prepared accordingly {Method for preparing active carbon from lignin and polymer composites comprising active carbon prepared the same}

본 발명은 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 포함하는 고분자 복합재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목재 폐기물인 리그닌을 활성탄을 제조하고, 이를 고분자 복합재료에 적용하여 자동차 부품이나 다양한 산업용 부품으로 제조할 수 있는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 포함하는 고분자 복합재료에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing lignin-derived activated carbon and to a polymer composite material comprising the activated carbon prepared thereby, and more particularly, to a method for producing activated carbon from lignin, which is wood waste, to prepare activated carbon, and applying it to a polymer composite material for automobile parts or various It relates to a method for producing lignin-derived activated carbon, which can be manufactured as an industrial component, and a polymer composite material comprising the activated carbon prepared accordingly.

리그닌은 셀룰로오스 (cellulose), 헤미셀룰로오스 (hemi-cellulose)와 함께 리그노셀룰로오스 (lignocellulose) 바이오매스의 주성분 중 하나이다. 리그닌은 식물의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 사이의 간격을 채우며, 리그노셀룰로오스 매트릭스를 함께 유지하고 세포벽에 강도와 강성을 부여하는 접착제와 같은 역할을 한다. 리그닌은 목재의 15-35%를 구성하고 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스에 비해 가장 높은 비에너지 함량을 가지고 있다. 또한 방향족 화학 물질의 지속 가능한 공급 원료가 될 수 있는 재생 가능한 천연 방향족이 풍부하며 유일한 바이오 폴리머이다. 그러므로 미래의 리그노셀룰로오스 바이오 리파이너리의 경제성은 셀룰로오스와 리그닌이 고부가가치 화합물로 전환되는 것에 달려있다. 리그닌은 서로 다른 C-O-C 및 C-C 단위체 결합을 통해 함께 결합된 3 개의 주요 페닐 프로판(phenyl propane) 단량체의 무작위 중합으로 가교 결합된 무정형 중합체이다. 리그닌은 연료와 방향족 화학 물질의 재생 가능한 원천으로서의 잠재력을 보유하고 있다. 하지만 리그닌의 가용화 기술은 다당류보다 개발이 아직 부족하다. 열처리 과정에 서 응축된 구조의 형성에 대한 높은 친화성, 불량한 제품 선택성 및 고형 연료로서 사용의 용이성은 다양한 상호 단위 결합 존재로 인한 촉매 가공의 어려움은 리그닌 기반 바이오리파이닝 기술의 문제점이다. 펄프 공장과 미래의 바이오 정제 시설에서 대량의 리그닌을 사용할 수 있다. 리그닌 전환 공정을 통해 저탄소 바이오 연료 및 현재 화석 연료를 사용하는 방향족 화합물 생산을 위한 새로운 길을 열어줄 것이다.Lignin is one of the main components of lignocellulose biomass along with cellulose and hemi-cellulose. Lignin fills the gap between cellulose and hemicellulose in plants, acting as an adhesive that holds the lignocellulosic matrix together and imparts strength and stiffness to the cell wall. Lignin constitutes 15-35% of wood and has the highest specific energy content compared to cellulose and hemicellulose. It is also rich in renewable natural aromatics and is the only biopolymer that can serve as a sustainable feedstock for aromatic chemicals. Therefore, the economics of the future lignocellulosic biorefinery depend on the conversion of cellulose and lignin into high value-added compounds. Lignin is an amorphous polymer crosslinked by random polymerization of three major phenyl propane monomers bonded together via different C-O-C and C-C monomer bonds. Lignin holds potential as a renewable source of fuel and aromatic chemicals. However, technology for solubilizing lignin is still underdeveloped compared to polysaccharides. High affinity for the formation of condensed structures during heat treatment, poor product selectivity, and ease of use as solid fuels, difficulties in catalytic processing due to the presence of various interunit bonds are problems of lignin-based biorefining technology. Large quantities of lignin can be used in pulp mills and future biorefining plants. The lignin conversion process will open new avenues for the production of low-carbon biofuels and aromatics currently using fossil fuels.

총 리그닌 중 약 98%는 주 공정의 에너지 균형을 향상시키기 위해 연소되며, 소량의 리그닌인 약 1-2%만이 가치 있는 제품을 만들기 위해 사용된다 리그닌의 활용은 정밀 화학제품, 폴리머 산업, 제약, 첨가제 등의 분야이다. 또한 리그닌은 바인더, 가소제, 흡착제, 복합 재료, 식품 준비용 첨가제 및 생물학적 활성제의 고분자 담체로 사용된다. 또한 리그닌은 콘크리트, 사료 첨가제 및 페놀 수지용 첨가제로써 연구되어왔으며, 첨단 복합제 및 다른 유기 및 무기 중합체와 관련되어 연구되고 있다. About 98% of the total lignin is burned to improve the energy balance of the main process, and only a small amount, about 1-2%, is used to make valuable products. The utilization of lignin is in the fine chemicals, polymer industry, pharmaceuticals, additives, etc. In addition, lignin is used as a polymer carrier for binders, plasticizers, adsorbents, composites, food preparation additives and biologically active agents. Lignin has also been studied as an additive for concrete, feed additives and phenolic resins, and is being studied in relation to advanced composites and other organic and inorganic polymers.

리그닌은 페놀성 수산기(phenolic hydroxyl group)를 함유하고 있어 강력한 산화 방지제로 알려져 있다. 리그닌 중합체를 선택적으로 결합을 절단하거나 리그닌 중합체의 결합을 변형하여 다양한 분야에 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 또한 의약 및 제약분야에서 리그닌 유도체를 이용하여 마이크로 캡슐을 제조하는 구성성분으로 사용하거나 리그닌의 항산화 기능을 이용하는 연구도 진행 중이다. 리그닌에 대한 국내외에서의 연구는 대부분 흡착제, 가소제, 탄소섬유 등에 대한 연구들이 많이 진행되고 있고, 셀룰로오스 생산이나 바이오에탄올 생산을 위한 리그닌 전처리에 대한 연구도 많이 진행되고 있다.Lignin is known as a powerful antioxidant because it contains phenolic hydroxyl groups. Studies are being conducted to selectively cut the bonds of lignin polymers or modify the bonds of lignin polymers to use them in various fields. In addition, research using lignin derivatives as a component for manufacturing microcapsules or using the antioxidant function of lignin in medicine and pharmaceutical fields is ongoing. Research on lignin at home and abroad is mostly conducted on adsorbents, plasticizers, carbon fiber, etc., and research on lignin pretreatment for cellulose production or bioethanol production is also in progress.

이와 같이 저렴하면서도 풍부한 자원인 리그닌을 이용하여 다양한 산업분야에 적용하는 기술의 연구가 매우 필요한 실정이다.As such, it is very necessary to study the technology to be applied to various industrial fields using lignin, which is an inexpensive and abundant resource.

일본등록특허 제 5,091,352 호Japanese Patent No. 5,091,352

본 발명의 목적은 이와 같이 저렴하고 풍부한 자원인 리그닌을 이용하여 특정 조건에서 활성탄을 제조함으로써 활성탄의 표면적을 종래에 비하여 현저히 향상시켜 자동차 소재 또는 다양한 산업 부품에 적용하여 휘발성유기화합물(VOCs) 등 유해물질의 저감 효과를 나타낼 수 있는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to significantly improve the surface area of activated carbon compared to the prior art by manufacturing activated carbon under specific conditions using lignin, which is an inexpensive and abundant resource, so that it can be applied to automobile materials or various industrial parts, such as harmful volatile organic compounds (VOCs), etc. An object of the present invention is to provide a method for producing lignin-derived activated carbon capable of exhibiting a material reduction effect, and activated carbon prepared accordingly.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 종래 상용 필러를 대체하거나, 자동차 부품, 다양한 산업용 부품으로 사용될 수 있는 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 고분자 복합재료를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a polymer composite material in which lignin-derived activated carbon prepared according to the present invention is complexed with lignin-derived activated carbon, which can be used as a replacement for conventional commercial fillers or for automobile parts and various industrial parts.

본 발명의 하나의 측면에 따르면,According to one aspect of the invention,

(a) 리그닌을 초음파 처리하여 불순물이 제거된 리그닌을 수득하는 단계;(a) sonicating the lignin to obtain lignin from which impurities are removed;

(b) 상기 불순물이 제거된 리그닌과 염기를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및(b) preparing a mixture by mixing the lignin from which the impurities have been removed and a base; and

(c) 상기 혼합물을 아르곤(Ar)과 수소(H2) 혼합 가스 하에서 탄화시켜 활성탄을 제조하는 단계;를 포함하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법이 제공된다.(c) preparing activated carbon by carbonizing the mixture under a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ); A method for producing activated carbon derived from lignin is provided.

단계 (a)에서, 상기 초음파 처리 10 내지 100 kHz의 주파수 범위에서 수행될 수 있다.In step (a), the ultrasonic treatment may be performed in a frequency range of 10 to 100 kHz.

단계 (a)에서, 상기 초음파 처리는 0 내지 80 ℃의 온도에서, 10분 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.In step (a), the ultrasonic treatment may be performed at a temperature of 0 to 80° C. for 10 minutes to 4 hours.

단계 (b)에서, 상기 염기는 NaOH, KOH, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, 및 Ca(OH)2 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In step (b), the base may be any one selected from NaOH, KOH, NH 4 OH, NH(CH 3 ) 2 , N(CH 3 ) 3 , and Ca(OH) 2 .

단계 (b)에서, 상리 리그닌과 염기는 1:1 내지 1:4의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다.In step (b), the mutual lignin and the base may be mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:4 to prepare a mixture.

단계 (c)에서, 상기 혼합 가스는 아르곤(Ar)과 수소(H2)가 100:2 내지 100:6의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.In step (c), the mixed gas may be a mixture of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) in a weight ratio of 100:2 to 100:6.

단계 (c)에서, 상기 탄화는 500 내지 900 ℃에서 수행될 수 있다.In step (c), the carbonization may be performed at 500 to 900 °C.

본 발명의 다른 하나이 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 제공한다.It provides lignin-derived activated carbon prepared according to the method for producing lignin-derived activated carbon.

상기 리그닌 유래 활성탄은 마이크로 기공 구조(microporous structure) 및 메조 기공 구조(mesoporous structure)를 포함할 수 있다.The lignin-derived activated carbon may include a microporous structure and a mesoporous structure.

상기 마이크로 기공은 평균직경 0.1 내지 2.5 nm 이고, 상기 메조 기공은 1 내지 10 nm 일 수 있다.The micropores may have an average diameter of 0.1 to 2.5 nm, and the mesopores may have an average diameter of 1 to 10 nm.

상기 리그닌 유래 활성탄은 BET 표면적이 1500 내지 3000 m2/g 일 수 있다.The lignin-derived activated carbon may have a BET surface area of 1500 to 3000 m 2 /g.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 리그닌 유래 활성탄과 고분자 재료가 복합화된 고분자 복합재료가 제공된다.There is provided a polymer composite material in which the lignin-derived activated carbon and a polymer material are complexed.

상기 고분자 재료는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리아미드 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The polymer material may be any one selected from polyurethane, polyethylene, polypropylene, and polyamide.

상기 고분자 복합재료는 자동차 고분자 소재 또는 산업용 부품에 사용될 수 있다.The polymer composite material may be used in automobile polymer materials or industrial parts.

상기 고분자 복합재료는 충전재(filler)로 사용될 수 있다.The polymer composite material may be used as a filler.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄과 단량체를 혼합한 후 중합 반응시켜 고분자 복합재료를 제조하는 단계;를 포함하는 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 고분자 복합재료의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for producing a polymer composite material in which lignin-derived activated carbon is complexed, comprising the step of mixing the lignin-derived activated carbon prepared according to the method for producing lignin-derived activated carbon and a monomer and then performing a polymerization reaction to prepare a polymer composite material.

상기 단량체는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리아미드 중에서 선택된 어느 하나의 고분자 재료의 단량체 일 수 있다.The monomer may be a monomer of any one polymer material selected from polyurethane, polyethylene, polypropylene, and polyamide.

상기 고분자 복합재료는 리그닌 유래 활성탄과 폴리우레탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료일 수 있다.The polymer composite material may be a polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon and polyurethane are complexed.

상기 폴리우레탄 복합재료의 제조방법은,The manufacturing method of the polyurethane composite material,

(1) 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 제조하는 단계;(1) preparing lignin-derived activated carbon prepared according to the method of any one of claims 1 to 7;

(2) 상기 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 혼합하여 폴리올 혼합물을 제조하는 단계; 및(2) preparing a polyol mixture by mixing the lignin-derived activated carbon with a polyol; and

(3) 상기 폴리올 혼합물과 디이소시아네이트를 중합 반응시켜 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.(3) polymerizing the polyol mixture and diisocyanate to prepare a polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon is complexed; may include.

단계 (2)에서, 상기 폴리올 혼합물은 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 0.01:100 내지 50:100의 중량비로 혼합하여 제조될 수 있다.In step (2), the polyol mixture may be prepared by mixing lignin-derived activated carbon and polyol in a weight ratio of 0.01:100 to 50:100.

본 발명의 목적은 이와 같이 저렴하고 풍부한 자원인 리그닌을 이용하여 특정 조건에서 활성탄을 제조함으로써 활성탄의 표면적을 종래에 비하여 현저히 향상시켜 자동차 소재 또는 다양한 산업 부품에 적용하여 휘발성유기화합물(VOCs) 등 유해물질의 저감 효과를 나타낼 수 있는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 및 이에 따라 제조된 활성탄을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to significantly improve the surface area of activated carbon compared to the prior art by manufacturing activated carbon under specific conditions using lignin, which is an inexpensive and abundant resource, so that it can be applied to automobile materials or various industrial parts, such as harmful volatile organic compounds (VOCs), etc. An object of the present invention is to provide a method for producing lignin-derived activated carbon capable of exhibiting a material reduction effect, and activated carbon prepared accordingly.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 종래 상용 필러를 대체하거나, 자동차 부품, 다양한 산업용 부품으로 사용될 수 있는 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 고분자 복합재료를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a polymer composite material in which lignin-derived activated carbon prepared according to the present invention is complexed with lignin-derived activated carbon, which can be used as a replacement for conventional commercial fillers or for automobile parts and various industrial parts.

도 1은 본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 4의 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2, 비교예 5 및 6의 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 실험예 1에 따른 리그닌의 평균입도 크기 분석결과이다.
도 5는 실험예 2의 흡착 등온선 분석결과이다.
도 6은 흡착 등온선 유형을 나타낸 것이다.
도 7은 실험예 3에 따른 BET 표면적 측정 결과이다.
도 8은 실험예 4에 따른 라만 스펙트럼 분석 결과이다.
1 is a flowchart sequentially illustrating a method for producing lignin-derived activated carbon of the present invention.
2 is a process diagram schematically showing the processes of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention.
3 is a process diagram schematically showing the processes of Example 2, Comparative Examples 5 and 6 of the present invention.
4 is an analysis result of the average particle size of lignin according to Experimental Example 1.
5 is an adsorption isotherm analysis result of Experimental Example 2.
6 shows the type of adsorption isotherm.
7 is a BET surface area measurement result according to Experimental Example 3.
8 is a Raman spectrum analysis result according to Experimental Example 4.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a flowchart sequentially illustrating a method for producing lignin-derived activated carbon of the present invention. Hereinafter, a method for producing lignin-derived activated carbon of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

먼저, 리그닌을 초음파 처리하여 불순물이 제거된 리그닌을 수득한다(단계 a).First, lignin is sonicated to obtain lignin from which impurities have been removed (step a).

상기 초음파 처리 10 내지 100 kHz의 주파수 범위에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 내지 80 kHz, 더욱 더 바람직하게는 20 내지 60 kHz 상기 주파수 범위의 하한 미만으로 수행하는 경우에는 불순물의 제거가 불충분할 수 있고, 상한을 초과하는 경우에는 불필요한 공정 비용이 발생할 수 있다.The ultrasonic treatment is preferably carried out in a frequency range of 10 to 100 kHz, more preferably 15 to 80 kHz, even more preferably 20 to 60 kHz When carried out below the lower limit of the frequency range, the removal of impurities is It may be insufficient, and if the upper limit is exceeded, unnecessary process costs may occur.

상기 초음파 처리는 0 내지 80 ℃ 온도에서, 10 분 내지 4 시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 75 ℃에서 30분 내지 2시간, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 70 ℃에서 40분 내지 90분 동안 수행할 수 있다.The sonication is preferably performed at a temperature of 0 to 80 °C for 10 minutes to 4 hours, more preferably at 20 to 75 °C for 30 minutes to 2 hours, still more preferably at 40 to 70 °C for 40 minutes. to 90 minutes.

상기 초음파 처리를 0 ℃ 미만으로 처리할 경우 불순물의 제거가 충분히 이루어지기 어렵고, 80 ℃를 초과하는 경우 불필요한 에너지를 사용하는 것이 될 수 있다. 또한, 상기 10 분 미만으로 처리할 경우 불순물의 제거가 충분히 이루어지기 어려우며, 4 시간을 초과하는 경우에는 불필요한 공정이 될 수 있다.When the ultrasonic treatment is performed at a temperature of less than 0° C., it is difficult to sufficiently remove impurities, and when it exceeds 80° C., unnecessary energy may be used. In addition, when the treatment is less than 10 minutes, it is difficult to sufficiently remove impurities, and when it exceeds 4 hours, it may be an unnecessary process.

이후, 상기 불순물이 제거된 리그닌과 염기를 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 b).Thereafter, a mixture is prepared by mixing the lignin from which the impurities are removed and the base (step b).

상기 염기는 NaOH, KOH, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, 및 Ca(OH)2 중에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 NaOH을 사용할 수 있다. 초음파 처리 후 염기 처리는 탈수제(dehydrating agent)로 사용한 것이며, 이는 탄화과정 중에 타르(tar_가 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다.The base may be any one selected from NaOH, KOH, NH 4 OH, NH(CH 3 ) 2 , N(CH 3 ) 3 , and Ca(OH) 2 , and preferably NaOH. Base treatment after sonication is used as a dehydrating agent, which serves to prevent the formation of tar (tar_) during the carbonization process.

상기 리그닌과 염기는 1:1 내지 1:4의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1:2 내지 1.3.5, 더욱 더 바람직하게는 1:2.5 내지 1:3.2 로 혼합할 수 있다.The lignin and the base are preferably mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:4 to prepare a mixture, more preferably 1:2 to 1.3.5, even more preferably 1:2.5 to 1:3.2 can be mixed.

염기의 중량비가 상기 하한 미만인 경우에는 리그닌 탄화과정 중에 타르(tar)가 형성되는 문제점이 발생할 수 있고, 염기의 중량비가 상기 상한을 초과하는 경우에는 과도한 탈수제 사용으로 비표면적이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.If the weight ratio of the base is less than the lower limit, there may be a problem in that tar is formed during the lignin carbonization process. If the weight ratio of the base exceeds the upper limit, the specific surface area may decrease due to excessive use of a dehydrating agent. there is.

다음으로, 상기 혼합물을 아르곤(Ar)과 수소(HNext, the mixture was mixed with argon (Ar) and hydrogen (H 22 ) 혼합 가스 하에서 탄화시켜 활성탄을 제조한다(단계 c).) carbonization under a mixed gas to prepare activated carbon (step c).

상기 혼합 가스는 아르곤(Ar)과 수소(H2)가 100:2 내지 100:6의 중량비로 혼합된 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100:3 내지 100:5 일 수 있다.The mixed gas is preferably a mixture of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) in a weight ratio of 100:2 to 100:6, and more preferably 100:3 to 100:5.

수소의 함량이 상기 하한 미만인 경우에는 수소 분자와 리그닌의 -OH 그룹과의 반응이 원활하게 일어나지 않아 비표면적이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 수소함량이 상기 상한을 초과하는 경우에는 수소기체가 폭발하는 위험이 발생할 수 있다. When the content of hydrogen is less than the lower limit, there may be a problem that the specific surface area is lowered because the reaction between hydrogen molecules and the -OH group of lignin does not occur smoothly, and when the hydrogen content exceeds the upper limit, hydrogen gas is exploded risk may arise.

상기 탄화는 500 내지 900 ℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 550 내지 800 ℃, 더욱 더 바람직하게는 580 내지 700 ℃에서 수행될 수 있다. 500 ℃ 미만에서 탄화를 수행할 경우 탄화가 불완전할 수 있고, 900 ℃를 초과하는 경우에는 기공이 무너져 비표면적이 저하되고, 라만의 D peak의 강도(intensity)가 높아져 무질서한 탄소 구조가 형성되는 문제가 발생할 수 있다.The carbonization is preferably carried out at 500 to 900 °C, more preferably at 550 to 800 °C, even more preferably at 580 to 700 °C. When carbonization is performed at less than 500 ° C, carbonization may be incomplete, and when it exceeds 900 ° C, pores collapse and the specific surface area is lowered, and the intensity of Raman D peak increases to form a disordered carbon structure. may occur.

특히, 본 발명에 따른 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 있어서, 단계 (a)에서 초음파 주파수 범위, 초음파 처리시 온도 및 시간, 단계 (b)에서 염기의 종류, 리그닌과 염기의 중량비, 단계 (c)에서 혼합가스의 아르곤과 수소의 중량비, 탄화의 온도 조건을 달리하면서 실험을 수행한 결과 다른 조건과 달리 아래의 조건을 모두 만족하는 경우에 기공 형성이 잘 되고, 비표면적이 넓으며, 고분자와 복합화하였을 때 고분자 물성이 가장 우수한 것으로 나타났으며 그 조건은 아래와 같다.In particular, in the method for producing lignin-derived activated carbon according to the present invention, the ultrasonic frequency range in step (a), the temperature and time during ultrasonication, the type of base in step (b), the weight ratio of lignin to the base, step (c) As a result of conducting experiments while varying the weight ratio of argon and hydrogen in the mixed gas and the temperature conditions of carbonization, pores are well formed, specific surface area is large, and complex with polymers when all of the following conditions are satisfied, unlike other conditions. It was found that the properties of the polymer were the best, and the conditions were as follows.

단계 (a)에서 초음파 주파수 범위는 20 내지 60 kHz, 초음파 처리는 40 내지 70 ℃에서 40분 내지 90분 동안 수행하고, 단계 (b)에서 염기는 NaOH을 사용하고, 리그닌과 염기는 1:2.5 내지 1:3.2의 중량비로 혼합하고, 단계 (c)에서 혼합가스의 아르곤과 수소의 중량비는 100:3 내지 100:5, 탄화온도는 580 내지 700℃이다.In step (a), the ultrasonic frequency range is 20 to 60 kHz, the sonication is performed at 40 to 70 ° C. for 40 to 90 minutes, and in step (b), NaOH is used as the base, and the lignin and the base are 1:2.5 to 1:3.2, the weight ratio of argon and hydrogen in the mixed gas in step (c) is 100:3 to 100:5, and the carbonization temperature is 580 to 700°C.

이하, 본 발명의 리그닌 유래 활성탄에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the lignin-derived activated carbon of the present invention will be described.

본 발명의 리그닌 유래 활성탄은 상술한 본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 따라 제조된 것이다.The lignin-derived activated carbon of the present invention is prepared according to the above-described method for producing lignin-derived activated carbon of the present invention.

상기 리그닌 유래 활성탄은 마이크로 기공 구조(microporous structure) 및 메조 기공 구조(mesoporous structure)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The lignin-derived activated carbon is characterized in that it includes a microporous structure and a mesoporous structure.

상기 마이크로 기공은 평균직경 0.1 내지 2.5 nm 이고, 상기 메조 기공은 1 내지 10 nm 일 수 있다. BET 표면적이 1500 내지 3000 m2/g 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1700 내지 2700 m2/g, 더욱 더 바람직하게는 2000 내지 2500 m2/g 일 수 있다. 본원발명의 리그닌 유래 활성탄의 높은 BET 표면적에 의해 공기 중 유해물질의 흡착이 원활하게 이루어질 수 있다.The micropores may have an average diameter of 0.1 to 2.5 nm, and the mesopores may have an average diameter of 1 to 10 nm. The BET surface area is preferably 1500 to 3000 m 2 /g, more preferably 1700 to 2700 m 2 /g, even more preferably 2000 to 2500 m 2 /g. Due to the high BET surface area of the lignin-derived activated carbon of the present invention, the adsorption of harmful substances in the air can be performed smoothly.

이하, 본 발명의 고분자 복합재료에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the polymer composite material of the present invention will be described.

본 발명이 고분자 복합재료는 상술한 본 발명의 리그닌 유래 활성탄과 고분자 재료가 복합화된 것을 특징으로 한다.The polymer composite material of the present invention is characterized in that the above-described lignin-derived activated carbon of the present invention and a polymer material are complexed.

상기 고분자 재료는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 등일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며 산업용 부품, 자동차 부품 등으로 활용될 수 있는 고분자 재료는 모두 적용될 수 있다.The polymer material may be polyurethane, polyethylene, polypropylene, polyamide, etc., but the scope of the present invention is not limited thereto, and any polymer material that can be used as industrial parts, automobile parts, etc. may be applied.

상기 고분자 복합재료는 자동차 고분자 소재 또는 산업용 부품에 사용될 수 있다. 상기 고분자 복합재료는 상기 부부품에서 충전재(filler)로 사용되는 것이 바람직하다.The polymer composite material may be used in automobile polymer materials or industrial parts. The polymer composite material is preferably used as a filler in the accessory part.

이하, 본 발명의 고분자 복합재료의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing the polymer composite material of the present invention will be described.

본 발명의 고분자 복합재료의 제조방법는 상술한 본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄과 단량체를 혼합한 후 중합 반응시켜 고분자 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a polymer composite material of the present invention comprises the steps of preparing a polymer composite by mixing the lignin-derived activated carbon prepared according to the above-described method for producing lignin-derived activated carbon of the present invention and a monomer and then performing a polymerization reaction. .

상기 단량체는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리아미드 중에서 선택된 어느 하나의 고분자 재료의 단량체 일 수 있다.The monomer may be a monomer of any one polymer material selected from polyurethane, polyethylene, polypropylene, and polyamide.

상기 고분자 복합재료는 리그닌 유래 활성탄과 폴리우레탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료일 수 있다.The polymer composite material may be a polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon and polyurethane are complexed.

상기 폴리우레탄 복합재료의 제조방법은 아래의 방법으로 수행될 수 있다.The manufacturing method of the polyurethane composite material may be performed by the following method.

본 발명의 리그닌 유래 활성탄의 제조방법 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 제조한다(단계 1).The lignin-derived activated carbon prepared according to the method for preparing lignin-derived activated carbon of the present invention is prepared (step 1).

이후, 상기 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 혼합하여 폴리올 혼합물을 제조한다(단계 2).Thereafter, a polyol mixture is prepared by mixing the lignin-derived activated carbon with a polyol (step 2).

이때, 상기 폴리올 혼합물은 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 0.01:100 내지 50:100의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.02:100 내지 20:100, 더욱 더 바람직하게는 0.03:100 내지 10:100의 중량비로 혼합할 수 있다. 상기 리그닌 유래 활성탄의 함량이 상기 하한 미만인 경우에는 휘발성유기화합물(VOCs) 등 유해물질의 저감 효과가 저하될 수 있고, 상기 상한 초과시에는 최종 제조되는 폴리우레탄 복합재료의 내구성이 저하될 수 있다.At this time, the polyol mixture is preferably mixed with lignin-derived activated carbon and polyol in a weight ratio of 0.01:100 to 50:100, more preferably 0.02:100 to 20:100, even more preferably 0.03:100 to 10 It can be mixed in a weight ratio of :100. When the content of the lignin-derived activated carbon is less than the lower limit, the effect of reducing harmful substances such as volatile organic compounds (VOCs) may be reduced, and when the upper limit is exceeded, the durability of the finally manufactured polyurethane composite material may be reduced.

상기 폴리올 혼합물과 디이소시아네이트를 중합 반응시켜 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료를 제조한다(단계 3).The polyol mixture and diisocyanate are polymerized to prepare a polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon is complexed (step 3).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, these examples are for explaining the present invention in more detail, the scope of the present invention is not limited thereby, and it is common in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It will be self-evident to those with knowledge.

[실시예][Example]

도 2는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 4의 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 3은 본 발명의 실시예 2, 비교예 5 및 6의 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 이를 참조하여 본 발명의 실시예 1, 2, 및 비교예 1 내지 5를 설명하도록 한다.2 is a process diagram schematically illustrating the processes of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention, and FIG. 3 is a process diagram schematically illustrating the processes of Example 2, Comparative Examples 5 and 6 of the present invention. With reference to this, Examples 1, 2, and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention will be described.

실시예 1: 활성탄(UA-SKL-Ar) 제조Example 1: Preparation of activated carbon (UA-SKL-Ar)

침엽수 펄프로부터 발생한 부산물인 리그닌 Softwood Kraft Lignin(SKL)을 100g을 20 kHz의 주파수로 60℃에서 60분 동안 초음파 처리하여 불순물을 제거한 후, 불순물 제거된 SKL과 NaOH을 1:3의 중량비로 혼합하고, 탄화로에서 Ar+H2(96:4 %(V/V)) 혼합 가스 하에서 600, 750, 900℃에서 각각 60분 동안 탄화시켜 활성탄을 제조하였다. 100 g of Softwood Kraft Lignin (SKL), a by-product generated from softwood pulp, was sonicated at a frequency of 20 kHz at 60° C. for 60 minutes to remove impurities, and then the impurity-removed SKL and NaOH were mixed in a weight ratio of 1:3, , in a carbonization furnace, Ar+H 2 (96:4 %(V/V)) under a mixed gas at 600, 750, and 900° C. for 60 minutes, respectively, to prepare activated carbon.

실시예 2: UA-SKL-Ar + 폴리우레탄 폼 복합체 제조Example 2: UA-SKL-Ar + Polyurethane Foam Composite Preparation

폴리올(Polypropylene glycols)과 실시예 1의 활성탄(UA-SKL-Ar)을 100:0.05의 중량비로 상온조건으로 혼합하여 폴리올 혼합물을 준비하였다. 폴리올 혼합물과 이소시아네이트(TDI)를 중합반응시켜 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. Polyol (polypropylene glycols) and activated carbon (UA-SKL-Ar) of Example 1 were mixed in a weight ratio of 100:0.05 at room temperature to prepare a polyol mixture. A polyurethane foam composite was prepared by polymerizing the polyol mixture and isocyanate (TDI).

비교예 1: 무처리 리그닌(untreated SKL) 준비Comparative Example 1: Preparation of untreated lignin (untreated SKL)

실시예 1에서 사용한 Softwood Kraft Lignin(SKL)을 준비하고 아무런 처리도 하지 않았다.Softwood Kraft Lignin (SKL) used in Example 1 was prepared and no treatment was performed.

비교예 2: 비활성 리그닌(Inactivated SKL) 준비Comparative Example 2: Preparation of inactivated lignin (Inactivated SKL)

실시예 1에서 사용한 Softwood Kraft Lignin(SKL) 12g을 N2 대기 하에서 600, 750, 900℃에서 각각 60분 동안 단순 탄화하여 비활성 리그닌을 제조하였다.12 g of Softwood Kraft Lignin (SKL) used in Example 1 was simply carbonized for 60 minutes at 600, 750, and 900° C. under N 2 atmosphere to prepare inactive lignin.

비교예 3: 산처리 + NComparative Example 3: Acid treatment + N 22 조건 활성탄(AA-SKL-N) 제조 Conditioned activated carbon (AA-SKL-N) production

Softwood Kraft Lignin(SKL)에 초음파 처리 대신에 불순물 제거를 위하여 산(H2SO4) 처리한 후, Ar+H2(96:4 %(V/V)) 혼합 가스 대신에 N2 가스 하에서 탄화한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.Softwood Kraft Lignin (SKL) was treated with acid (H 2 SO 4 ) to remove impurities instead of sonication, and then carbonized under N 2 gas instead of Ar+H 2 (96:4 %(V/V)) mixed gas. Activated carbon was prepared in the same manner as in Example 1, except for one.

비교예 4: 산처리 + Ar 조건 활성탄(AA-SKL-Comparative Example 4: Acid treatment + Ar condition activated carbon (AA-SKL- Ar) 제조Ar) preparation

Softwood Kraft Lignin(SKL)에 초음파 처리 대신에 비교예 3과 동일한 조건으로 산처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.Activated carbon was prepared in the same manner as in Example 1, except that Softwood Kraft Lignin (SKL) was acid-treated under the same conditions as in Comparative Example 3 instead of sonication.

비교예 5: 폴리우레탄 폼 제조Comparative Example 5: Preparation of polyurethane foam

활성탄(UA-SKL-Ar)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼을 제조하였다.A polyurethane foam was prepared in the same manner as in Example 2, except that activated carbon (UA-SKL-Ar) was not used.

비교예 6: 카본블랙 + 폴리우레탄 폼 복합체 제조Comparative Example 6: Carbon Black + Polyurethane Foam Composite Preparation

활성탄(UA-SKL-Ar) 대신에 카본블랙을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다.A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 2, except that carbon black was used instead of activated carbon (UA-SKL-Ar).

[실험예][Experimental example]

실험예 1: 평균입도 크기 분석Experimental Example 1: Analysis of average particle size

무처리 SKL, 비교예 1의 산처리와 동일한 방법으로 산처리된 SKL, 실시예 1과 동일한 방법으로 초음파 처리된 SKL에 대하여 레이저 회절을 이용하여 습식방법으로 입자분포도를 측정하여 평균입도를 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The average particle size was measured by measuring the particle distribution by a wet method using laser diffraction with respect to untreated SKL, acid-treated SKL in the same manner as in the acid treatment of Comparative Example 1, and SKL ultrasonically treated in the same manner as in Example 1. , the results are shown in FIG. 4 .

이에 따르면, SKL의 평균 입도 크기는 약 67 ㎛이고, 산처리 SKL은 61.57 ㎛, 초음파 처리 SKL은 16 ㎛으로 감소한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 산처리시 무기물, 타르 등의 불순물이 제거되면서 평균입도크기가 감소한 것을 알 수 있었으며, 초음파 처리에서는 불순물 제거뿐만 아니라 공동현상(Cavitation effect) 때문에 평균 입도 크기가 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.According to this, it was found that the average particle size of SKL was about 67 µm, acid-treated SKL was reduced to 61.57 µm, and ultrasonic-treated SKL was reduced to 16 µm. These results show that the average particle size is reduced as impurities such as inorganic substances and tar are removed during acid treatment. In ultrasonic treatment, it can be confirmed that the average particle size is greatly reduced due to the cavitation effect as well as the removal of impurities. .

실험예 2: 흡착 등온선(adsorption isotherm) 분석Experimental Example 2: Analysis of adsorption isotherm

표면에 물리적으로 흡착하는 기체(질소 가스, 아르곤 가스 등)을 이용하고, 시료를 액화질소의 온도로 만든 후 이 온도에서 압력(0~950mmHg) 변화에 따른 흡착량을 기록함으로써 흡착등온선 분석을 실시하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다. 또한, 도 6은 IUPAC Technical Report에 기재된 흡착 등온선 유형을 나타낸 것이다. Adsorption isotherm analysis is performed by using a gas physically adsorbed to the surface (nitrogen gas, argon gas, etc.), making the sample at the temperature of liquid nitrogen, and recording the adsorption amount according to the change in pressure (0 to 950 mmHg) at this temperature. and the results are shown in FIG. 5 . 6 also shows the type of adsorption isotherm described in the IUPAC Technical Report.

이에 따르면, SKL, 비교예 2의 비활성 리그닌(Inactivated SKL)의 경우 Type ±와 비슷한 양상으로 기공이 없는 형태(nonporous) 또는 거대 기공을 형성(macroporous)한 상태라는 것을 알 수 있었다. 이에 반해, 비교예 3의 활성탄(AA-SKL-N), 비교예 4의 활성탄(AA-SKL-Ar), 실시예 1의(UA-SKL-Ar)은 Type °와 비슷한 그래프 양상으로 마이크로기공 구조(microporous structure) 또는 좁은 메조기공을 형성(mesoporous)한 상태인 것을 확인할 수 있었다.According to this, it was found that in the case of SKL and the inactivated SKL of Comparative Example 2, there were no pores (nonporous) or macropores were formed (macroporous) in a similar manner to Type ±. In contrast, the activated carbon of Comparative Example 3 (AA-SKL-N), the activated carbon of Comparative Example 4 (AA-SKL-Ar), and Example 1 (UA-SKL-Ar) had micropores in a graph similar to Type °. It was confirmed that the microporous structure or narrow mesopores were formed (mesoporous).

실험예 3: BET 표면적 측정Experimental Example 3: BET surface area measurement

고체의 표면에 온도 및 압력을 변화시켜 흡착하는 기체의 분자 개수를 BET 공식을 이용하여 계산하는 방법으로 BET 표면적을 측정하고 그 결과를 도 7에 나타내었다. The BET surface area was measured by using the BET formula to calculate the number of molecules of the gas adsorbed by changing the temperature and pressure on the surface of the solid, and the results are shown in FIG. 7 .

이에 따라 BET 표면적을 비교하여 보면, 비교예 1의 SKL의 경우 3.82 m2/g, 750 ℃에서 비교예 2의 Inactivated SKL는 109.12 m2/g, 비교예 3의 AA-SKL-N는 2273.62 m2/g, 비교예 4의 AA-SKL-Ar는 2445.24 m2/g, 실시예 1의 UA-SKL-Ar는 2277.83 m2/g 으로 나타나며, 비교예 1의 SKL과 실시예 1의 UA-SKL-Ar을 비교했을 때 비표면적이 약 600배 상승한 결과를 나타내었다.Accordingly, comparing the BET surface area, the SKL of Comparative Example 1 was 3.82 m 2 /g, the inactivated SKL of Comparative Example 2 at 750 ° C was 109.12 m 2 /g, and the AA-SKL-N of Comparative Example 3 was 2273.62 m 2 / g, AA-SKL-Ar of Comparative Example 4 is 2445.24 m 2 /g, UA-SKL-Ar of Example 1 is 2277.83 m 2 /g, SKL of Comparative Example 1 and UA- of Example 1 When SKL-Ar was compared, the specific surface area increased about 600 times.

또한, 비교예 3의 AA-SKL-N과 비교예 4의 AA-SKL-Ar을 비교하면, 비교예 4의 AA-SKL-Ar의 비표면적이 비교예 3의 AA-SKL-N에 비하여 약 10 % 넓은 것을 확인할 수 있었다. 이는 Ar+H2 혼합 가스의 H2 분자들이 리그닌의 -OH 관능기와 반응하여 수증기로 빠지면서 기공이 더 많이 형성된 것으로 추정된다. In addition, when AA-SKL-N of Comparative Example 3 and AA-SKL-Ar of Comparative Example 4 are compared, the specific surface area of AA-SKL-Ar of Comparative Example 4 is about less than that of AA-SKL-N of Comparative Example 3 It was confirmed that it was 10% wider. It is estimated that more pores are formed as the H 2 molecules of the Ar+H 2 mixed gas react with the -OH functional group of lignin and fall into water vapor.

또한, 실시예 1의 UA-SKL-Ar과 비교예 3의 AA-SKL-N의 비표면적을 비교했을 때 동등 수준인 것으로 보아 산 처리 대신에 초음파 처리하고 Ar+H2 혼합 가스 분위기 하에서 탄화한다면 산 처리시와 유사한 비표면적을 나타낼 수 있음을 알 수 있었다.In addition, when comparing the specific surface areas of UA-SKL-Ar of Example 1 and AA-SKL-N of Comparative Example 3, it is considered that they are at the same level, so if sonicated instead of acid treatment and carbonized under Ar+H 2 mixed gas atmosphere It was found that a specific surface area similar to that in the case of acid treatment can be exhibited.

실험예 4: 라만 스펙트럼 분석Experimental Example 4: Raman spectrum analysis

레이저광과 같은 강력한 단색광을 쬐었을 때 입사광과 같은 파장을 갖는 빛 외에 그보다 약간 긴 파장이나 짧은 파장의 빛이 관측되는 현상을 라만(Raman)효과 라고 한다. Ar-ion 레이저를 사용하여 514nm의 파장으로 관측하여 탄화 온도에 따른 라만 스펙트럼을 분석하고 그 결과를 도 8에 나타내었다.When a strong monochromatic light such as laser light is exposed, a phenomenon in which light of a slightly longer or shorter wavelength is observed in addition to light having the same wavelength as the incident light is called the Raman effect. The Raman spectrum according to the carbonization temperature was analyzed by observation at a wavelength of 514 nm using an Ar-ion laser, and the results are shown in FIG. 8 .

이에 따르면, 라만 스펙트럼(Raman spectra)은 D peak와 G peak로 나눌 수 있는데, 600℃, 750℃에서는 G peak의 세기가 더 큰 것을 알 수 있고, 900℃에서는 D peak가 더 큰 것을 확인하였다. According to this, the Raman spectrum (Raman spectra) can be divided into D peak and G peak, it can be seen that the intensity of the G peak is greater at 600 °C and 750 °C, and it was confirmed that the D peak is larger at 900 °C.

ID/IG Ratio를 비교해 보았을 때, 750℃ 까지는 Defect site가 많이 생기지 않으나 고온에서는 D peak의 세기가 강해져 750℃ 이내의 조건으로 탄화시키는 것이 적절한 것으로 보인다.When comparing the ID/IG Ratio, there are not many defect sites up to 750°C, but at high temperatures, the intensity of the D peak becomes stronger, so it seems appropriate to carbonize under conditions within 750°C.

실험예 5: 폴리우레탄 폼의 VOCs 테스트Experimental Example 5: VOCs test of polyurethane foam

실시예 2의 폴리우레탄 폼 복합체, 비교예 5의 폴리우레탄 폼 및 비교예 6의 폴리우레탄 폼 복합체에 대하여 GC-MS, HPLC를 통해 현대자동차 VOCs 테스트 규격 중 MS300-55 규격으로 샘플백에 샘플을 투입 후 질소 2L를 주입하고, 오븐에서 샘플을 65℃로 2시간 동안 가열한 후 상온에서 30분 방치하였다. 질소 1L 충전 후 시료를 흡착하는 방법으로 유기휘발성화합물질(VOCs) 함량을 평가하고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.For the polyurethane foam composite of Example 2, the polyurethane foam of Comparative Example 5 and the polyurethane foam composite of Comparative Example 6 through GC-MS, HPLC to MS300-55 standard among Hyundai Motor VOCs test standards. After the input, 2L of nitrogen was injected, and the sample was heated in an oven at 65° C. for 2 hours, and then left at room temperature for 30 minutes. The content of organic volatile compounds (VOCs) was evaluated by adsorbing the sample after filling with 1L of nitrogen, and the results are shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

이에 따르면, 비교예 5의 폴리우레탄 폼에서는 아크롤레인(Acrolein)의 함량이 61.8 ㎍/m3으로 현재 실내 공기질 규정(50 ㎍/m3) 에 위반되는 수치를 나타내었다. 또한, 비교예 6의 카본블랙 첨가한 폴리우레탄 폼 복합체는 아크롤레인이 40.5 ㎍/m3 로 규정에는 충족되는 수준이지만 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 자엘렌(Xylene)의 함량이 증가하여 적절치 않은 것으로 나타났다. 한편, 실시예 2의 UA-SKL-Ar을 첨가한 폴리우레탄 폼 복합체는 아크롤레인 함량이 29.7 ㎍/m3 로 기존 폴리우레탄 폼에 비해 약 50 % 감소 효과가 나타났으며, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 또한 증가하지 않는 것으로 나타났다.According to this, in the polyurethane foam of Comparative Example 5, the content of acrolein was 61.8 μg/m 3 , which violated the current indoor air quality regulations (50 μg/m 3 ). In addition, the polyurethane foam composite with carbon black added in Comparative Example 6 had acrolein content of 40.5 μg/m 3 that satisfies the regulation, but the content of toluene, ethylbenzene, and xylene increased. appeared to be inappropriate. On the other hand, the polyurethane foam composite to which UA-SKL-Ar of Example 2 was added had an acrolein content of 29.7 μg/m 3 , which showed a reduction effect of about 50% compared to the existing polyurethane foam, benzene, toluene, ethylbenzene , and xylene also did not show an increase.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

Claims (20)

(a) 리그닌을 초음파 처리하여 불순물이 제거된 리그닌을 수득하는 단계;
(b) 상기 불순물이 제거된 리그닌과 염기를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 혼합물을 아르곤(Ar)과 수소(H2) 혼합 가스 하에서 탄화시켜 활성탄을 제조하는 단계;를 포함하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
(a) sonicating the lignin to obtain lignin from which impurities are removed;
(b) preparing a mixture by mixing the lignin from which the impurities have been removed and a base; and
(c) preparing activated carbon by carbonizing the mixture under a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ); A method for producing lignin-derived activated carbon comprising a.
제1항에 있어서,
단계 (a)에서, 상기 초음파 처리 10 내지 100 kHz의 주파수 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (a), the method for producing lignin-derived activated carbon, characterized in that the ultrasonic treatment is performed in a frequency range of 10 to 100 kHz.
제1항에 있어서,
단계 (a)에서, 상기 초음파 0 내지 80 ℃ 온도에서, 10분 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (a), the method for producing lignin-derived activated carbon, characterized in that it is carried out for 10 minutes to 4 hours at a temperature of 0 to 80 ° C.
제1항에 있어서,
단계 (b)에서, 상기 염기는 NaOH, KOH, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, 및 Ca(OH)2 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (b), the base is NaOH, KOH, NH 4 OH, NH(CH 3 ) 2 , N(CH 3 ) 3 , and Ca(OH) 2 Of lignin-derived activated carbon, characterized in that any one selected from manufacturing method.
제1항에 있어서,
단계 (b)에서, 상리 리그닌과 염기는 1:1 내지 1:4의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (b), a method for producing lignin-derived activated carbon, characterized in that the mixture is prepared by mixing the lignin and the base in a weight ratio of 1:1 to 1:4.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서, 상기 혼합 가스는 아르곤(Ar)과 수소(H2)가 100:2 내지 100:6의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (c), the mixed gas is a method for producing lignin-derived activated carbon, characterized in that argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) are mixed in a weight ratio of 100:2 to 100:6.
제1항에 있어서,
단계 (c)에서, 상기 탄화는 500 내지 900 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄의 제조방법.
According to claim 1,
In step (c), the carbonization method for producing lignin-derived activated carbon, characterized in that carried out at 500 to 900 ℃.
제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄.A lignin-derived activated carbon prepared according to the method of any one of claims 1 to 7. 제8항에 있어서,
상기 리그닌 유래 활성탄은 마이크로 기공 구조(microporous structure) 및 메조 기공 구조(mesoporous structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄.
9. The method of claim 8,
The lignin-derived activated carbon is lignin-derived activated carbon, characterized in that it includes a microporous structure and a mesoporous structure.
제9항에 있어서,
상기 마이크로 기공은 평균직경 0.1 내지 2.5 nm 이고, 상기 메조 기공은 1 내지 10 nm 인 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄.
10. The method of claim 9,
The micropores have an average diameter of 0.1 to 2.5 nm, and the mesopores have an average diameter of 1 to 10 nm.
제8항에 있어서,
상기 리그닌 유래 활성탄은 BET 표면적이 1500 내지 3000 m2/g 인 것을 특징으로 하는 리그닌 유래 활성탄.
9. The method of claim 8,
The lignin-derived activated carbon is lignin-derived activated carbon, characterized in that the BET surface area is 1500 to 3000 m 2 /g.
제8항의 리그닌 유래 활성탄과 고분자 재료가 복합화된 고분자 복합재료.A polymer composite material in which the lignin-derived activated carbon of claim 8 and a polymer material are complexed. 제12항에 있어서,
상기 고분자 재료는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리아미드 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
13. The method of claim 12,
The polymer material is a polymer composite material, characterized in that any one selected from polyurethane, polyethylene, polypropylene, and polyamide.
제12항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는 자동차 고분자 소재 또는 산업용 부품에 사용되는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
13. The method of claim 12,
The polymer composite material is a polymer composite material, characterized in that used for automobile polymer material or industrial parts.
제14항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는 충전재(filler)로 사용되는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
15. The method of claim 14,
The polymer composite material is a polymer composite material, characterized in that used as a filler (filler).
제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄과 단량체를 혼합한 후 중합 반응시켜 고분자 복합재료를 제조하는 단계;를 포함하는 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 고분자 복합재료의 제조방법.A polymer composite material in which lignin-derived activated carbon is complexed, comprising a step of mixing the lignin-derived activated carbon prepared according to any one of claims 1 to 7 and a monomer and then performing a polymerization reaction to prepare a polymer composite material. manufacturing method. 제16항에 있어서,
상기 단량체는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리아미드 중에서 선택된 어느 하나의 고분자 재료의 단량체인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The method for producing a polymer composite material, characterized in that the monomer is a monomer of any one polymer material selected from polyurethane, polyethylene, polypropylene, and polyamide.
제16항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는 리그닌 유래 활성탄과 폴리우레탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The polymer composite material is a method for producing a polymer composite material, characterized in that the polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon and polyurethane are complexed.
제18항에 있어서,
상기 폴리우레탄 복합재료의 제조방법은,
(1) 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 리그닌 유래 활성탄을 제조하는 단계;
(2) 상기 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 혼합하여 폴리올 혼합물을 제조하는 단계; 및
(3) 상기 폴리올 혼합물과 디이소시아네이트를 중합 반응시켜 리그닌 유래 활성탄이 복합화된 폴리우레탄 복합재료를 제조하는 단계;를 포함하는 고분자 복합재료의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The manufacturing method of the polyurethane composite material,
(1) preparing lignin-derived activated carbon prepared according to the method of any one of claims 1 to 7;
(2) preparing a polyol mixture by mixing the lignin-derived activated carbon with a polyol; and
(3) preparing a polyurethane composite material in which lignin-derived activated carbon is complexed by polymerizing the polyol mixture and diisocyanate;
제18항에 있어서,
단계 (2)에서, 상기 폴리올 혼합물은 리그닌 유래 활성탄과 폴리올을 0.01:100 내지 50:100의 중량비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
19. The method of claim 18,
In step (2), the polyol mixture is prepared by mixing lignin-derived activated carbon and polyol in a weight ratio of 0.01:100 to 50:100.
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