KR20220122838A - 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면특성 최적화를 통한 흡착소재의 라돈친화도 향상으로 라돈저감성능이 극대화된 활성탄소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 산성 및 염기성 용매의 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소소재를 제공함에 따라, 대기유해인자인 라돈저감을 위한 소재로 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 산성 및 염기성 용매의 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소소재를 제공함에 따라, 대기유해인자인 라돈저감을 위한 소재로 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산성 및 염기성 용매의 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소를 제조하는 과정에 관한 것이다.
세계보건기구 산하 국제암연구센터(IARC: International Agency of Research on Cancer)에서는 라돈을 1급 발암물질로 규정하고 있으며, 미국환경보호청(EPA)에 따르면 매년 21,000명의 미국인이 라돈 유발 폐암으로 사망하며, 흡연에 이어 폐암사망의 주요원인으로 보고된바 있다. 라돈은 주로 지표면에 존재하는 천연우라늄 붕괴계열에서 생성되어, 토양내 기공사이의 확산이동, 지표면과 대기의 온도 및 압력구배에 의한 대류이동에 의해 지상으로 방출되며, 방출된 라돈은 건물의 내부로의 유입, 실내로 유입되는 지하수, 건축자재에서의 방출 등을 통해 실내로 유입된다. 라돈은 각국에서 주요 실내공기 오염물질로 관리되고 있으나, 우리나라의 경우 지하공간에서는 주요 오염물질로 관리하는 반면 일반 실내환경에서 라돈에 대한 관리대책은 매우 미흡한 수준으로 적극적인 대책마련이 요구된다. 따라서 라돈저감을 위해 집진, 흡착 등의 다양한 방법이 제시되고 있으며, 현재 가장 높은 가능성을 보이는 흡착법의 연구가 각광받고 있다. 특히, 라돈은 물질표면에 흡착성이 강하므로 다공성 흡착제에 쉽게 흡착되고, 이 특성에 의해 다른 가스들로부터 쉽게 분리할 수 있으며, 활성탄 등의 고비표면적 기능성 소재를 이용한 흡착제거기술이 널리 상용화되고 있다. 활성탄소(Activated carbons;AC)는 목재, 갈탄, 무연탄, 및 야자껍질 등을 원료로 제조되는 미세세공이 발달된 다공성물질로, 활성화과정에서 분자크기정도의 미세세공이 형성되어 큰 내부비표면적을 가지게 되는 흡착제이며, 표면에 존재하는 탄소 원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다.
이에 본 발명자는 산성 및 염기성 용매의 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소를 제공함에 따라, 대기유해인자인 라돈의 저감을 위한 소재 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은, 산성 및 염기성 용매의 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소를 제공함에 따라, 대기유해인자인 라돈의 저감을 위한 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 라돈저감용 활성탄소를 제조하는 방법으로, 1) 활성탄소 전구체를 분쇄하여 균질화하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 얻어진 활성탄소 전구체 분말을 표면처리용액과 혼합하는 단계; 3) 상기 2)단계에서 얻어진 혼합용액을 가열하여 표면처리하는 단계; 및
4) 상기 3)단계에서 얻어진 시료를 세척 및 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 1) 균질화하는 단계는, 디스크밀(disc mill) 혹은 볼밀(ball mill) 법을 사용하며, 1초 이상 1시간 이하의 시간동안 수행하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게,
상기 2) 단계의 표면처리용액은, 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 질산(HNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 산성용액; 및 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 염기성용액을 포함할 수 있다.
바람직하게,
상기 2) 혼합하는 단계는, 표면처리용액과 활성탄소 전구체를 1:0.01 내지 1:10 중량비로 사용하여 수행하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 3) 표면처리하는 단계는, 20 내지 200 ℃에서 1 내지 36시간 동안 열처리하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게,
상기 4) 세척 및 건조하는 단계는, 1 내지 48시간 동안 세척하고, 6 내지 48시간 동안 건조하는 것을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고온분위기 하에서 진행되는 산/염기 표면처리의 최적화를 통해 종래 활성탄소에 비하여 우수한 라돈저감 특성을 나타내는 활성탄소소재를 제공함에 따라, 대기유해물질 저감을 위한 라돈저감소재로의 응용 및 관련 분야로서의 다양한 활용이 가능하여 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 얻어진 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 2는 본 발명에서 얻어진 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 라돈저감성능 평가를 위한 라돈농도그래프이다.
도 2는 본 발명에서 얻어진 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 라돈저감성능 평가를 위한 라돈농도그래프이다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1.
활성탄소(제조사 Kuraray Co., Ltd.)를 디스크밀을 이용하여 60초간 분쇄한 뒤, 균질화된 활성탄소 10g을 표면처리용액인 1M 염산용액 100g에 넣고 90℃ 조건에서 12시간동안 열처리 하였다. 이후 표면처리된 활성탄소를 증류수를 이용하여 8시간 동안 세척하고 80℃에서 24시간 동안 건조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 균질화단계에서 디스크밀 시간을 1초로 하여 균질화하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계에서 표면처리 염산용액을 1000g으로 하여 혼합하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계에서 표면처리 염산용액의 농도를 0.1M로 하여 혼합하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계에서 표면처리 염산용액의 농도를 10M로 하여 혼합하였다.
실시예 6.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계에서 표면처리용액을 0.1M KOH 용액으로 하여 혼합하였다.
실시예 7.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계에서 표면처리용액을 10M KOH 용액으로 하여 혼합하였다.
실시예 8.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 표면처리단계에서 온도를 20℃로 하여 열처리하였다.
실시예 9.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 표면처리단계에서 온도를 200℃로 하여 열처리하였다.
실시예 10.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 표면처리단계에서 표면처리시간을 1시간으로 하여 열처리하였다.
실시예 11.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 표면처리단계에서 표면처리시간을 48시간으로 하여 열처리하였다.
실시예 12.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 세척단계에서 세척시간을 1시간으로 하여 세척시켰다.
실시예 13.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 세척단계에서 세척시간을 48시간으로 하여 세척시켰다.
실시예 14.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 건조단계에서 건조시간을 6시간으로 하여 건조시켰다.
실시예 15.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 건조단계에서 건조시간을 48시간으로 하여 건조시켰다.
실시예 16.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 균질화단계에서 디스크밀 시간을 10초로 하여 균질화하였다.
실시예 17.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 균질화단계에서 디스크밀 시간을 10초로 하여 균질화하였으며, 혼합단계에서 표면처리용액을 1M KOH 용액으로 하여 혼합하였다.
비교예 1.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 혼합단계 및 표면처리단계를 시행하지 않았다.
측정예 1. 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 형태 및 구조 관찰
광학이미지 및 Scanning Electron Microscopy(SEM, SU8010, Hitach Co., Ltd.)를 통해 본 발명에서 제조한 활성탄소의 형태, 표면구조 및 내부 형상을 관찰하였다.
측정예 2. 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 라돈농도그래프
본 발명에 따른 활성탄소 시료의 라돈저감특성을 라돈농도그래프를 측정하여 관찰하였다. 1루베 (1m*1m*1m) 챔버내에서 라돈발생물질을 넣고 밀폐 한 뒤 실시예에서 제조된 활성탄소 시료를 채운 팬을 가동하여 일정시간 간격으로 농도를 측정하였다. 아래 표 1에는 본 발명에 따른 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조조건을 나타내고, 아래 표 2에는 본 발명에 따른 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 라돈저감율(초기대비 12시간 이후 라돈농도 저감율)을 나타낸다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 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 의해 정의된다고 할 것이다.
Claims (6)
1) 활성탄소 전구체를 분쇄하여 균질화하는 단계;
2) 상기 1)단계에서 얻어진 활성탄소 전구체 분말을 표면처리용액과 혼합하는 단계;
3) 상기 2)단계에서 얻어진 혼합용액을 가열하여 표면처리하는 단계; 및
4) 상기 3)단계에서 얻어진 시료를 세척 및 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
2) 상기 1)단계에서 얻어진 활성탄소 전구체 분말을 표면처리용액과 혼합하는 단계;
3) 상기 2)단계에서 얻어진 혼합용액을 가열하여 표면처리하는 단계; 및
4) 상기 3)단계에서 얻어진 시료를 세척 및 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 1) 균질화하는 단계는, 디스크밀(disc mill) 혹은 볼밀(ball mill) 법을 사용하며, 1초 이상 1시간 이하의 시간동안 수행하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
상기 1) 균질화하는 단계는, 디스크밀(disc mill) 혹은 볼밀(ball mill) 법을 사용하며, 1초 이상 1시간 이하의 시간동안 수행하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2) 단계의 표면처리용액은, 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 질산(HNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 산성용액; 및 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 염기성용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
상기 2) 단계의 표면처리용액은, 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 질산(HNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 산성용액; 및 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 포함하는 0.1 내지 10M 농도의 염기성용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2) 혼합하는 단계는, 표면처리용액과 활성탄소 전구체를 1:0.01 내지 1:10 중량비로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
상기 2) 혼합하는 단계는, 표면처리용액과 활성탄소 전구체를 1:0.01 내지 1:10 중량비로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 3) 표면처리하는 단계는, 20 내지 200 ℃에서 1 내지 36시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
상기 3) 표면처리하는 단계는, 20 내지 200 ℃에서 1 내지 36시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 4) 세척 및 건조하는 단계는, 1 내지 48시간 동안 세척하고, 6 내지 48시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
상기 4) 세척 및 건조하는 단계는, 1 내지 48시간 동안 세척하고, 6 내지 48시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 표면처리에 의한 고성능 라돈저감용 활성탄소의 제조방법.
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