Abstract
Activated carbons prepared by chemical activation of organic waste sludges with $ZnCl_2$ and $K_2S$ have been studied in terms of their pore development and adsorptivity. Pore development of the carbons prepared from organic waste sludges was characterized by the nitrogen adsorption at 77K. The $ZnCl_2$-activated carbon produced by chemical activation with zinc chloride exhibited type I isotherm characteristics according to the BDDT classification, suggesting the presence of micropores formed by activation process. The isotherms of the commercial powdered activated carbon and $K_2S$-activated carbon reveal a hysteresis similar to that of type IV in BDDT classification, indicating the formation of mesopores. This result implies that the major pores of $K_2S$-activated carbon are composed of meso and micropores, and a macropores are minor. The adsorptive capacities of metal on the $K_2S$-activated carbon prepared from organic waste sludges were found to be superior to those on a commercial granular activated carbon. The Langmuir and Freundlich isotherms yield a fairly good fit to the adsorption data, indicating a monolayer adsorption of metals onto $K_2S$-activated carbon. The adsorptive capacity of the $K_2S$-activated carbon was superior to $ZnCl_2$-activated carbon for $PO_4$-P, and vice versa for $NO_3$-N. From the results of the studies reported here, it can be concluded that activated carbons with adsorptivity superior to commercial granular activated carbons can be produced from organic waste sludge using a two-step carbonization/activation procedure with zinc chloride or potassium sulfide as the activating agents.
유기성폐슬러지를 염화아연과 황화칼륨으로 약품활성화하여 제조한 활성탄의 세공발달과 흡착특성을 연구하였다. 유기성폐슬러지로 제조한 탄소의 세공발달은 77K에서 질소흡착법을 이용하여 특성화하였다. 염화아연으로 약품활성화하여 제조한 $ZnCl_2$-활성탄은 활성화공정에 의해 미세공이 형성되었음을 지적해주는 BDDT 분류의 type I의 흡착특성을 보여주었다. 상용 분말활성탄과 $K_2S$-활성탄은 BDDT 분류의 type IV와 유사한 이력현상을 나타냈는데, 이것은 이들 활성탄에 중세공이 형성되었음을 말해준다. 이것은 $K_2S$-활성탄은 주로 중세공과 미세공으로 이루어졌으며, 거대세공의 발달은 미비하다는 것을 의미한다. 유기성폐슬러지로 제조한 $K_2S$-활성탄의 중금속 흡착능은 상용입상활성탄보다 우수한 것으로 나타났다. $K_2S$-활성탄에 대한 중금속의 흡착은 단분자층 흡착을 나타내는 Langmuir와 Freundlich 등온식에 잘 부합되었다. $PO_4$-P에 대한 흡착능은 $K_2S$-활성탄이 $ZnCl_2$-활성탄보다 우수한 것으로 나타난 반면, $NO_3$-N의 흡착은 $ZnCl_2$-활성탄이 우수한 것으로 나타났다. 본 연구결과, 활성화제로 염화아연과 황화칼륨을 사용하여 유기성폐슬러지를 약품처리할 경우, 탄화와 활성화공정을 거치는 2단계 공정을 통하여 상용입상활성탄보다 흡착능이 뛰어난 활성탄을 제조할 수 있었다.