Journal of the Korean Wood Science and Technology

The Korean Society of Wood Science & Technology (한국목재공학회)
권호 표지

Analysis of Structure and Physical and Chemical Properties of the Carbonized Pine Wood (Pinus densiflora S. et Z) Powder (I) - Elemental Analysis, SEM, N2 Adsorption-desorption-

가열처리 및 탄화처리 소나무재(Pinus densiflora) 목분의 구조 및 물리·화학적 특성(I) - 원소 분석, SEM, 질소 흡착-탈착 실험 -

  • Lee, In-Ja (Department of Chemistry, College of Science and Technology, Dongguk University) ;
  • Lee, Won-Hee (Dept. of Wood Sci.&Tech., College of Agriculture & Life Sciences, Kyungpook National University)
  • 이인자 (동국대학교 과학기술대학 화학과) ;
  • 이원희 (경북대학교 농업생명과학대학 임산공학과)
  • Received : 2008.01.31
  • Accepted : 2008.04.21
  • Published : 2008.07.25
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Abstract

In this study, the effects of carbonization temperature on the physico-chemical properties of Korean red-pine wood (Pinus densiflora S. et Z.) powder charcoal are studied by elemental analysis, nitrogen adsorption-desorption and SEM techniques. The surface structure and physico-chemical properties of the wood charcoal greatly depend on the carbonization temperature and their temperature dependences for sapwood (swd) and heartwood (hwd) are qualitatively analogous. Because of the differences in characteristics such as hardness and composition between heartwood and sapwood, charcoals from heartwood have larger specific surface area and smaller average pore diameter than that from sapwood. Because the decomposition reaction mostly proceeds in the precarbonization stage, the charcoal produced in this stage mainly consists of carbon. The second carbonization reaction is insignificant but still proceeds up to $700^{\circ}C$, and the specific surface area continuously increases. Above $800^{\circ}C$, the surface area is reduced by the pore-filling and narrowing effects and especially above $900^{\circ}C$, new carbon phase with hexagonal column rooted into the pore is formed. The nitrogen adsorption-desorption isotherm of the charcoal is classified as type I and its hysteresis loop was as type H4.

본 연구에서는 국산 소나무재 심재부와 변재부 목분 탄화물의 물리 화학적 성질에 미치는 탄화 온도의 영향을 원소 분석, 질소-흡착 실험, SEM을 이용하여 분석하였다. 탄화물의 표면 구조 및 특성은 탄화 온도에 크게 의존하였으며 그 의존성은 변재부(swd)와 심재부(hwd)에 관계없이 정성적으로 거의 비슷하였다. 그러나, 심변재부간 경도, 성분 및 조직학적 차이 등의 영향 때문에 hwd를 탄화한 경우가 swd를 탄화한 경우보다 비표면적은 크고, 평균 pore 지름은 작았다. 예비 탄화 단계에서 대부분의 분해 반응이 일어나므로, 탄화물의 주성분은 탄소였다. 탄화 온도가 $700^{\circ}C$가 될 때까지는 미미하나마 탄화 반응이 지속적으로 일어났으며, 비표면적은 지속적으로 증가하였다. $800^{\circ}C$ 이상에서는 pore filling 및 narrowing 효과에 의하여 비표면적은 감소하였고, 특히 $900^{\circ}C$ 이상에서는 공극의 안쪽에 뿌리를 둔 육각 기둥 형태의 새로운 탄소 구조체가 형성되었다. 탄화물의 흡착 등온선은 type I, 흡착 등온선에서 보인 이력 루프는 type H4로 분류되었다.

Keywords

Acknowledgement

Grant : 미세 다공성 흡착소재에 의한 기능성 목탄소재 활용기술 개발

Supported by : 농림부

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