Changes of Chemical Bond in Woody Charcoal from Different Carbonization Temperatures

Properties and chemical bonding of wood charcoal were investigated to understand the chemistry occurring in wood carbonization. From the pH changes of wood charcoal, it is revealed that it becomes acidic to weakly basic for charcoal carbonized at about $300^{\circ}C$, whereas it turns to basic at higher carbonization temperature higher than $600^{\circ}C$. Also, the ratio of carbon atoms in the charcoal was increased with increasing the carbonization temperature, while those of oxygen and hydrogen atoms. This tendency was significant when the carbonization temperature was increased up to $600^{\circ}C$ and the ratio changes of the atoms became stable at above $600^{\circ}C$. In the changes of chemical bonding, the ratio of C-C bonding was increased and those of C-O-H and C-O-R bonding was decreased significantly. It is considered that bondings connected to oxygen atoms tends to be broken, and the ratio of C-C bonding increased. Consequently, it is expected that this change may causes occurrence of new functional groups. In addition to that, it seems to be that the chemical bondings undergo the partial decomposition, formation, and recombination steps, Because ratio of C=O bonding tended to be increased or decreased by increasing the carbonization temperature. This understanding of chemical bond changes in charcoal can be a compensative consideration on the knowledges made only by physical parameters in the properties of micro-pore which has limited to explain the phenomenon. Also, it is considered that this can be treated as a basic knowledge for upgrading and development of use of wood charcoal.

목질탄화물 내의 화학 결합 변화

목재의 탄화과정에서 일어나는 화학적 변화를 알아보기 위하여 목탄의 기초물성과 화학결합양식의 변화를 조사하였다. 탄화온도 증가에 따른 pH 변화에 있어서는, $300^{\circ}C$와 같이 낮은 온도에서 탄화한 탄화물의 pH는 약산성 또는 중성에 가까우나, $600^{\circ}C$ 이상에서 탄화한 고온탄화물의 pH는 알칼리성을 띠는 것으로 나타났다. 또한 탄화온도가 증가하여 탄화정도가 더욱 진행되면, 탄재 내의 탄소함량이 증가하고, 수소와 산소함량이 감소하였으며, 이러한 경향은 $600^{\circ}C$까지의 탄화에서 현저하게 나타났으나, $600^{\circ}C$ 이상의 탄화온도에서는 그 변화가 완만하였다. 탄화온도가 높아짐에 다라 C-C 결합 비율이 증가하고, C-O-H 또는 C-O-R 결합 비율이 감소하는 경향이 뚜렷이 나타났다. 이는 C-O-H 등 산소를 포함한 결합이 분해되어 C-C결합 비율이 높아지고, 이는 새로운 관능기의 생성과도 관련되는 것으로 추정된다. 또한 탄화 온도의 상승에 따라 C=O결합 등의 비율이 다소 증가 또는 감소하는 것으로 보아, 일부는 분해, 생성, 재결합 등의 과정을 거치는 것으로 판단된다. 목탄의 이와 같은 화학적 변화에 대한 인식은 세공 특성 등 물리적인 파라메타만으로 흡착성을 이해하려고 할 때 발생하는 한계를 극복할 수 있는 사고가 되며, 또한 목탄의 성능개선과 신용도 개발의 기초가 될 것으로 생각된다.