본 연구는 Microwave를 이용하여 활성탄의 재생특성을 파악하는데 목적을 두었다. Microwave의 조사횟수를 달리하였을때 활성탄의 특성 변화분석하였다. BET 분석결과 조사 후 분석 값이 조사 후 분석 값보다 떨어짐을 알 수 있다. 이는 MW를 조사함으로써 활성탄의 온도가 상승이 되고 이로 인해 기공의 파괴가 있음을 알 수 있다. 각 물질별로 20번씩 조사 하여서 나타난 결과를 보면 비표면적이 각각 8.2%(A), 5.68%(B), 0.38%(C) 줄었다. 활성탄 C의 경우는 조사 후 감소된 면적이 가장 적었는데 이는 먼저 제조하였던 활성탄의 경우는 활성탄의 성분이 제기능이 못할 정도로 소성을 하였거나 탄소성분의 변질이 있었음을 알 수 있다.
탄소원으로 구형 고분자수지 중 폴리스티렌-DVB 공중합으로 제조된 양이온교환수지를 사용하여 활성탄제조 시 활성탄의 주요물성인 비표면적과 비용적에 미치는 운전인자의 영향이 실험적으로 연구되었다. 활성탄의 비표면적과 비용적은 탄화공정에서 탄화온도 및 탄화시간이 증가함에 따라 감소하였고, 활성화공정에서는 활성화온도와 활성화시간에 따라 증가하였지만 특정 온도와 시간 이상에서는 감소하였다. 탄화공정에서 승온속도가 증가함에 따라 감소하였지만, 반대로 활성화 후 승온속도에 비례하는 물성을 보였다. 2가이온으로 포화된 수지로 제조된 활성탄은 새 수지로 제조된 활성탄에 비해 낮은 비표면적을 보였다.
본 연구는 톨루엔이 흡착된 활성탄에 따라 MW를 적용함으로써 열적 탈착을 유도하여 활성탄을 재생하는데 그 목적을 두었다. 따라서 MW를 활성탄에 적용함으로써 발생하는 특성을 다음과 같이 분석하였다. 100W, 500W출력의 MW를 GAC에 적용 시 저출력인 100W에서는 방전 현상이 일어나지 않았으며, MW의 출력이 높아질수록 활성탄의 급속한 온도상승과 그에 따른 빈번한 방전이 발생하였다. 이는 출력이 높아 온도상승이 급속해지면 GAC에 흡착된 VOCs를 탈착 시에는 유리하나 높은 온도와 더불어 방전으로 인해 톨루엔의 분해가능성이 높아져 2차적인 오염물질을 배출할 수 있는 문제점을 알 수 있었다. 따라서 100W의 출력에서도 GAC에 흡착 된 톨루엔을 탈착시키기에 충분한 온도 상승과 방전 줄임 현상을 알 수 있었다. 또한 100W의 출력에서 98%의 탈착 효율을 얻을 수 있었으며 GC/MS 분석결과 탈착가스의 성분에서 95.6%의 톨루엔을 검출 할 수 있었다.
전기이중층 캐패시터의 성능향상을 위한 전극물질로서 resorcinol-formaldehyde수지를 탄소원으로 사용하여 meso-pore 비율 52~64%의 기공특성을 지니며 직경 $2{\sim}10{\mu}m$의 미세구형 활성탄을 제조하였다. 이 활성탄을 전기이중층에 적용한 결과, meso-pore구조의 미세구형활성탄은 전하전달저항의 저감 및 충방전율 수용능력 향상에 효과적인 영향을 나타내어 전기이중층 캐패시터의 성능향상을 위한 효과적인 전극물질이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
마이크로파를 이용하여 활성탄의 재생과 톨루엔의 흡착회수에 관한 연구를 실행하였다. 마이크로파에 의하여 흡착된 활성탄의 톨루엔의 탈착온도를 얻었을 수 있었으며, 흡착제의 방전 문제를 극복할 수 있는 벤토나이트 광물을 이용한 구형활성탄을 제조하였다. 마이크로파를 이용하여 흡착제에 흡착되어진 톨루엔을 탈착하여 흡착제를 재생하였으며, 냉각 응축 장치를 이용하여 톨루엔을 회수하였다.
Polyacrylonitrile was synthesized through suspension polymerization and then sieved to obtain spherical beads with a size of 200~510 ㎛. PAN was copolymerized with 2 mol% MMA monomer which is known to promote cyclization and crosslinking of nitrile group. The resonance cyclization reaction of the nitrile group in the synthesized PAN beads was observed near 170℃ with thermal analysis and FT-IR. The reaction conversion of the nitrile group in spherical beads was 23% during heat treatment, which was lower than that of the well-oriented PAN fiber used as a precursor of carbon fiber. This is because the stereo-regularity of molecular chains in the form of a random coil (spherical bead) is much lower than that of PAN fiber. It was confirmed that the compressive strength of the spherical PAN bead was greatly improved through the resonance cyclization and shrinkage according to the heat treatment, and it was also observed that the pores in PAN beads were formed after the heat treatment.
질산으로 표면 처리한 대나무 활성탄을 소량 첨가한 구형의 폴리술폰 담체(직경 3 - 5 mm)를 제조한 후, 세슘(Cesium: Cs) 오염수를 대상으로 다양한 실내 실험을 수행하여 담체의 세슘 흡착 특성과 Cs 제거효율을 규명하였다. 배치실험 결과, 질산처리한 대나무 활성탄 5%를 첨가하여 제조한 폴리술폰 담체(P-5NBC)는 수 시간 내에 흡착평형에 도달하였고, 1시간 흡착시간 동안 57.8%의 Cs 제거효율을 나타내었다. 흡착시간이 24시간인 경우에는 오염수의 온도와 pH가 비교적 넓은 범위에서도 P-5NBC의 Cs 제거효율이 69%이상을 유지하여, 다양한 수환경 조건에서 Cs 제거를 위해 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 토양과 지하수에 서식하는 대표 미생물종인 Pseudomonas fluorescens와 Bacillus drentensis를 배양하여 P-5NBC 표면에 도포한 경우, 미생물을 도포하지 않은 기존 P-5NBC보다 Cs 제거효율은 각각 19%와 18% 증가하였다. P-5NBC의 평균 Cs 탈착율은 16% 이하를 나타내어, Cs가 폴리술폰 담체에 포함된 질산처리한 대나무 활성탄에 안정적으로 결합하고 있었다. 두 종류의 미생물로 도포한 P-5NBC로 충진하여 연속 칼럼실험을 수행한 결과, 100 공극체적량을 처리하는 동안 Cs 제거효율은 80%이상을 유지하였으며, 이러한 결과는 14.7 g의 P-5NBC 만으로(담체 내 순수 대나무 활성탄량: 0.75 g) 7.2 L의 오염수 (오염수 초기 Cs 농도: 1 mg/L; 처리수 Cs 농도: < 0.2 mg/L)를 성공적으로 처리하였음을 의미한다. 1시간 동안 반응시킨 Cs 흡착 배치실험 결과를 대표적인 Langmuir 흡착등온선에 도시한 결과, P-5NBC의 최대 Cs 흡착농도(qm: mg/g)값은 60.9 mg/g으로, 기존 선행 연구들에서 사용한 다른 흡착제들보다 높았다. 본 연구를 통하여 소량의 P-5NBC 구형 담체를 이용하여 다양한 수환경에서 Cs를 성공적으로 제거할 수 있을 것으로 기대한다.
쌀밥을 출발물질로 활용하고 수열합성법과 화학적 활성화를 위한 KOH용액 진공함침 등의 방법으로 제조된 활성탄의 전기이중층 초고용량 커패시터의 전극에 대한 전기화학적 전극특성을 확인 하였다. 제조된 활성탄의 물성을 SEM, EDS, XRD, TG, 비표면적, 기공크기 분포 등의 분석을 통해 조사하였다. 또한, 슈퍼커패시터의 전극에 대한 순환전류 측정과 교류 임피던스 측정 실험을 통해 전기화학적 특성을 확인하였다. 수열합성법을 통하여 직경 $5{\sim}7{\mu}m$ 인 구형의 탄소 입자를 얻었으며 활성화 온도 $800^{\circ}C$로 제조된 활성탄은 비표면적이 $1631.8cm^2/g$, 기공크기 분포가 0.9~2.1 nm에 집중적으로 분포하였으며, 마이크로 기공체적이 $0.6154cm^3/g$ 임을 알 수 있었다. 이 활성탄을 사용하여 제작된 전극은 6M KOH 전해액에서 비용량 236 F/g(@5 mV/s), 194 F/g(@100 mV/s), 137 F/g(@500 mV/s)의 우수한 특성을 나타내었다. 충방전 싸이클 수명시험 결과, 200 mV/s의 주사속도에서 100,000회 충방전 시험 후에도 초기용량 대비 91.2%의 용량을 유지함을 확인하였다.
기존 바이오필터 기술의 문제점인 불안정한 VOCs 제거효율을 개선하기 위하여 미생물을 고분자물질에 고정화시킨 새로운 담체를 개발하였으며, styrene을 대상으로 개발된 담체의 특성을 실험적으로 조사하였다. 복합고분자담체는 천연고분자물질인 alginate와 인공고분자물질인 polyvinyl alcohol(PVA) 혼합액에 분말활성탄과 고농도 미생물 배양액을 배합하여 3 mm 크기의 구형으로 제조하였다. 회부실험 결과 제조된 복합고분자담체는 활성탄의 흡착능력이나 미생물의 생분해속도의 감소 없이 대상 VOC인 styrene을 빠른 속도로 저감할 수 있었다. 복합고분자담체를 적용한 바이오필터 장기운전 실험에서는 유입부하량 $245g/m^3/hr$에서도 95% 이상의 styrene 분해능을 나타내어, 문헌에 제시된 기존 바이오필터의 styrene 최대분해능을 초과하였다. 오염물질이 고농도로 단기간 유입되는 조건에서도 고정화된 활성미생물에 의한 생분해반응과 함께 담체에 첨가된 분말활성탄의 흡착반응에 의해 오염물질이 효과적으로 제어되었으며, 오염물질 유입농도가 낮아진 후에 활성탄에 흡착된 styrene이 미생물에 의해 분해됨을 확인하였다. 결과적으로 활성탄과 미생물을 고분자물질로 고정화하여, 활성탄의 단점(장기간 사용하기 위해서는 재생이 필요)과 미생물반응의 단점(변동부하에 처리효율이 낮음)을 동시에 최소화시켰으며, 생물학적 VOCs 저감효과를 극대화시킬 수 있었다.
국내에서 재배량 및 생산량이 가장 많은 장마로부터 마의 점질물을 농축시키기 위한 건조조건, 초미세분쇄 조건 및 공기분급조건을 조사하였다. 마의 건조는 동결 건조방법이 마 고유의 색 및 점실물을 보존시킬 수 있는 가장 좋은 방법이었으며, 열풍건조시 $40^{\circ}C,\;70^{\circ}C,\;80^{\circ}C$등의 건조온도에서는 갈변과 점성이 소실되는 현상이 심하여 $50^{\circ}C$ 정도의 건조온도가 적당한 것으로 나타났다. 동결건조하여 초미세분쇄된 마의 공기분급시 ACWS가 높은 분획으로 갈수록 식이섬유, 단백질 및 지방 함량이 급격히 증가하였다. 특히 ACWS 15,000rpm을 기준으로 비교하면 분급하지 않은 마 분말보다 식이섬유와 단백질 함량이 $2.5{\sim}9.0$배 정도 농축되는 결과를 보여주었다. 탄수화물의 함량은 ACWS가 증가할수록 88.31%에서 16.84%로 감소하여 분급하는 ACWS에 따라 성분들의 분리가 일어나고 있음을 확인할 수 있었다. ACWS 15,000rpm 이상의 분획들의 WSI와 WAI는 그 이하의 분획들보다 $1.5{\sim}3.0$배 이상 높았으며, 입자의 모양과 크기도 구형이 아닌 $15{\mu}m$ 이하의 부정형의 작은 입자들로 구성되어 있었다. 전단 속도 1000l/s로 에서의 겉보기점도의 경우 ACWS 15,000rpm 이상의 분획은 0.0800 Pa s이었고, 그 이하의 분획은 0.0080 Pa s로 나타나 10배 정도 점질물이 농축되었다. 이와같은 결과를 종합해보면 마로부터 점질물을 분리, 농축하기 위해서는 마를 동결건조하고 $5{\sim}30{\mu}m$크기의 입자로 초미세분쇄한 뒤 ACWS 15,000 rpm 이상으로 공기분급을 실시하면 가능한 것으로 판단되었다.심부근 보다 5${\sim}10^{\circ}C$ 높았으므로 적절한 주파수의 선정이 중요하였다. 5. 고추장과 된장의 수분함량이 습량 기준으로 30% 이하일 때는 전류가 흐르지 않아 Ohmic heating의 적용이 불가능 하였으나, 30% 이상에서는 수분함량의 증가에 따라 가열속도는 급속히 증가하였다.하였다. 6. 수분(水分) potential 엽수분함량(葉水分含量)이 동일(同一)한 조건(條件)에서 콩보다 인삼(人蔘)이 낮았으며, 수분(水分) potential과 광합성(光合成) 및 기공식도도(氣孔傳導度)와는 고도(高度)의 정(正)의 상관(相關)이있었다. 7. 이상(以上)의 결과(結果)를 종합(綜合)해 볼 때, 인삼(人蔘)의 광합성(光合成)이 타식물(他植物)보다 낮은 것은 기공식도도(氣孔傳導度)와 수분(水分) potential이 낮은 것과도 밀접(密接)한 관계(關係)가 있을 것으로 생각된다.g\;/\;\ell$ 처리(處理)의 대부분(大部分)이 주당(株當) 본수(本數)가 거의 1개체(個體) 정도(程度)이도 발육상태(發育狀態)도 불량(不良)하였으나 NAA $4mg\;/\;\ell\;Kinetin\;2mg\;/\;\ell$ 그리고 활성탄(活性炭) $1g\;/\;\ell$ 첨가처리(添加處理)에서 만이 주당(株當) 본수(本數)가 2.3개이고 개체당(個體當) 발근수(發根數)가 월등(越等)히 많았다. 5. 실험결과(實驗結果) 마 경절편(莖節片) 배양(培養)의 Shoot유가(誘起)에 가장 효과적(效果的)인 배지(培地)는 1/8MS+1AA $2mg\;/\;\ell+Kinetin\;2mg\;/\;\ell$+활성탄(活性炭) $1g\;/\;\ell$ 이였으며, White+NAA $4mg\;/\;\ell+Kinetin\;2mg\;/\;\ell$+활성탄(活性炭)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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