• 공업화학
• /
• 제34권6호
• /
• pp.576-583
• /
• 2023

본 연구는 돼지 뼈 기반의 바이오매스를 가지고 새로운 흡착재의 활용가능성을 조사하였다. 이를 위하여 돼지 뼈 기반 활성탄소(pig bone based activated carbon, PAC)의 물리화학적 특성을 확인하고 이산화탄소 흡착 성능을 고찰하였다. 활성화제로 KOH를 사용하였으며, 활성화 온도가 증가할수록 비표면적이 증가하며 이산화탄소의 흡착 효율도 증가하였다. 800 ℃에서 활성화된 샘플은 1208.7 m²/g로 가장 큰 비표면적을 나타내었으며, 273 K, 1 bar에서 3.33 mmol/g로 높은 이산화탄소 흡착 효율을 보였다. 그러나 활성화 온도가 900 ℃ 이상인 조건에서는 결정성의 변화 및 과활성화로 인하여 비표면적과 이산화탄소 흡착 효율이 감소하였다. 한편 이상흡착용액이론으로 그 선택도 계산을 수행하였을 때, 273 K, 0.8 bar 이하에서 PAC-900 샘플이 가장 좋은 선택도를 보였다. 이러한 결과는 273 K에서의 이산화탄소/질소 흡착은 900 ℃에서 돼지 뼈가 활성화될 때 탄산염이 분해됨으로써 형성된 하이드록시아파타이트의 이산화탄소 흡착성과 그 결정성으로 인해 높은 선택도가 얻어진 것으로 판단된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.227-227
• /
• 2003

흑연(graphite), 석탄(coal), 숯(char), soot(검댕이) 등의 탄소로 이루어진 재료들은 비정질부터 완전한 흑연결정까지 다양한 구조를 나타낸다. 이러한 탄소재료의 구조의 출발물질 뿐 아니라 열처리에 따라 강한 영향을 받는다 이러한 구조는 여러 구조인자에 의해 특성화되는데, 구조인자로는 층간거리 d, 결정립 크기 Lc 그리고 결정립 직경 La이다. 이런 구조 인자의 지식은 흑연화, 탄소화, 가스화 등과 같은 다양한 공정을 이해하는데 매우 중요하다. 많은 연구자들은 XRD, Raman 분광, 고분해능 TEM 등과 같은 여러 기술을 통하여 이러한 구조인자에 대한 해석을 시도하였다. 그 중 XRD는 정량적 분석에 있어서 가장 많이 이용되는 기술이다. XRD 회절피크의 위치로부터 층간거리 d를 구할 수 있으며, 결정립 크기 Lc 및 결정립 직경 La는 피크의 line 퍼짐(반가폭)으로 직접 구할 수 있다. 한편 섬유상 흡착제로 이용되는 등방성 탄소섬유는 이산화탄소 또는 수증기에 의해 쉽게 활성화되어 최고 약 2,500 $m^2$/g의 고 비 표면적을 얻을 수 있다. 이렇게 활성화 후 고 비표면적을 나타내는 이유는 좁은 분포를 나타내는 미세기공의 기공구조 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다.

• 폴리머
• /
• 제37권5호
• /
• pp.592-599
• /
• 2013

Polyacrylonitrile(PAN) 고분자 용액으로부터 전기방사된 고분자 나노섬유를 다양한 농도의 KOH 용액을 이용하여 다공성 나노탄소섬유를 제조하였으며, 그에 따른 세공 구조 및 이산화탄소 흡착 특성을 평가하였다. PAN 용액으로부터 제조된 활성나노탄소섬유는 KOH 활성화 농도가 증가함에 따라 섬유 직경이 감소하였으며, 표면의 산소관능기가 증가하는 경향을 보였다. 또한 질소 흡착에 따른 세공특성을 분석한 결과 KOH 활성화 농도 증가에 따라 활성나노탄소섬유의 비표면적이 증가하고, 미세공은 4 M KOH로 활성화한 나노탄소섬유가 가장 많았으며, 중간세공은 8 M KOH로 활성화한 활성나노탄소섬유가 가장 많았다. 또한 0, $25^{\circ}C$에서 KOH 활성화제의 농도가 BET 및 XPS에서 나타난 것처럼 이산화탄소 흡착을 강화시키도록 세공 및 표면 특성에 영향을 주었다.

• 한국식품과학회지
• /
• 제36권4호
• /
• pp.580-585
• /
• 2004

단감의 호흡에 미치는 산소, 이산화탄소 가스조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁억제 효소반응속도식$(R=V_m[O_2]/(K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2]))$과, Arrhenius 식(R=A exp(-E/$(R^*T)$)을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, $20^{\circ}C$에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, $5^{\circ}C$에서 $K_m$은 0.1%이하, $K_i$는 100%이상이었고, $20^{\circ}C$에서 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, $K_i$는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 활성화에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화에너지보다 낮았다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받고, 산소감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었다. 이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$과 $K_i$값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다. 이상의 간을 근거로 하여 각 온도별 MA포장 내 공기조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장조건설정에 있어서 효소반응속도론에 근거한 호흡모델이 타당한 것으로 판단되었다.

• 공업화학
• /
• 제26권2호
• /
• pp.184-192
• /
• 2015

석유 코크스, 바이오매스, 혼합연료들의 이산화탄소 가스화 반응성을 측정하고 비교하기 위해서 TGA (Thermogravimetric analyzer)를 이용하여 $1,100{\sim}1,400^{\circ}C$의 char-$CO_2$ 가스화 반응을 조사하였다. 기-고체반응속도 모델들에 적용하여 $1,100{\sim}1,400^{\circ}C$의 온도 영역에서의 반응 속도 상수를 구하였다. 또한 반응 속도 상수와 온도와의 관계를 Arrhenius 식에 적용하여 각 모델에서의 활성화에너지(Ea) 및 빈도 인자($K_0$)를 구하고 이를 실험값과 비교하여 석유 코크스, 바이오매스, 혼합 연료들의 이산화탄소 가스화 반응을 잘 모사하는 반응 속도식을 제시하였다. 반응온도가 증가할수록 이산화탄소 가스화에 소요되는 반응시간은 감축되었다. 또한 바이오매스와의 혼합이 증가할수록 활성화 에너지의 감소를 보여 바이오매스의 혼합이 석유 코크스의 이산화탄소 가스화 반응에 시너지 효과를 가져옴을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제20권6호
• /
• pp.658-662
• /
• 2009

본 연구에서는 탄소나노튜브를 KOH를 이용하여 활성화 한 후 이를 아민으로 표면처리한 탄소나노튜브의 이산화탄소 흡착거동에 관하여 고찰하였다. 아민 처리한 탄소나노튜브의 물리화학적 특성은 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), $N_2$ adsorption isotherm, thermogravimetric analysis (TGA), 그리고 temperature programmed desorption (TPD)을 이용하여 분석하였다. 실험 결과, 활성화된 탄소나노튜브 표면의 아미노 관능기는 산성가스인 이산화탄소를 선택적으로 흡착하기 위한 염기성 자리로서 작용하였다. 상온에서의 이산화탄소 흡착량은 미처리된 탄소나노튜브가 가장 크게 나타났으나 온도가 증가할수록 급격한 감소를 나타내었으며 PEHA 처리한 경우 완만한 흡착거동을 보였다. 이는 탄소표면의 아미노 관능기와 이산화탄소 사이의 상호작용 때문이라 판단된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
• /
• 한국산학기술학회 2008년도 춘계학술발표논문집
• /
• pp.316-318
• /
• 2008

본 논문은 왕겨, 호두각 등의 원료를 대상으로 수산화카륨등으로 활성화시키므로써 높은 비표면적과 세공율을 갖는 활성탄을 제조하고, 제조된 활성탄을 이용하여 이산화탄소 흡착능을 연구하였다. 최근 높은 비표면적과 세공부피를 갖는 활성탄에 대한 연구는 매우활발히 일어나고 있으며, 수소, 메탄 등의 저장과 이산화탄소 분리공정의 적용성을 위한 연구가 활발히 수행되고 있다. 제조된 활성탄의 표면개질을 통한 이산화탄소의 흡착능의 증대와 탈착효율의 증대를 위하여 각종 금속염이 미치는 영향을 연구하였다. 금속염의 종류와 처리량 및 아민등의 유기물에 의한 변화를 고찰하였다.

• 환경영향평가
• /
• 제29권3호
• /
• pp.198-209
• /
• 2020

본 연구는 실내공기질의 평가지표인 이산화탄소를 효과적으로 제어하기 위해, 활성탄소 나노섬유를 이용한 흡착·제어기술을 연구하고자 하였다. 연구는 PAN(Polyacrylonitrile) 전구체 용액을 사용한 전기방사(electrospinning) 방법으로 제조된 나노섬유를 고온에서 활성화하여 비표면적과 미세공 부피를 증가시켰다. 다음 단계로, 제조된 활성탄소 나노섬유 표면을 70% HNO₃로 산화처리한 후, TEPA(tetraethylenepentamine)용액으로 함침시킴으로 섬유표면의 알칼리성을 증진시켰다. 일련의 조건으로 제조된 활성탄소 섬유들에 대한 이산화탄소(3000 ppm)의 흡착능을 평가하는 실험을 진행하였다. 활성화 시간（30분, 60분, 90분)이 길어질수록 섬유 표면의 비표면적과 총 세공부피가 증가하였는데, 섬유표면의 비표면적은 308.4 ㎡/g에서 839.4 ㎡/g으로 증가하였고, 총 세공부피는 7.882 ㎤/g에서 27.50 ㎤/g으로 증가하였다. TEPA 함침 할 경우, 미세공의 막힘으로 인해 활성탄소섬유의 비표면적과 세공부피가 크게 감소하였지만, HNO₃ 산화처리에 의해 아민량이 6.42%에서 17.19%로 증가한 결과, 이산화탄소 흡착능을 향상시킬 수 있는 것으로 분석되었다. 결론적으로, 활성탄소 섬유에 대한 60분간 활성화 과정과 HNO₃와 TEPA 함침 처리 등의 일련의 과정을 거친 흡착제(60-ANF-HNO₃-TEPA)의 저농도(0.3%) 이산화탄소(N₂ 가스와 혼합)의 흡착능이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 실내공기 중 저농도 이산화탄소도 효율적으로 흡착·제어할 수 있는 기술로 활용될 수 있으리라 사료된다.

• 청정기술
• /
• 제27권4호
• /
• pp.325-331
• /
• 2021

본 연구에서는 미이용 바이오매스인 3급 목재펠렛 및 커피박을 이용하여 바이오카본을 생산하고 이를 통하여 저분자 극성 휘발성 유기화합물인 포름알데하이드 및 아세트알데하이드 제거 성능 실험을 수행하였다. 바이오카본 생산 실험은 이산화탄소를 활성화제로 사용하여 고정층 반응기에서 수행하였다. 활성화 실험 시 반응온도 900 ℃ 및 이산화탄소 1 L min^-1으로 반응조건을 고정하여 진행하였다. 활성화 실험 결과 1급 목재펠렛으로부터 생산한 바이오카본의 BET 비표면적이 약 788 m² g^-1으로 가장 높음을 알 수 있었고 커피박으로부터 생산한 바이오카본이 약 544 m² g^-1으로 가장 낮게 나타났다. 본 실험을 통해 생산된 바이오카본은 대부분 마이크로 기공을 가진 것으로 나타났다. 바이오매스 원료 내 회분의 함량이 낮을수록 바이오카본의 비표면적이 높아지는 것으로 나타났다. 포름알데하이드 및 아세트알데하이드 제거 실험 결과 1급 및 3급 목재펠렛으로 부터 생산한 바이오카본에 비해 커피박으로부터 생산한 바이오카본이 더욱 우수한 흡착 성능을 보여주었다. 추가적으로 상용 첨착 활성탄과 커피박으로부터 생산한 바이오카본의 비교 실험을 진행하였다. 포름알데하이드 제거 성능은 상용 첨착 활성탄이 우수한 반면 아세트알데하이드 제거에는 커피박으로부터 생산한 바이오카본이 우수한 것으로 나타났다.

• 청정기술
• /
• 제21권1호
• /
• pp.53-61
• /
• 2015

본 연구는 인도네시아 아역청탄인 키데코(Kideco)탄의 촤(char)-이산화탄소 촉매가스화 kinetic분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-이산화탄소 촉매가스화반응은 탄산나트륨 7 wt%, 850 ℃에서 이산화탄소 농도가 60 vol%일 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. 750~900 ℃ 등온조건에서 촤-이산화탄소 촉매가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model (SCM), random pore model (RPM), volumetric reaction model (VRM) 및 modified volumetric reaction model (MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM이 키데코탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 또한 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 탄산나트륨을 첨가한 촤가 탄산 칼륨을 첨가한 촤보다 더 우수한 촉매 활성을 보여주었다.