활성탄에 관하여 발표일자 : 2007.11.21. 발표자 : 수질분석과 이정일

목 차 1. 활성탄의 특성 2. 활성탄의 제조 3. 활성탄의 재생

1. 활성탄의 특성 1. 활성탄이란? - 유기성 물질의 열분해 생성물 - 목탄, 카본블랙, 코크스 등 : 무정형탄소 또는 비정형 탄소 * 결정성 카본 : 흑연, 다이아몬드 - 주로 탄소로부터 얻어지며 소수성 매우 큰 흡착특성

여러 흡착제의 기공분포 비교

2. 역사 기원전 10C : 약용(간질, 현기증, 기력쇠약,탄저병,방부 제 등) 1773년 Scheele, 1777년 Fontana : 가스흡착 1785년 Lowiz : 액상흡착 1805년 Guillon : 조당정제

1862년 Lipscombe : 음료수 정화 Stenhouse : 가스마스크 1865년 Hunter : 야자각탄의 흡착능력 검증 1909년 : 분말활성탄제조(Eponit) 1930년 Spalding, Stern : 분말활성탄 상수처리 Harrison : 입상활성탄 상수처리

3. 활성탄의 분류 1) 물리적 형상에 의한 분류 분말상, 파쇄상, 조립(성형), 섬유상, Cloth상, 액체상, 페인트상 2) 기초원료에 의한 분류 - 식물질 : 목재, 셀룰로오스, 톱밥, 목탄 등 - 석탄질 : 니탄, 이탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄, 타르 등 - 석유질 : 석유잔사, 황상슬러지, 오일카본 등 - 기 타 : 펄프폐액, 합성수지폐자재, 유기질폐기물 등

4. 활성탄의 구조 (a) (b) (c)

활성탄의 세공구조 세공의 설계 활성화의 목적 → 흡착유효표면적/단위량↑ ① 단위량당 흡착량 증대, 흡착속도 컨트롤 → 일반적 탄소질 흡착제 ② 세공의 균질화 → molecular sieve carbon 탄소질 흡착제

활성탄의 세공구조

활성탄의 세공특성 > 500Å : macropore (admission, diffusion, transport-pore) 20-500Å : mesopore 8-20Å : micropore < 8 : submicropore

2. 활성탄의 제조 1. 원료 선정조건 1) 활성화난이도 2) 원료의 품위 3) 가격 4) 대량 및 안정적 공급

1) 식물계 : 목재, 톱밥, 목탄, 호두각, 야자각, 펼프폐액 2. 원료 1) 식물계 : 목재, 톱밥, 목탄, 호두각, 야자각, 펼프폐액 펄프제조 부산물, 2) 화석연료계 : 니탄, 초탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄, 석유 핏치 등 3) 섬유계 : 페놀수지, 프란수지, 폴리염화비닐수지 등 4) 회분(Al2O3, Fe2O, CaO, MgO, NaO) → 적을수록 양호

3. 탄화반응 1) 원료유기물 열처리 → Coke, Char 생성 - 탄화온도 낮을때 : H, P, N, S 등의 잔사 - 공극구조 : 탄화온도에 의존 Coke(400-500℃) : 역청탄, 중질유, 폴리염화비닐수지 (350-550 ℃급속통과 또는 산소,촉매존재 하 탄화) → Char Char: 갈탄, 야자각, 페놀수지, 셀룰로오스 2) 적절한 탄화온도 : 600-800℃

□ 연속탄화장치 공정

5) 탄화에 의한 수율, 비표면적, 밀도변화(알데히드수지)

4. 활성화 1) Gas활성화법 - 물리적활성화 - 고온에서 수증기, 탄산가스(연소가스), 산소(공기) - 염소, 이산화유황, 유황증기(산화성가스 접촉) → 미세한 다공질 흡착탄 생성

□ 가스활성화 과정 ① 1단계 : 가열과정 미조직화부분 선택적 분해, 미세한 공극 개방 ② 2단계 : 가스화 반응과정 미세한 공극부분 탄소소모 → 큰공극 복잡한 조직형성 탄소소모율 50%이내 → micropore 75%이상 → macropore

□ 분말활성탄의 가스활성화 제조공정 약품활성화 제조공정 □ 분말활성탄의 가스활성화 제조공정 약품활성화 제조공정

□ 입상활성탄의 제조공정

2) 약품활성화법 - 화학적활성화 - 활성약품을 균등 주입 - 불활성가스 분위기속에서 가열 - 약품의 탈수, 산화반응 → 미세한 다공질 흡착탄 생성

0 약품의 종류 - 염화칼륨, 염화아연, 인산, 황화칼륨 - 기타 탈수, 산화, 침식성 약품 0 탄소질 원료당 침투 약품의 질량비에 따라 공극 크기 및 용적 차이 발생 0 최적 소성온도 : 원료나 약품의 종류에 따라 다름

0 염화아연 - 주 대상원료 : 목질계 – 톱밥등, 광물계-니탄, 갈탄 - 톱밥 + 진한 염화아연액(질량비 0.5-4.0배) - 불활성가스 분위기 550-750℃ 가열소성 - 원료중 수소, 산소 → 염화아연의 강력 탈수력에 제거 → 미세공극 생성 - 소성물 잔존 아연 → 염산첨가(염화아연 회수, 산가용성성분 제거) - 미세공극의 활성탄 제조

□ 약품활성화법의 장단점 0 장점 - 저온 탄화가능 - 탄소량에 대한 수율이 우수 - 용제회수, 액상흡착 특히 색도 제거에 탁월 0 단점 - 산성가스발생 → 주변환경오염, 기계장치 부식 - 내식성재료 또는 내식처리 → 설비투자비 증대, 제조원가 상승 - 제조프로세스 복잡 → 생산 자동화, 설비안전에 문제 - 사용한 약품 완전회수 어렵고, 약품비로 제조원가 상승

4. 활성탄의 재생 1) 사용이 끝난 활성탄의 성질 회복 2) 흡착방법, 흡착물질에 따라 재생법이 다름

□ 흡착질의 탈리 1) 용매중의 용질농도 저하시켜 평형파괴 (감압재생) 2) 외부 열공급 (가열탈착) □ 흡착질의 탈리 1) 용매중의 용질농도 저하시켜 평형파괴 (감압재생) 2) 외부 열공급 (가열탈착)

3) 흡착질의 화학적 성질변화 (화학재생) 페놀류, 니트로페놀, 클로로페놀, 초산 → 가성소다 사용 3) 흡착질의 화학적 성질변화 (화학재생) 페놀류, 니트로페놀, 클로로페놀, 초산 → 가성소다 사용

4) 흡착질에 친화력이 강한 용매사용 세척(용매재생) 크롤계살충제 흡착 → isopropanol, acetone, methanol 세정

5) 활성탄에 대한 더 강한 친화력 물질 사용으로 탈착(치환재생) 6) 분해 산화방법사용(산화분해재생) ① 고온에서 산화성가스(O2, H2, CO2 ) ② 고온에서 액상산화제에 의한 산화분해(H2O2 )

감사합니다