화학적 개질 활성탄의 표면특성과 독성가스 흡착에 관한 연구

Abstract

활성탄은 가스상, 액상물질을 분리, 정화하는 흡착제로 널리 쓰이고 있다. 활성탄의 표면 성질은 기본적으로 비극성이기 때문에 휘발성 유기화합물과 같은 비극성 분자들의 흡착에 용이하나 암모니아와 황화수소 같은 극성 분자들의 흡착 성능은 떨어진다. 비극성 물질의 흡착성능 제고를 위해 활성탄 표면을 활성화 물질로 개질, 가열하는 방식이 널리 사용되고 있다. 이에 본 논문에서는 활성탄에 산과 염기로 개질하여 암모니아와 황화수소 같은 극성 오염물질을 처리하는 실험 연구를 진행하였다. 12×40 mesh의 야자껍질 활성탄을 베이스로 하여 각각 질산 1 M, 2 M, 3 M 용액에 교반한 후 100 ℃, 200 ℃, 400 ℃, 600 ℃에서 산 처리 하였다. 3 M의 질산으로 처리한 활성탄의 암모니아 가스 흡착량은 400 ℃에서 5.88 mg/g로 가장 높게 나타났으며 Raw 활성탄의 흡착량보다 18.9배 증가한 것으로 나타났다. NaOH로 처리한 활성탄의 경우 황화수소 가스의 흡착량은 200 ℃에서 8.06 mg/g로서 Raw 활성탄의 흡착량보다 10.1배 증가하였다. KOH로 처리한 활성탄의 경우도 200 ℃에서 10.22 mg/g의 흡착량을 보여 Raw 활성탄보다 12.8배 흡착효율이 증가하였다. 산 처리한 활성탄의 산성가스(황화수소) 처리효율과 염기 처리한 활성탄의 염기성가스(암모니아)의 처리효율은 증가하지 않았다. 산 처리 후 염기 처리한 활성탄의 황화수소 가스 흡착 실험에서 파과가 시작되는 지점까지 도달 시간은 118분이고 처리하지 않은 활성탄에 비해 효율이 40배가량 증가하였으며 그 흡착량은 17.7 mg/g으로 가장 효율이 좋은 것으로 나타났다. 산과 염기로 개질한 활성탄은 Langmuir 모델과 Freundlich모델에 적용 가능하다. 본 실험결과는 향후 독성가스 누출 시 효율적인 처리 장치의 설계에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.