KR100572277B1 - 화학흡착제 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지를 탄화 활성화하여 얻은 지지체에 알카리금속류, 전이금속류, 할로겐족 원소 및 산을 함침하여 가정 및 산업현장에 발생하는 악취 및 유해가스를 제거하는 데 효과적인 화학흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 제공되는 화학흡착제는 형상이 구형이고, 높은 강도와 마모성이 우수하며, 가루날림이 없고, 악취 및 유해가스 제거가 뛰어난 흡착성능을 갖는 화학흡착제를 제공하는 것을 특징으로 한다.
고분자 수지, 지지체, 화학흡착제

Description

화학흡착제 및 이의 제조방법{CHEMICAL FILTER AND MAKING A PROCESS}
도 1은 본 발명에 따른 화학흡착제의 제조방법을 도시한 공정도.
본 발명은 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지를 탄화공정과 활성화공정을 거쳐 얻은 지지체에, 알카리금속류, 전이금속류, 할로겐족 원소 및 산을 함침하여 가정 및 산업현장에 발생하는 황화수소, 메캅탄, SOx의 황화합물, NOx, 암모니아, 아민의 질소화합물, 포름알데히드, 아세트알데히드, 노레인의 알데히드화합물, 벤젠, 툴루엔, 스티렌의 방향족화합물 그리고 CO, CO2, 피디린과 같은 유기화합물의 악취 및 유해가스를 제거하는데 효과적이고, 높은 강도와 마모성이 우수하며, 가루날림이 없는 우수한 구형의 화학흡착제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유해가스를 제거하기 위해서 목재 야자각, 석탄, 피치, 셀룰로오스 섬유 및 화학섬유를 원료로 불활성가스로 처리하여 제조되는 일반활성탄에 화학약품을 첨착한 활성탄을 주로 사용하고 있는 데, 이에 관한 특허들이 많이 보고되 어 있는 실정이다.
그러나, 이들 특허에 사용되고 있는 활성탄은 비교적 넓은 비표면적이 미세 세공이 잘 발달되어 있어 화학흡착제의 지지체로 사용하기에는 적절하지만 그 형상이 분말상, 파쇄상, 원통형, 판상의 형태를 이루고 있어 효율적으로 충진하거나 필터의 기재에 바인더를 사용함에 있어 붙이는데 용이하지 않게 되고, 또한 낮은 강도와 마찰에 의한 마모가 심하여 가루날림 현상이 심각한 문제점이 발생되었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지를 탄화 및 활성화한 지지체에 화학약품을 첨착하여 화학흡착제를 제조하여 종래의 문제점을 해결하고, 악취 및 유해가스를 제거하는데 우수하며, 악취 및 유해가스 제거 및 필터여재로 사용하기 적합한 화학흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 본 발명은 0.01mm~5mm 크기의 구형 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체인 고분자 수지를 탄화공정, 활성화공정을 거쳐 얻은 지지체에, 화학약품을 처리하고, 건조하여 제조됨을 특징으로 한다.
그리고, 0.01mm~5mm 크기의 구형 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체인 고분자 수지를 승온온도를 섭씨 5~50도/분으로 조작하여 온도범위 섭씨 700~900도에서 1~5시간동안 탄화공정 및 활성화공정을 거쳐 얻은 지지체에, 함침공정에서 화학약품을 첨착한 다음, 이를 건조공정에서 섭씨 25~150도로 건조하여 제조됨을 특징으로 한다.
이하에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 화학흡착제의 지지체로 사용하던 활성탄을 대신하여 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지를 탄화하여 지지체로 사용하였다. 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지중 이온교환수지는 산업용으로 생산되어 사용되고 있으며, 사용후 폐기물로 발생함으로 이를 수거하여 이용하면 쉽게 값싸고 질 좋은 담체를 얻을 수 있게 된다.
이러한 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지를 탄화하여 얻은 지지체의 특징은 탄화 및 활성공정을 거친 후에도 탄화전의 성상을 그대로 유지하는 데 0.01mm~5mm 크기의 구형(球形)이며, 500-1500m2/g의 넓은 비표면적과 우수한 강도 및 마찰에 의한 가루날림 현상이 없게 된다.
이러한 지지체는 형상이 구형이므로 충진하여 사용하거나 메쉬, 허니컴, 우레탄폼 등에 부착 또는 충진하여 사용하는 데 적합하게 된다.
상기한 지지체를 얻기 위한 공정을 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
1단계: 고분자 수지를 섭씨 25~150도 범위에서 건조하여 수분을 제거하게 되는 건조공정; 2단계: 건조공정에서 건조된 고분자 수지를 불활성 기체 분위기에서 섭씨 700~900도 범위내에 1~2시간 탄화시키는 탄화공정; 3단계: 탄화공정을 거쳐 얻어진 지지체를 기체활성법을 이용하여 섭씨 700~900도 범위에서 1~5시간 활성화시키는 활성화공정으로 이루어진다.
상기 1단계의 건조공정에서 수분을 제거하지 않으면 탄화공정에서 완전탄화 가 발생되어 발명의 특성중 하나인 구형의 형상을 갖지 못하게 됨으로써 반드시 수분을 제거하여야 한다.
상기 2단계인 탄화공정의 온도조건은 보다 적절하게는 섭씨 700~800도이다. 탄화공정 수행시 탄소 수율의 손실이 많이 발생되는 온도범위인 섭씨 350~550도에서는 최대한 빨리 통과하는 것이 바람직하다. 탄화공정의 승온온도는 섭씨 5~50도/분 범위가 적절하다. 승온온도가 섭씨 5도 이하인 경우에는 많은 시간과 비용이 소요됨으로 인해 생산성이 저하되어 바람직하지 못하게 된다.
상기 3단계인 활성화공정은 이산화탄소, 수증기, 산소를 이용하여 마이크로 및 메조세공을 발달시키고, 비표면적과 세공의 크기를 넓히는 단계이며, 섭씨 700~900도로 1~5시간 정도의 기체 활성화 공정을 거치게 된다.
이때, 활성화공정에서 기체활성화법을 사용하는 이유는 화학흡착제 또는 촉매 제조를 위한 지지체는 화학약품 첨착을 통해 특수한 목적으로 사용하기 때문에 약품활성화법을 사용하게 되면 활성화 후 존재하는 금속등에 영향을 주어 화학흡착제와 촉매의 성능이 저하될 수 있게 된다.
한편, 제 1 내지 제 3단계만을 거친 지지체 만으로도 흡착제로 사용이 가능하지만, 가정 및 산업현장에서 발생하는 황화수소, 메캅탄, SOx의 황화합물 NOx, 암모니아, 아민의 질소화합물, 포름알데히드, 아세트알데히드, 노레인의 알데히드화합물 그리고 벤젠, 톨루엔, 스티렌의 방향족화합물과 같은 유해가스를 제거하기 위해 4단계인 함침공정에서 화학약품을 처리하여 화학결합력을 높여 흡착성능을 향상시켰다.
이러한 화학흡착제는 지지체에 화학약품을 처리하여 제조하는 데, SOx, CH3SH, H2S의 황화합물과 NO, N2O, NO2의 질소산화물을 제거하기에 적합한 화학약품은 KOH, NaOH, KI, NaI중에 선택된 알카리 금속화합물과 브롬, 요오드의 할로겐족 원소로 이루어져 화학약품이 적절하고 아민과 암모니아를 제거하는데는 구연산, 황산, 질산, 인산중에 선택된 화학약품을 처리하는 것이 적절하고, HCHO, CH3CHO, 노레인의 알데히드화합물을 제거하는데는 Cu, Mn, Ni, Co의 전이금속이나 알카리금속을 처리하고 아민기를 가진 화학약품을 처리하게 된다. 벤젠, 톨루엔, 스티렌의 방향족화합물은 전이금속과 알카리금속을 처리하여 제거하게 된다.
고분자 수지를 탄화하여 얻은 지지체에 상기 언급한 화학약품을 처리하여 흡착성능 평가장치에서 일산화질소, 암모니아, 톨루엔의 흡착성능을 평가하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 기술하였으며, 본 발명의 범위가 실시예에 한정하는 것은 아니다.
실시예 1)
지지체의 제조
폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체 고분자 수지인 양이온교환수지를 1단계인 건조공정에서 실온에서 건조하여 수분을 제거한 다음, 2단계인 탄화공정에서는 전기로에 넣고, 질소를 분당 10cc 불어넣어서 불활성기체 분위기하에서 섭씨 10도/분으로 섭씨 750도까지 승온하여 섭씨 750도에서 1시간 유지한 후 상온으로 자연냉각후에 3단계인 활성화공정으로 질소를 분당 10cc 불어넣어 불할성기체 분위기하에서 섭씨 10도/분으로 섭씨 750도까지 승온하고 섭씨 750도에서 수분을 함유한 증기를 넣어 5시간 유지하면서 활성화를시킨 다음, 냉각하여 화학흡착 및 촉매 담체용 소재를 얻게 된다.
실시예 2)
일산화질소 화학흡착제
실시예 1)에 의해 제조된 지지체를 요오드화칼륨 수용액에 약 1시간 정도 함침시킨 후 섭씨 120~150도에서 건조하여 화학흡착제를 제조하였다. 요오드화칼륨의 담지된 양은 지지체 중량의 0.1~10wt% 범위이다. 성능을 평가하기 위해서는 고정층 반응기에 일산화질소 화학흡착제를 충진하고 일산화가스를 흘려서 일산화질소의 흡착성능을 측정하였다.(그림 1참조)
그림 1) 일산화질소 흡착곡선
Figure 112004006248828-pat00001
실시예 3) 암모니아 화학흡착제
실시예 1)에 의해 제조된 지지체를 인산수용액으로 약 30분 정도 함침시킨 후 섭씨 40~60도에서 건조하여 화학흡착제를 제조하였다. 인산의 담지된 양은 지지체 중량의 0.1~30wt% 범위이다. 성능을 평가하기 위해서는 고정층 반응기에 암모니아 화학흡착제를 충진하고 암모니아 가스를 흘려서 암모니아의 흡착성능을 측정하였다.(그림 2참조)
그림 2) 암모니아 흡착곡선
Figure 112004006248828-pat00002
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실시예 4)
톨루엔 화학흡착제
실시예 1)에 의해 제조된 지지체에 요오드화구리 용액으로 1시간에서 24시간 정도 함침시킨 후 건조기에서 섭씨 110도로 건조하여 화학흡착제를 제조하였다. 성능을 평가하기 위해서는 고정층 반응기에 톨루엔 화학흡착제를 충진하고 톨루엔 가스를 흘려서 톨루엔 흡착성능을 측정하였다.(그림 3참조)
그림 3) 톨루엔 흡착곡선
Figure 112004006248828-pat00004
이와 같이 본 발명에 의해 제조된 화학흡착제는 악취 및 유해가스의 제거에 뛰어난 성능을 보이게 되고, 그 형상이 구형이며, 높은 강도와 마모성이 우수하여 가루날림의 현상이 없는 특성을 가지고 있어 대기 및 수질오염을 제어할 수 있는 필터나 흡착제의 제품 생산이 용이한 효과가 제공된다.

Claims (6)

  1. 0.01mm~5mm 크기의 구형 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체인 고분자 수지를 탄화공정, 활성화공정을 거쳐 얻은 지지체에, 화학약품을 처리하고, 건조하여 제조된 것을 특징으로 하는 화학흡착제.
  2. 0.01mm~5mm 크기의 구형 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체인 고분자 수지를 승온온도 섭씨 5~50도/분으로 조작하여 온도범위 섭씨 700~900도에서 1~5시간동안 탄화공정 및 활성화공정을 거쳐 얻은 지지체에, 함침공정에서 화학약품을 첨착한 다음, 이를 건조공정에서 섭씨 25~150도로 건조하여 제조된 것을 특징으로 하는 화학흡착제 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 구형의 폴리스티렌과 디비닐벤젠의 가교 중합체인 고분자 수지는 이온교환수지를 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 화학흡착제 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 활성화공정에서 사용되는 활성기체는 이산화탄소, 산소 및 수증기인 것을 특징으로 하는 화학흡착제 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 화학약품은 KOH, NaOH, KI, NaI 중에 선택된 알칼리 금속화합물, 구연산, 황산, 질산, 인산 중에 선택된 화합물이고, 브롬, 요오드의 할로겐족을 포함한 Cu, Mn, Ni, Co 중에 선택된 전이금속화합물인 것을 특징으로 하는 화학흡착제 제조방법.
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