KR20000040626A - Process for producing complex activity carbon fiber - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a process for producing a complex activity carbon fiber which has excellent adsorption ratio and specific area. CONSTITUTION: A complex activity carbon fiber is prepared by the following steps of: dispersing a no more than 50part by weight of modernite in the 100part by weight of isotropic pitch to spin a fiber at temperature of 5-50°C higher than temperature of pitch; heat stablizing at temperature of 200-350°C at atmosphere to carbonizing it at temperature of 600-800°C for 20min-2hr; and then activating it at temperature of 700-850°C for 20min-10hr to prepare the complex activity carbon fiber. The spinning is performed to melt spinning method or melt blowing method.

Description

복합활성탄소섬유의 제조방법Manufacturing method of composite activated carbon fiber

본 발명은 공기정화, 용제분리, 악취제거 등의 흡착제나 촉매 등의 여러분야에 사용되는 복합활성탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모더나이트와 복합된 활성탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite activated carbon fiber used in all fields such as adsorbents or catalysts such as air purification, solvent separation, odor removal, and more specifically, a method for producing activated carbon fiber composited with mordenite It is about.

일반적으로 활성탄소섬유는 흡탈착속도가 빠르며 비표면적이 높고 펠트(Felt)모양, 시트(Sheet)모양, 종이(Paper)모양 등의 여러 가지 형태로 가공하는 것이 용이하므로 기존의 활성탄에 비하여 그 응용범위가 넓은 특징을 가지고 있다.In general, activated carbon fiber has high adsorption and desorption rate, high specific surface area, and easy to process in various forms such as felt, sheet, paper, etc. It has a wide range of features.

한편, 제올라이트의 경우는 흡습제나 흡착제, 촉매담체 및 촉매로 역시 넓은 범위에 사용되고 있으나 그 형태는 파쇄형태 및 조립형태로 사용하게 되므로 사용에 제한이 따르게되는 단점이 있다. 이와같은 단점을 보완하기 위한 방법으로 J.of Porous Materials, Vol.3-3, p.143(1996)에는 식물성섬유에 콜로이드(Colloid)상의 제올라이트-Y 박막을 입하는 방법에 의해 섬유형태로 사용하는 방법을 제안하고 있으며, AIChE Journal. Vol.43-11A, p.2802(1997)에는 티타늄 실리케이트(Titanium silicate)결정을 이용한 제올라이트 섬유 및 박막을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 그 밖에도 유리섬유의 표면에 제올라이트 박막을 입혀 섬유상으로 하는 방법등이 최근에 제안되고 있다.On the other hand, the zeolite is used in a wide range as an absorbent, an adsorbent, a catalyst carrier and a catalyst, but the form is used in a crushed form and granulated form, so there is a disadvantage in that the use is limited. As a method to compensate for this drawback, J.of Porous Materials, Vol. 3-3, p. 143 (1996) are used in the form of fibers by incorporating colloidal zeolite-Y thin films into vegetable fibers. How to do it, AIChE Journal. Vol. 43-11A, p. 2802 (1997), describes a method for preparing zeolite fibers and thin films using titanium silicate crystals. In addition, the method of coating a zeolite thin film on the surface of glass fiber and making it into a fibrous form etc. is proposed recently.

그러나, 이와같은 방법들은 모두 제올라이트를 단지 표면에 입히는 방법에 대한 것으로, 최종제품의 무게나 부피에 비하여 흡착제로서의 특성을 나타내는 부분은 표면에 국한되기 때문에, 제올라이트 자체와 비교할 때 흡착력이 저하되며 기질(Substrate)부분이 흡착작용이나 촉매작용과는 무관하므로 단지 담체로서 작용할 뿐이다. 즉, 사용량에 비하여 흡착효율이 떨어진다는 단점이 있다.However, these methods are all about coating the zeolite only on the surface, and since the portion that shows the characteristics of the adsorbent relative to the weight or volume of the final product is limited to the surface, the adsorption power is lowered compared to the zeolite itself, and the substrate ( Substrate) functions only as a carrier because it is independent of adsorption or catalysis. That is, there is a disadvantage that the adsorption efficiency is lower than the amount used.

이에 본 발명자는 상기와 같은 단점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 제올라이트의 일종인 모더나이트를 이용하여 등방성핏치중에 분산시켜 방사한 것을 활성탄소섬유화함으로서, 기질부분을 활성탄소섬유로하여 기질 자체가 뛰어난 흡착력을 가지며 또한 다공성이므로 표면에서 뿐 아니라 내부에서도 흡착 및 촉매 작용에 작용할 수 있도록 하고 활성탄소섬유의 내부에 균일하게 모더나이트가 분포되도록 하여, 모더나이트를 섬유상으로 취급할 수 있게 할 뿐만 아니라 활성탄소섬유의 장점과 모더나이트의 장점을 동시에 갖는 모더나이트 복합 활성탄소섬유를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.In order to solve the above disadvantages, the present inventors have repeatedly studied and experimented and proposed the present invention based on the results, and the present invention was dispersed by spinning in isotropic pitch using mordenite, which is a kind of zeolite. By making activated carbon fiber, the substrate part is made of activated carbon fiber, so the substrate itself has excellent adsorption power and it is porous so that it can act on adsorption and catalytic action not only on the surface but also inside. It is intended to provide a method for producing a mordenite composite activated carbon fiber having both the advantages of activated carbon fibers and the advantages of mordenite, as well as the ability to handle mordenite in a fibrous form. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 활성탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서, 연화점보다 20-70℃만큼 높은 온도로 유지된 등방성 핏치 100중량부에, 10㎛이하의 모더나이트를 50중량부 이하로 균일하게 분산시키고, 핏치의 연화점보다 5-50℃높은 온도에서 방사하여 공기분위기에서 200-350℃정도로 열안정화하고, 600-800℃에서 20분-2시간 탄화처리를 행하거나 행하지 않고, 이산화탄소분위기에서 700-850℃로 20분-10시간 활성화하는 것을 특징으로 하는 복합 활성탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing activated carbon fibers, in which 100 parts by weight of mordenite of 10 µm or less are kept to 50 parts by weight or less in 100 parts by weight of an isotropic pitch maintained at a temperature higher by 20-70 ° C. than a softening point. Disperse uniformly, spin at 5-50 ℃ higher than pitch softening point, thermally stabilize to 200-350 ℃ in air atmosphere, carbonization atmosphere with or without carbonization treatment at 600-800 ℃ for 20 minutes-2 hours It relates to a method for producing a composite activated carbon fiber, characterized in that activated for 20 minutes to 10 hours at 700-850 ℃.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 연화점보다 20-70℃만큼 높은 온도로 유지된 등방성 핏치 100중량부에, 10㎛이하의 모더나이트를 50중량부 이하로 균일하게 분산시킨다.In the present invention, mordenite of 10 µm or less is uniformly dispersed to 50 parts by weight or less in 100 parts by weight of the isotropic pitch maintained at a temperature higher by 20-70 ° C. than the softening point.

상기 핏치는 등방성인 것을 사용하는 것이 좋은데, 그 이유는 이방성 핏치의 경우는 안정화한 프리커서(Precursor)의 구조가 이흑연화성의 조직구조를 가지고 있어 활성화온도인 700-1000℃정도로 열처리될 경우 결정화되어 기공의 형성이 곤란하므로 비표면적이 증가되기가 어려워, 결과적으로 핏치가 활성탄소섬유화하기 곤란하기 때문이다. 따라서, 등방성의 핏치를 사용하여야 하며 등방성의 것이면 석유계나 콜타르계를 불문하고 모두 사용이가능하다.It is preferable to use an isotropic pitch because, in the case of anisotropic pitch, the stabilized precursor structure has a graphitizing structure and is crystallized when heat treated at an activation temperature of about 700-1000 ° C. This is because the formation of pores is difficult, so that the specific surface area is difficult to increase, and as a result, the pitch is difficult to make activated carbon fibers. Therefore, an isotropic pitch should be used, and if it is isotropic, it can be used regardless of petroleum or coal tar.

상기 모더나이트는 제품의 특성에 따라 필요한 성질의 것을 사용할 수 있으나, 단지 입자의 크기는 10㎛ 이하인 것이 바람직한데, 통상적인 핏치계 활성탄소섬유의 제조를 위한 핏치섬유의 직경이 20㎛정도이므로 10㎛이상인 경우 방사과정에서 핏치섬유의 강도저하로 인한 단사가 초래되게 되어 방사공정이 곤란해지는 문제점이 있기때문이며 가급적이면 모더나이트의 입자의 크기가 작은 것이 방사를 용이하게 하며 또한 핏치중에 균일하게 분산유지시키므로 우수한 물성을 갖는 복합활성탄소 섬유의 제조가 가능하다.The mordenite may be used as the required properties according to the characteristics of the product, but only the particle size is preferably 10㎛ or less, since the diameter of the pitch fiber for the production of a typical pitch-based activated carbon fiber is about 10㎛ 10 If the diameter is more than 1 μm, the spinning process becomes difficult due to the decrease in the strength of the pitch fiber, and the spinning process becomes difficult. Preferably, the small size of mordenite particles facilitates spinning and maintains uniform dispersion in the pitch. It is possible to manufacture a composite activated carbon fiber having excellent physical properties.

상기 모더나이트의 첨가량은 무게비로 하여 핏치 100중량부에 대하여 모더나이트 50부분이하로 하는 것이 좋은데, 모더나이트를 50중량부 이상 첨가하는 경우 핏치중에 균일하게 분산되기가 어려우며 균일하게 분산되어 있더라도 방사과정에서 핏치섬유의 강도가 저하되어 단사가 일어나게되며 또한 제조되는 경우에도 활성탄소섬유의 강도가 낮아져서 쉽게 부스러지는 등의 문제점이 발생하게되어 사용하기가 곤란하게된다.The addition amount of mordenite should be less than 50 parts of mordenite with respect to 100 parts by weight of the pitch, if more than 50 parts by weight of mordenite is difficult to uniformly dispersed in the pitch, even if uniformly dispersed spinning process In this case, the strength of the pitch fiber is lowered, so that single yarn occurs, and even when manufactured, the strength of the activated carbon fiber is lowered, which causes problems such as brittleness, which makes it difficult to use.

상기 등방성핏치는 연화온도보다 높게 유지된 혼합반응조에서 용융된 등방성 핏치중에 분쇄된 모더나이트를 상기의 양만큼 첨가하고 교반기로 잘 교반하여 모더나이트를 핏치중에 균일하게 분산시킨다. 이때의 반응물의 온도는 핏치의 연화온도보다 20-70℃만큼 높은 것이 적당한데, 핏치의 연화점보다 20℃미만 만큼 높을 경우는 핏치의 점도가 낮으므로 모더나이트가 균일하게 분산되지 못하며, 연화점보다 50℃를 초과하는 만큼 온도가 높은 경우 핏치중의 휘발성분이 휘발되어 연화점이 높아지게되어 점점 점도가 낮아지게 되거나 핏치중에 이방성액정 소구체가 형성되어 방사된 핏치의 탄소화 및 활성화단계에서 결정이 형성되어 잘 활성화가 일어나지 않게된다.The isotropic pitch is added to the above-mentioned amount of mordenite in the molten isotropic pitch in the mixing reactor maintained above the softening temperature and stirred well with a stirrer to uniformly disperse the mordenite in the pitch. At this time, the temperature of the reactant is suitably higher than the softening temperature of the pitch by 20-70 ℃. If the temperature is higher than the softening point of the pitch by less than 20 ℃, the viscosity of the pitch is low, mordenite is not uniformly dispersed, 50 than the softening point When the temperature is high enough to exceed ℃, the volatiles in the pitch are volatilized and the softening point becomes high, and the viscosity becomes low gradually, or anisotropic liquid crystal globules are formed in the pitch, and crystals are formed in the carbonization and activation step of the spun pitch. Activation will not occur.

또한, 본 발명에서는 핏치의 연화점보다 5-50℃높은 온도에서 방사하여 공기분위기에서 200-350℃정도로 열안정화한다.In addition, in the present invention it is radiated at a temperature of 5-50 ℃ higher than the softening point of the pitch and heat stabilized at about 200-350 ℃ in the air atmosphere.

상기한 바와같은 비율로 모더나이트가 분산된 핏치는 연화점보다 5-50℃ 높은 온도에서 방사를 행하는 것이 좋은데, 가능한 한 방사할 때 방사장치 내에서 용융상태의 핏치의 양은 적게 유지하는 것이 좋으며, 방사장치내에서 모더나이트의 균일한 분산을 위해 계속 교반해 줄 수 있으면 더욱 좋다. 상기 방사온도가 연화점보다 5℃미만 만큼 높을 경우 점도가 너무 높아서 방사가 곤란하며, 50℃를 초과하는 만큼 높을 경우 점도가 지나치게 낮아져서 모더나이트 분말이 방사장치내에서 침적되어 버리거나, 스피닝홀(Spinning hole, 방사노즐)부근에 축적되어 균일하게 방사가 되지 않거나 단사될 가능성이 있으며 또한 핏치의 점도가 지나치게 높아져서 방사가 불가능해질 위험이 있다.It is preferable to spin the mordenite at a ratio as described above at a temperature of 5-50 ° C. above the softening point. When spinning, it is better to keep the amount of molten pitch in the spinning apparatus as low as possible. It is better if the stirring can be continued for uniform dispersion of mordenite in the apparatus. If the spinning temperature is higher than the softening point is less than 5 ℃ high viscosity is difficult to spin, if it is higher than 50 ℃ the viscosity is too low, mordenite powder is deposited in the spinning device, or spinning hole (Spinning hole) There is a possibility that it may accumulate in the vicinity of the spinneret and not be uniformly radiated, or be singled out, and the pitch may be too high to make spinning impossible.

상기 방사는 일반적인 등방성 핏치의 방사방법인 멜트 스피닝(Melt spinning)법이나 멜트 블로잉(Melt blowing)법 및 기타의 통상적인 방법을 사용할 수 있다.The spinning may use a melt spinning method, a melt blowing method, and other conventional methods, which are general spinning methods for isotropic pitch.

상기와 같이 방사된 핏치섬유는 먼저 공기분위기에서 200-350℃정도로 열안정화하여 이후의 온도에서 용융되지 않도록 하는데, 이 방법은 통상적인 등방성 핏치의 안정화방법이다.The pitch fibers spun as described above are first thermally stabilized at about 200-350 ° C. in an air atmosphere so as not to be melted at a subsequent temperature. This method is a conventional isotropic pitch stabilization method.

또한, 본 발명에서는 선택적으로 600-800℃에서 20분-2시간 탄화를 행할 수 있으며, 다음에는 이산화탄소분위기에서 700-850℃로 20분-10시간 활성화한다.In the present invention, carbonization may be optionally performed at 600-800 ° C. for 20 minutes to 2 hours, and then activated at 700-850 ° C. for 20 minutes to 10 hours in a carbon dioxide atmosphere.

상기 열안정화된 섬유상의 복합물은 활성화처리에 앞서 600-800℃정도의 온도에서 20분-2시간 정도 탄화처리를 실시하면 최종 활성탄소섬유의 탄소수율을 증가시킴 수 있으며, 탄화처리를 하지 않는 경우에도 활성화 과정의 초기단계에서 탄화가 일어나므로 활성탄소섬유의 제조는 가능하나 탄소수율은 상대적으로 저하된다.The thermally stabilized fibrous composite may increase the carbon yield of the final activated carbon fiber by performing a carbonization treatment at a temperature of about 600-800 ° C. for about 20 minutes to 2 hours prior to the activation treatment, but not carbonizing. Although carbonization occurs at the early stage of the activation process, the production of activated carbon fibers is possible, but the carbon yield is relatively low.

상기 활성화는 통상의 방법인 수증기 분위기에서 열처리하는 방법을 사용할 경우 모더나이트의 결정구조가 파괴되게 되므로, 이산화탄소분위기에서 행하여야 하며 너무 고온에서 반응시키는 것도 결정구조가 파괴되므로 피하는 것이 좋으며 700-850℃정도의 온도에서 20분-10시간 정도 처리해 주면 된다. 상기 활성화 처리온도가 700℃미만일 경우는 핏치섬유의 활성화가 일어나기 어려우며 처리온도가 800℃를 초과하는 경우는 모더나이트의 종류에 따라 결정구조가 파괴되기 시작할 수 있으므로 주의를 요하며, 850℃이상에서는 대부분의 모더나이트의 물성을 잃을 수 있으므로 바람직하지 않다.Since the activation of the heat treatment in the steam atmosphere, which is a conventional method, destroys the crystal structure of mordenite, it should be carried out in a carbon dioxide atmosphere. 20 minutes to 10 hours at the temperature. If the activation treatment temperature is less than 700 ℃, it is difficult to activate the pitch fibers, and if the treatment temperature exceeds 800 ℃, the crystal structure may be destroyed depending on the type of mordenite, so be careful. This is undesirable because most of the mordenite may lose its physical properties.

한편, 본 방법에 의해 제조된 모더나이트 복합활성탄소섬유는 통상적인 이온교환에 의해 H, Ca, K 등의 원소를 모더나이트에 도입시켜 특정촉매로 사용하는 방법으로 이용할 수도 있다.On the other hand, the mordenite composite activated carbon fiber produced by the present method may be used as a method of introducing an element such as H, Ca, K, etc. into mordenite by using conventional ion exchange and using it as a specific catalyst.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시예 1Example 1

(비교예1)(Comparative Example 1)

연화점 210℃의 등방성콜타르핏치를 230℃에서 용융방사하고 방사된 핏치섬유를 공기를 유입시키면서 250℃에서 3시간 열안정화하고 이것을 질소분위기에서 700℃에서 30분간 탄화하여 탄화섬유를 얻었으며 탄화수율은 78%이었다. 이 탄화섬유를 이산화탄소분위기에서 800℃로 2시간동안 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다.Isotropic coal tar pitch of softening point 210 ℃ was melt-spun at 230 ℃, and the spun pitch fibers were heat stabilized at 250 ℃ for 3 hours while introducing air, and carbonized at 700 ℃ for 30 minutes to obtain carbonized fibers. 78%. The carbonized fiber was activated at 800 ° C. for 2 hours in a carbon dioxide atmosphere to prepare activated carbon fiber.

제조된 활성탄소섬유의 비표면적을 BET방법에 의해 구하고, 최종활성화단계에서의 수율을 측정하였다. 그 결과, 비표면적은 736㎡/g이었으며 최종 활성화단계의 수율은 65%였다.The specific surface area of the prepared activated carbon fibers was obtained by the BET method, and the yield in the final activation step was measured. As a result, the specific surface area was 736 m 2 / g and the yield of the final activation step was 65%.

(발명예1)Invention Example 1

상기 비교예 1과 동일한 연화점 210℃의 등방성 콜타르핏치 100g에 30g의 모더나이트를 첨가하고 250℃로 유지한 교반기에서 충분히 교반시켜서 균일하게 분산시킨 후 용융방사방법에 의하여 방사하여 직경 25㎛정도의 크기를 갖는 모더나이트 복합 핏치섬유를 제조하였다. 이때 사용한 모더나이트는 수소치환형의 것으로 입자의 크기는 평균 4.0㎛이며 1.9㎛이내에 전체중량의 80%가 분포하고 있으며 0.5∼10㎛범위에서 정규분포에 가깝게 분포되어 있는 것이며 질소흡착 BET방법에 의한 비표면적은 554㎡/g이었다.30 g mordenite was added to 100 g of isotropic coal tar pitch of 210 ° C. in the same softening point as in Comparative Example 1, and the mixture was uniformly dispersed by stirring in a stirrer maintained at 250 ° C., and spun by melt spinning to give a size of about 25 μm in diameter. A mordenite composite pitch fiber having a was prepared. At this time, the mordenite used is hydrogen-substituted type, and the average particle size is 4.0㎛, 80% of the total weight is distributed within 1.9㎛, and it is distributed close to the normal distribution in the range of 0.5 ~ 10㎛. The specific surface area was 554 m 2 / g.

상기 섬유를 240℃에서 용융방사하고 방사된 섬유를 공기를 유입시키면서 250℃에서 3시간 열안정화하고 이것을 질소분위기에서 700℃에서 30분간 탄화하여 탄화섬유를 얻었다. 이 탄화섬유를 이산화탄소분위기에서 800℃로 2시간동안 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다.The fibers were melt spun at 240 ° C., and the spun fiber was heat stabilized at 250 ° C. for 3 hours while introducing air, and carbonized at 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain carbonized fiber. The carbonized fiber was activated at 800 ° C. for 2 hours in a carbon dioxide atmosphere to prepare activated carbon fiber.

제조된 활성탄소섬유의 BET방법에 의한 비표면적은 681㎡/g이었다.The specific surface area of the prepared activated carbon fiber by the BET method was 681 m 2 / g.

(결과치 분석)(Result analysis)

상기 비교예1과 상기 섬유의 모더나이트에서 얻어진 비표면적으로, 세공이 손상되지 않은 경우의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산할 수 있다.The specific surface area obtained in Comparative Example 1 and the mordenite of the fiber, the theoretical specific surface area when the pores are not damaged can be calculated as follows.

핏치섬유부분의 잔량 : 100g x 78%(탄화수율) x 65%(활성화수율) = 51gResidual amount of pitch fiber part: 100g x 78% (Carbon yield) x 65% (Activation yield) = 51g

모더나이트의 잔량 : 30gResidual Mordenite: 30g

이론비표면적 : 51g/(51g+30g) x 736㎡/g + 30g/(51g+30g)x554㎡/g = 669㎡/gTheoretical Specific Surface Area: 51g / (51g + 30g) x 736㎡ / g + 30g / (51g + 30g) x554㎡ / g = 669㎡ / g

이같은 결과는 이론비표면적과 실제 비표면적의 차가 그다지 크지 않음을 보이는 것으로, 모더나이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 모더나이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인 할 수 있었다.These results show that the difference between the theoretical specific surface area and the actual specific surface area is not so large. It was confirmed that activated carbon fibers including mordenite were produced with little damage to the crystal structure and pore structure of mordenite.

실시예 2Example 2

(비교예2)(Comparative Example 2)

상기 비교예1에서의 핏치를 비교예1과 동일한 조건으로 방사 및 열안정화하고 탄화하여 탄화섬유를 얻었으며 탄화수율은 78% 였다. 이 탄화섬유를 이산화탄소분위기에서 700℃로 4시간동안 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다. 이 활성탄소섬유의 BET방법에 의한 비표면적은 710㎡/g이었으며 최종 활성화단계의 수율은 69%였다.The pitch in Comparative Example 1 was spun and thermally stabilized and carbonized under the same conditions as in Comparative Example 1 to obtain a carbonized fiber, and the carbonization yield was 78%. Activated carbon fibers were activated by carbonization at 700 ° C. for 4 hours in a carbon dioxide atmosphere. The specific surface area of this activated carbon fiber by BET method was 710㎡ / g and the yield of the final activation step was 69%.

(발명예2)Invention Example 2

상기 비교예1의 핏치 100g에 상기 발명예 1과 같은 모더나이트 30g을 첨가하고, 발명예 1과 동일한 방법에 의하여 모더나이트 복합 핏치섬유를 제조하고, 동일한 조건에 의하여 열안정화 및 탄화하여 탄화섬유를 얻었다. 이 탄화섬유를 이산화탄소 분위기에서 700℃로 4시간동안 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다. 이 활성탄소섬유의 BET방법에 의한 비표면적은 669㎡/g이었다.30 g of mordenite as in Inventive Example 1 was added to 100 g of pitch of Comparative Example 1, and a mordenite composite pitch fiber was prepared by the same method as in Inventive Example 1, and heat-stabilized and carbonized under the same conditions. Got it. The carbonized fiber was activated at 700 ° C. for 4 hours in a carbon dioxide atmosphere to prepare activated carbon fibers. The specific surface area of this activated carbon fiber by the BET method was 669 m 2 / g.

(결과치 분석)(Result analysis)

상기 비교예2와 상기 섬유의 모더나이트에서 얻어진 비표면적으로, 세공이 손상되지 않은 경우의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산할 수 있다.The specific surface area obtained in the comparative example 2 and the mordenite of the fiber, the theoretical specific surface area when the pores are not damaged can be calculated as follows.

핏치섬유부분의 잔량 : 100g x 78%(탄화수율) x 69%(활성화수율)=53.8gResidual amount of pitch fiber part: 100g x 78% (Carbon yield) x 69% (Activation yield) = 53.8g

모더나이트의 잔량 : 30gResidual Mordenite: 30g

이론비표면적 : 53.8g/(53.8g+30g)x710㎡/g+30g/(53.8g+30g)x554㎡/g=654㎡/gTheoretical Specific Surface Area: 53.8g / (53.8g + 30g) x710㎡ / g + 30g / (53.8g + 30g) x554㎡ / g = 654㎡ / g

이같은 결과는 이론비표면적과 실제 비표면적의 차가 그다지 크지 않음을 보이는 것으로, 모더나이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 모더나이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인 할 수 있었다.These results show that the difference between the theoretical specific surface area and the actual specific surface area is not so large. It was confirmed that activated carbon fibers including mordenite were produced with little damage to the crystal structure and pore structure of mordenite.

실시예 3Example 3

(발명예 3)(Invention Example 3)

상기 비교예1과 같은 핏치 100g에 상기 발명예1과 같은 모더나이트 45g을 첨가하고 상기 비교예2와 동일한 조건에 의하여 활성탄소섬유르 제조하였다. 이 활성탄소섬유의 BET방법에 의한 비표면적은 647㎡/g이었다.45 g of mordenite as in Example 1 was added to 100 g of pitch as in Comparative Example 1, and activated carbon fibers were prepared under the same conditions as in Comparative Example 2. The specific surface area of this activated carbon fiber by BET method was 647 m 2 / g.

(결과치 분석)(Result analysis)

상기 비교예2와 상기 섬유의 모더나이트에서 얻어진 비표면적으로, 세공이 손상되지 않은 경우의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산할 수 있다.The specific surface area obtained in the comparative example 2 and the mordenite of the fiber, the theoretical specific surface area when the pores are not damaged can be calculated as follows.

핏치섬유부분의 잔량 : 100g x 78%(탄화수율)x 69%(활성화수율)=53.8gResidual amount of pitch fiber part: 100g x 78% (Carbon yield) x 69% (Activation yield) = 53.8g

모더나이트의 잔량 : 45gMordenite Residue: 45g

이론비표면적 : 53.8g/(53.8g+45g) x 710㎡/g + 45g/(53.8g+45g)x554㎡/g=639㎡/gTheoretical Specific Surface Area: 53.8g / (53.8g + 45g) x 710㎡ / g + 45g / (53.8g + 45g) x554㎡ / g = 639㎡ / g

이같은 결과는 이론비표면적과 실제 비표면적의 차가 그다지 크지 않음을 보이는 것으로, 모더나이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 모더나이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인 할 수 있었다.These results show that the difference between the theoretical specific surface area and the actual specific surface area is not so large. It was confirmed that activated carbon fibers including mordenite were produced with little damage to the crystal structure and pore structure of mordenite.

실시예 4Example 4

(비교예3)(Comparative Example 3)

상기 비교예1과 같은 핏치 100g에 상기 발명예 1의 모더나이트 30g을 첨가하고 발명예1과 동일한 방법에 의하여 모더나이트 복합 핏치섬유를 제조하고 동일한 조건에 의하여 열안정화 및 탄화하여 탄화섬유를 얻었다. 이 탄화섬유를 이산화탄소분위기에서 850℃로 2시간동안 활성화하여 복합활성탄소섬유를 제조하였다. 이복합 활성탄소섬유의 BET 방법에 의한 비표면적은 643㎡/g이었다. 모더나이트를 첨가하지 않고 동일한 조건으로 제조한 활성탄소섬유자체의 비표면적은 925㎡/g이었으며 활성화수율은 56%였다.30 g of mordenite of Inventive Example 1 was added to 100 g of pitch as in Comparative Example 1, and mordenite composite pitch fibers were prepared by the same method as Inventive Example 1, and thermally stabilized and carbonized under the same conditions to obtain carbonized fibers. The carbonized fiber was activated at 850 ° C. for 2 hours in a carbon dioxide atmosphere to prepare a composite activated carbon fiber. The specific surface area of the bifunctional activated carbon fiber by the BET method was 643 m 2 / g. The specific surface area of the activated carbon fiber itself prepared without the addition of mordenite was 925 m 2 / g and the activation yield was 56%.

(결과치 분석)(Result analysis)

상기 비교예2와 상기 섬유의 모더나이트에서 얻어진 비표면적으로, 세공이 손상되지 않은 경우의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산할 수 있다.The specific surface area obtained in the comparative example 2 and the mordenite of the fiber, the theoretical specific surface area when the pores are not damaged can be calculated as follows.

핏치섬유부분의 잔량 : 100g x 78%(탄화수율)x 56%(활성화수율)=44.7gResidual amount of pitch fiber part: 100g x 78% (Carbon yield) x 56% (Activation yield) = 44.7g

모더나이트의 잔량 : 30gResidual Mordenite: 30g

이론비표면적 : 44.7g/(44.7g+30g) x 925㎡/g + 30g/(44.7g+30g)x554㎡/g=776㎡/gTheoretical Specific Surface Area: 44.7g / (44.7g + 30g) x 925㎡ / g + 30g / (44.7g + 30g) x554㎡ / g = 776㎡ / g

이같은 결과는 이론비표면적과 실제 비표면적의 차가 약 133㎡/g 정도로 모더나이트의 비표면적을 SM으로 놓으면 상기 이론비표면적식 으로 부터,This result shows that when the difference between theoretical specific surface area and actual specific surface area is about 133m2 / g, mordenite's specific surface area is set to S M ,

44.7g/(44.7g+30g) x 925㎡/g + 30g/(44.7g+30g) x SM㎡/g=643㎡/g이 된다.44.7g / (44.7g + 30g) x 925m 2 / g + 30g / (44.7g + 30g) x S M m 2 / g = 643m 2 / g.

따라서, SM= 223㎡/g이므로 원래의 모더나이트의 약 40%의 비표면적을 나타내기 때문에, 대부분의 결정구조 및 세공구조가 손상된 것을 확인 할 수 있었다.Therefore, since S M = 223 m 2 / g, it exhibited a specific surface area of about 40% of the original mordenite, and it was confirmed that most crystal structures and pore structures were damaged.

실시예 5Example 5

(비교예4)(Comparative Example 4)

상기 발명예1과 동일한 연화점 210℃의 등방성콜타르핏치 100g에 발명예1과 동일한 60g의 모더나이트를 첨가하고 250℃로 유지한 교반기에서 충분히 교반시켜서 균일하게 분산시킨 후 용융방사방법에 의하여 방사를 시도하였으나, 단사로 연속적인 방사가 불가능하였으며 방사노즐의 막힘현상이 일어나 섬유의 제조가 곤란하였다.To 100 g of isotropic coal tar pitch of 210 ° C. in the same softening point as inventive example 1 was added 60 g of mordenite in the same way as inventive example 1 and sufficiently dispersed in a stirrer maintained at 250 ° C. to uniformly disperse, and then spinning was performed by melt spinning. However, continuous spinning was not possible with a single yarn, and it was difficult to manufacture fibers due to clogging of the spinning nozzle.

상술한 바와같은 본 발명은 제올라이트의 일종인 모더나이트를 이용하여 등방성핏치중에 분산시켜 방사한 것을 활성탄소섬유화한 것으로, 본 발명에 의해 얻어지는 활성탄소섬유는 기질부분을 활성탄소섬유로하여 기질 자체가 뛰어난 흡착력을 가지며 또한 다공성이므로 표면에서 뿐 아니라 내부에서도 흡착 및 촉매작용에 작용할 수 있도록 하고 활성탄소섬유의 내부에 균일하게 모더나이트가 분포되도록 함으로써, 모더나이트를 섬유상에 가깝게 취급할 수 있게되어, 활성탄소섬유의 장점과 모더나이트의 장점을 동시에 갖는 것이다.As described above, the present invention is obtained by dispersing activated carbon fibers by dispersing them in isotropic pitch using mordenite, which is a kind of zeolite, and the activated carbon fibers obtained by the present invention have the substrate itself as the activated carbon fibers. It has excellent adsorption power and is porous, so that it can act on adsorption and catalysis not only on the surface but also inside, and evenly distribute mordenite in the inside of activated carbon fiber, so that mordenite can be handled close to the fiber. It has the advantages of carbon fiber and mordenite at the same time.

Claims (2)

활성탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing activated carbon fiber, 연화점보다 20-70℃만큼 높은 온도로 유지된 등방성 핏치 100중량부에, 10㎛이하의 모더나이트를 50중량부 이하로 균일하게 분산시키고, 핏치의 연화점보다 5-50℃높은 온도에서 방사하여 공기분위기에서 200-350℃정도로 열안정화하고, 이산화탄소분위기에서 700-850℃로 20분-10시간 활성화하는 것을 특징으로 하는 복합 활성탄소섬유의 제조방법In 100 parts by weight of an isotropic pitch maintained at a temperature of 20-70 ° C. higher than the softening point, mordenite of 10 μm or less is uniformly dispersed in 50 parts by weight or less, and air is spun at a temperature of 5-50 ° C. above the softening point of the pitch. Thermal stabilization at about 200-350 ℃ in the atmosphere, and activated for 20 minutes to 10 hours at 700-850 ℃ in a carbon dioxide atmosphere, characterized in that for producing a composite activated carbon fiber 활성탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing activated carbon fiber, 연화점보다 20-70℃만큼 높은 온도로 유지된 등방성 핏치 100중량부에, 10㎛이하의 모더나이트를 50중량부 이하로 균일하게 분산시키고, 핏치의 연화점보다 5-50℃높은 온도에서 방사하여 공기분위기에서 200-350℃정도로 열안정화하고, 600-800℃에서 20분-2시간 탄화하고, 이산화탄소분위기에서 700-850℃로 20분-10시간 활성화하는 것을 특징으로 하는 복합 활성탄소섬유의 제조방법In 100 parts by weight of an isotropic pitch maintained at a temperature of 20-70 ° C. higher than the softening point, mordenite of 10 μm or less is uniformly dispersed in 50 parts by weight or less, and air is spun at a temperature of 5-50 ° C. above the softening point of the pitch. Heat stabilized at about 200-350 ° C. in the atmosphere, carbonized at 600-800 ° C. for 20 minutes to 2 hours, and activated at 700-850 ° C. for 20 minutes to 10 hours in a carbon dioxide atmosphere.
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