KR20180069559A - 활성탄소 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

활성탄소 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입된 활성탄소이다.

Description

활성탄소 및 그의 제조방법{ACTIVATED CARBON AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
활성탄소 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 대기환경 악화에 따른 차량 실내 쾌적성 요구가 증대되고 있으며, 이에 따라 차량 에어컨 필터의 기능이 일반 먼지 차단에서부터 초미세먼지와 냄새가스 성분에 대한 처리기능 강화로 진행되고 있다.
기존에는 냄새가스 등의 유해가스를 제거하기 위해 목재 야자각, 석탄, 피치, 셀룰로오스 섬유 및 화학섬유를 원료로 하여 불활성가스로 처리함으로써 제조되는 활성탄을 사용하였다. 이러한 활성탄은 비교적 넓은 비표면적과 미세 세공이 잘 발달되어 있어 다양한 유해가스를 흡착하기에 적절하였다. 하지만, 단순히 물리적인 흡착을 통해 유해가스를 제거하는 방식이어서, 흡착과 탈착이 반복되는 문제가 있었다.
한편, 유해가스 저감 기능은 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌) 가스의 저감에 중점을 두어 연구되었으며, 냄새가스의 저감에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는, 냄새 기여도가 높은 알데히드류의 흡착 성능이 개선된 활성탄소 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입된 활성탄소이다.
전체 활성탄소 100 중량%에 대하여, 유기 화합물이 0.1 내지 20 중량% 도입될 수 있다.
유기 화합물은 글라이신, 알라닌, 라이신, 세린, 아미노 벤조산, 또는 글루탐산을 포함할 수 있다.
활성탄소는 비표면적이 500 내지 3000m2/g일 수 있다.
활성탄소는 기공의 평균 직경이 10 내지 30 Å일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소의 제조 방법은 활성탄소를 준비하는 단계; 활성탄소를 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 수용액에 함침하는 단계; 및 수용액으로부터 활성탄소를 분리하는 단계를 포함한다.
활성탄소를 준비하는 단계는 활성탄소 전구체를 준비하는 단계; 활성탄소 전구체를 불활성 기체 하에서 열처리하여 탄화하는 단계 및 탄화물질을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계를 포함할 수 있다.
함침하는 단계에서, 수용액은 산성액을 더 포함할 수 있다.
함침하는 단계에서, 수용액은 염기액을 더 포함할 수 있다.
함침하는 단계에서, 수용액의 온도는 10 내지 90℃일 수 있다.
활성탄소를 분리하는 단계는 수용액으로부터 활성탄소를 여과하고, 탈수하는 단계 및 활성탄소를 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는, 냄새에 높은 기여를 하는 알데히드류 가스를 효율적으로 제거하는 활성탄소 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 활성탄소 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 실험예 1에서의 기공 특성 분석 결과이다.
도 3은 실험예 3에서의 흡착량 분석 결과이다.
도 4는 실험예 4에서의 흡착량 분석 결과이다.
도 5는 실험예 5에서의 흡착량 분석 결과이다.
도 6은 실험예 6에서의 흡착량 분석 결과이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 종래의 활성탄소는 물리적 흡착을 통해 유해가스를 제거하였으며, 흡착과 탈착이 반복되어, 유해가스가 차량 내부로 유입되는 문제가 있었다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서는 기존의 유해가스로 알려진 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌) 보다는 냄새가스의 저감에 중점을 두었다.
본 발명의 일 실시예에서는 알데히드류 가스가 냄새 기여도가 높음을 발견하고, 이를 저감하고자 하였다. 또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 냄새 가스 중 하나인 암모니아 가스도 저감이 가능하다. 본 발명의 일 실시에에서 알데히드류 가스란, 아세트 알데히드, 포름 알데히드, 프로피온 알데히드, 부틸 알데히드를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입된 활성탄소이다.
활성탄소의 표면이란 활성탄소 최외각에 형성된 표면뿐 아니라, 활성탄소에 형성된 기공이 공기와 접촉하는 모든 면적을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물을 도입함으로써, 알데히드류 가스를 수소 결합을 통해 흡착하거나, 알데히드류 가스를 가수분해한 후, 흡착함으로써, 알데히드류 가스의 흡착량을 증가시키게 된다.
아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물은 한 분자 내에 아미노기 및 카르복시기를 기능기로서 포함하는 유기 화합물을 의미한다. 구체적으로 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물은 글라이신, 알라닌, 라이신, 세린, 아미노 벤조산 또는 글루탐산을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물은 4-아미노 벤조산, 3-아미노 벤조산, 글루탐산 나트륨을 포함할 수 있다.
아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물의 도입량은 전체 활성탄소 100 중량%에 대하여 0.1 내지 20 중량%일 수 있다. 유기 화합물이 너무 적게 도입되면, 알데히드류 가스의 흡착량이 적어질 수 있다. 반대로 유기 화합물이 너무 많이 도입되면, 유기 화합물이 활성탄소의 기공을 일부 막아버려, 오히려 알데히드류 가스의 흡착량이 적어질 수 있다. 따라서 전술한 범위로 유기 화합물을 도입할 수 있다. 바람직하게 유기 화합물을 2 내지 10 중량% 도입할 수 있다. 더욱 바람직하게 6 내지 8 중량% 도입할 수 있다.
활성탄소는 비표면적이 500 내지 3000m2/g일 수 있다. 비표면적이 너무 작으면, 알데히드류 가스가 흡착할 수 있는 면적이 작아져, 흡착량이 적어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 유기 화합물이 도입되기 때문에, 유기 화합물이 도입되지 않은 일반 활성탄소에 비해서는 비표면적이 작을 수 있다.
활성탄소는 기공의 평균 직경이 10 내지 30 Å일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 유기 화합물이 도입되기 때문에, 유기 화합물이 도입되지 않은 일반 활성탄소에 비해 평균 직경이 작을 수 있다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소 제조방법의 개략적인 순서도를 나타낸다. 도 1의 활성탄소 제조방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 활성탄소 제조방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소의 제조 방법은 활성탄소를 준비하는 단계(S10); 활성탄소를 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 수용액에 함침하는 단계(S20); 및 수용액으로부터 활성탄소를 분리하는 단계(S30)를 포함한다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에서는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입된 활성탄소를 제조할 수 있다.
이하, 제조방법 각 단계 및 제조된 활성탄소에 대해 자세히 설명한다.
먼저, 단계(S10)에서는 활성탄소를 준비한다. 활성탄소는 흡착제로 사용하는 활성탄소를 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 단계(S10)은 활성탄소를 준비하는 단계로 활성탄소 전구체를 준비하는 단계; 활성탄소 전구체를 불활성 기체 하에서 열처리하여 탄화하는 단계 및 탄화물질을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계를 포함 할 수 있다.
활성탄소 전구체를 준비하는 단계에서, 활성탄소 전구체는, 녹말, 코코넛피, 귤피, 오렌지피, 커피찌꺼기, 대나무줄기, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 활성탄소 전구체로 이용 가능한 다양한 식물질 기반의 물질은 모두 사용 가능하다. 이러한 저렴한 식물질 기반의 물질을 전구체로 사용함으로써, 저가 활성탄소의 제조가 가능한 이점이 있다.
또한 활성탄소 전구체는 폴리비닐리덴계 고분자를 사용할 수 있다. 구체적으로 폴리(비닐리덴 플루오라이드)[Poly(vinylidene fluoride)], 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)[Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴)[Poly(vinylidene chloride-co-acrylonitrile)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로나이트릴-코-메틸 메타크리레이트[Poly(vinylidene chloride-co-acrylonitrile-co-methyl methacrylate)], 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-비닐- 클로라이드)[Poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride)] 및 폴리(비닐리덴클로라이드-코-메틸 아크릴레이트)[Poly(vinylidene chloride-co-methyl acrylate)]를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상이 될 수 있다.
이후, 활성탄소 전구체를 분쇄하는 균일화 단계를 더 포함할 수 있다.
균일화 단계는 볼밀(ball mill)을 이용하여 수행할 수 있으며, 상기 볼밀에 사용되는 볼(ball)의 재질은 서스(SUS), 또는 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 볼밀처리를 통한 균일화 후, 불순물 제거를 위해 산을 통해 전구체를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 산은 염산, 질산, 또는 황산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 추가적으로, 상기 균일화 및 산세척 이후에, 균일화된 활성탄소 전구체를 100㎛ 내지 250㎛ 크기의 체로 걸러 전구체를 선별하는 선별 단계;를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 입자크기가 균일하고, 비표면적이 높고, 불순물이 제거된 활성탄소의 제조가 가능하다. 활성탄소의 입자크기의 균일도는 실제 제품 적용을 위한 활성탄소의 가공시 중요한 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 정수기 필터, 차량용 에어컨 필터, 또는 수퍼커패시터 전극 등에 활성탄소를 사용할 때, 바인더와 배합하여 펠렛(pellet)이나 알갱이(granular) 형상으로 변형하여 사용한다. 이 때 입자크기가 균일하지 않으면, 성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 위와 같이 전구체를 100㎛ 내지 250㎛ 크기의 체로 걸러 전구체를 선별하는 경우, 차량용 에어컨 필터 등에 사용되기에 적합한 균일도를 얻어낼 수 있다.
이후, 활성탄소 전구체를 불활성 기체 하에서 열처리하여 탄화한다. 불활성 기체로는 일반적으로 알려진 불활성 기체를 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 질소(N2), 또는 아르곤(Ar)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
탄화 단계의 열처리 온도는 700℃ 내지 1000℃일 수 있다. 온도가 너무 낮으면 탄화가 완전히 이루어지지 않을 수 있다. 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 충분하게 탄화가 이루어지기 때문에 더 높은 온도로 열처리할 필요는 없다. 온도가 너무 높은 경우, 불필요한 비용이 발생하고, 탄화수율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이후, 탄화물을 이산화탄소 및 스팀을 포함하는 혼합기체를 투입하고 열처리하여 활성화한다. 이 때, 이산화탄소와 스팀을 포함하는 혼합 기체를 이용하여 활성탄소 전구체를 활성화(이산화탄소-스팀 활성화) 시킴으로써, 스팀 분자의 활성도를 높여 탄소표면에 선택적으로 직경 1nm 이하의 초미세기공의 발현을 증대시킬 수 있다. 이에, 활성탄소의 비표면적 및 기공의 균일도가 증가할 수 있다.
혼합 기체의 총 부피 100부피%에 대하여, 이산화탄소의 부피는 10부피% 내지 50부피%일 수 있다. 이산화탄소의 비율이 증가됨에 따라 전구체 표면에 산소 관능기의 도입 비율 및 미세기공발달에 의한 비표면적의 증대효과를 나타낸다. 그러나, 이산화탄소의 비율이 너무 높은 경우, 오히려 미세기공의 비율이 줄어들어 비표면적의 감소와 수율의 감소가 발생할 수 있다.
활성화 단계는 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 너무 낮은 온도에서는 활성화 효과가 좋지 않으며, 너무 높은 온도에서는 급격한 수율저하가 발생할 수 있다.
활성화 단계는, 1시간 내지 5시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 활성화 시간이 너무 긴 경우, 수율의 문제와 소재 전체적인 기공구조가 무너지는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 너무 짧은 경우, 활성화 효과가 미비한 문제가 발생할 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면, 단계(S20)에서는 활성탄소를 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 수용액에 함침한다. 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물에 대해서는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
수용액 내의 유기 화합물의 농도는 1 내지 15 중량%일 수 있다. 유기 화합물의 농도가 너무 낮으면, 적절한 양의 유기 화합물이 도입되기 어렵다. 유기 화합물의 농도가 너무 높으면, 활성탄소에 균일하게 유기 화합물이 도입되기 어려울 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 유기 화합물의 농도를 조절할 수 있다.
수용액은 산성액 또는 염기액을 더 포함함으로써 유기 화합물의 용해도를 증가시킬 수 있다. 산성액을 더 포함하는 경우, 염기액을 포함하는 경우에 비해, 알데히드류 가스의 가수분해를 촉진하여 알데히드류 가스의 흡착량이 증가할 수 있다. 산성액 또는 염기액을 더 포함하는 경우, 수용액 내에서 1 내지 30 중량% 농도로 포함될 수 있다.
단계(S20)에서 수용액의 온도는 10 내지 90℃가 될 수 있다. 적절한 온도 조건에서 제조할 시, 아미노 벤조산 용해 및 첨착율이 증가하여 알데히드류 가스의 흡착량이 증가할 수 있다. 더욱 구체적으로 수용액의 온도는 20 내지 40℃가 될 수 있다.
단계(S20)에서 함침 시간은 1 내지 24시간이 될 수 있다. 시간이 너무 짧으면, 적절한 양의 유기 화합물이 도입되기 어렵다. 시간이 너무 길면, 활성탄소가 수분을 다량 흡수하여, 후술할 단계(S30)에서 과다한 에너지가 소모될 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면, 단계(S30)에서는 수용액으로부터 활성탄소를 분리한다. 구체적으로 단계(S30)은 수용액으로부터 활성탄소를 여과하고, 탈수하는 단계 및 활성탄소를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 탈수하는 단계는 원심 분리를 통해 탈수할 수 있으며, 활성탄소의 강도를 고려하여, 탈수 시간은 30분 이내로, 회전수는 30Hz 이하로 조절할 필요가 있다.
활성탄소를 건조하는 단계는 20 내지 150℃의 온도에서 1 내지 48시간 동안 건조할 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 의한 활성탄소는 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입되어, 알데히드류 가스의 흡착 성능이 우수하다. 구체적으로 활성탄소 1ml 부피당 알데히드류 가스 0.008 내지 0.011g을 흡착할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 : 활성탄소의 제조
키토산을 활성탄소 전구체로 준비하였다. 키토산을 볼밀을 이용하여 분쇄한 뒤, 1 M의 염산용액에 차례로 세척하고, 진공오븐에 건조하였다.
이를 튜브형 퍼니스에 넣고 N2 분위기 하에서 2 ℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온시켜 90분간 유지하였다. N2를 중단하고 CO2 없이, 증류수를 6 ml/h 의 속도로 주입하며 퍼니스 안의 압력을 2 bar로 1시간 유지하며 활성화시킨다. 0.1 M 염산용액과 증류수를 이용하여 2회 세척하여 120℃에서 12 시간 이상 완전 건조하여 활성탄소를 제조하였다.
실시예 1
유기 화합물로서, 4-아미노벤조산 6 중량% 및 인산 15 중량% 포함하는 수용액에 제조예에서 제조한 활성탄소를 함침하였다. 수용액의 온도를 40℃로 유지하고, 약 5시간 동안 함침하였다. 이 후, 활성탄소를 체로 걸러, 탈수기를 이용하여 15 분 동안 15Hz의 회전수로 탈수하였다. 이 후, 100℃에서 20시간 동안 건조하여 최종적으로 활성탄소를 수득하였다. 활성탄소 분석 결과 전체 활성탄소 100 중량%에 대하여 6 중량%의 4-아미노벤조산이 도입되었음을 확인하였다.
실시예 2
4-아미노벤조산을 1.5 중량% 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 3
4-아미노벤조산을 3 중량% 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 4
4-아미노벤조산을 6 중량% 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 5
4-아미노벤조산을 7.5 중량% 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 6
4-아미노벤조산을 9 중량% 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 7
유기 화합물로서, 4-아미노벤조산 대신 3-아미노벤조산을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 8
유기 화합물로서, 4-아미노벤조산 대신 L-글루탐산 나트륨을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 9
수용액에 인산 대신 수산화칼륨을 수용액에 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 10
수용액의 온도를 20℃로 유지하고 함침한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
실시예 11
수용액의 온도를 80℃로 유지하고 함침한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일하게 활성탄소를 제조하였다.
비교예
제조예에서 제조한 활성탄소에 별도의 유기 화합물을 도입하지 아니하였다.
실험예 1 : 기공 특성 분석
실시예 1 및 비교예의 활성탄소의 기공 특성을 분석하여 도 2 및 하기 표 1에 나타내었다.
표 1의 데이터들의 도출과정은 다음과 같다. Brunauer-Emmett-Teller (BET) 식을 사용하여 비표면적을 도출하였다. 총 기공부피의 경우 상대압(Relative pressure) 0.990까지의 흡착곡선을 이용하여 구하였으며, 또한 Dubinin-Radushkevich (D-R) 식을 사용하여 미세기공부피를 도출하였으며, 중형기공부피의 경우 총기공부피에서 미세기공부피를 제외한 부피로 계산하였다.
실시예 1 비교예
BET Surface Area: 738.6480 m2/g 1199.1382 m2g
Single point adsorption total pore volume of pores
less than 2835.789 Å diameter at P/Po = 0.993148323:		 0.315590 cm3/g 0.502477 cm3/g
BJH Desorption cumulative volume of pores
between 17.000 Å and 3000.000 Å diameter:		 0.058819 cm3/g 0.083566 cm3/g
Adsorption average pore width (4V/A by BET): 17.0901 Å 16.7613 Å
BJH Desorption average pore diameter (4V/A): 25.616 Å 25.436 Å
도 2 및 표 1에서 나타나듯이, 실시예 1 및 비교예의 기공 특성은 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
실험예 2 : 알데히드류 가스 흡착 실험
실시예 1 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 톨루엔, 아세트 알데히드, 포름알데히드, 포름알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, 암모니아 각각을 10L/min의 속도로 흘려주어 흡착량을 비교하였다. 온도는 23℃, 습도는 45% 조건에서 실험하였으며, TVOC detector를 통해 분석하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
흡착량(g/ml) 톨루엔 아세트
알데히드		 포름 알데히드 프로피온 알데히드 부틸 알데히드 암모니아
실시예 1 0.1042 0.0069 0.0107 0.0206 0.0726 0.0049
비교예 0.0987 0.0014 0.0067 0.0172 0.0583 0.0009
상기 표 2에서 나타나듯이, 실시예 1에서 제조한 활성탄소가 비교예에서 제조한 활성탄소에 비해 알데히드류 가스의 흡착량이 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3 : 유기 화합물 도입량에 따른 흡착 실험
실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 아세트 알데히드 가스를 흘려주어 흡착량을 비교하였다. 구체적 조건은 상기 실험예 2와 동일하다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 나타나듯이, 실시예 1, 실시예 3 내지 실시예 6에서 제조한 활성탄소가 비교예에서 제조한 활성탄소에 비해 흡착량이 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4 및 실시예 5에서 제조한 활성탄소가 가장 우수한 흡착 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 4 : 유기 화합물 종류에 따른 흡착 실험
실시예 4, 실시예 7, 실시예 8 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 아세트 알데히드 가스를 흘려주어 흡착량을 비교하였다. 구체 조건은 하기 실험예 2와 동일하다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 나타나듯이, 실시예 4, 실시예 7 및 실시예 8에서 제조한 활성탄소가 비교예에서 제조한 활성탄소에 비해 흡착량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4 및 실시예 7에서 제조한 활성탄소의 흡착량이 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 5 : 수용액 산/염기 조건에 따른 흡착 실험
실시예 1, 실시예 9 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 아세트 알데히드 가스를 흘려주어 흡착량을 비교하였다. 구체적 조건은 상기 실험예 2와 동일하다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 나타나듯이, 실시예 1 및 실시예 9에서 제조한 활성탄소가 비교예에서 제조한 활성탄소에 비해 흡착량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 더 나아가 실시예 9보다 실시예 1에서 제조한 활성탄소의 흡착량이 상대적으로 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예 6 : 수용액 온도 조건에 따른 흡착 실험
실시예 4, 실시예 10, 실시예 11 및 비교예에서 제조한 활성탄소에 아세트 알데히드 가스를 흘려주어 흡착량을 비교하였다. 구체적 조건은 상기 실험예 2와 동일하다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 나타나듯이, 실시예 4, 실시예 10 및 실시예 11에서 제조한 활성탄소가 비교예에서 제조한 활성탄소에 비해 흡착량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4 및 실시예 10에서 제조한 활성탄소의 흡착량이 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 표면에 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물이 도입된 활성탄소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전체 활성탄소 100 중량%에 대하여, 상기 유기 화합물이 0.1 내지 20 중량% 도입된 활성탄소.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 글라이신, 알라닌, 라이신, 세린, 아미노 벤조산 또는 글루탐산을 포함하는 활성탄소.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄소는 비표면적이 500 내지 3000m2/g인 활성탄소.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄소는 기공의 평균 직경이 10 내지 30 Å인 활성탄소.
  6. 활성탄소를 준비하는 단계;
    상기 활성탄소를 아미노기 및 카르복시기를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 수용액에 함침하는 단계; 및
    상기 수용액으로부터 활성탄소를 분리하는 단계
    를 포함하는 활성탄소의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 활성탄소를 준비하는 단계는
    활성탄소 전구체를 준비하는 단계;
    상기 활성탄소 전구체를 불활성 기체 하에서 열처리하여 탄화하는 단계 및
    탄화물질을 이산화탄소 및 스팀 혼합 기체 하에서 열처리하는 활성화 단계
    를 포함하는 활성탄소의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 함침하는 단계에서, 상기 수용액은 산성액을 더 포함하는 활성탄소의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 함침하는 단계에서, 상기 수용액은 염기액을 더 포함하는 활성탄소의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 함침하는 단계에서, 상기 수용액의 온도는 10 내지 90℃인 활성탄소의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 활성탄소를 분리하는 단계는
    상기 수용액으로부터 활성탄소를 여과하고, 탈수하는 단계 및
    상기 활성탄소를 건조하는 단계를 포함하는 활성탄소의 제조 방법.
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