Cetyltrimethylammonium chloride(CTAC)로 전처리한 활성탄에서의 Perchlorate 흡착능 향상

이희숙(Hee Suk Lee),손희종(Hee Jong Son),김상구(Sang Goo Kim),송미정(Mi Jung Song),유평종(Pyung Jong Yoo),최영익(Young Ik Choi) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.10

활성탄 재질별 신탄과 사용탄에서의 CTAC 처리유무에 따른 perchlorate 제거 특성을 조사한 결과, 활성탄 사용연수에 관계없이 석탄계 재질의 활성탄에서 perchlorate에 대해 가장 늦은 파과시점을 나타내었으며, CTAC를 처리한 경우 파과에 도달하는 BV는 31640, CTAC를 처리하지 않은 경우는 2301로 나타나 CTAC를 처리할 경우 13.7배 정도 파과시점이 연장되는 것으로 나타났다. 또한, 야자계 및 목탄계의 경우 CTAC 처리시 각각 Bed Volume(BV) 18409 및 5753에 파과에 도달하였으나 CTAC를 처리하지 않은 경우는 BV 719 및 288에 파과에 도달하여 25.6배 및 20배 정도 사용기간이 연장되었다. 3.1년 사용탄의 경우에도 CTAC를 처리한 활성탄이 처리하지 않은 활성탄에 비해 파과시점이 5∼6.5배 정도 연장되는 것으로 나타났다. 활성탄 g당 perchlorate에 대한 최대 흡착량(Adsorption capacity) (X/M) 평가에서는 CTAC를 처리한 석탄계, 야자계 및 목탄계 신탄의 최대 흡착량(X/M)이 각각 8303.7, 4478.8 및 1152.5 μg/g으로 나타나 CTAC를 처리하지 않은 석탄계, 야자계 및 목탄계 신탄의 최대 흡착량(X/M) 768.2, 299 및 99.2 μg/g에 비해 10.8배, 15배 및 11.6배 정도 최대 흡착량(X/M)이 증가하는 것으로 나타났다. CUR(Carbon usage rate)의 경우 석탄계 활성탄은 perchlorate의 제거를 위해 0.71g/일을 사용하지만 CTAC를 처리한 경우는 0.05 g/일을 사용하는 것으로 나타났으며, 야자계나 목탄계 활성탄의 경우는 2.16 g/일 및 3.45 g/일의 활성탄을 사용하여야만 제어가 가능하지만 CTAC를 처리한 경우는 야자계와 목탄계 각각 1일 0.08 g과 0.17 g을 사용하여도 제어가 가능한 것으로 나타났다. 활성탄의 흡착용량을 나타내는 k값의 경우 CTAC를 처리한 석탄계 활성탄이 1781.7로 CTAC를 처리하지 않은 활성탄의 307.2에 비해 월등히 높은 값을 나타내었으며, 야자계 및 목탄계 재질의 활성탄의 경우에도 CTAC를 처리한 경우가 각각 997.6과 461.9로 CTAC를 처리하지 않은 활성탄의 102.5와 94.2에 비해 월등히 높은 k값을 나타내어 CTAC를 처리한 활성탄에서 perchlorate에 대한 흡착용량이 월등히 향상되는 것으로 나타났다. Three different virgin and used activated carbons made of each coal(Calgon), coconut(Samchully) and wood(Picabiol) based activated carbons, and the acivated carbons with treated with cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) were tested for an adsorption performance of perchlorate in a continuous adsorption column. Breakthrough behavior was investigated for the virgin coal-, coconut-, wood-based activated carbons and the activated carbons with pretreatment with CTAC. The breakthrough points of the virgin coal-, coconut- and wood-based activated carbons were observed as 288 bed volume(BV), 719 BV and 2301 BV respectively. And the breakthrough points of the virgin coal-, coconut- and wood-based activated carbons with treated with CTAC were 5753 BV, 18409 BV and 31640 BV respectively. By using pretreatment with CTAC for the virgin activated carbons, the breakthrough point could be extended up to 25 times approximately. The breakthrough behavior was also investigated for used activated carbons(3.1 years) with and without treated with CTAC. The reported results of breakthrough points of with treated with CTAC were 5 times higher than those of without pretreatment with CTAC. Adsorption capacity(X/M) of the virgin coal-, coconut- and wood- based activated carbons, and the activated carbons with pretreatment with CTAC was observed. The experimental results of adsorption capacity showed that coal- based activated carbon was highest(768.2 μg/g), coconut- based activated carbon was intermediate(299 μg/g) and wood- based activated carbon was lowest(99.2 μg/g). And the adsorption capacity of the virgin coal-, coconut- and wood activated carbons with pretreatment with CTAC was shown as 8303.7, 4478.8 and 1152.5 μg/g respectively. Moreover, carbon usage rates(CURs) for the actiavted carbons had been also investigated. The results of CURs for the virgin coal-, coconut- and wood- based activated carbons were shown as 0.71 g/day, 2.16 g/day and 3.45 g/day respectively, and the virgin coal-, coconut- and wood- based activated carbons with pretreatment CTAC were shown as 0.05 g/day, 0.08 g/day and 0.17 g/day respectively. The constant characteristic of the system, k values for coal-, coconut- and wood- based activated carbons were found to be 307.2, 102.5 and 94.2, respectively. And k values for coal-, coconut- and wood- based activated carbons with pretreatment CTAC were found to be 1781.7, 997.6 and 461.9 respectively. Consequently, the results presented in this paper provided a better insight into the adsorption performance of perchlorate. This observation suggested that using the virgin activated carbon made of coal was the best selection for removal of percholrate in the water treatment for an advanced treatment. And when the activated carbons were treated with CTAC, higher removal efficiency for perchlorate in the water can be obtained.

미분활성탄을 이용한 웰빙형 보드제조 및 흡착특성

강상준 ( Sang-jun Kang ),김기중 ( Ki-joong Kim ),최다영 ( Da-young Choi ),이명석 ( Myung-seok Lee ),정민철 ( Min-chul Chung ),안호근 ( Ho-geun Ahn ) 한국환경기술학회 2009 한국환경기술학회지 Vol.10 No.2

본 연구에서는 미분 활성탄과 숯에 바인더를 혼합하여 활성탄 보드를 성형하고, 흡착성능을 조사하여 실내 오염물질 제거용 흡착보드로의 활용가능성을 알아보았다. 흡착성능은 휘발성유기화합물(VOC)인 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 포름알데히드(HCHO)를 대상으로 하여 유통식 흡착장치에서 조사하였다. 제조한 활성탄 보드는 평균 세공크기는 거의 변화하지 않았지만, 미분활성탄과 숯의 혼합비율에 따라 비표면적과 세공부피와 같은 물리적 특성은 변화하였다. 이는 첨가된 숯이 혼합하는 과정에서 미세하게 파쇄되어 원료 활성탄의 미세세공에 침투하여 물성에 영향을 미치는 것으로 생각되었다. 활성탄 보드의 톨루엔에 대한 흡착성능은 원료 활성탄에 비해 다소 감소하였지만 미분활성탄 자체의 흡착성능 이상을 유지하였다. 흡착물질 중에서 톨루엔이 모든 활성탄보드에 가장 많이 흡착하는 결과를 보였다. 활성탄 보드의 흡착량과 물성과의 상관관계는, 다른 비율로 혼합한 미분활성탄과 숯의 영향으로 비슷한 세공구조를 가지지 못해 뚜렷하지 않았다. 결과적으로 입상활성탄에 미분활성탄과 숯을 적당량 혼합하여 제조한 활성탄 보드는 실내의 휘발성유기화합물과 포름알데히드를 제거하기 위한 친환경 흡착소재로 활용할 수 있음을 알았다. In this paper, well-being typed activated carbon sheets were prepared by mixing powdered activated carbon and charcoal with three types of granular activated carbon. The sheets were aimed to apply to removal of indoor pollutants. Adsorption performance of the sheets for benzene, toluene, xylenes, and formaldehyde was investigated using flow-typed experimental apparatus. Average pore size of the sheets did not change, but physical properties such as specific surface area and pore volume were changed according to the mixed amounts of powdered activated carbon and charcoal. This fact suggests that penetration of fine charcoal formed during its mixing process into micropore of granular activated carbon might change its physical properties. Adsorption performance of the sheets was not higher than that of granular activated carbon, but was over or similar to that of powdered activated carbon. The prepared sheets were most favorable to adsorption of toluene. Close correlation between adsorbed amounts and physical properties was not obtained because pore structure of the sheets did not similar to each other. As a result, it was considered that the activated carbon sheets prepared by mixing powdered activated carbon and charcoal properly could be used as an eco-material for improving indoor air quality.

시화반월산업단지 활성탄 공동재생시스템 적용을 위한 활성탄 흡착탑 개선에 따른 환경적 효과분석

최여진(Ye Jin Choi),이영우(Young Woo Rhee),정구회(Gu Hoi Chung),김덕현(Duk Hyun Kim),박승준(Seung Joon Park) 한국청정기술학회 2021 청정기술 Vol.27 No.2

본 연구에서는 시화반월산업단지에서 보편적으로 사용하고 있는 일반형 활성탄흡착탑과 활성탄 공동재생시스템 적용을 위해 개발된 카트리지형 활성탄흡착탑으로 개선하여 얻게 되는 환경적 효과분석을 고찰하였다. 일반형 활성탄흡착탑 4개소와 카트리지형 활성탄흡착탑 2개소를 선정하여 사용하고 있는 활성탄의 물성특성을 분석하고 환경오염물질의 저감효율을 비교 분석하였다. 그 결과, 카트리지형 활성탄 흡착탑에 사용되는 활성탄은 요오드흡착력 800 mg g<SUP>-1</SUP> 이상의 양질의 활성탄으로 확인되었으며 교체주기내에서 양호한 수준으로 활성탄 흡착성능이 유지되는 것으로 확인되었다. 환경오염물질 저검효율 분석결과 카트리지형 활성탄 흡착탑의 경우 THC (Total Hydrocarbon), toluene 및 MEK (Methylethylketone) 성분의 처리효율이 각각 71%, 77% 및 80%로 좋은 처리효율을 보인 것으로 확인되었다. 일반형 활성탄 흡착탑은 처리효율이 매우 낮아 배출오염 물질을 처리하는 방지시설로서의 역할을 제대로 하지 못하고 있었다. 일반형 활성탄 흡착탑을 카트리지형 활성탄 흡착탑으로 개선하여 운영 시 배출오염물질을 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다. This study investigated the environmental effects of improving the general-type activated carbon adsorption tower used at the Sihwa/Banwol Industrial Complex with use of a cartridge-type activated carbon adsorption tower for the application of an activated carbon co-regenerated system. Four general-type activated carbon adsorption towers and two cartridge-type activated carbon adsorption towers were selected to analyze the properties of activated carbon and to compare the efficiency of reducing environmental pollutants. The results showed that the activated carbon used in the cartridge-type activated carbon adsorption towers was high quality activated carbon with an iodine adsorption force of more than 800 mg/g and that a good adsorption performance was maintained within the replacement cycle. From an analysis of the environmental pollutant reduction efficiency, it was confirmed that the cartridge-type activated carbon adsorption tower functioned properly as a prevention facility for handling emissions pollutants with a treatment efficiency of total hydrocarbons (THC), toluene, and methylethylketone (MEK) components of 71%, 77%, and 80%, respectively. The general activated carbon adsorption tower, which was confirmed to use low-performance activated carbon, had a very low treatment efficiency and did not function properly as a prevention facility for dealing with emission pollutants. It is believed that it is possible to reduce pollutants during operations by changing from the general-type activated carbon adsorption tower to a cartridge-type activated carbon adsorption tower.

활성탄 재질 및 사용연수에 따른 Tetracycline계 항생물질 흡착특성

손희종(Hee Jong Son),정종문(Jong Moon Jung),황영도(Young Do Hwang),노재순(Jae Soon Roh),유평종(Pyung Jong Yu) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.9

입상활성탄 재질별 신탄 및 사용탄에서의 tetracycline계 항생물질 4종에 대한 파과특성의 경우 석탄계 활성탄이 가장 늦게 파과에 도달하였으며, 다음으로 야자계, 목탄계 순으로 조사되었다. 또한, 물질별 활성탄에서의 파과특성을 살펴보면 tetracycline(TC)의 파과시점이 가장 늦은 것으로 나타났으며, 다음으로 oxytetracycline(OTC), chlortetracycline(CTC), minocycline(MNC)으로 나타났다. 활성탄 g당 tetracycline계 항생물질 4종에 대한 최대 흡착량(X/M)은 석탄계 활성탄이 가장 높은 것으로 나타났으며, 다음으로 야자계와 목탄계 순으로 나타났다. tetracycline계 항생물질 4종에 대한 석탄계 활성탄의 최대 흡착량(X/M)은 야자계와 목탄계 활성탄에 비해 각각 1.27∼1.36배 및 1.69∼1.84배 정도 높은 것으로 조사되었다. 활성탄 사용율(carbon usage rate, CUR)은 tetracycline의 경우 석탄계 재질의 활성탄이 2.96 g/일, 야자계나 목탄계 활성탄은 각각 3.40 g/day 및 4.53 g/day의 활성탄을 사용하여야만 제어가 가능한 것으로 조사되어 석탄계 활성탄이 다른 재질의 활성탄들에 비해 적은 양으로도 tetracycline계 항생물질을 제어할 수 있는 것으로 나타났으며, 나머지 tetracycline계 항생물질 3종에서도 이와 유사한 결과를 나타내었다. 또한, 석탄계 활성탄 신탄과 사용탄에 대한 CUR을 비교해보면 tetracycline의 경우 신탄을 사용하였을 경우 보다 1.3년 사용탄 및 3.1년 사용탄을 사용하였을 경우가 CUR이 1.96배 및 2.53배 정도 높은 것으로 나타났다. Adsorption performance of tetracycline antibiotic compounds such as tetracycline(TC), oxytetracycline(OTC), chlortetracycline(CTC) and minocycline(MNC) on granular activated carbon(GAC) was evaluated in this study. The coal-based activated carbon was found to be more effective than other carbons in adsorption of tetracycline antibiotic compounds. The wood-based activated carbon was less effective than coconut- and coal-based carbon in adsorption nevertheless having larger pore volume and specific surface area than others carbons. The maximum adsorption capacities(X/M) of coal-based activated carbon for the four tetracycline species was 1.27∼1.36 and 1.69∼1.84 times larger than coconut- and wood-based activated carbon, respectively. Carbon usage rates(CUR) of coal-, coconut- and wood-based activated carbons for tetracycline(TC) were 2.96 g/day, 3.40 g/day and 4.53 g/day, respectively. Similar results were obtained in the adsorption of the rest three tetracycline species. It is concluded that coal-based activated carbon could removed the tetracycline antibiotic compounds better than other material-based activated carbons.

활성탄 재질과 사용연수에 따른 Geosmin과 MIB 흡착특성

이화자(Hwa Ja Lee),손희종(Hee Jong Son),이철우(Chul Woo Lee),배상대(Sang Dae Bae),강임석(Lim Seok Kang) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.4

활성탄 재질별 geosmin과 2-MIB의 최대 흡착량은 석탄계 재질의 활성탄이 가장 우수한 것으로 나타났고, 다음으로 야자계, 목탄계 활성탄 순으로 나타났으며, geosmin과 2-MIB에 대한 석탄계 활성탄의 최대 흡착량(X/M)은 신탄의 경우 야자계와 목탄계 활성탄에 비해 각각 1.2~1.9배 및 2.1~2.6배 정도 높은 것으로 조사되었다. 또한, 3.1년 사용탄의 경우는 석탄계와 목탄계 재질의 활성탄에서 높게 나타났으며, 5.9년 사용탄의 경우는 목탄계 재질의 활성탄이 석탄계 재질의 활성탄보다도 높게 나타났다. 활성탄에서의 흡착용량을 나타내는 k값의 경우 활성탄 재질별, 사용연수별 geosmin과 2-MIB에 대해 전체적으로 geosmin이 크게 나타나고 있어 활성탄 흡착공정에서 2-MIB 보다 제거가 용이한 것으로 조사되었다. 활성탄 사용율(CUR)은 석탄계 재질의 활성탄이 geosmin과 2-MIB에 대해 1.72 g/day 및 1.44 g/day, 야자계나 목탄계 활성탄의 경우는 각각 1.72와 2.05 g/day 및 2.12와 1.90 g/day의 활성탄을 사용하여야만 제어가 가능한 것으로 조사되었으며, 또한, 3.1년과 5.9년 사용탄의 경우는 목탄계 재질의 활성탄이 geosmin과 2-MIB에 대해 각각 3.13과 4.57 g/day 및 2.87과 4.14 g/day로 나타나 다른 재질의 활성탄들에 비해 적은 양으로도 geosmin과 2-MIB를 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 석탄계와 야자계 재질의 신탄, 3.1년 및 5.9년 사용탄들에 대해 geosmin과 2-MIB의 최대 흡착량(ng/g)과 비표면적(m2/g) 및 총 세공용적(cm3/g)에 대한 상관성 조사결과, 최대 흡착량은 비표면적 보다는 총 세공용적이 높은 상관성을 가지는 것으로 나타났으며, 최대 흡착량과 총 세공용적의 상관식은 geosmin의 경우는 y = 264,459 × -79,047(R² = 0.95), 2-MIB는 y = 319,650 × -101,762(R² = 0.93)으로 나타났다. Adsorption performance of odorous compounds such as geosmin and 2-MIB on granular activated carbon were evaluated in this study. The coal-based activated carbon was found more effective than other carbons in adsorption of geosmin and 2-MIB. The wood-based virgin activated carbon was less effective than coconut- and coal-based carbon in adsorption nevertheless having larger pore volume and specific surface area than others carbons. The maximum adsorption capacity(X/M) of coal-based activated carbon for geosmin and 2-MIB was 1.2~1.9 and 2.1~2.6 times larger than coconut- and wood-based virgin activated carbon, respectively. Carbon usage rate (CUR) of coal-, coconut- and wood-based virgin activated carbons for geosmin and 2-MIB were 1.72 and 1.44 g/day, 1.72 and 2.05 g/day and 2.12 and 1.90 g/day, respectively. In the evaluation of adsorption isotherm of geosmin and 2-MIB for coal-, coconut- and wood-based virgin activated carbons, k value of 2-MIB was lower than geosmin, It menas 2-MIB is more difficult to remove by activated carbon adsorption than geosmin. The relationship of max. adsorption versus total pore volume of coconut- and wood-based virgin and used activated carbon for geosmin and 2-MIB were y = 264,459 × -79,047(R² = 0.95), y = 319,650 × -101,762(R² = 0.93).

활성탄 종류별 메틸렌블루 흡착특성 비교

라덕관 ( Deog-gwan Ra ),김이슬 ( E-sul Kim ),정정조 ( Cheong-jo Cheong ),정상철 ( Sang-chul Jung ),이경동 ( Gyeong-dong Lee ) 한국환경기술학회 2008 한국환경기술학회지 Vol.9 No.1

활성탄 종류에 따른 메틸렌 블루의 흡착성능을 파악하기 위하여 흡착실험을 수행하였다. 메틸렌 블루 수용액의 농도 100mg/L에 활성탄을 62.5㎎/L 첨가하였을 때, 활성탄(A)는 21.4%, (B)는 14.2%, (C)는 17.7% 흡착하였고, 활성탄을 125㎎/L을 첨가하였을 때, 활성탄(A)는 48.6%, (B)는 41.7%, (C)는 46.4%, 활성탄 250㎎/L을 첨가하였을 때, 활성탄(A)는 60.9%, (B)는 53.6%, (C)는 55.1%의 흡착률을 나타냈다. 따라서 활성탄의 첨가량이 증가할수록 흡착률은 증가하는 경향을 나타내었으며, 흡착평형에 도달되는 시간은 10분으로 나타났다. 활성탄 첨가량 250mg/L의 경우 메틸렌 블루 수용액의 농도 100㎎/L에서 활성탄(A)는 38.9%, (B)는 33.1%, (C)는 34.0%, 수용액의 농도 200㎎/L에서 활성탄 (A)는 38.9%, (B)는 33.1%, (C)는 34.0%, 수용액의 농도 300mg/L에서 활성탄 (A)는 38.9%, (B)는 33.1%, (C)는 34.0% 흡착되었다. 석탄계(A), 식물계(B), 석유계(C) 활성탄 중 석탄계 활성탄이 가장 높은 흡착효율을 보였으며, 흡착등온식은 Langmuir식 보다는 Freundlich식이 더 적합하였다. Adsorption experiments were performed to find out the adsorption capacity of methylene blue on activated carbons from coal(A), coconut(B) and oil carbon(C). When 100mg/L of methylene blue adopted to 62.5mg/L of each activated carbon, adsorption efficiency were achieved as 21.4%(A), 14.2%(B) and 17.7%(C). On the case of 125mg/L and 250mg/L for activated carbon dosage, it was changed 48.6% to 60.9%(A), 41.7% to 53.6%(B) and 46.4% to 55.1%(C). Therefore, some tendency was shown that the increasing of adsorption rate was proportioned to the addition amount of activated carbon. And the adsorption equilibrium time was measured by 10minutes. In the meantime, on the various case of changing 100mg/L, 200mg/L and 300mg/L of methylene blue solution concentration on dosage of activated carbon as 250mg/L, the adsorption efficiency were discovered that 38.9%, 33.9% and 38.9% on activated carbon(A), 33.1%, 33.1% and 33.1% on activated carbon(B), 34.0%, 34.0% and 34.0% on activated carbon(C). Activated carbon(C) was shown the highest adsorption efficiency, comparing to activated carbon(A) and (B). The adsorption isotherm were well fitted with the Langmuir equation rather than with that of Freundlich.

방사형 다단 회전로를 이용한 폐활성탄 재생

김상국,김민숙,박영권,김용 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

폐활성탄의 재생방법은 가열재생법, 약품처리 재생법, 산화분해법, 미생물분해법등이 있다. 본 연구에서는 가열재생방법에 의하여 대기 및 수질용 활성탄을 재생하였다. 가열재생방법으로 다단로(multiple hearth furnace) 또는 로타리 킬른(rotary kiln)이 사용되어 왔으나 본 연구에서는 원통드럼 내부를 다수(보통 5-7개)의 구역으로 나누어 투입물이 순차적으로 각 구역을 통과하게 함으로써 투입물의 체류시간 증가, 장치의 소형화 및 열손실 감소를 특징으로 하는 방사형 다단 회전로(radial multi-pass rotary furnace)를 사용하였다. 실험대상 폐활성탄은 직경 4mm 성형탄, 4x8(4 mesh통과 8 mesh걸림)탄으로 용도는 대기용이며, 수질용은 8x30탄을 사용하였다. 재생처리는 가열재생만 하였으며 활성화과정은 거치지 않았다. 방사형 다단 회전로는 직경이 2.15m, 길이가 3m이며 투입량은 대기용 활성탄은 600[kg/hr], 수질용 활성탄은 400[kg/hr]이고 체류시간은 대기용이 약 40분 수질용은 약 60분이다. 대기용 활성탄은 휘발성유기화합물을 흡착하여 포화된 상태이므로 예열 후 열재생시 휘발분의 탈착 및 자연발화에 의하여 400,000[Kcal/hr] 버너(노즐1: 250,000, 노즐 2: 150,000) off 상태에서의 운전 또는 노즐2의 주기적인 on-off 상태하에서 운전하였다. 수질용 활성탄은 함수율이 높고 휘발분 흡착량이 적으므로 2개의 노즐이 상시적으로 on 상태에서 운전하였다. 처리전 대기용 폐활성탄 함수율이 6.4-7.3% 이었으며 수질용 폐활성탄은 30.3%이었다. 승온속도 10℃/min, 최대온도 1,000℃, 질소분위기하에서 열중량분석 결과 600℃에서 감량은 대기용이 12.5-17.6%, 수질용이 33.4%이었으며 1,000℃에서는 대기용이 16.6-26.3%, 수질용이 42.7%이었다. 재생한 대기용활성탄의 요오드흡착력은 800-950[mg/g]이었으며 수질용은 939-1,086[mg/g]이었다. 폐활성탄의 가열재생 후 공업분석 결과 휘발분이 대기용활성탄은 평균 55.7%감소하였으며 수질용활성탄은 34.3%가 감소하였다. 폐활성탄의 가열재생 결과 고정탄소 함량은 68.01 → 85.30%, 72.53 → 84.03%로 증가하였으며, 수질용은 57.73 → 84.18%로 증가하였다. 원소분석결과 탄소함량은 대기용이 82.6 → 92.85%로 증가함을 보였다. 방사형다단 회전로는 내통과, 외통, shell로 구성된다. 내통과 외통을 일체형으로 제작하여 장시간(2년)을 운전한 결과 내통과 외통부의 온도차에 의하여 내통과 외통의 접합부에 발생한 열응력에 의하여 마이크로크랙이 생기고 또한 점차 성장하여 파손부위가 확대됨을 관찰하였다. 파손은 온도차이가 심한 중간부가 가장 심하였다. 내통과 외통을 별도로 제작하고 체결방식을 개선하여 6개월 연속운전한 결과 육안에 의한 파손은 관찰되지 않았다.

C-32 : 방사형 다단 회전로를 이용한 폐활성탄 재생

김상국,김민숙,박영권,김용 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

폐활성탄의 재생방법은 가열재생법, 약품처리 재생법, 산화분해법, 미생물분해법등이 있다. 본 연구에서는 가열재생방법에 의하여 대기 및 수질용 활성탄을 재생하였다. 가열재생방법으로 다단로(multiple hearth furnace) 또는 로타리 킬른(rotary kiln)이 사용되어 왔으나 본 연구에서는 원통드럼 내부를 다수(보통 5-7개)의 구역으로 나누어 투입물이 순차적으로 각 구역을 통과하게 함으로써 투입물의 체류시간 증가, 장치의 소형화 및 열손실 감소를 특징으로 하는 방사형 다단 회전로(radial multi-pass rotary furnace)를 사용하였다. 실험대상 폐활성탄은 직경 4mm 성형탄, 4x8(4 mesh통과 8 mesh걸림)탄으로 용도는 대기용이며, 수질용은 8x30탄을 사용하였다. 재생처리는 가열재생만 하였으며 활성화과정은 거치지 않았다. 방사형 다단 회전로는 직경이 2.15m, 길이가 3m이며 투입량은 대기용 활성탄은 600[kg/hr], 수질용 활성탄은 400[kg/hr]이고 체류시간은 대기용이 약 40분 수질용은 약 60분이다. 대기용 활성탄은 휘발성유기화합물을 흡착하여 포화된 상태이므로 예열 후 열재생시 휘발분의 탈착 및 자연 발화에 의하여 400,000[Kcal/hr] 버너(노즐1: 250,000, 노즐 2: 150,000) off 상태에서의 운전 또는 노즐2의 주기적인 on-off 상태하에서 운전하였다. 수질용 활성탄은 함수율이 높고 휘발분 흡착량이 적으므로 2개의 노즐이 상시적으로 on 상태에서 운전하였다. 처리전 대기용 폐활성탄 함수율이 6.4-7.3% 이었으며 수질용 폐활성탄은 30.3%이었다. 승온속도 10oC/min, 최대온도 1,000oC, 질소분위기하에서 열중량분석 결과 600oC에서 감량은 대기용이 12.5-17.6%, 수질용이 33.4%이었으며 1,000oC에서는 대기용이 16.6-26.3%, 수질용이 42.7%이었다. 재생한 대기용활성탄의 요오드흡착력은 800-950[mg/g]이었으며 수질용은 939-1,086[mg/g]이었다. 폐활성탄의 가열재생 후 공업분석 결과 휘발분이 대기용활성탄은 평균 55.7%감소하였으며 수질용활성탄은 34.3%가 감소하였다. 폐활성탄의 가열재생 결과 고정탄소 함량은 68.01 → 85.30%, 72.53 → 84.03%로 증가하였으며, 수질용은 57.73 → 84.18%로 증가하였다. 원소분석결과 탄소함량은 대기용이 82.6 → 92.85%로 증가함을 보였다. 방사형다단 회전로는 내통과, 외통, shell로 구성된다. 내통과 외통을 일체형으로 제작하여 장시간(2년)을 운전한 결과 내통과 외통부의 온도차에 의하여 내통과 외통의 접합부에 발생한 열응력에 의하여 마이크로크랙이 생기고 또한 점차 성장하여 파손부위가 확대됨을 관찰하였다. 파손은 온도차이가 심한 중간부가 가장 심하였다. 내통과 외통을 별도로 제작하고 체결방식을 개선하여 6개월 연속운전한 결과 육안에 의한 파손은 관찰되지 않았다.

활성탄이 내부핵으로 존재하는 황토볼의 흡착성능 평가

김종대,정승현,정병곤 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

음식물 쓰레기 30%, 황토 50%, 점토 20%의 혼합비율에서 분쇄 활성탄을 음식쓰레기 중량에 대하여 1, 3, 5, 7, 10% 혼입하여 제조된 황토볼의 내부 활성탄 잔류물의 흡착성능을 평가하기 위하여 요오드 흡착력 실험을 수행하였다. 실험의 신뢰성을 위하여 각 분쇄활성탄 혼합비에 따라 제조된 황토볼 5개를 분쇄한 후 혼합한 것을 KS-A-5101에 의한 325 mesh 표준체(45㎛ 이하)를 통과시켜 정확히 0.5g을 취해 0.1N 요오드용액 50 ㎖에 섞은 후 상온에서 진탕기를 이용하여 15분 동안 진탕하였다. 진탕후 2,000 rpm으로 원심분리한후 상등액 10 ㎖를 정확히 취하여 0.1N 티오황산나트륨 용액으로 적정하여 흡착량을 계산하였다. 또한, 분쇄활성탄 혼합비에 따라 제조된 황토볼의 메틸렌블루 흡착효율 분석을 위한 칼럼 흡착실험을 수행하였는데, 사용된 칼럼은 내경 4.5㎝, 높이 50㎝ 규격으로써 유효용량 700㎖의 투명 원통 아크릴로 제작하였다. 각 칼럼에 황토볼 약 50% 충진하고, 200㎎/ℓ 농도의 메틸렌블루 수용액 일정량을 채운후 충분한 혼합을 위하여 칼럼 하부에 산기석을 설치하여 공기를 공급하였다. 시료채취는 2분 간격으로 10㎖씩 채취하여 2,000 rpm으로 원심 분리한 상등액에 대하여 UV 655㎚에서 흡광도를 측정하여 흡착량을 계산하였다. 활성탄 혼합비에 따라 제조된 황토볼의 요오드 흡착력을 분석한 결과, 활성탄 혼합비가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 보아 황토볼 내부핵으로 존재하는 활성탄으로 인해 흡착성능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 활성탄 투입량 5% 조건에서 고온 소성과정을 거치지 않은 시료의 경우 요오드 흡착량이 123 mg/g인 반면, 동일 활성탄 투입량 5% 조건에서 소성과정을 거친 시료의 경우 요오드 흡착량이 217 mg/g로 훨씬 높게 나타난 것으로 보아 음식물쓰레기에 혼입한 활성탄이 파과점에 도달하였음에도 불구하고 고온 소성과정에서 재생됨을 증명할 수 있었다. 활성탄 혼합비에 따라 제조된 황토볼의 메틸렌블루 흡착 칼럼 실험을 수행한 결과, 활성탄 혼합량이 증가할수록 메틸렌블루 흡착율도 증가하는 경향을 보였는데, 혼합비 5% 이상에서 매우 빠른 초기 흡착속도를 보였으며, 흡착시간 약 6분에서 흡착평형에 도달하는 것으로 나타난 반면, 활성탄을 혼합하지 않은 황토볼은 실험종료까지 흡착평형에 도달하지 못하는 것으로 나타나 활성탄 혼입에 의한 흡착성능 향상을 명백히 확인할 수 있었다. 요오드 흡착속도가 다소 완만해지고, 메틸렌블루 흡착평형 도달시간이 짧고 비교적 흡착효율도 우수한 혼합비 5%가 기능성 세라믹 황토볼 제조를 위한 활성탄 적정 혼합비인 것으로 평가되었다.

활성탄이 내부핵으로 존재하는 기능성 세라믹 황토볼의 물리적 특성

김종대,정승현,정병곤 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

음식물 쓰레기와 황토 및 점토를 혼합시켜 황토볼을 제조한 결과 적정 혼합비는 음식물 쓰레기 30%, 황토 50%, 점토 20%인 것으로 나타났다. 본 연구에서는 여기에 분쇄 활성탄을 음식쓰레기 중량에 대하여 1, 3, 5, 7, 10% 혼입하여 제조된 황토볼 내부에 활성탄을 존재시켜 이로 인한 흡착이 가능하도록 하였다. 이를 위하여 각 혼합량에 따라 혼입하여 반죽 후 구형으로 성형한 것을 약 24시간동안 자연 건조시키고 2시간 동안 105℃ dry oven에서 열풍건조, 900±10℃ 전기로에서 1시간동안 소성하여 제조·완성하였다. 각 제조 조건에서 제조된 황토볼의 물성 평가를 위해 압축강도, 공극율, 흡수율, 비표면적을 측정하였는데, 압축강도는 Instron사의 강도 측정기(Model 1011)를 이용하여 측정하였고, 공극율 및 흡수율은 KSL 3114의 측정방법으로 측정하였다. 비표면적은 미세기공물리흡착분석기(MicroPore Physisorption Analyzer, ASAP-2020M, Micromeritics, USA)를 이용하여 분석하였다. 또한, 제조된 황토볼의 표면 및 내부의 형상은 주사전자현미경(Scanning electron microscope : SEM, DSM940A, Germany) 촬영을 통하여 관찰하였다. 음식물쓰레기에 활성탄을 혼입하여 황토 및 점토와 섞어 황토볼을 제조한 결과, 활성탄 혼합량이 증가하여도 압축강도의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 소결과정에서 결합성과 압축강도를 증대시키는 SiO₂ 및 Al₂O₃가 활성탄에는 거의 없고 구성물질의 대부분이 탄소로 구성되어 있어 기계적 강도에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, 활성탄 함량이 증가할수록 공극율과 비표면적이 선형적으로 증가하는 것은 공극성과 비표면적이 매우 큰 활성탄이 성상 및 구조변화 없이 황토볼 내부핵으로 그대로 존재하기 때문인 것으로 판단된다. 단면을 확인해 본 결과 표면 약 2 mm부터 명백한 탄화물의 형성이 관찰되었으며, 이는 공기에 노출된 표면은 고온 소성과정에서 혼입된 활성탄이 완전 연소되었으나 공기와 차단된 내부는 연소되지 않은 상태로 활성탄이 그대로 남아 있기 때문인 것으로 판단된다. 활성탄 혼입이 공극율 및 비표면적 증가에 매우 효과가 있음을 알 수 있었으며, 활성탄 혼합량 변화에도 제조된 기능성 황토볼의 압축강도 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 활성탄 혼입에 따라 공극율과 비표면적이 증가함에도 불구하고 흡수율 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 음식물쓰레기에 활성탄을 혼입하여 황토 및 점토와 섞어 황토볼을 제조한 결과 황토볼 내부에 활성탄이 내부핵으로 명백히 존재하는 것을 확인할 수 있었으며 공극율 및 비표면적 증가에 매우 효과가 있음을 알 수 있었다.