낙엽송과 참나무의 탈리그닌화 및 탄화물 특성 = Delignification and Carbonization Properties of Larch and Oak

국문 초록 (Abstract)

최근 코크스, 페놀레진계 흡착제 대신 바이오매스 유래 흡착제 생산이 활발히 이루어지고 있다. 목질계 바이오매스의 주요 구성성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이며 탄소의 함량이 풍부해 흡착제 생산에 적합한 전구체이다. 목질계 바이오매스는 탄화되는 과정에서 구성성분들의 열분해로 높은 비표면적 및 다공성을 형성하며 이러한 구조적 특징은 수종의 구성성분 및 함량에 따라 상이하다. 특히 기공 크기와 구조의 특징은 향후 다양한 유기화합물을 제거하는 소재로 사용하는 데 있어 중요한 요소로 작용한다. 하지만 목질계 바이오매스의 구성성분 함량을 조절하여 생성된 탄화물의 특성을 비교하는 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 셀룰로오스 및 리그닌의 함량이 탄화 특성에 미치는 영향을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 참나무와 낙엽송을 과산화수소-빙초산 용액과 혼합하여 80℃ 항온수조에서 1, 2, 3시간 동안 단계적으로 탈리그닌을 수행하였다. 이후 600℃에서 1시간 동안 탄화 과정을 거쳐 탄화물을 제작하여 탈리그닌 및 탄화물의 구조 특성을 분석하였다. 그 결과 참나무와 낙엽송 모두 탈리그닌 처리 시간이 길어짐에 따라 글루칸과 헤미셀룰로오스 유래 당 성분이 증가하였으며 리그닌은 제거되었다. 원시료 및 탈리그닌 탄화물의 비표면적은 탈리그닌 시료와 비교했을 때 크게 증가하였으며 기공크기는 감소하였다. 원시료 및 탈리그닌 탄화물은 약 90%의 탄소를 포함하였다. 열중량 분석(TGA)를 통해 탄화물의 높은 열 안전성을 확인하였으며 FE-SEM을 통해 탄화물의 기공형성을 확인하였다.