화학처리 및 첨착 ACF를 이용한 악취물질의 제거

신창섭, 김덕기, 김기환, 최봉각, 이종대*, 유승곤**

충북대학교 안전공학과, 충북대학교 화학공학과*, 충남대학교 화학공학과**

Odor Removal by using Chemical Treated and Impregnated ACF

C. S. Shin, D. K. Kim, K. H. Kim, B. K. Choi, J. D. Lee*, S. K. Ryu**

Dept. of Safety Eng., Chungbuk National University,

Dept. of Chemical Eng., Chungbuk National University*,

Dept. of Chemical Eng., Chungnam National University**,

서 론

최근 많은 문제가 되고 있는 폐·하수처리장, 쓰레기 처리시설 등에서 발생하는 악취의 주성분은 암모니아, 메틸머켑탄 등의 물질이다. 이들 물질의 제거를 위해 기존의 활성탄을 이용한 흡착제거는 처리효율이 낮고, 이에 따른 흡착제의 충진량이 많아지고 시설용량이 커져 시설비의 투자가 높아지는 등의 결점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 활성탄의 성질의 개선과 ACF와 같은 흡착제의 활용등에 대한 연구들이 진행되고 있다.

기존의 대기정화용으로 널리 사용되고 있는 활성탄은 입자내에 미세공, 중간세공, 큰세공이 존재하고 있어 흡착시 입자내의 확산저항이 흡착속도에 중요한 변수로 작용하고 있다. 그러나 ACF는 활성탄의 경우와 달리 미세공만이 표면에 발달하여 입자내부에서의 확산저항이 없어 신속한 흡착능력을 보이고 있다.  또한 ACF는 활성탄에 비해 넓은 비표면적을 가지고 있어 이에 따른 높은 흡착능력과 구조적 특성에 의한 혼합물의 선택적 흡착이 가능하다는 등의 여러 가지 장점을 갖고 있다. 그러나 ACF 역시 본래의 물리흡착력만으로 여러 악취물질을 효과적으로 제거하기 어려우므로 표면을 여러 가지 방법으로 개질하여 사용하여야 한다.

본 연구의 목적은 ACF의 표면을 화학약품으로 처리, 표면을 개질하여 관능기를 부여하고, 또한 화학물질을 첨착시켜 특정악취물질에 대한 흡착능력을 증가시키는데 있다.

실 험

본 실험에 사용한 악취물질은 암모니아와 메틸머켑탄으로 0.3∼0.5vol%로 제조  한 가스를 희석하여 사용하였고, 주입농도는 100ppm을 기준으로 하여 흡착특성을 파악하고자 하였다.  실험에 사용한 ACF 는 Table 1과 같으며 110℃의 오븐에서 20시간 건조한 후 실험을 하였다.  또한 산, 알칼리등 화학물질에 의한 표면처리와 첨착에 따른 ACF의 메틸머켑탄과 암모니아의 흡착특성을 알아보기 위하여 NaOH와 HNO3로 표면처리된 ACF 와 H3PO4, KI 등을 첨착한 ACF에 대해 흡착실험을 하였으며, 암모니아와 메틸머켑탄의 농도는 GC를 사용하여 측정하였다.

Table 1. List of ACF sample.

Commodity	Precursor	Company
KF-1500	Cellulose fiber (Viscose rayon)	Toyobo
FX-200	Polyacrylonitrile (PAN)	Toho Rayon
FR-15	Pherolic resin (Kynol)	Kuraray Chemical
A-15	Coal tar pitch	Osaka Gas

결과 및 고찰

Fig.1은 활성탄과 4종류의 ACF에 대한 메틸머켑탄과 암모니아의 흡착량을 나타낸 것으로 ACF의 흡착량이 기상흡착용 입상활성탄보다 크게 나타났다.  메틸머켑탄의 경우 PAN계의 FX-200은 활성탄에 비해 약 3.5배의 흡착용량을 나타내고 있으며, KF-1500은 메틸머켑탄과 암모니아에서 우수한 흡착용량을 보이고 있다.

Fig.2는 A-15를 NaOH, HNO3 로 표면처리한 후 흡착특성을 나타낸 것으로 표면을 NaOH로 처리시 산성악취인 메틸머켑탄의 흡착능력이 1.7배정도 상승하였으며, HNO3 로 처리한 경우는 염기성 악취인 암모니아의 흡착량이 4.9배 증가하였다.  그리고 HNO3 의 처리는 메틸머켑탄의 흡착에는 거의 영향을 주시 않았으나 NaOH의 처리는 암모니아의 흡착에 상당한 감소 효과를 주었다.

Fig.3은 암모니아에 대한 흡착능력이 우수한 KF-1500과 FX-200에 H3PO4를 첨착시켜 흡착능력을 비교한 것으로, 첨착후 두 종류 모두 3.4배와 4.4배의 흡착능력의 증가를 나타내었다.

또한 KF-1500에 KI를 첨착시켰을 경우 처리전 흡착량에 비하여 아주 큰 증가를 보였으며, Na2CO3를 KF-1500과 FX-200에 첨착시에는 흡착량의 변화는 거의 없었으나 흡착속도가 증가하는 현상을 보였다.

참고문헌

1. Ermolenko I. N., Lyubliner I. P., Gulko N. V., Chemically Modified Carbon    Fibers and Their Application, VCH(1990)

2. Alder J. F., Fielden P. R. and Smith S. J., Carbon, 26, 701(1998)

3. Tokunaga N., Shiyyama H., Nitta T. and Katayama T., J. Chem. Eng.

Japan., 21, 431(1998)

Fig. 1. Adsorbed amount of Methyl Mercaptan and

Ammonia on AC and ACFs.

Fig. 2. Effect of surface treament on the adsorption characteristics.

Fig. 3. Effect of impregnation with H3PO4 on Ammonia adsorption.