첨착 활성탄소섬유를 이용한 황화합물계 악취의 제거

신창섭, 김기환, 김덕기, 최봉각

충북대학교 안전공학과

Removal of Sulfur Compound Odors by using Impregnated ACF

C. S. Shin, K. H. Kim, D. K. Kim, B. K. Choi

Department of Safety Eng., Chungbuk National University.

서  론

피혁공장, 화학공장, 유지공장, 슬러지처리장 등에서 발생하는 악취물질중 유황화합물질로는 수용성인 황화수소, 메틸머켑탄류와 난용성인 황화알킬류가 있으며 아주 적은 농도에서도 악취를 느낄 수 있고, 자극이 매우 심하다.

특히, 황화수소와 메틸머켑탄은 거의 모든 악취의 주요 원인물질로서 작업현장 내에 혼합물질로 존재한다. 이러한 악취는 인체의 건강에 대부분의 경우 상가적으로 작용하게 되며, 이들의 처리가 반드시 필요하다.

이러한 악취물질을 제거하기 위하여 본 연구에서는 활성탄소섬유를 이용하였으며 ACF의 표면에 화학물질을 첨착시켜 황화합물계 악취에 대한 제거효율을 증가시키고자 하였다. 황화수소와 메틸머켑탄에 대하여 첨착 ACF가 악취물질의 제거효율에 미치는 영향을 분석하였으며, 재생효율을 증가시키고자 하였다.

실 험

본 실험에 사용한 실험장치는 Fig.1과 같으며, 악취물질은 0.3∼0.5vol%로 제조한 가스를 희석하여 사용하였고, 주입농도는 100ppm을 기준으로 하여 흡착특성을 파악하였다. 흡착제는 화학물질로 첨착한 ACF를 건조시킨 후 사용하였으며, 황화수소, 메틸머켑탄의 농도는 GC(FPD)를 사용하여 측정하였다.

결과 및 고찰

전구물질이 다른 4종류의 ACF 중 셀룰로즈계 ACF가 황화합물계 악취물질을 제거하는데 가장 효과가 우수하였다. 따라서 셀룰로즈계 ACF에 첨착제를 첨착하여 황화수소, 메틸머켑탄을 각각 주입하였을 경우 첨착제의 영향이 매우 효과적이었으며, 특히 황화수소보다 메틸머켑탄의 제거에 뛰어난 효과를 나타냄을 알 수 있었다.

Fig. 2는 첨착 ACF에 황화수소와 메틸머켑탄을 각각 주입하였을 경우와 혼합 악취를 주입하였을 경우 흡착특성을 나타낸 것으로 황화수소, 메틸머켑탄 모두 단일 물질보다 흡착량이 각각 149.1mg/g, 150.7mg/g로 39.3%, 12.4%씩 감소함을 알 수 있었다. 이는 두 악취물질이 모두 산성으로 첨착 ACF에서의 경쟁 흡착에 의한 것으로 생각된다.

셀룰로즈계 ACF에 첨착제를 첨착하였을 경우 황화수소와 메틸머켑탄의 제거 후와 재생 후의 변화를 알아보기 위하여 SEM사진을 Fig. 3에 나타내었다. 첨착 ACF의 제거 후의 표면에는 새로운 작은 입자물질들이 생성된 것을 확인할 수 있었으나, 재생 후의 표면은 작은 입자들은 제거되어 재생의 용이함을 알 수 있었다. 이로써 황화합물계 악취가 첨착제를 촉매로하여 분해 제거되거나 대기중의 산소와 반응하여 다른물질로 바뀌는 것이라 추정된다.

1. Flowmeter	4. Threeway valve

2. Mixing vessel	5. Adsorption bed

3. MFC

Fig. 1. Schematic diagram of experimental apparatus.

주입 농도에 따른 흡착특성을 측정하기 위하여 Fig. 4에 황화수소와 메틸머켑탄의 농도를 변화시켰다. 주입농도가 증가함에 따라 제거효율이 초기에 급격히 감소하여 단시간내에 흡착이 이루어짐을 알 수 있었다.

Fig. 5는 흡착제의 재생에 따른 제거효율의 변화를 보기 위하여 재생 전·후의 제거효율을 비교한 것이다. 재생 후 재처리 과정을 통하여 처음 재생시 약간의 성능 저하가 있었으나, 3회 재생시 까지 거의 일정함을 알 수 있었다. 흡착량은 3회 재생 후까지 297mg/g, 266mg/g, 256mg/g, 258mg/g으로 나타나 재생능력이 매우 우수하다는 것을 알 수 있었다.

참고문헌

1. J. H. You, H. L. Chiang and P. C. Chiang, Environmental Process, 13,

31(1994)

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

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

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

Japan., 21, 431(1988)

Fig. 2. Effect of odor mixture on the removal efficiency

using impregnated ACF.

(a) after reaction                (b) after regeneration

Fig. 3. SEM photos of ACF impregnated (a) after reaction

and (b) after regeneration with odor mixture.

Fig. 4. Effect of concentration on the removal efficiency

using impregnated ACFs.

Fig. 5. Effect of regeneration on the adsorbed amount of Hydrogen Sulfide.