Applied Chemistry for Engineering, Vol.22, No.5, 532-539, October, 2011
건조된 저등급 석탄에 대한 건식 표면처리가 물리화학적 특성에 미치는 영향
Effect of Dry Surface Treatment with Ozone and Ammonia on Physico-chemical Characteristics of Dried Low Rank Coal
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초록
본 연구에서는 건조된 저등급 석탄에 대하여 상온 또는 가온에서 다양한 기체를 이용한 표면처리를 수행한 전과 후 다양한 물리화학적 특성이 조사되었다. 건조된 저등급 석탄에 대하여 공업분석을 수행한 결과, 수분 함량이 2.0% 이하였으며, 상대적으로 휘발분, 고정탄소, 회분 등의 조성이 각각 44.2, 44.9, 8.9%로 구성됨을 확인하였다. 또한, 건조된 저등급 석탄에 대하여 원소분석을 수행한 결과, 탄소, 수소, 질소, 산소, 황 성분이 각각 62.66, 4.33, 0.94, 27.01, 0.09%의 조성으로 구성됨을 확인하였다. 이러한 건조된 저등급 석탄에 대하여 상온에서의 다양한 농도를 지니는 오존을 이용한 표면처리, 200 ℃에서의
5 vol% 농도의 암모니아를 이용한 표면처리 과정 전과 후에 대하여 FT-IR, 원소분석, 공업분석, NH3-TPD, 발열량 측정, 열무게 분석에 의한 산화 특성, 발화점 측정, 수분 흡착 등의 물리화학적 특성이 조사되었다. 그 결과, 상온에서 수행된 오존에 의한 표면처리 과정 후에는 오존 기체에 의하여 석탄의 표면이 산화 과정을 통하여 함산소 관능기가 형성되어 산소 함유량이 증가, 상대적으로 탄소 및 수소 함유량이 감소되어 발열량이 저하되었다. 또한 발화점이 저하되었으며, 수분 흡착이 촉진되었다. 이와는 달리 200 ℃에서 암모니아에 의한 표면처리 후에는 표면처리 전 석탄이 지니고 있는 함산소 관능기를 분해 및 소실시킴으로써 산소성분의 함량이 감소, 상대적으로 탄소 및 수소 성분의 함량이 증가되어 발열량이 증가되었으며, 발화점이 높아졌다. 이를 통하여 표면처리 방법에 따라 건조된 저등급 석탄에 대한 조성 및 기타 물리화학적 특성들의 변화를 확인하였다.
The physical and chemical properties of the dried low rank coals (LRCs) before and after the surface treatment using ozone and ammonia were characterized in this study. The contents of moisture, volatiles, fixed carbon and ash consisting of dried LRCs before the surface treatment were about 2.0, 44.8, 44.9 and 8.9%, respectively. Also, it was composed of carbon of 62.66%, hydrogen of 4.33%, nitrogen of 0.94%, oxygen of 27.01% and sulfur of 0.09%. The dried LRCs was surface-treated with the various dry methods using gases such as ozone at room temperature, ammonia at 200 ℃ and then the dried LRCs before and after the surface treatment were characterized by the various analysis methods such as FT-IR, TGA, proximate and elemental analysis, caloric value, ignition test, adsorption of H2O and NH3-TPD. As a result, the oxygen content increased and the calorific value, ignition temperature and the contents of carbon and hydrogen relatively decreased because the oxygen-contained functional groups were additionally generated by the surface oxidation with ozone which plays a role as an oxidant. Also, its H2O adsorption ability got higher because the hydrophilic oxygen-contained functional groups were additionally generated by the surface oxidation with ozone. On the other hand, it was confirmed that the dried LRCs after the surface treatment with NH3 at 200 ℃ have the decreased oxygen content, but the increased calorific value, ignition temperature and contents of carbon and hydrogen because of the decomposition of oxygen-contained functional groups the on the surface. In addition, the H2O adsorption ability was lowered bucause the surface of the dried LRCs might be hydrophobicized by the loss of the hydrophilic oxygen-contained functional groups. It was concluded that the various physico-chemical properties of the dried LRCs can be changed by the surface treatment.
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