| 초록 |
활성탄소섬유 (Activated Carbon Fiber, ACF)는 새로운 타입의 섬유상 흡착제로 천연섬유 또는 인조유기물, 화학섬유를 원료로 소성 부활시켜 만든 섬유상의 활성탄이다. 현재까지 대기오염물질의 흡착제거에 사용되어 온 입상활성탄소 (Granular Activated Carbon, GAC)는 macropore, mesopore, micropore로 이루어진 데 비하여 ACF는 10Å-20Å 범위의 pore가 단분산적인 분포를 지니고 있어 GAC보다 10-100배 정도의 빠른 흡착속도를 가진다. 경량으로 소형화가 가능하고 재생시 100-120℃ 온도에서 스팀이나 온풍으로 간단히 재생할 수 있으며 필터 재사용 수명이 대략3-5년으로 GAC에 비해 유지비가 저렴해 수용량이 날로 급증하고 있다. 여기서 유해가스 제거비용의 효과와 흡착능력을 높이고 알맞은 제거비율을 위해 적당한 시약에 의한 첨착은 실질상 더 좋은 결과를 가져올 수 있다. 이 시약이 ACF의 내부 표면에 첨착되면 촉매반응에 관여하는 화학흡착에 의한 제거메커니즘을 갖게 된다. 첨착활성탄소섬유 (IACF)의 화학적 성질에 큰 영향을 미치는 것 중의 하나는 첨착물질과 활성탄소섬유 표면과의 간섭 작용이다. 일반적으로 활성탄소섬유의 표면의 금속물질과는 화학적으로는 무관하나 ACF내에 존재할 가능성이 있는 타금속 혹은 이물질 등은 첨착물질에 독성영향을 줄 가능성도 있다. 따라서 IACF를 제조할 때 ACF의 물성은 세공경이 잘 발달되어 있고, 비표면적이 크며 기계적 강도가 큰 불순물이 함유되지 않을 ACF를 선택해야 한다. 탄소재료에 알칼리금속을 첨착시킬 경우 NOx의 처리효율을 극대화한다는 성과를 이끌어냈다. 특히 본 연구에서 첨착물질로 이용한 수산화물중에서 염기적인 성격이 강한 알칼리금속으로 알려져 있는 KOH는 연구가들에 의해 NOx에 대한 선택적 흡착능을 향상시켜 NOx의 제거효율을 증가시킬 수 있는 유망한 화학물질중의 하나로 자리잡았다. 첨착시 첨착시약은 증류수에 충분히 녹아야 하며, 이 용액이 ACF의 세공 깊숙히 담지 되어야 한다. 이러한 과정에서 중요한 문제는 첨착용액의 농도, 점도 및 ACF와의 친화성이다. 즉, 보다 더 많은 양의 첨착물을 ACF에 함침시키기 위해서는 용액의 농도가 높아야 하지만 대신 점도가 상승할 수 있으므로 높은 농도에서 낮은 점도의 유지가 필요하다. 또한 원하는 금속염의 농도를 얻기 위한 시약의 용해성도 매우 중요하다. 여기서 첨착된 ACF 세공확산반경 뿐만 아니라, 화학적인 구성과 첨착물질의 사용된 양과 세공구조에서의 첨착물의 확산은 매우 중요하다. 첨착물에 의해 세공이 막히게 되면 그만큼 표면적이 줄어들어 흡착성능의 저하를 가져올 수도 있다. 따라서, IACF 제조에서는 ACF내에 첨착물질이 균일하게 분포되어야 하므로 첨착공정과함께 건조공정이 중요하며, 제조 후 IACF의 보관상태도 IACF의 성능에 크게 영향을 미치므로 주의하여야 한다.본 연구에서는 KOH의 첨착 비율과 제조방법을 달리하여 IACF를 제조하여 고온과 저온에서 NOx 흡착능을 알아보았으며 ToF-SIMS를 사용하여 흡착전과 후의 표면을 연구하였다.따라서 본 연구에서는 활성탄소섬유에 KOH를 첨착시켜 첨착 방법을 정립하였고, 산성가스에 대한 흡착능을 KOH 첨착 활성탄과 비교하여 연구하였다. |
