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Activated carbon

활성탄소는 목재, 갈탄, 무연탄, 및 야자껍질 등을 원료로 제조되는 미세세공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서, 활성화 과정에서 분자 크기 정도의 미세세공이 잘 형성되어 큰 내부표면적을 가지게 되는 흡착제이다. 활성탄소는 단위 g당 1,000㎡ 이상의 표면적을 갖기도 하는데 표면에 존재하는 탄소 원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다. 따라서 활성탄소는 환경, 수처리 등의 제반 산업분야에서 활용되고 있다.

Characteristics of Samchully activated carbon

삼천리활성탄 제조설비는 국제 규모의 제조설비(9단 다단로 2기)로서 체류시간 및 자동 온도조절을 위한 완벽한 자동제어 시스템으로 운전 되고 있으며, 적정 입도 처리를 위한 원료 전처리 설비 및 공급량을 일정하게 투입하여 균일한 제품 생산을 위한 정량공급장치, SAND나 이물질 제거를 위한 Magnetic Separator, 단계별 온도조절로 균일한 제품생산을 위한 9단 활성화로, 부착 미분량을 최소화하기 위한 미분제거 장치 등을 갖추고 있다. 또한, 생산제품의 특징으로는 체류시간 및 자동 온도조절로 용도별 특정 세공이 잘 발달되어 있으며, 물리적, 기계적 강도가 크고 흡착능력이 우수하며, 충분한 내열성을 가지므로 재생수율이 높아 경제적이며, 엄격한 품질관리로 제품이 균일하고 포장단위가 다양하다.

Adsorption

흡착은 고체의 표면력에 기인해서 기체, 액체 혹은 용질, 분산물질, 콜로이드물질을 흡착제 표면에 농축되는 현상으로 분자상호간에 존재하는 Van Der Waals Force에 의한 것으로 이와 같이 힘에 의한 흡착을 물리흡착 이라 하며, 흡착된 분자는 용이하게 표면에서 탈착한다. 이와는 별도로 화학흡착은 표면분자와 화학적으로 작용하는 것이다. 더 강한 힘으로 결합한 분자는 비가역적으로 탈착이 어렵다. 또한, 흡착은 발열현상으로 온도가 낮은편이 흡착에 좋은 조건인 것은 열역학적으로 분명하다.

활성탄소의 흡착과정은 3단계로 구분되며 흡착질 분자들이 흡착제 외부표면으로 이동하는 단계, 흡착질이 활성탄소의 Macro Pore, Meso Pore을 통과하는 확산 단계, 확산된 흡착질이 미세공 내부표면과의 결합이나 채워지는 단계로 구분할 수 있다.

기상흡착의 특성 :

· 온도가 상승할수록 흡착량은 감소한다.

· 흡착질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 흡착량은 증가한다.

· 비점 E는 임계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉽다.

· 혼합가스의 경쟁흡착에서는 단독 흡착시 강하게 흡착되는 성분쪽이 더욱 강하게 흡착된다.

· 1mmHg 이하 저압에서는 동족열 화합물의 분자크기에 따라 흡착력이 증가한다.

액상흡착의 특성 :

· 활성탄소는 소수성이므로 흡착질이 소수성일수록 흡착이 용이하다.

· 물에 대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착된다.

· 약전해질의 유기물은 이온상태 보다도 분자상태에 있을 때 흡착량은 크다.

· 방향족은 지방족에 비교하여 잘 흡착된다.

이 밖에도 상호간 인력, 회합, 공흡착, 표면작용기 등에 따라 흡착은 다르다.

Manufacture

대부분의 제조방법은 높은 온도의 수증기 활성화방법이나 약품부활도 시행되고 있으며, 원료와 활성화공정은 활성탄소의 특성에 매우 큰 영향을 미친다. 가장 중요한 활성화공정은 800∼1,100℃의 온도범위에서 일어나는 탄소의 산화반응으로 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세세공을 발달시키는 공정이다.

Reactivation

활성탄소의 재생은 사용한 활성탄소가 흡착물질을 흡착하고 흡착능력을 잃은 폐활성탄에 물리적, 화학적 및 생물학적으로 처리하여 활성탄 표면상의 피흡착 물질을 제거하여 활성탄의 흡착성능을 복원하는 것으로 Regeneration과 Reactivation이 있다. Regeneration는 탈착조작과 같은 의미로 사용되어 가역적으로 물리흡착하고 있는 물질을 흡착에너지보다 큰 에너지를 가하여 제거하는 것으로 역세척, 가열탈착, 약품처리 등 비교적 완만한 처리조건의 경우를 말하며, Reactivation은 비가역적 흡착이 많은 액상흡착의 경우나 기상 흡착이 수회 반복하여 흡착성능이 급격히 열화 되었을 때 고온 활성화하는 방법을 말한다.

재생시 활성탄의 성능 저하는 활성탄 및 피흡착질의 종류, 재생조건 등에 의해 다르나 어떤 경우에도 저하된다. 활성탄 표면에 흡착한 유기물을 탄화하면 본질적으로 활성탄의 탄화분은 본래의 활성탄보다 증가하고 그것만큼 중량이 늘 게 된다. 그러나 탄소분이 활성탄의 세공을 폐쇄한 것도 있기 때문에 그대로 흡착성능이 복원 되지는 않는다.

일반적으로 말해서 재생횟수가 증가함에 따라 활성탄의 회분은 증가하고, 입경은 조금 작게되고 기계적 강도 및 경도가 저하하고 세공구조는 몇회의 가스화반응에 의해 세공경이 확대하는 쪽으로 변화하고, 세공용적은 증가한다. 분말활성탄은 배소재활성화에 의해 회분이 증가하고 입자가 미세화해서 여과성이 나빠지게 된다.

다단로의 가열재생에 의한 성상의 변화(석탄계)

항 목	신활성탄	폐활성탄
항 목	신활성탄	재생전	재생후
건조감량(%)	1.2	41.2	2∼3
충전밀도(g/㎖)	0.49	0.54	0.52
경도(%)	95.7	89.4	92
회분(%)	12.8	13.8	12∼17
p H	8.9	6.7	7∼9
비표면적(㎡/g)	1,055	515	1,010
메칠렌블루탈색력(㎖/g)	250	60	200
요오드흡착력(mg/g)	1,075	620	950
재생수율(%)			상태에 따라 변동

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