2. 시     료

 

    2-1. 시료의 선정

본 실험에 사용된 시료는 국내제품으로서 (주)삼천리, 신기화학공업(주), 대림탄소공업(주)에서 생산된 수처리용 입상활성탄 3종류와 외국제품으로서 일본산으로 다께다(주) 및 네덜란드산으로 노리트(주)의 수처리용 입상활성탄 2종류로 모두 5종류를 실험용 시료로 선택하였으며, 편의상 각 시료에 다음 표2와 같이 기호를 부여하였다.

    표 2. 활성탄 시료의 시료번호 및 제조회사

시 료 번 호

제 조 회 사

비          고

S - Ⅰ

대림탄소공업(주)

국          산

S - Ⅱ

(주)   삼   천   리

국          산

S - Ⅲ

신기화학공업(주)

국          산

S - Ⅳ

노   리   트   (주)

네덜란드산

S - Ⅴ

다   께   다   (주)

일   본   산

 

    2-2. 시료의 품질

시료로 선정된 5종의 활성탄에 대하여 KS M 1802('85) 입상활성탄 시험 방법에 따라 품질 시험을 수행한 결과 각 시료의 품질은 다음 표3과 같았다. 건조감량은 2.8-8.9% 범위로서 KS M 1421('85) 입상활성탄 규격인 5% 이하가 4종이고 노리트 제품이 8.9%로서 규격을 초월했다. 경도는 92.6-96.3%로서 규격치인 90%보다 우수한 편이다. 충전밀도는 0.27-0.49g/ml의 범위로 S - Ⅰ 및 S - Ⅱ가 기준치인 0.48보다 약간 큰 값이다. 그밖에 용출액에 대한 실험결과로서 pH는 S - Ⅴ를 제외한 전 시료가 알카리성 영역인 pH 8.2-10.7의 범위에 있고, 염화물과 황산염은 각각 0.01-0.12% alc 0.10-0.25%의 값을 보였다. 비소, 아연, 납, 카드뮴 및 수은 등의 중금속 시험결과는 대부분 검출안됨으로 나타났으나 S - Ⅴ는 아연이 164mg/l정도 함유 되었다. 이는 활성탄 부활시약으로 염화아연을 사용한 것으로 추축되며, 세정에 의해서 감소될 것으로 본다. 또한 활성탄 자체의 탄질을 평가한 결과 회분함량은 S - Ⅴ가0.4%로서 가장 적고 6.7로서 가장 많은 값을 갖고 있다. 휘발분은 3.0-8.6% 범위이며 고정탄소는 89.0-93.7%의 범위였다.

 

    표 3. 활성탄의 물성시험 결과

시료번호

시험항목

S - Ⅰ

S - Ⅱ

S - Ⅲ

S - Ⅳ

S - Ⅴ

KS

1급

2급

건조감량(%)

3.4

2.8

3.3

8.9

5.4

5이하

5이하

경       도(%)

93.2

96.3

94.3

92.6

93.3

90이상

90이상

충전밀도(g/ml)

0.49

0.44

0.49

0.27

0.43

0.48이하

0.52이하

요오드흡착력(mg/g)

830

1130

930

980

1210

1100이상

1000이하

pH

10.7

9.4

8.2

10.8

6.2

 

 

염  화  물(%)

0.04

0.01

0.04

0.03

0.12

 

 

황  산  염(%)

0.25

0.18

0.10

0.20

0.24

 

 

비       소(mg/l)

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

 

 

아       연(mg/l)

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

164

 

 

납(mg/l)

검출안됨

검출안됨

0.8

검출안됨

0.4

 

 

카  드  뮴(mg/l)

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

 

 

수       은(mg/l)

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

검출안됨

 

 

수       분(%)

0.4

0.4

0.4

0.5

0.3

 

 

회       분(%)

6.0

1.8

4.5

6.7

0.4

 

 

휘  발  분(%)

3.4

4.1

3.0

3.8

8.6

 

 

고정탄소(%)

90.2

93.7

92.1

89.0

90.7

 

 

 

    2-3. 시료의 흡착특성 및 물리적 특성

1) 흡착특성---------요오드흡착력

입상활성탄의 품질평가 항목중 요오드흡착력과 메틸렌블루탈객력이 포함되었으나 여기서는 요오드흡착력에 대해서만 흡착특성을 조사하였다. 표3 에서와 같이 여기서는 요오드흡착력은 830-1210mg/g의 범위에 있으며 KS 기준치인 1100mg/g 이상의 품질을 갖는 시료는 S - Ⅱ, S - Ⅴ의 2종 뿐이었다.

2) 입도분포

입상활성탄의 입도는 입자지름이 149㎛ 이상인 것에 한해서 적용되며 제조회사에서 임으로 제시된 입도를 기준으로 90% 이상이어야 한다. 각 시료에 대한 입도분포는 표4와 같다.

    표 4. 활성탄의 입도분포

호칭치수(㎛)

시료번호

2800

2360

1700

1180

600

500

비  고

S - Ⅰ

2.8

-

95.0

-

-

-

단위 : %

S - Ⅱ

-

-

-

96.1

-

2.4

S - Ⅲ

-

92.0

7.2

-

-

-

S - Ⅳ

-

-

45.0

50.6

-

-

S - Ⅴ

-

-

-

-

95.5

0.6

표5에서 보는 바와 같이 S - Ⅰ 시료는 95%가 입경 1700-2360㎛ 범위에 있고, S - Ⅱ 시료는 입경 1700-1180㎛인 것이 96%, S - Ⅲ는 입경 2360-2800㎛인 것이 92%, S - Ⅳ는 입경 1180-1700㎛인 것이 95.6% 그리고 S - Ⅴ는 입경 600-710㎛인 것이 95.5% 이었다.

3) 세공구조

활성탄 흡착특성을 좌우하는 세공구조를 알아보기 위하여 비표면적, 세공용적, 총세공부피, 미세공부피 등을 조사하여 흡착특성과 비교 분석하였다. 측정방법은 Chan Elecrobalance를 사용하였고, 피흡착 가스로는 CO2를 썼으며, 측정조건은 온도 194.5K의 일정온도에서 압력을 1-760mmHg의 범위로 변화시키면서 측정하였으며 표5에 나타내었다.

    표5. 활성탄의 세공구조 시험결과

항목

시료번호

Surface area

(BET방식 ㎡/g)

Micropore area

(㎡/g)

Total pore volume

(cc/g)

Micropore volume

(cc/g)

Average pore dia.

(Å)

S - Ⅰ

810

677

0.69

0.32

14.3

S - Ⅱ

1,326

673

0.69

0.30

15.3

S - Ⅲ

814

694

0.39

0.33

14.4

S - Ⅳ

613

385

0.42

0.18

19.9

S - Ⅴ

1,478

123

1.43

0.04

38.9

 

표5에서와 같이 총표면적은 S - Ⅴ가 1478㎡/g로서 가장 큰 값이고, S - Ⅱ가 다음순으로 1326㎡/g 이었으며, S - Ⅳ가 613㎡/g으로 가장 작은 값이었다. 반면에 미세공면적은 S - Ⅴ가 가장 작은 123㎡/g이고, S - Ⅲ가 694㎡/g로서 가장 컸다. 즉 S - Ⅰ 및 S - Ⅲ는 총세공부피와의 차이가 거의 없는 반면, S - Ⅴ는 그 차이가 현격하여 미세공은 그리 발달되지 않는 것으로 볼 수 있다.

4) 입자 표면상태

활성탄 시료의 입자 표면상태를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다. 시료를 149㎛ 이하로 분쇄하여 Specimendp Silver plate를 바르고 시료 가루를 뿌린후 금으로 도포하여, 1000배의 배율로 관찰한 사진은 사진1과 같다.

사진에서 S - Ⅱ 시료와 S - Ⅴ 시료는 표면구조가 불규칙하여 구형 또는 원통형의 공극이 발달되어 있어서 다른 것들보다 세공용적 및 표면적이 클 것으로 보인다.

 

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