활성탄 구조
활성탄은 무수한 세공을 가지고 있는 다공성 구조의 무정형 탄소로, 현미경으로 관찰 가능한 활성탄 입자는 결정자가 서로 집합하여 입자를 형성한 것으로 이 고차구조는 결정부분과 비결정부분의 연쇄부로 이루어지며 이 비결정부분에 세공이 존재하여 흡착하에 기여합니다.
세공은 흡착량을 좌우하는 직경 10 ~ 100 의 micro pore 입자내 확산을 용이하게 하고 흡착속도에 관계하는 직경 100 ~ 10 의 macro pore 로 만들어진 구조를 가지고 있습니다.
또 활성탄의 표면은 BET법에 의한 측정에서는 800 ~ 1,200㎡/g의 넓은 표면적을 가지고 있습니다.
활성탄 흡착력
활성탄은 무수히 많은 세공을 가지고 있는 구조로 이 세공에 오염 가스 성분(악취, 용제 등)이 모세관 현상에 의하여 물리적인 흡착을 이루는 것으로서 평행 상태에 도달할 때의 흡착량을 흡착 평행량 또는 포화 흡착량이라 부르고, 이 흡착량은 가스성분의 종류나 가스 농도, 가스 온도의 변화에 따라 수치가 달라지고 다종의 가스를 함유할 경우 선택적으로 흡착하는 선택 흡착성을 가지고 있습니다.
활성탄의 흡착설계
활성탄 용량량 계산
Q = A H
Q : 활성탄 용량(㎥) A : 표면적(㎡) H : 활성탄층 높이(m)
액상 흡착탑 : 지름과 높이 비율 (1:1~2)
기상 흡착탑 : 활성탄층 높이가 500mm이하 (500mm가 넘을때 흡착탑 2단 이상으로 설계:
압력손실 때문)
접촉 시간계산
SV = LV/H
Q = A LV 상수의 경우 하수의 경우 기상의 경우
SV : 공간속도(min -1) Q : 유량(㎡ / min) LV : 10~20m/hr LV : 5m/hr이하 LV : 0.3m/s이하
LV : 선속도(m/min) A : 표면적(㎡) 접촉시간
: 10~15분 접촉시간
: 20~40분 접촉시간
: 1초 이상
H : 높이(m)
LV : 선속도(m/nin)
활성탄의 수명
액상의 경우
M =W/m
M : 필요한 활성탄 량(㎏)
W : 제거할 오염물질 량(㎏)
m : 단위중량 활성탄이 흡착할
수 있는 피흡착물질의 량 기상의 경우
= 22.4(273＋T/273)S.W / Q. Cv. M
T : 가스온도( )
S : 활성탄의 흡착 추정량(Wt%)
W : 활성탄 중량(㎏)
Q : 처리 유량(㎥ /hr)
Cv : 용적기준 오염물질 농도(㎥/㎥)
M : 오염물질 분자량
: 활성탄의 수명
* 활성탄 피흡착물질 흡착량 (0.2~0.5㎏ 피흡착물질/㎏ 활성탄)
혼합 유기용제 포집시 습도가 활성탄관의 파과에 미치는 영향
가톨릭대학교 산업보건대학원 산업위생학과
양혁승, 김현욱
한국산업위생학회지 1996; 6(1): 125-137
본 연구는 혼합 유기용제를 대상으로 농도 및 시료채취 시간별로 구분하여 습도가 활성탄관의 파과에 영향을 미치는지 알아보았고, 활성탄 흡착 동안에 혼합 유기 용제와 습도 사이의 상호 작용을 조사하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
1. 높은 상대습도에서 혼합유기용제의 파과는 수분이 활성탄관의 흡착 용적을 감소시켜 높은 농도에서 보다 낮은 농도에서 빨리 발생하였다.
2. 경쟁적 흡착에 의한 파과는 비등점이 낮고 증기압이 높은 n-hexane이 먼저 파과되었고, 이후에 TCE가 파과되었으며, toluene은 실험 조건하에서 파과가 관찰되지 않았다.
3. 시료채취 시간에 따른 물질별 파과에서 n-hexane은 2시간 시료 채취시 파과가 관찰되기 시작하였고, 파과율은 습도가 높을수록 영향이 컸으며, TCE는 3시간 경과 후 파과가 나타나기 시작하였고, 시간의 경과에 따른 파과율은 농도에 의한 영향이 컸다.
4. 파과가 일어난 혼합 유기용제의 흡착량은 시료채취 시간, 습도 및 농도 순으로 유의한 상관성을 나타내었고, n-hexane은 습도와 시료채취 시간에 따라 유의한 상관성을 보였으며, TCE는 시료채취 시간과 농도에 따라 유의한 상관성을 보였다.
5. 혼합 유기용제와 n-hexane의 흡착량에 의한 파과는 습도가 파과에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 습도는 25 %와 55 %간에는 차이가 없었으나, 85 %와는 유의한 차이가 있었다.
6. 파과에 영향을 미치는 습도와 농도의 변수간 다중 회귀분석에서 파과된 혼합 유기용제 및 n-hexane의 흡착량은 결정계수(R2)가 각각 0.263 및 0.275이었고, TCE는 결정계수(R2)가 0.189로 나타났다.
7. 펌프의 상대오차는 습도의 영향이 적은 25 % 수준에서 1.4 %였고, 55 %와 85 %에서는 각각 13.4 %와 18.6 %로서 습도가 높을수록 펌프의 정확도는 떨어졌다.
이상의 결과를 요약하면, 활성탄관법을 이용한 유기용제 포집에서 높은 습도는 활성탄의 흡착 용적을 감소시켜 파과를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 혼합 유기용제를 포집할 때 파과를 방지하기 위하여 가장 휘발성이 큰 유기용제의 파과를 최소화하도록 시료채취 용량을 줄이거나 유량을 낮추고, 또한 시료채취 펌프의 유량은 높은 상대습도에 의해 영향을 받을 수 있으므로 높은 상대습도 환경에서 시료채취를 할 경우 constant flow mode 펌프의 이용이 권고된다.
미반응 오존의 처리
6-2-2) 활성탄 흡착법
폐오존수를 그대로 70∼1000mmH 높이의 활성탄 여과장치를 통과시켜 오존을 흡착시키는 방법이 있다. 높은 농도에서 소량, 저농도로 양이 많은 경우의 배치처리에 적당하다.
다만 활성탄 g당의 처리능력 파악은 필요하다. 사용할 활성탄은 콜베이스, 야시가라베이스 어떤 쪽도 좋고 0.6mm정도의 파쇄탄이 좋다.
분 해 방 법
활성탄과 오존의 직접반응에 의해 활성탄 표면에서 촉매적 분해가 평형 하게 일어난다.
2O3 + 2C 2CO2 + O2
2O3 + C CO2 + 2O3
2O3 + C 3CO2 + C
활성탄 0.27g은 오존 1g을 분해 한다. 오존 1mol은 대기 중에서 분해할 때 34kcal의 열을 발생하므로 고농도 오존처리 및 대용량은 설계에 반영치 않는다.
장· 단 점
·소용량에 적합하다.
·설비가 간단하다.
·수처리용에 적합하다
·화재위험이 있다.
·감시가 어렵다.
·설치 면적이 크다.