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여러 방법에 의한 다른 흡착물질들의 흡착자료로부터 활성탄소의 기공크기분포 예측(Estimating the pore size distribution of activated carbons from adsorption data of different adsorbates by various methods)

전문가 제언: □ 이 원문에서는 여러 방법으로 두 미세기공 흡착제와 네 흡착물질(N2, Ar, C6H6, CCl4)을 택하여 흡착연구를 하였다. 여기서 얻은 흡착데이터로부터 활성탄소의 기공크기분포 예측을 위한 연구를 행하였다. 이 연구에서는 흡착제의 기공 크기분포 및 평균 기공의 직경 값을 구하기 위해서 네 흡착물질(N2, Ar, C6H6, CCl4)의 실험적 흡착등온선과 두 미세기공탄소에 대한 흡착엔탈피(C6H6, CCl4) 측정을 이용하였다. 언급한 모든 시스템에서 유사점과 차이점을 설명하기 위해서 흡착물질의 직경 및 온도의 영향을 분석하였다.

□ 이미 발표된 Dubinin-Astakhov(DA) 흡착등온선 방정식에서 매개변수(흡착에너지의 특성(E0) 및 방정식의 지수(n)) 사이의 일반 관계와 탄소미세기공의 평균 슬릿넓이를 연구하였다. 또한 두 탄소흡착제에 벤젠과 4염화탄소의 흡착 및 흡착엔탈피 데이터를 토대로 Horvath-Kawazoe(HK) 이론과 ND 모델의 열역학적 설명을 하였다. 끝으로, 열량측정 데이터로부터 Everett and Powl 방법을 이용하여 계산한 기공직경과 최근에 발표된 식들에 의해서 산출한 값을 비교하였다.

□ 원문에서는 일련의 등온선 측정을 높은 온도(실내온도보다 같거나 높은 온도)에서 낮은 온도(77.5K)까지 수행함에 의해서 기공크기분포의 변화를 추적하여야 한다고 주장한다. 또한 실험데이터의 분석은 C6H6과 CCl4의 엔트로피는 부분적으로 정연한 구조를 가진 유사고체의 값에 접근한다는 결론에 달하게 한다. 그러므로 이러한 흡착물질의 성질은 모델의 이론적 가정과 열역학적 증명에서 고려되어야한다고 생각한다.

□ 흡착상태는 기체의 농도(또는 압력), 흡착이 일어나는 온도, 그리고 단위흡착제당 흡착 량으로 나타낼 수 있으며, 이의 정량적인 표현방법에는 일정한 온도에서 기체압력에 대해 흡착 량을 나타내는 흡착등온선과 일정한 압력 하에서 온도에 따라 흡착 량을 나타내는 흡착등압선이 있는데, 본 연구에서는 이중 흡착 량과 흡착세기를 유추하고 표면적이나 세공크기분포를 연구목적으로 하였기 때문에 흡착등온선을 많이 사용하였다. 그러나 흡착종류를 판단하는 데에는 흡착등압선을 많이 사용하는데, 본 연구에서는 이에 관한 연구는 상대적으로 없었다.

□ 흡착제의 흡착 및 탈착현상을 이용하여 공기 분리, 혼합물 분리, 건조, 용제회수, 환경오염 등에 이용할 수 있다. 따라서 고효율의 탄소흡착제 및 탄소분자체의 첨단 소재 개발의 필요성이 대두되는 실정이다. 특히 탄소분자체는 세공의 크기가 일정하고 조절이 가능하여 특수한 분자만 흡착하므로, 이 특성을 이용한 흡착 및 촉매공정에 적용가능하다. 공정에 사용되는 탄소분자체를 외국에서 수입 사용하므로, 자체 개발하여 국산화시킬 필요가 있다. 흡착제는 모든 가스분리 공정에 필수적으로 사용되어지는 핵심 소재부품이라고 할 수 있다. 소재의 국산화가 없이는 반쪽의 기술 확보에 불과한 실정이기 때문에 흡착제, 특히 탄소흡착제에 관한 연구는 활성화 되어야 한다.

□ 탄소분자체의 기술동향을 보면 1970년대 초 독일 CarboTech사에서 석탄계 탄소분자체를 최초로 실용화한 후 선진국에서는 상용화하여 제품 판매 중이다. 주요 제조회사는 일본의 Takeda Co., Kuraray Co., 그리고 미국의 Air Products & Chemicals Co.가 있다. 국내에서는 에너지기술연구소, 산업기술연구원 및 대학의 연구실 등에서 연구 중이다. 고효율 활성탄 및 탄소분자체 개발을 위해서는 미세기공 직경을 조절하기 위한 표면특성 기술을 정립하여야한다. 서로 다른 기공구조에 의해서 특성 지어지는 마이크로포아, 메소포아 탄소에서 상의 성질과 미세기공의 기공넓이 사이의 관계(즉, 미세기공크기분포)를 규명키 위해서는 앞으로 더 많은 연구가 필요하다. 이를 위해서는 꾸준한 연구를 수행하면서 계속적으로 선진국에서 연구 발표되는 새로운 이론 및 실험적 연구결과를 추적해야 할 것이다.

저자: Gauden, PA; Terzyk, AP; Rychlicki, G; Kowalczyk, P; Cwiertnia, MS; Garbacz, JK
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