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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이철호
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 공주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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본 연구에서는 정수슬러지의 고효율, 저비용 및 친환경적인 재활용기술 개발이 절실함을 착안하여 첫째, 정수슬러지의 흡착제로의 수열합성을 통한 분말형 알포계 제올라이트 합성 둘째, 이를 이용한 활성탄 대체제 입상형 흡착제 개발에 착수하게 되었다. 이를 통해 자원활용 정책에도 적극적으로 기여하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 정수슬러지를 활용하여 입상형 흡착제 생산 시에 함수율, 결합재 유무, Die size, 열처리 온도 등을 변화를 주어 생산하였다. 그리고 정수슬러지 흡착제의 흡착성능을 확인하기 위해 대표적인 악취가스인 Ammonia, Hydrogen sulfide, Formaldehyde에 대한 고정층 흡착실험을 하였다. 그리고 염기성가스와 산성가스 성분에 구애 받지 않는 시스템을 구현하기 위해 하이브리드 시스템을 구성하여 성능실험을 진행하였다. 흡착탑을 통과하는 흡착질의 유속 및 흡착제의 중량 변화에 따라 흡착질 가스의 파과시간을 예측할 수 있는 실험식을 제시하고자 하였고 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
1. 열처리하면 미세기공이 잘 발달되고 표면적이 넓은 흡착제가 제조된 다는 것을 확인할 수 있었다. 열처리 과정을 거친 정수슬러지 흡착제는 브뢴스테드 산점, 루이스 산점 및 약한 H 산점을 포함하는 산점이 풍부해졌다. 건조과정만 거친 정수슬러지 흡착제의 탈취 기작은 물리흡착으로 설명할 수 있으며, 열처리 과정을 거친 흡착제는 산점에 기인하는 화학흡착도 가능하므로 염기성 기체의 흡착 성능이 획기적으로 향상되는 것으로 해석할 수 있었다.
2. 흡착실험 결과, 대체적으로 Binder 함량과 함수량이 낮을수록 Die size는 작아질수록 흡착제의 성능 우수함을 확인 할 수 있었다. 흡착량을 증가시키기 위해서는 400 이상 500℃ 이하의 온도에서 열처리하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
3. 하이브리드 시스템 실험 결과 Trimethylamine는 Upper IC(5:1)로 구성되었을 때, Ammonia는 Upper IC(1:5)일 때, Hydrogen sulfide는 Upper SA(1:5)일 때, Formaldehyde는 Upper SA(5:1)로 구성되었을 때 흡착성능이 우수하였다.
4. 동적 흡착 특성실험 결과, Trimethylamine과 Ammonia은 본 연구에서 적용한 실험식들이 타당성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 하지만 Hydrogen sulfide는 비교적 타당성이 낮았다.
따라서 본 연구에서는 정수슬러지를 활용하여 입상형 흡착제 생산 시에 함수율, 결합재 유무, Die size, 열처리 온도 등을 변화를 주어 생산하였다. 그리고 정수슬러지 흡착제의 흡착성능을 확인하기 위해 대표적인 악취가스인 Ammonia, Hydrogen sulfide, Formaldehyde에 대한 고정층 흡착실험을 하였다. 그리고 염기성가스와 산성가스 성분에 구애 받지 않는 시스템을 구현하기 위해 하이브리드 시스템을 구성하여 성능실험을 진행하였다. 흡착탑을 통과하는 흡착질의 유속 및 흡착제의 중량 변화에 따라 흡착질 가스의 파과시간을 예측할 수 있는 실험식을 제시하고자 하였고 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
1. 열처리하면 미세기공이 잘 발달되고 표면적이 넓은 흡착제가 제조된 다는 것을 확인할 수 있었다. 열처리 과정을 거친 정수슬러지 흡착제는 브뢴스테드 산점, 루이스 산점 및 약한 H 산점을 포함하는 산점이 풍부해졌다. 건조과정만 거친 정수슬러지 흡착제의 탈취 기작은 물리흡착으로 설명할 수 있으며, 열처리 과정을 거친 흡착제는 산점에 기인하는 화학흡착도 가능하므로 염기성 기체의 흡착 성능이 획기적으로 향상되는 것으로 해석할 수 있었다.
2. 흡착실험 결과, 대체적으로 Binder 함량과 함수량이 낮을수록 Die size는 작아질수록 흡착제의 성능 우수함을 확인 할 수 있었다. 흡착량을 증가시키기 위해서는 400 이상 500℃ 이하의 온도에서 열처리하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
3. 하이브리드 시스템 실험 결과 Trimethylamine는 Upper IC(5:1)로 구성되었을 때, Ammonia는 Upper IC(1:5)일 때, Hydrogen sulfide는 Upper SA(1:5)일 때, Formaldehyde는 Upper SA(5:1)로 구성되었을 때 흡착성능이 우수하였다.
4. 동적 흡착 특성실험 결과, Trimethylamine과 Ammonia은 본 연구에서 적용한 실험식들이 타당성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 하지만 Hydrogen sulfide는 비교적 타당성이 낮았다.
목차
Ⅰ. 서 론 11. 1. 연구 배경 11. 2. 연구 목적 21. 3. 이론적 배경 41. 3. 1. 슬러지의 발생원 41. 3. 2. 물리적 특성 41. 3. 3. 화학적 특성 41. 3. 4. 정수슬러지를 이용한 AlPO 합성 메커니즘 7Ⅱ. 실험 장치 및 방법 92. 1. 정수슬러지 흡착제 제조 92. 1. 1. 바인더 (Methyl cellulose, MC)를 이용한 정수슬러지 흡착제 제조 102. 1. 2. 열처리온도에 따른 정수슬러지 흡착제 제조 102. 1. 3. Die size에 따른 정수슬러지 흡착제 제조 102. 1. 4. 바인더 종류에 따른 정수슬러지 흡착제 제조 112. 2. 정수슬러지 흡착제의 특성분석 162. 2. 1. X-ray fluorescence (XRF) 162. 2. 2. Inductively coupled plasma (ICP) 162. 2. 3. Themogravinetric (TGA) 162. 2. 4. N2-adsorption-desorption (BET) 172. 2. 5. Compressive strength 172. 2. 6. X-ray diffraction (XRD) 172. 2. 7. Scanning electron microscope (SEM) 172. 2. 8. NH3-Temperature Programmed Desorption (NH3-TPD) 182. 2. 9. Pyridine-FTIR (Py-IR) 182. 3. 흡착실험 192. 3. 1. Ammonia의 흡착실험 192. 3. 2. Hydrogen sulfide의 흡착실험 202. 3. 3. Formaldehyde의 흡착실험 212. 4. 하이브리드 시스템 실험 222. 4. 1. 하이브리드 시스템에서의 Trimethylamin (TMA) 흡착 실험 232. 4. 2. 하이브리드 시스템에서의 Ammonia 흡착 실험 272. 4. 3. 하이브리드 시스템에서의 Hydrogen sulfide 흡착 실험 292. 4. 4. 하이브리드 시스템에서의 Formaldehyde 흡착 실험 312. 5. 동적 흡착 특성실험 332. 5. 1. Trimethylamin (TMA)의 동적흡착 특성 실험 342. 5. 2. Ammonia의 동적흡착 특성 실험 352. 5. 3. Hydrogen sulfide의 동적흡착 특성 실험 36Ⅲ. 결과 및 고찰 383. 1. 흡착실험 383. 1. 1. Ammonia 흡착 실험 383. 1. 1. 1. 함수량 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Ammonia 흡착 성능에 미치는 영향 383. 1. 1. 2. Binder(MC) 함량 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Ammonia 흡착 성능에 미치는 영향 483. 1. 1. 3. 열처리 온도의 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Ammonia 흡착 성능에 미치는 영향 573. 1. 1. 4. Binder(MC) 의 종류에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Ammonia 흡찫 성능에 미치는 영향 683. 1. 1. 5. Die size 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Ammonia 흡착 성능에 미치는 영향 753. 1. 1. 6. 정수슬러지 흡착제와 활성탄의 Ammonia 흡착 성능 비교 803. 1. 2. Hydrogen sulfide 흡착 실험 893. 1. 2. 1. 함수량 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Hydrogen sulfide흡착 성능에 미치는 영향 893. 1. 2. 2. Binder(MC) 함량 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Hydrogen sulfide 흡착 성능에 미치는 영향 923. 1. 2. 3. 열처리 온도의 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Hydrogen sulfide 흡착 성능에 미치는 영향 953. 1. 2. 4. Binder(MC) 의 종류에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Hydrogen sulfide 흡찫 성능에 미치는 영향 993. 1. 2. 5. Die size 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Hydrogen sulfide 흡착 성능에 미치는 영향 1013. 1. 2. 6. 정수슬러지 흡착제와 활성탄의 Hydrogen sulfide 흡착 성능 비교 1033. 1. 3. Formaldehyde 흡착 실험 1063. 1. 3. 1. Binder(MC) 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Formaldehyde 흡착 성능에 미치는 영향 1063. 1. 3. 2. 열처리 온도 변화에 따른 정수슬러지 흡착제 특성 및 Formaldehyde 흡착 성능에 미치는 영향 1093. 2. 하이브리드 시스템 실험 1123. 2. 1. 하이브리드 시스템에서의 Trimethylamin (TMA) 흡착 실험 1123. 2. 1. 1. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄 충전 순서가 미치는 영향 1123. 2. 1. 2. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄의 구성 비율 변화에 따른 흡착 실험 1143. 2. 2. 하이브리드 시스템에서의 Ammonia 흡착 실험 1163. 2. 2. 1. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄 충전 순서가 미치는 영향 1163. 2. 2. 2. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄의 구성 비율 변화에 따른 흡착 실험 1183. 2. 3. 하이브리드 시스템에서의 Hydrogen sulfide 흡착 실험 1203. 2. 3. 1. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄 충전 순서가 미치는 영향 1203. 2. 3. 2. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄의 구성 비율 변화에 따른 흡착 실험 1213. 2. 4. 하이브리드 시스템에서의 Formaldehyde 흡착 실험 1243. 2. 4. 1. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄 충전 순서가 미치는 영향 1243. 2. 4. 2. 정수슬러지 흡착제와 첨착활성탄의 구성 비율 변화에 따른 흡착 실험 1253. 3. 동적 흡착 특성실험 1273. 3. 1. 흡착속도상수 유도 1273. 3. 2. Trimethylamin (TMA)의 흡착 속도상수 1303. 3. 3. Ammonia의 흡착 속도상수 1353. 3. 4. Hydrogen sulfide의 흡착 속도상수 140Ⅳ. 결 론 145참고문헌ABSTRACT
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