활성탄소 중공사막의 제조 및 기체의 분리특성 연구

Abstract

탄소막을 이용한 분리공정은 고분자막에 비해 높은 선택성, 열적 안정 성과 화학적 안정성을 가지고 있다. 하지만, 이러한 탄소막은 제조공정이 복잡하고 기계적 물성이 좋지 않으며 기체의 투과도가 낮은 단점이 있다. 그러므로 이러한 문제들을 해결하기 위한 탄소막들은 연구되고 있다. 활성탄소중공사막은 지지체가 필요하지 않고 흡착법의 장점과 탄소막의 장점을 혼합한 단일막으로써 처음으로 제시되었다. 활성탄소중공사막은 기존의 분자크기에 의해 분리가 이루어지는 것이 아니라 막의 열린 기공 의 벽과 표면에 형성된 미세 기공들에 의해 흡착력이 없거나 약한 기체로 부터 흡착력이 강한 기체가 분리되는 새로운 개념의 선택적 흡착-확산 기 구에 의해 분리가 이루어지는 분리막이다. 본 연구에서는 coal tar pitch와 polyacrylonitrile(PAN)을 전구체로써 사용 하여 중공사형태의 막을 제조하였다. 열린 기공의 벽과 표면에 미세 기공 들을 가진 활성탄소중공사막을 제조하기 위해 중공사막은 산화, 탄화 및 활성화 단계와 같은 열분해 공정을 수행하였다. 열분해 조건에 따른 활성 탄소중공사막의 물리적 특성들과 기체 투과특성에 대해 알아보았다. 그 결과, 우수한 열 안정성과 기계적 강도 뿐 만 아니라 단일 기체에 대한 높은 투과도를 가지고 있는 활성탄소중공사막을 제조할 수 있었다.; The gas separation using carbon membranes has a higher selectivity, a thermal stability and a chemical stability than polymeric membranes. While, disadvantages of carbon membranes are a complex process to obtain the carbon membranes, a poor mechanical property and a low permeability. Therefore, carbon membranes have been developed to improve the properties. Activated carbon hollow fiber membranes(ACHFM) are designed for the first time as a unsupported membrane which combine advantages of an adsortion technology and a membrane technology. These membranes are not separated by the molecular size mechanism but separated by the selective adsorption diffusion mechanism which is separated strongly adsorbable gases from non-adsorbable or weakly adsorbable gases by micropores formed on the wall of open pores and the surface of membranes. In this study, membranes formed hollow fiber were prepared by coal tar pitch and polyacylonitrile(PAN) as precursors. To prepare activated carbon hollow fiber membranes with adsorbable micropores on the wall of open pores and the surface of the membranes, prepared hollow fiber membranes were performed pyrolysis processes such as oxidation, carbonization and activation. Properties of activated carbon hollow fiber membranes and the characterization of a gas permeation by pyrolysis conditions were studied. As the results, activated carbon hollow fiber membranes which have a good thermal stablility and mechanical strength as well as a high gas permeability were prepared successfully.