활성탄 및 Amberchrom CG300C에서의 산과 당의 흡착 평형 연구

Abstract

SMB (Simulated Moving Bed) 및 temperature gradient SMB 공정에서 어떤 물질을 분리하기 위해서는 먼저 이들 물질이 흡착제에서 어떠한 거동을 나타내는지에 대한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 part 1, 2로 나누어 개별적인 흡착 평형 실험을 진행하였다. 먼저, part 1에서는 activated carbon에 대한 흡착 평형 실험을 corn stover hydrolyzate의 주요 성분인 sulfuric acid, glucose, xylose, acetic acid를 대상으로, 서로 다른 온도 30, 40℃에서 각각 실시하였다. 그리고 이 물질들의 흡착 데이터를 Langmuir, bi-Langmuir, Freundlich, Langmuir-Freundlich model과 비교하였다. 각 isotherm parameters는 MATLAB 프로그램에서 genetic algorithm을 적용하여 구하였는데, 실험값과 계산값의 차이의 제곱의 합이 최소가 되도록 목적함수를 두었고 여러 번 이상 프로그램을 구동하여 최적의 값을 얻었다. 흡착 실험 데이터와 가장 근접하게 fitting된 isotherm model은 bi-Langmuir model이었으며, 그 다음으로 Langmuir-Freundlich, Langmuir, 마지막으로 Freundlich model이었다.그리고 equilibrium constant를 이용하여 흡착 과정에서의 thermodynamic parameter인 enthalpy change ( ), free energy change ( ), entropy change ( )를 구하였다. 그리고 part 2에서는 Amberchrom CG300C를 사용한 batch chromatography에서 lactic acid와 succinic acid의 frontal 실험을 수행하였다. 이 물질들의 흡착평형식으로는 Langmuir 및 bi-Langmuir model을 사용하였다. 두 가지 흡착 평형식에서 얻은 equilibrium constant 값을 통해 Amberchrom CG300C에서의 lactic acid와 succinic acid의 흡착 반응이 발열 반응임을 확인하였다. 그리고 온도에 따른 equilibrium constant 값은 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었고, 이를 이용한 temperature-dependent model 또한 Langmuir 및 bi-Langmuir model과 같이 실험 데이터와 매우 근사한 결과를 나타내었다.