흡착실험(활성탄 흑착제 유기용매 제거)

목차

흡착

1. 목 적

2. 이 론
　※흡착
　※활성탄 (Carbon)
　※ 활성탄의 형태
　※ 활성탄의 용도
　※ 활성탄의 구조
　※물리흡착과화학흡착
　※ 액상흡착
　※ 피흡착물질의 성질에 따른 활성탄의 흡착성능
　※ 활성탄 흡착이란

3. 실험 기구

4. 실험 방법
　1) 실험 방법
　2) 흡광도 측정
　3) 주의 사항

5. 결과

5. 응용분야
　액상에서의 활성탄 공법의 응용

6. 참고

8. 참고 자료

본문내용

흡착가능한 물질을 포함하고 있는 원수를 흡차갑에 통화한후 유출수의 오염물질 농도가 어느 시점에서 설계기준이나 허용기준치를 초과할 것이냐에 대한 정보가 필요하다. 이러한 자료의 정보는 통상적으로 Pilot scale 실험으로 얻는다. 파과곡선이란 의미는 활성탄납의 입구에서 일정농도로 유입되는 흡착질의 활성탄탑 출구농도의 변화곡선을 말하며, 이파과 곡선의 위치와 형태를 결정짓는 것은 흡착용량과 흡착속도이다. 다음 그림1은 파과곡선을 나타내며 흡착탑 출구에서의 유출농도를 시간의 경과에 따라 표시하였다.
▶ 그림 2에서 파과점 A는 출구농도가 인입농도의 10%점으로 이후부터 출구농도가 급격히 증가되는 지점이다.
▶ 활성탄은 요오드가가 600mg/g이하로 되면 거의 흡착성이 없다고 본다.
▶ 활성탄의 수명 : 통과유량, 피흡착질의 종류와 농도, 활성탄의 량, 활성탄의 질에 따라서 좌우된다.
고정층 흡착탑에서 유입 용액의 농도를 C0[mg/L]라 할 때, C/C0의 비는 시간 t에 따라 변화하게 된다. 농도가 어느 한계점(분기점)에 도달하면 흐름이 중지되고 새흡착제층으로 바뀐다. 분기점은 상대농도 0.05 내지 0.1로 택한다.
흡착된 양은 t*에서의 직선 왼쪽 사각형 면적에 비례한다. 이는 파괴곡선이 수직일 때 이상적인 흡착시간이다. 대칭곡선에서는 0.5이며, 실제 실험에서는 약간의 변동이 있다.
흡착층 단위면적에 대한 용질 공급속도는 공탑속도와 농도를 곱한 것이다.
FA=u0C0
이상적인 파괴곡선인 경우, t*시간에 공급된 모든 용질이 흡착되고 고체상의 농도는 W0으로부터 WSAT까지 증가된다.
u0C0t* = Lρb(WSAT - W0)
여기서, L과 ρb는 각각 흡착층의 길이와 겉보기 밀도이다.
공탑 속도 (겉보기 속도)
충전층, 촉매층 속을 유체가 흐르는 경우, 또는 액체가 가득한 탑이나 탱크 속을 기포군이 상승하는 경우와 같이 유체의 진짜 속도를 규정하기 어려운 듯한 때에 편의상 사용하는 겉보기상의 선 속도, 또는 질량 속도(탑의 단위 단면적당 단위 시간에 통과하는 질량)를 말한다. 예를 들면 위의 예와 같은 경우에 단위 시간의 유체의 유량(부피 또는 질량)을 층전층, 촉매층, 탱크 등의 단면적에서 뺀 수치를 말한다. 따라서 단위는 예를 들면 ㎥/㎡hr=m/hr, 또는 kg/㎡hr 등이다.
3. 실험 기구
활성탄 DIRECT RED 81
UV Spectrophotometer
증류수 삼각 플라스크
비커 스포이드
전자 저울 칼럼 2개
4. 실험 방법
1) 실험 방법
① 100ppm Red RBL을 5ℓ조제하여 feed tank에 넣다.
② 증류수를 넣어 흡광도를 0으로 맞추고 원료의 흡광도를 측정한다.(UV 분광광도계는 시작 30분 전에 미리 켜서 예열 한다.)
③ 활성탄 겉보기 밀도를 측정한다.(100㎖ 메스실린 더에 넣고 무게를 잰다)
④ 활성탄을 컬럼에 충전한다.
⑤ 펌프를 통해 원료 유량이 1분에 50㎖정도 되도록 유속을 조절한다.
⑥ Damper와 컬럼의 하부, 컬럼의 상부와 유량계 하 부를 연결한다.
⑦ main 스위치를 켠다.
⑧ 시료가 공급될시 공탑속도를 측정한다.
⑨ 시료가 유량계의 상부 배출구로 나오면 이때를 실험시간 0으로 하여 1분 마다 액을 취해 흡광도를 측정한다.
⑩ 흡광도가 처음 시료의 흡광도와 같으면 실험을 종료한다.
⑪ 표준 용액을 만들어 흡광도를 측정한다.
⑫ 칼럼의 길이가 다른 것으로 위와 똑같이 다시 실험한다.
2) 흡광도 측정
① 실험 30분 전에 예열한다.
② 파장(570)을 맞춘다.
③ 증류수로 흡광도값이 0이 되도록 맞춘다.
④ 측정한 시료를 넣어 흡광도 측정한다.
3) 주의 사항
펌프가 공회전 하지 않도록 한다.
Feed Tank 내의 시료 양을 충분히 준비하여 실험 도중 부족하여 더 첨가하는 일이 없도록 한다.
5. 결과
실험1
실험2
실험3
실험 시료: Methylene Blue
컬럼 길이: 52.2cm 컬럼 직경:1.4cm 활성탄 양: 28.2g
공탑 속도 : 20.2cm t: 1분 6초 )
C0농도 : 100ppm (흡광도 : 1.055)
◈ 겉보기 밀도(ρb)
◈ 층의 단면적당 용질의 공급속도
◈ 흡착된 용질의 총량
◈ 흡착층 단위면적당 탄소의 질량
L×ρb = 50.2cm ×0.9068g/㎤ = 45.52136 g/㎠
◈ 활성탄이 포화되었을 때 흡착된 양
◈ 분기점까지 흡착된 양
C/C0 = 0.1 이고 t= 33 min인 분기점에서
분기점까지 흡착된 양은
◈ 사용된 층의 분율
결과 분석
실험을 세 번 했지만 흡광도계의 측정을 잘못하여 첫 번째 실험에 대해서만 실험 분석을 하면 흡착된 양이 0.05396g Methylene Blue/ g Carbon임을 알수 있다. 그리고 흡착된 층을 분율을 계산해 보면 0.03064가 됨을 알 수 있는데 이것으로 활성탄 총 용량의 3%가 흡착이 되었다는 것을 알 수 있다.
5. 응용분야
액상에서의 활성탄 공법의 응용
▶ 순수처리공정 : 이온교환수지의 성능에 막대한 지장을 초래하는 난류염소, 유기물을 제거해서 수지를 보호한다. 잔류염소는 이온교환수지를 산화시켜 가교결합을 끊어 버리고 결국은 입자가 파괴되어 기능이 떨어진다. 한편, 유기물은 수지를 오염시켜서 역세수량이 증가 처리수 수질악화 SiO2의 조기누출등이 일어나므로 이를 위해서는 COD 기준으로 1ppm 이하로 유지해야 한다.
▶폐수 : 부식성 유기물의 제거, 농약잔류물질, COD, TOC, THM등 염소살균 부산물 제거 등에 응용됨.
▶상수도 : 맛, 색도, 냄새, 농약잔류물, 유기성 잔유물, 상수원 오염사고인 유류, 독성물질 등의 제거 등에 사용된다.
6. 참고
▶ 흡착량은 활성탄의 단위면적 또는 단위질량에 대한 흡착질의 질량, 중량으로 표시하거나 혹은 흡착분자수로 나타낸다.
▶ 포화흡착량 : 활성탄 전면적을 전부 점유한 량.
▶ 흡착율, 피복율 : 흡착질이 pore에 점유한 비율.
▶ 흡착제의 흡착선택성
8. 참고 자료
http://www. interchem114.com
청호나이스 홈페이지
ㆍ단위조작 Easy manual, 고용식, 선학출판사
화학대사전, 김창홍 윤창노 외, 도서출판 세화

키워드

흡착,   활성탄,   메틸렌블루