Abstract
Adsorption characteristics of $CO_2$ on activated carbons were evaluated using dynamic adsorption method in a fixed bed with acid treatment, LiOH impregnation and water vapor supply. Physical and chemical properties of the activated carbons were measured using SEM, EDS, nitrogen adsorption, FTIR and XRD. Nitric acid treatment led to the decrease in BET surface area and the increase in oxygen content of virgin activated carbon, and it produced a new functional group that included nitrogen. For the reduction of BET surface area by LiOH impregnation, the nitric acid treated activated carbon (NAC) was less than the virgin activated carbon (AC). Large particles of LiOH were present on the carbon surface when the content of LiOH was over 2 wt%. The adsorbed amount of $CO_2$ on activated carbon in a fixed bed increased with the acid treatment, LiOH impregnation and water vapor supply. The XRD results indicated that LiOH was converted to $Li_2CO_3$ after the adsorption of $CO_2$ on LiOH precursor.
본 연구에서는 원시 활성탄에 질산을 이용한 산 처리 또는 LiOH를 첨착한 후, 이에 대한 이산화탄소의 흡착 특성을 수분의 공존 유, 무 상태에서 고정층 파과 실험을 통해 평가하였다. 질산 처리 및 LiOH 첨착에 따른 활성탄의 표면 성상 및 물리, 화학적 특성은 SEM, EDS, 질소 흡착, FTIR, XRD를 이용하여 고찰하였다. 질산 처리로 인해 원시 활성탄의 비표면적은 감소하였지만 활성탄 표면에서 산소 함량은 증가하였으며, 질산의 산화 반응으로 활성탄 표면에 탄소 및 산소 외에 질소를 포함한 새로운 관능기가 생성되었다. LiOH 첨착으로 인한 비표면적의 감소 폭은 질산 처리한 활성탄이 원시 활성탄에 비해 작게 나타났다. LiOH를 2 wt% 이상으로 첨착하면 상당 부분의 LiOH가 활성탄 세공 내부에 들어가지 못하고 외부 표면에 존재하였다. 고정층 파과 실험을 통해 질산 처리 및 LiOH 첨착량 증가에 따라 활성탄의 이산화탄소 흡착 성능은 향상되었다. 또한 공급가스 내에 수분이 공존함에 따라 이산화탄소 흡착량이 증가하였다. LiOH가 첨착된 활성탄에서 이산화탄소 흡착 후 LiOH는 화학반응에 의해 $Li_2CO_3$로 전환함을 확인하였다.