황화수소 가스 제거를 위한 금속수산화물 기반 나노 복합체 제조 및 특성 :Fabrication and characterization of metal hydroxide-based nanocomposites for removal of hydrogen sulfide gas

이성우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이성우 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김대근

발행연도: 2018

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (8)

2019

황화수소 가스 제거용 금속수산화물 기반 흡착제 제조 및 특성

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2018

황화수소 가스 제거를 위한 금속수산화물 기반 나노 복합체 제조 및 특성

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2015

금속산화물 흡착제를 이용한 황화수소가스 흡착 : 메탄/이산화탄소, 산소의 영향

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금속산화물 흡착제를 이용한 황화수소 가스 흡착: 유입농도와 간속도의 영향

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수산화철이 함유된 흡착제의 황화수소와 실록산 동시제거

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이성우 , 민경민 , 김신동 외 1명 한국폐기물자원순환학회지 2015.01 학술저널

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일반적으로 발생원에서 고농도 및 고유량으로 발생되는 황화수소를 제거하기 위해서는 적합한 기술을 적용하는 것이 필요하다. 금속수산화물은 황화수소에 대한 반응이 빠르기 때문에 고농도 및 고유량의 황화수소를 제거하기에 적합하다. 본 연구의 목적은 3종의 금속수산화물 기반 나노복합체를 제조하고 특성을 파악하는 것이 달성되었다. 연구에 선정된 금속수산화물은 단일 금속수산화물 1종(α-FeOOH)과 이종 금속수산화물 2종(ZnFe, CoFe-hydroxide)이었다. 연구결과를 통하여 얻어진 연구내용은 다음과 같다.
단일 금속수산화물로서 α-FeOOH는 고온의 열을 가하여 α-Fe2O3가 전환되는 것을 확인하여 제조된 것으로 확인되었다. α-FeOOH는 분말활성탄과 혼합되어 황화수소의 흡착 성능이 향상되는 것으로 파악되었다. 분말활성탄에 의하여 제조과정 중에 발생되는 α-FeOOH 입자의 응집 현상이 방지되었다.
이종 금속수산화물로서 ZnFe-hydroxide는 Zn-hydroxide와 Fe-hydroxide의 단일 금속수산화물보다 황화수소 흡착성능이 향상되었다. ZnFe-hydroxide의 황화수소 흡착 성능 향상의 이유는 시료 표면에 M-O 또는 M-OH 결합과 기공 특성이 개선된 것으로 확인되었다.
CoFe-hydroxide의 황화수소 흡착 성능은 Co-hydroxide와 Fe-hydroxide의 단일 금속수산화물보다 향상된 것으로 나타났다. CoFe-hydroxide는 layered double hydroxide(LDH)의 결정구조로 확인되었다. 황화수소 제거 기작은 전이금속과 황의 결합과 층과 층 사이에 존재하는 탄산염 및 수분에 의한 이온교환에 의하여 제거된 것으로 파악되었다. CoFe-LDH는 습도에 영향을 받지 않았으며 유입농도와 공간속도가 느릴수록 황화수소 흡착 성능이 향상되었다.
CoFe-LDH를 현장에 적용하기 위한 자료로 열적 특성을 파악하고 지지체를 선정하였다. CoFe-LDH의 적절한 하소 온도는 200~400 ℃로 판단되었으며 분말활성탄을 혼합하여 제조할 경우 황화수소 흡착 성능이 향상되는 것으로 나타났다.
본 연구에서 얻어진 결과는 고농도·고유량으로 발생되는 황화수소를 제거하기 위하여 필요한 나노복합체로 사용될 것으로 기대된다.

It is necessary to apply removal technology to hydrogen sulfide generated at high concentrations and flow rates at the odor’s sources. Metal hydroxide can remove hydrogen sulfide because of its fast reaction. The overall goal in this study was to fabricate and characterize various metal-hydroxide-based nanocomposites for removal of hydrogen sulfide. The selected metal hydroxides were a single-metal hydroxide (α-FeOOH) and two different bimetallic hydroxides (ZnFe and CoFe-hydroxides).
It was confirmed that α-FeOOH as a single-metal hydroxide was produced by the conversion of α-Fe2O3 by heating at a high temperature. Hydrogen sulfide was adsorbed better on a composite mixed with α-FeOOH and activated carbon powder Agglomeration during the preparation of α-FeOOH was prevented by activated carbon powder.
Hydrogen sulfide was adsorbed better on ZnFe-hydroxide as a heterogeneous metal hydroxide than on the single-metal hydroxide (Zn- or Fe-hydroxide) because of the better pore characteristics and M-O or M-OH bonds on the surface of the sample.
Adsorption performance of CoFe-hydroxide for removal of hydrogen sulfide was better than that of Co- or Fe-hydroxide. CoFe-hydroxide was identified as a crystal structure of layered double hydroxide (LDH). The removal mechanism of hydrogen sulfide on CoFe-LDH was demonstrated by reaction between the transition metal and the sulfur, and the ion exchange with the carbonate ion and water at the interlayer. CoFe-LDH was applicable to high humidity in gas, and hydrogen sulfide was adsorbed better at a high initial concentration and lower space velocity.
The thermal properties of CoFe-LDH were investigated, and the support materials were selected. An appropriate calcination temperature of CoFe-LDH was found to be 200 to 400℃. Hydrogen sulfide was adsorbed better when CoFe-LDH was mixed with activated carbon powder.
The results obtained in this study are expected to be used as nanocomposites to remove hydrogen sulfide generated at high concentrations and flow rates at odor sources.

요약 ⅰ
표목차 ⅴ
그림목차 ⅶ
I. 서 론 1
1. 연구배경 1
2. 연구목적 4
3. 연구구성 5
II. 악취 배출원 및 배출특성 조사 6
1. 서론 6
2. 실험방법 6
3. 결과 및 고찰 8
3.1 악취 배출원 및 배출량 현황 8
3.2 악취 배출 특성 9
3.2.1 하수처리시설 9
3.2.2 음식물류폐기물처리시설 14
3.2.3 분뇨 및 가축분뇨처리시설 15
3.2.4 폐기물처리시설 16
3.3 종합적 고찰 16
4. 소결론 27
III. 무정형 α-FeOOH/분말활성탄 복합흡착제의 황화수소 흡착 28
1. 연구배경 및 목적 28
2. 실험방법 29
3. 결과 및 고찰 30
3.1 질산철 및 염화철로 제조된 수산화철의 황화수소 흡착 30
3.1.1 황화수소 흡착 파과특성 30
3.1.2 흡착제 특성 31
3.2 α-FeOOH의 특성 33
3.3 황화수소 흡착 35
3.4 가스 조건에 따른 흡착성능의 변화 37
4. 소결론 50
IV. Zinc-Iron 이종금속수산화물의 황화수소 흡착 51
1. 연구배경 및 목적 51
2. 실험방법 52
3. 결과 및 고찰 53
3.1 제조최적화 53
3.2 흡착제 특성 55
4. 소결론 65
V. Cobalt-Iron Layered double hydroxide의 제조와 황화수소 흡착 특성 66
1. 연구배경 및 목적 66
2. 실험방법 67
3. 결과 및 고찰 68
3.1 CoFe-LDH 제조를 위한 최적화 68
3.2 CoFe-LDH의 특성 69
3.3 흡착 메커니즘 71
3.4 CoFe-LDH의 가스 영향인자에 따른 특성 73
3.5 흡착파과모델의 적용 73
4. 소결론 94
Ⅵ. CoFe-LDH를 위한 지지체 선정과 열적 특성 95
1. 연구배경 및 목적 95
2. 실험방법 95
3. 결과 및 고찰 96
3.1 하소된 CoFe-LDH의 흡착성능 96
3.2 하소된 CoFe-LDH의 특성 96
3.3 지지체의 선정 97
4. 소결론 104
Ⅶ. 결론 및 제언 105
1. 결론 105
2. 제언 107
References 109
Abstract 119
Appendix 121

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