1. 활성탄 필터 소개
활성탄 (AC) 필터는 10 세기 이상 여과 공정에서 핵심 기술로 환경 보호에서 산업 응용 분야에 이르는 필드에서 중요한 솔루션을 제공합니다. 활성탄은 제한된 양의 산소가있는 경우 코코넛 껍질, 석탄 또는 목재와 같은 탄소가 풍부한 재료를 가열하여 생산되며, 이는 고도로 다공성 구조의 발달로 이어집니다. 이 "활성화"공정은 재료 내에서 수백만 개의 작은 모공을 열어서 그램 당 500 ~ 1500m² 사이의 매우 높은 표면적을 제공합니다. 이 거대한 표면적은 분자를 유치하고 트랩하는 재료의 능력과 결합하여 활성탄을 흡착에 이상적으로 만듭니다.
활성탄의 광범위한 적용은 주로 유기 화합물, 가스 및 오염 물질과 같은 다양한 물질을 흡착하기위한 높은 용량으로 인한 것입니다. AC는 다음과 같은 다양한 필드에서 사용됩니다.
수처리 : 도시 및 산업 수처리 시스템에서 활성탄은 염소, 살충제, 중금속 및 휘발성 유기 화합물 (VOC)과 같은 유해 물질을 제거합니다. 과립 활성탄 (GAC) 필터 및 분말 활성탄 (PAC)은 물 여과 시스템에 사용되는 일반적인 유형입니다.
공기 정제 : 활성탄 필터는 공기 여과 시스템에서 휘발성 유기 화합물 (VOC), 포름 알데히드, 암모니아 및 담배 연기와 같은 오염 물질을 제거하기 위해 널리 사용됩니다. 이 필터는 주거 및 상업용 건물 모두에서 대기 질을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다.
산업 공정 : 산업 응용 분야에서 활성탄은 용매 회수, 가스 정제 및 화학 제조 공정에 사용되어 가스 또는 액체에서 오염 물질을 제거합니다.
2. 향상된 성능 활성화 된 탄소 필터
활성탄 필터의 효율성을 향상시키기 위해 과학자와 엔지니어는 재료의 흡착 용량, 선택성 및 안정성을 향상시키는 몇 가지 방법을 개발했습니다. 이러한 변형 기술을 통해 활성화 된 탄소가보다 전문화되도록하여 광범위한 오염 물질을보다 효과적으로 해결할 수 있습니다.
2.1. 표면 기능화
표면 기능화는 활성탄의 표면에 특정 화학 그룹을 도입하는 데 사용되는 기술입니다. 이 기능 그룹은 특정 오염 물질에 대한 재료의 친화력을 증가시켜 표적 응용 분야에서 성능을 향상시킬 수 있습니다. 표면 변형의 주요 방법은 다음과 같습니다.
산화 처리 : 질산 또는 오존과 같은 산화제에 활성탄을 노출시킴으로써, 산소 함유 기능 그룹 (예 : 카르 복실, 하이드 록실 및 카르 보닐 그룹)이 탄소 표면에 도입된다. 이 기능 그룹은 유기 분자, 금속 및 특정 가스와 같은 극성 화합물을 흡수하는 물질의 능력을 증가시킵니다.
아미네이션 : 활성탄의 표면에 아민 그룹을 도입하면 이산화탄소 (CO2) 및 황화수소 (H2S)와 같은 산성 가스 및 특정 유기 오염 물질과 같은 산성 가스를 흡수하는 능력을 향상시킵니다. 이 변형은 산성 가스의 제거가 필요한 공기 여과 시스템에 특히 유용합니다.
금속 이온 하중 : 활성탄 표면에은, 구리 및 철과 같은 금속 이온을 통합하면 특정 오염 물질을 흡착하는 능력을 향상시키는 추가 활성 부위가 제공됩니다. 금속 수정 활성탄은 물에서 VOC, 염료 및 중금속 제거와 같은 응용 분야에서 매우 효과적입니다.
표면 기능화를 통해 활성화 된 탄소는 특수한 응용 분야에 맞게 조정될 수 있으며, 특정 오염 물질에 대한 선택성을 향상시키고 전반적인 효율성을 높일 수 있습니다.
2.2. 나노 기술의 통합
나노 기술은 활성화 된 탄소 여과 분야에 상당한 발전을 가져 왔습니다. 나노 물질을 활성탄에 통합함으로써 물질의 표면적, 기계적 강도 및 전반적인 흡착 용량을 향상시켜보다 효율적인 여과를 초래할 수 있습니다. 주목할만한 나노 기술 접근법에는 다음이 포함됩니다.
탄소 나노 튜브 (CNT) : 탄소 나노 튜브가 활성탄과 통합되면 재료의 표면적 및 기계적 특성이 향상됩니다. CNT는 표면적 증가 및 중금속 및 유기 화합물과 같은 광범위한 오염 물질을 흡수하는 능력을 포함하여 고유 한 구조적 이점을 제공합니다. CNT는 또한 재료의 구조적 무결성을 향상시켜 가혹한 조건에서 더 내구성이 뛰어납니다.
그래 핀 옥사이드 (GO) : 그래 핀 옥사이드는 활성탄에 포함될 때 흡착 능력과 전체 표면 반응성을 향상시키는 또 다른 나노 물질이다. GO- 수정 활성탄은 VOC, CO2 및 메탄을 포함한 가스상 오염 물질을 흡착하는 데 특히 유용합니다. 이 재료의 추가 표면 기능은 또한 오염에 대한 저항을 향상시켜 장기 성능을 보장합니다.
금속의 나노 입자 :은, 금 또는 구리와 같은 금속 나노 입자를 활성탄에 로딩하여 향상된 촉매 및 흡착 특성을 제공 할 수 있습니다. 이 나노 입자는 황 화합물과 같은 특정 오염 물질을 흡착하는 물질의 능력을 향상시킬 수 있으며 항균 특성을 도입하여 공기 및 물 정제에 필터를 유용하게 만듭니다.
나노 물질을 통합함으로써, 활성화 된 탄소는 다양한 특수 여과 응용에 최적화되어 효율성과 지속 가능성을 개선 할 수있다.
2.3. 복합 재료
복합 재료 결합 활성탄 성능을 향상시키기 위해 다른 물질로. 이 복합재는 가스 분리 또는 선택적 흡착과 같은 특정 제거 기능이 필요한 응용 분야에 특히 유용합니다. 주요 복합 재료 중 일부는 다음과 같습니다.
제올라이트-활성화 탄소 복합재 : 제올라이트는 이온을 교환하고 특정 가스를 흡수하는 능력으로 알려진 미세 다공성 미네랄이다. 제올라이트를 활성탄과 결합함으로써 암모니아 또는 황화수소와 같은 특정 오염 물질을 제거하는 재료의 능력이 향상됩니다. 제올라이트-활성화 탄소 복합재는 종종 산업 응용 및 공기 정제 시스템에 사용됩니다.
금속 유기 프레임 워크 (MOF)-활성화 된 탄소 복합재 : MOF는 조정 가능한 기공 구조와 매우 높은 표면적을 갖는 고도로 다공성 물질입니다. 활성탄과 결합하면 MOFS는 CO2, 메탄 및 수소와 같은 가스를 흡수하는 재료의 능력을 향상시킵니다. 이 복합재는 탄소 포획 및 가스 분리의 응용에 이상적이며, 높은 흡착 용량이 필수적입니다.
복합재는 특정 제거 작업에 맞게 활성탄을 조정할 수있게하므로 복잡한 오염 물질 혼합물을 다루는 산업에서 특히 유용합니다.
2.4. 고급 치료 기술
전통적인 변형 방법 외에도 활성탄의 성능을 더욱 향상시키기 위해 고급 처리 기술이 개발되었습니다. 이러한 두 가지 기술 (중수 로브 보조 처리 및 혈장 처리)은 탄소 여과의 유망한 개선을 제공합니다.
마이크로파 보조 처리 : 활성탄을 전자 레인지 방사선에 적용함으로써 재료의 기공 구조 및 표면적을 최적화 할 수 있습니다. 빠른 가열 공정은 활성탄의 흡착 용량을 향상시켜 광범위한 오염 물질, 특히 VOC 및 소규모 유기 분자를 제거하는 데 더 효과적입니다. 이 방법은 또한 재료의 재생 잠재력을 향상시켜 빈번한 교체의 필요성을 줄일 수 있습니다.
혈장 처리 : 혈장 처리는 활성탄을 이온화 된 가스에 노출시켜 물질의 표면 화학을 수정합니다. 혈장 처리는 특정 오염 물질에 대한 탄소의 친화력을 향상시키는 기능 그룹을 도입하여 흡착이보다 선택적이고 효율적입니다. 이 기술은 또한 재료의 안정성을 향상시켜 오랜 기간 동안 성능을 유지할 수 있습니다.
마이크로파 및 혈장 처리는 활성탄의 표면 특성을 향상시켜 여과 응용 분야의 효과를 높이고 지속 가능성에 기여하는 혁신적인 방법을 제공합니다.
3. 변형 된 활성탄 필터의 새로운 응용
수정 기술의 발전으로 인해 다양한 산업 분야의 활성탄 응용 프로그램이 확대되었습니다. 이러한 강화 된 재료는 전통적인 활성탄이 충분하지 않은 특수한 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 주목할만한 신흥 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.
3.1. 물 정제
변형 된 활성탄 필터는 의약품, 내분비 파괴 화학 물질 및 미세 플라스틱과 같은 신흥 물 오염 물질을 해결하는 데 점점 더 중요한 역할을하고 있습니다. 전통적인 활성탄은 염소, VOC 및 중금속을 제거하는 데 효과적이지만 수정 된 버전은 더 지속적이고 복잡한 오염 물질에 맞게 조정되고 있습니다. 예를 들어, 아민 그룹과 함께 기능화 된 활성탄은 유기 오염 물질을보다 효율적으로 제거 할 수있는 반면, 제올라이트 또는 MOF가있는 복합재는 암모니아 또는 제약과 같은 특정 오염 물질을 표적화 할 수 있습니다. 이 고급 재료는 현대적인 물 정제 문제에 대한보다 포괄적 인 솔루션을 제공합니다.
3.2. 대기 질 개선
도시화와 산업화의 증가로 대기 오염이 중대한 건강 문제로 만들어졌습니다. 변형 된 활성탄 필터는 질소 산화물 (NOX), 이산화황 (SO2) 및 VOC와 같은 특정 오염 물질을 표적화하도록 설계되고 있습니다. 이 필터는 산업 배기 시스템에서 주거용 공기 청정기에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 표면 특성 및 기공 구조를 조정 하여이 필터는 유해한 가스를보다 효과적으로 제거하여 실내 및 실외 공기질을 향상시킬 수 있습니다. 금속 나노 입자 하중을 통한 항균 특성의 첨가는 활성탄이 공기 중 병원체를 제거하는 능력을 향상시켜 의료 환경에서 가치가 있습니다.
3.3. 탄소 포획 및 격리
기후 변화에 대한 우려가 증가함에 따라 탄소 포획 기술에 대한 관심이 높아졌습니다. 산업 공정에서 이산화탄소 (CO2) 배출량을 포착하고 저장할 수있는 잠재력에 대해 변형 된 활성탄이 탐색되고 있습니다. 특히 MOF가있는 활성탄 복합재는 높은 표면적 및 조정 가능한 기공 크기로 인해 CO2 흡착에 대한 약속을 보여줍니다. 이 재료는 화석 연료 기반 산업의 환경 영향을 줄이기위한 지속 가능한 솔루션을 제공하고 기후 변화를 완화하기위한 세계적인 노력에 기여합니다.
3.4. 산업 폐수 처리
산업 응용 분야에서 폐수는 종종 유기 화합물, 중금속 및 기타 유해한 화학 물질을 포함한 다양한 오염 물질을 포함합니다. 이러한 오염 물질을 효율적으로 제거하기 위해 변형 된 활성탄 재료가 개발되고 있으며, 폐수 처리에 대한보다 표적적이고 효과적인 접근 방식을 제공합니다. 예를 들어, 제올라이트 또는 MOF가있는 복합재는 특정 오염 물질을 제거하는 데 사용되고 있으며, 흡착 용량이 향상된 활성화 된 탄소는 산업 폐수 배출의 전반적인 환경 영향을 줄이는 데 도움이됩니다.
