면섬유 기반 활성탄소섬유의 전기화학적 특성 및 유해가스 흡착 연구 = A Study on Electrochemical Properties and VOCs Adsorption of Cotton

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As modern lifestyles have become increasingly indoor oriented, porous carbon materials have been extensively investigated as electrode materials for energy storage devices such as electric double layer capacitors (EDLCS) as well as adsorbents for indoor air purification. Coconut–derived activated carbons are predominantly employed in these applications however their strong dependence on imported raw materials together with continuously increasing demand has led to limitations in supply stability. Accordingly, the development of alternative porous carbon precursors capable of replacing coconut–derived activated carbons is required.
In this study, activated carbon fibers were derived from discarded waste cotton fibers and investigated for electrochemical and volatile organic compounds (VOCS) adsorption applications. The cotton–derived activated carbon fibers (CACF) were prepared via a physical activation process, while chemical stabilizing agents were selectively applied depending on the target application. For electrochemical applications, citric acid was employed as a chemical stabilizing agent to promote micropore development favorable for EDLCS performance. The electrochemical characteristics were evaluated using a 1 M DMPBF4/ACN electrolyte by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge–discharge (GCD) measurements.
For VOCS adsorption applications, diammonium hydrogen phosphate (DAP) was applied as a chemical stabilizing agent to enhance the specific surface area. The textural properties of the CACF were analyzed using BET, BJH, and NLDFT models based on N2 adsorption–desorption isotherms at 77K, and the crystal structures were characterized by X–ray diffraction. The VOCS adsorption behavior was evaluated through breakthrough experiments.
The results demonstrate that CACF exhibit potential as multifunctional porous carbon materials for both EDLCS electrodes and indoor VOCS adsorption, suggesting a sustainable alternative to conventional coconut–derived activated carbons.

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목차 (Table of Contents)

1. 서 론 1
2. 이론적 배경 4
2.1 다공성 탄소 4
2.1.1 활성탄소섬유의 특성 6
2.1.2 활성탄소섬유의 제조 8

1. 서 론 1
2. 이론적 배경 4
2.1 다공성 탄소 4
2.1.1 활성탄소섬유의 특성 6
2.1.2 활성탄소섬유의 제조 8
(가) 물리적 활성화 8
(나) 화학적 활성화 9
2.2 흡착 10
2.2.1 흡착등온식 12
(가) Langmuir 흡착등온식 12
(나) Freundlich 흡착등온식 13
(다) Sips 흡착등온식 14
(라) BET 흡착등온식 15
2.2.2 흡착등온선의 분류 17
2.3 슈퍼커패시터 20
(가) 전기이중층 이론 21
(나) 전기이중층 커패시터 24
(다) 전기이중층 커패시터의 셀 구조 25
(라) 전기이중층 커패시터의 전극 구성 26
2.4 휘발성 유기화합물 28
(가) 휘발성 유기화합물의 정의 28
(나) 휘발성 유기화합물이 환경 및 인체에 미치는 영향 29
(다) 휘발성 유기화합물 처리 기술 30
3. 슈퍼커패시터용 면섬유 기반 활성탄소섬유 33
3.1 실험 33
3.1.1 재료 33
3.1.2 화학 안정화 및 탄화 33
3.1.3 물리적 활성화 33
3.1.4 측정 및 분석 34
(가) 활성탄소섬유의 열적 특성 34
(나) 활성탄소섬유의 결정구조 34
(다) 활성탄소섬유의 기공 특성 35
(라) 활성탄소섬유의 전기화학 특성 35
3.2. 결과 및 고찰 37
(가) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 열적 특성 평가 37
(나) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 결정구조 평가 40
(다) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 기공 특성 평가 45
(라) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 전기화학적 특성 평가 54
3.3 결론 60
4. 유해가스 흡착용 면섬유 기반 활성탄소섬유 61
4.1 실험 61
4.1.1 재료 61
4.1.2 화학 안정화 및 탄화 61
4.1.3 물리적 활성화 61
4.1.4 측정 및 분석 62
(가) 활성탄소섬유의 열적 특성 62
(나) 활성탄소섬유의 결정구조 62
(다) 활성탄소섬유의 기공 특성 63
(라) 활성탄소섬유의 유해가스 흡착 특성 63
4.2 결과 및 고찰 65
(가) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 열적 특성 평가 65
(나) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 결정구조 평가 71
(다) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 기공 특성 평가 77
(라) 면섬유 기반 활성탄소섬유의 유해가스 흡착 특성 평가 84
4.3 결론 89
5. 총론 90
참고 문헌 92

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