[품목동향] 전략물자 품목소개 및 통제동향 : 탄소섬유(Carbon Fiber)

이종집 전략물자관리원 2013 전략물자 focus Vol.- No.7

활성탄 흡착에 의한 Ethyl Violet의 공정 파라미터 연구

이종집 한국수처리학회 2018 한국수처리학회지 Vol.26 No.6

The process parameters of ethyl violet from aqueous solution by activated carbon adsorption were carried out as a function of pH, temperature, contact time, initial concentration and temperature. The adsorption equilibrium data can be described well by the Langmuir and Freundlich isotherm models. Base on Langmuir constant (RL=0.0343~0.0523) and Freundlich constant (1/n=0.1633~0.1974), This process could be employed as effective treatment for adsorption of ethyl violet. The kinetic experimental results showed that the adsorption process can be well described with the pseudo second order model. Based on the positive enthalpy (6.505 kJ/mol), the adsorption of ethyl violet onto granular activated carbon is endothermic. The negative Gibbs free energy (-1.169~-1.681 kJ/mol) obtained indicates that the adsorption process is spontaneous and physisorption.

야자계 입상 활성탄에 의한 brilliant green의 흡착 특성: 평형, 동력학 및 열역학 파라미터에 관한 연구

이종집 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.3

야자계 입상활성탄에 대한 Brilliant Green의 흡착 평형과 동역학 및 열역학 파라미터들을 다양한 초기농도(300 ~ 500 mgL-1), 접촉시간(1 ~ 12 h) 및 흡착온도(303 ~ 323 K)를 변수로 하여 회분식 실험을 통하여 연구하였다. 흡착평형 값들은Langmuir, Freundlich, Temkin, Harkins-Jura 및 Elovich 식으로 해석하였다. 그 결과는 Langmuir 식에 가장 잘 맞았으며, 평가된 Langmuir 무차원 분리계수 값(RL = 0.018 ~ 0.040)과 Freundlich 상수값(1/n = 0.176 ~ 0.206)은 활성탄에 의한 BrilliantGreen의 흡착이 효과적인 공정임을 보여주었다. Temkin 식에 의해 평가된 흡착열 관련상수(B = 12.43 ~ 17.15 J mol-1)는 물리흡착에 해당하였다. Harkins-Jura 식에 의한 등온선 매개변수(AHJ)는 온도가 증가할수록 이종 기공 분포도 증가함을 나타내었고, Elovich 식에 의한 최대흡착용량은 실험값보다 매우 적은 것으로 나타났다. 흡착공정은 유사이차반응속도식에 더잘 맞았으며, 흡착과정은 입자내 확산이 율속단계였다. 입자내 확산속도 상수는 초기 농도가 커질수록 염료의 운동이 활발해졌기 때문에 증가하였다. 그리고 초기농도가 커질수록 경계층의 영향이 커졌다. Gibbs 자유에너지(-3.46 ~ -11.35 kJmol-1), 엔탈피(18.63 kJ mol-1) 및 활성화에너지(26.28 kJ mol-1)는 흡착공정이 자발적이고, 흡열 및 물리흡착임을 나타냈다. The adsorption equilibrium, kinetic, and thermodynamic parameters of brilliant green adsorbed by coconut basedgranular activated carbon were determined from various initial concentrations (300 ~ 500 mg L-1), contact time (1 ~ 12 h), andadsorption temperature (303 ~ 323 K) through batch experiments. The equilibrium adsorption data were analyzed by Langmuir,Freundlich, Temkin, Harkins-Jura, and Elovich isotherm models. The estimated Langmuir dimensionless separation factor (RL= 0.018 ~ 0.040) and Freundlich constant (n-1 = 0.176 ~ 0.206) show that adsorption of brilliant green by activated carbon is aneffective treatment process. Adsorption heat constants (B = 12.43 ~ 17.15 J mol-1) estimated by the Temkin equationcorresponded to physical adsorption. The isothermal parameter (AHJ) by the Harkins-Jura equation showed that theheterogeneous pore distribution increased with increasing temperature. The maximum adsorption capacity by the Elovichequation was found to be much smaller than the experimental value. The adsorption process was best described by the pseudosecond order model, and intraparticle diffusion was a rate limiting step in the adsorption process. The intraparticle diffusion rateconstant increased because the dye activity increased with increases in the initial concentration. Also, as the initial concentrationincreased, the influence of the boundary layer also increased. Negative Gibbs free energy (-10.3 ~ -11.4 kJ mol-1), positiveenthalpy change (18.63 kJ mol-1), and activation energy (26.28 kJ mol-1) indicate respectively that the adsorption process is spontaneous, endothermic, and physical adsorption.

제올라이트에 의한 Brilliant Green의 흡착에 대한 평형, 동역학 및 열역학 파라미터에 관한 연구

이종집,Lee, Jong Jib 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1

제올라이트에 대한 수용액으로부터 brilliant green의 흡착 평형과 동역학 및 열역학 파라미터들을 다양한 초기농도(10-30 mg/L), 접촉시간(1-24 h) 및 흡착온도(298-318 K)를 변수로 하여 회분식 실험을 통하여 연구하였다. 흡착평형 값들은 Langmuir, Freundlich 및 Dubinin-Radushkevich 식으로 해석하였다. 그 결과는 Langmuir 식과 Freundlich 식에 잘 맞았으며, 평가된 Langmuir 무차원 분리계수 값($R_L=0.041{\sim}0.057$)와 Freundlich 상수값(1/n=0.30~0.47)은 제올라이트에 의한 brilliant green의 흡착이 효과적인 공정이 될 수 있음을 나타냈다. Dubinin-Radushkevich 식에 의해 평가된 흡착 에너지값(1.564~1.857 kJ/mol)은 물리흡착에 해당하였다. Brilliant green의 흡착 동력학은 유사이차반응속도식에 잘 맞았으며, 입자내 확산식에 잘 따랐다. 흡착 특성을 평가하기 위하여 주로 활성화에너지, Gibbs 자유에너지, 엔탈피 및 엔트로피와 같은 열역학 파라미터가 계산되었다. Gibbs 자유에너지-10.3~-11.4 kJ/mol), 엔탈피(49.48 kJ/mol) 및 활성화에너지(27.05 kJ/mol)는 흡착이 자발적이고, 흡열 및 물리흡착 공정임을 나타냈다. Adsorption equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of a brilliant green from aqueous solutions at various initial dye concentration (10~30 mg/L), contact time (1~24 h) and temperature (298~318 K) on zeolite were studied in a batch mode operation. The equilibrium adsorption values were analyzed by Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich model. The results indicate that Langmuir and Freundlich model provides the best correlation of the experimental data. Base on the estimated values of Langmuir dimensionless separation factor ($R_L=0.041{\sim}0.057$) and Freundlich constant (1/n=0.30~0.47), this process could be employed as effective treatment method. calculated values of adsorption energy by Dubinin-Radushkevich model were 1.564~1.857 kJ/mol corresponding to physical adsorption. The adsorption kinetics of brilliant green were best described by the pseudo second-order rate model and followed by intraparticle diffusion model. Thermodynamic parameters such as activation energy, free energy, enthalpy and entropy were calculated to estimate nature of adsorption. negative Gibbs free energy (-10.3~-11.4 kJ/mol), positive enthalpy change (49.48 kJ/mol) and Arrehenius activation energy (27.05 kJ/mol) indicates that the adsorption is spontaneous, endothermic and physical adsorption process, respectively.

활성탄에 의한 작용기가 다른 염료의 흡착: 파라미터 및 경쟁 흡착

이종집,Lee, Jong Jib 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.2

In this paper, parameter characteristics such as pH effect, isotherm, kinetic and thermodynamic parameters and competitive adsorption of dyes including malachite green (MG), direct red 81 (DR 81) and thioflavin S (TS), which have different functional groups, being adsorbed onto activated carbon were investigated. Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were employed to find the adsorption mechanism. Effectiveness of adsorption treatment of three dyes by activated carbon were confirmed by the Langmuir dimensionless separation factor. The mechanism was found to be a physical adsorption which can be verified through the adsorption heat calculated by Temkin equation. The adsorption kinetics followed the pseudo second order and the rate limiting step was intra-particle diffusion. The positive enthalpy and entropy changes showed an endothermic reaction and increased disorder via adsorption at the S-L interface, respectively. For each dye molecule, negative Gibbs free energy increased with the temperature, which means that the process is spontaneous. In the binary component system, it was found that the same functional groups of the dye could interfere with the mutual adsorption, and different functional groups did not significantly affect the adsorption. In the ternary component system, the adsorption for MG lowered a bit, likely to be disturbed by the other dyes meanwhile DR 81 and TS were to be positively affected by the presence of MG, thus resulting in much higher adsorption.

입상활성탄에 의한 메타닐 옐로우 염료의 흡착에 대한 평형, 동력학 및 열역학 파라미터에 관한 연구

이종집 한국공업화학회 2014 공업화학 Vol.25 No.1

입상활성탄에 대한 metanil yellow의 흡착은 흡착제의 양, pH, 초기농도, 접촉시간과 흡착온도를 조작변수로 선택하여회분식 실험으로 연구되었다. 흡착평형자료는 Langmuir와 Freundlich 흡착등온식에 대한 적합성을 평가하였다. 흡착평형은 Freundlich 흡착등온식이 더 잘 맞았으며, 계산된 분리계수 값으로부터 입상활성탄이 metanil yellow를 효과적으로처리할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 동력학적 실험으로부터, 흡착공정은 유사이차반응속도식에 잘 맞으며, 속도상수(k2) 값은 초기농도가 증가할수록 감소하였다. 활성화 에너지, 엔탈피, 엔트로피 및 Gibbs 자유에너지 변화와 같은 열역학 파라미터들은 흡착공정의 특성을 평가하기 위하여 298∼318 K의 온도 범위에서 조사하였다. 활성화 에너지의계산 값은 23.90 kJ/mol로 입상활성탄에 대한 metanil yellow의 흡착이 물리적 공정임을 나타냈다. Gibbs 자유에너지변화의 음수값(ΔG = -2.16∼-6.55 kJ/mol)과 엔탈피 변화의 양수값(ΔH = +23.29 kJ/mol)은 각각 흡착공정이 자발적공정 및 흡열과정임을 나타냈다.

활성탄에 의한 Reactive Orange 16 염료 흡착에 대한 공정 파라미터 연구

이종집 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.7

활성탄에 의한 reactive orange 16 (RO 16) 염료의 흡착은 흡착제의 양, pH, 초기 농도, 접촉시간과 온도를 흡착변수로 사용하여 실험하였으며, 분리계수, 속도상수, 율속단계, 활성화 에너지, 엔탈피, 엔트로피, 자유에너지와 같은 공정 파라미터에 대해 조사하였다. RO 16의 흡착은 활성탄 표면의 양이온 (H+)과 RO 16이 가지고 있는 설포네이트 이온 및 수산 이온사이의 정전기적 인력으로 인해 pH 3에서 흡착율이 가장 높았다. 등온자료는 Langmuir, Freundlich 및 Temkin 등온식을 적용하였다. Freundlich 상수(1/n=0.398〜0.441)와 Langmuir 분리계수(RL=0.459〜0.491)에 의해 활성탄에 의한 RO 16의 흡착조작은 적절한 제거방법임을 확인하였다. Temkin 식의 흡착에너지 (BT=0.293~0.576 kJ/mol) 값으로부터 이 흡착공정이 물리흡착공정이라는 것을 알았다. 흡착 동력학 실험은 RO 16의 흡착이 유사이차반응속도식에 잘 맞는 것으로 나타났다. 흡착공정의 율속단계는 입자 내 확산 단계인 것이 확인되었다. 양수값의 엔탈피 변화는 물리흡착임을 나타냈다. 음수값의 깁스 자유에너지 변화는 온도가 올라갈수록 –3.16<-11.60<-14.01 kJ/mol 순으로 작아졌다. 따라서 RO 16의 흡착공정의 자발성이 온도가 증가할수록 높아진다는 것을 보여주었다. The adsorption of reactive orange 16 (RO 16) dye by activated carbon was investigated using the amount of adsorbent, pH, initial concentration, contact time and temperature as adsorption variables. The investigated process parameters were separation coefficient, rate constant, rate controlling step, activation energy, enthalpy, entropy, and free energy. The adsorption of RO 16 was the highest at pH 3 due to the electrostatic attraction between the cations (H+) on the surface of the activated carbon and the sulfonate ions and hydroxy ions possessed by RO 16. Isotherm data were fitted into Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models by applying the evaluated separation factor of Langmuir (RL=0.459~0.491) and Freundlich (1/n=0.398~0.441). Therefore, the adsorption operation of RO 16 by activated carbon was confirmed as an appropriate removal method. Temkin's adsorption energy indicated that this adsorption process was physical adsorption. The adsorption kinetics studies showed that the adsorption of RO 16 follows the pseudo-second-order kinetic model and that the rate controlling step in the adsorption process was the intraparticle diffusion step. The positive enthalpy change indicated an endothermic process. The negative Gibbs free energy change decreased in the order of -3.16 <-11.60 <-14.01 kJ/mol as the temperature increased. Therefore, it was shown that the spontaneity of the adsorption process of RO 16 increases with increasing temperature.

활성탄 흡착에 의한 Amaranth의 제거

이종집,윤성욱 한국안전학회 2009 한국안전학회지 Vol.24 No.4

The adsorption characteristics of amatanth by granular activated carbon were experimently investigated in the batch adsorber and the packed column. The adsorptivity of activated carbon for amaranth were largely improved by pH control, and 94 percent of initial concentration(100mg/L) could be removed at pH 9. It was estabilished that the adsorption equilibrium of amaranth on granular activated carbon was sucessfully fitted by Freundlich isotherm equation in the concentration range from 1mg/L to 100mg/L. The characteristics of breakthrough curve of activated carbon packed column, which depend on the design variables such as initial concentration, bed height, and flow rate, were studied.

입상 활성탄에 의한 Murexide의 흡착 평형, 동력학 및 열역학 파라미터에 관한 연구

이종집 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.1

The equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of adsorption of murexide by granular activated carbon wereinvestigated. The experiment was carried out by batch experiment with the variables of the amount of the adsorbent, the initialconcentration of the dye, the contact time and the temperature. The isothermal adsorption equilibrium was best applied to theFreundlich equation in the range of 293 ~ 313 K. From the separation factor (β) of Freundlich equation, it was found thatadsorption of murexide by granular activated carbon could be the appropriate treatment method. The adsorption energy (E)obtained from the Dubinin- Radushkevich equation shows that the adsorption process is a physical adsorption process. From thekinetic analysis of the adsorption process, pseudo second order model is more consistent than pseudo first order model. It wasfound that the adsorption process proceeded to a spontaneous process and an endothermic process through Gibbs free energychange (-0.1096 ~ -10.5348 kJ mol-1) and enthalpy change (+151.29 kJ mol-1). In addition, since the Gibbs free energy changedecreased with increasing temperature, adsorption reaction of murexide by granular activated carbon increased spontaneouslywith increasing temperature. The entropy change (147.62 J mol-1 K-1) represented the increasing of randomness at thesolid-solution interface during the adsorption reaction of murexide by activated carbon. 입상 활성탄에 의한 murexide 흡착의 평형, 동역학 및 열역학 파라미터들에 대해 조사하였다. 실험은 흡착제의 양, 염료의초기농도, 접촉시간과 온도를 변수로 하여 회분식 실험으로 진행하였다. 등온흡착평형관계는 293 ~ 313 K의 범위에서Freundlich 식에 가장 잘 적용되었으며, Langmuir 식의 분리계수 RL과 Freundlich 식의 분리계수 β로부터 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착조작이 적절한 처리방법이 될 수 있다는 것을 알았다. 또한 Dubinin- Radushkevich 식에서 얻은 흡착에너지(E)로부터 물리흡착공정임을 알 수 있었다. 흡착공정에 대한 동역학적 해석을 통해 반응속도식의 적용 결과는 유사이차반응식이 유사일차반응식보다 일치도가 높은 것으로 나타났다. Gibbs 자유에너지 변화(-0.1096 ~ -10.5348 kJ mol-1), 엔탈피변화(+151.29 kJ mol-1)을 통해 흡착공정이 자발적 공정 및 흡열과정으로 진행되었음을 알 수 있었다. 또한 Gibbs 자유에너지 변화는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이높아졌다. 엔트로피 변화 (512.4 J mol-1 K-1)는 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응이 일어나는 동안 고-액 계면에서 무질서도가 증가함을 나타냈다.

활성탄을 이용한 아닐린 블루의 흡착평형, 동역학 및 열역학 파라미터에 대한 해석

이종집 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.5

수용액으로부터 활성탄에 대한 아닐린 블루의 흡착 평형, 동역학 및 열역학적 특성을 초기농도, 접촉시간과 온도를흡착변수로 하여 조사하였다. 아닐린 블루의 등온흡착은 Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin 및Dubinin-Radushkevich 모델을 통해 해석하였다. Langmuir 모델이 다른 모델들 보다 등온 데이터에 더 잘 맞았다. 평가된 Langmuir 분리계수(RL=0.036~0.068)는 활성탄에 의한 아닐린 블루의 흡착 공정이 효과적인 처리방법이 될수 있음을 나타냈다. 흡착속도상수는 유사일차속도 모델, 유사이차속도 모델 및 입자내 확산 모델에 적용하여 구하였다. 활성탄에 대한 아닐린 블루의 흡착속도실험 결과는 유사이차 반응속도식에 잘 따랐다. 흡착 메카니즘은 입자내 확산 모델에 의해 경막 확산과 입자내 확산의 두 단계로 평가되었다. 흡착공정에 대한 깁스 자유에너지, 엔탈피및 엔트로피 변화와 같은 열역학 파라미터들이 평가되었다. 엔탈피 변화(48.49 kJ/mol)은 흡착공정이 물리흡착이고흡열반응임을 알려주었다. 깁스 자유 에너지는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이 더 높아졌다. 등량흡착열은 흡착제 표면의 에너지 불균일성 때문에 흡착제와 흡착질 사이에 상호작용이 있음을 나타내었다. Characteristics of adsorption equilibrium, kinetic and thermodynamic of aniline blue onto activated carbon from aqueous solution were investigated as function of initial concentration, contact time and temperature. Adsorption isotherm of aniline blue was analyzed by Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin and Dubinin-Radushkevich models. Langmuir isotherm model fit better with isothermal data than other isotherm models. Estmated Langmuir separation factors (RL=0.036~0.068) indicated that adsorption process of aniline blue by activated carbon could be an effective treatment method. Adsorption kinetic data were fitted to pseudo first order model, pseudo second order model and intraparticle diffusion models. The kinetic results showed that the adsorption of aniline blue onto activated carbon well followed pseudo second-order model. Adsorption mechanism was evaluated in two steps, film diffusion and intraparticle diffusion, by intraparticle diffusion model. Thermodynamic parameters such as Gibbs free energy, enthalpy and entropy for adsorption process were estimated. Enthalpy change (48.49 kJ/mol) indicated that this adsorption process was physical adsorption and endothermic. Since Gibbs free energy decreased with increasing temperature, the adsorption reaction became more spontaneously with increasing temperature. The isosteric heat of adsorption indicated that there is interaction between the adsorbent and the adsorbate because the energy heterogeneity of the adsorbent surface.