Abstract
This research was designed to investigate the mathematical model and kinetics of phenol desorption from spent activated carbon. elucidating the desorption characteristics of phenol in the case of using acetone. The Freundlich isotherm constant ($k_e$) is expressed as a function of temperature: $k_e(T)=0.1exp(797.297/T)$. The Freundlich isotherm constant(n) is a weak temperature function and is rarely affected by temperature below $50^{\circ}C$. whereas it is necessary to correct the n value with respect to temperature above $100^{\circ}C$ owing to significant deviation (~5%). Based on the assumption that the surface desorption reaction of phenol is rate limiting, the desorption model was developed. Desorption reaction constant($k_d$) was determined by means of fitting the theoretical results best to experimental ones. The Arrhenius relationships for $k_d$ was expressed by: $k_d(sec^{-1})=0.0479{\cdot}exp(-3037/T)$. The model was verified by comparing the experimental ones under different reaction conditions with the theoretical results determined by the previously estimated $k_d$. Since the difference between them is with 5%, it is expected that the desorption model of this research seems to be appropriate to explain the desorption of phenol from activated carbon by acetone. According to studies of the model. regeneration time and ratio was estimated as a function of temperature under present conditions as follows: (1) regeneration time : ${\tau}_{reg}(hr)=-0.08130T_c+8.4775$. (2) regeneration ratio : ${\eta}(%)=0.2210T_c+83.745$. The regeneration time at 15, 55, and $100^{\circ}C$. respectively. was 7, 4.2, and 0.35 hours, whereas the regeneration ratio was 87. 96. and 99%. respectively. Also. studies of the model would make it possible to determine the regeneration time and ratio under other specific conditions (temperature, applied acetone volume, amount of activated carbon, and initially adsorbed phenol amount).
본 연구는 활성탄 피흡착물인 페놀의 아세톤에 의한 탈착모델 및 탈착 동역학을 결정하여 활성탄으로부터 페놀이 탈착되는 현상을 구명하는데 그 목적을 두고 있다. 아세톤에 의한 페놀의 Freundlich 등온탈착 평형반응상수인 $k_e$는 온도의 함수로서 다음과 같이 표현된다: $k_e(T)=0.1{\cdot}exp(797.297/T)$. 또한 Freundlich 등온탈착 평형반응상수인 n은 약한 온도함수로서 $50^{\circ}C$ 이하에서는 용도에 따라 큰 영향을 받지 않으나, $100^{\circ}C$ 이상에서는 5% 이상 차이가 나기 때문에 온도에 대한 보정치를 적용하는 것이 필요하다. 페놀 탈착모델은 활성탄 표면에서의 탈착반응을 제한반응으로 가정하였으며, 탈착반응상수 ($k_d$)는 실험치와 모델 이론치의 최적합도에서 결정하였고, Arrhenius 관계식으로 다음과 같이 표현된다: $k_d( sec^{-1})=0.0479{\cdot}exp(-3037/T)$. 모델에서 결정한 $k_d$값을 검증하기 위해 다른 반응조건에서의 실험결과와 이론치를 비교하였으며, 두 값의 차이가 5% 이내인 것을 미루어 본 연구에서 설정한 탈착반응모델이 타당한 것으로 추정된다. 본 모델을 이용한다면 특정조건(온도, 용매 부피, 활성탄 양, 페놀 초기 흡착량)에서의 재생시간과 재생율을 결정할 수 있으며, 본 실험에서 사용한 조건에 근거한 재생시간과 재생율을 온도의 함수로서 표현할 수 있다: (1) 재생시간 : ${\tau}_{reg}(hr)=-0.08130T_c+8.4775$, (2)재생율 : ${\eta}(%)=0.2210T_c+83.745$. 이 식을 적용하는 경우 반응온도 15, 55, $100^{\circ}C$에서 재생시간은 각각 7, 4.2, 0.35시간. 한편 재생율은 87, 96, 99%로 결정할 수 있다.
(Pyrolysis Research Lab., Department of Environmental Science, Hallym University)
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