Tak, Bong-Yeol;Tak, Bong-Sik;Min, Gil-Ho;Lee, Sang-Min;Lee, Won-Gu;Lee, So-A
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.116-116
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2011
바이오 가스 플랜트의 혐기소화 공정에서 발생하는 바이오 가스는 중 유해가스인 황하수소($H_2S$)는 부식성 가스로 수천 PPM농도를 함유하여, 발전기나 가스보일러로 이용하는 경우에는 $H_2S$를 제거하는 탈황공정이 반드시 필요하다. 탈황방식에는 산화철 탈황(건식 탈황)과 생물 탈황이 현재 많이 사용되고 있어나 산화철 탈황은 산화철 pellet이 유화철에 변화하면 탈황능력이 저하되어 pellet을 교환해야 하며 많은 비용이 발생한다. 생물 탈황 방식은 유황산화세균의 서식활동조건(온도, 반응시간, 산소량)확보가 반드시 필요하여 높은 운전기술을 필요로 한다. 본 연구에서는 바이오가스 전처리 기술 중 활성탄 또는 약액을 이용한 기존의 탈황정제방식보다 흡착성능이 뛰어난 이온교환섬유를 이용하여, 황화수소($H_2S$)를 95% 이상 제거할 수 있는 고효율 섬유상 이온촉매 악취제거 시스템 개발을 수행하였다. 이온교환섬유는 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 인위적으로 형성시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 양이온을 교환할 수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제로, 이온교환 섬유의 화학적 이온교환과 물리적 흡착 및 탈착반응이 동시에 발생되고, 활성탄/실리카켈 보다 흡착능력이 2~4배 높다. 또한 이온섬유의 재생기능을 이용하여 장기적 다양한 악취($H_2S$, $NH_3$, 아민계, 메르갑탄류, 알데히드 등) 및 유해가스(VOCs, NOx, SOx) 등을 95% 이상 제거할 수 있다.
In this study, Sulfonated PONF-g-styrene ion exchange fibers were synthesized by radiation induced graft copolymerization. And also, hybride ion exchange fibers, which was combined sulfonated PONF-g-styrene fibers and cationic ion exchange resin, were fabricated by hot melt adhesion method and then their adsorption properties were investigated. ion exchange capacity and water content of hybrid ion exchange fibers increased as compared with those of bead and ion exchange fiber. Their maximum values were 4.76 meq/g and 23.5%, respectively. Adsorption breakthrough time for mercury of hybrid ion exchange fiber was slower than those of bead resin and fibrous ion exchanger. It's value was 130 minutes. Their breakthrough time become short as increasing of pH, and concentration. The initial breakthrough time was observed before and after 10 minutes as increasing of concentration. The adsorption of hybrid ion exchange fibers for $Hg^{2+}\;Pb^{2+},\;Cd^{2+}$ among heavy metals in the mixed solution was observed before 20 min. And also, The adsorption for $Hg^{2+}$ among the heavy metals by hybride ion exchange fibers was observed.
Heterogeneous ion exchange membranes were prepared by mixing polyethylene as matrix with bead and fibrous anionic ion exchangers at different mixing ratio. Generally, ion exchange capacities were increased with increasing the ratio of the fibrous ion exchanger content. The highest ion exchange capacity of the membrane was 1.86 meq/g at 30wt% IXF (ion exchange fiber) in the membrane. The water uptake, fixed ion concentration, and ion transport number of the membrane increased with increasing the content of the fibrous ion exchanger. However, the electrical resistivity of the membrane was decreased with increasing the content of the fibrous ion exchanger. The lowest electrical resistivity of 5$\Omega$/$\textrm{cm}^2$ was observed at 30 wt%of IXF.
Aminated PONF-9-GMA ion exchange fabrics were synthesized by radiation induced graft copolymerization. Hybrid ion exchange fabrics combined with aminated PONF-g-GMA fabrics and anionic ion exchange resin were also fabricated by hot melt adhesion method and then their adsorption properties were investigated. Ion exchange capacity of the hybrid ion exchange fabrics was higher than ion exchange fabric and was lower than bead resin. The maximum value was 4.18 meq/g. Adsorption breakthrough time for vanadium of the hybrid ion exchange fabric was 550 min, which was faster than bead resin but slower than fibrous ion exchanger. The Breakthrough time of the hybrid ion exchange fabrics gets longer with increasing pH. The initial breakthrough time occurred around 400 min with increasing vanadium concentration.
The sulfonated ion exchange fibers were synthesized by $Co^{60}\;{\gamma}-ray$ radiation-induced graft copolymerization. Degree of grafting was increased with increasing the total dose. The degree of grafting for POF-g-St/DVB copolymer was 1000%. The ion exchange capacity of sulfonated ion exchange fibers were increased by increasing the degree of sulfonation. Its maximum value was 5.06 meq/g. The ion exchange capacity of sulfonated POF- co-St/DVB ion exchange fiber was higher than that of the sulfonated POF- co-styrene ion exchange fibers. The amount of adsorption for heavy metals were also increased with increase in the degree of grafting of the ion exchange fibers.
In order to recover nickel ion from waste water containing heavy metals, the PAN fibrous ion-exchanger with primary, secondary amine groups and carboxyl group was synthesized by acid and base hydrolysis. The hydrolysis yield of PAN fiber in acid solution was higher than base solution. The swelling ratio and ion-exchange capacity of PAN fiber which was synthesized in 1N $H_2SO_4$ solution at $80^{\circ}C$ for 7 hrs appeared 71.2% and 1.95 meq/g respectively. We investigated that the adsorption of nickel ion was approached 1.44 meq/g at 50 min and the maximum adsorption capacity of ion-exchanger was 2.48 meq/g. We confirmed that the $Ni^{+2}$ adsorption ability of the synthesized PAN fibrous ion-exchanger in this study is excellent.
The multifunctional cation exchangers, sulfonated polypropylene-g-(acrylic acid/styrene) [PP-g-(AAc/Sty)] were synthesized by the irradiational grafting of AAc and Sty onto PP staple fabric with electron beam accelerator and its subsequent sulfonation. The highest degree of grafting obtained was 190% at a monomer mixture of 30 vol% AAc: 70 vol% Sty and a solvent mixture of 30 vol% water : 70 vol% methanol and the degree of grafting decreased with an increase of the AAc content in the monomer mixture at constant solvent content. Maximum ion exchange capacity of the copolymer was 4.6 meq/g. The Li$^{+}$ adsorption ability of the copolymer synthesized in the study was the best among PP-g- AAc, sulfonated PP-g-Sty, and sulfonated PP-g-(AAc/Sty).).
On the basis of 200 ppm of Ag and 120 l/h of feed flow rate, we built a pilot plant of an ion exchange fiber system having an double tube type ion exchange chamber with strong base ion exchange fiber (FIVAN A-6) which was designed to replace fibers easily and to eliminate the need for a fixture. The following results were obtained for the double tube type of ion exchange fiber system with an ion exchange capacity of 4.6 meq/g for Ag. The adsorption process was operated in the range of 40~90 l/h after confirming the effect of the flow rate and, pH did not affect formation of complex ion of Ag in the range of pH 7~12. In the case of backwash process, the recovery rate of Ag was tested in the range of 60~120 l/h and comparative experiments were carried out using NaOH, $NH_4Cl$, and NaCl as the chemicals for backwash. Although the desorption time was shortened at higher concentration, the desorption efficiency per mol was lowered. Therefore, it was confirmed that the desorption time and the concentration should be well balanced to operate economically. The desorption pattern of the backwash process is slower than the adsorption process and takes a lot of time. The results showed that the Ag adsorption ratio was 99.5% or more and the Ag recovery ratio was 96% or more, and commercialization was possible.
In In order to remove harmful trace elements such as $Co^{2+}$, $Ni^{2+}$ , $Cr_2O_7\;^{2-}$ from water, we synthesized AN-co-(MMA/IA) according to various mole ratio of monomers and spun by wet-spinning. And multi-functional PAN ion exchangers were prepared by hydrolysis. We observed structure, degree of functionalization, ion exchange capacity, distribution coefficient and mechanical properties for ion exchanger. Anion exchange capacity decreased in 4.5 ~ 4.2 meq/g with increasing of IA content and cation exchange capacity increased in 1.8 ~ 2.2 meq/g. Tensile strength of the ion exchanger increased up to 0.008 mol% IA content and appeared maximum value by 216$kg/cm^2$Distribution coefficient for AN-co-(MMA/IA) ion exchanger appeared maximum value for Co(II), Ni(II) in pH 5-6 range and for Cr(III) in pH 3-4 range. And the adsorption capacity was in the order of Cr(III) > Co(II) > Ni(II) for multicomponent in continuous process.
Transport mechanisms of nickel ion through a continuous electrodeionization (CEDI) were investigated in terms of electric properties of ion exchange textile (IET). The porous plug model and extended Nernst-Plank (N-P) equation were applied for the description of transport mechanism of nickel ion. The model revealed that the CEDI performance was mainly due to the induced current not accelerated mobility by IET. This study also suggested that optimal operating conditions are attained with minimized electroregeneration region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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