Fibrous adsorbents, such as activated carbon fibers (ACF) have acknowledged advantages of rapid adsorption rate and ease of modification compared with granular and powdered adsorbents. Based on the surface modification of lyocell-based ACF, we observed different surface characteristics of ACF samples with variation in the mixing ratio and impregnation time of H3PO4, NaCl, and KMnO4 solution. For an engineering application, we also explored the adsorption characteristics of thusproduced ACF samples onto volatile organic compounds (VOCs). Isothermal adsorption experiments were performed using toluene and benzene as adsorbates. Results indicate that both physical and chemical surface properties have an effect on the adsorption of volatile organic compounds (VOCs).

In this study, volatile organic compounds (VOCs) emitted from printing industries were analyzed, and an inorganic adsorbent, γ-alumina, was selected for the effective control of the VOC emissions. Printing processes commonly require inks, thinners, and cleaners, and they were mixed organic solvents containing aromatic compounds, ketones, and alcohols. Therefore, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and isopropyl alcohol (IPA) were selected as model compounds for this study. The adsorptive properties using γ-alumina were determined for the model compounds. Both batch isotherm and continuous flow column tests demonstrated that the adsorption capacity of MEK and IPA was 3~4 times higher than that of toluene. The column test performed at an inlet toluene concentration of 100 ppm showed that an 80% breakthrough for toluene was observed after 3 hours, but both MEK and IPA were continuously adsorbed during the same time period. A numerical model simulated that the γ-alumina could remove toluene at a loading rate of 0.4 mg/min only for a 4-hour period, which might be too short of a duration for real applications. Consequently, lifetime enhancement for γ-alumina must be implemented, and ozone oxidation and regeneration would be feasible options.

The adsorption of volatile organic compounds (VOCs) was carried out using an activated carbon fiber (ACF) filter in an automobile. The adsorption capacities of formaldehyde, toluene, and benzene on an ACF filter were far better than those of a polypropylene (PP) mat filter and combined (PP+activated carbon) mat filter by batch adsorption in a gas bag. In a continuous flow of air containing toluene vapor through an ACF packed bed, the breakpoint time was very long, the length of the unused bed was short, and sharp "S" -type breakthrough curve was plotted soon after breakpoint, showing a narrow mass transfer zone of toluene on the ACF. The adsorption amount of toluene on the ACF filter was proportional to the specific surface area of the ACF; however, the development of mesopores 2-5 nm in size on the ACF was very effective with regard to the adsorption of toluene. The ACF air clarifier filter is strongly recommended to remove VOCs in newly produced automobiles.

휘발성 유기화합물(VOCs)은 유기용매를 주로 사용하는 산업공정에서 배출되는 일반적인 대기오염물질 중 하나로 그 물질 자체가 독성 및 발암성을 지니기도 하고 오존 생성의 전구체로 작용하기도 하여 인체 건강과 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 또한 최근 초미세먼지 2차생성에 기여하고 있음이 알려짐에 따라 VOCs 저감에 대한 국제적인 관심은 더욱 높아지고 있는 실정이다. 중소규모 사업장에서는 VOCs 처리를 위해 주로 활성탄 흡착탑을 이용하고 있으며 활성탄의 짧은 파과점으로 일정기간 사용 후 교체가 필요하지만, 교체 비용 부담에 따른 적절한 유지관리가 미흡하여 VOCs가 직접 대기로 방출되는 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 활성탄 파과 후 현장에서 재생이 가능한 흡탈착 공정에 대하여 연구를 수행하였다. 기존 재생 공정인 열탈착(TSA) 공정은 에너지 비용이 많이 소요되며 수분 또는 고온 가스를 사용해야하므로 재생 시간이 길고 부대시설이 필요한 단점이 있어 현장에서 흡착 후 직접 재생하기에는 다소 무리가 따른다. 저온 감압탈착(VSA) 공정은 상대적으로 저온(80∼90℃)에서 진공펌프를 이용하여 탈착하는 방식으로 감압시에 VOCs가 휘발하는 온도가 낮아지므로 상대적으로 낮은 온도에서 탈착이 가능하다. 이에 따라 현장에서 자체재생 가능한 탈착 방법으로 저온 VSA 기술을 적용하였으며, 30 CMM급 흡탈착 시스템을 제작하여 실제 도장 공장의 배출가스에 대한 현장 적용성 연구를 수행하였다. 또한 저온 VSA 공정을 통해 배출되는 탈착가스는 재생시 캐리어가스 유량이 상대적으로 적어 고농도로 배출되므로 회수하여 유기용매로 재활용할 경우 원료 절감에 따른 경제적 효과가 매우 크다. 따라서 VOCs를 회수하기 위한 방법으로 기액 접촉 효율이 높은 용매 직접접촉식 응축 방식을 적용하였으며, 30 LPM 직접접촉식 회수장치를 제작하고 실 탈착가스를 이용한 회수실험을 수행함으로써 본 기술에 대한 현장 적용 가능성에 대하여 평가해보고자 하였다.