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KR970011322B1 - 활성복합물 - Google Patents

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KR970011322B1
KR970011322B1 KR1019910701831A KR910701831A KR970011322B1 KR 970011322 B1 KR970011322 B1 KR 970011322B1 KR 1019910701831 A KR1019910701831 A KR 1019910701831A KR 910701831 A KR910701831 A KR 910701831A KR 970011322 B1 KR970011322 B1 KR 970011322B1
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미쉘 머로
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찰스 티모시
라 카르본 로렌
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Abstract

요약 없음.

Description

활성복합물
제1도는 분말물질을 압축시키기 위한 장치의 종단면도.
제2도는 본 발명에 따른 활성복합물을 제조하기 위하여 압축된 분말물질을 함침시키는 장치의 종단면도.
본 발명은 압축된 지지체와 기체와 반응하는 활성제를 함유하는 활성복합물에 관한 것이다. 본 발명의 활성복합물은 압축지지체 내에서 분산작용을 하면서 기체와 반응하기에 적합한 활성제를 함유함을 특징으로 하는 것이다.
고체와 기체간의 반응열을 기본으로 하는 화학적 열펌프의 부문 또는 고체표면의 기체의 흡착작용 부문과 같은 몇몇 부문에 있어서, 팽창된 그라파이트(graphite : 흑연)과 같은 미세하게 분활된 물질과 고체반응물, 예를 들면 염 또는 제올라이트 같은 흡착제의 혼합물이 이용된다. 팽창된 그라파이트와 고체를 혼합한 화학반응 또는 물리적 흡착 영역인 혼합물은 고체와 기체간의 화학적 반응 또는 물리적흡착시에 많은 이점을 갖는다. 팽창된 그라파이트는 매우 큰 특정 표면적을 갖는 플레이트렛(platelet) 또는 플레이트렛 입자의 형태로서, 제한된 매질내에서도 기체가 확산되도록 한다.
동력학상의 고체와 기체 가역반응에서 관찰되는 실제적인 개선점은, 열경로에 의해 소정의 질량비로 팽창되고, 고정된 부피로 압축된 천연 그라파이트와 활성고체의 혼합물로 부터 얻어지는 바와 같이 조직의 내벽에서의 양호한 열교환 계수에 의해 수반되는 열전도성 및 이러한 방식으로 반응성기체에 대해 제조되는 고정된 베드의 탁월한 투과성으로 부터 유래된다.
종래에는, 그러한 시약의 제조로 균질한 등방성(等方性)베트가 만들어지고 그것의 등방 전도성은 제조 조건(비율 및 압축성)에 따라 0.5 내지 2Wm-1K-1의 값을 가지고 조직의 내벽에서의 교환계수는 50 내지 150Wm-1K-1이다. 이러한 이점에도 불구하고, 과립상태인 그러한 혼합물의 이용은 진정한 규질성 혼합물을 얻는데 있어서의 어려움, 이들을 취급하는데 있어서의 어려움 및 이들이 차지하는 큰 부피 때문에 단점을 갖는다. 또한 흔히 흡수성 반응물은 혼합조직이 연장되는 경우 수분을 흡수하는 경향이 있으며, 후속 탈수반응은 길어지고 비용이 많이 들며 탈수후에도 최종 생성물의 질에 영향을 미칠 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 쉽게 취급할 수 있는 블록의 행태이고 탁월한 투과성을 보존하면서 원하는 방향으로 열전달하는 특성을 갖는 활성복합물을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 위해 본 발명은 0.02 내지 1.5의 밀도를 갖는 팽창되고 재압축된 그라파이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 압축지지체와 기체와 반응하는 활성제를 함유하는 활성복합물을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 활성복합물은 팽창되고 재압축된 1% 내지 95%중량의 그라파이트 및 99% 내지 5%중량의 활성제를 함유한다.
본 발명의 활성복합물의 블록은 고체와 기체간의 반응, 또는 기체와 고체간의 흡착, 또는 액체(예컨대, 고체의 포화 또는 불포화 용액)중의 기체의 흡수, 또는 고체에 의해 촉매화되는 기체와 액체간의 반응, 또는 기체의 응축과 기화의 영역, 또는 고체에 의해 촉매화되는 기체전환반응을 수행하는데 이용될 수 있다. 그러므로 본 발명은 기체와 고체간의 반응, 또는 기체와 고체간의 흡착, 또는 액체중의 기체의 흡수, 또는 반응매질로서 본 발명에 따른 활성복합물의 블록을 제공한다.
본 발명에 따른 활성복합물은 매우 우수한 열전도체인 그라파이트 플레이트렛을 규칙적으로 압축시킴으로써 얻게 되는 매우 높은 열전도 이방성(異方性)을 가지는 한편, 복합물내에서 실질적으로 균일하게 배열되는 있는 각 활성부위로 기체가 양호하게 확산되도록 높은 다공성을 유지하여야 한다.
밀도가 0.2 내지 1.5인, 본 발명에 따른 활성복합물은 높은 열전도성 등방성을 갖는데, 즉 활성복합물의 제1방향, D1에서의 열전도성 C1은 제1방향에 수직인 복합물의 또다른 방향 D2에서 얻어지는 열전도성 보다 뚜렷이 더 높다. 본 발명에 따른 활성복합물은 5 내지 150, 바람직하게는 10 내지 100의 C1/C2비로 나타내어지는 이방성 계수를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 활성복합물은 기체가 활성부위에 도달할 수 있을 정도의 공극율을 가져야 한다.
복합물의 총 공극율은 천연 그라파이트의 밀도 2.2와 비교하여 그의 측정된 밀도로 부터 쉽게 얻어지는, 상기 복합물내의 공극율에 상응한다.
복합물의 중요한 특성은 액체 및 기체의 활성부위에 대한 접근성을 나타내는 개방 공극율이다. 이러한 개방 공극율은 총 공극율의 백분율로서 나타내어진다. 이것은 대기압에서 유지되고 0.02 바의 압력이 가해지는 블록에 의해 흡수되는 물의양 및 이러한 흡수가 복합물의 밀도에 미치는 충격을 측정함으로써 결정된다.
복합물의 개방 공극율은 일반적으로 총 공극율의 32% 내지 99.1%이다.
이러한 복합물의 개방 공극율은 상기 범위내에서 정해지는데, 응용시 복합물에 대해 선택된 밀도에 따르 대부분 좌우될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
제1도에 나타나 있는 바와 같이, 다공성 지지체를 형성하기 위해 분말물질을 압축시키기 위한 장치는 편평한 밑면(12)을 갖는 실린더(10)로 이루어져 있다. 누출을 방지하는 방식으로 미끄러질 수 있도록 실린더(10)내에 장치된 피스톤(14)은 화살표(16)방향으로 이동할 수 있도록 배열되어 있다.
실린더는 압축되는 분말물질의 양으로 미리 충전된다. 본 실시예에서, 압축되는 물질은 얇은 조각이면서 0.001 내지 0.02의 초기 밀도를 갖는 팽창된 그라파이트이며, 팽창온도는 일반적으로 150 내지 1200℃이다. 팽창된 그라파이트는 목적하는 밀도와 부착성을 갖는 지지체 또는 블록이 얻어질때 까지 피스톤(14)에 의해 실린더(10)내에 압축된다. 팽창된 그라파이트블록은 그 밀도가 0.02 보다 클 때 부착성을 얻는다. 팽창된 그라파이트는 0.02 내지 1.5의 밀도를 갖도록 되는 것이 유리하다.
예증된 실시예에서, 압축 팽창된 그라파이트의 블록은 그 밑면이 반드시 원형일 필요가 없는, 어떠한 모양이라도 가질 수 있는 실린더이다. 즉, 보다 일반적으로 여러가지 압축방향으로 결합하거나 또는 충분한 부착성을 가져야 할 블록을 기계가공함으로써 원형외의 임의의 원하는 모양을 얻는 것이 가능한다.
제2도에 제시된 바와 같이, 압축팽창된 그라파이트의 블록을 함침시키기 위한 장치는 누출방지커버(22)에 의해 밀폐된 실린더(20)내에 형성된 누출방지챔버(18)로 이루어져 있다. 누출방지챔버(18)의 면적은 한편으로는 블록(24)을, 그리고 다른 한편으로는 블록을 함침시키기 위한 액체생성물(26)의 양을 수용할 수 있도록 블록보다 약간 크다. 선택된 활성제가 고체일 경우, 이 제재는 용매내에서 용해시키거나 매우 미세하게 분쇄하고 현탁시킴으로써 적절히 선택된 용매내로 도입되어야만 하며, 이와 같은 조작으로 액체함침제를 제조할 수 있다. 누출방지커버(22)는 진공원(도시되지 않음)으로 연결하기 위한 입구(28)를 구비한다. 블록(24)내의 압력의 하락은 액체 생성물(26)이 다공질 매질의 틈새 또는 도달가능한 공극의 내부로 침투하도록 유발시킨다. 입구(28)에서 적용되는 압력은 0.01 내지 0.1 바(bar)의 범위, 바람직하게는 0.02 바이다. 3dm3의 용적을 갖는 블록을 제조하기 위한 함침시간은 일반적으로 수초 내지 1분이다.
함침제로서 사용된 용매가 물일 경우, 예를 들어 수류펌프를 사용하는 진공을 이용하면 충분하다. 활성제가 고체일 경우에는 활성제가 지지체의 공극내에 균일하게 분산될 수 있도록 유의하면서, 함침제를 제조하기 위해 제공된 중간 액체를 증발시키는 것이 유리하다. 따라서, 이 액체가 물일 경우, 함침된 블록(24)은 오븐에서 가열해야 하는데, 이때 온도는 5시간 내지 24시간에 걸쳐 60℃ 내지 100℃로 상승되도록 조절하며, 이 공정은 용액으로 부터 물을 증발시킨다. 그 후, 오븐을 최소 200℃의 온도로 상승시켜 결정의 물을 제거하는데, 이 온도에서의 블록의 보류시간은 1시간 내지 10시간이 가능하다.
이 조절방법은 표1에서 예로 제시된 것과 같은 많은 다른 활성제에 사용할 수 있다. 활성제는 예를 들면, 반응성 고체, 흡착성 액체 또는 촉매로서 작용하는 고체인 것으로 이해된다.
[표 I]
염화물의 경우에는 표Ⅱ에 활성제를 용해 또는 현탁시키는 함침 액체의 특성이 명시되어 있다.
[표 Ⅱ]
실시예 1 내지 4
본 발명에 따른 활성복합물의 특징을 아래에서 기술한다.
그라파이트 25%와 CaCl275%를 함유하는 활성복합물을 제조한다. 자체적으로 팽창된 그라파이트를 압축시킨 후, 0.2cm-3의 단위 용적당 중량을 갖는 블록이 얻어진다. CaCl2용액을 사용한 함침을 진공하에서 수행한 후 블록을 240℃에서 건조시켜 함침제를 제거한다. 활성복합물의 블록의 방사향 전도성(즉, 압축방향과 수직한 방향)은 7Wm-1K-1미만인 반면, 축향 전도성(즉, 압축방향에 대해 평행한 방향)은 1Wm-1K-1미만이다.
메틸아민에 대한 이 물질의 반응성을, 동일 비율 및 동일 열역학적 조건으로 제조된 팽창된 그라파이트외의 CaCl2의 등방성 혼합물과 비교한다. 시스템과 열전달 액체간의 교환반응의 90%에 대한 활성복합물 용적당 평균열역(熱力)은, 함침되고 압축된 물질의 경우에 440KWm-3인 반면, 단순한 물리적 혼합물의 경우에는 180KWm-3이다. 개방공극율은 복합물의 총 공극율의 55%이다.
실시예 2
0.2gCm-3의 단위 용적당 중량을 갖는 블록으로 부터 그라파이트 50% 및 CaCl250%를 함유하는 활성복합물을 제조한다. 활성복합물의 블록의 방사향 전도성은 18Wm-1K-1이고 접촉계수는 860Wm-2K-1이다. 상기와 동일한 조건하에서, 구체적인 출력은 각각 770KWm-3및 240KWm-3이다. 개방공극율은 복합물의 총 공극율의 50%이다.
실시예 3
그라파이트 40% 및 MnCl260%를 함유하는 활성복합물을 제조한다. 상기와 동일한 조건하에서 암모니아와 반응하는, 단위용적당 중량이 0.26g/cm3인 블록으로 부터 출발하여 얻은 구체적인 출력은 각각 640KWm-3및 230KWm-3이다. 개방공극율은 복합물의 총 공극율의 52%이다.
실시예 4
그라파이트 72% 및 CaCl228%를 함유하는 활성복합물을 제조한다. 방사향 전도성은 24Wm-1K-1이다. 상기 실시예와 동일한 조건하에서, 0.3g/cm3의 단위용적당 중량을 갖는 그라파이트 블록으로 부터 제조된 활성복합물에 대한 구체적인 출력은 각각 960KWm-3및 260KWm-3이다. 개방공극율은 복합물 총 공극율의 48%이다.
실시예에서 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 활성복합물은 0.02 내지 1.5의 밀도 및 상당한 등방성을 갖는다. 제1방향 D1으로의 전도성은 제1방향과 수직인 제2방향 D2보다 높다. 매우 우수한 열전도성(24Wm-1K-1)을 갖는 팽창된 그라파이트의 플래이트렛 입자는 초기에는 모든 공간적 방향으로 위치하고 압축작용하에서는 단일 방향으로 놓여진다. 활성복합물은 5 내지 150, 바람직하게는 10 내지 150의 전도성 C1/C2비율에 의해 한정된 등방성 계수를 갖는다.
본 발명에 따른 활성복합물은 1% 내지 95%중량의 재압축 팽창된 그라파이트 및 5% 내지 99%중량의 활성제를 함유할 수 있다. 이 복합물의 접촉계수는 500 내지 5000Wm-2K-1이다.
재압축 팽창된 그라파이트는 0.02 내지 1.5의 밀도를 가지며 액체 또는 기체로 도달가능한 개방공극율은 복합물 총 공극율의 99.1% 내지 32%이다.
본 발명에 따른 활성복합물은 기체와 고체형의 화학적 반응을 수행하는 방법을 위한 반응매질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 기체는 메틸아민이고 고체는 CaCl2이다. 이 경우에는 고체와 기체 반응은 다음과 같다.
CaCl2. 2NH2CH3+4NH2CH3→CaCl2. 6NH2CH3+△H
고체 기체 고체
표 Ⅱ의 염들과 메틸아민 또는 암모니아중 하나와의 다른 반응도 가능하다.
본 발명에 따른 활성복합물은 기체 및 반응성 고체 또는 흡착성 고체, 포화 또는 불포화 흡착성 액체, 또는 촉매로 작용하는 고체, 또는 최종적으로 기체 응축 및 기화의 영역을 이용하는 물리화학적 공정을 수행하기 위한 어떠한 방법에도 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 압축지지체내에서 분산작용을 하면서 기체와 반응하기에 적합한 활성제를 함유하고, 기체와 고체반응에 이용되는 활성복합물에 있어서, 압축지지체는 0.02 내지 1.5의 밀도를 갖는 재압축 팽창된 그라파이트를 함유하고, 복합물은 열전도성의 이방성(異方性)을 가지며, 이방성 계수(C1/C2)는 5 내지 150이고, 복합물은 총 공극율의 32% 내지 99%의 개방 공극율을 갖는 것을 특징으로 하는 활성복합물.
  2. 제1항에 있어서, 복합물은 1% 내지 95%중량의 재압축 팽창된 그라파이트와 99% 내지 5%중량의 활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 활성복합물
  3. 제1항에 있어서, 활성제는 염인 것을 특징으로 하는 활성복합물.
  4. 제1항에 있어서, 활성제는 흡착성 고체인 것을 특징으로 하는 활성복합물.
  5. 제1항에 있어서, 활성제는 기체를 흡수하는 액체인 것을 특징으로하는 활성복합물.
  6. 제1항에 있어서, 활성제는 금속인 것을 특징으로 하는 활성복합물.
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