Preparation and Characterization of Electrospun Lignin Carbon Fibers for Capacitive Deionization

Abstract

거대억새를 이용하여 바이오에탄올 제조하기 위한 공정에서 리그닌 제거를 위한 알카리 전처리 공정은 필수적이다. 이 과정에서 배출되는 리그닌 흑액으로부터 리그닌 회수 또는 폐수처리를 위해 본 학위논문에서는 순수한 리그닌 시약과 나노섬유 유도체인 PVA를 알카리 조건에서 혼합용액을 제조하였다. 제조된 혼합용액을 전기방사법을 통해 카본 파이버를 제조한 후, 안정화 및 탄화공정을 통해 확보한 카본파이버를 축전식 이온제거에 적용하였다. FE-SEM 표면분석을 통해 확인한 결과 매우 균일한 섬유 직경크기 분포를 갖는 나노파이버를 얻을 수 있었다. 또한 서로 다른 pH (8.0, 9.0)에서 제조된 리그닌/PVA 혼합용액으로부터 제조한 카본파이버의 비표면적은 1099~2133 m2/g 범위에 있었다. 제조된 리그닌 카본파이버를 전극소재 및 축전식 이온제거용 카본전극으로 활용하기 위해서는 전기적 특성 파악이 매우 중요하다. 별도의 바인더 및 도전재를 사용하지 않고 제조한 카본전극에 대해 cyclic voltammetry를 통해 5 mV/s 주사속도 조건에서 측정한 결과, 리그닌 파이버 (pH 8, pH 9)의 축전용량은 각각 117 F/g, 143 F/g 였다. 100 mg/L 의 염화나트륨 수용액을 1.2V의 전압을 인가하여 측정한 결과, 리그닌 카본파이버 (pH 8, pH 9)의 탈염효율은 77.2%, 85.4%의 효율을 보였다.