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ISSN : 1225-0112(Print)
ISSN : 2288-4505(Online)

Applied Chemistry for Engineering Vol.31 No.1 pp.36-42
DOI : https://doi.org/10.14478/ace.2019.1101

Effects of Oxidation Process on Thermal Properties of Petroleum-based Isotropic Pitch

Namji Lee^*,**

, Sang Wan Seo^*,***

, Cheol Hwan Kwak^*,****

, Min Il Kim^*

, Ji Sun Im^*,*****,†

^*Carbon Industry Frontier Research Center, Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), Daejeon 34114, Republic of Korea
^**Department of Energy Materials Chemical Engineering, Korea University of Technology and Education (KOREATECH), Cheonan, Chungnam 31253, Republic of Korea
^***Department of Applied Chemical Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Republic of Korea
^****Department of Biological Engineering, Inha University, Incheon 22212, Republic of Korea
^*****Advanced Materials and Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon 34113, Republic of Korea

Corresponding Author: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), Carbon Industry Frontier Research Center, Daejeon 34114, Republic of Korea Tel: +82-42-860-7366 e-mail: jsim@krict.re.kr

Received December 5, 2019 ; Review December 23, 2019 ; Accepted December 28, 2019

Abstract

In order to investigate the effect of the oxidation process on thermal properties of the pitch, the oxidized pitch was prepared by changing the oxidation temperature. Thermal properties of the pitch were analyzed using thermogravimetric analysis (TGA), and it divided into three sections as A (25~100 °C), B (250~550 °C) and C (550~800 °C) by derivative thermogravimetry (DTG) graph behavior. In the A section, the was reduced because the moisture contained in the pitch was removed. In the B section, as the oxidation temperature increased, the thermal stability of the pitch is improved. Because the degree of aromaticity and molecular weight of the pitch increased with increasing oxidation temperature. In contrast, the results of the C section were shown opposite of B section. Because the introduced C-OH, C-O-C, and C=O bonds were decomposed, and the resulting oxygen compounds induced the combustion reaction of the pitch.

Key Words : Pitch , Oxidation , Oxygen functional group , Dehydrogenation , Thermogravimetric analysis

산화 공정이 석유계 등방성 피치의 열거동 특성에 미치는 영향

이 남지^*,**

, 서 상완^*,***

, 곽 철환^*,****

, 김 민일^*

, 임 지선^*,*****,†

^*한국화학연구원(KRICT) 탄소산업선도연구단
^**한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부
^***충남대학교 응용화학공학과
^****인하대학교 생명공학과
^*****과학기술연합대학원대학교 화학소재 및 공정

초록

산화 공정이 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다양한 공정 온도에서 산화된 피치를 제조하였다. 피치의 열거동 특성은 thermogravimetric analysis (TGA)를 이용하여 분석하였으며, derivative thermogravimetry (DTG) 그래프 거동 변화에 따라 A (25~100 °C), B (250~550 °C), C (550~800 °C) 세 구간으로 분석하였다. A 구간에서는 피치에 함유되어 있던 수분이 제거되면서 중량 감소가 발생하였다. B 구간에서 산화에 의하여 피치의 열적 안정성이 향상되었다. 이는 산화 온도가 증가할수록 피치의 방향족화도 및 분자량이 증가하였기 때문으로 판단된다. 반면, C 구간에서는 B 구간과 반대의 결과를 보였다. C 구간에서 열적 안정성이 저해된 것은 산화 공정에 의하여 피치에 도입 된 C-OH, C-O-C, C=O 결합이 분해되고, 이에 의하여 발생한 산소 화합물이 피치의 연소 반응을 유도하였기 때문으로 사료된다.

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1. 서 론

탄소 소재는 높은 전기 전도성, 열 전도성, 내열성 및 내마모성 등 과 같은 특성을 활용하여 전기, 전자, 기계 및 우주항공 등의 다양한 분야에 응용되고 있다[1]. 이러한 탄소 소재를 제조하기 위한 중간물 질 중 하나인 피치는 지방족 및 방향족 탄화수소로 구성되어 있으며, 원료 물질에 따라 석탄 및 석유계 피치로 분류할 수 있다. 석탄계 피 치는 석탄의 건류 공정에서 발생하는 콜타르를 이용하여 제조되며, 방향족 화합물의 함량이 높아 탄소 소재로 제조 시 탄화 수율이 높은 장점이 있다. 그러나 금속산화물, 금속, 황, 질소 등의 불순물 함량이 높아 활용에 제한이 있으며, 이를 제거하기 위한 추가적인 공정이 필 요한 단점이 있다. 반면, 석유계 피치는 원유의 증류 공정에서 발생하 는 석유계 잔사유를 이용하여 제조되며, 불순물 함량이 상대적으로 낮은 장점이 있지만 방향족 화합물의 함량이 낮아 탄소 소재로 제조 시 탄화 수율이 낮은 단점이 있다[2,3]. 따라서 석유계 피치의 탄화 수 율을 향상하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.

석유계 피치의 탄화 수율을 향상하기 위해서는 방향족 화합물의 중 합을 유도하고, 지방족 화합물을 제거하는 공정이 필요하다. 산화는 피치의 지방족 사슬을 공격하여 수소의 함량을 낮추고 산소 관능기 (oxygen functional group)를 도입할 수 있는 공정이다[4,5]. 산화는 피 치의 지방족 사슬을 제거하고 동시에 구성 성분 간의 중합을 유도한 다. 또한, 산화 조건에 따라 도입되는 산소 관능기의 함량을 조절할 수 있으며 C-O, C=O, O=C-O, C-O-C 등의 다양한 산소 관능기가 도 입된다.

피치의 산화 공정은 열산화, 오존 처리, 질산 처리, 플라즈마 처리 등의 다양한 방법이 이용되고 있다[6-12]. 그 중 열산화 공정은 가장 기초가 되는 산화 공정으로 피치의 열산화 공정에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만, 주로 열산화 조건에 따른 피치의 물성 변화가 탄소 소재에 미치는 영향에 관한 연구에 그치고 있다. 따라서 열산화로 인 하여 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구가 필 요하다.

본 연구에서는 열산화 공정이 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다양한 공정 온도에서 산화된 피치를 제조하였다. 산화된 피치의 열거동 특성은 연화점(softening point, SP) 및 열 중량 분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 통해 확인하였고, 말디토프 질량분석기(matrix assisted laser desorption ionization time of flight, MALDI-TOF), 푸리에 변환 적외선 분광기(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR), X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 등을 이용하여 산화 공정이 피치의 열거동 특성에 미 치는 영향에 대하여 고찰하였다.

2. 실 험

2.1. 실험 원료 및 방법

산화 조건에 따른 피치의 열거동 특성을 평가하기 위한 원료로 Ansan사에서 제조된 연화점 250 ℃의 등방성 피치를 사용하였다. 산 화는 튜브형 furnace를 이용하여 진행하였으며, 피치 20 g을 공기 분 위기에서 min당 1 ℃의 승온 속도로 150, 200, 250, 300, 350 ℃까지 승온한 후 1 h 동안 유지하였다. 산화된 피치는 공정 온도에 따라 O150, O200, O250, O300, O350으로 명명하였다. 피치의 산화 조건에 따른 시료명 및 산화 수율, 연화점을 Table 1에 나타내었다.

2.2. 분 석

2.2.1. 피치의 열거동 특성 분석

산화된 피치의 열거동 특성은 연화점 측정 및 열 중량 분석을 통하 여 평가하였다. 연화점은 ASTM 3461에 따라 Mettler Toledo사의 DP70 을 통해 측정하였다. 질소 분위기에서 피치를 50 ℃로 예열한 후 min 당 3 ℃로 승온하여 피치의 연화점을 분석하였다. 온도에 따른 피치의 중량 변화는 TGA (TGA Q500)를 이용하여 측정하였으며, 질소 분위 기에서 min당 5 ℃의 승온 속도로 900 ℃까지 승온하여 분석하였다.

2.2.2. 피치의 분자량 분포 분석

산화 조건에 따라 제조된 피치의 분자량 분포를 조사하기 위해 MALDI-TOF (Bruker Autoflex Speed TOF) 분석을 하였다. 피치를 tetrahydrofuran (THF)에 용해시킨 시료와 과량의 매트릭스(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, TCNQ)를 혼합하여 시료대 위에서 결정화시 킨 후, 결정에 355 nm 파장의 레이저를 조사하였다. 이때, 과량의 매 트릭스는 레이저 에너지를 흡수하여 시료를 보호하는 동시에 이온화 시켜 TOF 관을 통해 검출기에 도달하도록 한다. 시료로부터 유도된 이온들이 검출기에 도달하는 시간을 측정하여 피치의 분자량 분포를 분석하였다.

2.2.3. 피치의 화학적 조성 분석

산화 후에 피치를 구성하는 원소의 종류 및 함량을 평가하기 위하 여 원소 분석기(elemental analyzer, EA, Thermo Scientific Flash 2000) 를 이용하였다. 미지의 시료를 900 ℃로 연소 후 나오는 가스를 검출 하여 TCD (thermal conductivity detector)로 분석함으로써 시료에 포 함되어 있는 C, H, N, O, S 원소 함량을 측정하였다. 분석 결과로부터 H/C 원소비 및 O/C 원소비를 측정하였다. 또한, 산화에 따른 피치의 표면 관능기 변화 및 방향족화도(F_α)를 평가하기 위해서 FT-IR (Bruker MPA)을 이용하였다. 시료에 포함된 다양한 관능기는 고유한 신축 진 동 및 굽힘 진동 주파수를 가지며, 근적외선 광원을 시료에 조사하면 이들 주파수에 해당하는 적외선이 시료에 흡수된다. 따라서 시료의 관능기 조성에 따라 고유한 적외선 흡수 피크 및 스펙트럼이 관찰되 며, 지방족 사슬 및 방향족 고리의 C-H 결합의 함량을 기반으로 방향 족화도를 계산하였다. 피치 표면의 탄소와 산소의 결합 구조를 확인 하기 위하여 XPS (AXIS NOVA)를 이용하였다. 시료에 Al-Kα (h_ν= 1,486.6 eV) 광원을 조사하면 광전자가 방출된다. 검출기에 도달한 광 전자의 운동에너지, 시료의 일함수 및 광원의 에너지로부터 결합에너 지를 구하여 시료의 결합 구조를 분석하였다.

3. 결 과

산화 조건에 따른 피치의 산화 수율과 연화점을 Table 1에 나타내 었다. 피치의 산화 수율은 산화 온도가 증가할수록 높아졌으며, 250 및 300 ℃에서 106.1, 106.2%의 값을 얻을 수 있었다. 350 ℃의 산화 온도에서는 수율이 2.7% 감소하였다. 산화 조건에 따른 피치의 열거 동 특성을 확인하기 위하여 연화점 및 TGA 분석을 하였다. 150 ℃에 서 산화된 피치 O150의 연화점은 268.7 ℃로 산화 공정에 의하여 연 화점이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 200 ℃ 이상의 온도에서 산 화된 피치의 경우 연화점 장비의 측정범위인 350 ℃를 초과하여 측정 이 불가능하였다. TGA 분석 결과는 Figure 1에 나타내었으며, TGA를 미분하여 나타낸 DTG (derivative thermogravimetry) 그래프 거동 변 화에 따라 크게 세 개의 구간으로 나누어 고찰하였다. A 구간은 열에 의하여 시료의 중량 감소가 최초로 일어난 25~100 ℃, B 구간은 산화 된 피치의 중량 감소가 시작되는 250~550 ℃, C 구간은 250 ℃ 이상 의 온도에서 산화된 시료만 질량 변화를 보이며, char가 형성되는 구 간인 550~800 ℃로 나누어 고찰하였다.

A 구간에서는 산화된 시료만 중량 감소를 보였으며, B 구간에서는 모든 시료의 중량 감소가 시작되었다. 산화 온도가 증가할수록 열분 해 시작 온도가 증가하였으며, 중량 감소폭이 낮게 나타났다. C 구간 에서는 250 ℃ 이상의 온도에서 산화된 시료만 질량 변화를 보이며, 800 ℃ 이상의 온도에서 대부분의 피치가 열분해 되어 char를 형성하 였다. char의 질량은 산화 처리 되지 않은 피치의 경우 58.2%로 가장 낮게 나타났고, 250 ℃ 이하의 온도에서 산화된 피치의 경우 O150, O200, O250 각각 63.6, 76.2, 78.1%로 산화 온도가 증가할수록 증가 하는 경향을 보였다. 특히, 250 ℃에서 산화된 피치가 78.1%로 가장 높게 나타났으며 300 ℃ 이상의 온도에서 산화된 피치의 경우 O300, O350 각각 72.9, 67%로 char의 질량이 다시 감소하였다.

4. 고 찰

산화 조건에 따라 변화된 피치의 화학적 특성이 열거동 특성에 미 치는 영향을 확인하기 위하여 원소 분석을 실시하였고, 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 원소 분석 결과 산화 온도가 증가할수록 탄소 의 함량이 93.93%에서 76.53%로 감소하였으며, 수소의 함량 또한 5.15%에서 2.33%로 감소하였다. 반면 산소의 함량은 0.21%에서 19.30%로 증가하였으며, 특히 250 ℃ 이상의 온도에서 산화반응이 급 격히 일어나 탈수소화 및 산소 관능기가 도입되어 산소 함량이 급격 하게 증가하였다[13-15]. 원소 분석 결과로부터 산화 조건에 따른 피 치의 탄소 및 이종 원소 비율을 계산하였다. 탄소 원자와 수소 원자의 비율을 나타내는 H/C 원소비는 0.66에서 0.37로 감소하였으며, 탄소 원자와 산소 원자의 비율을 나타내는 O/C 원소비는 0.0017에서 0.1891 로 많이 증가하였다. 이러한 결과는 산화 공정이 피치의 탈수소를 유 도하였고, 제거된 수소 위치에 산소가 도입되어 나타난 결과로 사료 된다.

산화 공정에 따른 피치의 관능기 변화는 FT-IR을 이용하여 분석하 였으며, 그 결과를 Figure 2에 나타내었다. 산화 공정은 피치의 C-H, C-O 및 C=O 결합을 변화시켰다[9,16]. 산화 온도가 증가할수록 방향 족 고리의 C-H (3,030 cm^-1), 방향족 고리의 C-H 면 외 진동(750~870 cm^-1), -CH2 및 -CH3 (1,450 cm^-1), 지방족 사슬의 C-H (2,920 cm^-1) 등 의 C-H 결합은 감소하였다. 반면, 카보닐기에 의한 C=O 결합(1,700 cm^-1), 에테르기에 의한 C-O 결합(1,260 cm^-1)이 증가하였다. FT-IR 분 석 결과의 지방족 사슬 및 방향족 고리의 C-H 결합의 함량을 기반으 로 산화된 피치의 방향족화도(F_α)를 다음의 식을 이용하여 계산하였 다[1,13,17-20].

F_{a} = 1 - \frac{H / C}{X^{'} (1 + (H_{a} / H_{s}))}

(1)

H_{a} / H_{s} = \frac{D_{3030}}{D_{2920}} \times \frac{1}{\in_{A} / \in_{S}}

(2)

식 (1)에서 X´는 방향족 탄소 이외의 탄소와 결합하는 수소의 평균 개수로써 일반적으로 2로 가정하며, H/C는 앞선 원소 분석 결과에서 측정하였다. H_a/H_S는 방향족과 지방족이 결합하는 수소의 비로 식 (2) 로부터 계산하였다. ϵ_A/ϵ_S는 방향족 3,030 cm^-1 피크와 지방족 2,920 cm^-1 피크의 흡광 계수 비 0.5이며, D₃₀₃₀/D₂₉₂₀는 방향족 성분의 대표 적인 피크와 지방족 성분의 대표적인 피크의 흡수비를 나타낸 것이다. 상기 식으로부터 계산된 산화 온도에 따른 피치의 방향족화도를 Figure 3에 나타내었다. 산화 온도가 증가함에 따라 피치의 방향족화 도는 증가하였으며, 350 ℃에서 산화된 피치의 방향족화도는 0.94로 가장 높게 나타났다. 특히, 산화 온도가 200 ℃에서 250 ℃로 증가하 는 구간에서 방향족화도의 증가 폭이 가장 높게 나타났다. 피치의 방 향족화도 증가는 산화 공정에 의하여 지방족 고리가 제거되고 탈수소 화에 의한 환원과 중축합 반응이 일어났기 때문이며, 200 ℃에서 250 ℃ 사이의 산화 온도에서 이러한 반응이 집중적으로 일어났기 때문에 해당 결과가 나타난 것으로 사료된다[13-15].

산화에 따른 피치의 분자량 변화가 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 MALDI-TOF 분석을 이용하여 피치의 분자 량을 측정하였다. 산화 조건에 따른 피치의 분자량 분포를 더욱 명확 히 하기 위하여 피치를 이루는 주요성분인 안트라센(분자량: 178 Da) 을 기준으로 0~1,424 m/z의 영역에서 Range 1 (0~178 m/z), Range 2 (178~356 m/z), Range 3 (356~534 m/z), Range 4 (534~712 m/z), Range 5 (712~890 m/z), Range 6 (890~1,068 m/z), Range 7 (1,068~ 1,246 m/z), Range 8 (1,246~1,424 m/z)의 총 8개의 구역으로 분류하 여 각 영역의 분자량 분포를 측정하여 Figure 4 및 Table 3에 도시하 였다[2,3,21,22]. MALDI-TOF 분석은 THF를 용매로 이용하였으며, 용 해되는 성분만을 이용하여 분석하였다.

산화 공정은 산소의 흡착-확산 반응을 일으켜 분자량 증가를 일으 키고 곧이어 분해-증발 반응에 의해 분자량 감소가 일어난다고 알려 져 있다[15,23,24]. 200 ℃ 이하에서 산화된 피치는 산화 온도가 증가 할수록 Range 3 이상의 함량이 감소했지만, Range 1 및 2의 함량이 증가하였다. 특히, Range 3 및 4의 분자량 분포의 감소가 가장 높게 나타났는데, 이는 THF에 용해되는 성분이 줄어들었다는 것을 의미하 며 산화 공정 중 Range 3 및 4의 분자량 분포에서 가장 활발한 중축합 반응이 발생하여 분자량이 증가한 것을 확인할 수 있다. Range 1 및 2의 분자량 분포가 증가한 이유는 산화 온도가 증가할수록 피치의 성 분 중 일부가 분해되어 나타난 결과로 사료된다[21]. MALDI-TOF 결 과 250 ℃ 이상의 온도에서 산화된 피치의 경우 대부분이 THF에 용 해되지 않아 피크가 관찰되지 않았다. 따라서 THF 불용분 분석을 추 가로 실시하였으며, 산화된 피치의 THF에 용해되지 않는 성분 비율 을 Figure 5 및 Table 3에 나타내었다. 산화 온도가 증가할수록 THF 불용분 성분의 비율이 증가하였다. 이는 피치를 구성하는 성분의 분 자량이 증가하였음을 의미하며[14], 250 ℃ 이상의 온도에서 산화된 피치에서는 피치를 구성하고 있는 95% 이상의 화합물들이 THF에 용 해되지 않았다. 또한, THF 불용분의 함량이 산화 온도가 200 ℃에서 250 ℃로 증가하는 구간에서 급격히 증가하는 경향을 보였다. 이는 앞선 방향족화도 분석 결과에서와 마찬가지로 산화 공정에 의하여 지 방족 사슬이 제거되고 탈수소화에 의한 환원과 중축합 반응이 250 ℃ 이후 급격히 이루어졌기 때문으로 사료된다[14,25,26]. 산화된 피치의 방향족화도 및 MALDI-TOF 결과로부터 산화 온도가 증가할수록 피 치의 방향족화도 및 분자량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 일반 적으로 물질의 분자량이 높고, 방향족 화합물을 다수 함유하고 있을 수록 열적 안정성이 향상된다고 보고되고 있다[1,3,14,27,28]. 실제로 산화된 피치의 TGA (Figure 1)에서 산화 온도가 증가할수록 피치의 열분해 시작 온도가 증가하였으며, B 구간에서 원료보다 산화된 피치 가 중량 감소가 적었다. 이는 산화 온도가 증가할수록 피치의 방향족 화도 및 분자량이 증가하면서 피치의 열거동 특성이 향상되었기 때문 으로 판단된다.

한편, B 구간까지 산화 온도의 증가는 피치의 방향족화도 및 분자 량을 증가시켜 산화된 피치의 중량 감소를 저해시켰으나 C 구간부터 반대의 경향이 나타났다. C 구간에서 중량 감소는 O350에서 가장 높 게 나타났으며, 생성된 char의 질량도 O250에 비하여 낮게 나타났다. 이는 산화 공정에 의한 피치의 방향족화도 및 분자량의 증가와는 다 른 원인에 의한 현상으로 사료되며, 이러한 현상을 규명하기 위하여 XPS 분석을 하였다. XPS survey 결과와 화학적 조성분석 결과를 Figure 6 및 Table 4에 각각 나타내었다. 산화 온도가 증가할수록 C 1s는 99.03 at%에서 81.97 at%로 감소하였고, O 1s는 0.97 at%에서 18.03 at%로 증가하였다. 이러한 결과는 시료 표면의 산소 함량이 증 가했음을 의미하며, 산화 공정을 통해 표면에 산소 관능기가 효과적 으로 도입된 것을 의미한다.

탄소에 결합한 산소의 화학 구조 및 분포를 확인하기 위하여 C 1 s deconvolution을 실시하였으며, 그 결과를 Figure 7 및 Table 5에 나 타내었다. C=C 결합은 284.4 eV에서 나타났으며, C-C, C-OH, C-O-C, C=O 및 O-C=O 관능기는 각각 +0.6, +1.6, +2.3, +4.1, +6.2 eV 만큼 chemical shift 되어 나타났다[29,30]. 산화 온도가 증가할수록 탄소-탄 소 결합(C=C, C-C)은 점차 감소하는 반면 탄소-산소 결합(C-OH, C-O-C, C=O, O-C=O)이 증가하였다. 탄소-산소 결합 중 C-OH, C-O-C, C=O 결합은 많이 증가했지만 O-C=O 결합은 큰 변화를 보이지 않았 다. 산화 온도가 증가함에 따라 탄소-탄소 결합이 감소한 것은 탄소- 산소 결합의 함량이 증가하여 상대적으로 비율이 감소한 것으로 사료 된다. 일반적으로 탄소 재료는 500 ℃ 이상의 온도에서 산소와 반응 하여 CO, CO₂ 등으로 변하는 연소 반응이 일어난다[15,16,27]. 탄소 재료에 도입된 산소 관능기는 열에 의하여 분해되며, 관능기의 종류 에 따라 분해되는 온도가 변화한다. 특히 산화에 의하여 피치에 도입 된 C-OH, C-O-C, C=O 결합은 550 ℃ 이상의 온도에서 열분해가 일 어난다[31,32]. 따라서 TGA (Figure 1)의 C 구간에서 O350의 중량 감 소가 가장 높게 나타난 원인은 산화 공정에 의하여 피치에 도입된 C-OH, C-O-C, C=O 결합이 550 ℃ 이상에서 분해되고, 이에 의하여 발생한 산소 화합물이 피치의 연소 반응을 유도하였기 때문으로 사료 된다.

5. 결 론

본 연구에서는 열산화 공정이 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 확인하고, 그 원인을 규명하기 위하여 다양한 공정 온도에서 산화된 피치를 제조하였다. 피치의 열거동 특성은 TGA를 이용하여 분석하였 으며, DTG 그래프 거동 변화에 따라 A (25~100 ℃), B (250~550 ℃), C (550~800 ℃) 구간으로 설정하였다. A 구간에서의 중량 감소 는 피치에 함유되어 있던 수분이 제거되면서 발생한 것이다. B 구간 에서 산화 온도가 증가할수록 열분해 시작 온도가 증가하였고 열에 의한 중량 변화가 감소하였다. 이는 산화 공정이 피치의 방향족화도 및 분자량을 증가시켜 피치의 열거동 특성이 향상된 것으로 판단된다. C 구간에서 중량 감소는 O350에서 가장 높게 나타났으며, 생성된 char의 질량도 O250에 비하여 낮게 나타났다. 이는 산화 공정에 의하 여 피치에 도입된 C-OH, C-O-C, C=O 결합이 분해되고, 이에 의하여 발생한 산소 화합물이 피치의 연소 반응을 유도하였기 때문으로 사료 된다.

감 사

본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP) 의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. 20181110200070).

Figures

Figure 1.Weight loss of oxidized pitch during carbonization in N2 atmosphere.

Figure 2.FT-IR spectrum of oxidized pitch.

Figure 3.Aromaticity index (F_α) of oxidized pitch.

Figure 4.Molecular weight segment of THF soluble.

Figure 5.THF insoluble percent of oxidized pitch.

Figure 6.Elemental analysis by XPS survey spectrum of the oxidized pitch.

Figure 7.XPS C 1s deconvolution of oxidized pitch.

Tables

Table 1.Oxidation Conditions and Yield

Table 2.Elemental Analysis of Oxidized Pitch

Table 3.THF Soluble/Insoluble Percent of Oxidized Pitch

Table 4.XPS Atomic Concentration of Oxidized Pitch

Table 5.Chemical Shift and Concentration of Functional Group

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