Massive disposable masks have been generated in the environment, causing various types of pollution and social concern. To deal with this issue, recent studies have been conducted to recover resources via pyrolysis from waste masks. However, there are few works of enhancing hydrogen productivity by adjusting various catalysts from waste masks. Here, we addressed this issue by utilizing a two-step catalytic pyrolysis system. Non-noble metal catalysts including metal oxides (LaNiO$_3$, Ni/Al$_2$O$_3$, Ni/Zeolite 4A) and waste-derived modified activated carbon catalysts (nickel-loaded activated carbon, sulfonated activated carbon) were adjusted to the catalytic reforming zone. Improved results of maximum hydrogen concentration were investigated from cases of Zeolite 4A and sulfonated activated carbon with modification were inserted into the plastic pyrolysis zone combined with the LaNiO$_3$ at the catalytic reforming stage. Impregnated catalysts that meet a nickel content ratio (Ni(25)/Al$_2$O$_3$, Ni(25)/Zeolite 4A) as LaNiO$_3$ showed a comparable result of hydrogen concentration and structural purity of carbon nanomaterial, implying that the nickel content ratio on the catalyst can be a critical factor of hydrogen production during catalytic pyrolysis. Through this study, it could be expected that these results can contribute to the sustainable production of clean fuel gas products through catalytic pyrolysis to deal with disposable mask wastes.
최근 대기 오염 및 감염병의 확산으로 인해 일회용 마스크의 수요가 늘어남에 따라 폐마스크의 발생량 역시 급증하였다. 그 결과 난분해성 플라스틱으로 제조된 폐마스크가 자연에서 빠른 속도로 지구상에 누적되고 있으며, 이는 폐기물 관리 과정에서 문제점으로 지적된다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 니켈이 함유된 금속 산화물 촉매 및 폐기물 유래 활성탄 촉매를 합성하였고, 이를 일회용 마스크 열분해 공정에 적용하여 수소농도 생산 양상을 관찰하였다. 설폰화 활성탄 촉매 또는 Zeolite 4A 촉매를 일회용 마스크 시료와 혼합해 열분해한 후 생성된 가스를 LaNiO$_3$ 촉매를 충진한 열분해 가스 개질 공정에 투입하였을 때, 보다 개선된 최대 순간 수소 농도를 보였다. 니켈의 함량을 LaNiO$_3$과 비슷하게 설계하여 함침법으로 합성한 촉매를 적용하였을 때, 최대 수소 농도에서 오차 범위 이내의 결과를 보였다. 또한, 니켈의 함량이 생성된 탄소나노물질의 구조적 형태에서도 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 폐플라스틱에서 촉매를 활용하여 수소 및 탄소나노물질을 생산하는 데 니켈의 함량이 핵심 요소일 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 폐플라스틱으로부터 지속가능한 방식으로 에너지로 전환하는 기술에 활용해 자원 순환 사회를 구축하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
