KR101749618B1 - 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제 및 그를 포함하는 막접촉기 - Google Patents

이산화탄소 분리용 혼합 흡수제 및 그를 포함하는 막접촉기 Download PDF

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Abstract

아미노산; 및 1차 아민 및 2차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민;을 포함하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제가 제공된다. 이에 따라, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 막접촉기에 적용시 이산화탄소를 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 표면장력을 높여 막젖음 현상을 최소화할 수 있다.

Description

이산화탄소 분리용 혼합 흡수제 및 그를 포함하는 막접촉기{BLEND ABSORBENT FOR SEPARATION OF CARBON DIOXIDE AND MEMBRANE CONTACTOR COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제 및 그를 포함하는 막접촉기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아미노산과 1차 아민 및 2차 아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제 및 그를 포함하는 막접촉기에 관한 것이다.
인간의 인위적인 활동의 결과로서 대기 중 이산화탄소 등의 온실가스 농도 증가로 인해 지구온난화가 진행 중이다. 이산화탄소는 타 온실가스 대비 발생량이 현저히 많아 지구온난화에 60% 이상의 기여를 하고 있다. 이산화탄소의 대기 중 방출을 저감하기 위해 발전소, 제철소, 시멘트 산업 등에서 발생하는 이산화탄소를 선택적으로 분리 및 격리하기 위한 방법으로서 이산화탄소 포집 및 저장기술이 활발히 연구 중이다. 특히 배기가스로부터 이산화탄소만 선택적으로 분리하기 위한 방법으로는 심냉법, 막분리, 흡수, 흡착 등의 방법이 있다.
이산화탄소 다배출 고정원은 석탄, 석유, 천연가스를 사용하는 화력발전소, 제철소, 시멘트 산업이 대표적이다. 이외에 폐기물 매립지, 하수처리장 등에서도 혐기성 발효로 인해 이산화탄소가 많이 배출된다.
흡수제를 포함시켜 이산화탄소를 제거하는 장치로 있는 충전탑이나 막접촉기 등을 사용할 수 있는데 막접촉기는 충전탑과 비교하여 기액접촉 비표면적이 넓으므로 장치의 크기를 줄일 수 있어 소형사업장에도 공급 가능한 장점이 있다. 따라서, 폴리프로필렌 등 고분자막이 적용된 막접촉기가 이산화탄소 포집기술로서 활발히 연구되고 있다.
그러나, 대표적으로 상용화에 걸림돌이 되는 점은 장기 사용 시 흡수제 용액이 막의 기공을 젖게 하는 막젖음 현상이 있었다. 결과적으로 수분을 제거하거나 막교체에 시간과 비용이 추가로 투입되는 문제점이 있었다.
또한, 아미노산을 이산화탄소 분리 흡수제로 도입하는 경우, 아미노산을 물에 용해시키면 아미노산의 아미노기(-NH2)가 -NH3 + 형태가 되어 CO2와 반응할 수 없게 된다. 양성자화된 아미노기의 중화를 위해 Li+, Na+, K+ 등의 금속양이온을 아미노산과 반응시키기 위하여 수산화칼륨을 아미노산과 등몰로 혼합하는 방법이 적용되고 있다.
본 발명의 목적은 막접촉기에 적용시 이산화탄소 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 표면장력을 높여 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 막접촉기에 적용될 수 있는 이산화탄소 분리용 흡수제를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
아미노산; 및 1차 아민 및 2차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민;을 포함하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제가 제공된다.
상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제가 물을 추가로 포함하는 수용액일 수 있다.
상기 수용액에서 상기 아미노산의 노르말 농도(N)와 상기 아민의 노르말 농도(N)의 비율이 1:1 내지 1:10이고, 상기 노르말 농도(N)가 상기 아미노산의 아민기와 상기 아민의 아민기를 기준으로 계산한 것일 수 있다.
상기 수용액에서 상기 노르말 농도(N)의 비율이 1:1 내지 1:5일 수 있다.
상기 수용액에서 상기 노르말 농도(N)의 비율이 1:1.05 내지 1:1.70일 수 있다.
상기 수용액에서 상기 아미노산에 포함되는 카르복실기(-COOH)는 하기 반응식 1에 따라 반응하여 카르복실 음이온(-COO-)을 생성하고, 상기 아민에 포함되는 아민기(-NRH)는 하기 반응식 2에 따라 반응하여 암모늄 양이온(-NRH2 +)을 생성하고, 상기 카르복실 음이온과 상기 암모늄 양이온이 반응식 3에 따라 결합하여 아미노산의 아민기(-NRH)와 양성자(H+)의 결합을 억제할 수 있다.
[반응식 1]
-COOH → -COO- + H+
[반응식 2]
-NRH + H+ → -NRH2 +
[반응식 3]
-COO- + -NRH2 + → -COO- NRH2 +-
반응식 2 또는 3에서,
R은 수소 원자, C1 내지 C30 알킬기, 또는 C6 내지 C30 아릴기이다.
상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제의 표면장력이 물보다 큰 값을 가질 수 있다.
상기 아미노산이 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린 및 감마아미노부티르산 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아민이 모노알칸올아민, 수소원자가 1개 또는 2개 치환된 아민기를 포함하는 폴리아민, 및 환형아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아민이 에틸렌디아민, 모노에탄올아민, 및 피페라진 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,
상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 포함하는 이산화탄소 분리용 막접촉기가 제공된다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 막접촉기에 적용시 이산화탄소를 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 표면장력을 높여 막젖음 현상을 최소화할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1의 흡수제의 시간에 따른 CO2 흡수량의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 CO2 흡수량(아미노산 단위몰당 CO2 흡수몰수)에 따른 CO2 흡수속도의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1, 2, 및 실시예 1, 3의 CO2 흡수량(용매 단위 L당 CO2 흡수몰수)에 따른 CO2 흡수속도의 변화를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명의 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 아미노산; 및 1차 아민 및 2차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민;을 포함한다.
상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 물을 추가로 포함시켜 수용액 상태로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수용액에서 상기 아미노산과, 상기 아민의 노르말 농도(N)의 비율은 1:1 내지 1:10인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:5, 더욱 더 바람직하게는 1:1.05 내지 1:1.70 일 수 있다. 여기서 상기 노르말 농도는 상기 아미노산의 아민기와 상기 아민의 아민기를 기준으로 계산한 것이다.
상기 수용액에서 상기 아미노산에 포함되는 카르복실기(-COOH)는 하기 반응식 1에 따라 반응하여 카르복실 음이온(-COO-)을 생성하고, 상기 아민에 포함되는 아민기(-NRH)는 하기 반응식 2에 따라 반응하여 암모늄 양이온(-NRH2 +)을 생성하고, 상기 카르복실 음이온과 상기 암모늄 양이온이 반응식 3에 따라 결합하여 아미노산의 아민기(-NRH)와 양성자(H+)의 결합을 억제할 수 있다.
[반응식 1]
-COOH → -COO- + H+
[반응식 2]
-NRH + H+ → -NRH2 +
[반응식 3]
-COO- + -NRH2 + → -COO- NRH2 +-
반응식 2 또는 3에서,
R은 수소 원자, C1 내지 C30 알킬기, 또는 C6 내지 C30 아릴기이다.
본 발명에 포함되는 1차 아민 또는 2차 아민의 일부는 이산화탄소를 분리하는데 직접 작용하게 함이 아니라, 아미노산의 아미노기(-NH2)가 양성자와 결합하지 않고 그대로 유지되도록 함으로써 그 아미노기가 이산화탄소의 분리에 충분히 적용될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
일례로, 에틸렌디아민이 글리신과의 반응을 아래의 화학식 1에 나타내었다.
[화학식 1]
Figure 112015116707619-pat00001
또한, 상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 표면장력이 물보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 혼합 흡수제가 막접촉기에 적용될 때 막젖음 현상을 최소화할 수 있다.
참고로, 물의 표면장력은 10℃에서 74.2, 20℃에서 72.8, 30℃에서 71.2, 40℃에서 69.6 mN/m로 달라진다.
상기 아미노산은 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린, 감마아미노부티르산 등일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않는다.
상기 아민은 모노알칸올아민, 수소원자가 1개 또는 2개 치환된 아민기를 포함하는 폴리아민, 환형아민 등일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 아민이 에틸렌디아민, 모노에탄올아민, 피페라진 등을 사용할 수 있다.
상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 물과 함께 혼합한 수용액 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제는 막접촉기에 적용되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 막접촉기의 막은 중공사막 혹은 평막 형태로 존재할 수 있으며, 그 소재는 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polysulfone), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride) 재질일 수 있다. 막접촉기에 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 적용하기 위하여, 막접촉기의 중공사막 내부로 흡수제 용액을 흘리고 막접촉기 내 중공사막 외부로 연소배가스 같은 혼합기체를 흘려주면, 중공사막은 기체와 액체가 접촉하는 안정적인 계면을 형성하고, 흡수제의 물리화학적 용해도와 선택성으로 인해 CO2와 같은 특정한 기체가 막의 기공을 통과하여 흡수제에 흡수될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
시약
사용한 시약은 아래와 같다.
MEA(monoethanolamine, TCI, >99.0%),
EDA(ethylendiamine, TCI, >98.0%),
Glycine(TCI, >99.0%),
KOH(8N, ACROS ORGANICS)
실시예 1: 2.5N Gly + 4.0N EDA
소량의 물과 글리신을 혼합한 수용액에 에틸렌디아민을 한방울씩 떨어뜨리면서, 마그네틱 바와 교반기를 이용하여 지속적으로 교반을 시켜주었으며, 시각적으로 부유물이 더 이상 보이지 않거나 층 분리가 사라지는 시점까지 교반을 실시하였다. 최종적인 양이 600㎖가 되도록 물을 첨가하고, 글리신과 에틸렌디아민의 함량은 글리신은 2.5N, 에틸렌디아민은 4.0N이 되도록 하여 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
실시예 2: 2.5N Gly + 3.5N EDA
에틸렌디아민의 노르말 농도를 4.0N 대신에 3.5N로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
실시예 3: 2.5N Gly + 3.0N EDA
에틸렌디아민의 노르말 농도를 4.0N 대신에 3.0N로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
실시예 4: 2.5N Gly + 2.5N EDA
에틸렌디아민의 노르말 농도를 4.0N 대신에 2.5N로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
실시예 5: 2.5N Gly + 3.0N MEA
에틸렌디아민을 사용하고 농도가 4.0N로 한 것 대신에 모노에탄올아민을 사용하고 농도를 3.0N로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
비교예 1: 2.5N MEA
모노에틸렌아민에 물을 투입하여 마그네틱 바와 교반기를 이용하여 지속적으로 교반을 시켜주었으며, 시각적으로 부유물이 더 이상 보이지 않거나 층 분리가 사라지는 시점까지 교반을 실시하였다. 최종적인 양이 600㎖가 되도록 물을 첨가하고, 모노에틸렌아민은 2.5N이 되도록 하여 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
비교예 2: 2.5N Gly + 2.5N KOH( 2.5N K- Gly )
에틸렌디아민을 사용하고 농도가 4.0N로 한 것 대신에 수산화칼륨을 사용하고 농도를 2.5N로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 제조하였다.
실시예 1 내지 5, 비교예 1, 및 비교예 2에 따라 제조된 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제의 성분 조성을 아래의 표 1에 정리하였다.
구분 글리신
(Gly)		 에틸렌디아민
(EDA)		 모노에탄올아민
(MEA)		 수산화칼륨
(KOH)
실시예 1 2.5 4.0 - -
실시예 2 2.5 3.5 - -
실시예 3 2.5 3.0 - -
실시예 4 2.5 2.5 - -
실시예 5 2.5 - 3.0
비교예 1 - - 2.5 -
비교예 2 2.5 - - 2.5
*단위: 노르말 농도(N)
시험예 1: CO 2 흡수량의 비교
CO2 흡수를 위해 pyrex glass 재질의 반응기를 water bath를 이용하여 40 ℃의 온도로 유지하고, 반응기 상단에는 수냉장치(4℃의 물 순환)를 설치하여 흡수제의 증발손실을 방지하였다. 가스혼합기와 반응기 후단에는 각각 실리카겔 임핀저(impinge)를 설치하여 가스분석기에 수분이 유입되지 못하게 하였다. CO2분석기는 Multi-Gas Analyzer(model: Multi Master)를 이용하였으며, CO2분석기로 유입되는 혼합가스의 양은 700 ml/min이 되도록 바이패스밸브를 조절하였다. CO2 농도가 15.0%가 되도록 질량유량조절기(MFC)를 이용하여 N2와 CO2의 유량을 각각 조정하였다.
상기 반응 반응기에 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 혼합 흡수제를 각각 600㎖를 투입하고, CO2 포집 개시 후 실시간으로 CO2농도를 30초 간격으로 측정하였으며, CO2농도가 14.5%가 되면 CO2 주입을 정지함과 동시에 반응기를 80℃의 water bath로 이동시켜 열적으로 CO2 탈거가 일어나도록 하였다. 이때 CO2 배출량 산정을 위해 N2는 동일 유량으로 계속 주입되었다. CO2 농도가 1.5%이하로 검출될 때까지 CO2 탈거를 진행하였다.
이때, 30초 간격으로 저장된 CO2농도와 CO2 유량, 흡수제 몰수 등을 이상기체 상태방정식을 적용하여 CO2 흡수량(CO2 loading)과 CO2 흡수속도를 계산하였다.
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1의 흡수제의 시간에 따른 CO2 흡수량의 변화를 도 1에 나타내었고, CO2 흡수량(아미노산 단위몰당 CO2 흡수몰수)에 따른 CO2 흡수속도의 변화를 도 2에 나타내었다. 또한, 비교예 1, 2, 및 실시예 1, 3의 CO2 흡수량(용매 단위 L당 CO2 흡수몰수)에 따른 CO2 흡수속도의 변화를 도 3에 나타내었다.
도 1 내지 3에 따르면, 실시예 1 내지 4에서, 동일한 농도의 글리신에 에틸렌디아민의 농도가 높을수록 CO2 흡수능이 높은 것으로 나타났으며, 특히, 글리신보다 에틸렌디아민의 농도가 높은 흡수제는 비교예 1 및 2에 따라 제조된 종래의 이산화탄소 흡수제에 비해 매우 향상된 이산화탄소 흡수능을 나타내었다.
시험예 2: 1 사이클 당 제거 가능한 이산화탄소의 양 비교
시험예 1과 동일한 방법으로 상기 반응기에서 이산화탄소를 제거하여 CO2 농도가 1.5%이하로 검출될 때까지 CO2 탈거를 진행한 후, 실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 흡수제의 1회 사이클당 제거 가능한 이산화탄소의 양을 도 3을 근거로 계산하여 아래의 표 2에 정리하였다.
표 2에서, "cCO2 rich end"는 흡수반응이 종결된 시점에서의 CO2 흡수량을 의미하고, "Absorption rate at 90% equilibrium loading"는 90% 흡수가 진행된 경우의 흡수속도를 의미하며,"cCO2 lean end"는 탈거반응이 종결된 시점에서의 CO2 흡수량을 의미한다. 또한,"Absorption rate at lean loading"은 탈거반응이 종결된 시점에서의 CO2 흡수속도이고, 또한 흡수제를 재생하여 재사용할 때 두 번째 싸이클의 흡수반응이 시작되는 시점에서의 CO2 흡수속도가 된다.
구분 % CO2 removed per cycle Absorption rate at lean loading Absorption rate at 90% equilibrium loading cCO₂ rich end (molCO₂/L) cCO₂ lean end (molCO₂/L) ΔcCO₂ per cycle (molCO₂/L)
비교예 1 46.556 39.690 12.006 1.568 0.838 0.730
비교예 2 33.271 34.165 9.979 1.608 1.073 0.535
실시예 1 40.038 37.210 16.013 2.123 1.273 0.850
실시예 3 40.870 40.235 13.488 1.747 1.033 0.714
표 2에 따르면, 실시예 1의 흡수제를 사용한 경우, 한 사이클 당 제거 가능한 CO2의 양이 비교예 1의 흡수제와 비교하여 16% 정도 높은 것으로 나타났다.
시험예 3: 표면장력(Surface tension) 비교
실시예 1, 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 흡수제의 표면장력은 최대거품압력측정법(BP2, Kruss)으로 측정하여 아래의 표 3에 정리하였다.
구분 표면장력 (mN/m)
비교예 1 64.1
비교예 2 76.7
실시예 1 74.3
표 3에 따르면, 흡수제의 표면장력이 높을수록 막접촉기에서 막젖음현상이 적으며, 비교예 1의 흡수제에 비하여 본 발명의 실시예에서 합성된 흡수제의 경우 매우 높은 표면장력을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 아미노산; 및
    1차 아민 및 2차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민;을
    포함하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제이고,
    상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제가 물을 추가로 포함하는 수용액이고,
    상기 수용액에서 상기 아미노산에 포함되는 카르복실기(-COOH)는 하기 반응식 1에 따라 반응하여 카르복실 음이온(-COO-)을 생성하고,
    상기 아민에 포함되는 아민기(-NRH)는 하기 반응식 2에 따라 반응하여 암모늄 양이온(-NRH2 +)을 생성하고,
    상기 카르복실 음이온과 상기 암모늄 양이온이 반응식 3에 따라 결합하여 아미노산의 아민기(-NRH)와 양성자(H+)의 결합을 억제하는 것인 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
    [반응식 1]
    -COOH → -COO- + H+
    [반응식 2]
    -NRH + H+ → -NRH2 +
    [반응식 3]
    -COO- + -NRH2 + → -COO- NRH2 +-
    반응식 2 또는 3에서,
    R은 수소 원자, C1 내지 C30 알킬기, 또는 C6 내지 C30 아릴기이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용액에서 상기 아미노산의 노르말 농도(N)와 상기 아민의 노르말 농도(N)의 비율이 1:1 내지 1:10이고,
    상기 노르말 농도(N)가 상기 아미노산의 아민기와 상기 아민의 아민기를 기준으로 계산한 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수용액에서 상기 노르말 농도(N)의 비율이 1:1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수용액에서 상기 노르말 농도(N)의 비율이 1:1.05 내지 1:1.70인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제의 표면장력이 물보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아미노산이 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린 및 감마아미노부티르산 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 아민이 모노알칸올아민, 수소원자가 1개 또는 2개 치환된 아민기를 포함하는 폴리아민, 및 환형아민 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아민이 에틸렌디아민, 모노에탄올아민, 및 피페라진 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제.
  11. 제1항의 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제를 포함하는 이산화탄소 분리용 막접촉기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102007208B1 (ko) * 2017-11-20 2019-08-05 한국생산기술연구원 친환경적 이산화탄소 처리 및 탄산칼슘 동시 제조방법
WO2021153825A1 (ko) * 2020-01-31 2021-08-05 주식회사 이케이 혼합가스에서 이산화탄소를 흡착·분리하는 시스템 및 공정

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100768383B1 (ko) 2006-11-29 2007-10-18 한국전력공사 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제
JP2010100492A (ja) 2008-10-24 2010-05-06 Toshiba Corp 二酸化炭素の回収方法および装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100768383B1 (ko) 2006-11-29 2007-10-18 한국전력공사 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제
JP2010100492A (ja) 2008-10-24 2010-05-06 Toshiba Corp 二酸化炭素の回収方法および装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200122805A (ko) * 2019-04-19 2020-10-28 주식회사 이케이 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제 및 공정
KR102194544B1 (ko) 2019-04-19 2020-12-24 주식회사 이케이 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제 및 공정

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