KR101863289B1 - Manufacturing method of PEI particle crosslinked with glutaraldehyde for adsorbing carbon dioxide, and PEI particle crosslinked with glutaraldehyde manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기용매와 유화제를 혼합하여 제조한 연속상에, 수용성 분산상으로서 폴리에틸렌이민(PEI) 용액을 첨가하여 워터인오일(W/O) 형태의 폴리에틸렌이민 에멀젼을 제조하는 제1단계; 상기 폴리에틸렌이민 에멀젼에 글루타르알데히드를 첨가하여 에멀젼에 포함된 폴리에틸렌이민의 아미노기와 글루타르알데히드의 알데히드기 간의 가교반응을 진행하여 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 제조하는 제2단계; 및 상기 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 건조하는 제3단계를 포함하는 글루타르알데히드 가교된 폴리에틸렌이민 입자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 PEI 입자는 기존 액상아민의 선택적 이산화탄소 흡수의 장점을 가지며, 건식방식으로 부식의 단점과 유무기하이브리드 복합소재의 단점인 복잡한 공정과 용출현상을 보완할 수 있다.The present invention relates to a process for producing a polyethyleneimine emulsion in the form of water-in-oil (W / O) by adding a polyethyleneimine (PEI) solution as a water-soluble dispersed phase to a continuous phase prepared by mixing an organic solvent and an emulsifier; A second step of adding glutaraldehyde to the polyethyleneimine emulsion to prepare a polyethyleneimine particle crosslinked with glutaraldehyde by proceeding a cross-linking reaction between the amino group of the polyethyleneimine contained in the emulsion and the aldehyde group of glutaraldehyde; And a third step of drying the polyethyleneimine particles crosslinked with the glutaraldehyde. The present invention also relates to a method for producing glutaraldehyde crosslinked polyethyleneimine particles. The PEI particles of the present invention have the advantages of selective carbon dioxide absorption of conventional liquid amines and can compensate for the disadvantages of corrosion by a dry method and complicated processes and dissolution phenomena which are disadvantages of hybrid organic and inorganic materials.

Description

이산화탄소 흡착제용 글루타르알데히드 가교된 PEI 입자의 제조방법 및 이에 따라 제조한 글루타르알데히드 가교된 PEI 입자{Manufacturing method of PEI particle crosslinked with glutaraldehyde for adsorbing carbon dioxide, and PEI particle crosslinked with glutaraldehyde manufactured thereby}[0001] The present invention relates to a method for producing crosslinked PEI particles for glutaraldehyde for carbon dioxide adsorbent, and to a method for producing glutaraldehyde crosslinked PEI particles, which comprises preparing crosslinked glutaraldehyde (PEI)

본 발명은 폴리에틸렌이민(PEI) 에멀젼에 글루타르알데히드를 첨가하여 글루타르알데히드가 가교결합된 폴리에틸렌이민 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a carbon dioxide adsorbent characterized in that glutaraldehyde is added to a polyethyleneimine (PEI) emulsion to produce polyethyleneimine particles in which glutaraldehyde is crosslinked.

이산화탄소 감축을 위한 방안으로 대체에너지(신재생에너지)의 사용, 화석연료 연소 시스템의 에너지 효율의 향상 및 이산화탄소 포집저장(CCS, Carbon capture & storage)이 있지만, 이중에서 CCS가 기존 화석연료 산업구조를 유지하면서 단기간에 이산화탄소를 줄이기 위한 가장 이상적인 방법으로서 현재 선진국을 중심으로 CCS 기술 개발 경쟁이 가속화되고 있다.In order to reduce carbon dioxide, alternative energy (renewable energy) is used, energy efficiency of fossil fuel combustion system is improved, and carbon capture and storage (CCS) As the most ideal way to reduce carbon dioxide in a short period of time while keeping it, the competition of CCS technology development is accelerated mainly in developed countries.

이산화탄소 포집기술은 크게 연소 전 포집기술, 순 산소 연소기술, 연소 후 포집기술로 나눌 수 있다. 연소 전 포집기술은 석탄 또는 천연가스를 수소와 이산화탄소로 전환시킨 후 이산화탄소를 회수하는 기술로 고압에서 고농도의 이산화탄소를 포집하고 저압에서 회수하기 때문에 이산화탄소 분리 회수가 쉽다. 순 산소 연소 기술은 순 산소를 산화제로 이용하여 열효율을 증대시키는 연소방식으로 연소 중 발생되는 이산화탄소, 수증기로 혼합된 가스 중 수증기를 응축시켜 순수 이산화탄소를 포집하는 기술로 현재 연구단계에 있다. 연소 후 포집기술은 현재 가장 많이 상용화되어 있는 기술로서 산업공정 등 연소 후에 발생된 이산화탄소를 분리 및 포집하는 기술이다.CO2 capture technology can be roughly divided into pre-combustion capture technology, oxy-fuel combustion technology, and post-combustion capture technology. Pre-combustion capture technology converts carbon or natural gas into hydrogen and carbon dioxide and then recovers carbon dioxide. It collects high-concentration carbon dioxide at high pressure and recovers at low pressure, so it is easy to recover carbon dioxide. Oxyfuel combustion technology is a technology that uses pure oxygen as an oxidizer to increase thermal efficiency. It is currently in research stage to capture pure carbon dioxide by condensing water vapor in gas mixed with carbon dioxide and water vapor generated during combustion. The post-combustion capture technology is the most commercialized technology currently used to separate and capture carbon dioxide generated after combustion such as industrial processes.

연소 후 포집기술의 경우 연소를 통한 배출가스 내에 다양한 혼합기체로 되어 있는데, 이중에서 이산화탄소를 분리하기 위한 공정이 필요하다. 혼합기체로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에는 크게 막분리법, 흡수법 및 흡착법이 있다. 막분리법은 혼합기체를 투과시켜 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기술로 공정이 단순하고 에너지 소비가 적지만, 고가의 설비와 대용량처리 및 내구성이 떨어진다. 흡수법은 암모니아수, 액상의 아민계 물질(MEA, DEA, TEA 등)을 사용하여 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 장점이 있지만, 장치의 부식 및 흡수 시 온도상승에 따른 흡수효율 저하와 재생에 많은 에너지가 소비된다. 흡착법은 제올라이트(13X, 4A, ZSM-5 등), 활성탄소 및 유무기 하이브리드 복합소재(Fumed-Silica, MCM, SBA 등 다공성 실리카에 아민계 물질을 함침)를 이용하여 이산화탄소를 흡착하는 방법으로 물리적 흡착과 화학적 흡착이 있다. 제올라이트, 활성탄소는 반데르발스 인력에 의해 물리적 흡착을 하는 방법으로 공정이 간단하고 에너지 효율이 좋지만, 고온에서 이산화탄소 흡착능력이 급격히 감소하고 수분에 의한 영향을 많이 받으며, 흡수법보다 이산화탄소 흡착능이 낮다. 유무기 하이브리드 복합소재는 아민기를 가짐으로써 액상아민의 장점(이산화탄소 선택적으로 흡착, 낮은 이산화탄소 농도에서도 높은 이산화탄소 흡수능)을 가지며, 물리적 흡착 소재보다 수분에 대한 영향을 받지 않는 장점을 가진다. In the case of post-combustion capture technology, various mixed gases exist in the exhaust gas through combustion, and a process for separating carbon dioxide is required. Methods for separating carbon dioxide from a mixed gas include membrane separation, absorption, and adsorption. The membrane separation method is a technique of selectively separating carbon dioxide by permeating a mixed gas, which is simple in process and consumes little energy, but is expensive and disadvantageous in high-capacity processing and durability. The absorption method is advantageous in that it absorbs carbon dioxide selectively by using ammonia water and a liquid amine type material (MEA, DEA, TEA, etc.). However, when the apparatus is corroded or absorbed, Is consumed. The adsorption method is a method of adsorbing carbon dioxide using zeolite (13X, 4A, ZSM-5, etc.), activated carbon and hybrid organic hybrid materials (impregnated with amine-based material such as Fumed-Silica, MCM and SBA) There are adsorption and chemical adsorption. Zeolite and activated carbon are physically adsorbed by van der Waals force, and the process is simple and energy efficient. However, the ability of adsorbing carbon dioxide at high temperature is drastically decreased, is affected by moisture, and is lower in carbon dioxide adsorption than absorption method . The organic hybrid composite material has an amine group, which has advantages of liquid amine (selective adsorption of carbon dioxide, high carbon dioxide absorption ability even at low carbon dioxide concentration), and is not influenced by moisture more than physically adsorbed material.

한편, 상기 유무기 하이브리드 복합소재는 단순함침 방식과 실란을 이용하여 공유결합 방식을 통한 함침에 의해 제조할 수 있다. 단순함침의 경우 지지체에 물리적으로 아민계 물질을 함침하는 것으로 제조과정이 간단하지만, 습기 하에서 새어나오거나 씻겨나갈 가능성이 클 수 있으며, 공유결합 방식은 습기에는 강하지만 실란을 이용해서 실리카 표면에 표면개질을 한 후 아민계 물질과 반응을 시켜야 하는 복잡한 제조공정과 단순함침에 비해 흡수능이 떨어질 수 있으며, 유기성분으로 인해 상대적으로 낮은 온도에서만 운용되고, 대량생산이 어려운 점 등의 단점이 있다.On the other hand, the organic hybrid composite material can be prepared by impregnation using a simple impregnation method and a silane coupling method. Simple impregnation can be easily performed by impregnating the support with physically amine-based materials. However, the possibility of leaking or washing out under moisture can be great. The covalent bonding method is strong against moisture, There is a disadvantage in that it is difficult to carry out the reaction with the amine-based material after the reforming and the absorption ability is lower than that of the simple impregnation, and the organic component only operates at a relatively low temperature and is difficult to mass-produce.

이에 본 발명자들은 polyethyleneimine(PEI)으로부터 역상유화법(Inverse emulsion) 기술과 가교중합을 이용하여 나노미터 크기의 새로운 이산화탄소 건식 흡착제를 제조하였고, 다양한 분자량의 B-PEI 및 가교제의 농도를 조절하여 흡착소재의 구조, 특성, 열적안정성 및 이산화탄소 흡착/탈착 성능을 비교 분석한 결과, 기존 액상아민의 선택적 이산화탄소 흡수의 장점을 가지며, 건식방식으로 부식의 단점과 유무기하이브리드 복합소재의 단점인 복잡한 공정과 용출현상을 보완할 수 있는 구형의 나노미터 크기의 입자를 역상유화법 기술과 가교중합을 이용하여 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have manufactured a new carbon dioxide dry adsorbent having a nanometer size by using inverse emulsion technique and cross-linking polymerization from polyethyleneimine (PEI), and adjusted the concentrations of B-PEI and cross-linking agent of various molecular weights, The results of the comparative analysis of the structure, properties, thermal stability and carbon dioxide adsorption / desorption performance show that it has the advantages of selective carbon dioxide absorption of the conventional liquid amine, and the disadvantages of the corrosion by dry method and complicated process and dissolution It has been confirmed that spherical nanometer sized particles capable of complementing the phenomenon can be prepared by reverse phase emulsification technique and crosslinking polymerization, and the present invention has been completed.

KRKR 2012-00045802012-0004580 AA

본 발명의 목적은 기존 액상아민의 선택적 이산화탄소 흡수의 장점을 가지며, 건식방식으로 부식의 단점과 유무기하이브리드 복합소재의 단점인 복잡한 공정과 용출현상을 보완할 수 있는 구형의 나노미터 크기의 입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a process for the selective adsorption of carbon dioxide of a liquid amine having the advantages of the selective absorption of carbon dioxide by using a conventional method and a spherical nanometer size particle which can compensate for the disadvantage of corrosion by a dry process, And a method for manufacturing the same.

본 발명의 제1양태는 유기용매와 유화제를 혼합하여 제조한 연속상에, 수용성 분산상으로서 폴리에틸렌이민(PEI) 용액을 첨가하여 워터인오일(W/O) 형태의 폴리에틸렌이민 에멀젼을 제조하는 제1단계; 상기 폴리에틸렌이민 에멀젼에 글루타르알데히드를 첨가하여 에멀젼에 포함된 폴리에틸렌이민의 아미노기와 글루타르알데히드의 알데히드기 간의 가교반응을 진행하여 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 제조하는 제2단계; 및 상기 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 건조하는 제3단계를 포함하는 글루타르알데히드 가교된 폴리에틸렌이민 입자의 제조방법을 제공한다.A first aspect of the present invention is a method for producing a polyethyleneimine emulsion in the form of a water-in-oil (W / O) by adding a polyethyleneimine (PEI) solution as a water-soluble dispersed phase to a continuous phase prepared by mixing an organic solvent and an emulsifier step; A second step of adding glutaraldehyde to the polyethyleneimine emulsion to prepare a polyethyleneimine particle crosslinked with glutaraldehyde by proceeding a cross-linking reaction between the amino group of the polyethyleneimine contained in the emulsion and the aldehyde group of glutaraldehyde; And a third step of drying the polyethyleneimine particles crosslinked with glutaraldehyde. The present invention also provides a method for producing glutaraldehyde crosslinked polyethyleneimine particles.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 연속상에 수용성 분산상으로서 PEI 용액이 분산된 PEI 에멀젼을 제조하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized by producing a PEI emulsion in which a PEI solution is dispersed as a water-soluble dispersed phase on a continuous phase.

상기 연속상의 유기용매는 지방족 유기용매, 방향족 유기용태, 파라핀계 유기용매 등을 사용할 수 있느나, 이에 제한되지는 않는다.The organic solvent for the continuous phase may be an aliphatic organic solvent, an aromatic organic solvent, a paraffinic organic solvent, or the like, but is not limited thereto.

상기 연속상의 유화제는 폴리글리세롤 에스테르, 폴리옥시에틸렌 에스테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에테르, 폴리글리세롤 에스테르, 폴리글리세롤 에테르, 또는 이의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 바람직하게는, 친유적인 sorbitan 지방산 에스테르(Span 계)를 사용할 수 있다. 유화제의 사용량은 연속상의 총중량의 2 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 유화제의 사용량이 2 중량% 미만이면 미셀(micelle)을 형성할 수가 없어 유화 상태의 유지가 어렵고, 10 중량%를 초과하면 상분리가 발생하고 세척 과정이 많이 필요할 수 있다. The continuous phase emulsifier may be, but is not limited to, polyglycerol ester, polyoxyethylene ester, polyoxyethylene fatty acid ether, polyglycerol ester, polyglycerol ether, or mixtures thereof. Preferably, a homologous sorbitan fatty acid ester (Span series) can be used. The amount of the emulsifier to be used is preferably 2 to 10% by weight of the total weight of the continuous phase. When the amount of the emulsifier is less than 2% by weight, micelles can not be formed and it is difficult to maintain the emulsified state. When the amount of the emulsifier is more than 10% by weight, phase separation may occur and a washing process may be required.

본 발명의 제조방법에서 사용된 폴리에틸렌이민은 중량평균분자량이 2,000 내지 70,000인 분지형 폴리에틸렌이민일 수 있다.The polyethyleneimine used in the production process of the present invention may be branched polyethyleneimine having a weight average molecular weight of 2,000 to 70,000.

상기 수용성 분산상으로서 PEI 용액은 폴리에틸렌이민(PEI) 및 탈이온수를 포함하는 용액일 수 있다. 상기 PEI 용액에서 PEI의 함량은 15 내지 25 중량%인 것이 바람직하다. PEI의 농도가 15 중량% 미만이면 이산화탄소 흡착 능력 저하가 발생할 수 있고, 낮은 PEI 농도로 인해 입자 형성(에멀젼 형성)이 어려울 수 있고, 25 중량%를 초과하면 PEI 농도가 과다하여 PEI 에멀젼이 형성되지 않을 수 있다. The PEI solution as the water-soluble dispersion phase may be a solution containing polyethyleneimine (PEI) and deionized water. The content of PEI in the PEI solution is preferably 15 to 25% by weight. When the concentration of PEI is less than 15% by weight, the carbon dioxide adsorption capability may deteriorate. Particle formation (emulsion formation) may be difficult due to a low concentration of PEI. When the concentration of PEI is more than 25% by weight, PEI emulsion is not formed .

또한, 본 발명은 역상유화법을 이용하여 제조한 PEI 에멀젼에 글루타르알데히드를 첨가함으로써 PEI 고분자와, 양말단기에 알데히드기를 가지고 있는 글루타르알데히드와의 가교반응(Schiff base reaction)을 통해 글루타르알데히드가 가교된 PEI 입자를 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a method for producing glutaraldehyde by reacting a PEI polymer with a glutaraldehyde having an aldehyde group in a short-term end by adding glutaraldehyde to the PEI emulsion prepared by reversed-phase emulsification, Thereby producing crosslinked PEI particles.

본 발명자들은 FT-IR 분석을 통해 가교된 PEI 입자의 화학적 구조 변화를 분석한 결과 순수 PEI에 없던 Schiff's reaction의 특성 피크인 1656 cm-1 (C=N stretching) 피크가 가교반응 이후에 생겨나고 3357 cm-1(N-H stretching) 피크가 반응 이후에 3400 cm-1 으로 화학 이동(chimical shift) 되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors analyzed the chemical structural change of the crosslinked PEI particles through FT-IR analysis. As a result, peaks at 1656 cm -1 (C = N stretching) characteristic of Schiff's reaction which did not exist in pure PEI were generated after the crosslinking reaction and 3357 cm < -1 > (NH stretching) peak is shifted to 3400 cm < -1 > after the reaction.

본 발명에서 폴리에틸렌이민(PEI) : 글루타르알데히드의 반응 몰비는 1 : 0.2 내지 0.5 인 것이 바람직하다. 반응 몰비가 1 : 0.2 미만인 경우에는 입자 형성이 어려울 수 있고, 1 : 0.5 를 초과하는 경우에는 입자 보다 큰 고체 덩어리가 형성될 수 있다.In the present invention, the reaction molar ratio of polyethyleneimine (PEI): glutaraldehyde is preferably 1: 0.2 to 0.5. When the reaction molar ratio is less than 1: 0.2, particle formation may be difficult, and when it is more than 1: 0.5, solid lumps larger than particles may be formed.

상기 글루타르알데히드가 가교된 PEI 입자를 건조하는 제3단계는 원심분리를 통해 유기용매와 미반응된 잔유물을 제거하고 건조하는 단계일 수 있다. 일례로 상기 제2단계 후에 isopropylalcohol를 이용하여 3∼4회 원심분리를 통해 광유와 미반응된 잔유물을 제거하고 진공오븐에서 12시간동안 건조하는 단계일 수 있다.The third step in which the glutaraldehyde-crosslinked PEI particles are dried may be a step of removing residual organic solvent and unreacted residue through centrifugation and drying. For example, after the second step, the residual oil and unreacted residues may be removed by centrifugation three to four times using isopropylalcohol, followed by drying in a vacuum oven for 12 hours.

본 발명의 제2양태는 본 발명의 제1양태에 따라 제조되어 글루타르알데히드가 가교된 PEI 입자를 제공한다.A second aspect of the present invention provides PEI particles prepared according to the first aspect of the present invention, wherein the glutaraldehyde is crosslinked.

본 발명에 따라 제조된 가교된 PEI 입자는 최종 분해온도가 450 ℃ 이상인 것을 특징으로 한다. 따라서 최종 분해온도가 약 400 ℃ 인 PEI 보다 높은 열적안정성을 나타낼 수 있어 유리하다.The crosslinked PEI particles produced according to the present invention are characterized by a final decomposition temperature of 450 ° C or higher. Therefore, the final decomposition temperature is advantageous because it exhibits higher thermal stability than PEI having a temperature of about 400 ° C.

본 발명에 따라 제조된 가교된 PEI 입자의 직경은 200 nm 내지 15 ㎛, 바람직하게는 200 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 가교된 PEI 입자는 SiO2와 같은 무기 입자를 전혀 사용하지 않았고 PEI가 가지고 있는 고유의 CO2 흡착 특성을 훼손하지 않는 범위에서 적은 양의 가교 반응을 유도하여 제조되었다. 따라서, 본 발명의 이산화탄소 흡착제는 기존의 무기 입자에 함침된 흡착제에 비해 상대적으로 입자 크기가 작고 분산이 용이하므로 같은 단위무게에서 훨씬 많은 양의 아민 작용기를 함유하고 있기 때문에 높은 CO2 흡착 성능을 나타낼 것으로 기대된다. The diameter of the crosslinked PEI particles prepared according to the present invention may be 200 nm to 15 탆, preferably 200 nm to 5 탆. The crosslinked PEI particles prepared according to the present invention did not use any inorganic particles such as SiO 2 and were produced by inducing a small amount of crosslinking reaction within a range that does not impair the inherent CO 2 adsorption property of PEI. Accordingly, the carbon dioxide adsorbent of the present invention exhibits a high CO 2 adsorption performance because it contains a relatively large amount of amine functional groups at the same unit weight, as compared with the adsorbent impregnated in conventional inorganic particles, .

또한, 본 발명의 제3양태는 본 발명의 제2양태의 폴리에틸렌이민 입자를 포함하는 이산화탄소 흡착제를 제공한다.Further, a third aspect of the present invention provides a carbon dioxide adsorbent comprising the polyethylene imine particles of the second aspect of the present invention.

본 발명에 따라 제조된 글루타르알데히드가 가교된 PEI 입자는 이산화탄소 흡착제에 포함되어 순수한 PEI 보다 높은 CO2 흡착량을 나타낼 수있다.The glutaraldehyde crosslinked PEI particles prepared according to the present invention are included in the carbon dioxide adsorbent, and can exhibit a higher CO 2 adsorption amount than pure PEI.

본 발명에 따라 제조한 글루타크알데히드가 가교된 PEI 입자는 기존 액상아민의 선택적 이산화탄소 흡수의 장점을 가지며, 건식방식으로 부식의 단점과 유무기하이브리드 복합소재의 단점인 복잡한 공정과 용출현상을 보완할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 글루타르알데히드가 가교된 PEI 입자는 순수한 PEI 입자보다 높은 CO2 흡착량을 나타낼 수 있다. The glutacaldehyde-crosslinked PEI particles prepared according to the present invention have the advantages of the selective carbon dioxide absorption of the conventional liquid amine and can be used in a dry process to compensate for the disadvantages of corrosion and complicated processes and dissolution phenomena which are disadvantages of hybrid organic and inorganic materials . The glutaraldehyde crosslinked PEI particles prepared according to the present invention may exhibit a higher CO 2 adsorption amount than the pure PEI particles.

도 1은 역상유화법을 통해 PEI 입자를 제조하는 과정의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 2K-M25, 2K-37.5, 2K-M50의 FE-SEM 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 25K-M25, 25K-M37.5, 25K-M50의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 70K-M25, 70K-M37.5, 70K-M50의 FE-SEM 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 2K-M25, 2K-37.5, 2K-M50의 입도 분석 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 25K-M25, 25K-M37.5, 25K-M50의 입도 분석 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자인 70K-M25, 70K-M37.5, 70K-M50의 입도 분석 그래프이다.
도 8은 (a) PEI 2K, (b) 2K-M25, (c) 2K-M37.5, (d) 2K-M50의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 9는 (a) PEI 25K, (b) 25K-M25, (c) 25K-M37.5, (d) 25K-M50의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 10은 (a) PEI 70K, (b) 70K-M25, (c) 70K-M37.5, (d) 70K-M50의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 11은 PEI 2K, 2K-M25, 2K-M37.5 및 2K-M50의 열중량 분석 결과이다.
도 12는 PEI 25K, 25K-M25, 25K-M37.5 및 25K-M50의 열중량 분석 결과이다.
도 13은 PEI 70K, 70K-M25, 70K-M37.5 및 70K-M50의 열중량 분석 결과이다.
도 14는 표 3의 PEI 입자에 대해 75 ℃에서 180 분 노출시킨 후의 동적인 CO2 흡착을 비교한 것이다.
1 is a schematic diagram of a process for producing PEI particles through reversed phase emulsification.
2 is an FE-SEM photograph of 2K-M25, 2K-37.5, and 2K-M50, PEI particles prepared according to the present invention.
3 is an FE-SEM photograph of 25K-M25, 25K-M37.5 and 25K-M50 PEI particles prepared according to the present invention.
4 is an FE-SEM photograph of 70K-M25, 70K-M37.5 and 70K-M50 PEI particles prepared according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing particle size analysis of 2K-M25, 2K-37.5 and 2K-M50, PEI particles prepared according to the present invention.
FIG. 6 is a graph of particle size analysis of 25K-M25, 25K-M37.5 and 25K-M50, PEI particles prepared according to the present invention.
7 is a graph of particle size analysis of 70K-M25, 70K-M37.5 and 70K-M50, PEI particles prepared according to the present invention.
8 is an FT-IR spectrum of (a) PEI 2K, (b) 2K-M25, (c) 2K-M37.5 and (d) 2K-M50.
9 is an FT-IR spectrum of (a) PEI 25K, (b) 25K-M25, (c) 25K-M37.5 and (d) 25K-M50.
10 is an FT-IR spectrum of (a) PEI 70K, (b) 70K-M25, (c) 70K-M37.5 and (d) 70K-M50.
Fig. 11 shows the thermogravimetric analysis results of PEI 2K, 2K-M25, 2K-M37.5 and 2K-M50.
12 shows the results of thermogravimetric analysis of PEI 25K, 25K-M25, 25K-M37.5 and 25K-M50.
13 shows the thermogravimetric analysis results of PEI 70K, 70K-M25, 70K-M37.5 and 70K-M50.
Figure 14 compares the dynamic CO 2 adsorption after exposure to PEI particles of Table 3 at 75 ° C for 180 minutes.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.

<재료><Material>

입자제조에 사용된 분지형 polyethylenimine(PEI)은 세 가지 다른 평균분자량, 2K(

Figure 112016053083639-pat00001
=2,000, Da; 50wt% solution in water, Sigma-Aldrich), 25K(
Figure 112016053083639-pat00002
=25,000, Sigma-Aldrich), 70K(
Figure 112016053083639-pat00003
=70,000, Da; 30wt% solution in water, Junsei)을 구입하여 사용하였다. 연속상으로 중질 광유(Daejung)를 사용하였고, 분산상으로 탈이온수((DI water, Dream Plus II, JEIO-TECH)를 사용하였다. 계면활성제로는 span 80(Sorbitan Monooleate, Sigma-Aldrich)을 사용하였고, 가교제로 glutaraldehyde (25 wt% solution in water, Junsei)를 사용하였다.The branched polyethylenimine (PEI) used in the particle preparation has three different average molecular weights, 2K
Figure 112016053083639-pat00001
= 2,000, Da; 50 wt% solution in water, Sigma-Aldrich), 25K (
Figure 112016053083639-pat00002
= 25,000, Sigma-Aldrich), 70K (
Figure 112016053083639-pat00003
= 70,000, Da; 30wt% solution in water, Junsei) were purchased and used. (DI water, Dream Plus II, JEIO-TECH) was used as the dispersed phase, span 80 (Sorbitan Monooleate, Sigma-Aldrich) was used as the surfactant, , Glutaraldehyde (25 wt% solution in water, Junsei) was used as a crosslinking agent.

실시예 1: 역상유화법을 통한 PEI 입자의 제조Example 1: Preparation of PEI particles by reversed phase emulsification method

250 mL 비커에 광유 60g과 Span-80을 넣고 5분간 200rpm에서 교반을 하여 연속상을 제조하였다. Span-80은 연속상 총 중량 대비 5중량%를 넣었다. PEI를 탈이온수에 녹여 20 중량%의 PEI 용액을 제조한 후 Span-80을 녹인 연속상에 PEI 용액 40g을 넣은 후 호모게나이져를 이용하여 5000rpm에서 3분간 분산시켜 워터인오일(W/O) 형태의 에멀젼을 얻었다. 얻은 W/O 에멀젼을 600 mL 비커에 옮겨 담고 마그네틱 스티어를 이용하여 200rpm에서 교반하였다. 그 다음 glutaraldehyde 용액을 0.2 mL·min. 1 의 속도로 내경 3mm의 라텍스 튜브를 통해 디스펜서(UniSpense PRO, Wheaton)를 이용하여 W/O 에멀젼에 넣고 24 시간 동안 25 ℃ 에서 가교반응을 진행하여 가교된 PEI 입자를 제조하였다. 이 때 PEI와 glutaraldehyde의 반응 몰비는 하기 표 1에 따라 조절하였다. 그 다음 isopropylalcohol를 이용하여 3∼4회 원심분리를 통해 광유와 미반응된 잔유물을 제거하고 진공오븐에서 12시간동안 건조하였다. 도 1에 실험에 대한 모식도를 나타내었다. 다른 종류 분자량의 PEI도 동일한 방법으로 진행하였다.60 g of mineral oil and Span-80 were added to a 250 mL beaker and stirred at 200 rpm for 5 minutes to prepare a continuous phase. Span-80 was added in an amount of 5% by weight based on the total weight of the continuous phase. The PEI solution was dissolved in deionized water to prepare a 20 wt% PEI solution. 40 g of PEI solution was added to the continuous phase in which Span-80 was dissolved, and dispersed at 5000 rpm for 3 minutes using a homogenizer to obtain water- Emulsion of the form. The obtained W / O emulsion was transferred to a 600 mL beaker and stirred at 200 rpm using a magnetic stirrer. Then, the glutaraldehyde solution was added to 0.2 mL · min . (UniSpense PRO, Wheaton) through a latex tube having an inner diameter of 3 mm at a speed of 1 mm / sec and crosslinked at 25 ° C for 24 hours to prepare cross-linked PEI particles. The molar ratio of PEI to glutaraldehyde was adjusted according to the following Table 1. Then, the residual oil and unreacted residues were removed by centrifugation three to four times with isopropylalcohol and dried in a vacuum oven for 12 hours. Fig. 1 shows a schematic diagram of the experiment. PEI of different molecular weight was also carried out in the same manner.

시료명Name of sample PEI 분자량PEI molecular weight PEI 중 NH2 기(mol)The NH 2 group (mol) 글루타르알데히드 중 알데히드기(mol)The aldehyde group (mol) in glutaraldehyde 몰/몰
(%)
Mall / Mall
(%)
2K-M252K-M25 2,0002,000 0.01760.0176 0.00440.0044 2525 2K-M37.52K-M37.5 2,0002,000 0.01760.0176 0.00660.0066 37.537.5 2K-M502K-M50 2,0002,000 0.01760.0176 0.00880.0088 5050 25K-M2525K-M25 25,00025,000 0.02460.0246 0.00620.0062 2525 25K-M37.525K-M37.5 25,00025,000 0.02460.0246 0.0930.093 37.537.5 25K-M5025K-M50 25,00025,000 0.02460.0246 0.01230.0123 5050 70K-M2570K-M25 70,00070,000 0.02540.0254 0.00640.0064 2525 70K-M37.570K-M37.5 70,00070,000 0.02540.0254 0.00960.0096 37.537.5 70K-M5070K-M50 70,00070,000 0.02540.0254 0.01270.0127 5050

실험예 1 : PEI 입자의 모폴로지 분석Experimental Example 1: Morphology analysis of PEI particles

실시예 1에 따라 가교되어진 PEI 입자의 표면, 형태 및 크기를 분석하기 위해 JSM-6701F (JEOL) 모델을 이용하여 SEM 분석을 진행하였다. 샘플은 분석 전에 백금 코팅을 하였다. SEM analysis was carried out using the JSM-6701F (JEOL) model to analyze the surface, shape and size of the crosslinked PEI particles according to Example 1. Samples were platinum coated prior to analysis.

도 2 내지 도 4는 각 분자량 별 가교에 따른 PEI 입자의 FE-SEM 사진이다. 제조된 입자들의 사진을 통해 단일 입자가 완벽하게 구형이 만들어진 것을 확인할 수 있었다. 크기는 1 ㎛ 내외로 형성되는 것을 알 수 있었으며, 다분산 되어있긴 하지만 크기가 균일하지 않은 것을 알 수 있다.Figs. 2 to 4 are FE-SEM photographs of PEI particles according to crosslinking of respective molecular weights. From the photographs of the prepared particles, it was confirmed that the single particle was perfectly spherical. It can be seen that the size is formed to be about 1 탆 or less, and the size is not uniform though dispersed.

또한, 붕괴되거나 파손되어진 입자들(입자 반쪽과 반쪽이 뭉쳐진 형태 또는 무정형 등)의 입자들도 보이는 것을 알 수 있는데, 그 이유로는 가교되어진 PEI가 원심분리를 통해 연속상 및 물을 제거할 때 입자의 강도가 구의 구조를 유지하기 어렵기 때문인 것으로 추측된다.It is also known that particles that have collapsed or broken (particles half-and-half rolled or amorphous, etc.) are visible because the cross-linked PEI removes the continuous phase and water through centrifugation It is presumed that the strength is difficult to maintain the structure of the sphere.

실험예 2: 입도 분석(PSA)Experimental Example 2: Particle size analysis (PSA)

가교되어진 PEI 입자의 크기 및 분포도를 확인하기 위해 malvern사의 mastersizer 2000 모델을 이용하고 분산매로 isopropylalcohol을 사용하여 각 샘플들의 크기를 비교하였다.To determine the size and distribution of crosslinked PEI particles, the size of each sample was compared using a mastersizer 2000 model from Malvern and isopropylalcohol as a dispersion medium.

도 5 내지 도 7은 제조된 PEI 입자들을 PSA를 통하여 입도분석한 그래프이다. 입도분석 결과 2K와 25K의 경우 SEM사진에서 보인 것처럼 작게는 200 nm에서 크게는 2 ㎛ 까지 분포도를 나타내는 것을 알 수 있으며, 70K의 경우 300 nm에서 5 ㎛ 로 나타나는 것을 알 수 있는데 이는 상대적으로 고분자량의 PEI를 사용함에 따른 폴리머의 사슬의 길이에 따른 영향으로 판단된다. FIGS. 5 to 7 are graphs illustrating the particle size of the PEI particles produced through the PSA. As a result of the particle size analysis, it can be seen that the distribution of 2K and 25K shows a distribution ranging from 200 nm to 2 μm at a small size as shown in an SEM photograph, and at 300 K to 5 μm at 70 K, Of the chain length of the polymer due to the use of PEI.

실험예 3: PEI 입자의 화학적 구조 분석Experimental Example 3: Analysis of chemical structure of PEI particles

PEI와 glutaraldehyde 반응여부 및 고분자 구조체 각각의 화학적 구조를 확인하기 위해 Varian사의 660-IR을 이용하여 FT-IR 분석을 진행하였으며, 4000-400 cm-1 영역의 스펙트럼을 분석하였다.FT-IR analysis was performed using Varian's 660-IR to confirm the presence of PEI and glutaraldehyde reaction and the chemical structure of each polymer structure. The spectrum of 4000-400 cm -1 region was analyzed.

2K, 25K 및 70K의 PEI와, 본 발명에 따라 제조한 PEI 입자의 FT-IR 결과를 도 8 내지 도 10에 나타내었다.FT-IR results of 2K, 25K and 70K PEI and PEI particles prepared according to the present invention are shown in Figs. 8-10.

PEI를 보면 3357 cm-1 에서 3295 cm-1 에 피크가 나타나는데 이는 일차아민과 이차아민의 N-H stretching을 나타내며, 이 영역대의 피크에서 피크가 두 개면 일차아민, 하나면 이차아민을 나타낸다. 2935 cm-1 와 2813 cm-1은 대칭 및 비대칭 C-H stretching을 나타낸다. 1640 cm-1 에서 1560 cm-1 은 N-H bending이며 일차아민과 이차아민을 나타낸다. 1465 cm-1 은 C-H bending, 1350 cm-1 에서 1000 cm-1은 C-N stretching을 나타내며, PEI particle에서도 동일한 피크가 나타나는 것을 알 수 있다.PEI shows peaks at 3357 cm -1 to 3295 cm -1 , indicating NH stretching of the primary and secondary amines, with two peaks at the peak of this region indicating primary amines and one secondary amine. 2935 cm -1 and 2813 cm -1 indicate symmetric and asymmetric CH stretching. 1640 cm -1 to 1560 cm -1 are NH bending and represent primary and secondary amines. 1465 cm -1 indicates CH bending, 1350 cm -1 at 1000 cm -1 indicates CN stretching, and PEI particles show the same peak.

PEI 입자와 PEI의 피크를 비교해보면 1656 cm-1 에서 PEI에 없던 피크가 PEI 입자에서는 나타나는 것을 알 수 있다. 1656 cm-1 은 C=N stretching band로 PEI의 아민기와 glutaraldehyde의 알데히드기가 반응해서 생긴 피크인 것을 알 수 있으며, Schiff's reaction을 통해 PEI 입자가 형성되었다는 것을 알 수 있다. 또한 일차아민과 피크인 3357 cm-1이 더블 피크에서 가교제가 증가하면서 3400 cm-1로 화학이동되고 하나의 피크로 변하는 것으로 보아 일차아민이 glutaraldehyde와 반응한 것으로 판단된다.Comparing peaks of PEI particles to PEI, it can be seen that peaks which were not found in PEI at 1656 cm -1 appear in PEI particles. 1656 cm -1 is a C = N stretching band. It can be seen that the amine group of PEI and the aldehyde group of glutaraldehyde are the peaks formed by the reaction of Schiff's reaction, and PEI particles are formed by Schiff's reaction. In addition, 3357 cm -1 , which is the peak with the primary amine, is chemically transferred to 3400 cm -1 at the double peak with increasing cross-linking agent, and the peak shifts to one peak, indicating that the primary amine reacted with glutaraldehyde.

실험예 4: PEI 입자의 열적 안정성 분석Experimental Example 4: Analysis of thermal stability of PEI particles

PEI 대비 PEI 입자의 열적안정성 및 가교 정도에 따른 열적안정성을 알아보기 위해 TA Instrument 사의 열중량 분석기(TGA) Q500 모델을 이용하여 100 ℃ ~ 600 ℃의 온도 범위에서 N2 가스를 사용하여 PEI 및 PEI 입자의 온도에 따른 질량 감소 변화를 알아보았다. 도 11 내지 도 13에 각각 PEI 2K, 25K, 70K와, PEI 입자의 TGA 그래프를 나타내었다.By using a thermal stability and a crosslinking degree TA Instrument Inc. thermogravimetric analysis (TGA) Q500 model to evaluate the thermal stability according to the PEI compared to PEI particles using N 2 gas at a temperature of 100 ℃ ~ 600 ℃ PEI and PEI We investigated the change of mass decrease with particle temperature. FIGS. 11 to 13 show TGA graphs of PEI 2K, 25K and 70K and PEI particles, respectively.

PEI의 경우 30 ℃부터 약 160 ℃까지 질량 감소가 일어나는 것을 알 수 있는데 이는 물리적으로 흡착되어져 있는 CO2에 의한 질량감소 및 PEI 용액의 수분의 증발로 인한 질량감소에 기인한 것으로 판단된다. 이후 250 ℃까지 서서히 감소되다가 약 300 ℃부터 400 ℃까지 질량감소가 급격히 일어나고 약 420 ℃에서 PEI가 모두 분해되는 것을 알 수 있다. In the case of PEI, mass reduction is observed from 30 ° C to about 160 ° C, which is attributed to the decrease in mass due to physically adsorbed CO 2 and the decrease in mass due to the evaporation of water in the PEI solution. After that, it gradually decreased to 250 ° C, and mass reduction rapidly occurred from about 300 ° C to 400 ° C, and all of the PEI was decomposed at about 420 ° C.

PEI 입자의 경우 50 ℃부터 160 ℃까지 질량 감소가 일어나는데, PEI와 마찬가지로 CO2 및 수분의 질량감소로 판단된다. 급격한 질량 감소가 PEI와 유사하게 300 ℃부터 시작되었지만, PEI보다 분해속도가 느린 것을 알 수 있으며, 약 350 ℃ 부근에서도 80% 이상 남아있는 것을 알 수 있다. 최종 분해온도는 450 ℃로 PEI보다 약 50 ℃ 높은 것을 알 수 있으며, 이러한 차이는 가교로 인해 PEI의 열적안정성이 증가한 것에 기인한 것으로 판단된다. 따라서 PEI 입자가 PEI보다 열적으로 더 안정한 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 PEI 입자는 350 ℃ 부근 까지도 질량 감소가 거의 없으므로 열적안정성이 필요한 다양한 분야에 응용 가능하다.In the case of PEI particles, mass reduction occurs from 50 ° C to 160 ° C, which is judged to be a decrease in the mass of CO 2 and water as in PEI. Although the rapid mass reduction began at 300 ° C similar to PEI, it was found that the decomposition rate was slower than that of PEI, and it remained at least 80% even at around 350 ° C. The final decomposition temperature is 450 ° C, which is about 50 ° C higher than that of PEI. This difference is attributed to the increase in thermal stability of PEI due to crosslinking. Thus, it can be seen that PEI particles are thermally more stable than PEI particles. Particularly, the PEI particles of the present invention can be applied to various fields requiring thermal stability because there is almost no reduction in mass even at around 350 ° C.

실험예 5: 비표면적 분석Experimental Example 5: Specific surface area analysis

물에 PEI 용액을 녹이고 가교제를 넣으면 가교제로 인해 네트워크 구조체가 형성되고, 일정량의 비표면적을 가진 물질이 만들어진다. 이와 마찬가지로 역상유화법 및 가교반응을 이용하여 만들어진 입자는 네트워크 구조를 가지고, 표면과 내부에 미세기공을 가지면서 어느 정도의 팽창과 수축을 할 수 있는 입자가 만들어질 것으로 추정되어 비표면적(Specific Surface Area) 분석을 하였으나 역상유화법을 통해 만들어진 입자는 기공이 없는 것으로 나타났다. 하기 표 2에 그 결과를 나타냈다.When a PEI solution is dissolved in water and a crosslinking agent is added, a network structure is formed due to the crosslinking agent, and a substance having a specific surface area is produced. Likewise, it is assumed that particles made using reversed phase emulsification method and crosslinking reaction have a network structure and particles capable of expanding and contracting to some extent while having fine pores on the surface and inside, Area), but the particles prepared by reversed phase emulsification showed no porosity. The results are shown in Table 2 below.

PEI MWPEI MW 시료명Name of sample 비표면적(㎡/g)Specific surface area (m &lt; 2 &gt; / g)
2,000

2,000
2K-M252K-M25 5.185.18
2K-M37.52K-M37.5 4.094.09 2K-M502K-M50 5.015.01
25,000

25,000
25K-M2525K-M25 6.666.66
25K-M37.525K-M37.5 6.926.92 2K-M502K-M50 10.210.2
70,000

70,000
70K-M2570K-M25 4.244.24
70K-M37.570K-M37.5 4.454.45 70K-M5070K-M50 4.094.09

실험예 6: PEI의 분자량 및 가교제 농도에 따른 CO2 흡착 특성 분석Experimental Example 6: Analysis of CO 2 adsorption characteristics according to molecular weight and crosslinking agent concentration of PEI

아민기를 포함하는 고분자 구조체들의 CO2 흡착 특성을 분석하기 위해 제조된 각 시료에 대해 75 ℃에서 120분 동안 CO2 가스를 흘려주면서 생기는 질량 변화를 분석, 비교하였다.In order to analyze the CO 2 adsorption characteristics of polymer structures containing amine groups, mass changes of CO 2 gas flowing at 75 ° C for 120 minutes were analyzed and compared.

시료의 CO2를 최대한 탈착시키기 위해 CO2 흡탈착이 제일 잘 일어나는 75 ℃조건에서 180분간 질소 퍼지를 하고 안정화하였다. 질소 퍼지 이후 180분간 CO2에 노출시켰을 때 각 흡착제 1g 당 흡착된 CO2의 최댓값(mg or mmol)을 하기 표 3에 정리하였으며, 도 14에 각 흡착제의 시간에 따른 CO2의 흡착그래프를 나타내었다. In order to desorb the CO 2 of the sample as much as possible, the sample was stabilized by purging with nitrogen for 180 minutes at a temperature of 75 ° C where CO 2 adsorption / desorption is most likely to occur. The maximum value (mg or mmol) of CO 2 adsorbed per 1 g of each adsorbent when exposed to CO 2 for 180 minutes after nitrogen purge is summarized in Table 3, and the graph of CO 2 adsorption over time of each adsorbent is shown in FIG. .

분석결과 초기 30분 이내에 90% 이상의 CO2흡착이 될 정도로 흡착속도가 빠른 것을 알 수 있는데, 제조된 시료 중 이산화탄소를 가장 많이 흡착한 것은 70K-M25로 최대 흡착량이 2.94mmol로 측정되었다. 낮은 분자량 보다 높은 분자량일수록 CO2 흡착이 더 많이 일어났는데 이는 높은 분자량일수록 상대적으로 이차아민을 더 많이 포함하고 있기 때문인 것으로 판단된다.As a result of the analysis, it can be seen that the adsorption rate is fast enough to cause more than 90% CO 2 adsorption within the initial 30 minutes. The most adsorbed carbon dioxide in the produced samples is 70K-M25 The adsorption amount was measured to be 2.94 mmol. The higher the molecular weight, the more CO 2 adsorption occurred. This is because the higher the molecular weight, the higher the secondary amine content.

시료명Name of sample 흡착 CO2 최댓값
(mg CO2/g 흡착제)
Absorption CO2 maximum value
(mg CO 2 / g adsorbent)
흡착 CO2 최댓값
(mmol CO2/g 흡착제)
Absorption CO2 maximum value
(mmol CO 2 / g adsorbent)
(a) 2K-M25(a) 2K-M25 32.9032.90 0.750.75 (b) 2K-M37.5(b) 2K-M37.5 46.0946.09 1.051.05 (c) 2K-M50(c) 2K-M50 78.0278.02 1.771.77 (d) 25K-M25(d) 25K-M25 72.3172.31 1.641.64 (e) 25K-M37.5(e) 25K-M37.5 90.0290.02 2.052.05 (f) 25K-M50(f) 25K-M50 95.8095.80 2.182.18 (g) 70K-M25(g) 70K-M25 129.19129.19 2.942.94 (h) 70K-M37.5(h) 70K-M37.5 128.22128.22 2.922.92 (k) 70K-M50(k) 70K-M50 84.2584.25 1.911.91

본 발명의 이산화탄소 흡착제는 SiO2와 같은 무기 입자를 전혀 사용하지 않았고 PEI가 가지고 있는 고유의 CO2 흡착 특성을 훼손하지 않는 범위에서 적은 양의 가교 반응을 유도하여 제조되었다. 본 발명의 이산화탄소 흡착제는 100% 유기물로만 이루어져 있어 기존의 무기 입자에 함침된 흡착제에 비해 상대적으로 가벼워 같은 단위무게에서 훨씬 많은 양의 아민 작용기를 함유하고 있기 때문에 높은 CO2 흡착 성능을 나타낼 것으로 판단되어졌으나, 실제로는 다공성 소재에 함침한 흡착소재와 비슷한 양의 흡착량을 보였다. 이로부터 본 발명의 PEI 입자가 이산화탄소를 흡착할 수 있는 부분은 표면 밖에 존재하지 않는다는 것을 알 수 있다. 함침한 흡착소재의 경우에도 50% 이상의 과량의 함침의 경우 비표면적 감소로 이산화탄소 흡착능력이 떨어졌다. 따라서 PEI 입자의 비표면적을 조절할 수 있다면 같은 단위 무게대비 CO2 흡착능력은 더 향상될 것으로 판단된다.The carbon dioxide adsorbent of the present invention was prepared by not using any inorganic particles such as SiO 2 and inducing a small amount of crosslinking reaction within a range that does not impair the inherent CO 2 adsorption property of PEI. Since the carbon dioxide adsorbent of the present invention is composed of only 100% organic material, it is relatively light compared to the adsorbent impregnated in the conventional inorganic particles, and thus it has a high CO 2 adsorption performance because it contains much larger amounts of amine functional groups at the same unit weight However, the amount of adsorption was similar to that of the adsorbed material impregnated in the porous material. From this, it can be seen that the portion of the PEI particles of the present invention capable of adsorbing carbon dioxide does not exist outside the surface. In the case of impregnated adsorbents, the adsorption capacity of carbon dioxide was lowered due to the reduction of specific surface area in the case of over 50% impregnation. Therefore, if the specific surface area of the PEI particles can be controlled, the CO 2 adsorption ability is expected to be further improved compared to the same unit weight.

Claims (9)

유기용매와 유화제를 혼합하여 제조한 연속상에, 수용성 분산상으로서 폴리에틸렌이민(PEI) 용액을 첨가하여 워터인오일(W/O) 형태의 폴리에틸렌이민 에멀젼을 제조하는 제1단계;
상기 폴리에틸렌이민 에멀젼에 글루타르알데히드를 첨가하여 에멀젼에 포함된 폴리에틸렌이민의 아미노기와 글루타르알데히드의 알데히드기 간의 가교반응을 진행하여 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 제조하는 제2단계; 및
상기 글루타르알데히드가 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 건조하는 제3단계를 포함하고,
이산화탄소 흡착량이 증가하도록 상기 폴리에틸렌이민은 중량평균분자량이 25,000 초과 70,000 이하이고, 폴리에틸렌이민과 글루타르알데히드의 반응 몰비는 1 : 0.25 내지 0.375인 것인, 글루타르알데히드 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 포함하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
A first step of preparing a water-in oil (W / O) type polyethyleneimine emulsion by adding a polyethyleneimine (PEI) solution as a water-soluble dispersed phase to a continuous phase prepared by mixing an organic solvent and an emulsifier;
A second step of adding glutaraldehyde to the polyethyleneimine emulsion to prepare a polyethyleneimine particle crosslinked with glutaraldehyde by proceeding a cross-linking reaction between the amino group of the polyethyleneimine contained in the emulsion and the aldehyde group of glutaraldehyde; And
And a third step of drying the crosslinked polyethyleneimine particles of the glutaraldehyde,
Wherein the polyethyleneimine has a weight average molecular weight of more than 25,000 but not more than 70,000 and a reaction molar ratio of polyethyleneimine and glutaraldehyde is 1: 0.25 to 0.375 so as to increase the amount of carbon dioxide adsorption, and carbon dioxide gas containing glutaraldehyde crosslinked polyethyleneimine particles A method for producing an adsorbent.
제1항에 있어서, 상기 유화제의 사용량은 연속상의 총중량의 2 내지 10 중량%인 것인 제조방법.The process according to claim 1, wherein the amount of the emulsifier used is 2 to 10% by weight of the total weight of the continuous phase. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민 용액 중 폴리에틸렌이민의 함량은 15 내지 25 중량%인 것인 제조방법.The production method according to claim 1, wherein the content of polyethyleneimine in the polyethyleneimine solution is 15 to 25% by weight. 삭제delete 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 글루타르알데히드 가교된 폴리에틸렌이민 입자를 포함하는 이산화탄소 흡착제.A carbon dioxide adsorbent comprising glutaraldehyde crosslinked polyethyleneimine particles prepared according to any one of claims 1, 2, and 4. 제6항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민 입자의 최종 분해온도는 450 ℃ 이상인 것인, 이산화탄소 흡착제.7. The carbon dioxide adsorbent according to claim 6, wherein the final decomposition temperature of the polyethyleneimine particles is 450 DEG C or higher. 제6항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민 입자의 직경은 200 nm 내지 15 ㎛인 것인, 이산화탄소 흡착제.The carbon dioxide adsorbent according to claim 6, wherein the diameter of the polyethyleneimine particles is 200 nm to 15 占 퐉. 삭제delete
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