KR101935483B1 - Method for Manufacturing Magnesium Oxide Adsorbent for Capturing Carbon Dioxide by Combustion of Fuel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 연료의 연소로부터 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조할 수 있는 방법 및 이로부터 제조된 CO2 포집 능력 및 사이클 특성이 우수한 산화마그네슘 흡착제에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 순수한(pure) 중형기공성 산화마그네슘을 제조할 수 있는 간단하고 저비용이며 신뢰성있는 방법이 제공된다. 본 발명의 제조방법은 값싼 연료를 사용하기 때문에 비용이 크게 절감될 수 있고, 간단한 공정으로 제조가 가능하기 때문에 공정성이 향상되는 효과가 있으며, CO2 흡착 성능이 종래 기술에 비하여 크게 떨어지지 않으면서도 빠른 흡착 속도를 가지며, 사이클 특성이 크게 개선된 중형기공성 흡착제를 제공할 수 있다.The present invention relates to a method capable of producing a mesoporous magnesium oxide adsorbent from the combustion of a simple fuel, and a magnesium oxide adsorbent excellent in CO 2 collection ability and cycle characteristics prepared therefrom.
According to the present invention, a simple, low-cost, and reliable method for producing pure mesoporous magnesium oxide is provided. Since the production method of the present invention uses a cheap fuel, the cost can be largely reduced and the process can be manufactured by a simple process, thereby improving the processability. The CO 2 adsorption performance is not greatly reduced A mesoporous adsorbent having an adsorption rate and greatly improved cycle characteristics can be provided.

Description

연료의 연소에 의한 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제의 제조방법 {Method for Manufacturing Magnesium Oxide Adsorbent for Capturing Carbon Dioxide by Combustion of Fuel}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide by combustion of a fuel,

본 발명은 연료의 연소에 의한 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제의 제조방법 및 이로부터 제조된 산화마그네슘 흡착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 연료의 연소로부터 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조할 수 있는 방법 및 이로부터 제조된 CO2 포집 능력 및 사이클 특성이 우수한 산화마그네슘 흡착제에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide by combustion of a fuel and a magnesium oxide adsorbent produced therefrom, and more particularly to a process for producing a mesoporous magnesium oxide adsorbent from simple fuel combustion And a magnesium oxide adsorbent excellent in CO 2 capturing ability and cycle characteristics manufactured therefrom.

전 세계적인 에너지 수요는 제1 연료인 화석 연료에 주로 의존하고 있고, 정부의 기후 변화를 막기 위한 정책들에도 불구하고 화석 연료는 다가오는 10년에도 계속해서 증가할 것으로 예상된다. 화석 연료의 연소는 여전히 지구 온난화에 기여하는 이산화탄소 발생의 가장 큰 원인이다. 2013년의 CO2 발생 농도는 296ppmv로서, 이는 1800년대 중반에 비하여 40% 더 증가한 수치이며, 최근 10년간 2ppm/년의 평균 성장률을 보였다. 화석 연료가 전력 부분에서 중심을 유지하기 위해서, 현재 존재하거나 앞으로 새로 만들어질 공장들은 현실적이고 비용-효율적인 CO2 포집 기술을 성공적으로 구현해야만 할 것이다. Global energy demand is heavily dependent on fossil fuels, the primary fuel, and despite government policies to prevent climate change, fossil fuels are expected to continue to increase over the next decade. Combustion of fossil fuels is still the major cause of carbon dioxide emissions that contribute to global warming. The CO 2 generation concentration in 2013 is 296 ppmv, a 40% increase over the mid-1800s and an average growth rate of 2 ppm / year in the last decade. In order for fossil fuels to remain central to the power sector, existing or future plants will have to successfully implement realistic, cost-effective CO 2 capture technologies.

탄소 포집 및 저장(carbon capture and sequestration (또는 storage); CCS)은 인공의 이산화탄소를 그의 공급원으로부터 포집하고 이를 대기 중에 방출하기 이전에 저장하는 것을 포함하는 물리적 공정이다. CCS는 CO2를 분리하고 액화하며 저장함으로써 CO2가 큰 규모로 방출되는 것을 줄이는데, 온실가스를 줄이기 위한 가장 현실적인 조건으로 여겨지고 있다. Carbon capture and sequestration (or storage) (CCS) is a physical process that involves collecting artificial carbon dioxide from its source and storing it before releasing it to the atmosphere. CCS is that reducing the CO 2 emissions on a large scale by separating the CO 2 is liquefied and stored, it is believed to be the most practical conditions for reducing greenhouse gases.

CCS 기술 개발의 성패는 이산화탄소의 포집, 압축, 수송 및 저장 등의 세부 요소기술로부터의 성공적인 연구개발 및 실증에 달려있지만, 그 중에서도 CO2 포집 기술이 CCS 전체 처리 비용의 약 80%를 차지하기 때문에 미국, 유럽, 일본 등의 선진국을 중심으로 CO2 포집 기술에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. The success or failure of CCS technology development depends on successful research and development and demonstration from detailed technologies such as capture, compression, transport and storage of carbon dioxide, but CO 2 capture technology accounts for about 80% of the total processing cost of CCS Research and development on CO 2 capture technology is being actively carried out in developed countries such as the United States, Europe, and Japan.

수성 아민과 같은 액상 염기 매질을 이용한 CO2 흡착은 이미 널리 사용되고 성숙한 반면, 고체 매질을 이용한 CO2 흡착은 더욱 현실적이고 저비용의 대안으로서 미래의 CO2 포집 기술로서 고려되고 있다. 고체 흡착제는 액체 흡착제와는 다르게 주변 온도에서부터 700℃까지 매우 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있고, 사이클 동안 폐기물이 더 적게 발생하며, 소모된 고체 흡착제는 과도한 환경적 예방책 없이도 쉽게 처리될 수 있는 장점이 있다. CO 2 adsorption using a liquid base medium such as aqueous amine is already widely used and mature, while adsorption of CO 2 using a solid medium is considered as a more realistic and low cost alternative to future CO 2 capture technology. Unlike liquid adsorbents, solid adsorbents can be used in very wide temperature ranges from ambient temperature to 700 ° C, less waste is generated during the cycle, and consumed solid adsorbents can be easily handled without undue environmental precautions .

CO2 흡착을 위한 고체 매질 중에서는 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물/복합체 기반의 시스템이 미래 지향적인 선택으로서 기대되고 있다. 산화칼슘, 규산리튬, 지르콘산 리튬, 하이드로탈사이트, 규산칼슘 및 산화마그네슘과 같은 금속 산화물을 사용하는 수많은 연구들이 흡착 능력의 향상, 재생 효율, 흡착 속도 증가, 운영 온도 및 경제적인 관점에서 수행되고 보고되고 있다. 이들 중 산화마그네슘(MgO) 기반 금속 산화물이 적합한 열역학적 기준, 넓고 조정가능한 염기도 및 염기 강도, 허용가능한 온도 범위로 인하여 가장 유력한 후보로서 평가받고 있다. Among solid media for CO 2 adsorption, systems based on alkali and alkaline earth metal oxides / composites are expected as future-oriented options. Numerous studies using metal oxides such as calcium oxide, lithium silicate, lithium zirconate, hydrotalcite, calcium silicate and magnesium oxide have been carried out in terms of improvement in adsorption capacity, regeneration efficiency, increase in adsorption rate, operating temperature, and economics Are reported. Among these, magnesium oxide (MgO) based metal oxides have been evaluated as the most likely candidates due to suitable thermodynamic criteria, broad and adjustable basicity and base strength, and acceptable temperature range.

이러한 산화마그네슘계 흡착제는 향상된 CO2 흡착 성능을 갖지만 그 범위가 1 내지 2mmol/g에 한정된다는 문제가 있었다. 이를 극복하기 위하여, 다양한 지지체 상에 MgO를 분산시켜 복합체를 형성하는 기술이 제안되었으며, 예를 들어, 탄소-MgO, MgO-SiO2, MgO-Al2O3, MgO-ZrO2, MgO/TiO2 등이 시험되었다.This magnesium oxide-based adsorbent has an improved CO 2 adsorption performance, but has a problem that its range is limited to 1 to 2 mmol / g. In order to overcome this, by dispersing the MgO on a variety of support is proposed a technique of forming a complex, for example, carbon -MgO, MgO-SiO 2, MgO -Al 2 O 3, MgO-ZrO 2, MgO / TiO 2 were tested.

이들 복합체 흡착제는 제어된 입자 크기와 향상된 CO2 흡착 성능이 얻어졌지만, 지지체의 비율에 따라 CO2 흡착 성능이 제한되고, 또 고온에서는 지지체가 CO2와 상호작용을 하는 문제가 있었다. These composite adsorbents have a controlled particle size and improved CO 2 adsorption performance, but the CO 2 adsorption performance is limited by the ratio of the support and the support interacts with CO 2 at high temperatures.

최근에는, 문헌[W.J. Liu, H. Jiang, K. Tian, Y.W. Ding, H.Q. Yu, Mesoporous carbon stabilized MgO nanoparticles synthesized by pyrolysis of MgCl2 preloaded waste biomass for highly efficient CO2 capture, Environ. Sci . Technol. 47 (2013) 9397-9403]에서 중형기공성(mesoporous) 탄소에 의해 안정화된 MgO 나노입자로부터 80℃라는 기존에 보고된 다양한 MgO 기반의 CO2 흡착제보다 훨씬 더 높은 온도에서 5.45mmol/g에 해당하는 높은 CO2 흡착 성능을 얻는데 성공하였다. 또한, 상기 문헌은 그들은 19 사이클에 대한 향상된 사이클 효율성도 장담하였다. Recently, WJ Liu, H. Jiang, K. Tian, YW Ding, and HQ Yu, Mesoporous carbon stabilized MgO nanoparticles synthesized by pyrolysis of MgCl 2 preloaded waste biomass for highly efficient CO 2 capture, Environ. Sci . Technol . 473 (2013) 9397-9403], the MgO nanoparticles stabilized by mesoporous carbon correspond to 5.45 mmol / g at much higher temperatures than the various reported MgO-based CO 2 adsorbents at 80 ° C Which is a high CO 2 adsorption performance. In addition, they also promise improved cycle efficiency for 19 cycles.

이와 같은 순수한(pure) MgO계 흡착제에 있어서, 정렬된 중형기공성 MgO 흡착제는 유효 표면적이 매우 넓고, 산소점의 염기도가 우수하며, 감소된 입자 크기를 갖고, 물질의 전달이 향상될 수 있는 기공성 구조를 갖기 때문에 미래의 이산화탄소 흡착제로서 기대되고 있다. In such a pure MgO-based adsorbent, the aligned mesoporous MgO adsorbent has a wide effective surface area, an excellent basicity of oxygen point, a reduced particle size, and a porosity It is expected as a carbon dioxide adsorbent of the future.

따라서, 중형기공성 MgO 흡착제를 생성하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. 마그네슘 메틸레이트 및 마그네슘 아세테이트와 같은 다양한 원료 물질을 사용한 연소 방법이 제안되었으나, 입경의 성장이 제어되지 않고 다중 사이클 하에서 응집이 발생하는 등의 문제가 보고되었다. 또한, 다양한 종류의 주형(연질/경질)을 이용하여 다공성 구조를 생성하는 방법이 제안되었다. 주형을 이용하는 방법은 초고표면적 산화마그네슘 흡착제를 생성할 수 있지만, 비용 효율성이 떨어지고 해로운 화학물질들의 사용으로 인한 환경 문제가 여전히 남아있으며, 사이클 효율이 감소되는 단점이 존재하였다. Accordingly, various methods for producing a mesoporous MgO adsorbent have been proposed. Magnesium methylate and magnesium acetate have been proposed. However, it has been reported that grain growth is not controlled and coagulation occurs under multiple cycles. In addition, a method of producing a porous structure using various types of molds (soft / hard) has been proposed. Although the mold-based process can produce ultra-high surface area magnesium oxide sorbents, there is a disadvantage that cost effectiveness is poor, environmental problems due to the use of harmful chemicals remain, and cycle efficiency is reduced.

이와 같은 상황에서, 간단하고 비용 효율적이며, 사이클 효율이 우수한 신뢰성 있는 방법으로 순수한 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조하기 위한 새로운 방법의 개발이 요구되고 있다.Under such circumstances, there is a need to develop new methods for producing pure mesoporous magnesium oxide adsorbents in a reliable, simple, cost-effective, cycle-efficient manner.

본 발명의 목적은 간단하고 저비용으로 CO2 흡착 성능과 사이클 특성이 우수한 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a mesoporous magnesium oxide adsorbent which is simple and low cost and excellent in CO 2 adsorption performance and cycle characteristics.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a mesoporous magnesium oxide adsorbent produced by the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 흡착제를 이용한 이산화탄소 흡착 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for adsorbing carbon dioxide using the adsorbent.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 흡착제의 재생 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for regenerating the adsorbent.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 마그네슘 전구체 및 연료를 용매에 용해시키는 단계; 상기 용매를 가열하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 단계; 상기 연료를 연소하여 산화마그네슘 분말을 수득하는 단계; 및 상기 산화마그네슘 분말을 소성하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a magnesium precursor, comprising: dissolving a magnesium precursor and a fuel in a solvent; Heating the solvent to evaporate some or all of the solvent; Combusting the fuel to obtain a magnesium oxide powder; And calcining the magnesium oxide powder. The present invention also provides a method for producing an adsorbent for capturing carbon dioxide.

본 발명에 있어서, 상기 연료는 아민기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the fuel may include an amine group, and may include an amine group and a carboxyl group.

본 발명에서, 상기 연료는 글리신(glycine) 및 우레아(urea)로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 연료가 글리신(glycine)인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the fuel may be selected from glycine and urea. Preferably, the fuel may be glycine.

본 발명에서, 상기 마그네슘 전구체 및 연료는 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the magnesium precursor and the fuel may have a molar ratio of fuel / magnesium precursor of 1.0 to 2.0.

또한, 상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate.

본 발명에서, 상기 연료의 연소는 250 내지 350℃에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 5 내지 10분 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the combustion of the fuel may be performed at 250 to 350 ° C, and may be performed for 5 to 10 minutes.

본 발명에서, 상기 소성은 350 내지 450℃에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 2 내지 10시간 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the firing may be performed at 350 to 450 ° C, and may be performed for 2 to 10 hours.

본 발명에서, 상기 이산화탄소 포집용 흡착제는 중형기공성(mesoporous) 구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the adsorbent for capturing carbon dioxide may have a mesoporous structure.

본 발명의 다른 양태는, 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제를 제공한다. Another aspect of the present invention provides a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, which is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group and has a mesoporous structure.

본 발명에 있어서, 상기 연료는 글리신 및 우레아부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the fuel may be selected from glycine and urea.

본 발명에서, 상기 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 글리신인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the fuel may include an amine group and a carboxyl group, and is preferably glycine.

본 발명은 또한, 상기 마그네슘 전구체 및 연료가 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. The present invention can also be characterized in that the magnesium precursor and the fuel have a molar ratio of fuel / magnesium precursor of 1.0 to 2.0.

또한, 상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate.

본 발명에서, 상기 흡착제의 평균 결정 크기는 5 내지 25nm인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 흡착제의 평균 기공 직경은 10 내지 30nm인, 바람직하게는 14 내지 25nm인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the average crystal size of the adsorbent may be 5 to 25 nm, and the average pore diameter of the adsorbent may be 10 to 30 nm, preferably 14 to 25 nm.

본 발명에서, 상기 흡착제의 평균 기공 부피는 0.4 내지 1cm3/g인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 흡착제의 BET 표면적은 50 내지 250m2/g, 바람직하게는 65 내지 230m2/g인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the average pore volume of the adsorbent is 0.4 to 1 cm 3 / g, and the BET surface area of the adsorbent is 50 to 250 m 2 / g, preferably 65 to 230 m 2 / g .

본 발명의 또 다른 양태는, 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제를 이용한 이산화탄소 흡착 방법으로서, 75 내지 300℃에서 상기 흡착제에 이산화탄소 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is a method for adsorbing carbon dioxide using a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, which is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group and having a mesoporous structure, Wherein the carbon dioxide gas is introduced into the adsorbent.

본 발명에서, 상기 방법은 상기 흡착제를 250 내지 300℃로 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the method may be characterized in that the adsorbent is heated to 250 to 300 ° C.

본 발명에 있어서, 상기 연료는 글리신 및 우레아부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the fuel may be selected from glycine and urea.

본 발명에서, 상기 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 글리신인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the fuel may include an amine group and a carboxyl group, and is preferably glycine.

본 발명의 또 다른 양태는 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제의 재생 방법으로서, 이산화탄소 흡착이 완료된 상기 흡착제를 300 내지 500℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is a regeneration method of a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, which is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group and has a mesoporous structure, wherein the adsorbent having adsorbed carbon dioxide Wherein the carbon dioxide adsorbent is heated to 300 to 500 占 폚.

본 발명에 있어서, 상기 연료는 글리신 및 우레아부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the fuel may be selected from glycine and urea.

본 발명에서, 상기 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 글리신인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the fuel may include an amine group and a carboxyl group, and is preferably glycine.

본 발명에 있어서, 상기 방법은 가열을 30 내지 60분 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the method comprises heating for 30 to 60 minutes And the like.

본 발명에서, 상기 가열은 N2 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the heating may be performed under an N 2 atmosphere.

본 발명에 따르면, 순수한(pure) 중형기공성 산화마그네슘을 제조할 수 있는 간단하고 저비용이며 신뢰성있는 방법이 제공된다. 본 발명의 제조방법은 저가의 연료를 사용하기 때문에 비용이 크게 절감될 수 있고, 간단한 공정으로 제조가 가능하기 때문에 공정 효율성이 향상되는 효과가 있으며, CO2 흡착 성능이 종래 기술에 비하여 크게 떨어지지 않으면서도 빠른 흡착 속도를 가지며, 사이클 특성이 크게 개선된 중형기공성 흡착제를 제공할 수 있다.According to the present invention, a simple, low-cost, and reliable method for producing pure mesoporous magnesium oxide is provided. Since the manufacturing method of the present invention uses a low-cost fuel, the cost can be greatly reduced, and the manufacturing efficiency can be improved by a simple process, and the CO 2 adsorption performance is not significantly lowered It is possible to provide a mesoporous adsorbent having a fast adsorption rate and greatly improved cycle characteristics.

도 1은 마그네슘 전구체와 연료에 따른 산화마그네슘 흡착제의 합성 경로를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 X선 회절(XRD) 패턴을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 평균 결정 크기 및 격자 변형의 상관도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 N2 흡착-탈착 등온선을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 MgO-2.0(G) 흡착제의 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 이미지를 나타낸다.
도 7은 MgO-2.0(G) 흡착제의 EDS(Energy Dispersive Spectroscope)-요소 맵핑 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 표면 산소 함량을 나타낸다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화마그네슘 흡착제 샘플들의 CO2 흡착 등온 곡선을 나타낸다.
도 9(b)는 MgO-1.5(G) 흡착제의 온도에 따른 CO2 흡착 성능을 나타낸다.
도 10은 MgO-1.5(G) 흡착제의 25와 50℃에서의 CO2 흡착 등온선을 나타낸다.
도 11은 상이한 온도에서 CO2 흡착이 완료된 MgO-1.5(G) 흡착제의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.
도 12는 MgO-1.5(G) 흡착제의 사이클 안정성에 대한 평가 결과를 나타낸다.Figure 1 shows the synthesis route of the magnesium precursor and the magnesium oxide adsorbent depending on the fuel.
Figure 2 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of magnesium oxide sorbent samples according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the correlation of mean crystal size and lattice strain of magnesium oxide sorbent samples according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the N 2 adsorption-desorption isotherms of magnesium oxide sorbent samples in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 5 shows Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) spectra of magnesium oxide sorbent samples according to one embodiment of the present invention.
6 shows a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image of an MgO-2.0 (G) adsorbent.
Figure 7 shows the results of the EDS (Energy Dispersive Spectroscope) -element mapping of the MgO-2.0 (G) adsorbent.
Figure 8 shows the surface oxygen content of magnesium oxide sorbent samples according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 (a) shows a CO 2 adsorption isotherm curve of magnesium oxide adsorbent samples according to an embodiment of the present invention.
9 (b) shows the adsorption performance of CO 2 according to the temperature of the MgO-1.5 (G) adsorbent.
Figure 10 shows CO 2 adsorption isotherms of MgO-1.5 (G) adsorbents at 25 and 50 ° C.
Figure 11 shows the FT-IR spectrum of the MgO-1.5 (G) adsorbent with CO 2 adsorption at different temperatures.
12 shows the evaluation results of the cycle stability of the MgO-1.5 (G) adsorbent.

이하, 본 발명의 구체적인 구현예에 대해서 상세히 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명은 간단하고 저비용으로 중형기공성(mesoporous) 산화마그네슘(MgO) 흡착제를 제조할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 마그네슘 전구체 및 연료를 용매에 용해시키는 단계; 상기 용매를 가열하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 단계; 상기 연료를 연소하여 산화마그네슘 분말을 수득하는 단계; 및 상기 산화마그네슘 분말을 소성하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a simple and inexpensive method for producing a mesoporous magnesium oxide (MgO) adsorbent, comprising the steps of: dissolving a magnesium precursor and a fuel in a solvent; Heating the solvent to evaporate some or all of the solvent; Combusting the fuel to obtain a magnesium oxide powder; And firing the magnesium oxide powder.

본 발명에 있어서, 상기 연료는 아민기를 포함할 수 있으며, 예를 들어 글리신(glycine) 또는 우레아(urea)일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연료는 아민기 및 카복실기를 포함할 수 있으며, 예를 들어 글리신일 수 있다. 본 발명의 방법은 연료로서 글리신 또는 우레아와 같은 저비용의 연료를 사용하기 때문에 경제적이고 간단한 공정으로 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 얻을 수 있다. In the present invention, the fuel may include an amine group, for example, glycine or urea. Preferably, the fuel may comprise an amine group and a carboxyl group, for example glycine. The method of the present invention uses a low-cost fuel such as glycine or urea as a fuel, so that a mesoporous magnesium oxide adsorbent can be obtained by an economical and simple process.

상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘일 수 있으며, 질산마그네슘 6수화물 또는 초산마그네슘 4수화물일 수 있다. The magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate, and may be magnesium nitrate hexahydrate or magnesium acetate tetrahydrate.

본 발명의 중형기공성 산화마그네슘 흡착제의 제조방법은 연료의 연소 동안에 가스가 발생하면서 금속산화물 내에 공극을 형성하는 것으로 이해되며, 이때 많은 양의 가스가 발생할수록 공극률이 더 커지게 된다. 이와 같은 가스의 발생은 연료의 성질에 의하여 영향을 크게 받는데, 본 발명은 아민기를 포함하는 글리신 또는 우레아와 같은 연료, 가장 바람직하게는 아민기 및 카복실기를 포함하는 글리신과 같은 연료를 사용하는 경우 가장 최적의 입자 크기, 공극 크기 등을 갖는 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. It is understood that the method of producing the mesoporous magnesium oxide adsorbent of the present invention forms a gap in the metal oxide while the gas is generated during the combustion of the fuel, and the larger the amount of gas is, the larger the porosity is. The generation of such gases is greatly influenced by the nature of the fuel, and the present invention is based on the finding that the use of fuels such as glycine or urea containing amine groups, and most preferably fuels such as glycine containing amine groups and carboxyl groups It is possible to prepare a mesoporous magnesium oxide adsorbent having an optimum particle size, pore size, and the like.

특히, 도 1에 도시한 바와 같이, 글리신은 마그네슘 이온과 함께 착체(complex)를 형성할 수 있고, 이로 인하여 나노입자를 더욱 균일하게 분배되도록 할 수 있다. 이와 같은 현상은 카복실기 및 아민기를 포함하는 그의 분자구조로부터 기인한 것이다. 구체적으로, 용액에서 글리신은 일반적으로 쌍성 이온의 형태로 존재한다. 이 쌍성 이온의 형태는 글리신의 카복실기가 M+2 이온과 배위결합하는 것을 촉진하여 분균일한 침전을 방지하고 균일한 크기의 입자를 생성한다. 본 발명에서는, 글리신의 카복실기가 마그네슘과 같은 알칼리 또는 알칼리 토금속에 대한 착화제로서 행동한다고 가정하였다. Particularly, as shown in FIG. 1, glycine can form a complex with magnesium ions, thereby allowing the nanoparticles to be more uniformly distributed. This phenomenon is due to its molecular structure including carboxyl groups and amine groups. Specifically, glycine in solution is generally present in the form of a bidentate ion. This type of bidentate ion promotes the coordination bond of the carboxyl group of glycine with the M + 2 ion, thereby preventing uniform precipitation and producing particles of uniform size. In the present invention, it is assumed that the carboxyl group of glycine acts as a complexing agent for an alkali or an alkaline earth metal such as magnesium.

반면, 우레아는 아민기와 케톤 기능기를 가지며 카복실기를 포함하지 않기 때문에 알칼리 또는 알칼리 토금속 이온과 착화되기에 부적합한 형태로 존재한다. 이는 복합체가 형성되기 어렵다는 것을 의미하고, 따라서 우레아 연소에 의해 얻어진 MgO 시료는 단지 무작위적인 MgO 응집체만을 형성한다.On the other hand, urea exists in a form unsuitable for being complexed with an alkali or alkaline earth metal ion since it has an amine group and a ketone functional group and does not contain a carboxyl group. This means that the complex is difficult to form, and thus the MgO sample obtained by urea combustion only forms a random MgO aggregate.

이와 같은 관점에서, 본 발명에서 사용가능한 연료는 글리신과 같이 용액 내에서 쌍성이온의 형태로 존재하여 M+2 이온과 배위결합을 할 수 있는 연료를 포함한다. From such a viewpoint, the fuel usable in the present invention includes a fuel such as glycine, which exists in the form of a bidentate ion in a solution and can coordinate bond with the M + 2 ion.

본 발명의 방법에서, 마그네슘 전구체와 연료는 아래의 화학 방정식 1.1 및 1.2와 같은 메커니즘에 의해 반응이 진행된다. 하기 화학 방정식 1.1은 마그네슘 전구체로서 질산마그네슘을 사용하고, 연료로서 글리신(NH2CH2COOH)을 사용한 경우의 반응 메커니즘을 나타내고, 하기 화학 방정식 1.2는 마그네슘 전구체로서 질산마그네슘 6수화물을 사용하고, 연료로서 우레아(CO(NH2)2)을 사용한 경우의 반응 메커니즘을 나타낸다. In the process of the present invention, the reaction proceeds by a mechanism such as the following chemical equations 1.1 and 1.2 for the magnesium precursor and the fuel. The following chemical equation 1.1 shows the reaction mechanism when magnesium nitrate is used as the magnesium precursor and glycine (NH 2 CH 2 COOH) is used as the fuel. The following chemical equation 1.2 shows that magnesium nitrate hexahydrate is used as the magnesium precursor, (CO (NH 2 ) 2 ) as a reaction mechanism.

[화학식][Chemical Formula]

Figure 112017006803414-pat00001
Figure 112017006803414-pat00001

본 발명에 있어서, 상기 마그네슘 전구체는 상기 연료와 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비(이하, "F/O 비")를 갖도록 사용되는 것이 바람직하다. F/O 비가 1.0 미만인 경우 연료가 부족하여 공극의 형성이 충분하지 못하고, F/O의 비가 2.0 초과인 경우 과량의 연료 공급으로 인해 합성과정에서 젤(gel)을 형성하기 때문에 적절히 연소될 수 없다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 마그네슘 전구체가 1.5의 F/O 비를 갖는 경우 가장 우수한 CO2 흡착 성능을 발휘한다는 것을 확인하였다. In the present invention, it is preferable that the magnesium precursor is used so as to have a fuel / magnesium precursor mole ratio (hereinafter referred to as " F / O ratio ") of 1.0 to 2.0. When the F / O ratio is less than 1.0, the formation of the voids is insufficient because of the lack of fuel, and when the F / O ratio is more than 2.0, the gel is formed in the synthesis process due to excessive fuel supply, . In one embodiment of the present invention, it has been confirmed that the magnesium precursor exhibits the best CO 2 adsorption performance when it has an F / O ratio of 1.5.

본 발명에서, 상기 용매는 당해 업계에서 일반적으로 사용하는 용매를 사용할 수 있으며, 물 또는 에탄올을 사용할 수 있고, 바람직하게는 물을 사용하는 것이 좋다. In the present invention, the solvent may be a solvent commonly used in the art, and water or ethanol may be used, and preferably water is preferably used.

본 발명의 중형기공성 산화마그네슘 흡착제를 제조하기 위한 공정은 마그네슘 전구체 및 연료를 용매에 용해시키는 단계; 상기 용매를 가열하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 단계; 상기 연료를 연소하여 산화마그네슘 분말을 수득하는 단계; 및 상기 산화마그네슘 분말을 소성하는 단계를 포함한다.The process for preparing the mesoporous magnesium oxide adsorbent of the present invention comprises dissolving a magnesium precursor and a fuel in a solvent; Heating the solvent to evaporate some or all of the solvent; Combusting the fuel to obtain a magnesium oxide powder; And firing the magnesium oxide powder.

상기 용매를 가열하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 단계는 사용되는 용매의 종류에 따라 적합한 온도 및 시간을 설정하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 것이 바람직하며, 바람직하게는 용매의 전부를 증발시키는 것이 좋다. 상기 가열은 교반과 함께 수행되는 것도 가능하다. The step of heating the solvent to partially or wholly evaporate the solvent may be performed by setting a suitable temperature and time according to the type of the solvent used to evaporate a part or all of the solvent. Preferably, the solvent is evaporated It is good. It is also possible that the heating is carried out with stirring.

용매의 일부 또는 전부를 증발시킨 다음으로는 연료를 발화점 이상으로 가열함으로써 마그네슘 전구체를 연소시킨다. 상기 가열은 선택된 연료의 종류에 따라 적합한 온도 및 시간에 따라 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 연료가 글리신인 경우, 상기 연료의 연소는 250 내지 350℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 280 내지 320℃에서 수행하는 것이 좋고, 가장 바람직하게는 290 내지 310℃에서 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 연료가 글리신인 경우, 상기 연료의 연소는 1 내지 30분, 바람직하게는 5 내지 10분 동안 수행하는 것이 바람직하다.After some or all of the solvent is evaporated, the magnesium precursor is burned by heating the fuel above the ignition point. The heating is preferably carried out at a suitable temperature and time according to the type of fuel selected. According to one embodiment of the present invention, when the fuel is glycine, the combustion of the fuel is preferably performed at 250 to 350 ° C, more preferably 280 to 320 ° C, and most preferably 290 Lt; 0 > C to 310 < 0 > C. According to an embodiment of the present invention, when the fuel is glycine, the combustion of the fuel is preferably performed for 1 to 30 minutes, preferably 5 to 10 minutes.

연료의 연소에 따라서, 젖은 분말의 형태가 탈수화를 거치게 되고, 그을림 연소에 의해 연소된 금속 전구체가 수득된다. 이렇게 얻어진 검정색의 생성물을 소성하여 흰색 산화마그네슘 분말을 수득할 수 있다. Depending on the combustion of the fuel, the form of the wet powder is subjected to dehydration, and the burned metal precursor is obtained by the burning. The resulting black product is fired to obtain a white magnesium oxide powder.

상기 소성은 가마에서 350 내지 450℃의 온도범위에서 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 380 내지 420℃의 온도에서 수행하는 것이 좋다. 상기 소성은 2 내지 10시간 동안 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 7시간 동안 수행하는 것이 좋다. The firing is preferably carried out in a kiln at a temperature ranging from 350 to 450 ° C, more preferably at a temperature ranging from 380 to 420 ° C. The firing is preferably performed for 2 to 10 hours, more preferably 3 to 7 hours.

본 발명의 일 실시예에서는, 이와 같은 공정에 의해 수득된 흰색의 산화마그네슘 분말이 중형기공성 구조를 갖는다는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the white magnesium oxide powder obtained by such a process had a mesoporous structure.

본 발명은 다른 구현 양태에서, 상기 방법에 의해 제조된 중형기공성 산화마그네슘 흡착제에 관한 것이다. The present invention, in another embodiment, relates to a mesoporous magnesium oxide sorbent prepared by the process.

구체적으로, 본 발명의 흡착제는 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. Specifically, the adsorbent of the present invention is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group, and is characterized by having a mesoporous structure.

상기 아민기를 사용하는 연료는 예를 들어 글리신 또는 우레아일 수 있다. The fuel using the amine group may be, for example, glycine or urea.

본 발명에 있어서, 상기 아민기를 포함하는 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 연료인 것이 바람직하며, 예를 들어 글리신일 수 있다. In the present invention, the fuel containing the amine group is preferably a fuel containing an amine group and a carboxyl group, and may be, for example, glycine.

상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘일 수 있으며, 질산마그네슘 6수화물 또는 초산마그네슘 4수화물일 수 있다.The magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate, and may be magnesium nitrate hexahydrate or magnesium acetate tetrahydrate.

본 발명의 일 실시예에서는, 본 발명의 방법에 따라 제조된 산화마그네슘 흡착제의 표면 모폴로지(morphology)를 확인하였다. 본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 연소에 의하여 다공성 구조를 갖는 다중결정질 네트워크 구조를 가지며, MgO의 단일체 구조가 다양한 기공 직경을 갖는 거품과 같은 표면 모폴로지를 갖는다는 것을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, the surface morphology of the magnesium oxide adsorbent prepared according to the method of the present invention was confirmed. It has been confirmed that the magnesium oxide adsorbent of the present invention has a multicrystalline network structure having a porous structure by combustion, and the monolithic structure of MgO has a surface morphology such as foam having various pore diameters.

본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 글리신을 연료로서 사용하는 경우 글리신이 착화제로서 작용함으로써 현저히 낮은 평균 결정 크기(average crystallite size)를 갖는다. 본 발명의 일 실시예에서는, 제조된 산화마그네슘 흡착제의 평균 결정 크기를 흡착제의 XRD 패턴으로부터 디바이-셔러 방정식(Debye-Scherrer equation)을 이용하여 계산하였다. 구체적으로, 본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 5 내지 25nm의 평균 결정 크기를 갖는다는 것을 확인하였다. The magnesium oxide adsorbent of the present invention has a significantly lower average crystallite size when glycine is used as a fuel and glycine acts as a complexing agent. In one embodiment of the present invention, the average crystal size of the magnesium oxide adsorbent produced was calculated from the XRD pattern of the adsorbent using the Debye-Scherrer equation. Specifically, it was confirmed that the magnesium oxide adsorbent of the present invention had an average crystal size of 5 to 25 nm.

본 발명의 일 실시예에서는 글리신 연료를 연소하여 제조된 산화마그네슘 흡착제가 매우 넓은 표면적과, 넓은 기공 직경 및 부피를 갖는다는 것을 확인하였다. 표면적이 넓은 경우 CO2와 직접적으로 반응할 수 있는 면적이 넓다는 것을 의미하기 때문에 그만큼 더 많은 CO2 흡착을 할 수 있어 유리하다. 또한, 기공 직경 및 부피가 크다는 것은 표면적을 넓게 해줄 수 있을 뿐만 아니라, CO2 기체 또는 유체가 기공 사이를 이동하는 것을 용이하게 할 수 있어 더 많은 양의 CO2가 흡착제의 표면과 접촉하도록 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, it has been confirmed that the magnesium oxide adsorbent produced by burning the glycine fuel has a very large surface area, a wide pore diameter and a large volume. If the surface area is wide, it means that the area that can directly react with CO 2 is wide, which is advantageous because it can make more CO 2 adsorption. In addition, large pore diameters and bulk can not only make the surface area wider, but also facilitate the movement of the CO 2 gas or fluid between the pores so that a greater amount of CO 2 can come into contact with the surface of the adsorbent have.

구체적으로, 본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 평균 기공 직경(average pore diameter)이 10 내지 30nm인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는, 평균 기공 직경이 14 내지 25nm인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 평균 기공 부피(average pore volume)가 0.4 내지 1cm3/g의 범위인 것을 특징으로 할 수 있다. Specifically, the magnesium oxide adsorbent of the present invention is characterized by having an average pore diameter of 10 to 30 nm, and more preferably, an average pore diameter of 14 to 25 nm. In addition, the magnesium oxide adsorbent of the present invention may have an average pore volume in the range of 0.4 to 1 cm 3 / g.

본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 또한, BET 표면적이 50 내지 250m2/g의 범위이며, 바람직하게는, BET 표면적이 65 내지 230m2/g의 범위일 수 있다.The magnesium oxide adsorbent of the present invention may also have a BET surface area in the range of 50 to 250 m 2 / g, preferably a BET surface area in the range of 65 to 230 m 2 / g.

본 발명의 또 다른 구현 양태는, 상기 산화마그네슘 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 흡착하는 방법에 관한 것이다. Another embodiment of the present invention relates to a method of adsorbing carbon dioxide using the magnesium oxide adsorbent.

구체적으로, 본 발명의 이산화탄소 흡착 방법은 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제를 75 내지 300℃로 가열하는 단계; 및 공융혼합물이 용융된 흡착제에 이산화탄소 가스를 도입하는 단계를 포함한다. Specifically, the method for adsorbing carbon dioxide of the present invention comprises heating a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide to 75 to 300 ° C, which is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group and having a mesoporous structure ; And introducing carbon dioxide gas into the adsorbent in which the eutectic mixture is molten.

본 발명의 산화마그네슘 흡착제는 75 내지 300℃의 범위에서 우수한 이산화탄소 흡착 성능을 발휘할 수 있으며, 100 내지 250℃의 온도범위에서 더욱 우수한 이산화탄소 흡착 성능을 발휘한다. 본 발명의 일 실시예에서는 본 발명의 산화마그네슘 흡착제가 200℃에서 가장 우수한 이산화탄소 흡착 성능을 나타낸다는 것을 확인하였다. The magnesium oxide adsorbent of the present invention can exhibit excellent carbon dioxide adsorption performance in the range of 75 to 300 占 폚 and exhibits more excellent carbon dioxide adsorption performance in the temperature range of 100 to 250 占 폚. In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the magnesium oxide adsorbent of the present invention exhibited the best carbon dioxide adsorption performance at 200 ° C.

상기 아민기를 사용하는 연료는 예를 들어 글리신 또는 우레아일 수 있다. The fuel using the amine group may be, for example, glycine or urea.

본 발명에 있어서, 상기 아민기를 포함하는 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 연료인 것이 바람직하며, 예를 들어 글리신일 수 있다. In the present invention, the fuel containing the amine group is preferably a fuel containing an amine group and a carboxyl group, and may be, for example, glycine.

상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘일 수 있으며, 질산마그네슘 6수화물 또는 초산마그네슘 4수화물일 수 있다.The magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate, and may be magnesium nitrate hexahydrate or magnesium acetate tetrahydrate.

본 발명의 또 다른 구현 양태는, 마그네슘 전구체를 아민기를 포함하는 연료에 의해 연소함으로써 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제의 재생 방법에 관한 것이다. Another embodiment of the present invention relates to a regeneration method of a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, which is produced by burning a magnesium precursor with a fuel containing an amine group and has a mesoporous structure.

상기 재생방법은 이산화탄소 흡착이 완료된 상기 흡착제를 300 내지 550℃, 바람직하게는 350 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 450℃로 가열함으로써 수행할 수 있고, 10 내지 120분, 바람직하게는 20분 내지 90분, 더욱 바람직하게는 30 내지 60분 동안 가열함으로써 수행할 수 있다. 본 발명의 흡착제의 재생은 N2 분위기 하에서 수행하는 것이 바람직하다. The regeneration method can be carried out by heating the adsorbent having completed the adsorption of carbon dioxide to 300 to 550 캜, preferably 350 to 500 캜, more preferably 400 to 450 캜, and heating for 10 to 120 minutes, preferably 20 minutes To 90 minutes, more preferably 30 to 60 minutes. The regeneration of the adsorbent of the present invention is preferably carried out in an N 2 atmosphere.

상기 아민기를 사용하는 연료는 예를 들어 글리신 또는 우레아일 수 있다. The fuel using the amine group may be, for example, glycine or urea.

본 발명에 있어서, 상기 아민기를 포함하는 연료는 아민기 및 카복실기를 포함하는 연료인 것이 바람직하며, 예를 들어 글리신일 수 있다. In the present invention, the fuel containing the amine group is preferably a fuel containing an amine group and a carboxyl group, and may be, for example, glycine.

상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘일 수 있으며, 질산마그네슘 6수화물 또는 초산마그네슘 4수화물일 수 있다.The magnesium precursor may be magnesium nitrate or magnesium acetate, and may be magnesium nitrate hexahydrate or magnesium acetate tetrahydrate.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. It should be noted, however, that these examples are illustrative of some experimental methods and compositions in order to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1:  One: MgOMgO -x(y)-x (y) 흡착제 제조Adsorbent manufacturing

질산마그네슘 6수화물(Mg(NO3)2ㆍ6H2O)을 탈염수에 용해시키고, 연료로서 글리신 또는 우레아를 하기 표 1에 기재된 함유량에 맞도록 첨가하였다. 과량의 물을 100℃에서 교반하면서 전열기 상에서 가열함으로써 증발시켰다. 그러고 나서, 전열기의 온도를 300℃로 높였다. Magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was dissolved in demineralized water and glycine or urea was added as fuel to meet the content shown in Table 1 below. Excess water was evaporated by heating on an electric heater with stirring at 100 < 0 > C. Then, the temperature of the heater was raised to 300 ° C.

처음에는, 출발물질 분말에 탈수화(dehydration)가 진행되었으며, 이후 연기가 발생하면서 연소가 진행되어 검정색으로 그을린 생성물이 형성되었다. 연소가 완전히 진행되고 난 후, 얻어진 검정색의 생성물을 머플(muffle) 가마에서 400℃에서 5시간 동안 소성함으로써 흰색 분말을 수득하였다. Initially, the dehydration of the starting material powder proceeded, followed by the progress of combustion with the generation of smoke, resulting in the formation of a blackened product. After complete combustion, the resulting black product was calcined in a muffle furnace at 400 ° C for 5 hours to give a white powder.

얻어진 나노결정성 MgO는 MgO-x(y)로 표기하였으며, 여기에서 x는 F/O 비율 및 y는 사용된 연료를 나타낸다. 제조된 산화마그네슘 흡착제는 다음의 5가지로 표현될 수 있다: The resulting nanocrystalline MgO is denoted MgO-x (y), where x is the F / O ratio and y is the fuel used. The prepared magnesium oxide adsorbent can be represented by the following five types:

MgO-1.1(G), MgO-1.5(G), MgO-2.0(G), MgO-0.6(U) 및 MgO-1.0(U)MgO-1.1 (G), MgO-1.5 (G), MgO-2.0 (G), MgO-

또한, 비교를 위하여, 질산마그네슘 6수화물을 연료를 따로 사용하지 않고 400℃에서 5시간 동안 소성하여 산화마그네슘 흡착제를 제조하였다. For comparison, magnesium nitrate hexahydrate was calcined at 400 DEG C for 5 hours without using any fuel to prepare an adsorbent of magnesium oxide.

Figure 112017006803414-pat00002
Figure 112017006803414-pat00002

실시예Example 2: X-선 회절 패턴( 2: X-ray diffraction pattern ( XRDXRD ) 분석) analysis

실시예 1에서 제조된 5종의 MgO-x(y) 흡착제의 XRD 패턴을 도 2(a)에 나타내었다. The XRD patterns of the five kinds of MgO-x (y) adsorbents prepared in Example 1 are shown in Fig. 2 (a).

도 2(a)의 회절 피크로부터 ICDD-01-075-0447 참고 패턴에 따른 입방정계 MgO 상의 존재를 확인할 수 있다. 2θ값 36.90, 42.85, 62.20, 74.53 및 78.50에서의 회절 피크는 입방정계 MgO와 잘 매칭된다. 불순물의 존재를 의미하는 다른 피크는 검출되지 않았다. From the diffraction peak in FIG. 2 (a), it is possible to confirm the presence of the cubic MgO phase according to the ICDD-01-075-0447 reference pattern. The diffraction peaks at 2 theta values of 36.90, 42.85, 62.20, 74.53 and 78.50 are well matched with cubic MgO. Other peaks indicating the presence of impurities were not detected.

도 2(a)에서, 글리신을 연료로서 사용하여 합성된 흡착제 MgO-1.1(G), MgO-1.5(G) 및 MgO-2.0(G)는 우레아를 연료로서 사용한 MgO-0.6(U) 및 MgO-1.0(U)에 비하여 더 낮고 더 넓은 회절 피크를 나타내었는데, 이는 글리신을 연료로 사용한 샘플들이 더 작은 결정 크기를 갖는다는 것을 의미한다. In Fig. 2 (a), adsorbents MgO-1.1 (G), MgO-1.5 (G) and MgO-2.0 (G) synthesized using glycine as a fuel were synthesized using MgO- -1.0 (U), which means that samples using glycine as a fuel have a smaller crystal size.

또한, 글리신의 경우 F/O 비가 증가할수록 피크의 폭이 증가하였으나, 우레아의 함량은 나노구조의 형성에 미약한 영향만을 미친다는 것을 알 수 있다. In the case of glycine, as the F / O ratio increases, the width of the peak increases, but the content of urea has only a slight effect on the formation of nanostructures.

상기 결과로부터, 글리신의 착화(complexation)가 입자의 균일한 성장을 돕고 입자 크기에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that the complexation of glycine assists in the uniform growth of the particles and also influences the particle size.

한편, 비교제조예에 따른 산화마그네슘 흡착제 및 마그네슘 전구체의 XRD 패턴을 도 2(b)에 나타내었다. 비교제조예의 산화마그네슘 흡착제는 가파른 회절 피크를 나타내어, 샘플의 결정 크기가 글리신을 연료로 사용한 샘플에 비하여 매우 크다는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, the XRD patterns of the magnesium oxide adsorbent and the magnesium precursor according to the comparative production examples are shown in Fig. 2 (b). The magnesium oxide adsorbent of the comparative example shows a steep diffraction peak, and it can be seen that the crystal size of the sample is much larger than that of the sample using glycine as fuel.

각 샘플들의 평균 결정 크기를 디바이-셔러 방정식(Debye-Scherrer equation)을 이용하여 XRD 회절 피크로부터 계산하였으며, 이를 도 3 및 표 2에 나타내었다. 표 2에서, MgO(NO3)는 비교제조예에서 제조된 산화마그네슘 흡착제를 나타낸다. The average crystal size of each sample was calculated from the XRD diffraction peaks using the Debye-Scherrer equation, which is shown in FIG. 3 and Table 2. In Table 2, MgO (NO 3 ) represents the magnesium oxide adsorbent prepared in the comparative production example.

표 2로부터, 글리신을 연료로서 사용하여 제조된 산화마그네슘 흡착제는 우레아를 연료로서 사용하거나 연료를 사용하지 않은 흡착제에 비하여 상대적으로 낮은 평균 결정 크기를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. It can be seen from Table 2 that the magnesium oxide adsorbent prepared using glycine as fuel has a relatively low average crystal size as compared to the adsorbent using urea as fuel or not using fuel.

또한, 도 3에서 격자 변형(lattice strain)은 완벽한 구조로부터의 편차로 인한 회절 피크의 확장을 나타내는데, 평균 결정 크기와 정확하게 반비례하는 것을 관찰할 수 있다.3, The lattice strain shows the extension of the diffraction peak due to the deviation from the perfect structure, which can be observed to be inversely proportional to the average crystal size.

Figure 112017006803414-pat00003
Figure 112017006803414-pat00003

실시예 3: 표면 특성 분석Example 3: Surface Characterization

상기 실시예 1에서 제조된 흡착제의 표면 특성을 확인하기 위하여, BELSORP-mini(BEL JAPAN INC.)를 사용하여 77k에서 N2 흡착-탈착 측정을 수행하였다. 가스 흡착 전에, 예열 처리를 진공에서 200℃에서 2시간 동안 수행하여 잔여 수분과 다른 물리적인 흡착 불순물을 제거하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. In order to confirm the surface characteristics of the adsorbent prepared in Example 1, N 2 adsorption-desorption measurements were performed at 77 k using BELSORP-mini (BEL JAPAN INC.). Before gas adsorption, the preheating treatment was carried out in a vacuum at 200 캜 for 2 hours to remove residual moisture and other physical adsorption impurities. The results are shown in Fig.

도 4로부터 확인 가능한 바와 같이, 샘플들은 H3 타입 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 IV 타입 등온선을 나타내었다. 또한, 연료의 양이 증가함에 따라 루프가 더 넓어졌는데, 이는 열 전달의 결과로 인한 응집체의 단편화로 인하여 더 넓은 표면적이 생성되었다는 것을 의미하며, 균일한 입자 성장을 의미한다. As can be seen from FIG. 4, the samples exhibited an IV isotherm with H3 type hysteresis. Also, as the amount of fuel increases, the loops become wider, meaning that a larger surface area has been created due to aggregate fragmentation resulting from heat transfer, which means uniform grain growth.

한편, 샘플들의 비표면적, 평균 기공 직경, 및 기공 부피를 표 2에 나타내었다. 샘플들의 비표면적은 BET 방법으로부터 계산하였고, 기공 부피는 상대압력 P/P0=0.99에서 얻었으며, 평균 기공 직경은 N2 등온선의 흡착 곡선으로부터 BJH 방법을 사용하여 계산하였다.On the other hand, the specific surface area, average pore diameter, and pore volume of the samples are shown in Table 2. The specific surface area of the samples was calculated from the BET method, the pore volume was obtained at a relative pressure P / P 0 = 0.99 and the average pore diameter was calculated from the adsorption curve of the N 2 isotherm using the BJH method.

글리신을 연료로 사용한 산화마그네슘 흡착제의 경우, F/O 비에 따라 비표면적이 68.8 내지 226.2m2/g의 범위로 매우 넓은 표면적을 나타내었다. 반면, 우레아를 연료로 사용하거나 연료를 사용하지 않은 흡착제의 경우 7 내지 13m2/g 수준의 매우 낮은 비표면적을 나타낸다는 것을 알 수 있다. In the case of the magnesium oxide adsorbent using glycine as a fuel, the specific surface area was in the range of 68.8 to 226.2 m 2 / g according to the F / O ratio, and the surface area was very large. On the other hand, it can be seen that the adsorbent using urea as fuel or not using fuel shows very low specific surface area of 7 to 13 m 2 / g level.

실시예 4: FT-IR 스펙트럼 분석Example 4: FT-IR spectrum analysis

도 5는 실시예 1에서 제조된 산화마그네슘 흡착제의 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 스펙트럼을 나타낸다. 5 shows a Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum of the magnesium oxide adsorbent prepared in Example 1. Fig.

도 5에서, 스펙트럼은 500 내지 4000cm-1의 범위에서 물리흡착/화학흡착된 물과 M-OM 신축(stretching)의 특징을 갖는 흡착 밴드를 나타내었다. 1427.57cm-1에서의 피크의 강도는 F/O 비에 따라 증가하였는데, 이는 카보네이트 흡착에 이용가능한 표면적의 증가를 의미한다. 3324.78cm-1 주변의 넓은 밴드는 υ(O-H)를 나타낸다. MgO 매트릭스는 1000cm-1 미만의 구역에서 쉽게 발견할 수 있다. 857.28cm-1에서의 흡착 밴드는 Mg-O-Mg를 포함하는 일련의 전이를 나타낸다.In Figure 5, the spectra showed adsorption bands characterized by physical adsorption / chemisorbed water and M-OM stretching in the range of 500 to 4000 cm <" 1 & gt ;. The intensity of the peak at 1427.57 cm -1 increased with the F / O ratio, which means an increase in surface area available for carbonate adsorption. The broad band around 3324.78 cm -1 represents υ (OH). MgO matrix can be easily found in areas of less than 1000cm -1. The adsorption band at 857.28 cm -1 represents a series of transitions involving Mg-O-Mg.

실시예 5: FE-SEM 이미지 분석Example 5: FE-SEM image analysis

본 발명의 산화마그네슘 흡착제의 표면 모폴로지를 확인하기 위하여, Helios 650 주사전자현미경을 이용하여 MgO-2.0(G) 흡착제의 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 이미지를 얻었으며, 이를 도 6에 나타내었다. In order to confirm the surface morphology of the magnesium oxide adsorbent of the present invention, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image of MgO-2.0 (G) adsorbent was obtained using Helios 650 scanning electron microscope, Respectively.

도 6으로부터, 연료의 연소에 의하여 다공성 구조가 다중결정질 네트워크 내에 도입되었다는 것을 명확하게 확인할 수 있다. 더 확대된 스케일에서(도 6(b)), MgO의 단일체 구조가 상이한 기공 직경의 기공들을 갖는 거품과 같은 모폴로지를 형성한 것을 알 수 있다. 상기 기공들은 화학 방정식 1.1에서 확인한 바와 같이, 연소에 의해 생성된 가스들이 빠져나가는 과정에서 형성된 것으로 파악된다. From Figure 6 it can be clearly seen that the combustion of the fuel introduced the porous structure into the multicrystalline network. On a further enlarged scale (Fig. 6 (b)), it can be seen that the monolithic structure of MgO forms a bubble-like morphology with pores of different pore diameters. It is understood that the pores are formed in the process of escaping the gases generated by the combustion, as confirmed by the chemical equation 1.1.

또한, 상기 MgO-2.0(G) 흡착제의 EDS(Energy Dispersive Spectroscope)-요소 맵핑 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7로부터, 활성 금속종이 샘플 전체에 고르게 분포되었다는 것을 확인할 수 있다. The results of EDS (Energy Dispersive Spectroscope) -element mapping of the MgO-2.0 (G) adsorbent are shown in FIG. From Figure 7 it can be seen that the active metal paper is evenly distributed throughout the sample.

도 8은 실시예 1에서 제조된 MgO-x(y)의 표면 산소 함량을 나타낸다. 글리신을 연료로 사용한 MgO-x(G)의 경우 우레아를 연료로 사용한 MgO-x(U)에 비하여 표면 산소 함량이 월등히 많다는 것을 확인할 수 있다. 표면 산소 함량이 더 많다는 것은 산화제와 연료가 착화되기에 더욱 적합하다는 것을 의미한다.8 shows the surface oxygen content of MgO-x (y) prepared in Example 1. Fig. In the case of MgO-x (G) using glycine as a fuel, the surface oxygen content is much higher than that of MgO-x (U) using urea as a fuel. More surface oxygen content means that the oxidant and fuel are more suitable for ignition.

실시예 6: COExample 6: 22 흡착 성능 비교 Comparison of adsorption performance

실시예 6-1: 등온 COExample 6-1: Isothermal CO 22 흡착 성능 비교 Comparison of adsorption performance

실시예 1에서 제조된 MgO-x(y)의 CO2 흡착 성능을 비교하기 위하여, 200℃에서의 등온 CO2 흡착-재생 성능을 열중량 분석계(TGA N-1000, SCINCO)을 사용하여 측정하였다. 흡착제 20mg을 백금팬 상에 위치시키고, 400℃에서 60분 동안 N2 흐름(60ml/min)으로 전처리하였다. 그 후에 흡착 온도로 냉각한 다음, 순수 CO2를 100ml/min의 유속으로 도입하였다. CO2 흡착으로 인한 중량 변화를 mmol/g로 계산하였다. 그 결과를 도 9(a) 및 표 2에 나타내었다. To compare the CO 2 adsorption performance of MgO-x (y) prepared in Example 1, isothermal CO 2 adsorption-regeneration performance at 200 ° C was measured using a thermogravimetric analyzer (TGA N-1000, SCINCO) . 20 mg of adsorbent was placed on a platinum pan and pretreated with N 2 flow (60 ml / min) at 400 ° C. for 60 minutes. After cooling to the adsorption temperature, pure CO 2 was then introduced at a flow rate of 100 ml / min. The weight change due to CO 2 adsorption was calculated as mmol / g. The results are shown in Fig. 9 (a) and Table 2.

도 9(a)에서, 글리신을 연료로 사용한 MgO-x(G)는 1 내지 1.34mmol/g의 높은 흡착량을 나타내었다. 또한, 이들 흡착제는 60분만에 흡착이 완료되어 빠른 흡착 속도를 나타내었다. 이와 같은 높은 흡착 성능과 빠른 흡착 속도는 더 큰 스케일의 용도에서 금속 산화물에 존재하는 단점들을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.In Fig. 9 (a), MgO-x (G) using glycine as a fuel showed a high adsorption amount of 1 to 1.34 mmol / g. In addition, these adsorbents showed a fast adsorption rate after completion of adsorption in 60 minutes. Such high adsorption performance and fast adsorption rate are expected to overcome the disadvantages of metal oxides in larger scale applications.

CO2 흡착 성능은 가장 넓은 비표면적을 가진 MgO-2.0(G)에 비하여 MgO-1.5(G)가 가장 우수한 것으로 확인되었는데, 이는 표면 산소점의 양이 MgO-2.0(G)의 경우가 MgO-1.5(G)에 비하여 더 적기 때문인 것으로 판단된다. The adsorption capacity of CO 2 was found to be superior to that of MgO-2.0 (G), which has the widest specific surface area. MgO-1.5 (G) 1.5 (G), respectively.

또한, MgO-0.6(U) 및 MgO-1.0(U) 모두는 글리신과 비교할 때 가장 적은 CO2 포집을 나타내었다. XRD 패턴과 BET 표면적으로부터, 더 큰 입자크기 및 더 적은 표면적이 CO2 포집을 방해한다는 것을 알 수 있다. 또한, 더 낮은 표면 산소점은 또한 화학흡착을 저해한다는 것이 확인된다.In addition, both MgO-0.6 (U) and MgO-1.0 (U) showed the lowest CO 2 capture compared to glycine. From the XRD pattern and BET surface area, it can be seen that larger particle size and less surface area interfere with CO 2 capture. In addition, it is confirmed that the lower surface oxygen point also inhibits chemisorption.

실시예 6-2: 비-등온 COExample 6-2: Non-isothermal CO 22 흡착 성능 비교 Comparison of adsorption performance

도 9(b)는 MgO-1.5(G)의 온도에 따른 CO2 흡착 성능을 나타낸다. MgO-1.5(G)는 40℃에서 약 0.5mmol/g의 흡착량을 나타내었으며, 온도의 증가에 따라 점차적으로 흡착량이 증가하다가 200℃에서 가장 많은 흡착량(1.34mmol/g)을 나타내었다. 이후 온도의 증가에 따라 CO2 흡착량은 감소하는 추세를 나타내었다. FIG. 9 (b) shows the CO 2 adsorption performance depending on the temperature of MgO-1.5 (G). MgO-1.5 (G) exhibited an adsorption amount of about 0.5 mmol / g at 40 ° C, and the adsorption amount gradually increased with increasing temperature, and showed the highest adsorption amount (1.34 mmol / g) at 200 ° C. The amount of CO 2 adsorption decreased with increasing temperature.

실시예 6-3: 압력 스윙(swinging) COExample 6-3: Pressure swinging CO 22 흡착 검토 Adsorption review

CO2 상호작용의 본질을 시험하기 위하여, MgO-1.5(G) 흡착제의 CO2 흡착 등온선을 25℃와 50℃에서 압력 스윙을 사용하여 기록하였다. 실험은 BELSORP-mini II(BEL JAPAN INC.)를 사용하여 수행하였으며, 샘플들은 200℃에서 2시간 동안 탈가스화를 수행한 후 CO2 압력을 0bar에서 1bar로 상승시키며 CO2 흡착을 수행하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다. To test the nature of the CO 2 interaction, the CO 2 adsorption isotherms of the MgO-1.5 (G) adsorbent were recorded using a pressure swing at 25 ° C and 50 ° C. Experiments were carried out using BELSORP-mini II (BEL JAPAN INC.). The samples were degassed at 200 ° C for 2 hours and CO 2 pressure was increased from 0 bar to 1 bar and CO 2 adsorption was performed. The results are shown in Fig.

도 10에서 확인 가능한 바와 같이, 실온에서는 CO2 흡착이 CO2 압력의 증가에 따라 선형으로 증가하였다. 한편, 온도를 25℃에서 50℃로 증가시켰을 때, CO2 흡착 속도의 변화가 관측되었다. 이는 최종 CO2 흡착량을 결정함에 있어서 화학흡착이 주요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 50℃에서 흡착 등온선은 명확하게 두 단계로 구분되었으며, 처음의 빠른 흡착 속도는 점차적으로 25℃에서와 같은 수준으로 수렴되었다. As can be seen in FIG. 10, at room temperature CO 2 adsorption increased linearly with increasing CO 2 pressure. On the other hand, when the temperature was increased from 25 캜 to 50 캜, a change in the CO 2 adsorption rate was observed. This means that the chemisorption plays a major role in determining the final CO 2 adsorption amount. At 50 ℃, the adsorption isotherms were clearly divided into two stages, and the initial fast adsorption rate gradually converged to the same level as at 25 ℃.

MgO계 흡착제에 있어서, CO2 흡착량은 흡착제 표면에 카보네이트 층이 형성됨에 따라 감소한다. 더 느린 속도의 흡착은 흡착을 저해할 수 있고, 증가된 온도에서의 더 빠른 흡착 속도는 최종적으로 흡착량을 증가시킬 수 있다는 것이 확인된다. In the MgO-based adsorbent, the adsorption amount of CO 2 decreases as the carbonate layer is formed on the surface of the adsorbent. It can be seen that adsorption at slower rates can inhibit adsorption and faster adsorption rates at elevated temperatures can ultimately increase the adsorbed amount.

실시예 7: COExample 7: 22 흡착이 완료된 흡착제의 FT-IR 스펙트럼 분석 FT-IR spectrum analysis of adsorbed adsorbents

도 11은 상이한 온도에서 CO2 흡착이 완료된 MgO-1.5(G) 흡착제들의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다. Figure 11 shows the FT-IR spectra of MgO-1.5 (G) sorbents with CO 2 adsorption completed at different temperatures.

도 11에서 명백하게 확인 가능한 바와 같이, 1431cm-1에서의 넓은 피크가 1431 및 1509cm-1에서의 2개의 구분된 피크로 분리되었다. 낮은 온도에서, CO2 흡착량은 일좌리간드 카보네이트의 단층의 형성에 의해 지배된 반면, 온도가 증가함에 따라 2좌 배위자 카보네이트의 형성이 더 우세하였다. 이로부터, 화학흡착이 CO2와의 강한 상호작용으로 인한 2좌 배위자 카보네이트의 형성과 관련된다는 것을 알 수 있다. As can also obviously found at 11, the large peak at 1431cm -1 was separated into two separated peaks at 1431 and 1509cm -1. At lower temperatures, the amount of CO 2 adsorption was dominated by the formation of a monolayer of monodentate ligand carbonates, while the formation of two- coordinate ligand carbonates was predominant as the temperature increased. From this it can be seen that the chemisorption is associated with the formation of a bidentate ligand carbonate due to strong interaction with CO 2 .

2좌 배위자 카보네이트의 피크는 100℃ 초과에서 시작되어 200℃까지 남아있으며, 1좌 및 2좌 배위자 카보네이트의 피크가 모두 300℃ 위에서는 사라졌다. 그러나, 1300 내지 1600cm-1 범위의 넓은 피크로부터 300℃ 초과의 온도범위에서도 CO2 흡착량이 증가되었다는 사실을 확인할 수 있다.The peaks of the two-coordinate ligand carbonate start at over 100 ° C and remain at 200 ° C, and the peaks of the one-and two-coordinate ligand carbonate all disappear at 300 ° C. However, it can be seen that the amount of CO 2 adsorption increased from a wide peak in the range of 1300 to 1600 cm -1 even in the temperature range of higher than 300 ° C.

FT-IR 스펙트럼으로부터, 화학흡착이 MgO-x(y) 흡착제의 CO2 흡착량을 결정하는 데에 주요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. From the FT-IR spectrum, it can be seen that the chemisorption plays a major role in determining the amount of CO 2 adsorption on the MgO-x (y) adsorbent.

실시예 8: 사이클 특성 시험Example 8: Cycle characteristic test

본 발명의 산화마그네슘 흡착제의 사이클 특성을 확인하기 위하여, MgO-1.5(G) 흡착제의 사이클 안정성에 대한 평가 결과를 도 12에 나타내었다. In order to confirm the cycle characteristics of the magnesium oxide adsorbent of the present invention, the evaluation results of the cycle stability of the MgO-1.5 (G) adsorbent are shown in Fig.

도 12으로부터, 10번의 흡착/탈착 사이클 이후 CO2 포집 성능의 90%가 유지되었다는 것을 알 수 있다. 처음의 CO2 포집량 1.34mmol/g은 10 사이클 이후에 1.23mmol/g으로 감소하였는데, 이는 비가역적인 카보네이트의 형성에 기인하는 것으로 예측된다. 12, it can be seen that 90% of the CO 2 trapping performance was maintained after 10 adsorption / desorption cycles. The initial CO 2 uptake of 1.34 mmol / g decreased to 1.23 mmol / g after 10 cycles, which is predicted to be due to the formation of irreversible carbonates.

그러나, 본 발명의 흡착제는 10 사이클 동안 응집에 대한 적지 않은 저항성이 관측되었다. 이는 본 발명의 흡착제가 종래의 산화마그네슘 흡착제에 비하여 장기간의 내구성을 갖는다는 것을 의미한다. However, the adsorbent of the present invention was observed to have little resistance to aggregation during 10 cycles. This means that the adsorbent of the present invention has a long-term durability as compared with the conventional magnesium oxide adsorbent.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (39)

마그네슘 전구체 및 연료를 용매에 용해시키는 단계;
상기 용매를 가열하여 용매의 일부 또는 전부를 증발시키는 단계;
상기 연료를 연소하여 산화마그네슘 분말을 수득하는 단계; 및
상기 산화마그네슘 분말을 350 내지 450℃에서 소성하는 단계
를 포함하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
Dissolving the magnesium precursor and the fuel in a solvent;
Heating the solvent to evaporate some or all of the solvent;
Combusting the fuel to obtain a magnesium oxide powder; And
Calcining the magnesium oxide powder at 350 to 450 DEG C
Wherein the adsorbent for adsorbing carbon dioxide is an adsorbent.
제 1 항에 있어서,
상기 연료가 아민기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the fuel comprises an amine group.
제 2 항에 있어서,
상기 연료가 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the fuel comprises an amine group and a carboxyl group.
제 2 항에 있어서,
상기 연료가 글리신(glycine) 또는 우레아(urea)인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the fuel is glycine or urea. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 3 항에 있어서,
상기 연료가 글리신인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the fuel is glycine. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체 및 연료가 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the magnesium precursor and the fuel have a molar ratio of fuel / magnesium precursor of 1.0 to 2.0.
제 1 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the magnesium precursor is magnesium nitrate or magnesium acetate.
제 1 항에 있어서,
상기 연료의 연소를 250 내지 350℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the combustion of the fuel is carried out at 250 to 350 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 연료의 연소를 5 내지 10분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the combustion of the fuel is carried out for 5 to 10 minutes.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 소성을 2 내지 10시간동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the calcination is carried out for 2 to 10 hours.
제 1 항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집용 흡착제가 중형기공성(mesoporous) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the adsorbent for capturing carbon dioxide has a mesoporous structure.
제 1 항 내지 제 9 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 중형기공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제로서,
상기 흡착제의 BET 표면적이 50 내지 250m2/g인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
A magnesium oxide adsorbent for carbon dioxide capture, which is produced by the method of any one of claims 1 to 9, 11 and 12 and has a mesoporous structure,
Wherein the adsorbent has a BET surface area of 50 to 250 m < 2 > / g.
제 13 항에 있어서,
상기 연료가 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the fuel comprises an amine group and a carboxyl group.
제 13 항에 있어서,
상기 연료가 글리신 또는 우레아인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the fuel is glycine or urea.
제 14 항에 있어서,
상기 연료가 글리신인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
15. The method of claim 14,
Characterized in that the fuel is glycine.
제 13 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체 및 연료가 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the magnesium precursor and the fuel have a fuel / magnesium precursor mole ratio of 1.0 to 2.0.
제 13 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체가 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the magnesium precursor is magnesium nitrate or magnesium acetate.
제 13 항에 있어서,
상기 흡착제의 평균 결정 크기가 5 내지 25nm인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the adsorbent has an average crystal size of 5 to 25 nm.
제 13 항에 있어서,
상기 흡착제의 평균 기공 직경이 10 내지 30nm인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the adsorbent has an average pore diameter of 10 to 30 nm.
제 13 항에 있어서,
상기 흡착제의 평균 기공 직경이 14 내지 25nm인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the adsorbent has an average pore diameter of 14 to 25 nm.
제 13 항에 있어서,
상기 흡착제의 평균 기공 부피가 0.4 내지 1cm3/g인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제.
14. The method of claim 13,
Wherein the adsorbent has an average pore volume of 0.4 to 1 cm < 3 > / g.
삭제delete 삭제delete 제 1 항 내지 제 9 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
중형기공성 구조를 갖고, BET 표면적이 50 내지 250m2/g인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제를 이용한 이산화탄소 흡착 방법으로서,
75 내지 300℃에서 상기 흡착제에 이산화탄소 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 방법.
A process for the preparation of a compound according to any one of claims 1 to 9, 11 and 12,
A method for adsorbing carbon dioxide using a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, the method having a mesoporous structure and a BET surface area of 50 to 250 m 2 / g,
And introducing carbon dioxide gas into the adsorbent at 75 to 300 占 폚.
제 25 항에 있어서,
상기 연료가 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the fuel comprises an amine group and a carboxyl group.
제 25 항에 있어서,
상기 연료가 글리신 또는 우레아인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the fuel is glycine or urea.
제 26 항에 있어서,
상기 연료가 글리신인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
27. The method of claim 26,
Wherein the fuel is glycine.
제 25 항에 있어서,
상기 흡착제를 250 내지 300℃로 가열하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the adsorbent is heated to 250 to 300 占 폚.
제 25 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체 및 연료가 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the magnesium precursor and fuel have a fuel / magnesium precursor mole ratio of 1.0 to 2.0.
제 25 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡착 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the magnesium precursor is magnesium nitrate or magnesium acetate.
제 1 항 내지 제 9 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
중형기공성 구조를 갖고, BET 표면적이 50 내지 250m2/g인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 산화마그네슘 흡착제의 재생 방법으로서,
이산화탄소 흡착이 완료된 상기 흡착제를 300 내지 500℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
A process for the preparation of a compound according to any one of claims 1 to 9, 11 and 12,
A method for regenerating a magnesium oxide adsorbent for capturing carbon dioxide, which has a mesoporous structure and a BET surface area of 50 to 250 m 2 / g,
Wherein the adsorbent having been subjected to carbon dioxide adsorption is heated to 300 to 500 占 폚.
제 32 항에 있어서,
상기 연료가 아민기 및 카복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
Wherein the fuel comprises an amine group and a carboxyl group.
제 32 항에 있어서,
상기 연료가 글리신 또는 우레아인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
Wherein the fuel is glycine or urea.
제 33 항에 있어서,
상기 연료가 글리신인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
34. The method of claim 33,
Wherein the fuel is glycine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 32 항에 있어서,
상기 가열을 30 내지 60분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
The heating was performed for 30 to 60 minutes Wherein the adsorbent is adsorbed to the adsorbent.
제 32 항에 있어서,
상기 가열을 N2 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
Wherein the heating is carried out in an atmosphere of N 2 .
제 32 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체 및 연료가 1.0 내지 2.0의 연료/마그네슘 전구체 몰비를 갖는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
Wherein the magnesium precursor and the fuel have a molar ratio of fuel / magnesium precursor of 1.0 to 2.0.
제 32 항에 있어서,
상기 마그네슘 전구체는 질산마그네슘 또는 초산마그네슘인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 포집용 흡착제의 재생방법.
33. The method of claim 32,
Wherein the magnesium precursor is magnesium nitrate or magnesium acetate.
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Title
Gutierrez-Bonilla Elvira 외 3, MgO-based adsorbents for CO2 adsorption: Influence of structural and textural properties on the CO2 adsorption performance, JOURNAL OF ENVRIONMENTAL SCIENCE, Vol.57, pp.4

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