KR102032948B1 - A method for separating of metal ions in seawater-based industrial wastewater by ph control and a method for manufacturing high purity carbonate by using thereof - Google Patents

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강동우
유윤성
김인준
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

An embodiment of the present invention provides a method for manufacturing carbonate comprising following steps of: (a) mixing sodium hydroxide with industrial wastewater generated in a salt purification process to precipitate and separate metal salts; (b) conducting a reaction of the metal salts with carbon dioxide; and (c) separating and purifying carbonate in a product of the step (b).

Description

pH 조절을 통한 해수유래 산업폐수 내 금속이온 분리 및 고순도 탄산염의 제조방법{A METHOD FOR SEPARATING OF METAL IONS IN SEAWATER-BASED INDUSTRIAL WASTEWATER BY PH CONTROL AND A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH PURITY CARBONATE BY USING THEREOF}METHODS FOR SEPARATING OF METAL IONS IN SEAWATER-BASED INDUSTRIAL WASTEWATER BY PH CONTROL AND A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH PURITY CARBONATE BY USING THEREOF}

본 발명은 고순도 탄산염의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수기반 산업폐수를 이용한 고순도 탄산염의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing high purity carbonate, and more particularly, to a method for producing high purity carbonate using seawater based industrial wastewater.

대기 중에 가장 많이 배출된 온실가스인 CO2는 지구온난화를 심화시키는 주원인이다. 따라서, 이를 막기 위한 범지구적인 노력이 필요하다. 그러한 노력 중 하나인 “파리협약”은 협약국의 CO2 배출량에 대한 것으로, 각 협약국은 의무적으로 CO2 배출량을 감소시키기로 협의하였다.CO 2 is the most common greenhouse gas emissions in the atmosphere is the main reason for intensifying global warming. Therefore, a global effort is needed to prevent this. One such effort, "Paris Convention" will be on CO 2 emissions of the Convention Bureau, Convention, each State was decided in consultation with the mandatory reduction of CO 2 emissions.

이를 위한 수단 중 하나인 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기술은 가장 널리 알려진 CO2 배출량 감소 기술이다. CCS는 기존 산업설비에 적용 가능한 장점이 있으나, 고온-고압 조건을 필요로 하여 에너지 소비가 크고, CO2를 장기간 저장하기 위한 안전한 장소가 필요한 단점이 있다.Carbon capture and storage (CCS) technology, one of the means to do this, is the most widely known technology to reduce CO 2 emissions. CCS has the advantage that it can be applied to existing industrial facilities, but it requires a high temperature-high pressure condition, has a high energy consumption, and requires a safe place for long-term storage of CO 2 .

반면, 탄소 포집 및 활용(Carbon Capture and Utilization, CCU) 기술은 포집된 이산화탄소를 가치 있는 물질로 전환하는 기술이다. 특히, 무기 탄산화 공정은 반응이 빠르고 비용이 낮은 장점이 있으며, 제조된 금속 탄산염은 산업용 및 의료용으로 재사용이 가능하여 CO2를 저장하기 위한 별도의 장소가 필요 없다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 CCU 기술을 적용하기 위해서는 금속 이온과 CO2 이온의 안정적인 수급이 필요한 문제가 있다.Carbon Capture and Utilization (CCU) technology, on the other hand, is a technology that converts the captured carbon dioxide into a valuable material. In particular, the inorganic carbonation process has the advantage of fast reaction and low cost, the prepared metal carbonate is an advantage that can be reused for industrial and medical use does not need a separate place for storing CO 2 . However, in order to apply the CCU technology, there is a problem that stable supply and demand of metal ions and CO 2 ions is required.

소금은 인류의 생존에 필수 성분이므로, 해수로부터 정제소금을 제조하는 공정 또한 지속적으로 이루어지고 있다. 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수는 별도의 처리 없이는 환경, 특히 해안환경에 치명적인 손상을 줄 수 있다. 따라서, 경제적이고 효율적인 소금정제 산업폐수의 처리방법 또한 필요하다.Since salt is an essential ingredient for human survival, the process of producing refined salt from seawater is also ongoing. Industrial wastewater from salt refining processes can cause fatal damage to the environment, especially the coastal environment, without further treatment. Therefore, there is also a need for an economical and efficient method of treating salt refinery industrial wastewater.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수로부터 CCU에 필수적인 금속 이온을 공급하는 방법 및 CO2 포집 공정을 포함하는 탄산염의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a method for supplying the essential metal ions to the CCU from the industrial wastewater generated in the salt purification process and a method for producing a carbonate comprising a CO 2 capture process To provide.

본 발명의 다른 목적은 고순도 탄산염의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a high purity carbonate.

본 발명의 또 다른 목적은 사용된 원료의 재사용률이 높은 탄산염의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing a carbonate having a high reuse rate of used raw materials.

본 발명의 일 측면은 (a) 소금정제 공정에서 발생하는 산업폐수에 수산화나트륨을 혼합하여 금속염을 침전시켜 분리하는 단계; (b) 상기 금속염을 이산화탄소와 반응시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 탄산염을 분리, 정제하는 단계;를 포함하는, 탄산염의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention comprises the steps of (a) mixing sodium hydroxide in the industrial wastewater generated in the salt purification process to precipitate and separate the metal salt; (b) reacting the metal salt with carbon dioxide; And (c) separating and purifying the carbonate in the product of step (b).

일 실시예에 있어서, 상기 금속염은 마그네슘염일 수 있다.In one embodiment, the metal salt may be a magnesium salt.

일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 산업폐수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 11 이하의 조건에서 금속염을 침전시켜 분리하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step (a) may be to add the sodium hydroxide to the industrial wastewater to precipitate by separating the metal salt in a condition of pH 11 or less.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 금속염과 수산화나트륨을 혼합한 슬러리를 기체 상태의 이산화탄소와 반응시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the step (b) may be to react the slurry of the mixed metal salt and sodium hydroxide with carbon dioxide in the gas state.

일 실시예에 있어서, 상기 금속염은 칼슘염일 수 있다.In one embodiment, the metal salt may be a calcium salt.

일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 산업폐수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 11 초과의 조건에서 금속염을 침전시켜 분리하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step (a) may be to add the sodium hydroxide to the industrial wastewater to precipitate by separating the metal salt at a pH of more than 11 conditions.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 금속염을 이산화탄소가 포집된 알칸올아민 수용액과 혼합하여 반응시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the step (b) may be the reaction by mixing the metal salt with an aqueous solution of alkanolamine collected carbon dioxide.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 탄산염이 분리된 여과액을 330~380K에서 질소 처리하여 알칸올아민을 재생할 수 있다.In one embodiment, the filtrate from which the carbonate of step (c) is separated may be nitrogen treated at 330 to 380 K to regenerate the alkanolamine.

일 실시예에 있어서, 상기 재생된 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률은 재생 전 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률의 70% 이상일 수 있다.In one embodiment, the carbon dioxide adsorption rate of the regenerated alkanolamine may be at least 70% of the carbon dioxide adsorption rate of the alkanolamine before regeneration.

일 실시예에 있어서, 상기 탄산염의 순도는 90% 이상일 수 있다.In one embodiment, the purity of the carbonate may be 90% or more.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계의 생성물을 여과 후 330~380K에서 1~48시간 동안 건조시켜 탄산염을 분리, 정제하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step (c) may be to separate and purify the carbonate by drying the product of the step (b) for 1 to 48 hours at 330 ~ 380K after filtration.

일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계의 금속염이 분리된 여과액에 이산화탄소가 흡착된 알칸올아민 수용액을 첨가하여 중탄산나트륨을 분리하고, 상기 중탄산나트륨이 분리된 여과액을 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수에 첨가하여 수산화나트륨을 재생할 수 있다.In an embodiment, sodium bicarbonate is separated by adding an aqueous alkanolamine solution adsorbed with carbon dioxide to the filtrate from which the metal salt of step (a) is separated, and the filtrate from which the sodium bicarbonate is separated is generated in a salt refining process. It can be added to industrial wastewater to regenerate sodium hydroxide.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수로부터 CCU에 필수적인 금속 이온을 공급하는 방법 및 CO2 포집 공정을 포함하는 탄산염의 제조방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a method for supplying the essential metal ions to the CCU from the industrial wastewater generated in the salt purification process and a method for producing a carbonate comprising a CO 2 capture process.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수로부터 고순도의 탄산염을 제조할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a high purity carbonate can be produced from industrial wastewater generated in the salt purification process.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 탄산염 제조공정 중 사용된 원료의 재사용률을 높일 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to increase the reuse rate of the raw materials used during the carbonate manufacturing process.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects, and include all effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명에서 사용하는 산업폐수가 발생하는 소금정제 공정의 개요도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 개요도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명 중 CO2 포집 공정의 개요도를 도시한 것이다.
도 4는 pH에 따른 금속 이온 분리 효율성(M/K 비) 측정 결과를 도시한 것이다.
도 5는 Mg 금속염에 각각의 습식 흡수제를 첨가하여 제조한 Mg 침전물의 XRD 곡선을 도시한 것이다.
도 6은 직접 탄산화 방법으로 제조한 Mg 탄산염의 XRD 곡선을 도시한 것이다.
도 7은 직접 탄산화 방법으로 제조한 Mg 탄산염의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 직접 탄산화 방법으로 제조한 Mg 탄산염의 TG/DTG 곡선을 도시한 것이다.
도 9는 각각의 습식 흡수제에 따른 흡탈착 CO2 로딩 곡선을 도시한 것이다.
도 10은 각각의 습식 흡수제에 따른 재흡수 CO2 로딩 곡선을 도시한 것이다.
도 11은 Ca 금속염에 각각의 습식 흡수제를 첨가하여 제조한 Ca 침전물의 XRD 곡선을 도시한 것이다.
도 12는 Ca 금속염에 각각의 습식 흡수제를 첨가하여 제조한 Ca 침전물의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 13은 Ca 금속염에 각각의 습식 흡수제를 첨가하여 제조한 Ca 침전물의 TG/DTG 곡선을 도시한 것이다.
1 shows a schematic diagram of a salt purification process in which industrial wastewater used in the present invention is generated.
2 shows a schematic diagram of an embodiment of the invention.
Figure 3 shows a schematic of the CO 2 capture process of the present invention.
Figure 4 shows the result of measuring the metal ion separation efficiency (M / K ratio) according to the pH.
FIG. 5 shows the XRD curve of Mg precipitate prepared by adding each wet absorbent to Mg metal salt.
6 shows the XRD curve of Mg carbonate prepared by the direct carbonation method.
7 shows an SEM image of Mg carbonate prepared by the direct carbonation method.
8 shows the TG / DTG curve of Mg carbonate prepared by the direct carbonation method.
9 shows the adsorption and desorption CO 2 loading curves for each wet absorbent.
FIG. 10 shows resorption CO 2 loading curves for each wet absorbent.
FIG. 11 shows XRD curves of Ca precipitates prepared by adding respective wet absorbers to Ca metal salts.
12 shows SEM images of Ca precipitates prepared by adding respective wet absorbers to Ca metal salts.
FIG. 13 shows TG / DTG curves of Ca precipitates prepared by adding respective wet absorbers to Ca metal salts.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 본 발명에서 사용되는 해수기반 산업폐수가 발생하는 소금정제 공정의 개요도이다. 해수로부터 소금을 분리하는 소금정제 공정의 특성상 산업폐수 중 다량의 금속 이온이 존재할 수 있다. 따라서, 상기 산업폐수로부터 Ca2+, Mg2+, Na+ 등의 금속 이온을 수득할 수 있다. 해수 중에 과포화 상태인 Ca2+로 인해 금속 이온 농도가 온도 변화에 따라 상이해질 수 있으므로, 상온 미만의 저온에서 1회 이상 여과한 후 사용할 수 있다.Referring to Figure 1, it is a schematic diagram of a salt refining process for generating seawater-based industrial wastewater used in the present invention. Due to the nature of the salt refining process that separates salt from seawater, large amounts of metal ions may be present in industrial wastewater. Therefore, it is possible to obtain metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Na + from the industrial wastewater. Due to the supersaturated Ca 2+ in sea water, the metal ion concentration may be different according to the temperature change, and thus it may be used after filtering at least once at low temperature below room temperature.

본 발명의 일 측면에 따른 탄산염의 제조방법은, (a) 소금정제 공정에서 발생하는 산업폐수에 수산화나트륨을 혼합하여 금속염을 침전시켜 분리하는 단계; (b) 상기 금속염을 이산화탄소와 반응시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 탄산염을 분리, 정제하는 단계;를 포함할 수 있다.Method for producing a carbonate according to an aspect of the present invention, (a) mixing the sodium hydroxide in the industrial wastewater generated in the salt purification process to precipitate the metal salt to separate; (b) reacting the metal salt with carbon dioxide; And (c) separating and purifying the carbonate in the product of step (b).

상기 (a) 단계는 상기 산업폐수 중 존재하는 Ca2+, Mg2+, Na+과 같은 금속 이온을 수산화나트륨과 반응시켜 생성된 수산화물 형태의 금속염을 침전시켜 분리하는 것일 수 있다.In the step (a), the metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ and Na + present in the industrial wastewater may be precipitated and separated by precipitation of a metal salt in hydroxide form.

상기 (b) 단계는 상기 금속염과 이산화탄소가 탄산화 반응하는 것일 수 있다.The step (b) may be a carbonation reaction of the metal salt and carbon dioxide.

상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계의 혼합물을 여과하여 탄산염과 여과액으로 분리하고, 상기 탄산염을 330 내지 380K에서 1 내지 48시간 동안 건조시켜 탄산염의 순도를 향상시키는 것일 수 있다.In the step (c), the mixture of step (b) may be filtered to separate the carbonate and the filtrate, and the carbonate may be dried at 330 to 380 K for 1 to 48 hours to improve the purity of the carbonate.

상기 탄산염의 순도는 90% 이상일 수 있다. 상기 금속염과 기체 이산화탄소를 직접 반응시키거나, 흡수제로 알칸올아민을 사용하여 포집한 이산화탄소와 반응시켜 고순도의 탄산염을 수득할 수 있다.Purity of the carbonate may be at least 90%. The metal salt and gaseous carbon dioxide may be directly reacted, or may be reacted with carbon dioxide collected using an alkanolamine as an absorbent to obtain high purity carbonate.

상기 (a) 단계의 금속염이 분리된 여과액에 이산화탄소가 흡착된 알칸올아민 수용액을 첨가하면 중탄산나트륨이 침전되어 분리될 수 있다. 상기 중탄산나트륨이 분리된 여과액을 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수에 첨가하면 수산화나트륨이 재생될 수 있다.When an aqueous carbon dioxide adsorbed alkanolamine solution is added to the filtrate from which the metal salt of step (a) is separated, sodium bicarbonate may precipitate and be separated. When the sodium bicarbonate separated filtrate is added to the industrial wastewater generated in the salt purification process, sodium hydroxide may be regenerated.

구체적으로, 상기 (a) 단계의 금속염은 마그네슘염일 수 있다.Specifically, the metal salt of step (a) may be a magnesium salt.

상기 금속염이 마그네슘염이면, 상기 (a) 단계에서 상기 산업폐수에 pH 11이 될 때까지 수산화나트륨을 첨가하여 마그네슘염을 침전시켜 분리할 수 있다. pH가 11 미만이면 상기 마그네슘염의 수율이 감소할 수 있고, 11 초과이면 상기 마그네슘염의 순도가 감소할 수 있다.If the metal salt is a magnesium salt, in step (a), sodium hydroxide may be added to the industrial wastewater until the pH is 11 to precipitate and separate the magnesium salt. If the pH is less than 11, the yield of the magnesium salt may be reduced, and if the pH is more than 11, the purity of the magnesium salt may be reduced.

상기 마그네슘염을 증류수로 세척하고 330 내지 380K에서 1 내지 48시간 동안 건조함으로써 불순물을 제거하여 순도를 향상시킬 수 있다.The magnesium salt may be washed with distilled water and dried at 330 to 380 K for 1 to 48 hours to remove impurities to improve purity.

상기 (b) 단계에서 상기 마그네슘염을 농도가 0.1 내지 10중량%인 수산화나트륨 수용액과 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 이를 이산화탄소 기체와 반응시켜 탄산염을 제조할 수 있다.In the step (b), the magnesium salt may be mixed with an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 0.1 to 10% by weight to prepare a slurry, and then reacted with carbon dioxide gas to prepare a carbonate.

또한, 상기 (a) 단계의 금속염은 칼슘염일 수 있다.In addition, the metal salt of step (a) may be a calcium salt.

상기 금속염이 칼슘염이면, 상기 (a) 단계에서 pH가 11 초과인 산업폐수에 수산화나트륨을 첨가하여 칼슘염을 침전시켜 분리할 수 있다. pH가 11 이하이면 칼슘염이 침전되지 않을 수 있다. 상기 칼슘염을 수득하기 전에 마그네슘염을 침전시킨 후 제거하면 상기 칼슘염의 순도를 높일 수 있다.If the metal salt is a calcium salt, sodium hydroxide may be added to industrial wastewater having a pH greater than 11 in step (a) to precipitate and separate the calcium salt. If the pH is 11 or less, calcium salt may not precipitate. Precipitating and removing the magnesium salt before obtaining the calcium salt can increase the purity of the calcium salt.

상기 (b) 단계에서 상기 칼슘염을 이산화탄소가 포집된 알칸올아민 수용액과 혼합하여 탄산화 반응시킬 수 있다.In the step (b), the calcium salt may be carbonized by mixing with an aqueous solution of alkanolamine in which carbon dioxide is collected.

상기 알칸올아민 용액은 이산화탄소를 다량 함유하는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 흡수제로 사용할 수 있다.The alkanolamine solution may be used as a carbon dioxide absorbent for trapping carbon dioxide in exhaust gas containing a large amount of carbon dioxide.

알칸올아민은 아민기(-NH4)와 하이드록실기(-OH)를 동시에 포함하는 화합물로, 예를 들면, 모노에탄올아민과 같은 1차 아민, 디에탄올아민과 같은 2차 아민, 메틸디에틸아민과 같은 3차 아민 등이 있다. 상기 아민기는 염기도를 상승시켜 산성 기체인 이산화탄소의 흡수를 촉진할 수 있다. 상기 하이드록실기는 수용성 성질을 상승시켜 물질의 증기압을 감소시킬 수 있다. 알칸올아민과 이산화탄소의 결합 메커니즘은 하기 식 1 내지 4에 따라 표현될 수 있다.Alkanolamines are compounds containing an amine group (-NH 4 ) and a hydroxyl group (-OH) simultaneously. For example, primary amines such as monoethanolamine, secondary amines such as diethanolamine, methyldi Tertiary amines such as ethylamine and the like. The amine group may increase the basicity to promote absorption of carbon dioxide, which is an acidic gas. The hydroxyl group may increase the water-soluble property to reduce the vapor pressure of the material. The binding mechanism of the alkanolamine and carbon dioxide may be represented according to the following formulas (1) to (4).

[식 1][Equation 1]

Figure 112018054561611-pat00001
Figure 112018054561611-pat00001

[식 2][Equation 2]

Figure 112018054561611-pat00002
Figure 112018054561611-pat00002

[식 3][Equation 3]

Figure 112018054561611-pat00003
Figure 112018054561611-pat00003

[식 4][Equation 4]

Figure 112018054561611-pat00004
Figure 112018054561611-pat00004

상기 식 1 내지 3은 1, 2차 아민의 반응식이고, 식 4는 3차 아민의 반응식이다. 상기 식 1 내지 4는 CO2 기체가 탄산 이온 형태로 전환되고, 상기 탄산 이온은 금속 이온과 반응하여 침전물을 형성할 수 있다.Formulas 1 to 3 are reaction schemes of primary and secondary amines, and Formula 4 is reaction schemes of tertiary amines. In Formulas 1 to 4, CO 2 gas is converted into carbonate ions, and the carbonate ions may react with metal ions to form a precipitate.

암모니아(NH3) 또한 염기도를 상승시켜 이산화탄소를 포집하는 용도로 사용할 수 있으나, 암모니아가 아닌 알칸올아민을 사용하면 순도가 90% 이상인, 보다 고순도의 탄산염을 수득할 수 있다.Ammonia (NH 3 ) can also be used to raise the basicity to capture carbon dioxide, but using alkanolamines other than ammonia can yield higher purity carbonates with a purity of 90% or more.

상기 (c) 단계 이후 상기 탄산염이 분리된 여과액을 330 내지 380K에서 질소 처리하여 알칸올아민을 재생할 수 있다. 상기 재생된 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률은 재생 전 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률의 70% 이상일 수 있다.After the step (c), the filtrate from which the carbonate is separated may be nitrogen-treated at 330 to 380 K to recover alkanolamine. The carbon dioxide adsorption rate of the regenerated alkanolamine may be 70% or more of the carbon dioxide adsorption rate of the alkanolamine before regeneration.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following experimental results are described only representative experimental results of the above embodiments, the scope and content of the present invention by the examples and the like can not be interpreted to be reduced or limited. The effects of each of the various embodiments of the invention, which are not explicitly set forth below, will be described in detail in that section.

원료Raw material

NaOH (sodium hydroxide, 순도 97중량% 이상, CAS No. 1310-73-2, Sigma-Aldrich)NaOH (sodium hydroxide, purity more than 97% by weight, CAS No. 1310-73-2, Sigma-Aldrich)

MEA (monoethanolamine, 순도 99중량% 이상, CAS No. 141-43-5, Sigma-Aldrich)MEA (monoethanolamine, purity more than 99% by weight, CAS No. 141-43-5, Sigma-Aldrich)

DEA (diethanolamine, 순도 98중량% 이상, CAS No. 111-42-2, Sigma-Aldrich)DEA (diethanolamine, purity 98% by weight or more, CAS No. 111-42-2, Sigma-Aldrich)

MDEA (methyldiethanolamine, 순도 99중량% 이상, CAS No. 105-59-9, Sigma-Aldrich)MDEA (methyldiethanolamine, purity more than 99% by weight, CAS No. 105-59-9, Sigma-Aldrich)

산업폐수 (한주 社 제공, 대한민국 울산)Industrial wastewater (provided by Hanju, Ulsan, Korea)

실시예Example

본 발명의 일 실시예의 개요도를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참고하면, 이하의 실시예는 i) 금속염 제조 공정, ii) CO2 포집 공정 iii) 탄산염 제조 공정 및 iv) NaOH 재생 공정을 포함하는 4단계로 이루어질 수 있다.A schematic diagram of one embodiment of the present invention is shown in FIG. Referring to FIG. 2 , the following embodiments may include four steps including i) a metal salt production process, ii) a CO 2 capture process, iii) a carbonate production process, and iv) a NaOH regeneration process.

i) 금속염 제조 공정i) metal salt manufacturing process

산업폐수 중 과포화된 이온의 제거를 위해 283.15K에서 여과하였다. 4M NaOH 수용액을 상기 산업폐수에 첨가하여 Mg 금속염을 분리하였다. NaOH가 첨가된 상기 산업폐수의 pH를 7, 8, 9, 10, 11, 12, 12.5 및 13로 조절하며 추출하여 Mg2+ 이온이 침전으로 완전히 분리되는 pH를 측정하고, Mg2+ 이온이 제거된 여과액에서 Ca2+ 이온이 침전되어 분리되는 pH를 측정하였다.Filtration at 283.15 K for removal of supersaturated ions in industrial wastewater. A 4M NaOH aqueous solution was added to the industrial wastewater to separate Mg metal salts. The pH of the industrial wastewater to which NaOH was added was adjusted to 7, 8, 9, 10, 11, 12, 12.5 and 13, and extracted to measure the pH at which Mg 2+ ions were completely separated by precipitation, and the Mg 2+ ions were The pH of Ca 2+ ions precipitated and separated from the filtrate was measured.

상기 Mg 금속염을 증류수로 세척 후 353.15K에서 24시간 동안 건조하여 NaCl 등의 불순물을 제거하였다. 세척 전후의 중량 변화를 통해 상기 불순물의 감소를 확인하였다. 추가로, Ca2+ 이온을 포함하는 상기 여과액에 NaOH를 첨가하여 Ca 금속염을 분리하였다. 상기 Ca 금속염을 증류수로 세척 후 353.15K에서 24시간 동안 건조하여 불순물을 제거하였다.The Mg metal salt was washed with distilled water and dried at 353.15 K for 24 hours to remove impurities such as NaCl. The reduction of the impurities was confirmed through weight changes before and after washing. In addition, NaOH was added to the filtrate containing Ca 2+ ions to separate the Ca metal salt. The Ca metal salt was washed with distilled water and dried at 353.15 K for 24 hours to remove impurities.

ii) COii) CO 22 포집 공정 Capture process

CO2 포집용 습식 흡수제로 농도가 30중량%인 MEA, DEA, MDEA 수용액을 각각 400ml 사용하였다. 습식 흡수제를 사용한 CO2 포집 공정을 도 3에 도시하였다. 도 3을 참고하면, 불순물 및 CO2 잔류물을 제거하기 위해 고순도 N2 기체로 10분간 처리된 반응기를 298.15K의 온도로 유지하며 상기 흡수제를 주입하고 교반하였다. 가스분석기(gas analyzer)로 측정한 CO2 농도가 0부피%로 30분간 유지되는 것을 확인한 후, 일반적인 산업 연도가스(flue gas)와 동일하게 CO2 농도가 15부피%로 조절된 모조 연도가스(simulated flue gas)를 상기 반응기 하부에 주입하였다. 상기 흡수제에 CO2가 포화될 때까지 상기 주입을 계속한 후, 흡수된 CO2의 양을 측정하였다.400 ml of MEA, DEA, and MDEA aqueous solutions each having a concentration of 30% by weight were used as a wet absorbent for CO 2 capture. The CO 2 capture process using a wet absorbent is shown in FIG. 3. Referring to FIG. 3, the absorber was injected and stirred while maintaining a reactor treated with high purity N 2 gas for 10 minutes to remove impurities and CO 2 residue at a temperature of 298.15K. After confirming that the CO 2 concentration measured by a gas analyzer is maintained at 0% by volume for 30 minutes, the simulated flue gas whose CO 2 concentration is adjusted to 15% by volume is the same as a general industrial flue gas ( simulated flue gas) was injected into the bottom of the reactor. The injection was continued until CO 2 was saturated in the absorbent and then the amount of CO 2 absorbed was measured.

상기 모조 연도가스의 CO2 농도를 조절하기 위해 질량유량계(mass flow controller) 및 질량유량관리시스템(mass flow management system)을 가스탱크 및 가스혼합기 사이에 설치하고, 표준온도 및 압력(standard temperature and pressure, STP)에서 N2 및 CO2의 유량을 각각 1,602ml/min, 300ml/min으로 설정하였다. 상기 흡수제의 농도를 유지하기 위해 응축기 및 냉동기를 상기 반응기 상부에 연결하고, 상기 응축기 내부의 냉각수 온도를 273.15K로 유지하였다.In order to control the CO 2 concentration of the simulated flue gas, a mass flow controller and a mass flow management system are installed between the gas tank and the gas mixer, and the standard temperature and pressure , STP), and the flow rates of N 2 and CO 2 were set to 1,602 ml / min and 300 ml / min, respectively. A condenser and a freezer were connected to the top of the reactor to maintain the concentration of the absorbent and the coolant temperature inside the condenser was maintained at 273.15 K.

iii) 탄산염 제조 공정iii) carbonate manufacturing process

CO2가 포화된 흡수제에 상기 Mg 또는 Ca 금속염을 주입하였다. 상기 혼합 용액을 300rpm으로 12시간 동안 교반하였다. 상기 용액을 여과하고, 353.15K에서 24시간 동안 건조하여 침전물을 수득하였다. 상기 침전물을 XRD(X-ray diffraction, Ultima Iv, Rigaku), FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope, JSM-7001F, JEOL, Ltd.), TG/DTG(Thermogravimetry/Derivative Thermogravimetry, SDT Q600, TA Instruments) 분석하여 결정구조 및 순도를 확인하였다. Ca 침전물은 Ca 탄산염이었으나, Mg 침전물은 Mg 수산화물이었다.The Mg or Ca metal salt was injected into a CO 2 saturated absorbent. The mixed solution was stirred at 300 rpm for 12 hours. The solution was filtered and dried at 353.15 K for 24 hours to give a precipitate. The precipitate was XRD (X-ray diffraction, Ultima Iv, Rigaku), FE-SEM (Field Emission-Scanning Electron Microscope, JSM-7001F, JEOL, Ltd.), TG / DTG (Thermogravimetry / Derivative Thermogravimetry, SDT Q600, TA Instruments) to determine the crystal structure and purity. The Ca precipitate was Ca carbonate while the Mg precipitate was Mg hydroxide.

추가로, Mg 금속염을 5중량% NaOH 수용액과 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 이를 CO2와 혼합하는 직접 탄산화 방법을 수행하여 Mg 탄산염을 수득하였다.In addition, Mg metal salt was mixed with a 5% by weight aqueous NaOH solution to prepare a slurry, and then a direct carbonation method of mixing it with CO 2 was performed to obtain Mg carbonate.

iv) NaOH 재생 공정iv) NaOH regeneration process

상기 Mg 및 Ca 침전물을 여과하고 남은 용액에 상기 습식 흡수제를 첨가하여 NaHCO3를 수득하였다. 이후 산업폐수를 재첨가하여 NaOH 생성 여부를 확인하였다.The Mg and Ca precipitate was filtered off and the wet absorbent was added to the remaining solution to give NaHCO 3 . After that, the industrial wastewater was re-added to check whether NaOH was generated.

추가로, 흡수제의 재사용 가능성을 확인하기 위해 상기 흡수제를 343.15K의 고온 N2 기체에 노출시켜 CO2를 탈착시킨 후 상기 CO2를 포집 공정을 반복하여 그 재사용성을 검토하였다.Furthermore, by exposing the sorbent to check the reusability of the absorbents in the high temperature N 2 gas at 343.15K then remove the CO 2 and reviewed the reusability of the CO 2 to repeat the collection process.

실험예Experimental Example

상기 산업폐수를 유도결합플라즈마 분광분석(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry, ICP-OES, OPTIMA 8300, Perkin Elmer)하여 여과된 금속 이온 농도 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.The industrial wastewater was filtered by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES, OPTIMA 8300, Perkin Elmer) and the filtered metal ion concentrations are shown in Table 1 below.

금속 이온Metal ions 농도 (mg/L)Concentration (mg / L) 몰 농도 (mol/L)Molarity (mol / L) Ca2+ Ca 2+ 25,934.325,934.3 0.64840.6484 Mg2+ Mg 2+ 50,634.350,634.3 2.08372.0837 Na+ Na + 23,324.323,324.3 1.01411.0141 K+ K + 29,752.829,752.8 0.76090.7609

상기 표 1을 참고하면, Ca2+ 및 Mg2+ 이온은 산업폐수 1L 당 최대 2.732mol의 CO2를 포집할 수 있는 양이 존재함을 확인하였다.pH 조절을 통한 이온-분리 과정에서 상기 K+ 이온은 침전되지 않았다. 이를 이용하여 M/K 비(금속 이온 농도/K+ 이온 농도)로 금속 이온 분리효율성을 측정하여 도 4에 도시하였다.Referring to Table 1, it was confirmed that Ca 2+ and Mg 2+ ions exist in an amount capable of capturing up to 2.732 mol of CO 2 per liter of industrial wastewater. + Ions did not precipitate. It was shown in Figure 4 by measuring the metal ion separation efficiency by the M / K ratio (metal ion concentration / K + ion concentration) using this.

도 4를 참고하면, Mg2+는 pH 11에서 전부 침전되고, Ca2+는 pH 12 미만에서 침전되지 않음을 확인하였다. 따라서, pH 11이 잘 분리된 용액을 수득하기 위한 적정 pH일 수 있다. Referring to FIG. 4, it was confirmed that Mg 2+ was completely precipitated at pH 11 and Ca 2+ was not precipitated at pH 12 or below. Thus, pH 11 may be a suitable pH for obtaining a well separated solution.

상기 흡수제가 포집한 CO2 중 금속염과 반응한 양을 확인하기 위해 전환율을 계산하여 비교하였다. Mg의 경우, Mg(OH)2와 CO2의 반응성이 아민과 CO2의 결합력에 비하여 낮아 흡수제와 결합한 CO2가 금속염과 반응하지 않았는바, 직접 탄산화(direct carbonation) 방법으로 Mg 탄산염을 제조하고 전환율을 계산하였다. 반면, Ca는 Ca(OH)2와 CO2의 반응성이 아민과 CO2의 결합력에 비하여 높아 단순 혼합만으로 Ca 탄산염의 제조가 가능하여 간접 탄산화(indirect carbonation) 방법으로 Ca 탄산염을 제조하고 전환율을 계산하였다.The conversion rate was calculated and compared to confirm the amount of the absorbent reacted with the metal salt in the CO 2 collected. In case of Mg, the reactivity of Mg (OH) 2 and CO 2 was lower than that of amine and CO 2 , so that CO 2 combined with the absorbent did not react with the metal salt. Thus, Mg carbonate was prepared by direct carbonation. The conversion rate was calculated. On the other hand, Ca has a higher reactivity between Ca (OH) 2 and CO 2 than the binding force between amine and CO 2 , which enables the preparation of Ca carbonate by simple mixing. Thus, Ca carbonate is prepared by indirect carbonation and the conversion rate is calculated. It was.

질량유량계로 유입/유출된 혼합기체의 몰 유량을 측정하고, 가스분석기로 반응기 유출관의 CO2 부피 농도를 측정하였다. 상기 몰 유량 및 CO2 부피 농도를 하기 식에 대입하여 CO2 흡수량을 계산하였다.The molar flow rate of the mixed gas introduced / outflowed by the mass flow meter was measured, and the CO 2 volume concentration of the reactor outlet pipe was measured by a gas analyzer. The molar flow rate and the CO 2 volume concentration were substituted into the following equation to calculate the CO 2 uptake.

[식 5][Equation 5]

Figure 112018054561611-pat00005
Figure 112018054561611-pat00005

상기 식에서, nabsorbed (mol)는 흡수된 CO2의 양이고, nCO2 (mol/min)는 CO2의 몰 유량이고, CCO2,set (부피%)는 설정된 CO2 부피 농도(15부피%)이고, CCO2,analyzer (부피%)는 가스분석기(gas analyzer)로 측정된 농도이고, Δt (min)는 측정 시간이다.Wherein, n absorbed (mol) is the amount of absorbed CO 2, n CO2 (mol / min) is the molar flow rate of CO 2, C CO2, set (% by volume) is set CO 2 volume concentration (15% by volume )ego, C CO 2, analyzer (vol.%) Is the concentration measured with a gas analyzer, and Δt (min) is the measurement time.

30중량%의 아민 용액 400ml를 준비하고, 측정한 데이터를 하기 식에 대입하여 CO2 로딩량을 계산하였다. 상기 아민 용액 각각의 몰 수는 MEA가 1.988mol, DEA가 1.242mol, MDEA가 1.0295mol이었다.400 ml of a 30% by weight amine solution was prepared, and the measured data was substituted into the following formula to calculate the CO 2 loading. The molar number of each of the amine solutions was 1.988 mol of MEA, 1.242 mol of DEA, and 1.0295 mol of MDEA.

[식 6][Equation 6]

Figure 112018054561611-pat00006
Figure 112018054561611-pat00006

상기 식에서 namine은 아민의 몰 수이다.Where n amine is the mole number of the amine.

Mg 및 Ca 탄산염은 각각의 침전물을 분리, 정제하여 수득하였다. 상기 침전물들의 중량 및 순도를 측정한 후, 몰 수율을 계산한 결과 CO2 로딩 데이터와 일치함을 확인하였다. 이는 침전물을 형성함으로써 제거된 CO2의 몰 수가 생성된 Mg 및 Ca 탄산염의 몰 수와 동일함을 의미한다.Mg and Ca carbonate were obtained by separating and purifying each precipitate. After measuring the weight and purity of the precipitates, the molar yield was calculated and confirmed to be consistent with the CO 2 loading data. This means that the number of moles of CO 2 removed by forming a precipitate is equal to the number of moles of Mg and Ca carbonates produced.

Mg 또는 Ca 탄산염으로 전환된 CO2 몰 수를 하기 식으로 계산하였다.The number of moles of CO 2 converted to Mg or Ca carbonate was calculated by the following formula.

[식 7][Equation 7]

Figure 112018054561611-pat00007
Figure 112018054561611-pat00007

상기 식에서 mproduct는 생성물의 중량이고, MWmetal carbonate는 금속 탄산염의 몰 중량이고, 탄산염 순도(purity of carbonate)는 TG/DTG 분석하여 측정하였다.Where m product is the weight of the product, MW metal carbonate is the molar weight of the metal carbonate, and purity of carbonate was measured by TG / DTG analysis.

산업폐수 500ml당 Mg 및 Ca 탄산염으로 전환된 CO2의 몰 수를 하기 표 2에 나타내었다.The number of moles of CO 2 converted to Mg and Ca carbonate per 500 ml of industrial wastewater is shown in Table 2 below.

구분division Mg CONVCO2 (mol CO2)Mg CONV CO2 (mol CO 2 ) Ca CONVCO2 (mol CO2)Ca CONV CO2 (mol CO 2 ) 총 CONVCO2 (mol CO2)Total CONV CO2 (mol CO 2 ) MEAMEA 0.7570.757 0.19760.1976 0.95460.9546 DEADEA 0.7570.757 0.19900.1990 0.95600.9560 MDEAMDEA 0.7570.757 0.19280.1928 0.94980.9498

MEA를 사용한 경우 Ca 탄산염의 순도가 가장 높음을 확인하였고, 표 2를 참고하여 침전된 CO2의 총 몰 수는 0.9546mol임을 확인하였다.Mg 금속염을 CO2가 풍부한 아민 흡수제 용액과 혼합하여 수득한 Mg 침전물은 탄산염이 아님을 확인하였다. 상기 Mg 침전물의 조성을 확인하기 위해 XRD 측정하였고, 그 결과를 도 5에 도시하였다.It was confirmed that the purity of Ca carbonate was the highest when using MEA, and the total mole number of precipitated CO 2 was 0.9546 mol, referring to Table 2. The Mg metal salt was obtained by mixing with a CO 2 rich amine absorbent solution. It was confirmed that the Mg precipitate was not carbonate. XRD was measured to confirm the composition of the Mg precipitate, the results are shown in FIG.

도 5를 참고하면, 세 경우 모두 XRD 패턴에서 MgCO3 피크가 존재하지 않고, Mg(OH)2 피크만 존재함을 확인하였다. 이는 CO2가 아민 분자에서 Mg(OH)2로 이동하지 않았기 때문이다. MgCO3의 에너지 안정성이 Mg(OH)2보다 높고, 그 차이는 CaCO3와 Ca(OH)2의 에너지 갭보다 크다. 이는 아민 분자와 CO2 분자 사이의 결합력이 Mg(OH)2와 CO2 사이의 반응성보다 크기 때문이다. 따라서, 아민계 흡수제를 사용한 간접 탄산화가 아닌 직접 탄산화 방법을 적용하였다.Referring to FIG. 5, in all three cases, there was no MgCO 3 peak in the XRD pattern, and only Mg (OH) 2 peak was present. This is because CO 2 did not migrate to Mg (OH) 2 in the amine molecule. The energy stability of MgCO 3 is higher than Mg (OH) 2 , and the difference is larger than the energy gap of CaCO 3 and Ca (OH) 2 . This is because the binding force between the amine molecule and the CO 2 molecule is greater than the reactivity between Mg (OH) 2 and CO 2 . Therefore, the direct carbonation method is applied instead of indirect carbonation using an amine absorbent.

MEA를 사용한 경우, CO2의 흡수량인 nabsorbed를 상기 식 5에 따라 계산한 결과는 1.1917mol임을 확인하였다. 직접 탄산화 방법으로 제조된 생성물의 중량은 110.035g이다. 상기 데이터 및 계산된 순도를 상기 식 7에 대입하여 0.757mol의 CO2가 전환되었음을 확인하였다.In the case of using MEA, the result of calculating n absorbed , which is an absorbed amount of CO 2 , according to Equation 5 was 1.1917 mol. The weight of the product produced by the direct carbonation method is 110.035 g. The data and calculated purity were substituted into Equation 7 to confirm that 0.757 mol of CO 2 was converted.

Mg 탄산염은 네스퀘호나이트(nesquehonite, MgCO3H2O), 하이드로마그네사이트(hydromagnesite, Mg5(CO3)4(OH)4H2O) 및 마그네사이트(MgCO3)의 형태를 갖는다. 네스퀘호나이트는 막대기형, 하이드로마그네사이트는 직사각형 박판 형태이나 또는 구형이고, 마그네사이트는 입방체 형태이다.Mg carbonate has the form of nesquehonite (MgCO 3 · 3H 2 O), hydromagnesite (Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 · 4H 2 O) and magnesite (MgCO 3 ). Nesquehonite is rod-shaped, hydromagnesite is rectangular lamellar or spherical, and magnesite is cubic.

도 6은 직접 탄산화 방법으로 제조한 Mg 탄산염의 XRD 패턴을 도시한 것이고, 도 7은 SEM 이미지이다.Figure 6 shows the XRD pattern of the Mg carbonate prepared by the direct carbonation method, Figure 7 is an SEM image.

도 6을 참고하면, 대다수의 Mg 탄산염 피크는 대다수 네스퀘호나이트와 일치하고, 일부는 브루사이트(Mg(OH)2)와 일치함을 확인하였다. NaOH를 첨가한 것이 브루사이트의 생성에 기여한 것으로 분석된다. 추가로, Ca(OH)2 또는 CaCO3가 없다는 점에서 Ca 이온이 거의 추출되지 않았고, MgCO3의 순도가 높음을 확인하였다.Referring to FIG. 6, it was confirmed that the majority of Mg carbonate peaks coincide with the majority of Nesquehonite and some of the brucite (Mg (OH) 2 ). The addition of NaOH is believed to contribute to the production of brucite. In addition, Ca ions were hardly extracted in the absence of Ca (OH) 2 or CaCO 3 , and it was confirmed that the purity of MgCO 3 was high.

도 8은 Mg 탄산염의 TG/DTG 분석결과를 도시한 것이다. 결정학적 분석에 따르면 대다수의 Mg 탄산염은 네스퀘호나이트이다. 네스퀘호나이트의 열분해는 5단계로 나타났다. 네스퀘호나이트는 1, 2 단계에서 1mol의 H2O를 잃고, 3 단계에서 0.5 내지 0.7mol의 H2O를 잃었다. 4 단계에서 탈탄산염화(decarbonation)가 발생하고, 5 단계에서 남은 0.3 내지 0.5mol의 H2O를 잃었다. 상기 생성물은 네스퀘호나이트뿐만 아니라 브루사이트를 포함하므로, 상기 도 8은 브루사이트의 열분해 또한 도시되었다. 브루사이트의 열분해는 약 573 내지 623K에서 1 단계로 발생하였다.8 shows the results of TG / DTG analysis of Mg carbonate. Crystallographic analysis shows that the vast majority of Mg carbonate is Nesquehonite. The thermal decomposition of Nesque Honite occurred in five stages. Ness kweho night is 1, in step 2, to lose H 2 O of 1mol, in step 3, it lost the H 2 O of 0.5 to 0.7mol. Decarbonation occurred in step 4 and the remaining 0.3 to 0.5 mol of H 2 O was lost in step 5. Since the product includes not only Nesquehonite but also brucite, FIG. 8 also shows pyrolysis of brucite. Pyrolysis of brucite occurred in one step at about 573-623K.

순도를 계산하기 위해 탈탄산염화에 따른 몰 손실을 네스퀘호나이트의 몰 손실로 계산하고, 약 573 내지 623K의 탈수로 인한 몰 손실이 브루사이트의 몰 손실로 계산하였다. 계산식은 하기와 같다.To calculate purity, the mole loss following decarbonated was calculated as the mole loss of Nesquehonite, and the mole loss due to dehydration of about 573 to 623 K was calculated as the molar loss of Brucite. The calculation is as follows.

[식 8][Equation 8]

Figure 112018054561611-pat00008
Figure 112018054561611-pat00008

[식 9][Equation 9]

Figure 112018054561611-pat00009
Figure 112018054561611-pat00009

상기 식 8 내지 9에 따라 계산된 Mg 탄산염의 순도는 95.150% 이상으로 확인되었다.The purity of Mg carbonate calculated according to the above formulas 8 to 9 was found to be 95.150% or more.

Ca 침전물의 경우, CO2가 풍부한 아민계 흡수제와 혼합했을 때 CaCO3가 형성되었다. 이는 아민과 결합한 CO2가 칼슘 이온으로 이동하여 침전물을 형성했기 때문으로 예상된다.In the case of Ca precipitates, CaCO 3 was formed when mixed with CO 2 rich amine absorbents. This is expected because the CO 2 combined with the amine migrated to calcium ions to form a precipitate.

각각의 흡수제를 사용한 Ca2+ 분리 단계에서 흡수 및 탈착 시의 CO2 로딩 곡선을 도 9에 도시하였다. CO2 로딩 양을 비교하기 위해 상기 식 5 및 6을 사용하여 CONVCO2 값을 계산하였다. 각각의 아민 종류에 따라 CONVCO2 값에 일부 차이가 있었으나, 약 0.195mol의 CO2가 감소되었다. 또한, 흡수제의 재사용 가능성을 확인하기 위해 재흡수율을 측정하였다. 재흡수율은 1차 CO2 로딩 양에 재흡수 시의 로딩 양을 나누어 계산하였다. 재흡수 CO2 로딩 곡선은 도 10에 도시하였고, 상기 계산결과는 표 3, 4에 나타내었다.The CO 2 loading curves for absorption and desorption in the Ca 2+ separation step with the respective absorbents are shown in FIG. 9. CONV CO2 values were calculated using Equations 5 and 6 above to compare the CO 2 loading amounts. For each kind of the amine but some differences in CONV CO2 value, the CO 2 has been reduced to approximately 0.195mol. In addition, the resorption rate was measured to confirm the reusability of the absorbent. Resorption rate was calculated by dividing the amount of loading at the time of resorption by the amount of primary CO 2 loading. The resorption CO 2 loading curve is shown in FIG. 10, and the calculation results are shown in Tables 3 and 4.

구분division 흡수 CO2 로딩
(mol CO2/mol amine)
Absorption CO 2 Loading
(mol CO 2 / mol amine)
탈착 CO2 로딩
(mol CO2/mol amine)
Desorption CO 2 Loading
(mol CO 2 / mol amine)
CONVCO2
(mol CO2)
CONV CO2
(mol CO 2 )
MEAMEA 0.52420.5242 0.1440.144 0.19760.1976 DEADEA 0.44800.4480 0.2730.273 0.19900.1990 MDEAMDEA 0.48640.4864 0.18870.1887 0.19280.1928

구분division 재흡수 CO2 로딩 (mol CO2/mol amine)Resorption CO2 Loading (mol CO 2 / mol amine) 재흡수율 (%)Resorption Rate (%) MEAMEA 0.42650.4265 81.3781.37 DEADEA 0.37220.3722 83.0983.09 MDEAMDEA 0.35140.3514 72.1372.13

Ca 금속염에 각각의 습식 흡수제를 첨가하여 제조한 Ca 침전물의 XRD 패턴을 도 11에 도시하였고, SEM 이미지를 도 12에 도시하였다.CaCO3는 칼사이트, 바테라이트 및 아라고나이트의 3 가지 결정구조를 갖는데, 상기 3가지 결정구조 중 칼사이트가 가장 안정하고, 바테라이트 및 아라고나이트는 불안정하여 칼사이트로 전환될 수 있다. 칼사이트는 일반적으로 마름모꼴 구조를 갖고, 바테라이트 및 아라고나이트는 각각 구형, 바늘형 구조를 가지며, Ca(OH)2는 육각형 구조를 갖는다.The XRD pattern of Ca precipitate prepared by adding each wet absorbent to Ca metal salt is shown in FIG. 11 and the SEM image is shown in FIG. 12. CaCO 3 shows three crystal structures of calsite, batite and aragonite. Among the three crystal structures, calsite is the most stable, and vaterite and aragonite are unstable and can be converted to calsite. Calsite generally has a rhombic structure, batiterite and aragonite have a spherical and needle-like structure, respectively, and Ca (OH) 2 has a hexagonal structure.

도 11을 참고하면, Ca 침전물은 일반적으로 칼사이트를 포함한다. 흡수제로 MEA를 사용한 경우만 예외적으로 바테라이트 및 아라고나이트를 포함한다. 흡수제로 DEA 및 MDEA를 사용한 경우, Ca(OH)2 피크가 약하게 나타났다.Referring to FIG. 11, Ca precipitates generally comprise calsite. The only exceptions when using MEA as absorbent include batelite and aragonite. When DEA and MDEA were used as absorbents, Ca (OH) 2 peaks were weak.

도 12를 참고하면, DEA 및 MDEA를 사용한 경우 Ca 침전물이 칼사이트 및 Ca(OH)2의 마름모꼴 및 육각형 구조를 형성한다. 반면, MEA를 사용한 경우 대다수는 마름모꼴 구조이고, 구형 및 바늘형 구조가 일부 존재한다.Referring to FIG. 12, when DEA and MDEA were used, Ca precipitates formed a lozenge and hexagonal structure of calcite and Ca (OH) 2 . On the other hand, in the case of using MEA, the majority are lozenge structures, and some spherical and needle-like structures exist.

도 13은 Ca 침전물의 TG/DTG 곡선을 도시한 것이다. TG/DTG 데이터를 상기 식 8 및 9에 대입하여 상기 Ca 침전물의 순도를 계산하였다. 일반적으로 CaCO3의 분해온도 범위는 873.15 내지 1073.15K이고, Ca(OH)2의 분해온도 범위는 603.15 내지 723.15K이다. 도 13을 참고하면, 상기 XRD 및 SEM 결과와 일치함을 확인하였다. 도 13 (a)를 참고하면, 흡수제로 MEA를 사용한 경우 CaCO3가 주 성분임을 확인하였다. 도 13 (b) 및 (c)를 참고하면, 흡수제로 DEA 및 MDEA를 사용한 경우 CaCO3 외에 Ca(OH)2도 존재함을 확인하였다. 873.15 내지 1073.15K 온도범위에 해당하는 상기 CaCO3의 순도를 하기 표 5에 나타내었다.FIG. 13 shows the TG / DTG curve of Ca precipitates. The TG / DTG data was substituted into Equations 8 and 9 to calculate the purity of the Ca precipitate. In general, the decomposition temperature range of CaCO 3 is 873.15 to 1073.15K, and the decomposition temperature range of Ca (OH) 2 is 603.15 to 723.15K. Referring to Figure 13, it was confirmed that the agreement with the XRD and SEM results. Referring to FIG. 13 (a), it was confirmed that CaCO 3 was the main component when MEA was used as the absorbent. Referring to Figure 13 (b) and (c), it was confirmed that the presence of Ca (OH) 2 in addition to CaCO 3 when using DEA and MDEA as the absorbent. The purity of the CaCO 3 corresponding to the temperature range of 873.15 to 1073.15K is shown in Table 5 below.

구분division 탄산염 순도 (%)Carbonate Purity (%) MEAMEA 96.5196.51 DEADEA 91.5591.55 MDEAMDEA 91.6991.69

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the invention is indicated by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the invention.

Claims (12)

(a) 소금정제 공정에서 발생하는 산업폐수에 수산화나트륨을 혼합하여 금속염을 침전시켜 분리하는 단계;
(b) 상기 금속염을 이산화탄소와 반응시키는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 탄산염을 분리, 정제하는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계의 금속염이 분리된 여과액에 이산화탄소가 흡착된 알칸올아민 수용액을 첨가하여 중탄산나트륨을 분리하고, 상기 중탄산나트륨이 분리된 여과액을 소금정제 공정에서 발생한 산업폐수에 첨가하여 수산화나트륨을 재생하는, 탄산염의 제조방법.
(a) precipitating and separating metal salts by mixing sodium hydroxide with industrial wastewater generated in the salt refining process;
(b) reacting the metal salt with carbon dioxide; And
(c) separating and purifying the carbonate in the product of step (b);
The sodium bicarbonate was separated by adding an aqueous alkanolamine solution in which carbon dioxide was adsorbed to the filtrate from which the metal salt of step (a) was separated, and the filtrate from which the sodium bicarbonate was separated was added to the industrial wastewater generated in the salt refining process to obtain hydroxide. A method for producing carbonate, which regenerates sodium.
제1항에 있어서,
상기 금속염은 마그네슘염인, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 1,
The metal salt is a magnesium salt, a method for producing a carbonate.
제2항에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 산업폐수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 11 이하의 조건에서 금속염을 침전시켜 분리하는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 2,
In the step (a), by adding sodium hydroxide to the industrial wastewater, the metal salt is precipitated and separated under the conditions of pH 11 or less.
제2항에 있어서,
상기 (b) 단계는 상기 금속염과 수산화나트륨을 혼합한 슬러리를 기체 상태의 이산화탄소와 반응시키는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 2,
The step (b) is a method for producing a carbonate, the reaction mixture of the metal salt and sodium hydroxide with a carbon dioxide in the gas state.
제1항에 있어서,
상기 금속염은 칼슘염인, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 1,
The metal salt is a calcium salt, a method for producing a carbonate.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 산업폐수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 11 초과의 조건에서 금속염을 침전시켜 분리하는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 5,
In the step (a), by adding sodium hydroxide to the industrial wastewater, the metal salt is precipitated and separated under a condition of pH 11 or higher.
제5항에 있어서,
상기 (b) 단계는 상기 금속염을 이산화탄소가 흡수된 알칸올아민 수용액과 혼합하여 반응시키는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 5,
In the step (b), the metal salt is mixed with an aqueous alkanolamine solution in which carbon dioxide is absorbed and reacted.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계의 탄산염이 분리된 여과액을 330~380K에서 질소 처리하여 알칸올아민을 재생하는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Nitrogen treatment of the filtrate separated from the carbonate of step (c) at 330 ~ 380K to regenerate the alkanolamine, carbonate production method.
제8항에 있어서,
상기 재생된 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률은 재생 전 알칸올아민의 이산화탄소 흡착률의 70% 이상인, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 8,
The carbon dioxide adsorption rate of the regenerated alkanolamine is 70% or more of the carbon dioxide adsorption rate of the alkanolamine before regeneration, carbonate production method.
제1항에 있어서,
상기 탄산염의 순도는 90% 이상인, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 1,
Purity of the carbonate is 90% or more, the production method of the carbonate.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계의 생성물을 여과 후 330~380K에서 1~48시간 동안 건조시켜 탄산염을 분리, 정제하는, 탄산염의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (c), the product of step (b) is filtered and then dried for 1 to 48 hours at 330 to 380 K to separate and purify the carbonate.
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