KR102187754B1 - Carbon dioxide sorbent including diamine hydrate, and carbon dioxide supplier made therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 디아민 수화물을 제공한다. 또한, 상기 디아민 수화물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 제공한다. 상기 디아민 수화물은 디아민 화합물 및 물분자를 포함하며, 상기 디아민 화합물 및 상기 물분자는 서로 수소결합으로 결합되어 결정구조를 이루고 상온에서 고체인 것을 특징으로 한다.An embodiment of the present invention provides a diamine hydrate. In addition, it provides a carbon dioxide absorbent containing the diamine hydrate. The diamine hydrate includes a diamine compound and a water molecule, and the diamine compound and the water molecule are hydrogen bonded to each other to form a crystal structure and are solid at room temperature.

Description

디아민 수화물을 포함하는 이산화탄소 흡수제, 그로부터 제조된 이산화탄소 공급제{Carbon dioxide sorbent including diamine hydrate, and carbon dioxide supplier made therefrom}Carbon dioxide sorbent including diamine hydrate, and carbon dioxide supplier made therefrom

본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 그로부터 제조된 디아민 탄산염에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디아민 수화물을 포함하는 이산화탄소 흡수제 및 상기 디아민 수화물과 이산화탄소가 반응하여 생성된 디아민 탄산염에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide absorbent and a diamine carbonate prepared therefrom, and more particularly, to a carbon dioxide absorbent including a diamine hydrate and a diamine carbonate produced by reacting the diamine hydrate with carbon dioxide.

산업혁명 이후 광범위한 화석연료의 사용에 따라 CO2, CH4 및 NO2와 같은 온실가스의 배출이 증가하였으며, 이러한 온실가스의 배출은 지구 온난화 현상을 야기하였다. 특히, 지구 온난화를 일으키는 주요한 원인은 이산화탄소로, 이는 온실가스의 70% 이상을 차지한다. After the Industrial Revolution, emission of greenhouse gases such as CO 2 , CH 4 and NO 2 increased due to the widespread use of fossil fuels, and these emission of greenhouse gases caused global warming. In particular, the major cause of global warming is carbon dioxide, which accounts for more than 70% of greenhouse gases.

이러한 지구 온난화의 주범으로 주목 받아온 이산화탄소를 감축시키기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 구체적으로 산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Dioxide Capture & Storage)의 중요성이 강조되어 오고 있고, 이러한 이산화탄소를 분리하기 위한 CCS는 흡수법, 흡착법, 막분리법 및 심냉법 등이 있다.Various studies are being conducted to reduce carbon dioxide, which has been attracting attention as the main culprit of global warming. Specifically, the importance of carbon oxide capture and storage technology (CCS) has been emphasized, and CCS for separating such carbon dioxide includes an absorption method, an adsorption method, a membrane separation method, and a deep cooling method.

이 중 흡수법은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 용액을 이산화탄소를 포함하는 가스에 접촉시켜 선택적으로 이산화탄소를 제거하는 방법이며, 그 중 습식아민법이 대표적이다. 습식아민법은 일반적으로 MEA(monoethanolamine) 수용액을 사용하여 이산화탄소를 흡수한다. Among them, the absorption method is a method of selectively removing carbon dioxide by contacting a solution capable of absorbing carbon dioxide with a gas containing carbon dioxide, of which the wet amine method is a representative method. In the wet amine method, carbon dioxide is generally absorbed by using an aqueous solution of MEA (monoethanolamine).

이와 같이 아민 수용액을 이용한 액체 형태의 이산화탄소 흡수제의 경우 고온 조건에서 재생되기 때문에 아민 수용액의 증발이나 변성으로 인해 흡수 성능이 감소하며, 장치의 부식을 유발하고, 높은 재생 에너지로 인해 운용비용이 높아 대형공정에서만 사용될 수 있는 문제가 있다.As described above, in the case of a liquid carbon dioxide absorbent using an aqueous amine solution, it is regenerated under high temperature conditions, so the absorption performance decreases due to evaporation or denaturation of the aqueous amine solution, causing corrosion of the device, and high operating cost due to high renewable energy. There is a problem that can only be used in the process.

대한민국 등록특허 제 10-1571062 호Korean Patent Registration No. 10-1571062

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고체 디아민 수화물 및 이를 이용한 고체형 이산화탄소 흡수제를 제공하는 것이다. The technical object of the present invention is to provide a solid diamine hydrate and a solid carbon dioxide absorbent using the same.

또한, 상기 고체 디아민 수화물에 이산화탄소를 추가로 반응시켜 형성된 디아민 탄산염 및 이를 이용한 이산화탄소 공급제를 제공하는 것이다.In addition, to provide a diamine carbonate formed by additionally reacting carbon dioxide with the solid diamine hydrate and a carbon dioxide supplying agent using the same.

또한, 상기 이산화탄소 공급제를 포함하는 소화기 시스템을 제공하는 것이다.In addition, it is to provide a fire extinguisher system including the carbon dioxide supply.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 이산화탄소 흡수제를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a carbon dioxide absorbent.

이때, 상기 이산화탄소 흡수제는 하기 화학식 1 로 표시되는 디아민 화합물 및 물분자를 포함하는 디아민 수화물을 함유하고, 상기 디아민 수화물은 상기 디아민 화합물 및 상기 물분자가 서로 수소결합으로 결합되어 결정구조를 이루고 상온에서 고체인 것을 특징으로 한다.At this time, the carbon dioxide absorbent contains a diamine hydrate including a diamine compound represented by the following Formula 1 and a water molecule, and the diamine hydrate forms a crystal structure by hydrogen bonding of the diamine compound and the water molecule to each other and at room temperature. It is characterized by being solid.

Figure 112018106135313-pat00001
Figure 112018106135313-pat00001

상기 화학식 1에서, R1, R2, R3은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 선형, 분지형 또는 고리형 알킬기이다.In Formula 1, R 1 , R 2 , R 3 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms.

또한, 상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 한다.In addition, the diamine compound is characterized in that N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).

또한, 상기 이산화탄소 흡수제는 상온에서 이산화탄소와 반응하여 디아민 탄산염을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide absorbent is characterized in that it reacts with carbon dioxide at room temperature to form diamine carbonate.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 이산화탄소 공급제를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a carbon dioxide supplying agent.

이때, 상기 이산화탄소 공급제는 하기 화학식 1로 표시되는 디아민 화합물과 물의 반응으로 형성된 디아민 수화물에 이산화탄소를 추가로 반응시켜 형성된 디아민 탄산염을 포함하는 것을 특징으로 한다. In this case, the carbon dioxide supplying agent is characterized in that it includes a diamine carbonate formed by further reacting carbon dioxide to a diamine hydrate formed by the reaction of a diamine compound represented by the following Formula 1 with water.

Figure 112018106135313-pat00002
Figure 112018106135313-pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1, R2, R3은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 선형, 분지형 또는 고리형 알킬기이다.R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms.

이때, 상기 디아민 화합물은 양성자화되어 상기 탄산염과 수소결합에 의해 결합되고, 결정구조를 이루며 상온에서 고체인 것을 특징으로 한다.In this case, the diamine compound is protonated and bonded to the carbonate by hydrogen bonding, forming a crystal structure, and being solid at room temperature.

이때, 상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 한다.In this case, the diamine compound is N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).

이때, 상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출하고, 융해 종료 후 상온에서 다시 고체로 결정화되는 것을 특징으로 한다.At this time, the carbon dioxide supplying agent is characterized in that during heat treatment, it melts and releases carbon dioxide at the same time, and crystallizes again at room temperature after the melting is completed.

이때, 상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 60 °C 내지 90 °C에서 융해가 종료되는 것을 특징으로 한다.At this time, the carbon dioxide supply is characterized in that the melting is terminated at 60 °C to 90 °C during heat treatment.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 소화기 시스템을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a fire extinguisher system.

이때, 상기 소화기 시스템은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the fire extinguisher system is characterized in that it includes a carbon dioxide supply according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 고체 디아민 수화물 및 이를 이용한 고체형 이산화탄소 흡수제를 제공할 수 있다. 상기 이산화탄소 흡수제는 상온에서 고체로 존재하여 액체형 이산화탄소 흡수제에 비해 재생에너지가 낮고 증발 및 변성의 위험이 적으며 장치의 부식을 유발하지 않는 장점이 있다. 또한, 액체반응기 형태의 흡수제 반응용기를 필요로 하는 액체형 이산화탄소 흡수제에 비해 다양한 형태로 제작이 가능하여 소형화 및 여러 분야에 적용이 가능하다. 또한, 이산화탄소에 대한 반응성이 매우 높은 디아민 화합물을 포함하여 빠른 반응속도를 유지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a solid diamine hydrate and a solid carbon dioxide absorbent using the same can be provided. Since the carbon dioxide absorbent exists as a solid at room temperature, it has the advantage of having lower renewable energy, less risk of evaporation and denaturation, and not causing corrosion of the device compared to the liquid carbon dioxide absorbent. In addition, since it can be manufactured in a variety of forms compared to a liquid carbon dioxide absorbent that requires an absorbent reaction vessel in the form of a liquid reactor, it can be miniaturized and applied to various fields. In addition, a fast reaction rate can be maintained by including a diamine compound having a very high reactivity to carbon dioxide.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 디아민 탄산염 및 이를 이용한 이산화탄소 공급제를 제공할 수 있다. 상기 이산화탄소 공급제는 비교적 낮은 온도인 60 °C 내지 90 °C 범위에서 융해가 종료되어 이산화탄소를 완전히 방출할 수 있으며, 융해가 종료된 후 상온에서 다시 고체로 결정화될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a diamine carbonate and a carbon dioxide supplying agent using the same. The carbon dioxide supplying agent can completely release carbon dioxide by ending melting at a relatively low temperature in the range of 60 °C to 90 °C, and after the melting is finished, it can be crystallized into a solid again at room temperature.

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

도 1은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제에 포함된 상기 디아민 화합물 및 물분자의 결합관계를 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제에 포함된 디아민 화합물 및 탄산염의 결합관계를 나타낸 그림이다.
도 3은 아민 화합물과 이산화탄소의 반응 메커니즘 및 이에 따른 생성물을 나타내었다.
도 4는 제조예 1에 의해 제조된 분말 형태의 이산화탄소 흡수제의 사진이다.
도 5는 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 전, 후의 결정구조를 측정한 그래프이다.
도 6은 온도 및 몰비에 따른 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 수화물 생성시 발생하는 열을 마이크로 반응 열량계에 의해 측정한 그래프이다.
도 7은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 수화물 및 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 탄산염에 대한 열중량 분석(TGA) 결과이다.
도 8은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 탄산염을 FT-IR 분광법에 의해 측정한 그래프이다.
도 9는 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 탄산염의 열처리시 발생하는 열 흐름을 시차주사열량분석법(DSC)에 의해 측정한 그래프이다.
도 10은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 수화물의 시간에 따른 이산화탄소 흡수량을 나타낸 그래프이다.
도 11은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 탄산염의 온도별 이산화탄소 흡수량을 나타낸 그래프이다.
도 12는 고압반응기 내에서 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민 수화물의 이산화탄소 부분 압력에 따른 이산화탄소 흡수량을 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram showing the bonding relationship between the diamine compound and water molecules contained in a carbon dioxide absorbent according to another embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a bonding relationship between a diamine compound and a carbonate included in a carbon dioxide supplying agent according to another embodiment of the present invention.
3 shows a reaction mechanism of an amine compound and carbon dioxide and a product thereof.
4 is a photograph of a carbon dioxide absorbent in powder form prepared according to Preparation Example 1. FIG.
5 is a graph showing the crystal structure of N,N'-di-tert-butylethylenediamine hydrate before and after absorption of carbon dioxide.
6 is a graph measuring heat generated when N,N'-di-tert-butylethylenediamine hydrate is generated according to temperature and molar ratio by a micro-reaction calorimeter.
7 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of N,N'-di-tert-butylethylenediamine hydrate and N,N'-di-tert-butylethylenediamine carbonate.
8 is a graph obtained by measuring N,N'-di-tert-butylethylenediamine carbonate by FT-IR spectroscopy.
9 is a graph measured by differential scanning calorimetry (DSC) of heat flow generated during heat treatment of N,N'-di-tert-butylethylenediamine carbonate.
10 is a graph showing the absorption amount of carbon dioxide over time of N,N'-di-tert-butylethylenediamine hydrate.
11 is a graph showing the absorption amount of carbon dioxide by temperature of N,N'-di-tert-butylethylenediamine carbonate.
12 is a graph showing the absorption amount of carbon dioxide according to the partial pressure of carbon dioxide of N,N'-di-tert-butylethylenediamine hydrate in a high-pressure reactor.

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, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"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 said to be "connected (connected, contacted, bonded)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in the middle. "Including the case. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

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.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제에 대해 설명한다.A carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 하기 화학식 1 로 표시되는 디아민 화합물 및 물분자를 포함하는 디아민 수화물을 함유할 수 있다.The carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention may contain a diamine compound represented by the following Formula 1 and a diamine hydrate including a water molecule.

Figure 112018106135313-pat00003
Figure 112018106135313-pat00003

이때, 상기 디아민 수화물은 상기 디아민 화합물 및 상기 물분자는 서로 수소결합으로 결합될 수 있으며, 결정구조를 이루고 상온에서 고체인 것을 특징으로 한다.In this case, in the diamine hydrate, the diamine compound and the water molecule may be bonded to each other by hydrogen bonding, forming a crystal structure and being solid at room temperature.

종래 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 흡수제의 경우 이산화탄소 흡수 후의 탄산염이 용액 상태로 존재하여 고온 조건에서 물의 증류와 함께 재생이 필요하므로 에너지 소모가 크고, 고온에서 아민의 변성으로 인해 흡수 성능이 감소하며, 장치의 부식을 유발하는 문제가 있다.In the case of a conventional carbon dioxide absorbent using an aqueous amine solution, the carbonate after absorption of carbon dioxide is present in a solution state and needs to be regenerated with distillation of water under high temperature conditions, so energy consumption is large, and the absorption performance decreases due to the denaturation of the amine at high temperature. There is a problem that causes corrosion.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 상온에서 고체 상태로 존재하여 상기 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 흡수제의 단점을 보완하고, 이산화탄소에 대한 반응성이 높은 디아민 화합물을 포함하여 빠른 반응속도를 유지할 수 있다.The carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention is present in a solid state at room temperature, thereby compensating for the disadvantages of the carbon dioxide absorbent using the amine aqueous solution, and maintaining a fast reaction rate by including a diamine compound having high reactivity with carbon dioxide.

상기 디아민 수화물은 상온에서 이산화탄소와 반응하여 디아민 탄산염을 형성할 수 있으며, 이러한 특성을 이용하여 상기 디아민 수화물은 이산화탄소 흡수제로 이용될 수 있다. The diamine hydrate may react with carbon dioxide at room temperature to form a diamine carbonate, and using this property, the diamine hydrate may be used as a carbon dioxide absorbent.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제에 포함된 상기 디아민 화합물 및 물분자의 결합관계를 나타낸 그림이다. 1 is a diagram showing the bonding relationship between the diamine compound and water molecules contained in a carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 디아민 화합물 분자들 사이에 물분자가 위치할 수 있으며, 이때 상기 디아민 화합물의 질소 원자에 결합된 H와 상기 물분자의 O간에 수소결합을 형성하고, 다른 디아민 화합물의 질소 원자와 물 분자의 H 간에 수소결합을 형성할 수 있다. 또한, 상기 디아민 화합물 및 물분자의 배열이 주기적으로 반복되어 결정구조를 이룰 수 있다.Referring to FIG. 1, a water molecule may be located between molecules of a diamine compound, wherein a hydrogen bond is formed between H bonded to a nitrogen atom of the diamine compound and O of the water molecule, and a nitrogen atom of another diamine compound Hydrogen bonds can be formed between H and H of water molecules. In addition, the arrangement of the diamine compound and the water molecule may be periodically repeated to form a crystal structure.

이때, 상기 디아민 화합물 내 질소 원자를 연결하는 R1 알킬기의 탄소수는 질소 원자간의 적당한 거리를 유지하여 상기 질소원자에 결합된 H와 상기 물분자의 O 간의 수소결합을 형성하고, 상기 디아민 화합물과 물분자의 배열이 주기적으로 반복되어 결정구조를 이룰 수 있는 것이라면 충분할 것이다.At this time, the number of carbon atoms of the R 1 alkyl group connecting the nitrogen atom in the diamine compound maintains an appropriate distance between the nitrogen atoms to form a hydrogen bond between H bonded to the nitrogen atom and O of the water molecule, and the diamine compound and water It would suffice if the molecular arrangement could be repeated periodically to form a crystal structure.

또한, 상기 디아민 화합물의 말단에 위치한 R2, R3 알킬기의 탄소수는 적절한 입체장애를 유발하여 상기 물분자가 상기 디아민 화합물 분자들 사이에 안정적으로 위치하도록 하는 것이라면 충분할 것이다. In addition, it will be sufficient if the number of carbon atoms of the R 2 , R 3 alkyl group located at the terminal of the diamine compound causes an appropriate steric hindrance so that the water molecule is stably positioned between the diamine compound molecules.

예를 들어, 상기 상기 R2, R3알킬기의 탄소수가 너무 작은 경우, 유발되는 입체장애가 작아 물분자가 디아민 화합물 분자들 사이에 안정적으로 위치하기 어려워 본 발명의 실시에 바람직하지 않다. 상기 R2, R3알킬기의 탄소수가 너무 큰 경우, 유발되는 입체장애가 너무 커 디아민 화합물 및 물분자가 주기적으로 배열된 결정구조를 이룰 수 없는 문제가 있다.For example, when the number of carbon atoms in the R 2 , R 3 alkyl group is too small, the steric hindrance caused is small, and it is difficult for the water molecule to be stably located between the diamine compound molecules, which is not preferable in the practice of the present invention. When the number of carbon atoms in the R 2 , R 3 alkyl group is too large, the steric hindrance caused is too large, so that a crystal structure in which the diamine compound and water molecules are periodically arranged cannot be achieved.

이러한 관점에서, 상기 R1, R2, R3알킬기의 탄소수는 각각 독립적으로 2 내지 10일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 8일 수 있고, 보다 바람직하게는 2 내지 5일 수 있다.In this respect, the number of carbon atoms in the R 1 , R 2 , R 3 alkyl group may each independently be 2 to 10, preferably 2 to 8, and more preferably 2 to 5.

예를 들어, 상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 한다.For example, the diamine compound is characterized in that it is N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 상온에서 고체 상태로 존재할 수 있다.The carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention may exist in a solid state at room temperature.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 상온에서 이산화탄소와 반응하여 디아민 탄산염을 형성할 수 있다.In addition, the carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention may react with carbon dioxide at room temperature to form diamine carbonate.

종래의 아민 수용액을 이용한 액체형 이산화탄소 흡수제의 경우, 이산화탄소의 방출이 100oC 이상의 고온에서 물이 끓으며 이루어지므로 아민 수용액의 증발이나 변성으로 인해 흡수 성능이 감소하며, 장치의 부식을 유발하고, 높은 재생 에너지로 인해 운용비용이 높아 대형공정에서만 사용될 수 있는 문제가 있다. 반면, 고체형 이산화탄소 흡수제의 경우 액체형 이산화탄소 흡수제에 비해 재생에너지가 낮고 증발 및 변성의 위험이 적으며 장치의 부식을 유발하지 않는 장점이 있다. 또한, 액체반응기 형태의 흡수제 반응용기를 필요로 하는 액체형 이산화탄소 흡수제에 비해 반응 용기의 크기와 모양을 선택할 폭이 넓으므로 여러 분야에 적용이 가능하다. In the case of a conventional liquid carbon dioxide absorbent using an aqueous amine solution, since carbon dioxide is released by boiling water at a high temperature of 100 o C or higher, the absorption performance decreases due to evaporation or denaturation of the amine aqueous solution, causing corrosion of the device, and high There is a problem that can be used only in large-scale processes due to high operating costs due to renewable energy. On the other hand, in the case of the solid carbon dioxide absorbent, compared to the liquid carbon dioxide absorbent, renewable energy is low, the risk of evaporation and denaturation is low, and there is an advantage of not causing corrosion of the device. In addition, since the size and shape of the reaction vessel can be selected in a wider range than a liquid carbon dioxide absorbent that requires a liquid reactor type absorbent reaction vessel, it can be applied to various fields.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 디아민 화합물 및 물분자간에 수소결합을 형성하여 결정구조를 이루고, 상온에서 고체로 존재하는 것을 특징으로 한다. The carbon dioxide absorbent according to another embodiment of the present invention is characterized in that it forms a crystal structure by forming hydrogen bonds between a diamine compound and a water molecule, and exists as a solid at room temperature.

이때, 상기 이산화탄소 흡수제는 상온에서 고체로 존재하여 고체 흡수제의 상기 장점들을 지니는 동시에, 이산화탄소와 반응하며 더 안정한 디아민 탄산염으로 전환되므로 이산화탄소 흡수 시 빠른 반응속도를 유지할 수 있다.In this case, the carbon dioxide absorbent is present as a solid at room temperature and has the above advantages of the solid absorbent, and reacts with carbon dioxide and is converted into a more stable diamine carbonate, so that a fast reaction rate can be maintained when absorbing carbon dioxide.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제는 물분자에 대한 디아민 화합물의 몰비가 1인 수화물 결정인 것을 특징으로 하며, 물분자에 대한 디아민 화합물의 몰비가 0.5내지 2에서도 고체 상태의 디아민 수화물 결정이 생성되는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention is characterized in that it is a hydrate crystal in which the molar ratio of the diamine compound to the water molecule is 1, and even when the molar ratio of the diamine compound to the water molecule is 0.5 to 2, the diamine hydrate crystal in the solid state is It is characterized by being created.

물분자에 대한 디아민 화합물의 몰비가 0.5미만인 경우, 물에 고체 디아민 수화물이 녹지 않고 분산되어 있는 형태를 얻을 수 있으며, 이를 여과하면 고체 디아민 수화물을 얻을 수 있다. 물분자에 대한 디아민 화합물의 몰비가 2를 초과하는 경우, 디아민과 수소결합으로 수화물 결정을 이루는 물이 부족하여 수화물 결정을 이룰 수 없으므로 바람직하지 않다.When the molar ratio of the diamine compound to the water molecule is less than 0.5, a solid diamine hydrate is not dissolved in water and is dispersed, and a solid diamine hydrate can be obtained by filtering. When the molar ratio of the diamine compound to the water molecule exceeds 2, it is not preferable because the hydrate crystal cannot be formed due to insufficient water forming a hydrate crystal by hydrogen bonding with the diamine.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제에 대해 설명한다.Hereinafter, a carbon dioxide supplying agent according to another embodiment of the present invention will be described.

상기 이산화탄소 공급제는 상기 디아민 수화물과 이산화탄소의 반응으로 생성될 수 있다. 이때, 상기 디아민 수화물은 순수한 이산화탄소뿐만 아니라 이산화탄소와 1종 이상의 다른 기체를 포함하는 혼합기체와 반응하여 상기 이산화탄소 공급제를 생성할 수 있다.The carbon dioxide supplying agent may be generated by a reaction of the diamine hydrate and carbon dioxide. In this case, the diamine hydrate may react with a mixed gas including not only pure carbon dioxide but also carbon dioxide and at least one other gas to generate the carbon dioxide supplying agent.

구체적으로, 상기 이산화탄소 공급제는 하기 화학식 1로 표시되는 디아민 화합물과 물의 반응으로 형성된 디아민 수화물에 이산화탄소를 추가로 반응시켜 형성된 디아민 탄산염을 포함할 수 있다.Specifically, the carbon dioxide supplying agent may include a diamine carbonate formed by further reacting carbon dioxide to a diamine hydrate formed by the reaction of a diamine compound represented by the following Formula 1 with water.

Figure 112018106135313-pat00004
Figure 112018106135313-pat00004

이때, 상기 화학식 1에서 R1, R2, R3은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 선형, 분지형 또는 고리형 알킬기이다.At this time, in Formula 1, R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms.

상기 디아민 탄산염은 결정구조를 이루며, 상온에서 고체로 존재하는 것을 특징으로 한다.The diamine carbonate has a crystal structure and is characterized in that it exists as a solid at room temperature.

또한, 상기 디아민 탄산염은 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출할 수 있으며, 융해 종료 후 상온으로 냉각되면 다시 고체로 결정화될 수 있다. 따라서, 이와 같은 이산화탄소 방출 및 이후 재결정되는 특성을 이용하여 상기 디아민 탄산염은 이산화탄소 공급제로 이용될 수 있다.In addition, the diamine carbonate may be melted during heat treatment and release carbon dioxide at the same time, and may be crystallized into a solid again when cooled to room temperature after the melting is completed. Accordingly, the diamine carbonate may be used as a carbon dioxide supplying agent by using the carbon dioxide emission and recrystallization characteristics.

상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 한다.The diamine compound is characterized in that it is N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제에 포함된 디아민 화합물 및 탄산염의 결합관계를 나타낸 그림이다.2 is a diagram showing a bonding relationship between a diamine compound and a carbonate contained in a carbon dioxide supplying agent according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 이산화탄소 공급제는 상기 화학식 1로 표시되는 디아민 화합물 및 탄산염을 포함할 수 있으며, 이때 상기 디아민 화합물은 양성자화되어 상기 탄산염과 수소결합에 의해 결합될 수 있다. Referring to FIG. 2, the carbon dioxide supplying agent may include a diamine compound and a carbonate represented by Formula 1, wherein the diamine compound may be protonated and bonded to the carbonate through hydrogen bonding.

또한, 상기 양성자화된 디아민 화합물 및 탄산염은 수소결합에 의해 정렬되어 결정구조를 형성할 수 있으며, 상기 이산화탄소 공급제는 상온에서 고체 상태로 존재할 수 있다.In addition, the protonated diamine compound and carbonate may be aligned by hydrogen bonds to form a crystal structure, and the carbon dioxide supplying agent may exist in a solid state at room temperature.

이때, 상기 디아민 화합물 내 질소 원자를 연결하는 R1 알킬기의 탄소수는 질소 원자간의 적당한 거리를 유지하여 상기 디아민 화합물 내 양성자화된 질소원자에 결합된 H와 탄산염의 O 간의 수소결합을 형성하고, 상기 양성자화된 디아민 화합물과 탄산염의 배열이 주기적으로 반복되도록 하여 결정구조를 이룰 수 있는 것이라면 충분할 것이다.At this time, the number of carbon atoms of the R 1 alkyl group connecting the nitrogen atom in the diamine compound maintains an appropriate distance between nitrogen atoms to form a hydrogen bond between H bonded to the protonated nitrogen atom in the diamine compound and O of the carbonate, and the It would be sufficient if the arrangement of the protonated diamine compound and carbonate can be repeated periodically to form a crystal structure.

또한, 상기 디아민 화합물의 말단에 위치한 R2, R3 알킬기의 탄소수는 적절한 입체장애를 유발하여 상기 탄산염이 상기 양성자화된 디아민 화합물 분자들 사이에 안정적으로 위치하도록 하는 것이라면 충분할 것이다.In addition, it would be sufficient if the number of carbon atoms of the R 2 , R 3 alkyl group located at the terminal of the diamine compound causes an appropriate steric hindrance so that the carbonate is stably positioned between the protonated diamine compound molecules.

예를 들어, 상기 R2, R3알킬기의 탄소수가 너무 작은 경우, 유발되는 입체장애가 작아 상기 탄산염이 상기 양성자화된 디아민 화합물 분자들 사이에 안정적으로 위치하기 어려워 본 발명의 실시에 바람직하지 않다. 상기 R2 R3알킬기의 탄소수가 너무 큰 경우, 유발되는 입체장애가 너무 커 상기 양성자화된 디아민 화합물 및 상기 탄산염이 주기적으로 배열된 결정구조를 이룰 수 없는 문제가 있다.For example, when the number of carbon atoms in the R 2 , R 3 alkyl group is too small, the resulting steric hindrance is small, and the carbonate is not stably located between the protonated diamine compound molecules, which is not preferable in the practice of the present invention. When the number of carbon atoms in the R 2 R 3 alkyl group is too large, the resulting steric hindrance is too large to form a crystal structure in which the protonated diamine compound and the carbonate are periodically arranged.

이러한 관점에서, 상기 R1, R2, R3알킬기의 탄소수는 각각 독립적으로 2 내지 10일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 8일 수 있고, 보다 바람직하게는 2 내지 5일 수 있다.In this respect, the number of carbon atoms in the R 1 , R 2 , R 3 alkyl group may each independently be 2 to 10, preferably 2 to 8, and more preferably 2 to 5.

상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출할 수 있으며, 따라서 이산화탄소 공급제의 역할을 수행할 수 있다.The carbon dioxide supplying agent may dissolve and release carbon dioxide at the same time during heat treatment, and thus may serve as a carbon dioxide supplying agent.

또한, 상기 이산화탄소 공급제는 열처리에 따른 융해 종료 후 상온에서 다시 고체로 결정화되는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide supplying agent is characterized in that it is crystallized into a solid again at room temperature after fusion is terminated by heat treatment.

도 3 (A)는 1, 2차 아민 화합물과 이산화탄소의 반응 및 그 생성물을 나타낸 그림이다.Figure 3 (A) is a diagram showing the reaction of the primary and secondary amine compounds and carbon dioxide and its products.

도 3 (A)를 참조하면, 1, 2차 아민 화합물의 경우 이산화탄소와 반응하여 카바메이트염, 탄산염 및 탄산수소염을 모두 생성할 수 있다.Referring to FIG. 3 (A), in the case of the primary and secondary amine compounds, it is possible to produce all of the carbamate salt, carbonate and hydrogen carbonate by reacting with carbon dioxide.

이때, 카바메이트염은 탄산염, 탄산수소염에 비해 안정하여 분해되기 어려우며, 100°C 이상의 고온에서 분해되어 이산화탄소를 방출하는 단점을 갖는다.At this time, carbamate salts are stable compared to carbonates and hydrogen carbonates and are difficult to decompose, and they decompose at a high temperature of 100°C or higher to release carbon dioxide.

도 3 (B)는 3차 아민 화합물 또는 비교적 큰 입체장애를 갖는 아민 화합물과 이산화탄소의 반응 및 그 생성물을 나타낸 그림이다.3(B) is a diagram showing a reaction of a tertiary amine compound or an amine compound having a relatively large hindered effect with carbon dioxide and a product thereof.

도 3 (B)를 참조하면, 3차 아민 화합물 또는 비교적 큰 입체장애를 갖는 아민 화합물의 경우 이산화탄소와 반응하여 탄산염 및 탄산수소염의 형태로 존재할 수 있다.Referring to FIG. 3 (B), in the case of a tertiary amine compound or an amine compound having a relatively large steric hindrance, it may react with carbon dioxide and exist in the form of carbonate and hydrogen carbonate.

이때, 상기 탄산염 및 탄산수소염은 카바메이트염에 비해 불안정하여 분해되기 쉬우며, 따라서 카바메이트염에 비해 낮은 온도에서 분해되어 이산화탄소를 방출할 수 있다. At this time, the carbonate and hydrogen carbonate are more unstable than the carbamate salt and are easily decomposed, and thus, they may be decomposed at a lower temperature than the carbamate salt to release carbon dioxide.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제는 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출할 수 있으며, 이때 융해는 60 °C 내지 90 °C 범위의 온도에서 종료되는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide supplying agent according to another embodiment of the present invention may release carbon dioxide at the same time as melting during heat treatment, and the melting is terminated at a temperature in the range of 60 °C to 90 °C.

구체적으로, 상기 이산화탄소 공급제는 상기 화학식 1로 표시되는 디아민 화합물 내 질소 원자에 비교적 큰 입체장애를 갖는 알킬기를 도입함으로, 이산화탄소와 반응 시 도 3 (B)와 같이 탄산염 및 탄산수소염을 생성할 수 있다. 따라서 이렇게 생성된 탄산염 및 탄산수소염은 도3 (A) 의 1, 2차 아민 화합물로부터 형성된 카바메이트염에 비해 낮은 온도에서 분해되어 이산화탄소를 방출할 수 있다.Specifically, the carbon dioxide supplying agent introduces an alkyl group having a relatively large steric hindrance to the nitrogen atom in the diamine compound represented by Formula 1, so that when reacted with carbon dioxide, carbonates and hydrogen carbonates can be generated as shown in FIG. have. Accordingly, the carbonate and hydrogen carbonate produced in this way may be decomposed at a lower temperature than the carbamate salt formed from the primary and secondary amine compounds of FIG. 3A to release carbon dioxide.

이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소화기 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a fire extinguisher system according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소화기 시스템은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이산화탄소 공급제를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fire extinguisher system according to another embodiment of the present invention is characterized in that it includes a carbon dioxide supply agent according to another embodiment of the present invention.

구체적으로, 상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출하고, 1, 2차 아민 화합물 기반 이산화탄소 공급제에 비해 낮은 온도인 60 °C 내지 90 °C 범위에서 융해가 종료되어 이산화탄소를 완전히 방출할 수 있으며, 따라서 상기 이산화탄소 공급제를 소화기 시스템에 적용 시 온도 변화에 빠르게 반응할 수 있는 장점을 갖는다. 구체적으로, 분말 소화기, 휴대용 소화기, 천장용 소화기 시스템, 자동확산 소화기 시스템 등에 적용될 수 있다.Specifically, the carbon dioxide supplying agent releases carbon dioxide at the same time as it melts during heat treatment, and the melting is terminated at a temperature in the range of 60 °C to 90 °C, which is lower than that of the carbon dioxide supplying agent based on primary and secondary amine compounds to completely release carbon dioxide Therefore, when the carbon dioxide supplying agent is applied to a fire extinguisher system, it has the advantage of being able to react quickly to temperature changes. Specifically, it can be applied to a powder fire extinguisher, a portable fire extinguisher, a ceiling fire extinguisher system, an automatic diffusion fire extinguisher system, and the like.

이하에서는 제조예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Preparation Examples and Experimental Examples. However, the present invention is not limited to Preparation Examples and Experimental Examples.

<제조예 1: 디아민 화합물 및 물의 반응을 통해 고체 결정 디아민 수화물 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수제 제조><Preparation Example 1: Preparation of a solid crystalline diamine hydrate and a carbon dioxide absorbent using the same through reaction of a diamine compound and water>

질소 조건의 플라스크 내에서 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(이하 'DBEDA')과 물을 반응시켜 고체 형태의 혼합물을 생성하였다. 이때, 상기DBEDA 및 물의 몰비가 1:1이 되도록 혼합하였다. 생성된 상기 고체 혼합물을 녹인 후 상온에서 재결정하여 DBEDA 수화물을 제조하였다. 상기 DBEDA 수화물을 그라인딩(grinding)하여 분말 형태의 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.In a flask under nitrogen conditions, N,N'-di-tert-butylethylenediamine (hereinafter referred to as'DBEDA') and water were reacted to produce a solid mixture. At this time, the mixture was mixed so that the molar ratio of DBEDA and water was 1:1. The resulting solid mixture was dissolved and recrystallized at room temperature to prepare DBEDA hydrate. The DBEDA hydrate was ground to prepare a carbon dioxide absorbent in powder form.

도 4는 상기 제조예 1에 의해 제조된 분말 형태의 이산화탄소 흡수제의 사진이다.4 is a photograph of a carbon dioxide absorbent in powder form prepared according to Preparation Example 1 above.

<실험예 1: 고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 전/후의 결정구조 확인><Experimental Example 1: Confirmation of the crystal structure of solid crystalline diamine hydrate before/after absorption of carbon dioxide>

고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 전/후에 따른 결정구조 변화 유무를 확인하는 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따라 제조된 DBEDA 수화물에 이산화탄소를 반응시켜 DBEDA 탄산염을 제조하였다. 이후 X-ray 회절분석법(XRD)를 통해 상기 DBEDA 수화물 및 상기 DBEDA 탄산염의 결정구조를 비교하였다.An experiment was conducted to confirm the presence or absence of changes in the crystal structure of the solid crystalline diamine hydrate before/after absorption of carbon dioxide. To this end, DBEDA carbonate was prepared by reacting carbon dioxide with DBEDA hydrate prepared according to Preparation Example 1. Thereafter, the crystal structures of the DBEDA hydrate and the DBEDA carbonate were compared through X-ray diffraction analysis (XRD).

도 5 (A), (B)는 각각 DBEDA 수화물의 이산화탄소 흡수 전, 후의 결정구조를 측정한 그래프이다.5 (A) and (B) are graphs measuring the crystal structure of DBEDA hydrate before and after absorption of carbon dioxide, respectively.

도 5 (A) 및 (B)를 참조하면, DBEDA 수화물의 흡수 전, 후 모두 단사정계(monoclinic) 결정구조를 이루는 것으로 판단할 수 있다.Referring to Figures 5 (A) and (B), it can be determined that both before and after absorption of DBEDA hydrate forms a monoclinic crystal structure.

또한, 도 5 (A) 및 (B)의 peak를 분석한 결과, DBEDA 수화물의 이산화탄소 흡수 전에 비해 이산화탄소 흡수 후 결정 부피가 증가한 것을 확인할 수 있다.In addition, as a result of analyzing the peaks of FIGS. 5A and 5B, it can be seen that the crystal volume increased after absorption of carbon dioxide compared to before absorption of carbon dioxide of DBEDA hydrate.

<실험예 2: 온도 조건 및 몰비에 따른 결정구조 확인><Experimental Example 2: Confirmation of crystal structure according to temperature conditions and molar ratio>

온도 조건에 따른 디아민 화합물 및 물의 반응에 의한 고체 결정의 생성 여부를 확인하는 실험을 진행하였다. 30°C, 50°C, 90°C의 조건에서 DBEDA와 물을 반응시켜 DBEDA 수화물을 생성하였으며, 이 때 발생하는 열을 측정하였다. 또한, 각 온도 조건 하에서 DBEDA 및 물의 몰비를 달리하여 실험을 진행하였다.An experiment was conducted to determine whether solid crystals were formed by the reaction of the diamine compound and water according to the temperature conditions. DBEDA and water were reacted under the conditions of 30°C, 50°C, and 90°C to generate DBEDA hydrate, and the heat generated at this time was measured. In addition, experiments were conducted by varying the molar ratio of DBEDA and water under each temperature condition.

도 6은 온도 및 몰비에 따른 DBEDA 수화물 생성시 발생하는 열을 측정한 그래프이다.6 is a graph measuring heat generated when generating DBEDA hydrate according to temperature and molar ratio.

도 6을 참조하면, 30°C 조건 하에서 DBEDA 대비 물의 몰비가 증가할수록 발생하는 열이 증가하며 약 1:1의 몰비 이후 더 이상 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 DBEDA : 물의 몰비가 약 1 : 1인 고체 결정을 형성하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the heat generated increases as the molar ratio of water to DBEDA increases under the condition of 30° C. and does not increase any more after the molar ratio of about 1:1. Through this, it can be seen that a solid crystal having a molar ratio of DBEDA:water of about 1:1 is formed.

한편, 50°C, 90°C 조건 하에서는 DBEDA 수화물의 생성시 발생하는 열이 측정되지 않았으며, 이는 DBEDA 수화물의 녹는점(47.6°C )보다 높은 온도 조건으로 인해 결정 구조를 이룰 수 없기 때문인 것으로 파악된다.On the other hand, under the conditions of 50°C and 90°C, the heat generated during the formation of DBEDA hydrate was not measured, and this is because the crystal structure cannot be formed due to a temperature condition higher than the melting point of DBEDA hydrate (47.6°C). Is grasped.

<실험예 3: 고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 용량 확인><Experimental Example 3: Confirmation of carbon dioxide absorption capacity of solid crystalline diamine hydrate>

고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 용량을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따른 DBEDA 수화물 및 이에 이산화탄소를 반응시켜 생성된 DBEDA 탄산염의 온도에 따른 질량 조성비를 측정하여 도 7에 도시하였다.An experiment was conducted to confirm the carbon dioxide absorption capacity of the solid crystalline diamine hydrate. To this end, the mass composition ratio according to the temperature of the DBEDA hydrate according to Preparation Example 1 and the DBEDA carbonate produced by reacting carbon dioxide therewith was measured and shown in FIG. 7.

도 7을 참조하면, DBEDA 탄산염의 경우 열처리 시 60°C 내지 90°C 범위에서 질량 조성비가 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 60°C내지 90°C범위에서 융해가 종료되어 이산화탄소를 모두 방출한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that in the case of DBEDA carbonate, the mass composition ratio rapidly decreases in the range of 60 °C to 90 °C during heat treatment. From this, it can be seen that melting ends in the range of 60°C to 90°C and all carbon dioxide is released.

또한, 융해로 인해 방출되는 이산화탄소의 질량 조성비는 DBEDA 탄산염의 약 20 wt%인 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 DBEDA 탄산염 내 DBEDA : 물 : 이산화탄소의 몰비가 1 : 1 : 1인 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the mass composition ratio of carbon dioxide emitted due to melting is about 20 wt% of DBEDA carbonate, and from this, it can be seen that the molar ratio of DBEDA: water: carbon dioxide in DBEDA carbonate is 1:1.

<실험예 4: 고체 결정 디아민 수화물 및 물의 반응에 의해 생성되는 고체 결정 디아민 탄산염 확인><Experimental Example 4: Identification of solid crystalline diamine carbonate produced by reaction of solid crystalline diamine hydrate and water>

고체 결정 디아민 수화물 및 물의 반응으로 인해 고체 결정 디아민 탄산염을 생성하는 실험을 진행하였다. 이를 위해 제조예 1에 따라 제조된 DBEDA 수화물과 이산화탄소를 반응시켜 DBEDA 탄산염을 생성하였고, 상기 DBEDA 탄산염을 FT-IR 분광법에 의해 측정하여 그 결과를 도 8에 도시하였다.An experiment was conducted to produce a solid crystalline diamine carbonate due to the reaction of the solid crystalline diamine hydrate and water. To this end, DBEDA carbonate was produced by reacting DBEDA hydrate prepared according to Preparation Example 1 with carbon dioxide, and the DBEDA carbonate was measured by FT-IR spectroscopy, and the results are shown in FIG. 8.

도 8을 참조하면, DBEDA 탄산염의 FT-IR peak는 CO3 -를 나타내는 1375 cm-1, HCO3 -를 나타내는 1390 cm-1, C=O결합을 나타내는 1648 cm-1 부근에서 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 상기 DBEDA 수화물은 이산화탄소와 반응하여 탄산염을 형성하는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 8, the FT-IR peak DBEDA carbonate is CO 3 - to confirm that occurs in the vicinity of 1648 cm -1 indicating the C = O bond 1390 cm -1, indicating - 1375 cm -1, HCO 3 represents the Through this, it can be seen that the DBEDA hydrate reacts with carbon dioxide to form carbonate.

<실험예 5: 고체 결정 디아민 탄산염의 열처리에 따른 이산화탄소 방출 확인><Experimental Example 5: Confirmation of carbon dioxide emission by heat treatment of solid crystalline diamine carbonate>

고체 결정 디아민 탄산염에 열처리시 융해에 따른 이산화탄소의 방출을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따른 DBEDA 수화물에 이산화탄소를 반응시켜 DBEDA 탄산염을 제조하였다. 이후 상기 DBEDA탄산염의 열처리시 발생하는 변화를 시차주사열량분석법(DSC)에 의해 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.An experiment was conducted to confirm the release of carbon dioxide due to melting during heat treatment in the solid crystalline diamine carbonate. To this end, DBEDA carbonate was prepared by reacting carbon dioxide with DBEDA hydrate according to Preparation Example 1. Thereafter, the change occurring during the heat treatment of the DBEDA carbonate was measured by differential scanning calorimetry (DSC), and the results are shown in FIG. 9.

도 9를 참조하면, 60°C 부근 및 90°C 부근에서 peak가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 60°C 부근의 peak에서 DBEDA 탄산염은 열처리로 인해 융해되어 결정구조를 잃는 것을 알 수 있으며, 90°C 부근의 peak에서 이산화탄소를 모두 방출하여 융해가 종료되는 것을 알 수 있다. 시차주사열량계 분석 시 측정되는 peak의 온도가 실제 온도보다 높게 측정되는 것을 고려하면 상기 DBEDA 탄산염은 60°C 이하의 온도에서 융해되기 시작하여 60°C 내지 90°C에서 융해가 종료된다고 판단할 수 있다. 또한, 도 9의 결과는 밀봉된 시료셀에 대한 시험 결과이며, 밀봉되지 않은 셀을 사용하여 확인한 결과 융해 동시에 이산화탄소가 방출되며 90°C 이하의 온도에서 모두 방출되는 결과를 얻었다.Referring to FIG. 9, it can be seen that peaks occur around 60 °C and around 90 °C. Specifically, it can be seen that the DBEDA carbonate at the peak near 60 °C melts due to heat treatment and loses its crystal structure, and it can be seen that the melting ends by releasing all carbon dioxide at the peak near 90 °C. Considering that the temperature of the peak measured during the differential scanning calorimeter analysis is measured higher than the actual temperature, it can be determined that the DBEDA carbonate begins to melt at a temperature of 60 °C or less and ends at 60 °C to 90 °C. have. In addition, the result of FIG. 9 is a test result for a sealed sample cell, and as a result of confirming using an unsealed cell, carbon dioxide was released at the same time as it was melted, and the result was all released at a temperature of 90 °C or less.

<실험예 6: 고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 속도 확인><Experimental Example 6: Confirmation of carbon dioxide absorption rate of solid crystalline diamine hydrate>

고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수 속도를 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 30°C 의 온도 조건 하에서 상기 제조예 1에 따른 DBEDA 수화물에 이산화탄소를 반응시켜 시간에 따른 이산화탄소 흡수량을 측정하였다. An experiment was conducted to confirm the carbon dioxide absorption rate of the solid crystalline diamine hydrate. To this end, carbon dioxide was reacted with the DBEDA hydrate according to Preparation Example 1 under a temperature condition of 30 °C to measure the amount of carbon dioxide absorbed over time.

도 10은 DBEDA 수화물의 시간에 따른 이산화탄소 흡수량을 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing the absorption of carbon dioxide over time of DBEDA hydrate.

도 10을 참조하면, DBEDA 수화물 및 이산화탄소의 반응 시작 후 약 10분 이내에 DBEDA 수화물의 이산화탄소 최대 흡수 용량의 약 50%가 흡수되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 반응 시작 후 1시간 이내에 이산화탄소 최대 흡수 용량의 약 90%가 흡수되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that about 50% of the maximum absorption capacity of DBEDA hydrate is absorbed within about 10 minutes after the start of the reaction of DBEDA hydrate and carbon dioxide. In addition, it can be seen that about 90% of the maximum absorption capacity of carbon dioxide is absorbed within 1 hour after the start of the reaction.

<실험예 7: 고체 결정 디아민 탄산염의 이산화탄소 방출 온도범위 확인><Experimental Example 7: Confirmation of the temperature range of carbon dioxide emission of solid crystalline diamine carbonate>

고체 결정 디아민 탄산염의 이산화탄소 방출 온도범위를 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따른 DBEDA 수화물에 이산화탄소를 반응시켜 DBEDA 탄산염을 생성하였다. 이후 DBEDA 탄산염에 열처리하여 온도에 따른 DBEDA 대비 이산화탄소의 몰수를 측정하여 도 11에 나타내었다.An experiment was conducted to confirm the carbon dioxide emission temperature range of the solid crystalline diamine carbonate. To this end, DBEDA carbonate was produced by reacting carbon dioxide with the DBEDA hydrate according to Preparation Example 1. Subsequently, heat treatment was performed on DBEDA carbonate to measure the number of moles of carbon dioxide compared to DBEDA according to temperature, and shown in FIG. 11.

도 11을 참조하면, 50°C 내지 60°C 사이의 온도에서 이산화탄소의 농도가 급격히 감소하기 시작하며, 약 80°C에 이르러서는 이산화탄소가 완전히 방출되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11, it can be seen that the concentration of carbon dioxide begins to rapidly decrease at a temperature between 50° C. and 60° C., and carbon dioxide is completely released at about 80° C.

<실험예 8: 이산화탄소 부분 압력에 따른 고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수율 측정><Experimental Example 8: Measurement of carbon dioxide absorption rate of solid crystalline diamine hydrate according to partial pressure of carbon dioxide>

이산화탄소 부분 압력에 따른 고체 결정 디아민 수화물의 이산화탄소 흡수율을 측정하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따른 DBEDA 수화물을 고압 반응기 내에서 이산화탄소 15 vol% 및 질소 85 vol%로 이루어진 혼합기체와 반응시켰으며 그 결과를 도 12에 나타내었다.An experiment was conducted to measure the carbon dioxide absorption rate of the solid crystalline diamine hydrate according to the partial pressure of carbon dioxide. To this end, the DBEDA hydrate according to Preparation Example 1 was reacted with a mixed gas consisting of 15 vol% of carbon dioxide and 85 vol% of nitrogen in a high-pressure reactor, and the results are shown in FIG. 12.

도 12를 참조하면, 상기 혼합기체로부터 DBEDA 수화물이 흡수하는 이산화탄소의 양은 1 atm 이상의 이산화탄소 분압 조건 하에서 1몰의DBEDA에 대하여 0.9몰 이상까지 도달하는 것을 확인할 수 있다. 또한, DBEDA 수화물의 이산화탄소 흡수효율은 2 atm 이상의 높은 이산화탄소 분압 하에서도 1 전후의 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the amount of carbon dioxide absorbed by DBEDA hydrate from the mixed gas reaches 0.9 mole or more for 1 mole of DBEDA under the condition of partial pressure of carbon dioxide of 1 atm or more. In addition, it can be seen that the carbon dioxide absorption efficiency of DBEDA hydrate maintains a value of around 1 even under a high partial pressure of carbon dioxide of 2 atm or more.

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 above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily modified into 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 illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (9)

하기 화학식 1 로 표시되는 디아민 화합물 및 물분자를 포함하는 디아민 수화물을 함유하고,
상기 디아민 수화물은 상기 디아민 화합물 및 상기 물분자가 서로 수소결합으로 결합되어 결정구조를 이루고 상온에서 고체인 것을 특징으로 하고,
상기 디아민 수화물은 상기 디아민 화합물 및 상기 물분자의 배열이 주기적으로 반복되어 결정구조를 이루는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제:
Figure 112020049615258-pat00005

상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 선형, 분지형 또는 고리형 알킬기이다.
It contains a diamine hydrate containing a diamine compound and a water molecule represented by the following formula (1),
The diamine hydrate is characterized in that the diamine compound and the water molecule are bonded to each other by hydrogen bonds to form a crystal structure and are solid at room temperature,
The diamine hydrate is a carbon dioxide absorbent, characterized in that the arrangement of the diamine compound and the water molecule is periodically repeated to form a crystal structure:
Figure 112020049615258-pat00005

In Formula 1,
R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
The method of claim 1,
The diamine compound is a carbon dioxide absorbent, characterized in that N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).
제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 흡수제는 상온에서 이산화탄소와 반응하여 디아민 탄산염을 형성하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
The method of claim 1,
The carbon dioxide absorbent, characterized in that by reacting with carbon dioxide at room temperature to form a diamine carbonate.
하기 화학식 1로 표시되는 디아민 화합물과 물의 반응으로 형성된 디아민 수화물에 이산화탄소를 추가로 반응시켜 형성된 디아민 탄산염을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 디아민 수화물은 상기 디아민 화합물 및 물분자의 배열이 주기적으로 반복되어 결정구조를 이루는 것을 특징으로 하고,
상기 디아민 탄산염은 결정구조를 이루며 상온에서 고체인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 공급제:
Figure 112020503127958-pat00006

상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 선형, 분지형 또는 고리형 알킬기이다.
It is characterized in that it comprises a diamine carbonate formed by further reacting carbon dioxide to a diamine hydrate formed by the reaction of a diamine compound represented by the following Formula 1 with water,
The diamine hydrate is characterized in that the arrangement of the diamine compound and the water molecule is periodically repeated to form a crystal structure,
The diamine carbonate is a carbon dioxide supplying agent, characterized in that it forms a crystal structure and is solid at room temperature:
Figure 112020503127958-pat00006

In Formula 1,
R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms.
삭제delete 제4항에 있어서,
상기 디아민 화합물은 N,N'-다이-터트-뷰틸에틸렌디아민(N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 공급제.
The method of claim 4,
The diamine compound is a carbon dioxide supplying agent, characterized in that N,N'-di-tert-butylethylenediamine (N,N'-Di-tert-butylethylenediamine, DBEDA).
제4항에 있어서,
상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 융해와 동시에 이산화탄소를 방출하고, 융해 종료 후 상온에서 다시 고체로 결정화되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 공급제.
The method of claim 4,
The carbon dioxide supplying agent, characterized in that the carbon dioxide supplying agent emits carbon dioxide at the same time as it melts during heat treatment, and crystallizes again at room temperature after the melting is completed.
제4항에 있어서,
상기 이산화탄소 공급제는 열처리시 60 °C 내지 90 °C에서 융해가 종료되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 공급제.
The method of claim 4,
The carbon dioxide supplying agent, characterized in that the melting is terminated at 60 °C to 90 °C during heat treatment.
제 4항의 이산화탄소 공급제를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화기 시스템.A fire extinguisher system comprising the carbon dioxide supplying agent of claim 4.
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