KR102190874B1 - liquid absorbent of carbon dioxide, preparation method thereof and removal method of carbon dioxide using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡수액 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 이산화탄소 제거방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액은 이산화탄소 흡수제로, 수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 이산화탄소 흡수 촉매로, 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유 수용액이다.The present invention relates to a carbon dioxide absorbing liquid, a method of manufacturing the same, and a method of removing carbon dioxide using the same. The carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention is a carbon dioxide absorbent, which can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and provides an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, an amino acid mimetic containing an amine group and a carboxyl group, or an alkali thereof Metal salts; And an aqueous solution containing a transition metal oxide that provides an acid point and contains a transition metal that does not coordinate with a carbon dioxide absorbent as a carbon dioxide absorption catalyst.

Description

이산화탄소 흡수액 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 이산화탄소 제거방법{ liquid absorbent of carbon dioxide, preparation method thereof and removal method of carbon dioxide using the same }[Liquid absorbent of carbon dioxide, preparation method thereof and removal method of carbon dioxide using the same}

본 발명은 이산화탄소 흡수액 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 이산화탄소 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide absorbing liquid, a method of manufacturing the same, and a method of removing carbon dioxide using the same.

최근 대기 중으로 배출되는 CO2 양이 기하급수적으로 증가하여 세계 기후 변화가 큰 주목을 받고 있다. 특히 화석연료의 연소가 가장 많은 양의 온실가스를 생성한다. 화석연료 공급원의 대안인 녹색 에너지원을 산업적 규모로 확립하는데 상당한 시간이 걸릴 것이며, 그때까지는 화석연료가 이러한 대체 에너지로 대체되기는 어려울 수 있다.Recently, the amount of CO 2 emitted into the atmosphere has increased exponentially, and global climate change is attracting great attention. In particular, the burning of fossil fuels produces the largest amount of greenhouse gases. It will take considerable time to establish an alternative to fossil fuel sources, green energy sources, on an industrial scale, and until then, it may be difficult for fossil fuels to be replaced by these alternative energy sources.

에너지 수요의 관점에서 화석연료의 사용은 불가피함에도 불구하고, 최대 인위적인 배출원은 화석연료 연소 발전소이고, 전체 이산화탄소 배출량의 1/3을 차지한다. 따라서, 대규모로 배가스(flue gas)에서 이산화탄소를 제거하거나 포집하기 위해 다양한 접근법이 제안되었다. 개조 특성(retro-fit nature) 때문에 연소 후 포집법이 이산화탄소를 포착하는 데 가장 적합하고, 쉽게 개조할 수 있다. 연소 후 포집법의 경우, 흡수법(absorption), 흡착법(adsorption), 및 극저온법 등의 다양한 방법이 이용 가능하다. 이들 중 알칸올아민을 액상 흡수제로 사용하는 흡수법(absorption process)이 잘 확립되어 있다. 또한, 산업공정에서 배출되는 고농도의 이산화탄소 제어기술 중, 연소 후 포집(post-combustion)에 있어 알칸올 아민류와 같은 알칼리 흡수제를 이용한 흡수법이 널리 적용되고 있다. 흡수법은 다른 분리법에 비하여 상용화 실적이 많고 기술의 신뢰성이 높으며, 처리용량이 크다는 장점을 가지고 있다. 통상적으로 사용되는 알칸올아민은 1차, 2차, 3차 아민 또는 이들의 혼합물이다. Although the use of fossil fuels is inevitable in terms of energy demand, the largest anthropogenic source is fossil fuel-burning power plants, accounting for one-third of total carbon dioxide emissions. Therefore, various approaches have been proposed to remove or capture carbon dioxide from flue gas on a large scale. Because of its retro-fit nature, the post-combustion capture method is best suited for capturing carbon dioxide and can be easily retrofitted. In the case of the collection method after combustion, various methods such as absorption method, adsorption method, and cryogenic method may be used. Among these, an absorption process using alkanolamine as a liquid absorbent is well established. In addition, among the technologies for controlling high concentration carbon dioxide emitted from industrial processes, an absorption method using an alkali absorbent such as alkanol amines is widely applied in post-combustion. Compared to other separation methods, the absorption method has advantages of commercialization, high technology reliability, and large processing capacity. Alkanolamines commonly used are primary, secondary, tertiary amines or mixtures thereof.

지금까지, MEA(mono ethanol amine), DEA(diethanol amine), MDEA(methyldiethanol amine), TEA(triethanolamine) 또는 이들의 혼합물과 같은 액상 알칸올아민 흡수제의 역할과 효과가 광범위하게 연구되어 왔다. 1차 아민은 CO2와 빠른 반응속도를 보여 주지만, 이산화탄소와의 강한 결합력으로 재생시 많은 에너지가 요구되어 재생이 매우 어려워 공정 전체 비용을 증가시킨다. 반면, 2차 및 3차 아민은 CO2 흡수가 느리고, 이는 2차 및 3차 알칸올아민이 산업 공정에서 사용될 수 없음을 시사한다. 이와 함께, 실제 산업 공정에서 알칸올 아민 흡수제의 사용을 어렵게 만드는 알칸올 아민의 다른 단점은 독성, 고 휘발성 및 강한 알칼리성에 의한 장치의 부식을 초래하는 고도의 부식성이다. Until now, the role and effect of liquid alkanolamine absorbents such as mono ethanol amine (MEA), diethanol amine (DEA), methyldiethanol amine (MDEA), triethanolamine (TEA), or mixtures thereof have been extensively studied. Primary amines show a fast reaction rate with CO 2 , but due to their strong binding force with carbon dioxide, a lot of energy is required during regeneration, which makes regeneration very difficult and increases the overall cost of the process. On the other hand, secondary and tertiary amines have slow CO 2 absorption, which suggests that secondary and tertiary alkanolamines cannot be used in industrial processes. Along with this, another disadvantage of alkanol amines that makes the use of alkanol amine absorbents difficult in practical industrial processes is their high degree of corrosiveness, which leads to corrosion of the device by toxicity, high volatility and strong alkalinity.

따라서, 아미노산 염 용액이 이산화탄소 흡수제의 대체제로 흥미롭다. 아미노산은 알칸올아민류와 같은 유사한 기능기들을 갖는다. 또한, CO2에 대해 알칸올 아민처럼 거동할 것으로 예상된다. 그러나, 아미노산은 산소 존재 하에 분해되지 않는다. Therefore, amino acid salt solutions are of interest as a substitute for carbon dioxide absorbents. Amino acids have similar functional groups such as alkanolamines. It is also expected to behave like alkanol amines for CO 2 . However, amino acids do not decompose in the presence of oxygen.

CO2 흡수를 위해 몇몇 아미노산 염 용액이 보고되었다. CO2 흡수에 대해, 이전에 글리신, 알라닌, 프롤린, 리신, 히스티딘 및 사르코신(sarcosine)의 아미노산 염이 스크리닝되어 있다. 보고된 아미노산 염 중 프롤린과 사르코신은 다른 아미노산 염보다 CO2 흡수 속도가 높다. 흥미롭게도, 라이신 아미노산 염은 아미노 작용기가 추가로 존재하기 때문에 가장 높은 CO2 흡수 용량을 가지고 있다. 그러나, CO2 흡수 속도는 라이신의 경우 다른 아미노산과 비교하여 느리다. Several amino acid salt solutions have been reported for CO 2 absorption. For CO 2 absorption, amino acid salts of glycine, alanine, proline, lysine, histidine and sarcosine have been previously screened. Among the reported amino acid salts, proline and sarcosine have higher rates of CO 2 absorption than other amino acid salts. Interestingly, the lysine amino acid salt has the highest CO 2 absorption capacity due to the additional presence of amino functional groups. However, the rate of CO 2 absorption is slow compared to other amino acids for lysine.

본 발명은 금속 산화물을 첨가하는 접근법을 사용하여 높은 CO2 흡수 용량을 가지나 CO2 흡수 속도가 느린 아미노산 염의 CO2 흡수 속도를 향상시킴으로써, 아미노산 염을 산업공정에서 배출되는 고농도의 이산화탄소를 제거하는데 사용하고자 한다.Use of the invention improves the high CO 2 gajina the absorption capacity of CO 2 with a slow rate of absorption amino acid salt of CO 2 absorption rate by using the approach of adding the metal oxide by, for removing high concentrations of carbon dioxide discharged to the amino acid salt in an industrial process I want to.

본 발명의 제1양태는 수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염을 이산화탄소 흡수제로 선택하는 a단계; a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제를 함유하는 수용액 조건에서 a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 이산화탄소 흡수 촉매로 선택하는 b단계; 및 a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제 및 b단계에서 선택된 이산화탄소 흡수 촉매를 물에 첨가하여 이산화탄소 흡수액을 제조하는 c단계를 포함하는 이산화탄소 흡수액 제조방법을 제공한다.A first aspect of the present invention is to use an amino acid mimetic containing an amino acid, an amine group and a carboxyl group, or an alkali metal salt thereof, which can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and provide an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating. Step a to select; a step b of selecting a transition metal oxide containing a transition metal that does not coordinate with the carbon dioxide absorbent selected in step a and provides an acid point as a carbon dioxide absorption catalyst under the condition of an aqueous solution containing the carbon dioxide absorbent selected in step a; And step c of preparing a carbon dioxide absorbing liquid by adding the carbon dioxide absorbent selected in step a and the carbon dioxide absorbing catalyst selected in step b to water.

본 발명의 제2양태는 이산화탄소 흡수제로, 수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 이산화탄소 흡수 촉매로, 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유하는 이산화탄소 흡수용 조성물을 제공한다.A second aspect of the present invention is a carbon dioxide absorbent, which can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and provides an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, an amino acid mimetic containing an amine group and a carboxyl group, or an alkali thereof. Metal salts; And as a carbon dioxide absorption catalyst, it provides a composition for absorbing carbon dioxide containing a transition metal that does not coordinate with the carbon dioxide absorbent and a transition metal oxide providing an acid point.

본 발명의 제3양태는 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 있어서, 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 이와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유하는 물 기반의 이산화탄소 흡수액을 준비하는 제1단계; 및 제1단계의 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 제2단계를 포함하는 이산화탄소 제거 방법을 제공한다.A third aspect of the present invention provides an amine group (-NH 2 ) capable of chemically absorbing carbon dioxide and regenerating by heating in a method of removing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid. Amino acid, amine group and carboxyl group-containing amino acid mimetics or alkali metal salts thereof; And a first step of preparing a water-based carbon dioxide absorbing liquid containing a transition metal oxide that provides an acid point and contains a transition metal that is not coordinated therewith. And a second step of removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with the carbon dioxide absorbing liquid of the first step.

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

아미노산은 아민기(-NH2)와 카복시(-COOH)기를 모두 가진 분자를 지칭하며, 일반적으로는 두 작용기가 하나의 탄소에 붙어있는 알파-아미노산(HOOC-CH(R)-NH2)을 일컫는다.Amino acid refers to a molecule having both an amine group (-NH 2 ) and a carboxy (-COOH) group, and in general, an alpha-amino acid (HOOC-CH(R)-NH 2 ) in which two functional groups are attached to one carbon. It is called.

아미노산 염(예, 염산염, 금속염)뿐만아니라 아민기 및 카르복실기를 함유하는 아미노산 모방체(예, sarcosine)는 본 발명에서 적용되는 아미노산의 균등범주에 속한다. Amino acid salts (eg, hydrochloride, metal salt) as well as amino acid mimetics containing amine and carboxyl groups (eg, sarcosine) belong to the homogeneous category of amino acids applied in the present invention.

아미노산은 알칸올 아민과 같이 산성가스와 반응할 수 있는 아미노기를 가지고 있어서 아미노기에 의해 이산화탄소를 선택적으로 흡수 제거할 수 있다. 하지만 아미노산 수용액은 pH 5∼6으로 산 또는 알칼리로 작용할 수 있는 양쪽성 성질을 가진 Zwitterion 형태로 존재한다. 즉, 아미노산은 수용액상에서 산성을 띠는 카르복실기에 함유되어 있는 수소이온을 염기성의 아미노기에 제공하여 양자화되어 있기 때문에 이산화탄소와 직접적으로 반응할 수 없다. Amino acids have amino groups that can react with acidic gases like alkanol amines, so carbon dioxide can be selectively absorbed and removed by amino groups. However, the aqueous amino acid solution exists in the form of Zwitterion, which has amphoteric properties that can act as acids or alkalis at pH 5-6. That is, since amino acids are protonated by providing hydrogen ions contained in acidic carboxyl groups in aqueous solutions to basic amino groups, they cannot react directly with carbon dioxide.

예컨대, 글리신(HOOC-CH2-NH2)의 경우, 수용액 상에서 카르복실기(-COOH)의 H+이온을 아미노기(NH2)에 제공하면서 카르복실레이트(COO-)이온 형태로 존재하고, 아미노기는 H+이온을 더하여 암모늄이온인 NH3 +의 형태로 '-'와 '+'의 성질을 동시에 지니게 된다. 따라서, 글리신 수용액 자체로는 이산화탄소 흡수에 관여하는 아미노기가 암모늄이온 형태로 전환되어 이산화탄소와 직접적인 화학반응을 유도할 수 없다. 그러나, 식 (1)과 같이 양쪽성을 띠는 글리신에 수산화알칼리금속(MOH)을 등몰로 함침시키면, 짝염기 형태인 카르복실기가 Na+을 비롯한 금속이온으로 치환되고, OH-가 짝산형태의 암모늄이온으로부터 양성자(H+)를 공여받아 탈수소화 됨으로써 아미노기가 활성화된 글리신염(MOOC-CH2-NH2)으로 변환된다. 글리신염의 이산화탄소 흡수메카니즘은 널리 알려진 알칸올 아민과 동일하며, 식 (2)와 같이 활성화된 아미노기가 CO2와 반응하여 carbamate(-RNHCOO-)와 글리신염 이온(RNH3 +)을 생성하게 된다.For example, glycine (HOOC-CH 2 -NH 2) of the case, while providing H + ions of the carboxyl group (-COOH) to the amino group (NH 2) in an aqueous solution carboxylate (COO -) present in ionic form, and the amino group By adding H + ions, it has the properties of'-'and'+' in the form of ammonium ion, NH 3 + . Therefore, the glycine aqueous solution itself cannot induce a direct chemical reaction with carbon dioxide because amino groups involved in carbon dioxide absorption are converted into ammonium ions. However, when an alkali metal hydroxide (MOH) is impregnated with an amphoteric glycine as shown in Formula (1) in an equimolar amount, the carboxyl group in the conjugate base form is substituted with metal ions including Na + , and OH - is an ammonium ion in the conjugate acid form. By donating a proton (H + ) from and being dehydrogenated, the amino group is converted into an activated glycine salt (MOOC-CH 2 -NH 2 ). Glycine salt carbon dioxide absorbing mechanism is the same as the well-known alkanolamine, and formula (2) is an active group such as a carbamate by reaction with CO 2 (-RNHCOO -) is generated and the glycidyl nephritis ion (RNH 3 +).

-OOC-CH2-NH3 + + MOH → MOOC-CH2-NH2 + H2O - OOC-CH 2 -NH 3 + + MOH → MOOC-CH 2 -NH 2 + H 2 O

[M=Na, Li, K] (1)[M=Na, Li, K] (1)

2 RNH2 + CO2 → RNHCOO- + RNH3 + 2 RNH 2 + CO 2 → RNHCOO - + RNH 3 +

[R=CH2COOM] (2)[R=CH 2 COOM] (2)

아미노산 함유 수용액에 알칼리금속을 첨가하면, 알칼리금속은 양성자가 유실된 카르복실기에 치환되고, 알칼리금속의 OH-와 암모늄이온의 H+이 결합함으로써 이산화탄소 흡수에 관여하는 아미노기 작용기를 생성시킬 수 있다. 이는 알칼리금속의 종류와는 상관없이 알칼리 양이온 공급으로부터 -NH3 +가 -NH2로 활성화될 수 있다. 따라서, 수용액 내 아미노산 또는 아미노산 모방체에서 -NH3 +가 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)의 비제한적이 예로는 NaOH, LiOH, KOH 등이 있다. When an alkali metal is added to the amino acid-containing aqueous solution, the alkali metal is substituted with the carboxyl group from which a proton is lost, and the OH of the alkali metal and H + of the ammonium ion are bonded to each other, thereby generating an amino functional group involved in carbon dioxide absorption. It is possible to activate -NH 3 + to -NH 2 from an alkali cation supply regardless of the type of alkali metal. Accordingly, non-limiting examples of alkali metal hydroxide (MOH) capable of activating -NH 3 + into -NH 2 in an amino acid or amino acid mimic in an aqueous solution include NaOH, LiOH, KOH, and the like.

아미노산 염의 중요한 특징은 빠른 반응 속도, 높게 달성가능한 순환적 로딩(cyclic loading), 고도로 독성인 질소 산화물 형성을 회피하는 산소에 대한 우수한 안정성, 및 유리한 결합 에너지이다. 또한, 아미노산 내 카르복실레이트 작용기의 존재는 수산화 칼륨 또는 수산화 리튬과의 염 기능(salt function)의 가능성을 추가하며 액상 흡수제가 스트리퍼(stripper) 에서 사용될 때 아미노산 염의 비 휘발성을 보장한다.Important features of amino acid salts are fast reaction rates, highly achievable cyclic loading, good stability to oxygen to avoid formation of highly toxic nitrogen oxides, and advantageous binding energy. In addition, the presence of carboxylate functional groups in the amino acid adds the possibility of a salt function with potassium hydroxide or lithium hydroxide and ensures the non-volatility of the amino acid salt when a liquid absorbent is used in a stripper.

이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법을, 산업공정에서 배출되는 고농도의 이산화탄소 제어기술 중, 연소 후 포집(post-combustion)에 사용되기 위해서는 이산화탄소 흡수 용량 뿐만아니라 이산화탄소 흡수 속도도 중요하다.A method of removing carbon dioxide from carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid. Among the high-concentration carbon dioxide control technologies emitted from industrial processes, in order to be used for post-combustion, it absorbs carbon dioxide as well as carbon dioxide absorption capacity. Speed is also important.

따라서, 본 발명은 아미노산 염을 산업공정에서 배출되는 고농도의 이산화탄소를 제거하는데 사용하고자 수용액상에서 아미노산 염의 CO2 흡수 속도를 향상시키기 위해 전이금속 산화물을 촉매로 사용하는 것이 특징이다.Accordingly, the present invention is characterized by using a transition metal oxide as a catalyst to improve the CO 2 absorption rate of the amino acid salt in an aqueous solution in order to use the amino acid salt to remove high concentration carbon dioxide discharged from an industrial process.

금속 산화물은 아미노산 염의 CO2 흡수 속도를 향상시키기 위해 사용된 바 없다.Metal oxides have not been used to improve the rate of CO 2 absorption of amino acid salts.

라이신(화학식 1)은 아민기를 2개 가지고 있으며, 다른 아미노산에 비해 CO2 흡수 용량이 우수하나 CO2 흡수 속도가 느리다.Lysine (Chemical Formula 1) has two amine groups, and has superior CO 2 absorption capacity compared to other amino acids, but has a slow CO 2 absorption rate.

Figure 112019042741732-pat00001
Figure 112019042741732-pat00001

아민기가 하나 존재하는 아미노산은 상기 식 (2)에서와 같이, 이산화탄소 분자와 반응할 때 단위 몰당 흡수 가능한 CO2의 화학양론적 몰수가 0.5를 넘지 못한다. 그러나, 라이신은 아민기가 두 개가 존재하게 되어 수용액 상에 이산화탄소와 반응할 때, 아민기 하나가 존재하는 다른 아미노산에 비해 반응할 수 있는 작용기가 많이 존재하는 바, 단위 몰당 흡수 가능한 CO2의 화학양론적 몰수가 0.5 이상으로 반응이 진행될 수 있다. 그 결과 라이신은 아민기 하나가 존재하는 다른 아미노산에 비해 이산화탄소 흡수 용량이 우수하다. 따라서 라이신 이산화탄소 흡수용 조성물을 사용하는 경우, 고가인 흡수제의 다량소모를 막아 경제적일 수 있다.An amino acid having one amine group does not have a stoichiometric number of moles of CO 2 that can be absorbed per unit mole when reacting with a carbon dioxide molecule as shown in Formula (2) above. However, when lysine has two amine groups and reacts with carbon dioxide in an aqueous solution, there are many more functional groups that can react than other amino acids in which one amine group is present, so the stoichiometric amount of CO 2 that can be absorbed per unit mole The reaction may proceed with a theoretical mole number of 0.5 or more. As a result, lysine has superior carbon dioxide absorption capacity compared to other amino acids in which one amine group is present. Therefore, when a composition for absorbing lysine carbon dioxide is used, it can be economical by preventing the consumption of a large amount of an expensive absorbent.

본 발명자들은 VLE (Vapour-Liquid Equilibrium) 실험을 사용하여, 첫 번째 행(4주기) 전이 금속의 산화물이 수용액에서 라이신 칼륨염의 CO2 흡수 속도면에서 촉매 역할을 한다는 것을 발견하였다. 최고의 효율은 CuO에서 관찰되었으며, 이의 재활용 가능성은 XRD 및 FT-IR 분광법으로 확인하였다. Using VLE (Vapour-Liquid Equilibrium) experiments, the present inventors discovered that the oxide of the first row (cycle 4) transition metal plays a catalytic role in terms of the CO 2 absorption rate of the lysine potassium salt in the aqueous solution. The highest efficiency was observed with CuO and its recyclability was confirmed by XRD and FT-IR spectroscopy.

또한, CO2 흡수 효율에서 금속 산화물에 대한 NMR 연구를 토대로 가능한 작용기전적 경로가 하기 반응식 1과 같이 제안될 수 있다.In addition, a possible functional pathway based on NMR studies on metal oxides in CO 2 absorption efficiency can be proposed as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019042741732-pat00002
Figure 112019042741732-pat00002

주기율표 첫 번째 행(4주기)의 전이금속 산화물의 촉매 활성은 금속 산화물 표면상의 결함 부위에 따라 다르다. 금속 산화물 표면이 물에 노출되면, 반응 후 브뢴스테드 산으로 작용할 수 있는 금속 수산화물이 생성된다. 금속 산화물의 불포화된 배위 환경에서 유래된 루이스 산도(Lewis acidity)의 추가적인 존재로 인해, 금속 산화물이 아미노산 염 흡수액에서 CO2 흡수 속도를 향상시키는데 적합할 수 있다. The catalytic activity of the transition metal oxide in the first row (cycle 4) of the periodic table depends on the defect sites on the metal oxide surface. When the surface of the metal oxide is exposed to water, a metal hydroxide is produced that can act as a Bronsted acid after the reaction. Due to the additional presence of Lewis acidity derived from the unsaturated coordination environment of the metal oxide, the metal oxide may be suitable for improving the rate of CO 2 absorption in the amino acid salt absorption liquid.

따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수용 조성물은 Therefore, the composition for absorbing carbon dioxide according to the present invention

이산화탄소 흡수제로, 수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 As a carbon dioxide absorbent, an amino acid, an amine group and a carboxyl group-containing amino acid mimetic or an alkali metal salt thereof providing an amine group (-NH 2 ) that can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and can be regenerated by heating; And

이산화탄소 흡수 촉매로, 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물As a carbon dioxide absorption catalyst, a transition metal oxide that contains a transition metal that does not coordinate with a carbon dioxide absorbent and provides an acid point

을 함유한다.Contains.

본 발명에 따른 이산화탄소 흡수용 조성물은 수용액에서 아미노산 또는 아미노산 모방체의 -NH3 +를 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액은 pH가 10 이상인 강한 염기성 수용액 일 수 있다. 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액이 염기성 수용액인 경우, 기액접촉시 화학 흡수법에 의해 물내 CO2 흡수 효율을 높일 수 있다.The composition for absorbing carbon dioxide according to the present invention may further include an alkali metal hydroxide (MOH) capable of activating -NH 3 + of an amino acid or amino acid mimic with -NH 2 in an aqueous solution. Therefore, the carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention may be a strong basic aqueous solution having a pH of 10 or more. When the carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention is a basic aqueous solution, the absorption efficiency of CO 2 in water can be improved by a chemical absorption method during gas-liquid contact.

CO2 흡수 용량을 높이기 위해, 아미노산 또는 아미노산 모방체는 라이신과 같이 2개 이상의 아민기를 가진 것일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수용 조성물은 이산화탄소 흡수제로 라이신 또는 이의 알킬리금속염 및 이산화탄소 흡수 촉매로 CuO를 함유할 수 있다. CuO은 다른 금속 산화물에 비해 루이스 산점 지수가 높으므로, 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소의 반응 속도를 현저히 증가시킬 수 있다. 실험을 통해, 다른 금속산화물에 비해 가장 좋은 이산화탄소 흡수 속도는 CuO에서 관찰되었다(도 3). In order to increase the CO 2 absorption capacity, the amino acid or amino acid mimetic may be one having two or more amine groups, such as lysine. Accordingly, the composition for absorbing carbon dioxide according to the present invention may contain lysine or an alkyl li metal salt thereof as a carbon dioxide absorbent and CuO as a carbon dioxide absorption catalyst. Since CuO has a higher Lewis acid point index than other metal oxides, the reaction rate between the carbon dioxide absorbent and the carbon dioxide can be significantly increased. Through the experiment, the best carbon dioxide absorption rate compared to other metal oxides was observed in CuO (FIG. 3).

또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액 제조방법은In addition, the carbon dioxide absorbing liquid manufacturing method according to the present invention

수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 상기 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염을 이산화탄소 흡수제로 선택하는 a단계;A step of selecting an amino acid that can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and provides an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, an amino acid mimetic containing the amine group and carboxyl group, or an alkali metal salt thereof as a carbon dioxide absorbent;

a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제를 함유하는 수용액 조건에서 a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 이산화탄소 흡수 촉매로 선택하는 b단계; 및a step b of selecting a transition metal oxide containing a transition metal that does not coordinate with the carbon dioxide absorbent selected in step a and provides an acid point as a carbon dioxide absorption catalyst under the condition of an aqueous solution containing the carbon dioxide absorbent selected in step a; And

a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제; 및 b단계에서 선택된 이산화탄소 흡수 촉매를 물에 첨가하여 이산화탄소 흡수액을 제조하는 c단계를 포함한다.a carbon dioxide absorbent selected in step a; And step c of preparing a carbon dioxide absorption liquid by adding the carbon dioxide absorption catalyst selected in step b to water.

이때, b단계는 주기율표 4주기 전이금속의 산화물에서 스크리닝하여 이산화탄소 흡수 촉매를 선택할 수 있다.At this time, step b may select a carbon dioxide absorption catalyst by screening from oxides of transition metals in period 4 of the periodic table.

또한, b단계는 CuO, Fe2O3, NiO 및 MnO2로 구성된 군에서 이산화탄소 흡수 촉매를 선택할 수 있다.In addition, step b may select a carbon dioxide absorption catalyst from the group consisting of CuO, Fe 2 O 3 , NiO and MnO 2 .

나아가, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액 제조방법은 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도에 따른 이산화탄소 흡수액의 이산화탄소 흡수 속도를 측정하여 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도를 선택하는 b-1단계를 더 추가할 수 있다.Further, the carbon dioxide absorbing solution manufacturing method according to the present invention further adds a step b-1 of selecting the concentration of the transition metal oxide selected in step b by measuring the carbon dioxide absorption rate of the carbon dioxide absorbing solution according to the concentration of the transition metal oxide selected in step b. can do.

또는, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액 제조방법은 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도에 따른 이산화탄소 흡수액의 점도 변화를 측정하여 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도를 선택하는 b-2단계를 더 추가할 수 있다.Alternatively, the method for preparing a carbon dioxide absorbing solution according to the present invention further adds a step b-2 of selecting the concentration of the transition metal oxide selected in step b by measuring the change in viscosity of the carbon dioxide absorbing solution according to the concentration of the transition metal oxide selected in step b. I can.

본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액은 0.5 내지 2M 의 이산화탄소 흡수제; 및 0.05 내지 0.5M 의 이산화탄소 흡수 촉매를 함유하는 수용액일 수 있다.The carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention includes a carbon dioxide absorbing agent of 0.5 to 2M; And it may be an aqueous solution containing a carbon dioxide absorption catalyst of 0.05 to 0.5M.

본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액에서 이산화탄소 흡수제는 구체적으로는 0.7 내지 1.5 M일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.8 내지 1.2 M일 수 있다. 수용액 내 이산화탄소 흡수제의 농도가 0.5 M 미만인 경우, 아미노산의 농도가 지나치게 낮으므로 이산화탄소 흡수율 및 용량이 떨어지는 문제점이 있을 수 있으며 2 M을 초과하는 경우 지나치게 수용액의 점도를 증가시켜 이산화탄소가 확산되어 흡수제와 반응하는데 어려움이 있을 수 있다. 실험에서 라이신 농도가 1.0 M까지 증가함에 따라 이산화탄소 흡수율이 증가하였으나, 1.0 M을 초과하는 경우 오히려 흡수율이 떨어짐을 확인하였으며, 라이신 1.0 M일 때, CuO가 없는 경우 약 2.3 kPa/s의 흡수 속도를 나타냄과 0.3 M의 CuO를 첨가한 경우 0.32 kPa/s에 달하는 이산화탄소 흡수 속도가 나타남을 확인하였다(도 2 및 도 4).In the carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention, the carbon dioxide absorbent may be specifically 0.7 to 1.5 M, and more specifically 0.8 to 1.2 M. If the concentration of the carbon dioxide absorbent in the aqueous solution is less than 0.5 M, the concentration of the amino acid is too low, so there may be a problem that the carbon dioxide absorption rate and capacity decrease. If it exceeds 2 M, the viscosity of the aqueous solution is excessively increased and the carbon dioxide diffuses and reacts with the absorbent. You may have difficulty doing it. In the experiment, as the concentration of lysine increased to 1.0 M, the carbon dioxide absorption rate increased, but when it exceeded 1.0 M, it was confirmed that the absorption rate decreased. When the lysine concentration was 1.0 M, the absorption rate of about 2.3 kPa/s was increased in the absence of CuO. It was confirmed that the carbon dioxide absorption rate of 0.32 kPa/s appeared when 0.3 M of CuO was added (FIGS. 2 and 4).

본 발명의 이산화탄소 흡수용 조성물에 있어서, 상기 금속 산화물 촉매의 농도는 0.05 내지 0.5 M일 수 있다. 구체적으로는 0.1 내지 0.5 M일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.2 내지 0.4 M일 수 있다. 금속 산화물 촉매의 농도가 0.05 M 미만일 경우, 금속 산화물의 역할이 미미하여 이산화탄소 흡수 속도 증가가 크지 않을 수 있으며, 0.5 M을 초과하는 경우 지나치게 흡수제의 점도가 증가하게 되어, 이산화탄소가 금속 산화물의 활성 부위에 도달하기 위해 확산되는 것이 어려울 수 있어 이산화탄소 흡수 속도가 떨어질 수 있다. 실험에서 CuO 농도가 0.3 M까지 증가함에 따라 이산화탄소 흡수율이 증가하였으나, 0.3 M을 초과하는 경우 오히려 흡수율이 떨어짐을 확인하였으며, 1.0 M 라이신 및 0.3 M의 CuO를 첨가한 경우, 0.32 kPa/s에 달하는 이산화탄소 흡수 속도를 확인하였다(도 4).In the composition for absorbing carbon dioxide of the present invention, the concentration of the metal oxide catalyst may be 0.05 to 0.5 M. Specifically, it may be 0.1 to 0.5 M, and more specifically, it may be 0.2 to 0.4 M. If the concentration of the metal oxide catalyst is less than 0.05 M, the role of the metal oxide may be insignificant and the increase in the carbon dioxide absorption rate may not be large. If the concentration of the metal oxide catalyst exceeds 0.5 M, the viscosity of the absorbent is excessively increased, so that carbon dioxide is added to the active site of the metal oxide. It can be difficult to diffuse to reach, which can reduce the rate of carbon dioxide absorption. In the experiment, as the CuO concentration increased to 0.3 M, the carbon dioxide absorption rate increased, but when it exceeded 0.3 M, it was confirmed that the absorption rate decreased. When 1.0 M lysine and 0.3 M CuO were added, the absorption rate reached 0.32 kPa/s. The carbon dioxide absorption rate was confirmed (FIG. 4).

나아가, 본 발명에 따라 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법은,Furthermore, according to the present invention, a method of removing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid,

이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 이와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유하는 물 기반의 이산화탄소 흡수액을 준비하는 제1단계; 및An amino acid that can chemically absorb carbon dioxide and provides an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, an amino acid mimetic containing an amine group and a carboxyl group, or an alkali metal salt thereof; And a first step of preparing a water-based carbon dioxide absorbing liquid containing a transition metal oxide that provides an acid point and contains a transition metal that is not coordinated therewith. And

제1단계의 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 제2단계를 포함한다.And a second step of removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with the carbon dioxide absorbing liquid in the first step.

제1단계의 이산화탄소 흡수액은 전술한 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액 제조방법에 의해 준비될 수 있고, 전술한 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수용 조성물일 수 있다.The carbon dioxide absorbing liquid in the first step may be prepared by the method for preparing the carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention described above, and may be a composition for absorbing carbon dioxide according to the present invention.

본 발명에 따라 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법은 도 8의 모식도에 도시된 바와 같이 기액접촉모듈을 가지는 스크러버(scrubber)와 같은 이산화탄소 제거장치에서 수행될 수 있으며, 기-액 접촉을 통해 배가스로부터 이산화탄소를 흡수액으로 화학적 흡수시킬 수 있다.The method of removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with the carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention may be performed in a carbon dioxide removal apparatus such as a scrubber having a gas-liquid contact module as shown in the schematic diagram of FIG. In addition, through gas-liquid contact, carbon dioxide can be chemically absorbed from the exhaust gas into the absorption liquid.

본 발명에 따라 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법은, 제2단계에서 화학흡수를 통해 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 흡수액으로부터 가열을 통해 이산화탄소를 탈거하여 이산화탄소 흡수액을 재생하는 제3단계를 더 포함하고, 재생된 이산화탄소 흡수액을 제2단계에 재사용할 수 있다.The method of removing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention is in which carbon dioxide is removed through heating from the carbon dioxide absorbing liquid that has absorbed carbon dioxide through chemical absorption in the second step to regenerate the carbon dioxide absorbing liquid. The third step may be further included, and the recycled carbon dioxide absorbing liquid may be reused in the second step.

기존의 이산화탄소 흡수제는 이산화탄소와의 강한 결합력으로 재생시 많은 에너지가 요구되어 재생이 매우 어려웠으나, 촉매는 정방향의 반응속도 뿐만아니라 역방향의 반응속도도 향상시키므로, 이산화탄소 흡수액의 재생시 이에 함유되어 있는 이산화탄소 흡수 촉매(MOx)에 의해 가열 시 이산화탄소 탈거 속도도 향상시킬 수 있다.Existing carbon dioxide absorbents are very difficult to regenerate because they require a lot of energy during regeneration due to their strong binding force with carbon dioxide, but the catalyst improves not only the reaction speed in the forward direction but also the reaction speed in the reverse direction. When heated by the absorption catalyst (MO x ), the carbon dioxide removal rate can also be improved.

예컨대, 본 발명에 따라 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법은 흡수탑에 이산화탄소 흡수액 및 이산화탄소 함유 배가스를 각각 공급하되, 기액접촉모듈에서 흡수액으로 이산화탄소 함유 배가스 중의 이산화탄소를 흡수하고, 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액 및 이산화탄소가 제거된 배가스를 각각 배출하고; 흡수탑으로부터 배출된 이산화탄소 함유 흡수액을 재생탑에서 가열에 의해 이산화탄소를 기화시키고, 기상의 이산화탄소 및 흡수액을 각각 배출하여 흡수액을 재생할 수 있다.For example, in the method of removing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid according to the present invention, a carbon dioxide absorbing liquid and a carbon dioxide-containing exhaust gas are respectively supplied to an absorption tower, and carbon dioxide in the carbon dioxide-containing exhaust gas is supplied as an absorbent in the gas-liquid contact module. Absorbing and discharging the carbon dioxide-containing absorbent liquid and the exhaust gas from which the carbon dioxide has been removed, respectively; The carbon dioxide-containing absorbent liquid discharged from the absorption tower is heated in a regeneration tower to evaporate carbon dioxide, and the gaseous carbon dioxide and the absorbent liquid are respectively discharged to regenerate the absorbent liquid.

나아가, 금속 산화물 촉매 자체도 재사용 가능하다. 이산화탄소 흡수 반응을 수행한 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수액에서 전이금속 산화물을 필터로 여과시킨 후 진공하 60 내지 80℃의 열을 가하여 재사용할 수 있다(도 5). Furthermore, the metal oxide catalyst itself can also be reused. In the carbon dioxide absorption liquid according to the present invention in which the carbon dioxide absorption reaction has been performed, the transition metal oxide can be filtered through a filter and then reused by applying heat of 60 to 80°C under vacuum (FIG. 5).

본 발명의 이산화탄소 흡수액에서, 아미노산은 독성이 없고 친환경적이며, 알칸올아민류 흡수제보다 상대적으로 증기압이 낮기 때문에 휘발성이 낮아 산업시설에 적용할 때 높은 온도를 필요로 하는 탈거반응에서 흡수제의 손실을 줄일 수 있고, 금속 산화물 촉매로 인해 이산화탄소 흡수 속도를 증가시킬 수 있으므로 고효율로 이산화탄소를 제거할 수 있다. 특히, 본 발명은 아미노산이 라이신인 경우, 고용량으로 이산화탄소를 흡수할 수 있어 고가인 아미노산 흡수제 사용량을 줄일 수 있는 경제성을 제공할 수 있다.In the carbon dioxide absorbing liquid of the present invention, amino acids are non-toxic and environmentally friendly, and since the vapor pressure is relatively lower than that of alkanolamine absorbents, the volatility is low, so that the loss of the absorbent can be reduced in the stripping reaction that requires a high temperature when applied to industrial facilities. In addition, since the carbon dioxide absorption rate can be increased due to the metal oxide catalyst, carbon dioxide can be removed with high efficiency. In particular, in the present invention, when the amino acid is lysine, carbon dioxide can be absorbed at a high dose, thereby providing an economy that can reduce the amount of expensive amino acid absorbent used.

도 1은, 이산화탄소 흡수 속도에 대한 알라닌, 프롤린 및 라이신의 VLE 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 이산화탄소 흡수 속도에 대한 농도를 달리한 라이신의 VLE 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 이산화탄소 흡수 속도에 대한 금속 산화물에 따른 VLE 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 다양한 농도의 CuO에 대한 이산화탄소 흡수 속도를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 사용하지 않은 CuO와 반응후 회수된 CuO의 XRD 패턴 비교를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 사용하지 않은 CuO와 반응후 회수된 CuO의 FT-IR 스펙트럼 비교를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 라이신염, 수산화칼륨에 용해된 라이신염, 이산화탄소를 흡수한 라이신 칼륨염 용액 및 라이신 칼륨염을 갖는 금속 산화물에 대해 NMR 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8에서 스크러버(scrubber)에서 기-액 접촉을 통해 배가스로부터 이산화탄소를 흡수액으로 화학적 흡수하는 것을 보여주는 모식도이다.
1 is a graph showing VLE experimental data of alanine, proline, and lysine on carbon dioxide absorption rate.
2 is a graph showing VLE data of lysine with different concentrations for carbon dioxide absorption rate.
Figure 3 is a metal versus carbon dioxide absorption rate It is a graph showing VLE experimental data according to oxide.
4 is a graph showing carbon dioxide absorption rates for various concentrations of CuO.
5 is a graph showing a comparison of the XRD pattern of CuO that is not used and CuO recovered after the reaction.
6 is a graph showing a comparison of FT-IR spectra of unused CuO and CuO recovered after reaction.
FIG. 7 is a graph showing NMR spectra of a lysine salt, a lysine salt dissolved in potassium hydroxide, a lysine potassium salt solution absorbing carbon dioxide, and a metal oxide having a lysine potassium salt.
8 is a schematic diagram showing that the scrubber chemically absorbs carbon dioxide from the exhaust gas into the absorbing liquid through gas-liquid contact.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

재료 및 측정Materials and measurements

구입한 모든 화합물은 분석등급이었으며, 더 이상 정제없이 사용하였다. 금속 산화물 및 아미노산(알라닌, 프롤린 및 라이신)은 Aldrich사에서 구입하였으며 라이신 염산 염(Lysine monohydrochloride salt)은 현지 회사에서 구입하였다. 구입한 모든 화학 물질은 정제 없이 사용하였다. All purchased compounds were of analytical grade and were used without further purification. Metal oxides and amino acids (alanine, proline, and lysine) were purchased from Aldrich, and lysine monohydrochloride salt was purchased from a local company. All purchased chemicals were used without purification.

FT-IR 스펙트럼은 Varian 640-IR FT-IR 분광기를 사용하여 ATR 방법을 사용하여 기록하였다. 1H NMR 및 13C NMR은 각각 Varian 300 MHz 및 Varian 125 MHz 기기에서 기록되었다.FT-IR spectra were recorded using the ATR method using a Varian 640-IR FT-IR spectrometer. 1 H NMR and 13 C NMR were recorded on Varian 300 MHz and Varian 125 MHz instruments, respectively.

pH 측정 : 상온에서 CO2 흡수 전후의 모든 샘플에 대해 pH를 측정하였다. pH measurement : pH was measured for all samples before and after CO 2 absorption at room temperature.

기 - 액 평형 연구 (Vapour-Liquid Equilibrium studies) : VLE 시스템은 가스 저장소, 반응기, 온도 센서, 압력 게이지, 펌프 및 실시간 레코더로 구성되어 있다. 총 반응기 부피는 300 mL이었다. 반응기에 아민 산 용액 100mL 및 촉매를 가하고 300rpm으로 자기 교반하여 흡수제와 CO2의 반응을 수행하였다. CO2를 반응기에 도입하기 전에, 반응 혼합물을 실온에서 진공 펌프를 사용하여 배기시켰다. 반응 혼합물을 예열하고 목적하는 온도, 40 ℃에서 반응을 수행하기 위해 수욕(water bath)을 구성하였다. 흡수 시험은 저장조와 반응기 사이의 연결 밸브를 열고 일정한 압력에서 이산화탄소를 주입하면서 수행하였다. 반응 과정 동안, 반응기 내의 압력은 CO2 흡수의 함수로서 감소하였다. Gas-liquid equilibrium studies (Vapour-Liquid Equilibrium studies): VLE system consists of a gas reservoir, reactor, temperature sensors, pressure gauges, pumps, and real-time recorder. The total reactor volume was 300 mL. 100 mL of an amine acid solution and a catalyst were added to the reactor, and magnetically stirred at 300 rpm to perform a reaction between the absorbent and CO 2 . Before introducing the CO 2 into the reactor, the reaction mixture was evacuated using a vacuum pump at room temperature. The reaction mixture was preheated and a water bath was formed to carry out the reaction at the desired temperature, 40°C. The absorption test was performed while opening the connection valve between the reservoir and the reactor and injecting carbon dioxide at a constant pressure. During the course of the reaction, the pressure in the reactor decreased as a function of CO 2 absorption.

실시예Example 1: 아미노산과 CO 1: amino acids and CO 22 반응 reaction

먼저, 알라닌, 프롤린 및 라이신의 아미노산 염 0.2 M를 VLE에서 스크리닝 하였다. 아미노산 흡수액은 KOH 및 각각의 아미노산으로부터 제조하였다. 아미노산과 KOH를 실온에서 물에 용해시키고, 함께 혼합하여 적절한 수용액을 제조하였다. VLE 실험에서, 일정한 압력으로 CO2를 주입한 후 40 ℃에서 CO2 흡수 속도(absorption rate)를 계산하였다. CO2 압력의 변화는 흡수액에 따라 다르다. 초기 CO2 흡수 속도는 선형 적합 방정식으로부터 계산되었다. 아미노산 칼륨 염 1.0M에 대한 흡수 속도는 도 1에 도시되어 있다. 이산화탄소 흡수 속도(absorption rate)의 순서는 프롤린> 알라닌> 라이신이며, 이 순서는 선행 문헌의 값과 비슷하다. 도 1은 프롤린 및 알라닌 흡수 속도(absorption rate)가 라이신의 흡수 속도보다 높다는 것을 보여준다.First, 0.2 M amino acid salts of alanine, proline and lysine were screened in VLE. Amino acid absorption liquid was prepared from KOH and each amino acid. Amino acids and KOH were dissolved in water at room temperature and mixed together to prepare an appropriate aqueous solution. In VLE experiments, after injecting CO 2 at a constant pressure and calculated the CO 2 absorption rate (absorption rate) in 40 ℃. The change in CO 2 pressure depends on the absorbent liquid. The initial CO 2 absorption rate was calculated from the linear fit equation. The absorption rate for the amino acid potassium salt 1.0M is shown in Figure 1. The order of the carbon dioxide absorption rate is proline>alanine> lysine, and this order is similar to the value of previous literature. Figure 1 shows that the absorption rate of proline and alanine is higher than that of lysine.

다음으로, 라이신 칼륨 염을 다른 농도로 스크리닝하였다. CO2 흡수속도의 변화는 도 2에 도시되어 있다. 농도가 1.0M을 초과하면 흡수 성능이 0.5M 및 1.0M 경우 보다 작았다. 고 농도의 라이신이 용액의 점도를 변화시킨 결과일 수 있다. 또한, 아미노산 농도가 더 높아지면 아미노산이 침전된다. 따라서, 추가 연구를 위해 1.0M의 라이신 염 용액을 선택하였다. 산업적 규모로 사용하기 위해 라이신보다 저렴한 라이신 염산염(lysine monohydrochloride) 용액을 라이신 대신 사용하였다. 라이신 염산염의 CO2 흡수 성능은 라이신과 거의 유사하다.Next, the lysine potassium salt was screened at different concentrations. The change in CO 2 absorption rate is shown in FIG. 2. When the concentration exceeded 1.0M, the absorption performance was smaller than that of 0.5M and 1.0M. The high concentration of lysine may be the result of changing the viscosity of the solution. Also, when the amino acid concentration is higher, amino acids are precipitated. Therefore, 1.0M lysine salt solution was selected for further study. For use on an industrial scale, a solution of lysine monohydrochloride, which is cheaper than lysine, was used instead of lysine. The CO 2 absorption performance of lysine hydrochloride is almost similar to that of lysine.

실시예Example 2: 금속산화물 역할 2: role of metal oxide

라이신 염 1.0 M에, 첫 번째 행(4주기)의 전이 금속 산화물 0.2 M을 첨가하였고, 40 ℃에서 이들의 흡수 증대 성능을 스크리닝하였다. 초기 흡수 속도는 500 초 동안 측정된 결과인 도 3 좌측도로부터 선형 적합 방정식(linear fit equation)을 사용하여 계산하였다. 스크리닝된 금속 산화물에 대한 계산된 CO2 흡수 속도는 도 3(우측도)에 도시하였다. 1.0 M 라이신 칼륨 염 용액은 CO2 흡수 속도가 0.199kPa / s이다. 상기 라이신 용액에 MnO2 (0.2M)를 첨가한 결과, CO2 흡수가 0.199 kPa / s에서 0.230 kPa / s로 향상되었다. 이 결과는 고 농도의 아미노산 염 용액에서도 불균일 촉매의 첨가가 CO2 흡수를 향상시킬 수 있다는 것을 명확하게 나타낸다. 또한, 라이신 칼륨 염의 흡수 동력학을 향상시킴으로써, 금속 산화물과 결합된 라이신 염 흡수액을 산업 공정에서 성공적으로 사용될 수 있음을 시사한다. 다음으로, CO2 흡수 강화 측면에서 다른 4주기 전이금속의 산화물을 스크리닝하였고 그 결과를 도 3(우측도)에 나타내었다. Fe2O3 및 NiO의 효과는 MnO2와 유사하지만, 이러한 금속 산화물 효율은 MnO2보다 우수하다. 1.0 M의 라이신 흡수제에서 가장 좋은 이산화탄소 흡수율이 CuO에서 관찰되었다(도 3의 우측도). 스크리닝된 금속 산화물 중 Cr2O3는 금속 중심(metal center)과 결합하는 아미노산으로 인해 발생할 수 있는 부정적인 흡수 효과를 나타낸다. 이는 흡수액의 색상이 갈색에서 암갈색으로 변하기 때문에 흡수액에 Cr2O3가 용해(dissolution)된 것에 의해 뒷받침된다. 금속 산화물에 대한 CO2 흡수 효율의 변화는 각 산화물의 Lewis 및 Bronsted 산점에서 비롯된다. 금속 산화물의 산점은 피리딘 FT-IR을 사용하여 계산되었다. 가장 높은 활성 부위를 갖는 금속 산화물, 예컨대 CuO가 최고의 CO2 흡수 효율을 제공하였다.To 1.0 M of lysine salt, 0.2 M of transition metal oxide of the first row (cycle 4) was added, and their absorption enhancing performance was screened at 40°C. The initial absorption rate was calculated using a linear fit equation from the left view of FIG. 3, which is a result measured for 500 seconds. The calculated CO 2 absorption rate for the screened metal oxide is shown in Figure 3 (right view). 1.0 M lysine potassium salt solution has a CO 2 absorption rate of 0.199 kPa/s. As a result of adding MnO 2 (0.2M) to the lysine solution, CO 2 absorption was improved from 0.199 kPa / s to 0.230 kPa / s. This result clearly shows that the addition of a heterogeneous catalyst can improve CO 2 absorption even in a high concentration amino acid salt solution. In addition, by improving the absorption kinetics of the lysine potassium salt, it is suggested that the lysine salt absorption liquid combined with the metal oxide can be successfully used in industrial processes. Next, in terms of enhancing CO 2 absorption, another 4-cycle transition metal oxide was screened and the results are shown in FIG. 3 (right view). The effect of Fe 2 O 3 and NiO is similar to that of MnO 2 , but this metal oxide efficiency is superior to that of MnO 2 . The best carbon dioxide absorption rate in the 1.0 M lysine absorbent was observed in CuO (right view in FIG. 3). Among the screened metal oxides, Cr 2 O 3 exhibits negative absorption effects that may occur due to amino acids binding to metal centers. This is supported by the dissolution of Cr 2 O 3 in the absorbent solution because the color of the absorbent solution changes from brown to dark brown. The change in the CO 2 absorption efficiency for metal oxides comes from the Lewis and Bronsted acid sites of each oxide. The acid point of the metal oxide was calculated using pyridine FT-IR. Metal oxides with the highest active sites, such as CuO, provided the highest CO 2 absorption efficiency.

최고의 촉매 CuO를 선택하여, CO2 흡수 속도에서 촉매 농도와 CO2 압력의 영향을 더 연구하였다. CuO 농도를 0.1M ~ 0.5M 로 변화시키면서, 각 촉매 농도에 따른 CO2 압력의 전체 변화 및 이로부터 계산된 CO2 흡수 속도를 도 4에 나타내었다. CuO의 농도가 0.1 M에서 0.3 M까지 증가하는 동안 CO2 흡수 속도는 꾸준히 증가했다. 그러나, 0.3 M 을 초과하여 농도를 증가시키면 효율이 감소하게 된다. 이는 더 높은 농도의 촉매가 첨가될 때 라이신 흡수액의 높은 점도 특성으로 인해 발생할 수 있다. 흡수액의 점도가 증가되면, CO2가 확산하여 금속 산화물의 활성 부위에 도달하기 매우 어려울 수 있다.By choosing the best catalyst CuO, the effect of catalyst concentration and CO 2 pressure on the CO 2 absorption rate was further studied. While changing the CuO concentration from 0.1M to 0.5M, the total change of the CO 2 pressure according to each catalyst concentration and the calculated CO 2 absorption rate therefrom are shown in FIG. 4. While the concentration of CuO increased from 0.1 M to 0.3 M, the CO 2 absorption rate steadily increased. However, increasing the concentration above 0.3 M decreases the efficiency. This can occur due to the high viscosity nature of the lysine absorbent liquid when a higher concentration of catalyst is added. When the viscosity of the absorbent liquid increases, it can be very difficult for the CO 2 to diffuse and reach the active site of the metal oxide.

실시예Example 3: 3: CuO의CuO 재생 특성 Regeneration characteristics

실시예 1에 따른 CO2 흡수 실험 후, 금속 산화물을 필터로 여과하고 고 진공 하에서 건조시켰다. 재사용 가능성 테스트 전에, 회수된 촉매를 70 ℃에서 12 시간 동안 건조시켰다. 상기 회수된 CuO와 새로운 CuO 촉매에 대해 XRD 패턴을 비교하였다(도 5). 새로운 CuO와 CO2 흡수 실험 후 회수된 CuO의 XRD 패턴은, 회수된 CuO가 초기 활성 형태에서 변화되지 않았음을 시사한다. 회수된 CuO는 이산화탄소 흡수 공정에서 활용될 수 있으며, 도 5에서 얻어진 결과에 따르면, 많은 사이클에서 CuO 촉매가 사용될 수 있다.After the CO 2 absorption experiment according to Example 1, the metal oxide was filtered through a filter and dried under high vacuum. Prior to the reusability test, the recovered catalyst was dried at 70° C. for 12 hours. XRD patterns were compared for the recovered CuO and the new CuO catalyst (FIG. 5). The XRD pattern of the recovered CuO after the new CuO and CO 2 absorption experiment suggests that the recovered CuO did not change from the initial active form. The recovered CuO can be utilized in a carbon dioxide absorption process, and according to the results obtained in FIG. 5, a CuO catalyst can be used in many cycles.

또한, 회수된 CuO의 FT-IT 스펙트럼을 도 6에 도시하였다. 새로운 CuO는 금속 산화물 중 Cu-O 진동수에 상응하는 1400 cm-1에서 흡수 밴드를 나타낸다. 회수된 촉매에서 CuO의 확실한 피크와 함께 추가된 피크는 최소량의 라이신이 회수된 CuO에 존재한다는 것을 나타낸다. 그러나, CuO 촉매에 의한 잔류 아미노산의 존재는 CO2 흡수 효율에 영향을 미치지 않았다.In addition, the FT-IT spectrum of the recovered CuO is shown in FIG. 6. New CuO shows an absorption band at 1400 cm -1 corresponding to the Cu-O frequency in the metal oxide. In the recovered catalyst, an added peak along with a clear peak of CuO indicates that a minimal amount of lysine is present in the recovered CuO. However, the presence of residual amino acids by the CuO catalyst did not affect the CO 2 absorption efficiency.

실시예Example 4: 4: 라이신과Lysine and 금속산화물의 NMR 연구 NMR study of metal oxide

금속 산화물의 CO2 흡수 효율 향상 메커니즘을 이해하기 위해, 라이신 염, KOH와의 라이신 염(라이신의 칼륨염), CO2 가 흡수된 라이신 칼륨염 용액, 및 라이신 칼륨염과의 금속산화물에 대한 NMR 스펙트럼들을 D2O에서 기록하였다. 1H NMR 및 13C NMR을 도 7에 나타내었다. 2.61 및 3.24 ppm에서의 피크는 D2O 내 라이신 염의 실제 피크이다. KOH를 첨가 한 후 라이신에서 화학적 이동(chemical shift)이 2.61ppm에서 3.00ppm으로, 3.24ppm에서 3.84ppm으로 관찰되었다. 즉, 양이온 교환과 같은 화학결합 등의 영향으로 원자핵 주위의 전자상태가 변화하여, 원자 또는 원자핵에서 일어나는 고유한 성질이 어긋나 내부전자들의 에너지 준위가 약간 변화하게 됨으로써 공명진동수의 차이(ppm)가 발생하게 된다. 같은 족에 있는 알칼리금속은 원자번호가 증가할수록 전기음성도가 감소하며, 치환기의 전기음성도가 클수록 화학적 이동이 증가하게 된다. 따라서, 세 알칼리금속의 원자번호에 따라 Li > Na > K 순으로 전기음성도는 커진다. 따라서, 1H-NMR 스펙트럼은 치환된 금속 종류에 따른 화학적 이동의 차이를 확인할 수 있고, 이러한 화학적 이동을 통해 흡수제가 금속 양이온의 치환에 의해 염화됨을 확인할 수 있다. 13C-NMR 스펙트럼은 탄소원자의 이동이 양성자의 이동보다 15∼20배 정도 크며, 수소보다 낮은 자기장에서 흡수가 일어난다. To understand the mechanism of improving the CO 2 absorption efficiency of metal oxides, NMR spectra of lysine salt, lysine salt with KOH (potassium salt of lysine), lysine potassium salt solution in which CO 2 is absorbed, and metal oxide with lysine potassium salt Were recorded at D 2 O. 1 H NMR and 13 C NMR are shown in FIG. 7. The peaks at 2.61 and 3.24 ppm are the actual peaks of the lysine salt in D 2 O. After the addition of KOH, a chemical shift in lysine was observed from 2.61 ppm to 3.00 ppm and from 3.24 ppm to 3.84 ppm. In other words, due to the influence of chemical bonds such as cation exchange, the electronic state around the atomic nucleus is changed, and the inherent properties occurring in the atom or atomic nucleus are deviated, and the energy level of the internal electrons slightly changes, resulting in a difference in resonance frequency (ppm). Is done. For alkali metals in the same group, the electronegativity decreases as the atomic number increases, and the chemical shift increases as the electronegativity of the substituent increases. Therefore, the electronegativity increases in the order of Li>Na> K according to the atomic number of the three alkali metals. Accordingly, the 1 H-NMR spectrum can confirm the difference in chemical shift according to the type of the substituted metal, and through this chemical shift, it can be confirmed that the absorbent is chlorinated by substitution of the metal cation. In the 13 C-NMR spectrum, the movement of carbon atoms is 15-20 times greater than that of protons, and absorption occurs in a lower magnetic field than hydrogen.

라이신 칼륨 염 용액 안으로 CO2를 퍼징할 때, 13C NMR에서 161 및 170ppm에서 생성된 피크는 중탄산염(bicarbonate) 및 카바메이트(carbamate) 종이 생성됨을 시사한다. 더욱 흥미롭게도, 라이신 칼륨염 용액에 금속 산화물을 첨가해도 추가적인 불순물 수준의 피크가 생성되지 않았다. 이는 금속 산화물의 첨가가 부반응없이 CO2 흡수 효율 만 향상시키는 것을 나타낸다.When purging CO 2 into the lysine potassium salt solution, the peaks generated at 161 and 170 ppm in 13 C NMR suggest that bicarbonate and carbamate species are produced. More interestingly, the addition of metal oxides to the lysine potassium salt solution did not produce peaks of additional impurity levels. This indicates that the addition of metal oxide only improves the CO 2 absorption efficiency without side reactions.

실시예Example 5: pH 연구 5: pH study

pH는 CO2 흡수 연구 전후에 계산되었다. 흡수 후에 pH가 감소하였고, 13C NMR 분광법에 의해 확인된 용액 중 중탄산염의 생성에 기초하여 포집된 CO2를 계산할 수 있다.The pH was calculated before and after the CO 2 absorption study. The pH decreased after absorption, and the captured CO 2 can be calculated based on the production of bicarbonate in the solution as confirmed by 13 C NMR spectroscopy.

결론conclusion

라이신의 칼륨 염 수용액에서 금속 산화물이 CO2 흡수 효율에 미치는 영향을 확인하였다. 라이신 칼륨 염 수용액에 금속 산화물을 첨가하면 CO2 흡수 효율이 증가한다는 것을 증명했다. 스크린된 금속 산화물들 중에서 CuO의 경우 가장 좋은 CO2 흡수 효율이 얻어졌다. 금속 산화물의 재활용 성질을 최대 3 사이클까지 시험하여 CuO가 농축된 아미노산 칼륨 염 용액에서 성공적으로 사용될 수 있음을 확인했다. 금속 산화물의 도움에 의한 CO2 흡수 향상 메카니즘은 NMR 분광학 연구에 기초하여 제안되었다. CO2 흡수 효율 향상을 위한 라이신 아미노산 염의 실험 결과는 이것이 배가스에서 CO2를 포집하는 매력적인 방법이 될 수 있음을 시사한다. 본 실험 연구에 기초하여 라이신 염 용액은 배가스에서 CO2를 포집하기 위한 기존의 아민 기반 용액에 대한 흥미로운 대안이 될 수 있다.In the aqueous potassium salt solution of lysine, the effect of metal oxide on CO 2 absorption efficiency was confirmed. It has been demonstrated that the addition of metal oxides to the aqueous solution of lysine potassium salt increases the CO 2 absorption efficiency. Among the screened metal oxides, the best CO 2 absorption efficiency was obtained for CuO. The recycling properties of metal oxides were tested for up to 3 cycles, confirming that CuO can be used successfully in concentrated amino acid potassium salt solutions. A mechanism for enhancing the absorption of CO 2 with the aid of metal oxides has been proposed based on NMR spectroscopy studies. Experimental results of lysine amino acid salts to improve CO 2 absorption efficiency suggest that this could be an attractive method for trapping CO 2 in the flue gas. Based on this experimental study, the lysine salt solution could be an interesting alternative to the conventional amine-based solution for trapping CO 2 in the flue gas.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. In this regard, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims to be described later rather than the above detailed description and equivalent concepts are included in the scope of the present invention.

Claims (15)

수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염을 이산화탄소 흡수제로 선택하는 a단계;
a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제를 함유하는 수용액 조건에서 a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 이산화탄소 흡수 촉매로 선택하는 b단계; 및
a단계에서 선택된 이산화탄소 흡수제; 및 b단계에서 선택된 이산화탄소 흡수 촉매를 물에 첨가하여 이산화탄소 흡수액을 제조하는 c단계를 포함하고,
상기 전이금속은 Cu, Fe, Ni, Mn으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 이산화탄소 흡수액 제조방법.
A step of selecting an amino acid mimetic containing an amino acid, an amine group and a carboxyl group, or an alkali metal salt thereof, which can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and provide an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, as a carbon dioxide absorber;
a step b of selecting a transition metal oxide containing a transition metal that does not coordinate with the carbon dioxide absorbent selected in step a and provides an acid point as a carbon dioxide absorption catalyst under the condition of an aqueous solution containing the carbon dioxide absorbent selected in step a; And
a carbon dioxide absorbent selected in step a; And a step c of preparing a carbon dioxide absorption liquid by adding the carbon dioxide absorption catalyst selected in step b to water,
The transition metal includes at least one selected from the group consisting of Cu, Fe, Ni, and Mn.
제1항에 있어서, b단계는 주기율표 4주기 전이금속의 산화물에서 스크리닝하여 이산화탄소 흡수 촉매를 선택하는 것이 특징인 이산화탄소 흡수액 제조방법.The method of claim 1, wherein in step b, a carbon dioxide absorption catalyst is selected by screening from oxides of transition metals in period 4 of the periodic table. 제1항에 있어서, b단계는 CuO, Fe2O3, NiO 및 MnO2로 구성된 군에서 이산화탄소 흡수 촉매를 선택하는 것이 특징인 이산화탄소 흡수액 제조방법.The method of claim 1, wherein step b is characterized in that the carbon dioxide absorption catalyst is selected from the group consisting of CuO, Fe 2 O 3 , NiO and MnO 2 . 제1항에 있어서, b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도에 따른 이산화탄소 흡수액의 이산화탄소 흡수 속도를 측정하여 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도를 선택하는 b-1단계를 더 추가하는 것이 특징인 이산화탄소 흡수액 제조방법.The carbon dioxide according to claim 1, further comprising step b-1 of selecting the concentration of the transition metal oxide selected in step b by measuring the carbon dioxide absorption rate of the carbon dioxide absorbing liquid according to the concentration of the transition metal oxide selected in step b. Absorbent liquid preparation method. 제1항에 있어서, b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도에 따른 이산화탄소 흡수액의 점도 변화를 측정하여 b단계에서 선택된 전이금속 산화물의 농도를 선택하는 b-2단계를 더 추가하는 것이 특징인 이산화탄소 흡수액 제조방법.The carbon dioxide absorbing liquid of claim 1, further comprising step b-2 of selecting the concentration of the transition metal oxide selected in step b by measuring the change in viscosity of the carbon dioxide absorbing liquid according to the concentration of the transition metal oxide selected in step b. Manufacturing method. 이산화탄소 흡수제로, 수용액에서 이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및
이산화탄소 흡수 촉매로, 이산화탄소 흡수제와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유하고,
상기 전이금속은 Cu, Fe, Ni, Mn으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 이산화탄소 흡수용 조성물.
As a carbon dioxide absorbent, an amino acid, an amine group and a carboxyl group-containing amino acid mimetic or an alkali metal salt thereof providing an amine group (-NH 2 ) that can chemically absorb carbon dioxide in an aqueous solution and can be regenerated by heating; And
As a carbon dioxide absorption catalyst, it contains a transition metal that is not coordinated with a carbon dioxide absorbent and contains a transition metal oxide that provides an acid point,
The transition metal comprises at least one selected from the group consisting of Cu, Fe, Ni, Mn, carbon dioxide absorption composition.
제6항에 있어서, 수용액에서 아미노산 또는 아미노산 모방체의 -NH3 +를 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)을 추가로 포함하는 것이 특징인 이산화탄소 흡수용 조성물.The composition for absorbing carbon dioxide according to claim 6, further comprising an alkali metal hydroxide (MOH) capable of activating -NH 3 + of an amino acid or amino acid mimic with -NH 2 in an aqueous solution. 제6항에 있어서, 아미노산 또는 아미노산 모방체는 2개 이상의 아민기를 가진 것이 특징인 이산화탄소 흡수용 조성물.The composition for absorbing carbon dioxide according to claim 6, wherein the amino acid or amino acid mimetic has two or more amine groups. 제6항에 있어서, 이산화탄소 흡수제로 라이신 또는 이의 알킬리금속염 및 이산화탄소 흡수 촉매로 CuO를 함유하는 이산화탄소 흡수용 조성물.The composition for absorbing carbon dioxide according to claim 6, wherein the carbon dioxide absorbing composition contains lysine or an alkyl lithium metal salt thereof as a carbon dioxide absorbent and CuO as a carbon dioxide absorbing catalyst. 제6항에 있어서, 0.5 내지 2M 의 이산화탄소 흡수제; 및 0.05 내지 0.5M 의 이산화탄소 흡수 촉매를 함유하는 수용액인 것이 특징인 이산화탄소 흡수용 조성물.According to claim 6, 0.5 to 2M carbon dioxide absorbent; And an aqueous solution containing a carbon dioxide absorption catalyst of 0.05 to 0.5M. 제6항에 있어서, pH가 10 이상인 강한 염기성 수용액인 것이 특징인 이산화탄소 흡수용 조성물.The composition for absorbing carbon dioxide according to claim 6, which is a strong basic aqueous solution having a pH of 10 or more. 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 있어서,
이산화탄소를 화학흡수할 수 있고 가열에 의해 재생될 수 있는 아민기(-NH2)를 제공하는 아미노산, 아민기 및 카르복실기 함유 아미노산 모방체 또는 이의 알칼리금속염; 및 이와 배위 결합하지 아니하는 전이금속을 함유하고 산점을 제공하는 전이금속 산화물을 함유하는 물 기반의 이산화탄소 흡수액을 준비하는 제1단계; 및
제1단계의 이산화탄소 흡수액과의 기액접촉을 통해 이산화탄소 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 제2단계를 포함하고,
상기 전이금속은 Cu, Fe, Ni, Mn으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 이산화탄소 제거 방법.
In the method of removing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with a carbon dioxide absorbing liquid,
An amino acid that can chemically absorb carbon dioxide and provides an amine group (-NH 2 ) that can be regenerated by heating, an amino acid mimetic containing an amine group and a carboxyl group, or an alkali metal salt thereof; And a first step of preparing a water-based carbon dioxide absorbing liquid containing a transition metal oxide that provides an acid point and contains a transition metal that is not coordinated therewith. And
A second step of removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas through gas-liquid contact with the carbon dioxide absorbing liquid of the first step,
The transition metal includes at least one selected from the group consisting of Cu, Fe, Ni, and Mn.
제12항에 있어서, 제2단계에서 화학흡수를 통해 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 흡수액으로부터 가열을 통해 이산화탄소를 탈거하여 이산화탄소 흡수액을 재생하는 제3단계를 더 포함하고, 재생된 이산화탄소 흡수액을 제2단계에 재사용하는 것이 특징인 이산화탄소 제거 방법.The method of claim 12, further comprising a third step of regenerating the carbon dioxide absorbing liquid by removing carbon dioxide through heating from the carbon dioxide absorbing liquid absorbing carbon dioxide through chemical absorption in the second step, and regenerating the carbon dioxide absorbing liquid in the second step. Carbon dioxide removal method characterized by reuse. 제12항에 있어서, 제1단계는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 수행되는 것이 특징인 이산화탄소 제거 방법.The method of claim 12, wherein the first step is performed by the method according to any one of claims 1 to 5. 제12항에 있어서, 제1단계의 이산화탄소 흡수액은 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 흡수용 조성물인 것이 특징인 이산화탄소 제거 방법.
The carbon dioxide removal method according to claim 12, wherein the carbon dioxide absorbing liquid in the first step is the composition for absorbing carbon dioxide according to any one of claims 6 to 11.
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