KR102213381B1 - A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same - Google Patents

A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR102213381B1
KR102213381B1 KR1020190067698A KR20190067698A KR102213381B1 KR 102213381 B1 KR102213381 B1 KR 102213381B1 KR 1020190067698 A KR1020190067698 A KR 1020190067698A KR 20190067698 A KR20190067698 A KR 20190067698A KR 102213381 B1 KR102213381 B1 KR 102213381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnesium oxide
oxide hollow
magnesium
acid
hollow sphere
Prior art date
Application number
KR1020190067698A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200141123A (en
Inventor
김진수
임경민
김우식
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020190067698A priority Critical patent/KR102213381B1/en
Publication of KR20200141123A publication Critical patent/KR20200141123A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102213381B1 publication Critical patent/KR102213381B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00Compounds of magnesium
    • C01F5/02Magnesia
    • C01F5/06Magnesia by thermal decomposition of magnesium compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/041Oxides or hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016Particle form
    • B01J20/28021Hollow particles, e.g. hollow spheres, microspheres or cenospheres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28061Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 100-500 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • B01J20/28071Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume being less than 0.5 ml/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • C01P2004/34Spheres hollow
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12Surface area
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/14Pore volume
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 (a) 마그네슘염, 폴리스티렌 및 카르복시산을 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성하고, 상기 액적을 운반 가스를 이용하여 반응기에 분무하는 단계; 및 (c) 상기 액적을 열분해하여 산화마그네슘 중공구체를 수득하는 단계;를 포함하는, 산화마그네슘 중공구체 및 그의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, (a) preparing a precursor solution by dissolving magnesium salt, polystyrene, and carboxylic acid in a solvent; (b) applying ultrasonic waves to the precursor solution to generate droplets, and spraying the droplets into the reactor using a carrier gas; And (c) pyrolyzing the droplet to obtain a magnesium oxide hollow sphere; containing, it provides a magnesium oxide hollow sphere and a method for producing the same.

Description

산화마그네슘 중공구체 및 그 제조방법{A MAGNESIUM OXIDE HOLLOW SPHERE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}A magnesium oxide hollow sphere and its manufacturing method {A MAGNESIUM OXIDE HOLLOW SPHERE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 산화 마그네슘 중공구체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이모달 기공을 가지는 산화마그네슘 중공구체 및 폴리스티렌 주형 및 옥살산을 이용한 분무열분해법으로 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium oxide hollow sphere and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of manufacturing the magnesium oxide hollow sphere having bimodal pores and a polystyrene template and a spray pyrolysis method using oxalic acid.

온실가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O) 등이 있는데, 이러한 가스는 인간의 산업활동과 일상생활에서 대기 중으로 배출되고 있다. 이 중에서도 이산화탄소는 주로 석탄, 석유와 같은 화석연료가 연소될 때 생성되며, 메탄은 천연가스의 주성분으로 가축의 배설물에서 발생하고, 아산화질소는 산업공정이나 비료로부터 발생한다. 6대 온실가스 중에서 이산화탄소의 지구온난화지수는 1로 가장 낮으나, 전체 온실가스 배출량 중 80% 이상을 차지하여 지구온난화에 기여도는 65%로 제일 높다.Greenhouse gases include carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and nitrous oxide (N 2 O), and these gases are discharged into the atmosphere in human industrial activities and daily life. Among them, carbon dioxide is mainly produced when fossil fuels such as coal and petroleum are combusted, methane is a main component of natural gas and is generated from animal waste, and nitrous oxide is generated from industrial processes or fertilizers. Among the six major greenhouse gases, carbon dioxide has the lowest global warming index of 1, but it accounts for more than 80% of the total greenhouse gas emissions, and the contribution to global warming is the highest at 65%.

따라서, 이러한 이산화탄소의 저감을 위해 다양한 흡착제가 개발되었고, 그 중에서도 아민 계열의 용액을 이용하여 흡착하는 공정이 상용화되었으나 아민 계열 흡착제는 재사용 시 흡착량이 3분의 1로 감소하는 단점이 있어 주기적인 교체가 필요하여 비효율적이라는 단점이 있다.Therefore, various adsorbents have been developed to reduce such carbon dioxide, and among them, the process of adsorption using an amine-based solution has been commercialized, but the amine-based adsorbent has a disadvantage that the adsorption amount decreases to 1/3 when reused, so periodic replacement There is a disadvantage that it is inefficient because it is required.

이론적으로 높은 이산화탄소 흡수량 및 우수한 재사용 안정성을 갖는 마그네슘 기반의 흡착제는 연도가스로부터 이산화탄소 포집하는 공정에 사용하기 적합하다. 또한, 비표면적이 크고, 균일한 기공 분포를 가지는 산화마그네슘 흡착제를 대량생산할 수 있다면 이산화탄소를 배출하는 다양한 산업분야에 응용될 수 있다.Theoretically, magnesium-based adsorbents with high carbon dioxide absorption and excellent reusability are suitable for use in the process of capturing carbon dioxide from flue gas. In addition, if a magnesium oxide adsorbent having a large specific surface area and a uniform pore distribution can be mass-produced, it can be applied to various industrial fields emitting carbon dioxide.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 바이모달 기공을 가지는 산화마그네슘 중공구체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a magnesium oxide hollow sphere having bimodal pores and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면은, (a) 마그네슘염, 폴리스티렌 및 카르복시산을 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성하고, 상기 액적을 운반 가스를 이용하여 반응기에 분무하는 단계; 및 (c) 상기 액적을 열분해하여 산화마그네슘 중공구체를 수득하는 단계;를 포함하는, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention, (a) preparing a precursor solution by dissolving magnesium salt, polystyrene, and carboxylic acid in a solvent; (b) applying ultrasonic waves to the precursor solution to generate droplets, and spraying the droplets into the reactor using a carrier gas; And (c) pyrolyzing the droplet to obtain a magnesium oxide hollow sphere; containing, it provides a method for producing a magnesium oxide hollow sphere.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네슘염은 질산마그네슘(magnesium nitrate), 아세트산마그네슘(magnesium acetate), 염화마그네슘(magnesium chloride), 황산마그네슘(magnesium sulfate), 브롬화마그네슘(magnesium bromide), 요오드화마그네슘(magnesium iodide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the magnesium salt is magnesium nitrate, magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium bromide, and magnesium iodide. ) And a combination of two or more of them may be one selected from the group consisting of.

일 실시예에 있어서, 상기 폴리스티렌의 평균입도는 50~500 nm일 수 있다.In one embodiment, the average particle size of the polystyrene may be 50 to 500 nm.

일 실시예에 있어서, 상기 카르복시산은 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 글루탐산, 아디프산, 테레프탈산, 프탈산, 말론산, 말레산, 푸마르산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the carboxylic acid may be one selected from the group consisting of oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, glutamic acid, adipic acid, terephthalic acid, phthalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, and a combination of two or more of them.

일 실시예에 있어서, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pi It may be one selected from the group consisting of rolidone (NMP), formic acid, nitromethane, acetic acid, water, and combinations of two or more of them.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 열분해는 300~1,000℃에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the thermal decomposition in step (c) may be performed at 300 to 1,000°C.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 산화마그네슘 중공구체를 100~500℃에서 어닐링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after the step (c), (d) annealing the magnesium oxide hollow sphere at 100 ~ 500 ℃; may further include.

본 발명의 다른 일 측면은, 전술한 제조방법으로 제조되고, 바이모달 기공을 가지는, 산화마그네슘 중공구체를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a magnesium oxide hollow sphere manufactured by the above-described manufacturing method and having bimodal pores.

일 실시예에 있어서, 상기 산화마그네슘은 적어도 일부가 카르복시산으로 개질될 수 있다.In one embodiment, at least a portion of the magnesium oxide may be modified with carboxylic acid.

일 실시예에 있어서, 상기 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 1~10 nm의 범위에 포함되는 제1 피크; 및 10~50 nm의 범위에 포함되는 제2 피크;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the pore diameter distribution of the magnesium oxide hollow sphere is a first peak included in the range of 1 to 10 nm; And a second peak included in the range of 10 to 50 nm.

일 실시예에 있어서, 상기 산화마그네슘 중공구체의 BET 비표면적은 160 m2/g 이상일 수 있다.In one embodiment, the BET specific surface area of the magnesium oxide hollow sphere may be 160 m 2 /g or more.

일 실시예에 있어서, 상기 산화마그네슘 중공구체의 기공 부피는 0.30 cm3/g 이상일 수 있다.In one embodiment, the pore volume of the magnesium oxide hollow sphere may be 0.30 cm 3 /g or more.

일 실시예에 있어서, 상기 산화마그네슘 중공구체의 CO2 흡착량은 0.150 mol/kg 이상일 수 있다.In one embodiment, the amount of CO 2 adsorption of the hollow magnesium oxide sphere may be 0.150 mol/kg or more.

본 발명의 일 측면에 따르면, 바이모달 기공을 가지는 산화마그네슘 중공구체 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a magnesium oxide hollow sphere having bimodal pores and a method of manufacturing the same.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이모달 MgO 중공구체의 제조방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 MgO 중공구체와 비교예에서 제조된 MgO의 모폴로지를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 MgO 중공구체와 비교예에서 제조된 MgO의 결정구조 및 공극 분포를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 MgO 중공구체와 비교예에서 제조된 MgO의 CO2 흡착량을 측정하여 기공 분포에 따른 차이를 분석한 것이다.
1 schematically shows a method of manufacturing a bimodal MgO hollow sphere according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of analyzing the morphology of the MgO hollow spheres prepared in an embodiment of the present invention and the MgO prepared in a comparative example.
3 shows the results of analyzing the crystal structure and pore distribution of the MgO hollow spheres prepared in one embodiment of the present invention and the MgO prepared in Comparative Example.
Figure 4 is an analysis of the difference according to the pore distribution by measuring the CO 2 adsorption amount of the MgO hollow sphere prepared in an embodiment of the present invention and the MgO prepared in the comparative example.

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"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" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. . 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 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.When a range of numerical values is described herein, the value has the precision of significant figures provided according to the standard rules in chemistry for significant figures, unless a specific range thereof is stated otherwise. For example, 10 includes a range of 5.0 to 14.9, and the number 10.0 includes a range of 9.50 to 10.49.

본 명세서에서, "중공구체(hollow sphere)"란 내부에 공동이 형성된 구형 입자를 의미할 수 있다.In the present specification, "hollow sphere" may mean spherical particles having a cavity formed therein.

본 명세서에서, "메조기공(mesoporous)"이란 공경 2 내지 50 nm의 기공을 의미할 수 있고, "매크로기공(microporous)"이란 공경 50 nm 이상의 기공을 의미할 수 있다.In the present specification, "mesoporous" may mean pores having a pore diameter of 2 to 50 nm, and "microporous" may mean pores having a pore diameter of 50 nm or more.

본 명세서에서, "바이모달(bimodal)"이란 특정 물성의 분포가 두 개의 피크를 가지는 것을 의미할 수 있다.In the present specification, "bimodal" may mean that a distribution of a specific physical property has two peaks.

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

산화마그네슘 중공구체의 제조방법Method for producing magnesium oxide hollow spheres

본 발명의 일 측면에 따른 산화마그네슘 중공구체의 제조방법은, (a) 마그네슘염, 폴리스티렌 및 카르복시산을 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성하고, 상기 액적을 운반 가스를 이용하여 반응기에 분무하는 단계; 및 (c) 상기 액적을 열분해하여 산화마그네슘 중공구체를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for producing a magnesium oxide hollow sphere according to an aspect of the present invention includes the steps of: (a) dissolving a magnesium salt, polystyrene, and carboxylic acid in a solvent to prepare a precursor solution; (b) applying ultrasonic waves to the precursor solution to generate droplets, and spraying the droplets into the reactor using a carrier gas; And (c) thermally decomposing the droplets to obtain hollow magnesium oxide spheres.

상기 (a) 단계에서, 상기 마그네슘염은 질산마그네슘(magnesium nitrate), 아세트산마그네슘(magnesium acetate), 염화마그네슘(magnesium chloride), 황산마그네슘(magnesium sulfate), 브롬화마그네슘(magnesium bromide), 요오드화마그네슘(magnesium iodide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 아세트산마그네슘, 더 바람직하게는, 아세트산마그네슘 수화물(magnesium acetate tetrahydrate, (CH3COO)2Mg·4H2O)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the step (a), the magnesium salt is magnesium nitrate, magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium bromide, and magnesium iodide. iodide) and may be one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, preferably magnesium acetate, more preferably, magnesium acetate tetrahydrate ((CH 3 COO) 2 Mg·4H 2 O) May be, but is not limited thereto.

상기 폴리스티렌의 평균입도는 50 nm 이상, 75 nm 이상, 100 nm 이상, 125 nm 이상 또는 150 nm 이상일 수 있고, 500 nm 이하, 450 nm 이하, 400 nm 이하, 350 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 225 nm 이하 또는 200 nm 이하일 수 있다. 상기 폴리스티렌의 평균입도가 상기 범위를 만족하면 제조된 산화마그네슘 중공구체의 비표면적 및 CO2 흡착량이 우수할 수 있다.The average particle size of the polystyrene may be 50 nm or more, 75 nm or more, 100 nm or more, 125 nm or more, or 150 nm or more, and 500 nm or less, 450 nm or less, 400 nm or less, 350 nm or less, 300 nm or less, 250 nm Hereinafter, it may be 225 nm or less or 200 nm or less. When the average particle size of the polystyrene satisfies the above range, the specific surface area and CO 2 adsorption amount of the prepared magnesium oxide hollow spheres may be excellent.

상기 폴리스티렌은 상기 산화마그네슘 중공구체를 제조하는 주형(template) 물질로 기능할 수 있다. 따라서, 상기 폴리스티렌의 평균입도를 조절하여 상기 산화마그네슘 중공구체의 크기 및 공경 분포를 제어할 수 있다.The polystyrene may function as a template material for manufacturing the magnesium oxide hollow sphere. Accordingly, the size and pore size distribution of the magnesium oxide hollow spheres can be controlled by adjusting the average particle size of the polystyrene.

상기 카르복시산은 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 글루탐산, 아디프산, 테레프탈산, 프탈산, 말론산, 말레산, 푸마르산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 옥살산일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The carboxylic acid may be one selected from the group consisting of oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, glutamic acid, adipic acid, terephthalic acid, phthalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, and a combination of two or more of them, and preferably oxalic acid. It is not limited thereto.

마그네슘염 및 폴리스티렌은 용이하게 상호 분리되므로 일반적으로 폴리스티렌 주형을 이용하여 산화마그네슘 구조체를 제조하면 조성이 불균일해지는 편석(segregation) 현상이 발생할 수 있고, 이러한 편석 현상이 발생하면 제조된 산화마그네슘 구조체의 형상, 크기 및 기공 분포가 불균일해지는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 마그네슘염을 상기 카르복시산으로 처리하여 상기 폴리스티렌과 강하게 결합하게 할 수 있고, 이에 따라 균일한 산화마그네슘 중공구체를 제조할 수 있다.Since magnesium salt and polystyrene are easily separated from each other, in general, when a magnesium oxide structure is manufactured using a polystyrene template, a segregation phenomenon in which the composition is non-uniform may occur, and when such segregation occurs, the shape of the manufactured magnesium oxide structure , The size and pore distribution may be uneven. However, in the present invention, the magnesium salt can be strongly bonded to the polystyrene by treating the magnesium salt with the carboxylic acid, and accordingly, uniform magnesium oxide hollow spheres can be prepared.

본 발명의 제조방법에 따르면, 카르복시산 처리된 마그네슘의 표면전하와 폴리스티렌의 표면전하의 차이로 인하여 폴리스티렌이 입자 내부에 위치한 상태에서 분해되어 표면이 매끄러운 중공입자를 형성할 수 있다.According to the manufacturing method of the present invention, due to the difference between the surface charge of carboxylic acid-treated magnesium and the surface charge of polystyrene, polystyrene is decomposed in a state of being located inside the particles, thereby forming hollow particles having a smooth surface.

상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 물 및 에탄올의 혼합 용매일 수 있고, 더 바람직하게는, 물 및 에탄올이 각각 1 : 0.5~1.5의 부피비로 혼합된 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Formic acid, nitromethane, acetic acid, water, and may be one selected from the group consisting of a combination of two or more thereof, preferably, may be a mixed solvent of water and ethanol, more preferably, water and ethanol are each 1: It may be mixed in a volume ratio of 0.5 to 1.5, but is not limited thereto.

상기 (b) 단계 및 (c) 단계의 분무열분해법으로 전구체 용액을 입자화하면 내부에 공동을 갖는 구형 입자가 제조될 수 있다.When the precursor solution is granulated by the spray pyrolysis method of steps (b) and (c), spherical particles having cavities therein may be produced.

상기 전구체 용액의 분무에 사용되는 상기 운반 가스는 공기, 질소, 산소, 헬륨, 아르곤 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 질소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 운반 가스의 유속에 따라 반응물의 반응기 내 체류 시간이 결정되므로, 생산성을 고려하여 상기 체류 시간이 약 2초가 되도록 상기 운반 가스의 유속을 조절할 수 있다.The carrier gas used for spraying the precursor solution may be one selected from the group consisting of air, nitrogen, oxygen, helium, argon, and a combination of two or more of them, and preferably, nitrogen, but is limited thereto. no. Since the residence time of the reactant in the reactor is determined according to the flow rate of the carrier gas, the flow rate of the carrier gas can be adjusted so that the residence time becomes about 2 seconds in consideration of productivity.

상기 운반 가스의 유속은 6.5 L/min 이상, 7.0 L/min이상 또는 7.5 L/min 이상일 수 있고, 9.5 L/min 이하, 9.0 L/min이하, 8.5 L/min이하 또는 8.0 L/min이하일 수 있다. 상기 운반 가스의 유속이 6.5 L/min 미만이면 생산성이 저하될 수 있고, 9.5 L/min 초과이면 반응 시간 또는 체류 시간이 짧아 상기 산화마그네슘 중공구체의 결정성 및 입도 분포의 균일성이 현저히 저하될 수 있다.The flow rate of the carrier gas may be 6.5 L/min or more, 7.0 L/min or more, or 7.5 L/min or more, and 9.5 L/min or less, 9.0 L/min or less, 8.5 L/min or less, or 8.0 L/min or less. have. If the flow rate of the carrier gas is less than 6.5 L/min, productivity may decrease, and if it exceeds 9.5 L/min, the reaction time or residence time is short, so that the crystallinity and the uniformity of the particle size distribution of the magnesium oxide hollow spheres will be significantly reduced. I can.

상기 (c) 단계에서, 상기 열분해는 300℃ 이상, 350℃ 이상, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 500℃ 이상 또는 550℃ 이상에서 수행될 수 있고, 1,000℃ 이하, 950℃ 이하, 900℃ 이하, 850℃ 이하, 800℃ 이하, 750℃ 이하, 700℃ 이하 또는 650℃ 이하에서 수행될 수 있다.In step (c), the pyrolysis may be performed at 300°C or higher, 350°C or higher, 400°C or higher, 450°C or higher, 500°C or higher, or 550°C or higher, and 1,000°C or lower, 950°C or lower, 900°C or lower , 850°C or less, 800°C or less, 750°C or less, 700°C or less, or 650°C or less.

상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 산화마그네슘 중공구체를 100~500℃에서 어닐링하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 어닐링은 100℃ 이상, 150℃ 이상, 200℃ 이상 또는 250℃ 이상에서 수행될 수 있고, 500℃ 이하, 450℃ 이하, 400℃ 이하 또는 350℃ 이하에서 수행될 수 있다. 상기 (d) 단계를 수행하면 상기 산화마그네슘 중공구체의 결정성이 향상될 수 있다.After the (c) step, (d) annealing the magnesium oxide hollow sphere at 100 ~ 500 ℃; may further include. The annealing may be performed at 100°C or higher, 150°C or higher, 200°C or higher, or 250°C or higher, and may be performed at 500°C or lower, 450°C or lower, 400°C or lower, or 350°C or lower. When the step (d) is performed, the crystallinity of the magnesium oxide hollow sphere may be improved.

상기 산화마그네슘 중공구체의 제조방법은 배치식 공정이 수행되는 종래의 제조방법과 달리 연속식 공정으로 수행할 수 있으며, 이에 따라 생산성이 현저히 우수할 수 있다. 구체적으로, 이러한 연속식 공정은 상기 전구체 용액을 제조하는 제1 반응기 및 상기 전구체 용액을 분무열분해 반응시키는 제2 반응기로 분리하여 수행될 수 있다.The manufacturing method of the magnesium oxide hollow sphere may be performed in a continuous process, unlike a conventional manufacturing method in which a batch process is performed, and thus productivity can be remarkably excellent. Specifically, this continuous process may be performed by separating into a first reactor for preparing the precursor solution and a second reactor for spraying pyrolysis reaction of the precursor solution.

산화마그네슘 중공구체Magnesium oxide hollow sphere

본 발명의 일 측면에 따른 산화마그네슘 중공구체는, 전술한 제조방법으로 제조되고, 바이모달 기공을 가질 수 있다.The magnesium oxide hollow sphere according to an aspect of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, and may have bimodal pores.

상기 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 2~50 nm의 범위에서 적어도 하나의 피크를 가질 수 있다. 즉, 상기 산화마그네슘 중공구체는 적어도 하나의 메조기공 피크를 가질 수 있다. 전술한 분무열분해법으로 산화마그네슘 중공구체를 제조하면 The pore size distribution of the magnesium oxide hollow sphere may have at least one peak in the range of 2 to 50 nm. That is, the magnesium oxide hollow sphere may have at least one mesopore peak. When the magnesium oxide hollow spheres are prepared by the spray pyrolysis method described above,

상기 산화마그네슘은 적어도 일부가 카르복시산으로 개질될 수 있다. 이러한 카르복시산의 종류 및 효과에 대하여는 전술한 바와 동일하다.At least part of the magnesium oxide may be modified with carboxylic acid. The kinds and effects of these carboxylic acids are the same as described above.

상기 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 1 nm 이상, 1.5 nm 이상, 2 nm 이상 또는 2.5 nm 이상이고, 10 nm 이하, 9.0 nm 이하, 8.0 nm 이하, 7.0 nm 이하, 6.0 nm 이하, 5.0 nm 이하 또는 4.0 nm 이하의 범위에 포함되는 제1 피크; 및 10 nm 이상, 11 nm 이상, 12 nm 이상, 13 nm 이상, 14 nm 이상이고, 50 nm 이하, 45 nm 이하, 40 nm 이하, 35 nm 이하, 30 nm 이하, 25 nm 이하, 20 nm 이하, 19 nm 이하, 18 nm 이하, 17 nm 이하, 16 nm 이하 또는 15 nm 이하의 범위에 포함되는 제2 피크;를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 용도에 따라 제조방법을 달리하여 적절히 제어할 수 있다.The pore diameter distribution of the magnesium oxide hollow spheres is 1 nm or more, 1.5 nm or more, 2 nm or more, or 2.5 nm or more, 10 nm or less, 9.0 nm or less, 8.0 nm or less, 7.0 nm or less, 6.0 nm or less, 5.0 nm or less, or A first peak included in the range of 4.0 nm or less; And 10 nm or more, 11 nm or more, 12 nm or more, 13 nm or more, 14 nm or more, 50 nm or less, 45 nm or less, 40 nm or less, 35 nm or less, 30 nm or less, 25 nm or less, 20 nm or less, The second peak included in the range of 19 nm or less, 18 nm or less, 17 nm or less, 16 nm or less, or 15 nm or less; may be included, but is not limited thereto. The pore size distribution of the magnesium oxide hollow spheres can be appropriately controlled by varying the manufacturing method according to the use.

상기 산화마그네슘 중공구체의 BET 비표면적은 160 m2/g 이상, 180 m2/g 이상, 200 m2/g 이상 또는 220 m2/g 이상일 수 있고, 300 m2/g 이하, 280 m2/g 이하, 260 m2/g 이하 또는 240 m2/g 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 산화마그네슘 중공구체의 BET 비표면적은 용도에 따라 제조방법을 달리하여 적절히 제어할 수 있다.The BET specific surface area of the magnesium oxide hollow sphere may be 160 m 2 /g or more, 180 m 2 /g or more, 200 m 2 /g or more or 220 m 2 /g or more, and 300 m 2 /g or less, 280 m 2 /g or less, 260 m 2 /g or less, or 240 m 2 /g or less, but is not limited thereto. The BET specific surface area of these hollow magnesium oxide spheres can be appropriately controlled by varying the manufacturing method according to the use.

상기 산화마그네슘 중공구체의 기공 부피는 0.30 cm3/g 이상, 0.35 cm3/g 이상, 0.40 cm3/g 이상, 0.45 cm3/g 이상 또는 0.50 cm3/g 이상일 수 있고, 0.75 cm3/g 이하, 0.70 cm3/g 이하, 0.65 cm3/g 이하, 0.60 cm3/g 이하 또는 0.55 cm3/g 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 산화마그네슘 중공구체의 기공 부피는 용도에 따라 제조방법을 달리하여 적절히 제어할 수 있다.The pore volume of the magnesium oxide hollow sphere may be 0.30 cm 3 /g or more, 0.35 cm 3 /g or more, 0.40 cm 3 /g or more, 0.45 cm 3 /g or more, or 0.50 cm 3 /g or more, and 0.75 cm 3 / g or less, 0.70 cm 3 /g or less, 0.65 cm 3 /g or less, 0.60 cm 3 /g or less, or 0.55 cm 3 /g or less, but is not limited thereto. The pore volume of the magnesium oxide hollow sphere can be appropriately controlled by varying the manufacturing method according to the use.

상기 산화마그네슘 중공구체의 CO2 흡착량은 0.150 mol/kg 이상, 0.200 mol/kg 이상, 0.250 mol/kg 이상, 0.300 mol/kg 이상, 0.350 mol/kg 이상, 0.400 mol/kg 이상 또는 0.450 mol/kg 이상일 수 있고, 0.800 mol/kg 이하, 0.750 mol/kg 이하, 0.700 mol/kg 이하, 0.650 mol/kg 이하, 0.600 mol/kg 이하, 0.550 mol/kg 이하 또는 0.500 mol/kg이하일 수 있다.The amount of CO 2 adsorption of the magnesium oxide hollow spheres is 0.150 mol/kg or more, 0.200 mol/kg or more, 0.250 mol/kg or more, 0.300 mol/kg or more, 0.350 mol/kg or more, 0.400 mol/kg or more, or 0.450 mol/ kg or more, 0.800 mol/kg or less, 0.750 mol/kg or less, 0.700 mol/kg or less, 0.650 mol/kg or less, 0.600 mol/kg or less, 0.550 mol/kg or less, or 0.500 mol/kg or less.

상기 산화마그네슘 중공구체는 이산화탄소 흡착제로 사용할 수 있다. 상기 산화마그네슘 중공구체는 재생이 용이하며, 고온안정성이 우수하여 각종 플랜트, 발전소 등의 고온 연도가스의 이산화탄소 흡착제로 활용될 수 있다.The magnesium oxide hollow sphere can be used as a carbon dioxide adsorbent. The magnesium oxide hollow sphere is easily regenerated and has excellent high-temperature stability, and thus can be used as a carbon dioxide adsorbent for high-temperature flue gases such as various plants and power plants.

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

시료sample

아세트산마그네슘 테트라하이드레이트(Magnesium acetate tetrahydrate, (CH3COO)2Mg·4H2O, 98%), 옥살산(oxalic acid, HO2CCO2H, 98%), 4-스티렌술폰산 나트륨염 수화물(4-styrenesufonic acid sodium salt hydrate, H2C=CHC6H4SO3Na·xH2O) 및 포타슘퍼설페이트(potassium persulfate, K2S2O8, 99%)는 시그마-알드리치 社에서 구매하였고, 에탄올(ethanol, C2H5OH, 99.5%)는 대정 社에서 구매하였으며, 탈이온수는 영린 社의 Aqua Max Ultra 360을 이용하여 제조하였다.Magnesium acetate tetrahydrate ((CH 3 COO) 2 Mg·4H 2 O, 98%), oxalic acid (HO 2 CCO 2 H, 98%), 4-styrene sulfonic acid sodium salt hydrate (4- styrenesufonic acid sodium salt hydrate, H 2 C=CHC 6 H 4 SO 3 Na·xH 2 O) and potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 , 99%) were purchased from Sigma-Aldrich, and ethanol (ethanol, C 2 H 5 OH, 99.5%) was purchased from Daejeong, and deionized water was prepared using Aqua Max Ultra 360 of Younglin.

상기 시료는 별도의 정제 없이 사용하였다.The sample was used without separate purification.

제조예: 폴리스티렌 비드의 제조Preparation Example: Preparation of polystyrene beads

먼저, 4-스티렌술폰산 나트륨염 수화물 0.083 g, 탄산수소나트륨 0.14 g을 250 g의 탈이온수에 투입하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 오일 배스에 위치시킨 후 350 rpm의 조건으로 10분간 교반하였다. 교반을 지속하며 스티렌 단량체 33 g을 상기 혼합물에 투입하고, 1시간 동안 추가로 교반하였다. 이후, 포타슘퍼설페이트 0.14 g을 투입한 후 20시간 동안 에이징하여 폴리스티렌 비드를 제조하였다.First, 0.083 g of 4-styrene sulfonic acid sodium salt hydrate and 0.14 g of sodium hydrogen carbonate were added to 250 g of deionized water to prepare a mixture. After placing the mixture in an oil bath, the mixture was stirred for 10 minutes at 350 rpm. While stirring was continued, 33 g of a styrene monomer was added to the mixture, followed by further stirring for 1 hour. Thereafter, 0.14 g of potassium persulfate was added and then aged for 20 hours to prepare polystyrene beads.

실시예: MgO 중공구체의 제조Example: Preparation of MgO hollow spheres

MgO 중공구체는 초음파분무열분해법(ultrasonic spray pyrolysis process)으로 제조되었다.Hollow MgO spheres were prepared by ultrasonic spray pyrolysis process.

H2O 및 에탄올의 부피비가 1:1인 혼합용매에 아세트산마그네슘을 용액이 투명해질 때까지 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다. 평균입도가 180 nm인 폴리스티렌 비드를 포함하는 용액을 상기 전구체 용액에 투입하였다. 에탄올 10 ml 및 옥살산 3 g을 포함하는 옥살산 용액을 상기 전구체 용액에 투입하고 20분간 혼합 및 침지시켜 아세트산마그네슘을 침전시켰다.A precursor solution was prepared by dissolving magnesium acetate in a mixed solvent having a volume ratio of H 2 O and ethanol of 1:1 until the solution became transparent. A solution containing polystyrene beads having an average particle size of 180 nm was added to the precursor solution. An oxalic acid solution containing 10 ml of ethanol and 3 g of oxalic acid was added to the precursor solution, mixed and immersed for 20 minutes to precipitate magnesium acetate.

오일 배스에서 상기 전구체 용액을 10분간 115℃로 가열한 후, 분무열분해에 사용하기 위한 초음파분무기(ultrasonic nebulizer)에 주입하였다. 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성시키고, 상기 액적을 비활성 기체로 600℃의 전기노에 이송시켰다. 셀룰로오스 팀블 필터를 이용하여 MgO를 수득한 후, 300℃의 아르곤 분위기 하에서 어닐링하였다.The precursor solution was heated to 115° C. for 10 minutes in an oil bath, and then injected into an ultrasonic nebulizer for spray pyrolysis. Ultrasonic waves were applied to the precursor solution to generate droplets, and the droplets were transferred to an electric furnace at 600°C as an inert gas. After obtaining MgO using a cellulose thimble filter, it was annealed in an argon atmosphere at 300°C.

도 1은 바이모달 기공을 가지는 MgO 중공구체의 합성방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 1을 참고하면, 본 발명은 폴리스티렌 비드를 이용한 분무열분해법으로 바이모달 기공을 가지는 MgO 중공구체를 합성할 수 있다. 또한, 상기 분무열분해법을 이용하면 연속공정으로 고순도의 MgO 중공구체를 제조할 수 있다. 이러한 연속공정을 수행할 때, 고순도 물질을 제조하기 위한 용액을 준비하는 것은 매우 중요하다.1 schematically shows a method of synthesizing hollow MgO spheres having bimodal pores. Referring to FIG. 1, the present invention can synthesize MgO hollow spheres having bimodal pores by spray pyrolysis using polystyrene beads. In addition, if the spray pyrolysis method is used, high purity MgO hollow spheres can be produced in a continuous process. When carrying out such a continuous process, it is very important to prepare a solution for producing a high purity material.

본 발명에서는 주로 질산염 또는 염화물인 금속염의 저용융점에 기인한 폴리스티렌의 편석(segregation)을 방지하기 위하여, 아세트산마그네슘 및 옥살산을 이용하여 마그네슘옥살레이트 침전물을 제조한 후 상기 침전물에 폴리스티렌 용액을 첨가하였다. 합성된 마그네슘옥살레이트 용액은 액적(droplet) 형태로 분무되고, 즉시 고온로(high temperature furnace)에서 폴리스티렌과 감압되어 바이모달 기공을 가지는 MgO 중공구체를 형성하였다. 상기 MgO 중공구체는 상기 고온노를 약 2초의 단시간 동안 통과하여 제조되므로, 300℃의 아르곤 분위기 하에서 어닐링하여 결정성을 증가시켰다.In the present invention, in order to prevent segregation of polystyrene due to the low melting point of a metal salt, mainly nitrate or chloride, a magnesium oxalate precipitate was prepared using magnesium acetate and oxalic acid, and then a polystyrene solution was added to the precipitate. The synthesized magnesium oxalate solution was sprayed in the form of droplets, and immediately decompressed with polystyrene in a high temperature furnace to form MgO hollow spheres having bimodal pores. Since the MgO hollow sphere is produced by passing through the high-temperature furnace for a short period of about 2 seconds, the crystallinity is increased by annealing in an argon atmosphere at 300°C.

비교예Comparative example

H2O 및 에탄올의 부피비가 1:1인 혼합용매에 아세트산마그네슘을 용액이 투명해질 때까지 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다.A precursor solution was prepared by dissolving magnesium acetate in a mixed solvent having a volume ratio of H 2 O and ethanol of 1:1 until the solution became transparent.

오일 배스에서 상기 전구체 용액을 10분간 115℃로 가열한 후, 분무열분해에 사용하기 위한 초음파분무기에 주입하였다. 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성시키고, 상기 액적을 비활성 기체로 600℃의 전기노에 이송시켰다. 셀룰로오스 팀블 필터를 이용하여 MgO를 수득한 후, 300℃의 아르곤 분위기 하에서 어닐링하였다.The precursor solution was heated to 115° C. for 10 minutes in an oil bath, and then injected into an ultrasonic atomizer for use in spray pyrolysis. An ultrasonic wave was applied to the precursor solution to generate droplets, and the droplets were transferred to an electric furnace at 600°C as an inert gas. After obtaining MgO using a cellulose thimble filter, it was annealed in an argon atmosphere at 300°C.

실험예 1: 물리적 특성 분석Experimental Example 1: Analysis of physical properties

고해상도 전계방사 주사전자현미경(high-resolution field emission scanning electron microscope, HR FE-SEM, Merlin, Carl Zeiss 社) 및 투과전자현미경을 사용하여 상기 실시예에서 제조된 MgO 중공구체와 비교예의 MgO 모폴로지를 분석한 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2의 (a)는 실시예의 MgO 중공구체 저배율 SEM 이미지이고, 도 2의 (b)는 실시예의 MgO 중공구체 고배율 SEM 이미지이며, 도 2의 (c)는 실시예의 MgO 중공구체 저배율 TEM 이미지이고, 도 2의 (d)는 실시예의 MgO 중공구체 고배율 TEM 이미지이며, 도 2의 (e)는 비교예의 MgO 저배율 TEM 이미지이고, 도 2의 (f)는 비교예의 MgO 고배율 TEM 이미지이다.Using a high-resolution field emission scanning electron microscope (HR FE-SEM, Merlin, Carl Zeiss) and a transmission electron microscope to analyze the MgO hollow spheres prepared in the above Example and the MgO morphology of the Comparative Example One result is shown in FIG. 2. Figure 2 (a) is a low magnification SEM image of the MgO hollow sphere of the embodiment, Figure 2 (b) is a high magnification SEM image of the MgO hollow sphere of the embodiment, Figure 2 (c) is a low magnification TEM image of the MgO hollow sphere of the embodiment , Figure 2 (d) is a high magnification TEM image of the MgO hollow spheres of the Example, Figure 2 (e) is a low MgO TEM image of the comparative example, Figure 2 (f) is the MgO high magnification TEM image of the comparative example.

도 2의 (a), (b)에 나타낸 실시예의 SEM 이미지를 참고하면, 상기 실시예의 생성물은 초음파분무열분해법으로 제조되어 일부 크기의 차이가 있으나, 대다수가 구체(sphere)인 것을 알 수 있다. 이는 옥살산과 폴리스티렌 간의 상호작용에 의해 구 형상을 유지할 수 있는 것이라 판단된다.Referring to the SEM images of the examples shown in FIGS. 2A and 2B, the products of the above examples were manufactured by ultrasonic spray pyrolysis, and there are some differences in size, but it can be seen that the majority are spheres. . It is believed that it is possible to maintain the spherical shape by the interaction between oxalic acid and polystyrene.

도 2의 (c), (d)에 나타낸 실시예의 TEM 이미지를 참고하면, 상기 실시예의 생성물은 다공성(porous)이고, 내부가 비어있는 중공구체(hollow sphere)임을 확인할 수 있다. 이는 마그네슘 및 폴리스티렌이 분무열분해 공정 중 분리되지 않고, 옥살산에 용해되었기 때문이다.Referring to the TEM images of the examples shown in (c) and (d) of FIG. 2, it can be seen that the product of the example is porous and is a hollow sphere. This is because magnesium and polystyrene were not separated during the spray pyrolysis process and were dissolved in oxalic acid.

도 2의 (e), (f)에 나타낸 비교예의 TEM 이미지를 참고하면, 폴리스티렌 및 옥살산을 첨가하지 않은 MgO 또한 중공구조가 형성되어 150 m2/g의 비표면적을 가지나, 아세트산마그네슘의 낮은 녹는점으로 인하여 구형을 유지하지 못하고 찌그러진 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to the TEM images of the comparative examples shown in (e) and (f) of FIG. 2, MgO without addition of polystyrene and oxalic acid also has a hollow structure and has a specific surface area of 150 m 2 /g, but low melting of magnesium acetate Due to the dots, it can be seen that the sphere is not maintained and has a distorted shape.

Cu-Kα(λ=1.54 ÅA) 방사선을 사용하여 5~45°의 2θ 범위에서 X선 회절분석(X-ray diffraction, XRD, Miniflex 600, Rigaku 社)하여 상기 실시예에서 제조된 MgO 중공구체의 결정구조를 분석한 결과를 도 3의 (a)에 나타내었다.Using Cu-Kα (λ=1.54 ÅA) radiation, X-ray diffraction analysis (X-ray diffraction, XRD, Miniflex 600, Rigaku Co., Ltd.) in the 2θ range of 5 to 45° was performed to obtain the MgO hollow spheres prepared in the above example. The results of analyzing the crystal structure are shown in Fig. 3 (a).

N2 공극률 측정기(N2 porosimeter, BELSORP-max, MicrotracBEL 社)를 사용하여 BET 표면적, 흡탈착 등온식 및 BJH 기공 분포를 분석하여 도 3의 (b), (c) 및 하기 표 1에 나타내었다. 재료의 탈기는 150℃에서 12시간 동안 수행되었다.Using an N 2 porosimeter (N 2 porosimeter, BELSORP-max, MicrotracBEL) was used to analyze the BET surface area, the adsorption and desorption isotherm, and the BJH pore distribution, and are shown in FIGS. Degassing of the material was carried out at 150° C. for 12 hours.

도 3의 (a)를 참고하면, 실시예의 MgO 중공구체의 XRD 패턴은 비교예의 MgO XRD 패턴과 전부 일치함을 확인할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 3, it can be seen that the XRD pattern of the MgO hollow sphere of the Example is all the same as the MgO XRD pattern of the Comparative Example.

도 3의 (b)를 참고하면, 실시예의 MgO 및 비교예의 MgO 모두 히스테레시스(hysteresis)를 나타낸다는 점에서 메조기공(mesopore)이 형성되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3B, it can be seen that mesopores were formed in that both MgO of the Example and MgO of the Comparative Example exhibit hysteresis.

구분division BET 비표면적 (m2/g)BET specific surface area (m 2 /g) 기공 부피 (cm3/g)Pore volume (cm 3 /g) 평균 공경 (nm)Average pore diameter (nm) 실시예Example 221.75221.75 0.5410.541 8.288.28 비교예Comparative example 150.39150.39 0.2600.260 5.235.23

상기 표 1을 참고하면, 실시예의 MgO 중공구체는 비교예의 MgO 대비 넓은 비표면적과 큰 기공 부피를 가진다. 이러한 차이점은 실시예의 MgO 중공구체는 폴리스티렌에 의해 기공이 추가 형성되었기 때문이다.Referring to Table 1, the hollow MgO spheres of Examples have a larger specific surface area and a larger pore volume compared to the MgO of Comparative Examples. This difference is because the hollow MgO spheres of the examples have additional pores formed by polystyrene.

도 3의 (c)에 도시된 기공 분포 곡선을 참고하면, 비교예의 MgO와 달리 공경 3.8 nm의 기공 외에도 공경 14.5 nm의 기공이 더 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to the pore distribution curve shown in (c) of FIG. 3, it can be seen that, unlike MgO of the comparative example, in addition to pores having a pore diameter of 3.8 nm, pores having a pore diameter of 14.5 nm were further formed.

실시예의 MgO 중공구체 및 비교예의 MgO를 25℃에서 CO2 흡착시험하여 기공에 따른 차이를 추가 분석하여 도 4에 나타내었다.The MgO hollow spheres of the examples and the MgO of the comparative examples were subjected to a CO 2 adsorption test at 25° C. to further analyze the difference according to the pores and shown in FIG. 4.

도 4를 참고하면, 실시예의 MgO 중공구체 및 비교예의 MgO는 각각 0.470 mol/kg, 0.125 mol/kg의 흡착량을 나타내었다. 이러한 결과로부터 폴리스티렌 및 옥살산에 의해 생성된 기공이 CO2 흡착량을 증가시켰음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the MgO hollow spheres of the examples and the MgO of the comparative examples exhibited adsorption amounts of 0.470 mol/kg and 0.125 mol/kg, respectively. From these results, it can be seen that the pores produced by polystyrene and oxalic acid increased the amount of CO 2 adsorption.

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 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the 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 the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (13)

(a) 마그네슘염, 폴리스티렌 및 카르복시산을 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 전구체 용액에 초음파를 인가하여 액적을 생성하고, 상기 액적을 운반 가스를 이용하여 반응기에 분무하는 단계; 및
(c) 상기 액적을 열분해하여 산화마그네슘 중공구체를 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 산화마그네슘 중공구체는 바이모달 기공을 포함하고,
상기 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 1~10㎚의 범위에 포함되는 제1 피크; 및 10~50㎚의 범위에 포함되는 제2 피크;를 포함하는, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
(a) preparing a precursor solution by dissolving magnesium salt, polystyrene, and carboxylic acid in a solvent;
(b) applying ultrasonic waves to the precursor solution to generate droplets, and spraying the droplets into a reactor using a carrier gas; And
(c) pyrolyzing the droplet to obtain a magnesium oxide hollow sphere; including,
The magnesium oxide hollow spheres contain bimodal pores,
The pore size distribution of the magnesium oxide hollow sphere is a first peak included in the range of 1 to 10 nm; And a second peak included in the range of 10 to 50 nm; containing, a method for producing a magnesium oxide hollow sphere.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘염은 질산마그네슘(magnesium nitrate), 아세트산마그네슘(magnesium acetate), 염화마그네슘(magnesium chloride), 황산마그네슘(magnesium sulfate), 브롬화마그네슘(magnesium bromide), 요오드화마그네슘(magnesium iodide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
The magnesium salt is magnesium nitrate, magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium bromide, magnesium iodide, and two or more of them. One selected from the group consisting of a combination, a method for producing a magnesium oxide hollow sphere.
제1항에 있어서,
상기 폴리스티렌의 평균입도는 50~500 nm인, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
The average particle size of the polystyrene is 50 to 500 nm, the method of producing a magnesium oxide hollow sphere.
제1항에 있어서,
상기 카르복시산은 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 글루탐산, 아디프산, 테레프탈산, 프탈산, 말론산, 말레산, 푸마르산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
The carboxylic acid is one selected from the group consisting of oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, glutamic acid, adipic acid, terephthalic acid, phthalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, and a combination of two or more of them, a method for producing magnesium oxide hollow spheres.
제1항에 있어서,
상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
The solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Formic acid, nitromethane, acetic acid, water, and one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, a method for producing magnesium oxide hollow spheres.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 열분해는 300~1,000℃에서 수행되는, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (c), the thermal decomposition is performed at 300 to 1,000° C., a method for producing a magnesium oxide hollow sphere.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후,
(d) 상기 산화마그네슘 중공구체를 100~500℃에서 어닐링하는 단계;를 더 포함하는, 산화마그네슘 중공구체의 제조방법.
The method of claim 1,
After step (c),
(d) annealing the magnesium oxide hollow spheres at 100 to 500°C; further comprising, a method of manufacturing a magnesium oxide hollow sphere.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조되고,
바이모달 기공을 가지고,
상기 산화마그네슘 중공구체의 공경 분포는 1~10㎚의 범위에 포함되는 제1 피크; 및 10~50㎚의 범위에 포함되는 제2 피크;를 포함하는, 산화마그네슘 중공구체.
It is manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 7,
With bimodal pores,
The pore size distribution of the magnesium oxide hollow sphere is a first peak included in the range of 1 ~ 10 nm; And a second peak included in the range of 10 to 50 nm; containing, magnesium oxide hollow spheres.
제8항에 있어서,
상기 산화마그네슘은 적어도 일부가 카르복시산으로 개질된, 산화마그네슘 중공구체.
The method of claim 8,
The magnesium oxide is at least partially modified with carboxylic acid, magnesium oxide hollow spheres.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 산화마그네슘 중공구체의 BET 비표면적은 160 m2/g 이상인, 산화마그네슘 중공구체.
The method of claim 8,
The BET specific surface area of the magnesium oxide hollow spheres is 160 m 2 /g or more, magnesium oxide hollow spheres.
제8항에 있어서,
상기 산화마그네슘 중공구체의 기공 부피는 0.30 cm3/g 이상인, 산화마그네슘 중공구체.
The method of claim 8,
The volume of the pores of the magnesium oxide hollow sphere is 0.30 cm 3 /g or more, the magnesium oxide hollow sphere.
제8항에 있어서,
상기 산화마그네슘 중공구체의 CO2 흡착량은 0.150 mol/kg 이상인, 산화마그네슘 중공구체.
The method of claim 8,
The amount of CO 2 adsorption of the magnesium oxide hollow spheres is 0.150 mol/kg or more, magnesium oxide hollow spheres.
KR1020190067698A 2019-06-10 2019-06-10 A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same KR102213381B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190067698A KR102213381B1 (en) 2019-06-10 2019-06-10 A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190067698A KR102213381B1 (en) 2019-06-10 2019-06-10 A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200141123A KR20200141123A (en) 2020-12-18
KR102213381B1 true KR102213381B1 (en) 2021-02-08

Family

ID=74041513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190067698A KR102213381B1 (en) 2019-06-10 2019-06-10 A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102213381B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4307051A (en) 1976-09-15 1981-12-22 Cawoods Refractories Limited Process for manufacturing a lightweight refractory product
KR101466125B1 (en) 2012-05-10 2014-11-27 한국과학기술연구원 Method for preparation of magnesium oxide architectures with meso-macro pores
JP2017088448A (en) * 2015-11-11 2017-05-25 太平洋セメント株式会社 Manufacturing method of fine magnesium oxide hollow particles

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100564142B1 (en) * 2004-02-04 2006-03-27 김선재 Mass production method for nano-crystal metallic oxide by using ultrasonic spraying heating method
KR102643130B1 (en) * 2016-11-18 2024-03-04 한국전기연구원 Manufacturing methods of electrode material for lithium secondary batteries and eletrode material manufactured by the method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4307051A (en) 1976-09-15 1981-12-22 Cawoods Refractories Limited Process for manufacturing a lightweight refractory product
KR101466125B1 (en) 2012-05-10 2014-11-27 한국과학기술연구원 Method for preparation of magnesium oxide architectures with meso-macro pores
JP2017088448A (en) * 2015-11-11 2017-05-25 太平洋セメント株式会社 Manufacturing method of fine magnesium oxide hollow particles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Langmuir 2008, 24, 547-550*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200141123A (en) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5636171B2 (en) Porous carbon and method for producing the same
US10479696B2 (en) Method for preparing molybdenum oxide nanoparticles
CN102303861B (en) Method for preparing mesoporous carbon material based on natural halloysite as template
KR101608850B1 (en) Hollow porous carbon particles and their synthetic method
KR101976500B1 (en) Method for manufacturing activated carbon
KR101875639B1 (en) Method for manufacturing activated carbon
KR100752954B1 (en) Method for preparing nano porous powders by ultrasonic pyrolysis and its nano powders
KR102213381B1 (en) A magnesium oxide hollow sphere and method for manufacturing the same
KR100813178B1 (en) Hollow graphitic nanocarbon using polymers incorporated with metal catalysts and Preparation method of it
JP6483477B2 (en) Method for producing calcium salt and method for producing porous carbon
KR101157460B1 (en) Aluminium doped zinc oxide particle and manufacturing method of producing the same using spray pyrolysis
KR102093124B1 (en) A method for manufacturing metal-zif particle using spray-pyrolysis
KR101815756B1 (en) Hollow Porous Carbon Composites Containing Metal Particles And Method For Preparing The Same
KR101064168B1 (en) Method for Preparing Thermally Stable Nanostructured Titania Powders
JP5093647B2 (en) Method for producing metal oxide porous body having mesopores and micropores, metal oxide porous body having mesopores and micropores, and gas purification material using the same
CN109970048B (en) Graphene powder with three-dimensional structure and preparation method thereof
US20210214224A1 (en) Process for the large-scale manufacture of zeolite-templated carbon
KR20090025880A (en) The preparation method for perovskite-type oxide nano powder by using porous silica templating
KR101765893B1 (en) Preperation method for molybdenum oxide particles
WO2020170985A1 (en) Activated carbon and method for producing same
KR101645918B1 (en) Metal Aqueous Solution, Supported Catalyst for CNT, and a Method for Preparing Thereof
Jia et al. Fabrication of hierarchically porous MgO with high surface area and adjustable alkalinity for efficient transesterification synthesis of ethyl methyl carbonate
WO2023065400A1 (en) Porous multi-doped perovskite catalyst and preparation method therefor
CN115873261B (en) Metal organic framework material and preparation method and application thereof
KR101862612B1 (en) Method for preparing porous using nano-polystyrene beads

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant