KR102247536B1 - 이산화탄소의 환원 방법 - Google Patents

이산화탄소의 환원 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102247536B1
KR102247536B1 KR1020190093651A KR20190093651A KR102247536B1 KR 102247536 B1 KR102247536 B1 KR 102247536B1 KR 1020190093651 A KR1020190093651 A KR 1020190093651A KR 20190093651 A KR20190093651 A KR 20190093651A KR 102247536 B1 KR102247536 B1 KR 102247536B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
present application
reducing
carbon
adsorbent
Prior art date
Application number
KR1020190093651A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210015179A (ko
Inventor
이효영
황희민
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
기초과학연구원
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 성균관대학교산학협력단, 기초과학연구원 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020190093651A priority Critical patent/KR102247536B1/ko
Publication of KR20210015179A publication Critical patent/KR20210015179A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102247536B1 publication Critical patent/KR102247536B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/75—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/806—Microwaves
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본원은 흡착제 상에 이산화탄소를 흡착시켜 상기 이산화탄소에 극성을 부여하는 단계; 및 상기 흡착된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소의 환원 방법에 관한 것이다.

Description

이산화탄소의 환원 방법 {METHOD FOR REDUCTION OF CARBON DIOXIDE}
본원은 이산화탄소의 환원 방법에 관한 것이다.
석유, 석탄과 같은 탄화수소 물질을 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소는 지구 온난화에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 이러한 지구 온난화 문제는 지구의 생태 환경을 급격하게 변화시키고 있으며, 이는 인류생존의 문제로서 온난화에 대한 대응방안을 해결하기 위해서 탄화수소 물질을 사용하지 않는 친환경 에너지 기술 연구와 함께, 대기 중의 이산화탄소, 메탄과 같은 온실 가스를 회수하여 자원화하는 기술이 연구되고 있다.
이와 관련하여, 이산화탄소를 환원시키기 위해 금, 은, 구리 등의 금속 촉매를 사용하는 공정, 마이크로파를 이용하는 공정, 자외선 또는 가시광선을 이용한 광촉매를 사용하는 공정, 생물을 이용한 공정 등이 개발되었다. 그러나 생물을 이용하는 공정은 광대한 면적의 미세 해초류를 사용하여 이산화탄소를 환원시키기 때문에 공간적인 제약이 존재한다. 또한, 금속 촉매를 사용할 경우 200℃ 이상의 고온이 필요하며, 촉매의 특성상 넓은 비표면적 및 높은 중량대비 활성을 갖게 하도록 하기 위해 금속 나노 입자를 균일하게 생산하기 어려운 특징이 있다.
또한, 광촉매를 이용하는 공정의 경우, 일몰 후에는 태양광을 이용해 이산화탄소를 환원시킬 수 없어 시간적인 제약이 존재하고, 실내에서 LED 를 사용할 경우 효율이 떨어지는 단점이 존재한다. 또한, 이산화탄소를 환원시키기 위해서는 9.7 GHz 의 마이크로파가 필요하고, 이는 실사용에서 이용되는 2.45 GHz 의 마이크로파보다 많은 에너지를 필요로 하기 때문에, 플라즈마를 발생시켜 이산화탄소를 환원시키는 공정은 많은 에너지가 소요되고, 온도가 높게 올라가 위험할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 고효율로 이산화탄소를 환원시키기 위한 촉매를 개발하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 한국등록특허공보 제10-1958426호는 이산화탄소 환원용 촉매와 그 제조방법에 대한 것이다. 상기 등록특허는 이산화탄소 환원용 촉매로서 PEG-Au/C 를 개시하고 있으며, 상기 촉매는 폴리에틸렌 글리콜 등의 분산매를 추가로 요구하고 있으나, 분산매를 사용하지 않고 마이크로파를 사용하여 이산화탄소를 환원시키는 방법에 대해서는 개시하지 않고 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이산화탄소의 환원 방법을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 흡착제 상에 이산화탄소를 흡착시켜 상기 이산화탄소에 극성을 부여하는 단계; 및 상기 흡착된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소의 환원 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소의 탄소가 상기 흡착제 상에 흡착되어 상기 이산화탄소가 극성을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 흡착제는 탄소를 함유하는 기재 상에 금속 나노 입자가 분산된 촉매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마이크로파는 1 GHz 내지 100 GHz 의 주파수를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계는 상기 흡착제 상에 수소 함유 기체를 공급하면서 진행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수소 함유 기체는 H2, H2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소는 환원되어 CO, CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C2H4, C2H2, C3H6, C3H4, C4H8, C4H6, C5H10, C5H8, C6H12, C6H10, C7H14, C7H12, CH3NH2, C2H5NH2, C3H7NH2, C4H9NH2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질로 변환될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소를 함유하는 기재는 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는 Cu, Pt, Co, Ni, Ce, Pd, Rh, Ir, Ag, Au, Fe, Ru, Os, Mn, Tc, Re, Zn, Cd, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 금속 나노 입자에 흡착된 이산화탄소가 극성을 띄는 특성을 이용함으로써, 마이크로파를 조사하여 이산화탄소의 결합을 끊을 수 있다.
종래의 이산화탄소의 결합을 끊기 위해 마이크로파를 조사할 경우, 9.7 GHz 정도의 높은 에너지를 갖는 마이크로파를 조사하였다. 그러나 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 2.45 GHz 정도의 낮은 주파수를 갖는 마이크로파를 조사해도 이산화탄소의 환원이 가능하며, 이에 종래의 마이크로파를 사용하여 이산화탄소의 결합을 끊는 기술에 비해 경제적이다.
또한, 이산화탄소에 2.4 GHz 내지 2.5 GHz 의 주파수를 갖는 마이크로파를 조사할 경우, 플라즈마가 발생하였다. 그러나 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 극성을 갖고 있는 이산화탄소에 2.45 GHz 정도의 주파수를 갖는 마이크로파를 조사하기 때문에 플라즈마가 발생하지 않으며, 이에 따라 이산화탄소 환원 공정의 안전성이 향상될 수 있다.
더욱이, 이산화탄소를 환원시키기 위해 광촉매를 사용할 경우, 상기 광촉매는 380 nm 이하의 자외선에서만 활성을 띄고, 가시광선의 빛을 조사하면 효율이 떨어지는 문제점이 존재한다. 그러나, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 가시광선 또는 자외선 없이도 이산화탄소를 환원시킬 수 있어 효율성이 증가될 수 있다.
추가적으로, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 사용하여 이산화탄소를 환원시킨 후, 환원된 물질에 마이크로파를 계속해서 조사함으로써 탄소 사슬 가스를 제조할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 는 본원의 구현예에 따른 흡착제의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 환원 방법의 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 나타낸 사진이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 이산화탄소를 환원시킨 물질의 가스 크로마토 그래피 분석 결과이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 이산화탄소의 환원 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 흡착제 상에 이산화탄소를 흡착시켜 상기 이산화탄소에 극성을 부여하는 단계; 및 상기 흡착된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소의 환원 방법을 제공한다.
이산화탄소는 온실 가스의 일종이며 탄소 원자 1 개와 산소 원자 2 개로 구성된 물질이다. 상기 이산화탄소는 탄화수소 등이 연소할 때 주로 발생되며, 발생한 이산화탄소를 CH4, C2H6 등의 탄화수소 연료로 다시 변환시키기 위한 방법이 연구되고 있다.
그러나 이산화탄소를 CH4 와 반응시켜 CO 또는 CH3COOH 를 얻는 공정이나, 이산화탄소를 동일한 몰수비의 H2 와 반응시켜 일산화탄소를 수득하는 공정의 경우, 상온에서 깁스 자유 에너지의 변화가 양수이기 때문에 에너지가 추가로 요구되는 비가역적 공정이다. 본원에서는 상기 비가역적 공정에서 소모되는 에너지를 줄이기 위해, 무극성인 이산화탄소에 극성을 부여하고, 상기 극성이 부여된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 탄소 및 산소 사이의 결합을 끊어 CH4, C2H6, CO 등의 물질을 수득할 수 있는 이산화탄소의 환원 방법을 제공한다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 나타낸 순서도이다.
본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법에 있어서, 먼저 흡착제 상에 이산화탄소를 흡착시켜 상기 이산화탄소에 극성을 부여한다 (S100).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소의 탄소가 상기 흡착제 상에 흡착되어 상기 이산화탄소가 극성을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 흡착제는 탄소를 함유하는 기재 상에 금속 나노 입자가 분산된 촉매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 흡착제의 모식도이다.
도 2 를 참조하면, 보통의 이산화탄소 분자는 극성을 갖지 않는 무극성 분자이다. 그러나, 이산화탄소 분자가 상기 금속 나노 입자에 흡착될 경우, 상기 금속 나노 입자 상의 전자가 이산화탄소 분자와 결합하여 극성을 가지는 이산화탄소(CO2 δ -) 를 형성한다.
이와 관련하여, 상기 CO2 및 전자의 결합에 의해 상기 CO2 δ - 가 생성되는 반응의 활성화 에너지는 0.4 eV 로 매우 작아 상기 금속 나노 입자의 표면에서 상기 CO2 δ - 가 다수 생성될 수 있으나, 상기 CO2 δ - 는 약 60 μs 내지 90 μs 의 짧은 시간 동안만 존재할 수 있다. 따라서, 상기 금속 나노 입자의 표면에서, 상기 CO2 및 상기 CO2 δ - 의 생성 및 소멸이 반복적으로 발생할 수 있다.
본원에 따른 상기 극성을 갖는 이산화탄소 분자의 탄소 원자 및 산소 원자 사이의 결합각은 180 ° 보다 작을 수 있다.
이와 관련하여, 상기 이산화탄소의 탄소는 전자가 풍부한 상기 금속 나노 입자와 흡착되면 상기 이산화탄소의 탄소 원자에 부분적으로 전하가 집중되어 극성을 띨 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소를 함유하는 기재는 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는 Cu, Pt, Co, Ni, Ce, Pd, Rh, Ir, Ag, Au, Fe, Ru, Os, Mn, Tc, Re, Zn, Cd, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 흡착된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시킨다 (S200).
본원에 따른 마이크로파는 주파수로서 300 MHz 내지 300 GHz 갖는 전자기파를 의미하며, 마그네트론에 의해 발생된다.
구체적으로, 상기 마그네트론 상에 전압을 인가하면 상기 마그네트론의 음극에서 전자가 방출되고, 상기 전자는 상기 마그네트론 내부의 자기장에 의해 회전하며 상기 마그네트론의 양극으로 이동하게 된다. 이 때, 상기 회전하는 전자는 가속 운동을 하기 때문에, 상기 회전하는 전자의 이동에 의해 마이크로파가 발생될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마이크로파는 1 GHz 내지 100 GHz 의 주파수를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 마이크로파는 1 GHz 내지 10 GHz 의 주파수를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
더 바람직하게는, 상기 마이크로파는 2.45 GHz 의 주파수를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
극성을 갖지 않는 일반적인 이산화탄소의 탄소 및 산소의 결합을 끊기 위해서는 9.7 GHz 의 주파수를 갖는 마이크로파가 필요한 것으로 알려져 있다. 상기 9.7 GHz 의 마이크로파를 생성하기 위해서는 많은 에너지가 소요되기 때문에, 보다 적은 에너지로 이산화탄소를 환원시킬 수 있는 공정이 연구되고 있다. 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 기존의 공정에서 사용되는 마이크로파에 비해 약 4 분의 1 에 해당하는 주파수를 갖는 마이크로파를 사용하기 때문에, 높은 효율을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 극성을 갖는 이산화탄소 분자 상에 상기 마이크로파를 조사하면, 상기 극성을 갖는 이산화탄소 분자의 극성 쌍극자는 상기 마이크로파에 의한 전계의 방향을 향해 배치되도록 상기 극성을 갖는 이산화탄소 분자는 진동 또는 회전된다. 그러나 상기 전계의 방향은 1 초에 약 2.45 × 109 회 변경되므로, 상기 극성을 갖는 이산화탄소 분자는 상기 전계의 방향의 반전을 따라가지 못해 발열하게 된다.
상기 내용을 종합하면, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 이산화탄소에 극성을 부여하고, 2.45 GHz 의 주파수를 갖는 마이크로파를 상기 극성을 갖는 이산화탄소에 조사함으로써 수행된다. 상기 마이크로파를 상기 극성을 갖는 이산화탄소에 조사하면 상기 극성을 갖는 이산화탄소는 발열하고, 상기 발열에 의해 이산화탄소의 탄소 및 산소 사이의 결합이 끊어질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계에서 플라즈마가 발생되지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 이산화탄소를 환원시키기 위한 방법으로서 본원에 따른 방법 외에도 이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하는 공정이 존재한다. 상기 공정의 경우, 이산화탄소에 2.45 GHz 의 마이크로파를 조사하여 플라즈마를 발생시켜 이루어지는 것이다. 그러나, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법은 이산화탄소에 2.45 GHz의 마이크로파를 조사하면서도 플라즈마가 발생되지 않는 특성이 있어 저온에서 수행될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계는 0℃ 내지 1000℃ 에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계는 약 0℃ 내지 약 1000℃, 약 0℃ 내지 약 900℃, 약 0℃ 내지 약 800℃, 약 0℃ 내지 약 700℃, 약 0℃ 내지 약 600℃, 약 0℃ 내지 약 500℃, 약 0℃ 내지 약 400℃, 약 0℃ 내지 약 300℃, 약 0℃ 내지 약 200℃, 약 0℃ 내지 약 100℃, 약 100℃ 내지 약 1000℃, 약 200℃ 내지 약 1000℃, 약 300℃ 내지 약 1000℃, 약 400℃ 내지 약 1000℃, 약 500℃ 내지 약 1000℃, 약 600℃ 내지 약 1000℃, 약 700℃ 내지 약 1000℃, 약 800℃ 내지 약 1000℃, 약 100℃ 내지 약 900℃, 약 200℃ 내지 약 800℃, 약 300℃ 내지 약 700℃, 약 400℃ 내지 약 600℃, 또는 약 500℃에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계는 상기 흡착제 상에 수소 함유 기체를 공급하면서 진행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수소 함유 기체는 H2, H2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 수소 함유 기체는 상기 이산화탄소를 환원시킬 환원제 및 탄소 사슬 가스를 형성하기 위한 수소를 제공하기 위한 가스를 의미한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소는 환원되어 CO, CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C2H4, C2H2, C3H6, C3H4, C4H8, C4H6, C5H10, C5H8, C6H12, C6H10, C7H14, C7H12, CH3NH2, C2H5NH2, C3H7NH2, C4H9NH2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질로 변환될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 환원된 가스를 상기 흡착제 상에 흡착시키고, 상기 흡착된 가스에 상기 마이크로파를 조사하여 사슬형 탄소 가스를 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 환원 방법의 모식도이다.
도 3 을 참조하면, 상기 이산화탄소 및 상기 수소 함유 기체에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시킬 수 있으며, 상기 환원된 가스를 상기 수소 함유 기체와 혼합하여 마이크로파를 조사하는 등 순환 공정이 수행될 수 있음을 확인할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예]
그래핀 상에 구리 나노 입자를 분산하여 배치함으로써 흡착제를 제조하였다. 이어서, 상기 흡착제를 시험관에 배치하고, 이산화탄소 및 수소 또는 수증기를 공급하며 마이크로파를 조사하였다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 나타낸 사진이다.
도 4 를 참조하면, 상기 흡착제에 수증기(H2O) 및 이산화탄소를 공급하며 마이크로파를 조사하면, 상기 이산화탄소가 환원되어 메탄 및/또는 일산화탄소가 배출되는 것을 확인할 수 있다.
[실험예]
도 5 는 상기 실시예에 따라 환원된 가스의 가스 크로마토 그래피 분석 결과이다.
도 5 를 참조하면, 상기 환원된 가스의 피크를 분석한 결과, 본원에 따른 이산화탄소의 환원 방법을 통해 메탄(CH4) 및 일산화탄소(CO)가 수득되었음을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 흡착제 상에 이산화탄소를 흡착시켜 상기 이산화탄소에 극성을 부여하는 단계; 및
    상기 흡착된 이산화탄소에 마이크로파를 조사하여 상기 이산화탄소를 환원시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 흡착제는 탄소를 함유하는 기재 상에 금속 나노 입자가 분산된 촉매를 포함하고,
    상기 금속 나노 입자는 Cu, Pt, Co, Ni, Ce, Pd, Rh, Ir, Ag, Au, Fe, Ru, Os, Mn, Tc, Re, Zn, Cd, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하고,
    상기 이산화탄소의 탄소가 상기 흡착제 상에 흡착되어 상기 이산화탄소가 극성을 나타내는 것인,
    이산화탄소의 환원 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 1 GHz 내지 100 GHz 의 주파수를 갖는 것인, 이산화탄소의 환원 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소를 환원시키는 단계는 상기 흡착제 상에 수소 함유 기체를 공급하면서 진행되는 것인, 이산화탄소의 환원 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수소 함유 기체는 H2, H2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함하는 것인, 이산화탄소의 환원 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소는 환원되어 CO, CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C2H4, C2H2, C3H6, C3H4, C4H8, C4H6, C5H10, C5H8, C6H12, C6H10, C7H14, C7H12, CH3NH2, C2H5NH2, C3H7NH2, C4H9NH2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질로 변환되는 것인, 이산화탄소의 환원 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소를 함유하는 기재는 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 이산화탄소의 환원 방법.
  9. 삭제
KR1020190093651A 2019-08-01 2019-08-01 이산화탄소의 환원 방법 KR102247536B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093651A KR102247536B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 이산화탄소의 환원 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093651A KR102247536B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 이산화탄소의 환원 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210015179A KR20210015179A (ko) 2021-02-10
KR102247536B1 true KR102247536B1 (ko) 2021-05-06

Family

ID=74561395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190093651A KR102247536B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 이산화탄소의 환원 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102247536B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169095A (ja) * 2004-11-17 2006-06-29 Tokyo Electric Power Co Inc:The マイクロ波を用いたｃｏ２の固定化方法
JP5479790B2 (ja) 2009-07-06 2014-04-23 紀本電子工業株式会社 超臨界マイクロ波反応装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120109858A (ko) * 2011-03-28 2012-10-09 이엠더블류 주식회사 마이크로웨이브를 이용한 이산화탄소 분해장치와 방법
KR101785454B1 (ko) * 2015-11-30 2017-10-16 한국과학기술원 3차원 다공성 그래핀의 제조방법
KR101921067B1 (ko) * 2016-07-18 2018-11-22 건국대학교 산학협력단 금속이 분산된 그래핀 나노리본을 포함하는 이산화탄소 흡착제 및 이의 재생방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169095A (ja) * 2004-11-17 2006-06-29 Tokyo Electric Power Co Inc:The マイクロ波を用いたｃｏ２の固定化方法
JP5479790B2 (ja) 2009-07-06 2014-04-23 紀本電子工業株式会社 超臨界マイクロ波反応装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210015179A (ko) 2021-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Frustrated lewis pairs accelerating CO2 reduction on oxyhydroxide photocatalysts with surface lattice hydroxyls as a solid‐state proton donor
Guo et al. General design concept for single‐atom catalysts toward heterogeneous catalysis
Zhang et al. Black magnetic Cu-g-C3N4 nanosheets towards efficient photocatalytic H2 generation and CO2/benzene conversion
Peng et al. Molecular-level insight into how hydroxyl groups boost catalytic activity in CO2 hydrogenation into methanol
Jiang et al. A hierarchical Z‑scheme α‐Fe2O3/g‐C3N4 hybrid for enhanced photocatalytic CO2 reduction
Xi et al. Carbon‐intercalated 0D/2D hybrid of hematite quantum dots/graphitic carbon nitride nanosheets as superior catalyst for advanced oxidation
Munir et al. Metal nanoclusters: new paradigm in catalysis for water splitting, solar and chemical energy conversion
Zhang et al. Dual photocatalytic roles of light: Charge separation at the band gap and heat via localized surface plasmon resonance to convert CO2 into CO over silver–zirconium oxide
Wang et al. Modeling the effect of Cu doped TiO2 with carbon dots on CO2 methanation by H2O in a photo-thermal system
Li et al. Atomically precise gold nanoclusters as new model catalysts
Chernyak et al. Sintered Fe/CNT framework catalysts for CO2 hydrogenation into hydrocarbons
Li et al. Boosting photocatalytic nitrogen fixation via constructing low-oxidation-state active sites in the nanoconfined spinel iron cobalt oxide
Heiz et al. Size-selected clusters on solid surfaces
Hu et al. Carbon dots incorporated in hierarchical macro/mesoporous g-C3N4/TiO2 as an all-solid-state Z-scheme heterojunction for enhancement of photocatalytic H2 evolution under visible light
Lakhera et al. Role of molecular oxygen on the synthesis of Ni (OH) 2/TiO2 photocatalysts and its effect on solar hydrogen production activity
CN108883395B (zh) 用于产生长链烃分子的等离激元纳米颗粒催化剂和方法
Chen et al. Heterojunctions of silver–iron oxide on graphene for laser-coupled oxygen reduction reactions
Lu et al. Nonmetallic surface plasmon resonance coupling with pyroelectric effect for enhanced near-infrared-driven CO2 reduction
Zhou et al. In Situ Cutting of Ammonium Perchlorate Particles by Co‐Bipy “scalpel” for High Efficiency Thermal Decomposition
Feng et al. Dual functionalized interstitial N atoms in Co3Mo3N enabling CO2 activation
Huang et al. Atomic nickel on graphitic carbon nitride as a visible light-driven hydrogen production photocatalyst studied by X-ray spectromicroscopy
Mao et al. Photochemical Acceleration of Ammonia Production by Pt1-Pt n-TiN Reduction and N2 Activation
Song et al. Emerging Applications of Synchrotron Radiation X‐Ray Techniques in Single Atomic Catalysts
Ma et al. N-doped graphene for electrocatalytic O 2 and CO 2 reduction
Hu et al. Intensified solar thermochemical CO2 splitting over iron-based redox materials via perovskite-mediated dealloying-exsolution cycles

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant