KR102365539B1 - Carbon dioxide absorbent and air purifier including the same - Google Patents

Carbon dioxide absorbent and air purifier including the same Download PDF

Info

Publication number
KR102365539B1
KR102365539B1 KR1020200022488A KR20200022488A KR102365539B1 KR 102365539 B1 KR102365539 B1 KR 102365539B1 KR 1020200022488 A KR1020200022488 A KR 1020200022488A KR 20200022488 A KR20200022488 A KR 20200022488A KR 102365539 B1 KR102365539 B1 KR 102365539B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
adsorbent
dioxide adsorbent
adsorption
metal
Prior art date
Application number
KR1020200022488A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210009263A (en
Inventor
홍창섭
김새미
김지연
박정렬
정용원
Original Assignee
삼성전자주식회사
고려대학교 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 삼성전자주식회사, 고려대학교 산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to PCT/KR2020/007487 priority Critical patent/WO2021010597A1/en
Publication of KR20210009263A publication Critical patent/KR20210009263A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102365539B1 publication Critical patent/KR102365539B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/02Separation 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/15Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering by chemical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10Temperature

Abstract

이산화탄소 흡착제가 개시된다. 본 이산화탄소 흡착제는 아민 화합물의 아민기와 결합된 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하고, 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판(N-methyl-1,3-diaminopropane) 또는 1,3-디아미노펜탄(1,3-diaminopentane)에서 선택된다.A carbon dioxide adsorbent is disclosed. The carbon dioxide adsorbent includes metal-organic frameworks (MOFs) bonded to an amine group of an amine compound, and the amine compound is N-methyl-1,3-diaminopropane (N-methyl-1,3- diaminopropane) or 1,3-diaminopentane (1,3-diaminopentane).

Description

이산화탄소 흡착제 및 이를 포함하는 공기정화장치 {CARBON DIOXIDE ABSORBENT AND AIR PURIFIER INCLUDING THE SAME}Carbon dioxide adsorbent and air purifier including same {CARBON DIOXIDE ABSORBENT AND AIR PURIFIER INCLUDING THE SAME}

본 개시는 이산화탄소 흡착제 및 이를 포함하는 공기정화장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 실생활에 적용가능한 이산화탄소 흡착능력을 가지며 저온에서 재생가능한 이산화탄소 흡착제 및 이를 포함하는 공기정화장치에 대한 것이다.The present disclosure relates to a carbon dioxide adsorbent and an air purifying device including the same, and more particularly, to a carbon dioxide adsorbent having a carbon dioxide adsorption capacity applicable to real life and renewable at a low temperature, and an air purifying device including the same.

실내 공기에는 다양한 기체가 존재한다. 특히, 실내 공기 중 이산화탄소는 실내공기 오염 지표로 사용되고 있으며, 실내 공기 중 이산화탄소 농도가 높으면 인체에 영상을 미칠 가능성이 높아진다. 예를 들어, 실내 공기 중 이산화탄소 농도가 높아질수록 졸림을 느끼는 등 컨디션이 악화되거나, 어깨결림, 두통, 현기증과 같은 증상이 발생할 수도 있다. 또한, 이산화탄소가 농도가 높아질수록 수면 중 움직임이 많아져 수면질이 전반적으로 낮아지는 연구결과가 나타나고 있다. 이산화탄소 농도 권고 기준은 1000ppm이다(한국, 일본, 미국 ASHRAE). Various gases exist in indoor air. In particular, carbon dioxide in the indoor air is used as an indicator of indoor air pollution, and if the concentration of carbon dioxide in the indoor air is high, the possibility of causing an image to the human body increases. For example, as the concentration of carbon dioxide in the indoor air increases, physical conditions such as feeling drowsy may worsen, or symptoms such as stiff shoulders, headache, and dizziness may occur. In addition, research results show that as the concentration of carbon dioxide increases, movement during sleep increases and the quality of sleep decreases overall. The recommended standard for carbon dioxide concentration is 1000 ppm (ASHRAE in Korea, Japan, and the United States).

실외 대기 중 이산화탄소 농도는 400ppm정도로 유지되는 반면, 밀폐된 실내의 이산화탄소의 농도는 실외 먼지 등으로 인해 자주 환기를 하지 못하면 급격하게 증가할 수 있다. 10평 거실 4인 재실 기준 1시간 경과시 이산화탄소 농도는 2000ppm을 돌파하며, 개인 차량 및 고속버스 등 좁은 공간에서의 농도 변화는 더욱 급격하다. While the concentration of carbon dioxide in the outdoor air is maintained at about 400 ppm, the concentration of carbon dioxide in a closed room may increase rapidly if ventilation is not performed frequently due to outdoor dust. Based on the occupancy of 4 people in a 10-pyeong living room, the concentration of carbon dioxide exceeds 2000 ppm in one hour, and the change in concentration in a narrow space such as a personal vehicle and an express bus is even more rapid.

서울 시내 전역 아파트 10 가구의 거실에서의 측정 결과, 이산화탄소의 농도가 수면, 조리, 환기 시간에 관계없이 600 ~ 1200 ppm의 농도 분포를 나타내었고, 최대 1600ppm 이상이었다. 따라서, 이와 같은 실내에서의 이산화탄소 농도, 즉 약 1000ppm 정도의 농도에서 이산화탄소를 제거할 수 있는 기술 개발이 필요하였다. As a result of measurement in the living room of 10 apartment units across downtown Seoul, the concentration of carbon dioxide showed a concentration distribution of 600 to 1200 ppm regardless of sleeping, cooking, and ventilation times, with a maximum of 1600 ppm or more. Therefore, it was necessary to develop a technology capable of removing carbon dioxide from the indoor carbon dioxide concentration, that is, at a concentration of about 1000 ppm.

종래의 이산화탄소 제거 기술로서는 공장의 배가스 내 이산화탄소를 제거하기 위한 습식 흡수제 (Wet scrubbing) 기술이 있었으나, 배가스 내 이산화탄소 농도는 약 15% 정도로 높으므로, 이산화탄소 농도가 0.04% 내외인 실내에 적용한다면 성능저하가 발생하였다. 또한 배가스용 이산화탄소 제거 장치는 액체 기반의 흡수제를 이용하므로 가전제품 등으로의 응용이 어려운 문제가 있었다. As a conventional carbon dioxide removal technology, there was a wet scrubbing technology for removing carbon dioxide in the exhaust gas of a factory, but the carbon dioxide concentration in the exhaust gas is as high as about 15%, so if it is applied indoors where the carbon dioxide concentration is around 0.04%, the performance deteriorates has occurred. In addition, since the carbon dioxide removal device for flue gas uses a liquid-based absorbent, it is difficult to apply it to home appliances.

또한 종래의 이산화탄소 제거 장치는 이산화탄소를 흡착한 후 탈착시켜 재사용하기 위해 100℃가 넘는 고온이 요구되어 과도한 에너지가 소모되는 문제가 있었다.In addition, the conventional carbon dioxide removal device has a problem in that excessive energy is consumed because a high temperature exceeding 100° C. is required to adsorb and then desorb carbon dioxide and reuse it.

본 개시는 상술한 필요성으로부터 안출된 것으로, 본 개시의 목적은 실생활에 적용가능한 이산화탄소 흡착능력을 가지며 저온에서 재생가능한 이산화탄소 흡착제 및 이를 포함하는 공기정화장치를 제공함에 있다. The present disclosure has been made out of the above needs, and an object of the present disclosure is to provide a carbon dioxide adsorbent having a carbon dioxide adsorption capacity applicable to real life and renewable at a low temperature, and an air purification device including the same.

본 개시의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 흡착제는 아민 화합물의 아민기와 결합된 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하고, 상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판(N-methyl-1,3-diaminopropane) 또는 1,3-디아미노펜탄(1,3-diaminopentane)에서 선택된다.The carbon dioxide adsorbent according to an embodiment of the present disclosure includes metal-organic frameworks (MOFs) bonded to an amine group of an amine compound, and the amine compound is N-methyl-1,3-diaminopropane ( N-methyl-1,3-diaminopropane) or 1,3-diaminopentane (1,3-diaminopentane).

이 경우, 상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판일 수 있다.In this case, the amine compound may be N-methyl-1,3-diaminopropane.

한편, 상기 아민 화합물은 1,3-디아미노펜탄일 수 있다.Meanwhile, the amine compound may be 1,3-diaminopentane.

한편, 상기 금속유기골격체는 M2(dobpdc), M2(dobdc), M2(dondc) 및 M2(dotpdc)로 이루어진 군에서 선택되며, 여기서, 금속 M은 Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Cu 또는 Zn이고, dobpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-비페닐디카복실레이트이며, dobdc는 2,5-디옥시도-1,4-벤젠디카복실레이트이고, dondc는 1,5-디옥사이드-2,6-나프탈렌디카복실레이트이고, dotpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-트리페닐디카복실레이트일 수 있다.On the other hand, the metal-organic framework is selected from the group consisting of M2 (dobpdc), M2 (dobdc), M2 (dondc) and M2 (dotpdc), wherein the metal M is Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co , Ni, Fe, Cu or Zn, dobpdc is 4,4'-dioxido-3,3'-biphenyldicarboxylate, dobdc is 2,5-dioxido-1,4-benzenedicarboxylate rate, dondc may be 1,5-dioxide-2,6-naphthalenedicarboxylate, and dotpdc may be 4,4'-dioxido-3,3'-triphenyldicarboxylate.

이 경우, 상기 금속유기골격체는 Mg2(dobpdc)일 수 있다.In this case, the metal-organic framework may be Mg 2 (dobpdc).

한편, 상기 이산화탄소 흡착제는, 70℃를 초과하지 않는 온도로 가열시 흡착된 이산화탄소의 90% 이상이 탈착될 수 있다.Meanwhile, when the carbon dioxide adsorbent is heated to a temperature not exceeding 70° C., 90% or more of the adsorbed carbon dioxide may be desorbed.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 공기정화장치는 이산화탄소를 포집하기 위한 이산화탄소 흡착제 및 상기 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키기 위한 열을 발생시키는 히터를 포함하며, 상기 이산화탄소 흡착제는, 아민 화합물의 아민기와 결합된 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하고, 상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판(N-methyl-1,3-diaminopropane) 또는 1,3-디아미노펜탄(1,3-diaminopentane)에서 선택된다.On the other hand, the air purifier according to an embodiment of the present disclosure includes a carbon dioxide adsorbent for collecting carbon dioxide and a heater for generating heat for desorbing carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent, wherein the carbon dioxide adsorbent is an amine compound. and metal-organic frameworks (MOFs) bonded to an amine group, wherein the amine compound is N-methyl-1,3-diaminopropane or 1,3 - It is selected from diaminopentane (1,3-diaminopentane).

이 경우, 상기 히터는, 상기 이산화탄소 흡착제의 온도가 70℃를 초과하지 않도록 열을 발생시킬 수 있다.In this case, the heater may generate heat so that the temperature of the carbon dioxide adsorbent does not exceed 70°C.

한편, 상기 공기정화장치는 가전 제품(home appliance)일 수 있다.Meanwhile, the air purifier may be a home appliance.

도 1은 금속유기골격체의 일 예를 도식화 한 도면,
도 2는 아민 기능화된 금속-유기 골격체의 이산화탄소 흡착/탈착의 예시를 도 2에 도시한 도면,
도 3a는 실시예 1의 이산화탄소 흡착제(nmpn-Mg2(dobpdc))에 대한 흡착 등온선을 나타내는 도면,
도 3b는 실시예 2의 이산화탄소 흡착제(epn-Mg2(dobpdc))에 대한 흡착 등온선을 나타내는 도면,
도 3c는 실시예 3의 이산화탄소 흡착제(men-Mg2(dobpdc))에 대한 흡착 등온선을 나타내는 도면,
도 3d는 실시예 4의 이산화탄소 흡착제(dmpn-Mg2(dobpdc))에 대한 흡착 등온선을 나타내는 도면
도 3e는 실시예 5의 이산화탄소 흡착제(Ndmpn-Mg2(dobpdc))에 대한 흡착 등온선에 대한 흡착 등온선을 나타내는 도면,
도 4a는 실시예 1의 이산화탄소 흡착제에 대한 TGA(Thermogravimetric analysis) 곡선을 나타내는 도면,
도 4b는 실시예 2의 이산화탄소 흡착제에 대한 TGA 곡선을 나타내는 도면,
도 4c는 실시예 3의 이산화탄소 흡착제에 대한 TGA 곡선을 나타내는 도면,
도 4d는 실시예 4의 이산화탄소 흡착제에 대한 TGA 곡선을 나타내는 도면,
도 4e는 실시예 5의 이산화탄소 흡착제에 대한 TGA 곡선을 나타내는 도면,
도 5a는 실시예 1의 이산화탄소 흡착제의 흡착 및 탈착 사이클을 나타낸 그래프,
도 5b는 실시예 2의 이산화탄소 흡착제의 흡착 및 탈착 사이클을 나타낸 그래프,
도 6a는 실시예 1의 이산화탄소 흡착제의 실생활 조건의 챔버 내에서 반복 사용성을 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 6b는 실시예 2의 이산화탄소 흡착제의 실생활 조건의 챔버 내에서 반복 사용성을 측정한 결과를 나타낸 그래프, 그리고,
도 6c는 실시예 3의 이산화탄소 흡착제의 실생활 조건의 챔버 내에서 반복 사용성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of an example of a metal-organic skeleton;
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of carbon dioxide adsorption/desorption of an amine functionalized metal-organic framework in FIG. 2;
Figure 3a is a diagram showing the adsorption isotherm for the carbon dioxide adsorbent of Example 1 (nmpn-Mg 2 (dobpdc));
Figure 3b is a diagram showing the adsorption isotherm for the carbon dioxide adsorbent of Example 2 (epn-Mg 2 (dobpdc));
3c is a graph showing the adsorption isotherm for the carbon dioxide adsorbent of Example 3 (men-Mg 2 (dobpdc));
3D is a graph showing the adsorption isotherm for the carbon dioxide adsorbent of Example 4 (dmpn-Mg 2 (dobpdc));
3E is a plot showing the adsorption isotherm versus the adsorption isotherm for the carbon dioxide adsorbent of Example 5 (Ndmpn-Mg 2 (dobpdc));
4A is a view showing a thermogravimetric analysis (TGA) curve for the carbon dioxide adsorbent of Example 1;
Figure 4b is a diagram showing the TGA curve for the carbon dioxide adsorbent of Example 2;
4c is a diagram showing the TGA curve for the carbon dioxide adsorbent of Example 3;
4D is a diagram showing the TGA curve for the carbon dioxide adsorbent of Example 4;
Figure 4e is a diagram showing the TGA curve for the carbon dioxide adsorbent of Example 5;
Figure 5a is a graph showing the adsorption and desorption cycle of the carbon dioxide adsorbent of Example 1;
Figure 5b is a graph showing the adsorption and desorption cycle of the carbon dioxide adsorbent of Example 2;
Figure 6a is a graph showing the results of measuring the repeated usability in the chamber under real life conditions of the carbon dioxide adsorbent of Example 1;
6b is a graph showing the results of measuring repeated usability in the chamber under real-life conditions of the carbon dioxide adsorbent of Example 2;
6c is a graph showing the results of measuring repeated usability in the chamber under real life conditions of the carbon dioxide adsorbent of Example 3;

본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관계 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present disclosure, which may vary depending on the intention or relationship of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present disclosure are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the scope of rights. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprises" or "consisting of" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and are intended to indicate that one or more other It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 본 개시를 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail.

본 개시에 따른 이산화탄소 흡착제는 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 기본 구조로 포함한다. The carbon dioxide adsorbent according to the present disclosure includes metal-organic frameworks (MOFs) as a basic structure.

금속유기골격체는 금속 이온과 이를 연결하는 유기 리간드의 배위결합으로 이루어지는 3차원 구조의 결정형 다공성 물질이다. 금속유기골격체의 일 예를 도식화 한 것을 도 1에 나타내었다. 금속 이온과 유기 리간드의 선택에 따라, 기공 크기 조절, 높은 결정성과 넓은 표면적, 다양한 표면 기능화가 가능하다. 특히, 금속유기골격체는 비표면적 5,000 m2/g 이상의 값을 나타내며, 이는 다공성 소재 중에 가장 높은 수치로서, 기체 흡착에 유리하다. 금속유기골격체는 기공 표면을 따라 놓여있는 배위적으로 불포화된 금속중심(open metal site)을 갖고, 이러한 배위 금속 양이온은 가스를 강하게 편극시키는 루이스 산으로 거동하며 후합성 기능화를 손쉽게 할 수 있다. The metal-organic framework is a crystalline porous material having a three-dimensional structure consisting of a coordination bond between a metal ion and an organic ligand connecting it. A schematic diagram of an example of a metal-organic framework is shown in FIG. 1 . Depending on the choice of metal ions and organic ligands, pore size control, high crystallinity and large surface area, and various surface functionalizations are possible. In particular, the metal-organic framework exhibits a specific surface area of 5,000 m 2 /g or more, which is the highest value among porous materials and is advantageous for gas adsorption. Metalorganic frameworks have coordinatingly unsaturated open metal sites lying along the pore surface, and these coordinating metal cations behave as Lewis acids that strongly polarize the gas and can facilitate postsynthetic functionalization.

본 개시에 따르면, 금속-유기 골격체는 M2(dobpdc), M2(dobdc), M2(dondc) 및 M2(dotpdc)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이 경우, 금속 M은 Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Cu 또는 Zn일 수 있으며, 바람직하게는 Mg이다. 여기서 dobpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-비페닐디카복실레이트이며, dobdc는 2,5-디옥시도-1,4-벤젠디카복실레이트이고, dondc는 1,5-디옥사이드-2,6-나프탈렌디카복실레이트이고, dotpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-트리페닐디카복실레이트이다.According to the present disclosure, the metal-organic framework may be selected from the group consisting of M2 (dobpdc), M2 (dobdc), M2 (dondc) and M2 (dotpdc). In this case, the metal M may be Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Cu or Zn, preferably Mg. where dobpdc is 4,4'-dioxido-3,3'-biphenyldicarboxylate, dobdc is 2,5-dioxido-1,4-benzenedicarboxylate, and dondc is 1,5- Dioxide is 2,6-naphthalenedicarboxylate, and dotpdc is 4,4'-dioxido-3,3'-triphenyldicarboxylate.

본 개시의 일 실시 예에 따르면 아민 화합물이 접목된 금속유기골격체를 포함하는 이산화탄소 흡착제가 바람직하다. 아민 화합물의 아민기가 금속유기골격체에 결합됨으로써 아민 화합물이 금속유기골격체에 접목될 수 있다. 염기성을 지니는 질소를 포함하고 있는 아민 화합물의 아민기는 이산화탄소의 흡착량을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, a carbon dioxide adsorbent including a metal-organic framework grafted with an amine compound is preferable. Since the amine group of the amine compound is bonded to the metal-organic framework, the amine compound may be grafted to the metal-organic framework. The amine group of the amine compound containing nitrogen having basicity may improve the amount of carbon dioxide adsorption.

일 실시 예에 따르면, 금속유기골격체에 디아민 화합물이 접목된 것을 이용할 수 있다. 디아민 분자 중 한 개의 아민은 루이스 염기로 금속유기골격체의 금속 양이온에 결합할 수 있으며, 다른 한 개는 금속유기골격체의 기공에 들어오는 이산화탄소와 강한 물리, 화학적 흡착을 이룬다. 이와 같이 아민 기능화된 금속-유기 골격체의 이산화탄소 흡착/탈착의 예시를 도 2에 도시하였다. According to an embodiment, a diamine compound grafted onto a metal-organic framework may be used. One amine in the diamine molecule can bind to the metal cation of the metalorganic framework as a Lewis base, and the other amine undergoes strong physical and chemical adsorption with carbon dioxide entering the pores of the metalorganic framework. As such, an example of carbon dioxide adsorption/desorption of the amine-functionalized metal-organic framework is shown in FIG. 2 .

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 금속-유기 골격체의 아민 기능화를 위한 아민 화합물은 다음의 표 1에 나타낸 화학식 1 내지 5의 화합물들 중에서 선택될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the amine compound for amine functionalization of the metal-organic framework may be selected from compounds of Formulas 1 to 5 shown in Table 1 below.

[화학식 1]

Figure 112020019429191-pat00001

N-메틸-1,3-디아미노프로판[Formula 1]

Figure 112020019429191-pat00001

N-Methyl-1,3-diaminopropane [화학식 2]

Figure 112020019429191-pat00002

1,3-디아미노펜탄
[Formula 2]

Figure 112020019429191-pat00002

1,3-diaminopentane
[화학식 3]

Figure 112020019429191-pat00003

1,2-디아미노프로판
[Formula 3]

Figure 112020019429191-pat00003

1,2-diaminopropane
[화학식 4]

Figure 112020019429191-pat00004

2,2-디메틸-1,3-디아미노프로판
[Formula 4]

Figure 112020019429191-pat00004

2,2-dimethyl-1,3-diaminopropane
[화학식 5]

Figure 112020019429191-pat00005

N,N-디메틸-1,3-디아미노프로판
[Formula 5]

Figure 112020019429191-pat00005

N,N-Dimethyl-1,3-diaminopropane

특히, 아민 화합물로서 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물을 사용하는 경우가 바람직하다. 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 기능화된 금속유기골격체를 흡착제로서 사용하는 경우, 이산화탄소 1000ppm 기준 최대 흡착량은 15.24wt%로 매우 높은 수준이며, 가정 내 실생활 조건에서 흡착실험을 진행한 결과 14.8wt%로 성능이 유지됨을 확인하였다(실생활 공기중에는 0.04% 이산화탄소 외에 질소 78%, 산소 21%, 그리고 다량의 수분이 존재하여 이산화탄소 흡착을 방해할 요인이 충분함에도 흡착량이 유지됨). In particular, it is preferable to use a compound of the above formula (1) or (2) as the amine compound. When the metal-organic framework functionalized with the compound of Formula 1 or Formula 2 is used as an adsorbent, the maximum adsorption amount based on 1000 ppm of carbon dioxide is 15.24 wt%, which is a very high level. It was confirmed that the performance was maintained at wt% (in addition to 0.04% carbon dioxide, 78% nitrogen, 21% oxygen, and a large amount of moisture exist in the air in real life, so the adsorption amount is maintained even though there are sufficient factors to prevent carbon dioxide adsorption).

또한, 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 기능화된 금속유기골격체를 포함하는 흡착제를 이용해 압력에 따른 등온흡착선을 그린 결과 400~1000ppm사이에서 step-shaped isotherm을 나타내어, 평상시(이산화탄소 농도 400ppm)에는 흡착이 적게 되다가 이산화탄소 농도가 증가하여 1000ppm 이상이 되면 흡착이 최대화 되는 성질을 가지고 있다. In addition, as a result of drawing an isothermal adsorption line according to pressure using an adsorbent containing a metal-organic framework functionalized with a compound of Formula 1 or Formula 2, a step-shaped isotherm was shown between 400 and 1000 ppm, usually (carbon dioxide concentration of 400 ppm). It has the property of maximizing adsorption when the concentration of carbon dioxide increases and exceeds 1000 ppm while adsorption is low.

또한, 이산화탄소 흡착제를 재생시키기 위해 흡착된 이산화탄소를 탈착시키기 위해서는 열을 가해야 하는데 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 기능화된 금속유기골격체를 포함하는 흡착제는 대략 70℃ 정도만 가열해도 이산화탄소의 90% 이상이 탈착될 수 있다. 종래의 금속유기골격체를 기본 구조로하는 이산화탄소 흡착제는 보통 100℃ 이상으로 가열해야 이산화탄소가 유의미하게 탈착될 수 있는 것에 비교해 보면, 본 개시의 실시 예들에 따른 흡착제 이용시 에너지 소비량을 현저히 줄일 수 있다.In addition, in order to regenerate the carbon dioxide adsorbent, heat must be applied to desorb the adsorbed carbon dioxide. The adsorbent containing the metal-organic framework functionalized with the compound of Formula 1 or Formula 2 contains 90% of carbon dioxide even when heated to about 70°C. The abnormality may be detached. Compared to the conventional carbon dioxide adsorbent having a metal-organic skeleton as a basic structure, in which carbon dioxide can be significantly desorbed when heated to 100° C. or higher, energy consumption when using the adsorbent according to embodiments of the present disclosure can be significantly reduced.

또한 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 기능화된 금속유기골격체를 포함하는 흡착제를 70℃ 재생 기준 30회 이상 반복실험시에도 성능이 90% 이상 유지되고, 습도를 60%RH 이상으로 상승시킨 경우에도 성능이 90% 이상 유지된다. In addition, the performance of the adsorbent containing the metal-organic framework functionalized with the compound of Formula 1 or Formula 2 is maintained at 90% or more even when repeated tests at 70° C. for 30 or more repeated tests, and when the humidity is raised to 60%RH or more performance is maintained over 90%.

한편, 본 개시의 또 다른 실시예에 따르면 본 개시의 이산화탄소 흡착제를 포함한 공기정화장치가 제공될 수 있다. Meanwhile, according to another embodiment of the present disclosure, an air purification device including the carbon dioxide adsorbent of the present disclosure may be provided.

구체적으로, 본 개시의 일 실시 예에 따른 공기정화장치는, 본 개시에 따른 이산화탄소 흡착제 및 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키기 위해 열을 발생시키는 히터를 포함할 수 있다.Specifically, the air purifier according to an embodiment of the present disclosure may include a heater that generates heat to desorb the carbon dioxide adsorbent and the carbon dioxide adsorbent according to the present disclosure.

본 개시에 따른 이산화탄소 흡착제는 약 70℃ 에서도 이산화탄소와의 탈착이 잘 이루어질 수 있으므로, 상기 히터는, 이산화탄소 흡착제의 온도가 70℃를 초과하지 않도록 열을 발생시킬 수 있다.Since the carbon dioxide adsorbent according to the present disclosure can be easily desorbed from carbon dioxide even at about 70°C, the heater can generate heat so that the temperature of the carbon dioxide adsorbent does not exceed 70°C.

일 실시예에 따르면, 공기정화장치는 실외로 연결되는 배기관을 포함할 수 있고, 이산화탄소 흡착제에서 탈착된 이산화탄소는 배기관을 통해 배출될 수 있다. According to an embodiment, the air purifier may include an exhaust pipe connected to the outside, and carbon dioxide desorbed from the carbon dioxide adsorbent may be discharged through the exhaust pipe.

한편, 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 공기정화장치는 공기정화장치를 이동시키기 위한 주행부, 공기를 흡입하기 위한 팬(fan), 본 개시의 이산화탄소 흡착제, 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키기 위해 열을 발생시키는 히터를 포함하며, 공기정화장치의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 이러한 공기정화장치는, 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소 흡착제를 재생시키고자 하는 경우, 환기 가능한 곳으로 자동으로 이동할 수 있다. On the other hand, the air purification device according to another embodiment of the present disclosure includes a traveling unit for moving the air purification device, a fan for sucking air, a carbon dioxide adsorbent of the present disclosure, and desorbing carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent. It may include a heater that generates heat for the purpose, and may include a computing device that controls the overall operation of the air purifier. Such an air purifier may automatically move to a ventilable place when it is desired to regenerate the carbon dioxide adsorbent by desorbing the carbon dioxide adsorbed to the carbon dioxide adsorbent.

예컨대, 본 실시 예에 따른 공기정화장치의 주행부는 모터 및 하나 이상의 바퀴를 포함할 수 있다.For example, the driving unit of the air purifier according to the present embodiment may include a motor and one or more wheels.

그리고 본 실시 예에 따른 공기정화장치의 컴퓨팅 장치는 이산화탄소 흡착제의 사용기간을 산출할 수 있고, 사용된 기간이 기 설정된 기간을 경과하면 이산화탄소 흡착제의 재생이 요구됨을 판단할 수 있다. 또한 컴퓨팅 장치는 외부 장치와 통신이 가능하고, 외부의 창문 및 문 중 적어도 하나에 부착된 센싱 장치로부터 수신된 정보를 바탕으로 실내 환기가 진행되는지 여부 및 환기 가능한 영역을 판단할 수 있고, 판단 결과를 바탕으로 주행부를 제어해서 공기정화장치가 환기 가능한 영역으로 이동하도록 할 수 있고, 히터를 제어하여 열을 발생시킬 수 있다. 따라서 환기 가능한 영역에서 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소가 탈착되어 배출될 수 있는 것이다.In addition, the computing device of the air purifier according to the present embodiment may calculate the period of use of the carbon dioxide adsorbent, and when the used period elapses a preset period, it may determine that regeneration of the carbon dioxide adsorbent is required. In addition, the computing device may communicate with an external device, and may determine whether indoor ventilation is in progress and a ventilable area based on information received from a sensing device attached to at least one of external windows and doors, and the result of the determination By controlling the driving unit based on the Therefore, the carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent in the ventilation area can be desorbed and discharged.

상술한 다양한 실시 예들에 따른 공기정화장치는 실생활에서 적용가능한 가전제품(home appliance)으로 구현될 수 있다. 예컨대, 로봇청소기, 에어컨, 공기청정기, 가습기 등으로 구현될 수 있다. The air purifier according to the above-described various embodiments may be implemented as a home appliance applicable in real life. For example, it may be implemented as a robot cleaner, an air conditioner, an air purifier, a humidifier, and the like.

이하에선 본 개시의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명하도록 하다. 하기의 실시예들은 본 개시의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments for better understanding of the present disclosure will be described. The following examples are provided to help the understanding of the present disclosure, but the scope of the present disclosure is not limited thereto.

1. 제조 실시 예1. Manufacturing Example

1.1 [Mg1.1 [Mg 22 (dobpdc)(DMF)(dobpdc)(DMF) 22 ]의 제조] manufacturing

H4dobpdc(7.8423 g, 28.598 mmol), MgCl2·6H2O (11.6278g, 57.195 mmol), 그리고 200 ml의 혼합 용액 (DMF:EtOH=1:1 / 부피:부피)를 300 ml의 고압반응기에 담고 뚜껑으로 잘 봉하였다. 혼합물을 140 ℃, 72시간동안 반응을 시켰다. 반응이 끝난 혼합물을 여과하여 보라색 고체 물질을 얻고 N,N-디메틸포름아마이드(DMF)로 여러 번 씻어준 뒤 진공 조건에서 건조시켰다. 그 결과 수들률이 약 90 %인 [Mg2(dobpdc)(DMF)2]을 얻을 수 있었다.H 4 dobpdc (7.8423 g, 28.598 mmol), MgCl 2 .6H2O (11.6278g, 57.195 mmol), and 200 ml of a mixed solution (DMF:EtOH=1:1 / volume:volume) were placed in a 300 ml autoclave. Sealed well with a lid. The mixture was reacted at 140 °C for 72 hours. After the reaction mixture was filtered, a purple solid was obtained, washed several times with N,N-dimethylformamide (DMF), and dried under vacuum conditions. As a result, [Mg 2 (dobpdc)(DMF) 2 ] having a yield rate of about 90% was obtained.

1.2 Mg1.2 mg 22 (dobpdc)(Nmpn or epn or men or dmpn or Ndmpn)(dobpdc)(Nmpn or epn or men or dmpn or Ndmpn) 1.81.8 (H2O)(H2O) 0.20.2 [Amine-Mg [Amine-Mg 22 (dobpdc)] 제조(dobpdc)] manufacturing

[Mg2(dobpdc)(DMF)2]를 MeOH에 3일간 넣어두어 DMF를 제거하고 [Mg2(dobpdc)(MeOH)2]로 만들었다. MeOH을 충분히 여과 후 질소가스를 이용하거나 진공상태로 만들어 주어 표면과 pore에 있는 MeOH를 제거했다.[Mg 2 (dobpdc)(DMF) 2 ] was put in MeOH for 3 days to remove DMF, and [Mg 2 (dobpdc)(MeOH) 2 ] was made. After sufficiently filtering MeOH, the MeOH in the surface and pores was removed by using nitrogen gas or creating a vacuum.

충분하게 MeOH가 제거된 건조한 물질 1 g (1 당량), 톨루엔 70 ml에 160 당량의 아민을 플라스크에 넣은 뒤 12시간 sonication을 해준다 (N-메틸-1,3-디아미노프로판(nmpn), 1,3-디아미노펜탄(epn), 1,2-디아미노프로판(men), 2,2-디메틸-1,3-디아미노프로판(dmpn), N,N-디메틸-1,3-디아미노프로판(Ndmpn) 각각에 대해 별로도 수행). 반응이 끝난 후 필터를 이용하여 보라색 고체를 분리하고 헥산으로 여러 번 씻어내 톨루엔을 제거하였다. 그 다음에 질소가스를 이용하거나 진공 조건에서 건조시켰다. (실시예 1:nmpn-Mg2(dobpdc), 실시예 2:epn-Mg2(dobpdc), 실시예 3: men-Mg2(dobpdc), 실시예 4:dmpn-Mg2(dobpdc), 실시예 5:Ndmpn-Mg2(dobpdc)).1 g (1 equivalent) of a dry material from which MeOH has been sufficiently removed, 160 equivalents of amine in 70 ml of toluene is added to the flask, followed by sonication for 12 hours (N-methyl-1,3-diaminopropane (nmpn), 1 ,3-diaminopentane (epn), 1,2-diaminopropane (men), 2,2-dimethyl-1,3-diaminopropane (dmpn), N,N-dimethyl-1,3-diamino Also done separately for each propane (Ndmpn)). After the reaction was completed, a purple solid was separated using a filter and washed several times with hexane to remove toluene. Then, using nitrogen gas or drying under vacuum conditions. ( Example 1 : nmpn-Mg2 (dobpdc), Example 2: epn-Mg2 (dobpdc), Example 3 : men-Mg2 (dobpdc), Example 4 : dmpn-Mg2 (dobpdc), Example 5: Ndmpn -Mg2(dobpdc)).

2. 이산화탄소 흡착제 성능 평가2. Evaluation of carbon dioxide adsorbent performance

2.1 등온에서 흡착 성능 평가2.1 Evaluation of adsorption performance at isothermal conditions

이산화탄소 흡착제의 흡착 특성을 평가하기 위하여, 흡착 등온선을 측정하였다. 도 3a는 실시예 1의 흡착제에 대한 흡착 등온선, 도 3b는 실시예 2의 흡착제에 대한 흡착 등온선, 도 3c는 실시예 3의 흡착제에 대한 흡착 등온선, 도 3d는 실시예 4의 흡착제에 대한 흡착 등온선, 그리고, 도 3e는 실시예 5의 흡착제에 대한 흡착 등온선을 나타낸다.In order to evaluate the adsorption properties of the carbon dioxide adsorbent, the adsorption isotherm was measured. 3A is an adsorption isotherm for the adsorbent of Example 1, FIG. 3B is an adsorption isotherm for the adsorbent of Example 2, FIG. 3C is an adsorption isotherm for the adsorbent of Example 3, FIG. 3D is an adsorption isotherm for the adsorbent of Example 4 isotherms, and FIG. 3E shows the adsorption isotherms for the adsorbent of Example 5.

도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 금속유기골격체에 접목된 아민 화합물에 따라서 흡착 성능이 다름을 알 수 있다. 특히, 실시예 1의 흡착제에 대한 흡착 등온선(도 3a), 실시예 2의 흡착제에 대한 흡착 등온선(도 3b) 및 실시예 3의 흡착제에 대한 흡착 등온선의 경우, 0.4 ~ 1mbar (400~1000ppm) 에서 흡착이 급격히 시작된다는 점에서, 실시예 4의 흡착제에 대한 흡착 등온선(도 3d) 및 실시예 5의 흡착제에 대한 흡착 등온선(도 3e)와는 차이가 있다. 따라서, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 흡착제가 가정 내와 같은 실생활에서 평상시(이산화탄소농도 400ppm 이하)에는 이산화탄소 흡착이 최소화되고, 환기를 하지 않아 이산화탄소 농도가 1000ppm이상으로 증가하였을 때 흡착이 최대화될 수 있는바, 실생활 응용에 적합한 성질을 가졌음을 알 수 있다. Referring to FIGS. 3A to 3E , it can be seen that the adsorption performance is different depending on the amine compound grafted to the metal-organic framework. In particular, for the adsorption isotherm for the adsorbent of Example 1 (FIG. 3A), the adsorption isotherm for the adsorbent of Example 2 (FIG. 3B), and the adsorption isotherm for the adsorbent of Example 3, 0.4 to 1 mbar (400 to 1000 ppm) It differs from the adsorption isotherm for the adsorbent of Example 4 ( FIG. 3D ) and the adsorption isotherm for the adsorbent of Example 5 ( FIG. 3E ) in that the adsorption starts abruptly at . Therefore, the adsorbents of Examples 1, 2 and 3 are adsorbed when the carbon dioxide concentration is increased to 1000 ppm or more due to the absence of ventilation, and the carbon dioxide adsorption is minimized in normal life (carbon dioxide concentration 400 ppm or less) in real life such as at home. This can be maximized, and it can be seen that the property has properties suitable for real-life applications.

2.2 온도변화에 따른 흡착 성능 평가2.2 Evaluation of adsorption performance according to temperature change

열중량 분석법(Thermogravimetric analysis; TGA)을 이용해 이산화탄소 농도 1000ppm 환경에서 온도를 달리하면서 흡착의 패턴을 확인하였다. 1000ppm는 가정 내와 같은 실생활에서 나타날 수 있는 이산화탄소 농도로서, 공장의 배가스 내 이산화탄소 농도와 비교하였을 때 매우 저농도이다. 도 4a는 실시예 1의 흡착제에 대한 TGA 곡선, 도 4b는 실시예 2의 흡착제에 대한 TGA 곡선, 도 4c는 실시예 3의 흡착제에 대한 TGA 곡선, 도 4d는 실시예 4의 흡착제에 대한 TGA 곡선, 그리고, 도 4e는 실시예 5의 흡착제에 대한 TGA 곡선을 나타낸다. Using thermogravimetric analysis (TGA), the adsorption pattern was confirmed while varying the temperature in an environment with a carbon dioxide concentration of 1000 ppm. 1000ppm is the concentration of carbon dioxide that can appear in real life such as at home, and is very low compared to the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas of a factory. 4A is a TGA curve for the adsorbent of Example 1, FIG. 4B is a TGA curve for the adsorbent of Example 2, FIG. 4C is a TGA curve for the adsorbent of Example 3, FIG. 4D is a TGA curve for the adsorbent of Example 4 curve, and FIG. 4e shows the TGA curve for the adsorbent of Example 5.

특히, 실시예 1의 흡착제의 TGA 곡선(도 4a)와 실시예 2의 TGA 곡선(도 4b)를 보면 저농도의 이산화탄소 농도 환경에서도 흡착이 잘 되는 것을 알 수 있으며, 70℃의 낮은 온도에서 90% 이상 이산화탄소가 탈착됨을 알 수 있다. 또한, 실시예 3의 흡착제 또한 실시예 4의 흡착제 및 실시예 5의 흡착제에 비하여 흡착이 잘 된다는 점을 알 수 있다. In particular, looking at the TGA curve of the adsorbent of Example 1 ( FIG. 4a ) and the TGA curve of Example 2 ( FIG. 4b ), it can be seen that the adsorption is good even in a low-concentration carbon dioxide environment, and 90% at a low temperature of 70°C It can be seen that the abnormal carbon dioxide is desorbed. In addition, it can be seen that the adsorbent of Example 3 also adsorbed better than the adsorbent of Example 4 and the adsorbent of Example 5.

한편, 이하에서는 본 개시의 실시 예에 따른 흡착제들의 재생률을 살펴본다. 실시예 4와 실시예 5의 흡착제는 흡착이 거의 이루어지지 않으므로 재생률을 확인하는 의미가 없고, 실시예 1 내지 실시예 3의 흡착제의 재생률은 아래 표와 같다.Meanwhile, the regeneration rate of the adsorbents according to an embodiment of the present disclosure will be described below. The adsorbents of Examples 4 and 5 hardly adsorbed, so there is no meaning in confirming the regeneration rate, and the regeneration rates of the adsorbents of Examples 1 to 3 are shown in the table below.

재생온도[℃]Regeneration temperature [℃] 50℃50 60℃60℃ 70℃70 80℃80℃ 90℃90 100℃100℃ 실시예1Example 1 35%35% 65%65% 96%96% 97%97% 98%98% 99%99% 실시예2Example 2 37%37% 94%94% 98%98% 99%99% 99%99% 100%100% 실시예3Example 3 9%9% 19%19% 29%29% 43%43% 66%66% 86%86%

실시예 1의 흡착제의 경우 70℃부터 96% 이상의 재생률을 보이며, 실시예 2의 흡착제의 경우 60℃에서 이미 94% 이상의 재생률을 보인다. 그러나, 실시예 3의 흡착제의 경우, 전술한 바와 같이 흡착은 잘 되지만, 재생을 위해서는 높은 온도가 필요하며, 온도를 100℃로 올려도 재생률이 86%밖에 되지 않는 것을 확인하였다. 따라서, 실시예 1의 흡착제와 실시예 2의 흡착제 이용 시 재생을 위한 높은 온도를 요구하지 않는다는 점에서, 실시예 3의 흡착제를 이용하는 경우에 비하여 에너지 소비를 줄일 수 있다.The adsorbent of Example 1 shows a regeneration rate of 96% or more from 70°C, and the adsorbent of Example 2 already shows a regeneration rate of 94% or more at 60°C. However, in the case of the adsorbent of Example 3, although adsorption is good as described above, a high temperature is required for regeneration, and it was confirmed that the regeneration rate was only 86% even when the temperature was raised to 100°C. Accordingly, when the adsorbent of Example 1 and the adsorbent of Example 2 are used, energy consumption can be reduced compared to the case of using the adsorbent of Example 3 in that a high temperature for regeneration is not required.

2.3 반복사용성 평가2.3 Repeatability evaluation

도 5a 는 실시예 1의 이산화탄소 흡착제의 흡착 및 탈착 사이클을 나타낸 그래프이고 도 5b는 실시예 2의 이산화탄소 흡착제의 흡착 및 탈착 사이클을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 5a 및 도 5b는 실시예 1과 실시예 2에 따라 제조된 흡착제가 70℃의 낮은 온도에서 10번의 흡·탈착 과정에서도 성능이 유지된다는 것을 나타내며, 또한 9회 이상의 반복 성능 테스트에서도 10wt% 이상의 고 성능이 유지된다는 것을 나타낸다. 다시 말해, 실시예 1과 실시예 2에 따라 제조된 흡착제는 재사용시에도 우수한 이산화탄소 흡착성능을 유지한다는 것을 확인하였다.5A is a graph showing the adsorption and desorption cycle of the carbon dioxide adsorbent of Example 1, and FIG. 5B is a graph showing the adsorption and desorption cycle of the carbon dioxide adsorbent of Example 2. Specifically, FIGS. 5A and 5B show that the adsorbents prepared according to Examples 1 and 2 maintain their performance even in 10 adsorption/desorption processes at a low temperature of 70° C., and also in repeated performance tests of 9 or more times. It indicates that high performance of 10 wt% or more is maintained. In other words, it was confirmed that the adsorbents prepared according to Examples 1 and 2 maintained excellent carbon dioxide adsorption performance even when reused.

2.4 실환경에서 반복사용성 확인2.4 Confirmation of repeatability in real environment

도 6a 내지 도 6c는 이산화탄소뿐만 아니라 질소, 산소 및 수분 등이 포함된 실생활 조건에서도 동일 수준의 흡착량을 유지하는지 확인하기 위해 실생활 조건의 챔버 내에서 반복 사용성을 측정한 결과이다. 도 6a, 도 6b 및 도 6c 는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 이산화탄소 흡착제에 대한 그래프이다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 실생활 조건의 챔버 내에서 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 이산화탄소 흡착제 모두 130℃에서 재생할 때에는 반복사용이 가능하고, 재생 온도를 내리더라도 실시예 1 및 실시예 2의 이산화탄소 흡착제는 반복 사용이 가능하지만, 실시예 3의 이산화탄소 흡착제는 재생 능력이 저하됨을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 및 실시예 2의 흡착제가 실생활에서도 반복사용성이 뛰어남을 알 수 있다.6A to 6C are results of measuring repeated usability in a chamber under real-life conditions in order to check whether the same level of adsorption is maintained even under real-life conditions including nitrogen, oxygen, and moisture as well as carbon dioxide. 6A, 6B, and 6C are graphs of carbon dioxide adsorbents prepared according to Examples 1, 2, and 3, respectively. 6A to 6C, when all of the carbon dioxide adsorbents of Examples 1, 2 and 3 are regenerated at 130° C. in a chamber under real-life conditions, repeated use is possible, and even if the regeneration temperature is lowered, Example 1 and It can be seen that the carbon dioxide adsorbent of Example 2 can be used repeatedly, but the regeneration ability of the carbon dioxide adsorbent of Example 3 is reduced. Therefore, it can be seen that the adsorbents of Examples 1 and 2 are excellent in repeatability even in real life.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present disclosure have been illustrated and described, but the present disclosure is not limited to the specific embodiments described above, and is generally used in the technical field belonging to the present disclosure without departing from the gist of the present disclosure as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of

Claims (9)

이산화탄소 흡착제에 있어서,
아민 화합물의 아민기와 결합된 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하고,
상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판(N-methyl-1,3-diaminopropane) 또는 1,3-디아미노펜탄(1,3-diaminopentane)에서 선택되며,
상기 이산화탄소 흡착제는,
70℃를 초과하지 않는 온도로 가열시 흡착된 이산화탄소의 90% 이상이 탈착되는, 이산화탄소 흡착제.
In the carbon dioxide adsorbent,
Includes metal-organic frameworks (MOFs) bonded to the amine group of the amine compound,
The amine compound is selected from N-methyl-1,3-diaminopropane or 1,3-diaminopentane,
The carbon dioxide adsorbent,
A carbon dioxide adsorbent wherein at least 90% of the adsorbed carbon dioxide is desorbed when heated to a temperature not exceeding 70°C.
제1항에 있어서,
상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판인, 이산화탄소 흡착제.
According to claim 1,
The amine compound is N-methyl-1,3-diaminopropane, carbon dioxide adsorbent.
제1항에 있어서,
상기 아민 화합물은 1,3-디아미노펜탄인, 이산화탄소 흡착제.
According to claim 1,
The amine compound is 1,3-diaminopentane, carbon dioxide adsorbent.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속유기골격체는 M2(dobpdc), M2(dobdc), M2(dondc) 및 M2(dotpdc)로 이루어진 군에서 선택되며,
여기서, 금속 M은 Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Cu 또는 Zn이고, dobpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-비페닐디카복실레이트이며, dobdc는 2,5-디옥시도-1,4-벤젠디카복실레이트이고, dondc는 1,5-디옥사이드-2,6-나프탈렌디카복실레이트이고, dotpdc는 4,4'-디옥시도-3,3'-트리페닐디카복실레이트인, 이산화탄소 흡착제.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The metal-organic framework is selected from the group consisting of M2 (dobpdc), M2 (dobdc), M2 (dondc) and M2 (dotpdc),
where M is Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Cu or Zn, dobpdc is 4,4'-dioxido-3,3'-biphenyldicarboxylate, and dobdc is 2,5-dioxido-1,4-benzene dicarboxylate, dondc is 1,5-dioxide-2,6-naphthalenedicarboxylate, dotpdc is 4,4'-dioxido-3, 3'-triphenyldicarboxylate, a carbon dioxide adsorbent.
제4항에 있어서,
상기 금속유기골격체는 Mg2(dobpdc)인, 이산화탄소 흡착제.
5. The method of claim 4,
The metal-organic framework is Mg 2 (dobpdc), a carbon dioxide adsorbent.
삭제delete 공기정화장치에 있어서,
이산화탄소를 포집하기 위한 이산화탄소 흡착제; 및
상기 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키기 위한 열을 발생시키는 히터;를 포함하며,
상기 이산화탄소 흡착제는,
아민 화합물의 아민기와 결합된 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하고,
상기 아민 화합물은 N-메틸-1,3-디아미노프로판(N-methyl-1,3-diaminopropane) 또는 1,3-디아미노펜탄(1,3-diaminopentane)에서 선택되며,
상기 히터에 의해 발생된 열에 따라 상기 이산화탄소 흡착제의 온도가 70℃이하로 유지되는 동안 상기 이산화탄소 흡착제에 흡착된 이산화탄소의 90% 이상이 탈착되는 공기정화장치.
In the air purifier,
a carbon dioxide adsorbent for capturing carbon dioxide; and
a heater for generating heat for desorbing the carbon dioxide adsorbed to the carbon dioxide adsorbent;
The carbon dioxide adsorbent,
Includes metal-organic frameworks (MOFs) bonded to the amine group of the amine compound,
The amine compound is selected from N-methyl-1,3-diaminopropane or 1,3-diaminopentane,
An air purifier in which 90% or more of the carbon dioxide adsorbed to the carbon dioxide adsorbent is desorbed while the temperature of the carbon dioxide adsorbent is maintained at 70° C. or less according to the heat generated by the heater.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 공기정화장치는 가전 제품(home appliance)인, 공기정화장치.
8. The method of claim 7,
The air purifier is a home appliance.
KR1020200022488A 2019-07-16 2020-02-24 Carbon dioxide absorbent and air purifier including the same KR102365539B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2020/007487 WO2021010597A1 (en) 2019-07-16 2020-06-10 Carbon dioxide adsorbent and air purification apparatus comprising same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190085797 2019-07-16
KR1020190085797 2019-07-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210009263A KR20210009263A (en) 2021-01-26
KR102365539B1 true KR102365539B1 (en) 2022-02-22

Family

ID=74310372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200022488A KR102365539B1 (en) 2019-07-16 2020-02-24 Carbon dioxide absorbent and air purifier including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102365539B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170359A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 大阪瓦斯株式会社 Gas separator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101468292B1 (en) * 2013-03-08 2014-12-02 고려대학교 산학협력단 Carbon dioxide absorbent

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170359A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 大阪瓦斯株式会社 Gas separator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210009263A (en) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7381244B2 (en) Apparatus and process for air cleaning
RU2446875C2 (en) Sorption filtration material and its application
JP6807834B2 (en) Filtration device for air purifiers
WO2021010597A1 (en) Carbon dioxide adsorbent and air purification apparatus comprising same
JP2006271966A (en) Chemical filter using metal compounds and manufacturing method thereof
JP2008212448A (en) Air cleaning filter
KR20190064148A (en) Filter for harmful air cleaner
CN115003401A (en) Regenerable VOC filter media with improved selectivity and efficacy
CN105771907A (en) MOPs bi-ligand adsorbing material Fe-btc(dobdc) and preparation method thereof
TW202017650A (en) Metal organic frameworks material and method for preparing the same, and adsorption device employing the same
KR20140111549A (en) Carbon dioxide gas adsorbent comprising zeolite and methods for preparing the same
KR102365539B1 (en) Carbon dioxide absorbent and air purifier including the same
TW201806667A (en) Adsorbent, method for removing carbon dioxide, carbon dioxide remover, and air conditioner
TW201802402A (en) Air conditioner, air conditioning system, method for removing carbon dioxide, adsorbent, and carbon dioxide remover
CN111138672B (en) Metal organic framework material, preparation method thereof and adsorption device comprising metal organic framework material
US20170368531A1 (en) Adsorbent for halogenated anaesthetics
KR102413214B1 (en) Adsorbent for removal of hazardous gas, manufacturing method of the same and air purification filter including the same
TW201815465A (en) Adsorbent, method for removing carbon dioxide, carbon dioxide remover, and air conditioner
JP6264859B2 (en) Siloxane removal agent and siloxane removal filter using the same
JPWO2021089629A5 (en)
KR20170031838A (en) Preparation method of filter for removing odor and volatile organic compounds
KR100787118B1 (en) A zeolite adsorbent to remove harmfull gases released from elestomer, and a method of prepairing the same
EP4074414A1 (en) Crystalline sorbent materials for water capture and release
Sadovnik et al. Metal Organic Frameworks for the selective and efficient capture of formaldehyde
KR20230109187A (en) Crystals containing copper-based coordination polymer particles and alumina, and method for preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant