KR102519895B1 - 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법 - Google Patents

이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102519895B1
KR102519895B1 KR1020210004367A KR20210004367A KR102519895B1 KR 102519895 B1 KR102519895 B1 KR 102519895B1 KR 1020210004367 A KR1020210004367 A KR 1020210004367A KR 20210004367 A KR20210004367 A KR 20210004367A KR 102519895 B1 KR102519895 B1 KR 102519895B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mixture
carbon nanotubes
carbon dioxide
organic solvent
stirring
Prior art date
Application number
KR1020210004367A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220102244A (ko
Inventor
강용태
이재원
김민재
김성곤
Original Assignee
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 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020210004367A priority Critical patent/KR102519895B1/ko
Priority to PCT/KR2021/016186 priority patent/WO2022154230A1/ko
Publication of KR20220102244A publication Critical patent/KR20220102244A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102519895B1 publication Critical patent/KR102519895B1/ko

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
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/305Addition of material, later completely removed, e.g. as result of heat treatment, leaching or washing, e.g. for forming pores
    • 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
    • B01D53/14Separation 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 absorption
    • 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
    • B01D53/14Separation 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 absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • 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
    • B01D53/14Separation 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 absorption
    • B01D53/1493Selection of liquid materials for use as absorbents
    • 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
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • 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
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B01J20/205Carbon nanostructures, e.g. nanotubes, nanohorns, nanocones, nanoballs
    • 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
    • B01J20/281Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/292Liquid sorbents
    • 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
    • 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
    • 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)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명의 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법에 따르면, 유기용매와 분산안정제를 혼합한 후 교반하여 제1혼합물을 제조하는 제1혼합단계; 상기 제1혼합물에 탄소나노튜브를 첨가한 후, 교반과 초음파 균질기를 이용하여 상기 유기용매에 상기 탄소나노튜브를 분산시키는 분산단계; 상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합물에 오일을 첨가한 후, 교반하여 제2혼합물을 제조하는 제2혼합단계; 상기 제2혼합물의 가열을 통해 상기 제2혼합물에 혼합된 상기 유기용매를 제거하여, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 액체 흡착제를 제조하는 유기용매 제거단계;를 포함한다.

Description

이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법{Liquid adsorbents for carbon dioxide capture and method for manufacturing the same}
본 발명은 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 사람이 활동하는 실내 공간의 경우, 현존하는 가장 효과적인 이산화탄소 저감 방법은 실외공기와의 환기지만 일부 상황에 따라, 환기가 불가능한 공부방, 교실, 시험고사실이 있다. 또한, 외부소음의 이유로 창문 개방 어렵거나, 덕트를 통한 환기시에도 대형 팬 사용으로 소음이 발생할 수 있다.
또한 지하철과 같은 경우는 출퇴근시 높은 인구밀도로 인해 이산화탄소 발생량이 높아 환기가 필요함에도, 지하 터널의 중금속, 미세먼지 등과 같은 오염물이 고농도로 존재하여 환기가 불가능하다.
이와 같이, 환기가 어려운 실내환경에서 효과적으로 이산화탄소 저감이 필요하다.
이에 따라, 기존의 이산화탄소 저감 기술로는 물리 흡수법, 화학흡수법, 흡착법, 멤브레인법, 심냉법 등이 있다.
각각 화학적 반응, 용해, 흡착, 증류 등을 이용한 방법으로 주로 산업에서 대용량을 이산화탄소를 배출하는 곳에 적합한 방법들이다.
또한, 실내 공간에서는 인체 유해성을 검토해야 하기 때문에 물을 이용하거나 흡착제인 활성탄을 이용하였다.
그러나, 물은 낙수시 소음 발생으로 정숙한 곳 사용 불가와 낮은 이산화탄소 포집 성능으로 인해 용량이 커야 하며, 실내에 인접하게 사용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 흡착제인 활성탄은 표면 기공을 통해 이산화탄소를 포집하는 것이 주요 원리지만, 공기에 함유되어 있는 습기나 미세먼지가 기공에 포집되면 이산화탄소를 포집이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.
이러한 활성탄은 공기청정기에 맞도록 고체의 형상으로 합성 및 제작하기 때문에 공기청정기의 구조가 바뀌면 변경해야 하는 문제점도 있다.
흡수법은 대용량 설비에서 사용하는 대표적인 방식이지만 현존하는 흡수제들이 메탄올, 아민계열 용액 등으로 흡수제에 따라 냄새, 부식, 화재위험, 독성 등 실내 사람이 있는 곳에 사용할 수 없는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1635095 (2016.06.24) 대한민국 등록특허 10-1572967 (2015.11.24) 대한민국 공개특허 10-2015-0064978 (2015.06.12)  미국 등록특허 9844766(2017.12.19)
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 이산화탄소의 포집이 가능할 뿐만 아니라, 가열을 통해 포집한 이산화탄소의 방출도 가능하여, 재사용이 가능한 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법을 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 목적은, 기본 골격이 탄소 나노 튜브의 형태임에 따라, 흡착제의 점착성 특성을 이용하여 도포가 가능하며, 액체 흡착제가 친유성의 성분으로 이루어져 습도의 영향을 받지 않고 사용가능한 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법에 따르면, 유기용매와 분산안정제를 혼합한 후 교반하여 제1혼합물을 제조하는 제1혼합단계; 상기 제1혼합물에 탄소나노튜브를 첨가한 후, 교반과 초음파 균질기를 이용하여 상기 유기용매에 상기 탄소나노튜브를 분산시키는 분산단계; 상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합물에 오일을 첨가한 후, 교반하여 제2혼합물을 제조하는 제2혼합단계; 상기 제2혼합물의 가열을 통해 상기 제2혼합물에 혼합된 상기 유기용매를 제거하여, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 액체 흡착제를 제조하는 유기용매 제거단계;를 포함한다.
또한, 상기 분산단계는, 상기 분산안정제를 30~42℃로 가열시켜 용해시킨 후, 상기 탄소나노튜브를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분산단계에서 첨가된 탄소나노튜브는, 상기 분산안정제와 1:1의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기용매 제거단계는, 상기 제2혼합물을 가열할 때, 100~120℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄소나노튜브는, 다중벽 탄소나노튜브고, 상기 제2혼합물은, 기계식 교반기를 이용하여 상기 다중벽 탄소나노튜브의 농도가 1 내지 10wt%가 되도록 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분산안정제는, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합안정제인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기용매는, 메탄올, 에탄올, 부틸알코올, 아세톤, 에틸아세트산, 헥산, 벤젠, 에테르, 에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 크실렌, 글리세린 또는 이들의 혼합용매인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일은, 미네랄 오일, 합성 오일, 실리콘 오일, 식물성 오일 또는 이들의 혼합오일인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 제조방법으로 제조된 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제를 제공한다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 효과는, 액체 흡착제를 제조함으로써, 이산화탄소의 포집이 가능할 뿐만 아니라, 가열을 통해 포집한 이산화탄소의 방출도 가능하여, 재사용이 가능한 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는, 기본 골격이 탄소 나노 튜브의 형태임에 따라, 흡착제의 점착성 특성을 이용하여 도포가 가능하며, 액체 흡착제가 친유성의 성분으로 이루어져 습도의 영향을 받지 않고 사용가능한 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제와 실리콘오일의 점도 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제의 활용예를 살펴본 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제를 이용한 이산화탄소 포집과 방출을 나타낸 예시도이다.
도 5는 이산화탄소 포집성능을 실험할 수 있는 실험장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 5를 이용하여 액체 흡착제, 실리콘오일 및 물에 대한 포집성능 시험결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법은, 제1혼합단계, 분산단계, 제2혼합단계, 유기용매 제거단계를 포함한다.
먼저, 제1혼합단계는, 유기용매와 분산안정제를 혼합한 후 교반하여 제1혼합물을 제조한다.
유기용매는, 유기용매는, 메탄올, 에탄올, 부틸알코올, 아세톤, 에틸아세트산, 헥산, 벤젠, 에테르, 에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 크실렌, 글리세린 또는 이들의 혼합용매가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
또한, 분산안정제는, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합안정제가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
여기서, 음이온 계면활성제는, Alkylbenzene sulfonates, Ammonium lauryl sulfate, Chlorosulfolipid, Docusate, Perfluorobutanesulfonic acid, Potassium lauryl sulfate, Soap, Sodium alkyl sulfate, Sodium dodecyl sulfate, Sodium laurate, Sodium laureth sulfate, Sodium nonanoyloxybenzenesulfonate, Sulfolipid 또는 혼합안정제가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
양이온 계면활성제는, Behentrimonium chloride, Benzalkonium chloride, Benzododecinium bromide, Cetalkonium chloride, Cetrimonium bromide, Cetylpyridinium chloride, Dimethyldioctadecylammonium bromide, Dimethyldioctadecylammonium chloride Domiphen bromide, Octenidine dihydrochloride, Olaflur, Pahutoxin, Stearalkonium chloride 또는 혼합안정제가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
양성이온 계면활성제는 Lauryl betaine, Sodium hydroxymethylglycinate, RENNIN, Cocoamidopropyl betaine 또는 혼합안정제가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
비이온 계면활성제는, Alkyl polyglycoside, Cetyl alcohol, Glycerol monostearate, Gum arabic, Nonoxynols, Oleyl alcohol, Polysorbate, Poly vinyl alcohol, Sorbitan, Sorbitan monolaurate, Sorbitan monostearate, Triton X-100, Tween 80 또는 혼합안정제가 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
여기서, 유기용매는, 후술할 점도가 높은 오일과 제1혼합물의 교반과정에서 탄소나노튜브가 오일과 혼합되어 골고루 분산시키기 위함이다. 즉, 점도가 높은 오일에 탄소나노튜브를 분산시키는 것은 매우 어렵기 때문에, 먼저 점도가 낮은 유기용매에 탄소나노튜브를 고르게 분산시킨 후, 탄화수소일과 교반하고, 유기용매를 제거함에 따라, 오일에 탄소나노튜브를 골고루 분산시킬 수 있는 것이다. 따라서, 탄소나노튜브의 고른 분산을 위하여 점도가 낮고, 휘발성이 높은 유기용매를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
분산단계는, 제1혼합물에 탄소나노튜브를 첨가한 후, 교반과 초음파 균질기를 이용하여 유기용매에 탄소나노튜브를 분산시킨다.
분산단계에서, 교반할 때는 자력 교반을 이용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
또한, 분산단계는, 교반기와 초음파 균질기를 동시에 사용함으로써, 탄소나노튜브를 유기용매에 골고루 분산시킬 수 있다. 여기서, 분산단계는 초음파 균질기를 40분 동안 제1혼합물과 탄소나노튜브를 조사하고, 조사하는 동안 교반기를 이용하여 교반할 수 있다.
이때, 분산안정제는, 유기용매에 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)가 분산될 때, 전체적으로 골고루 분산되도록 하기 위함이다.
여기서, 탄소나노튜브는, 다중벽 탄소나노튜브(Multi -Walled Carbon Nano-Tube, DWCNT)이다.
이에 따라, 분산단계는, 분산단계는, 분산안정제를 30~42℃로 가열시켜 용해시킨 후, 탄소나노튜브를 첨가하는 것이 바람직하다.
즉, 분산안정제는 상온에서 용해되기 어렵기 때문에, 분산안정제를 용해된 상태에서 탄소나노튜브가 첨가될 수 있도록, 유기용매와 분산안정제를 30~42℃로 가열하여 교반하거나, 가열없이 교반하여 제조한 제1혼합물을 30~42℃로 가열할 수 있다.
이때, 분산안정제의 용해를 위하여 30~42℃로 가열하는 것은, 30℃이하로 가열하면 분산안정제의 원활한 용해가 이루어지지 않고, 42℃이상으로 가열하면 분산안정제의 용해가 이루어지지만 유기용매의 증발이 일부 발생하므로, 30~42℃로 분산안정제를 용해시키는 것이 바람직하다.
한편, 분산단계에서 첨가된 탄소나노튜브는, 분산안정제와 1:1의 중량비로 첨가되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
제2혼합단계는, 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합물에 오일을 첨가한 후, 교반하여 제2혼합물을 제조한다.
이때, 제2혼합단계는, 제2혼합물을 제조하기 위해 기계식 교반기를 이용하여 30분간 교반할 수 있으며, 다중벽 탄소나노튜브의 농도가 1 내지 10wt%가 되도록 혼합된 제2혼합물을 제조하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
여기서, 다중벽 탄소나노튜브의 농도가 1wt% 미만인 경우 충분한 점도 상승이 발생하지 않아, 고형으로 유지 되지 않아 흡착제 처럼 사용할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 다중벽 탄소나노튜브의 농도가 10wt% 초과인 경우 오일 함량이 적어지기 때문에 제조 후 탄소나노튜브의 비산 문제가 있을 수 있다.또한, 오일은 점성을 가지는 형태의 유체로, 미네랄 오일, 합성 오일, 실리콘 오일, 식물성 오일 또는 이들의 혼합오일일 수 있다.
미네랄 오일은, Paraffinic oils, Naphenic oils, Aromatic oils 또는 이들의 혼합오일이고, 합성 오일은 Polyalpgaolefins, Polyglycols, Synthetic ester oils 또는 이들의 혼합오일이며, 식물성 오일은 콩, 해바라기, 포도씨, 코코넛 또는 올리브를 착유한 오일이며, 이들을 혼합한 혼합오일일 수도 있다.
여기서, 오일은 동물성 오일을 이용하지 않는 것이 바람직하다. 동물성 오일은 상온에서 고체 상태이기 때문에 본 발명과 같이, 상온에서 이산화탄소를 포집하기 위해서는 상온에서 유체 상태인 상술한 오일이 바람직하다.
또한, 오일은 탄소나노튜브의 분산이 고르게 이루어지고, 본 발명을 통해 제조된 액체 흡착제를 용이하게 사용할 수 있도록 점성도 1000cp 인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
유기용매 제거단계는, 제2혼합물의 가열을 통해 제2혼합물에 혼합된 유기용매를 제거하여, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 액체 흡착제를 제조한다.
또한, 유기용매 제거단계는, 제2혼합물을 가열할 때, 100~120℃에서 10~13시간 가열하는 것이 바람직하다.
그리고 유기용매 제거단계는, 유기용매를 제거하는 동시에 제조과정에서 포함된 타가스와 수분을 제거한다.
이에 따라, 유기용매를 제거하기 위하여 80℃이상의 가열이 필요하고, 수분을 제거하기 위하여 100℃이상의 가열이 필요함으로, 100~120℃에서 제2혼합물을 가열하여 유기용매, 타가스, 수분을 제거한다.
즉, 유기용매, 타가스, 수분이 제거되어, 분산안정제, 탄소나노튜브 및 오일을 포함하는 액체 흡착제를 제조할 수 있다.
이러한, 액체 흡착제는 기본 골격이 탄소나노튜브이기 때문에 도 1과 같이, 고체의 형태를 띄지만, 오일을 통해 점착성의 성질을 갖게 된다. 즉, 본 발명의 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법을 통해 제조된 액체 흡착제의 유체를 비뉴턴유체라 하며, 도 2와 같이, 유체의 점도가 일정하기 않고, 전단속도(shear rate)에 따라 변화한다.
따라서, 본 발명의 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법으로 제조된 액체 흡착제는, 유동성을 지니지 않고 점착성의 성질을 갖으므로, 도 3과 같이, 원자로에 채우거나(도 3의 (A) 참조), 필터 메쉬에 코팅하거나(도 3의 (B) 참조), 벽(실내벽)에 바르는(도 3의 (C) 참조) 등의 다양한 실시가 가능하다. 또한, 액체 흡착제는, 액체의 성질을 갖고, 용해도에 따라 이산화탄소의 포집과 방출을 할 수 있어, 도 4와 같이, 가열에 의해 포집한 이산화탄소를 방출할 수 있으므로, 재사용이 가능하다.
게다가, 액체 흡착제는, 친유성의 성분으로 이루어짐에 따라, 습도의 영향을 받지 않아, 실내 또는 습한 환경에서 이산화탄소를 포집하는데에 용이하게 실시할 수 있다.
상술한 본 발명의 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법을 통해 제조된 액체 흡착제에 대한 이산화탄소 포집 성능을 평가한 실험에 대해 설명한다.
먼저, 액체 흡착제를 제조하기 위하여, 분산안정제는 폴리비닐알코올, 유기용매는 메탄올, 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브, 오일은 점성도 1000cp의 실리콘 오일을 사용하였다.
제1혼합물을 40℃까지 가열하여 폴리비닐알코올을 용해시키고, 다중벽 탄소나노튜브를 첨가하였다. 그리고 초음파 균질기를 40분 조사 및 교반하여 다중벽 탄소나노튜브를 분산시킨 후, 1000cp의 실리콘 오일을 첨가한 후 기계식 교반기를 사용하여 실리콘 오일에 다중벽 탄소나노튜브의 첨가농도가 1 내지 10wt%가 되도록 교반하였다. 이후, 110℃로 12시간 가열하여 에탄올과 기타 오염물을 제거하여 본 발명의 액체 흡착제를 제조하였다.
하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 통해, 도 5와 같은 실험장치로 이산화탄소의 포집성능을 계산하였다.
Figure 112021004244630-pat00001
(
Figure 112021004244630-pat00002
:이산화탄소 몰량, Vg:이산화탄소 포집용기 부피, RT:이상기체 상수, PCO2:이산화탄소 포집용기 압력, ZCO2:압축기체상수, 0, t:시간)
Figure 112021004244630-pat00003
(
Figure 112021004244630-pat00004
:단위질량당 이산화탄소 포집몰량,
Figure 112021004244630-pat00005
:이산화탄소 몰량, ms:평가샘플 질량)
이산화탄소 포집성능을 실험한 방법을 도 5의 실험장치를 참조하여 설명한다.
평가물질(60)을 이산화탄소 포집 용기(50) 내부에 채운다.
제3밸브(43)를 잠그고, 제1밸브(41)와 제2밸브(42)를 열어 놓은 상태에서, 진공펌프(80)를 통해 배관 및 이산화탄소 보조탱크(30)의 내부 이물질을 제거하고, 진공처리한다. 이는 정확도를 위함이다.
제2밸브(42)를 잠그고, 이산화탄소 가스용기(10)로부터 레귤레이터(20)를 통해 이산화탄소 보조탱크(30)에 일정한 압력의 이산화탄소를 채운다.
다음으로, 제3밸브(43)를 열면, 이산화탄소 보조탱크(30)에 채워진 이산화탄소가 이산화탄소 포집 용기(50)에 있는 평가물질(60)로 포집된다.
이때, 이산화탄소가 평가물질(60)에 포집되면 이산화탄소 보조탱크(30)의 압력이 줄어들고, 이산화탄소 보조탱크(30)의 압력 변화를 통해 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 이산화탄소 포집량을 계산한다.
도 5에 도시된 'T'는 온도센서이고, 'P'는 압력센서이다. 그리고 실험은 온도 유지 챔버(70)를 통해서 25℃에서 평가하였다.
평가물질(60)은 본 발명의 액체 흡착제, 실리콘오일, 물(탈이온수)을 이용하였다.
각각의 평가물질에 대해 상술한 실험장치를 이용하여 평가한 결과는 도 6과 같다.
액체 흡착제는 실리콘 오일보다 33.4%, 물보다 3배 가량의 이산화탄소 포집 성능이 더 향상함을 확인할 수 있다. 이러한 결과를 통하여, 액체 흡착제는 이산화탄소의 저감 물질로 사용 가능성이 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 작동순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
10: 이산화탄소 가스용기 20: 레귤레이터
30: 이산화탄소 보조탱크 41: 제1밸브
42: 제2밸브 43: 제3밸브
50: 이산화탄소 포집 용기 60: 평가물질
70: 온도 유지 챔버 80: 진공펌프

Claims (9)

  1. 유기용매와 분산안정제를 혼합한 후 교반하여 제1혼합물을 제조하는 제1혼합단계;
    상기 제1혼합물에 탄소나노튜브를 첨가한 후, 교반과 초음파 균질기를 이용하여 상기 유기용매에 상기 탄소나노튜브를 분산시키는 분산단계;
    상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합물에 오일을 첨가한 후, 교반하여 제2혼합물을 제조하는 제2혼합단계; 및
    상기 제2혼합물의 가열을 통해 상기 제2혼합물에 혼합된 상기 유기용매를 제거하여, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 액체 흡착제를 제조하는 유기용매 제거단계;를 포함하고,
    상기 탄소나노튜브는, 다중벽 탄소나노튜브이고,
    상기 제2혼합물은, 기계식 교반기를 이용하여 상기 다중벽 탄소나노튜브의 농도가 1 내지 10wt%가 되도록 혼합되고,
    상기 유기용매는 에틸아세트단, 헥산 벤젠, 디클로메탄, 크실렌, 글리세린 또는 이들의 혼합용매이고,
    상기 분산안정제는 폴리비닐알코올이고, 상기 오일은 점성도 1000cp의 실리콘 오일을 사용하고,
    상기 분산단계에서는, 상기 제1혼합물을 40℃까지 가열하여 상기 폴리비닐알코올을 용해시키고, 상기 초음파 균질기를 40분 조사하면서 교반하여 상기 다중벽 탄소나노튜브를 분산하고,
    상기 제2혼합단계에서는, 1000cp의 실리콘 오일을 첨가한 후 기계식 교반기를 사용하여 실리콘 오일에 다중벽 탄소나노튜브의 첨가농도가 5wt% 초과, 10wt%이하가 되도록 첨가하여 교반하고,
    상기 유기용매 제거단계에서는, 110℃로 12시간 가열하여 상기 유기용매, 수분 및 제조과정에서 포함된 타가스를 제거하는 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분산단계에서 첨가된 탄소나노튜브는, 상기 분산안정제와 1:1의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제.
KR1020210004367A 2021-01-13 2021-01-13 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법 KR102519895B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210004367A KR102519895B1 (ko) 2021-01-13 2021-01-13 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법
PCT/KR2021/016186 WO2022154230A1 (ko) 2021-01-13 2021-11-09 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210004367A KR102519895B1 (ko) 2021-01-13 2021-01-13 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220102244A KR20220102244A (ko) 2022-07-20
KR102519895B1 true KR102519895B1 (ko) 2023-04-10

Family

ID=82448197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210004367A KR102519895B1 (ko) 2021-01-13 2021-01-13 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102519895B1 (ko)
WO (1) WO2022154230A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070158609A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Haiping Hong Carbon nanoparticle-containing lubricant and grease

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101082115B1 (ko) * 2009-05-11 2011-11-10 전자부품연구원 잉여 분산제 제거를 통한 수분산 탄소나노튜브 용액의 순도 향상 방법 및 그 방법으로 제조된 수분산 탄소나노튜브 용액
WO2013065880A1 (ko) 2011-10-31 2013-05-10 한국전력공사 건식 이산화탄소 포집 공정용 아민 또는 그 화합물을 포함하는 고체 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법
KR101400406B1 (ko) * 2013-03-19 2014-05-27 숭실대학교산학협력단 탄소나노튜브 복합체의 제조방법
KR101538639B1 (ko) 2013-12-04 2015-07-22 인하대학교 산학협력단 탄소기반 이산화탄소 흡착제의 제조방법
KR101572967B1 (ko) 2014-04-15 2015-11-30 고려대학교 산학협력단 이산화탄소 흡착용 폴리비닐리덴 플루오라이드 기반 탄소나노섬유 및 그 제조방법
KR101635095B1 (ko) 2014-10-28 2016-07-04 인하대학교 산학협력단 아민 관능기가 도입된 실리카-탄소나노튜브 복합체의 제조방법
KR101950579B1 (ko) * 2017-05-12 2019-02-20 고려대학교 산학협력단 이산화탄소 흡수제 및 그 제조 방법
KR102017761B1 (ko) * 2018-04-17 2019-09-03 한국생산기술연구원 이산화탄소 흡착능을 가진, 고분자 복합재료용 바이오매스 충진제

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070158609A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Haiping Hong Carbon nanoparticle-containing lubricant and grease

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220102244A (ko) 2022-07-20
WO2022154230A1 (ko) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Son et al. Rapid adsorption and removal of sulfur mustard with zeolitic imidazolate frameworks ZIF-8 and ZIF-67
CN106345426B (zh) 一种从天然落叶制备高效吸附重金属离子的纳米纤维素的方法
KR102519895B1 (ko) 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법
Wang et al. Sampling methods of emerging organic contaminants in indoor air
CN100360922C (zh) 氯化有机化合物的采集用过滤器
Srikrishnarka et al. Enhanced capture of particulate matter by molecularly charged electrospun nanofibers
CN106621685B (zh) 一种空气净化网及其制备方法
US20130040373A1 (en) Composition and method for dust suppression wetting agent
US9475045B2 (en) Microporous organogel absorbing/solubilising materials
Tomas et al. An adsorption of carbon dioxide on activated carbon controlled by temperature swing adsorption
CN110144133A (zh) 一种催干剂制备方法及其应用
JP4658305B2 (ja) 脱臭剤
JP4373416B2 (ja) アスベスト等の飛散性粉塵の飛散防止又は固定液
Namieśnik et al. A review of denudation—technique for sampling and measurement of atmospheric trace constituents
CN110305483B (zh) 一种柔性低密度多孔聚合物材料、制备方法及其作为人体防护材料的应用
KR101386988B1 (ko) 수성 난연제 조성물의 제조방법
JP2011001466A (ja) 生活室空間の汚染物質処理剤及びその製造方法並びに使用方法
CN110302766A (zh) 一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用
CN203519502U (zh) 一种空气中甲醛的检测装置
CN108889246B (zh) 一种气体发生装置及气体发生方法
DE4234023A1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Dekontamination von Vergiftungen mit chemischen Kampfstoffen sowie ein zur Dekontamination ausgerüstetes Gerät oder Objekt
JP2714595B2 (ja) においの評価方法
CN101360546A (zh) 能除去有害物质的空气调节器用过滤器
Bramastha et al. Analysis of the Characteristics of Natural Materials as Adsorbents in Air Conditioning Adsorption
JP2001305119A (ja) ダイオキシン類分析用活性炭含有充填剤

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant