KR20110080004A - Carbon dioxide absorbents using the imidazolium-based ionic liquid compound comprising fluorinated olefin - Google Patents

Carbon dioxide absorbents using the imidazolium-based ionic liquid compound comprising fluorinated olefin Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A carbon dioxide absorbent using imidazolium ionic liquid compounds containing fluorinated olefin is provided to ensure thermal stability and excellent carbon dioxide absorption ability. CONSTITUTION: An imidazolium ionic liquid compound containing fluorinated olefin with carbon dioxide absorption ability is denoted by chemical formula 1. A method for preparing the imidazolium ionic liquid compound comprises: a step of reacting Brensted acid with 1,2-dialkylimidazole of chemical formula 2 under the presence of an organic solvent to form a salt; and a step of adding fluorinated olefin gas to the salt. Brensted acid is HCl, CF_3CO_2H, CH_3CO_2H, HBF_4, (CF_3SO_2)_2NH, or CF_3SO_3H. The organic solvent is tetrahydrofuran.

Description

함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이용한 이산화탄소 흡수제{Carbon dioxide absorbents using the imidazolium-based ionic liquid compound comprising fluorinated olefin}Carbon dioxide absorbents using the imidazolium-based ionic liquid compound comprising fluorinated olefins

본 발명은 이산화탄소 흡수능을 갖는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이용한 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon dioxide absorbent using an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin having a carbon dioxide absorption capacity.

화학공장, 발전소, 대형 보일러의 배기가스 및 천연가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에는 흡수법, 흡착법, 분리막법, 심냉법 등이 사용되고 있다. 특히 배출되는 이산화탄소의 농도가 낮은 경우에는 흡수법 또는 흡착법이 많이 사용된다. 상기 흡수법 또는 흡착법은 흡수제나 흡착제에 잘 흡수 또는 흡착되는 일부 기체만 선택적으로 분리할 수 있어 공업적으로 많이 이용되고 있으나, 분리과정 중에 흡수제 및 흡착제가 화학적으로 변형되어 주기적 교체가 필요한 단점이 있다. 고체 흡착제를 사용하는 경우에는 흡착제의 화학적 변형이 적어 흡착제 교체 주기가 긴 경우에 적용하는 것이 유리하며, 이에 반해 흡수법은 액체상 흡수제를 사용하므로 흡수제 교체가 용이한 장점이 있어 대량의 배기가스 정화나 기체 분리에 널리 활용되고 있으나 흡수제가 화학적으로 변형되는 단점이 있다.
Absorption, adsorption, separation membrane, deep cooling, etc. are used to separate carbon dioxide from exhaust gas and natural gas of chemical plants, power plants, and large boilers. In particular, when the concentration of carbon dioxide emitted is low, absorption or adsorption methods are frequently used. The absorption method or the adsorption method can be selectively separated only some of the gas that is absorbed or adsorbed to the absorbent or the adsorbent is widely used industrially, but there is a disadvantage that the periodic replacement is necessary because the absorbent and the adsorbent are chemically modified during the separation process. . In the case of using a solid adsorbent, it is advantageous to apply it when the adsorbent replacement cycle is long due to the small chemical deformation of the adsorbent. On the other hand, the absorption method uses a liquid absorbent, which makes it easy to replace the absorbent. Although widely used for gas separation, there is a disadvantage in that the absorbent is chemically modified.

이산화탄소 흡수제로는 일반적으로 모노에탄올아민(monoethanolamine: MEA), N-메틸디에탄올아민(N-methyldiethanolamine: NDEA), 디에탄올아민(diethanolamine: DEA) 등의 아민류 수용액이 가장 널리 이용되고 있는데, 이는 약한 알칼리성인 아민 흡수제가 산성 기체인 이산화탄소와 화학 결합을 이루었다가 열을 가하면 결합이 깨지면서 이산화탄소는 탈기되어 회수하고 흡수제는 재생할 수 있기 때문이다.As carbon dioxide absorbers, amines such as monoethanolamine (MEA), N-methyldiethanolamine (NDEA), and diethanolamine (DEA) are most widely used. This is because alkaline amine absorbents form a chemical bond with carbon dioxide, an acidic gas, and when heated, the bond is broken and carbon dioxide is degassed and recovered and the absorbent can be regenerated.

그러나 이 공정은 몇 가지 심각한 문제점을 지니고 있다. 구체적으로 흡수 가스 중에 포함된 SOx, NOx와 같은 불순물에 의한 아민의 분해 문제, 흡수제의 재생 단계에서 이산화탄소와 흡수제 간의 화학 결합을 끊기 위해 사용되는 높은 온도에 의한 아민의 비가역적 분해 문제, 상기 아민의 비가역적 분해에 따른 흡수제의 성능 저하 및 흡수제 보충 문제, 아민 자체 또는 분해 생성물에 의한 흡수 장치의 부식 문제, 흡수제의 증기압에 의한 재생되는 기체 이산화탄소의 오염 문제 등이 단점으로 지적되고 있다.
However, this process has some serious problems. Specifically, the problem of decomposition of the amine by impurities such as SOx and NOx contained in the absorbent gas, the irreversible decomposition of the amine by the high temperature used to break the chemical bond between the carbon dioxide and the absorbent in the regeneration step of the absorbent, the amine Problems such as deterioration of absorbent performance due to irreversible decomposition and replenishment of absorbent, corrosion of absorber by amine itself or decomposition products, contamination of regenerated gaseous carbon dioxide by vapor pressure of absorbent, etc. are pointed out as disadvantages.

이러한 아민류 수용액 흡수제의 단점을 보완하기 위해, 셀렉솔(Selexol), 아이에프펙솔(IFPexol), 엔에프엠(NFM) 등의 유기용매를 사용하여 이산화탄소를 물리적으로 흡수시키는 방법들이 보고되어 있다. 유기용매 흡수제의 가장 중요한 점은 이산화탄소 흡수가 아민류 수용액에서와 같은 화학적 결합이 아니라 용매와 이산화탄소 간의 물리적 상호작용에 의해서만 이루어지기 때문에, 이산화탄소 회수 및 용매 재생에 훨씬 낮은 에너지를 필요로 한다는 것이다. 실제로 아민 흡수제를 사용하는 경우, 이산화탄소 회수 및 흡수제 재생은 에너지 집약적인 고온 스트리핑 과정을 필요로 하나, 물리적인 흡수인 경우에는 온도를 높이지 않고도 단순히 압력 변화를 통하여 용매에 용해되어 있는 이산화탄소를 회수할 수 있다. 그러나 물리적 흡수 공정 역시 다음과 같은 단점을 지니고 있다.In order to compensate for the disadvantages of the amine-based aqueous solution absorbents, methods for physically absorbing carbon dioxide using organic solvents such as selexol, IFPexol, and NFM have been reported. The most important point of the organic solvent absorbent is that carbon dioxide absorption requires much lower energy for carbon dioxide recovery and solvent regeneration because the carbon dioxide absorption is achieved only by the physical interaction between the solvent and the carbon dioxide, not the chemical bond as in the aqueous amine solution. In practice, when amine absorbers are used, carbon dioxide recovery and absorbent regeneration require energy-intensive high temperature stripping processes, but in the case of physical absorption, carbon dioxide dissolved in the solvent can be recovered simply by changing the pressure without raising the temperature. Can be. However, the physical absorption process also has the following disadvantages.

(1) 낮은 이산화탄소 흡수능: 유기용매는 일반적으로 아민류 수용액에 비해 훨씬 낮은 이산화탄소 흡수능을 나타내므로 흡수제의 순환율이 높고 따라서 보다 큰 장치가 필요하다. (1) Low CO2 Absorption Capacity: Organic solvents generally exhibit much lower CO2 absorption capacity than amine aqueous solutions, so the circulation rate of the absorbent is high and therefore a larger device is needed.

(2) 높은 순환율: 유기용매에 의한 물리적 흡수 공정은 아민류 용액의 경우에 비해 통상 두 배 이상의 흡수제 순환율을 필요로 하기 때문에 보다 많은 자본과 장치비가 소요된다. (2) High circulation rate: The physical absorption process by organic solvents usually requires more than twice the absorbent circulation rate compared with the amine solution, which requires more capital and equipment costs.

(3) 용매의 손실: 물리적 흡수에 사용되는 용매는 비점이 높지 않아 흡수 및 재생 과정 중에 손실되는 경향이 있다. 이러한 용매의 손실은 냉각 혹은 세척 과정을 통하여 최소화시킬 수 있으나 추가의 장치 설치비를 필요로 하는 단점이 있다.(3) Loss of Solvent: Solvents used for physical absorption do not have high boiling point and tend to be lost during the absorption and regeneration process. This solvent loss can be minimized through cooling or washing, but has the disadvantage of requiring additional equipment installation costs.

따라서 아민 흡수제 및 유기용매 흡수제의 단점들을 극복할 수 있는 새로운 흡수제의 개발이 요구되어 왔다.
Therefore, there has been a need for the development of new absorbents that can overcome the disadvantages of amine absorbers and organic solvent absorbers.

최근 기존 흡수제의 단점을 극복하기 위한 방안으로 미국특허 제6,849,774호, 미국특허 제6,623,659호 및 미국특허공개 제2008/0146849호에는 휘발성이 없고 열적 안정성이 높으면서 100 ℃ 이하의 낮은 온도에서 액체상을 유지하는 이온성 액체(ionic liquid)를 흡수제로 이용하는 방법이 공지되어 있다. 이온성 액체는 유기 양이온과 유기 또는 무기 음이온으로 구성된 극성을 띤 염 화합물로서, CO, CO2, SO2, N2O와 같은 기체 분자를 잘 용해시키는 성질이 있다. 이온성 액체에 흡수되는 기체의 용해도는 기체와 이온성 액체 간의 상호작용의 정도에 따라서 달라지며, 따라서 이온성 액체의 양이온과 음이온을 적절히 변형시켜 이온성 액체의 극성, 산도(acidity), 염기도(basicity), 친핵도(nucleophilicity) 등을 변화시키면 특정 기체에 대한 용해도를 어느 정도 조절할 수 있다.In order to overcome the shortcomings of the recent absorbents, US Patent No. 6,849,774, US Patent No. 6,623,659 and US Patent Publication No. 2008/0146849 have no volatility and high thermal stability while maintaining a liquid phase at a temperature below 100 ° C. It is known to use ionic liquids as absorbents. Ionic liquids are polar salt compounds composed of organic cations and organic or inorganic anions and have a property of dissolving gas molecules such as CO, CO 2 , SO 2 , and N 2 O well. The solubility of the gas absorbed in the ionic liquid depends on the degree of interaction between the gas and the ionic liquid, and therefore the polarity, acidity, and basicity of the ionic liquid can be modified by appropriately modifying the cations and anions of the ionic liquid. Changes in basicity, nucleophilicity, etc., can control the solubility of certain gases to some extent.

대표적인 이온성 액체로는 4급 암모늄, 즉 이미다졸륨, 피라졸륨, 트리아졸륨, 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄 등 질소를 함유하는 유기 양이온과 Cl-, Br-, I-과 같은 할로겐, BF4 -, PF6 -, (CF3SO2)2N-, CF3SO3 -, MeSO3 -, NO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - 등의 음이온으로 구성되는 화합물이 알려져 있으며, 특히 음이온이 불소원자를 함유하는 경우 비교적 높은 이산화탄소 흡수능을 가진다고 보고되어 있다. 그러나, 이들 이온성 액체 흡수제 또한 아민 흡수제에 비해 이산화탄소 흡수능이 현저히 낮거나, 수분에 취약하여 혼합 기체에 포함되어 있는 수분에 의해 분해되어 점차로 흡수능력이 감소되거나, 제조원가가 지나치게 높아 경제성이 떨어지는 문제가 있다. Typical ionic liquids include quaternary ammonium, that is, imidazolium, pyrazolium, triazolium, pyridinium, pyridinium Dodge titanium, pyrimidinyl titanium, organic cations containing nitrogen, and Cl -, Br -, I - halogens, such as , BF 4 -, PF 6 - , (CF 3 SO 2) 2 N -, CF 3 SO 3 -, MeSO 3 -, NO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 - consisting of the anions such as Compounds are known and have been reported to have relatively high carbon dioxide absorption, especially when anions contain fluorine atoms. However, these ionic liquid absorbents also have a significantly lower carbon dioxide absorption ability than the amine absorbents, or are vulnerable to moisture and decomposed by moisture contained in the mixed gas, thereby gradually reducing the absorption capacity or excessively high manufacturing cost, thereby reducing economic efficiency. have.

특히 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스페이트(PF6 -), 트리플루오로설폰이미드(CF3SO2)2N-) 등의 불소 원자가 포함된 음이온을 갖는 이온성 액체는 이산화탄소 및 이황화탄소와 같은 산성 기체에 대해 비교적 높은 용해도를 지니고 있으나, 이들 이온성 액체를 합성하기 위해서는 통상 2단계 이상의 복잡한 제조과정을 거쳐야 할 뿐만 아니라 제조원가가 너무 높아 공업적으로 활용하기에 문제가 많았다.
In particular, tetrafluoroborate (BF 4 -), hexafluorophosphate (PF 6 -), trifluoromethyl sulfonimide (CF 3 SO 2) 2 N -) an ionic liquid having an anion containing a fluorine atom and the like are Although it has a relatively high solubility in acidic gases such as carbon dioxide and carbon disulfide, the synthesis of these ionic liquids usually requires two or more complex manufacturing processes, and the manufacturing costs are too high for industrial use. .

이에 본 발명자들은 종래의 유기용매 흡수제의 문제점을 해결하고자 예의 연구 검토한 결과, 1,2-디알킬이미다졸 화합물, 브렌스테드산 및 함불소올레핀을 반응시켜 얻은 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물이 이산화탄소에 대한 흡수능이 높으면서도 열적, 화학적 안정성이 우수하고 점도가 낮은 특성을 가질 뿐만 아니라 합성이 용이함을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have studied diligently to solve the problems of the conventional organic solvent absorbent, and as a result, the imidazole including fluorine-containing olefin obtained by reacting 1,2-dialkylimidazole compound, brested acid and fluorine-containing olefin The cerium-based ionic liquid compound has a high thermal and chemical stability while having a high absorption capacity to carbon dioxide, has a low viscosity, as well as easy to synthesize and found the present invention.

본 발명의 목적은 이산화탄소 흡수능을 갖는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin having a carbon dioxide absorption capacity.

본 발명의 다른 목적은 상기 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention to provide a method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound containing the fluorine-containing olefin.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 제공하는데 있다.Another object of the present invention to provide a carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound containing the fluorine-containing olefin.

본 발명의 다른 목적은 상기 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 사용하여 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for separating carbon dioxide from a gas mixture using a carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound containing the fluorine-containing olefin.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, R3은 H, F 또는 CF3이고, X는 Cl, CF3CO2, CH3CO2, BF4, (CF3SO2)2N 또는 CF3SO3이다.)(In Formula 1, R 1 and R 2 are C 1 ~ C 6 linear or branched alkyl, R 3 is H, F or CF 3 , X is Cl, CF 3 CO 2 , CH 3 CO 2 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or CF 3 SO 3. )

또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin of the formula (1).

나아가, 본 발명은 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin of Formula 1.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 사용하여 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for separating carbon dioxide from a gas mixture using a carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin of the formula (1).

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 자체의 증기압이 아주 낮고, 열적, 화학적 안정성이 뛰어나며, 우수한 이산화탄소 흡수능을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 흡수된 이산화탄소의 탈기도 비교적 낮은 온도에서 수행할 수 있으며, 반복 사용 시에도 흡수능의 감소가 거의 없어 흡수와 탈기의 반복시에도 초기 흡수능을 유지할 수 있으므로 이산화탄소 흡수제로서 효과적으로 사용될 수 있다.
The imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention has a very low vapor pressure, excellent thermal and chemical stability, excellent carbon dioxide absorption ability, and a relatively low temperature of desorbed carbon dioxide. It can be carried out in, and can be effectively used as a carbon dioxide absorbent because there is almost no decrease in absorption capacity even when repeated use can maintain the initial absorption capacity even when repeated absorption and degassing.

도 1은 이산화탄소 흡수 실험 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 이산화탄소 흡탈착 반복실험시 이산화탄소의 흡수율을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a carbon dioxide absorption experiment apparatus.
Figure 2 is a graph showing the absorption rate of carbon dioxide during carbon dioxide adsorption and desorption repeated experiments of the imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 제공한다.The present invention provides an imidazolium-based ionic liquid compound including a fluorine-containing olefin represented by the following formula (1).

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, R3은 H, F 또는 CF3이고, X는 Cl, CF3CO2, CH3CO2, BF4, (CF3SO2)2N 또는 CF3SO3이다.)
(In Formula 1, R 1 and R 2 are C 1 ~ C 6 linear or branched alkyl, R 3 is H, F or CF 3 , X is Cl, CF 3 CO 2 , CH 3 CO 2 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or CF 3 SO 3. )

상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 하기 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다:The imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin of Formula 1 may be selected from the group consisting of the following compounds:

Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,

Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
Figure pat00009
.
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
And
Figure pat00009
.

상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 상온에서 액체상을 유지하면서 낮은 점도를 가진다.
The imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin of Formula 1 has a low viscosity while maintaining a liquid phase at room temperature.

또한, 본 발명은 유기용매 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 1,2-디알킬이미다졸과 브렌스테드산을 반응시켜 염을 형성하는 단계(단계 1); 및 In addition, the present invention comprises the steps of forming a salt by reacting 1,2-dialkylimidazole represented by the following formula (2) and Brenstead acid in an organic solvent (step 1); And

상기 단계 1에서 생성된 염에 함불소 올레핀 기체를 넣고 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 얻는 단계(단계 2)를 포함하는 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법을 제공한다.Fluorine-containing fluorine of Formula 1 comprising the step (step 2) to obtain a imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin represented by the formula (1) by adding a fluorine-containing olefin gas to the salt produced in step 1 It provides a method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound containing an olefin.

Figure pat00010
Figure pat00010

(상기 화학식 2에서 R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.)
(In Formula 2, R 1 and R 2 are C 1 to C 6 linear or branched alkyl.)

본 발명에 따른 화합물은 1,2-디알킬이미다졸과 브렌스테드산 및 함불소올레핀을 반응시킴으로써 얻을 수 있으며, 다양한 종류의 1,2-디알킬이미다졸 화합물과 브렌스테드산 및 함불소올레핀을 조합하여 반응시킴으로써 다양한 종류의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 얻을 수 있다.The compounds according to the present invention can be obtained by reacting 1,2-dialkylimidazole with brested acid and fluorine-containing olefins, and various types of 1,2-dialkylimidazole compounds, brendsteadic acid and By combining the fluorine-containing olefins, an imidazolium-based ionic liquid compound containing various kinds of fluorine-containing olefins can be obtained.

이때, 상기 브렌스테드산은 HCl, CF3CO2H, CH3CO2H, HBF4, (CF3SO2)2NH, CF3SO3H 등이 사용될 수 있고, 상기 함불소올레핀은 CF3CF=CF2, CF2=CF2, CF2=CHF 등을 사용할 수 있다.In this case, the brendsteadic acid may be HCl, CF 3 CO 2 H, CH 3 CO 2 H, HBF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 NH, CF 3 SO 3 H and the like, the fluorinated olefin is CF 3 CF = CF 2 , CF 2 = CF 2 , CF 2 = CHF and the like can be used.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란(THF)을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.In the production method according to the present invention, the organic solvent is preferably tetrahydrofuran (THF), but is not limited thereto.

상기 반응은 단계 1의 경우에는 상온, 상압에서 1~3시간 동안 수행될 수 있으며, 단계 2의 경우에는 상온, 1~50 기압에서 5~36시간 동안 수행될 수 있다.
In the case of step 1, the reaction may be performed at room temperature and atmospheric pressure for 1 to 3 hours. For step 2, the reaction may be performed at room temperature and 1 to 50 atmospheres for 5 to 36 hours.

나아가, 본 발명은 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이용한 이산화탄소 흡수제를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a carbon dioxide absorbent using an imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin of Formula 1.

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이산화탄소 흡수제로 사용하는 경우, 흡수된 이산화탄소의 탈기 공정 시 소모되는 에너지는 아민 흡수제를 사용하는 공정에 비해 훨씬 작은데, 이는 이산화탄소와 화학적 결합을 하는 아민류 수용액에서보다 이산화탄소가 물리적 상호작용에 의해 흡수되어 있는 이온성액체 화합물에서 이산화탄소를 제거하는 것이 훨씬 더 용이하기 때문이다.When the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention is used as the carbon dioxide absorbent, the energy consumed in the degassing process of the absorbed carbon dioxide is much smaller than that of the amine absorbent, This is because it is much easier to remove carbon dioxide from the ionic liquid compound in which carbon dioxide is absorbed by physical interaction than in the amine solution to which it is bound.

또한, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 유기용매 흡수제보다 훨씬 높은 이산화탄소 흡수능을 보여준다. 이는 상기 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물 분자 내에 전기음성도가 큰 F 원자들이 이산화탄소의 산소원자들과 상호작용을 할 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 흡수제로 사용하는 경우, 유기용매 흡수제에 비해 흡수제의 순환속도를 낮출 수 있어 장치의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 유기용매 흡수제에 비해 탄화수소의 흡수율이 아주 낮기 때문에, 이산화탄소 불순물이 함유된 천연가스 등의 탄화수소 정제에 이용시 이산화탄소만 선택적으로 흡수하여 목적물인 탄화수소의 손실을 최소화할 수 있다.In addition, the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention shows a much higher carbon dioxide absorption capacity than the organic solvent absorbent. This is because F atoms with a high electronegativity in the imidazolium-based ionic liquid compound molecule including the fluorine-containing olefin can interact with oxygen atoms of carbon dioxide. Therefore, when the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention is used as the absorbent, the circulation rate of the absorbent can be lowered compared to the organic solvent absorbent, thereby significantly reducing the size of the device. Furthermore, since the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention has a very low absorption rate of hydrocarbons compared to the organic solvent absorbent, only carbon dioxide is selectively absorbed when used in hydrocarbon purification such as natural gas containing carbon dioxide impurities. Therefore, the loss of the target hydrocarbon can be minimized.

또한, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이산화탄소 흡수제로 사용하는 경우, 흡수제의 손실이 거의 없다. 본 발명에서 사용되는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 매우 낮은 증기압을 가지고 있으므로 이산화탄소 흡수제의 손실 가능성이 아주 작으며, 또한 화학적으로 안정하기 때문에 분해에 의한 이산화탄소 흡수제의 손실 역시 아주 낮다. In addition, when the imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin according to the present invention is used as a carbon dioxide absorbent, there is almost no loss of the absorbent. Since the imidazolium-based ionic liquid compound including fluorine-containing olefins used in the present invention has a very low vapor pressure, the possibility of the loss of the carbon dioxide absorbent is very small, and since it is chemically stable, the loss of the carbon dioxide absorbent by decomposition is also very low. .

본 발명에 따른 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 이산화탄소 흡수 실험에서 0.3 몰분율 이상의 이산화탄소 흡수량을 나타냄으로써 비교예인 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(이산화탄소 흡수량: 0.15 몰분율) 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸설페이트(이산화탄소 흡수량: 0.08 몰분율)과 비교할 때 약 2배 이상의 이산화탄소를 흡수하는 것으로 나타났다(표 2 참조). 또한, 재사용 실험시 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 5회 흡수-탈기 실험을 반복할 때에도 흡수 평형이 200초 내외로 도달하였고, 반복 사용 후에도 이산화탄소 흡수능의 저하가 관찰되지 않아 재사용이 가능함을 확인하였다(도 2 참조).Imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin of the formula (1) according to the present invention shows a carbon dioxide absorption amount of more than 0.3 mole fraction in the carbon dioxide absorption experiment to compare 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (carbon dioxide) Absorption amount: 0.15 mole fraction) or 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (carbon dioxide absorption amount: 0.08 mole fraction) was found to absorb about two times more carbon dioxide (see Table 2). In addition, in the reuse experiment, the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention had an absorption equilibrium of about 200 seconds even when repeated five absorption-degassing experiments. It was not observed that it was possible to reuse (see Figure 2).

따라서, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 우수한 이산화탄소 흡수능을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 흡수된 이산화탄소의 탈기도 비교적 낮은 온도에서 수행할 수 있으며, 반복 사용 시에도 흡수능의 감소가 거의 없어 이산화탄소 흡수제로서 효과적으로 사용될 수 있다.Therefore, the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention not only possesses excellent carbon dioxide absorption ability, but also can perform degassing of absorbed carbon dioxide at a relatively low temperature, There is little reduction and can be effectively used as a carbon dioxide absorbent.

이때, 상기 이산화탄소 흡수제는 상기 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다.
In this case, the carbon dioxide absorbent may include at least one imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin.

또한, 본 발명은 기체 혼합물에서 상기 화학식 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 흡수시키는 단계(단계 1); 및In addition, the present invention comprises the steps of absorbing carbon dioxide using a carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound including a fluorine-containing olefin of the formula (1) in the gas mixture (step 1); And

상기 이산화탄소 흡수제에 흡수된 이산화탄소를 탈기시키는 단계(단계 2)를 포함하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법을 제공한다.
It provides a method of separating the carbon dioxide from the gas mixture comprising the step of degassing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent (step 2).

본 발명에 따른 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에 있어서, 이산화탄소를 흡수시킬 때의 바람직한 온도는 0 ℃ 내지 80 ℃ 범위, 보다 바람직하게는 20 ℃ 내지 50 ℃ 범위이고, 바람직한 압력은 상압 내지 60 기압 범위이다. 이산화탄소를 흡수시킬 때 온도는 낮을수록, 압력은 높을수록 이산화탄소 흡수량이 증가하며, 특히 압력이 증가하면 거의 선형적으로 비례하여 이산화탄소 흡수량이 증가한다(표 2 및 표 3 참조).In the method for separating carbon dioxide from the gas mixture according to the present invention, the preferred temperature at the time of absorbing carbon dioxide is in the range of 0 ° C to 80 ° C, more preferably in the range of 20 ° C to 50 ° C, and the preferred pressure is from atmospheric pressure to 60 atmospheres. Range. When absorbing carbon dioxide, the lower the temperature and the higher the pressure, the higher the amount of carbon dioxide absorbed. In particular, as the pressure increases, the amount of carbon dioxide absorbed increases almost linearly (see Tables 2 and 3).

본 발명에 따른 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에 있어서, 흡수된 이산화탄소를 탈기시킬 때의 바람직한 온도는 상온 내지 100 ℃ 범위, 보다 바람직하게는 40 내지 80 ℃ 범위이고, 바람직한 압력은 상압이다. In the method for separating carbon dioxide from the gas mixture according to the present invention, the preferred temperature for degassing the absorbed carbon dioxide is in the range of room temperature to 100 ° C, more preferably in the range of 40 to 80 ° C, and the preferred pressure is atmospheric pressure.

본 발명에 따른 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에 있어서, 상기 기체 혼합물로는 화학공장, 발전소, 대형 보일러 등에서 배출되는 배기가스, 천연가스 등이 사용될 수 있다.
In the method for separating carbon dioxide from the gas mixture according to the present invention, the gas mixture may be exhaust gases, natural gas, etc. discharged from chemical plants, power plants, large boilers, and the like.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시할 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples. However, the following examples merely illustrate the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1~7>  1 ~ 7> 함불소올레핀을Fluorinated olefins 포함한  inclusive 이미다졸륨계Imidazolium 이온성액체Ionic Liquid 화합물의 합성 Synthesis of Compound

압력계 및 온도조절기가 부착된 100 mL 스테인레스 스틸 고압반응기에 용매로서 테트라하이드로퓨란(THF)을 넣고 1,2-디알킬이미다졸과 브렌스테드산을 상온에서 1시간 동안 반응시켜 염을 제조하였다. 여기에 상온 및 4기압의 함불소올레핀 압력하에서 상기 염과 함불소올레핀을 24시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후 생성물 중에 포함된 용매를 진공하에서 제거하여 액상의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 얻었다. Tetrahydrofuran (THF) was added to a 100 mL stainless steel high pressure reactor equipped with a pressure gauge and a temperature controller, and 1,2-dialkylimidazole and brested acid were reacted at room temperature for 1 hour to prepare a salt. . The salt and the fluorine-containing olefin were reacted for 24 hours at room temperature and 4 atm pressure. After the reaction was completed, the solvent contained in the product was removed under vacuum to obtain an imidazolium-based ionic liquid compound containing a liquid fluorine-containing olefin.

수득한 이온성 액체는 LC-Mass 및 NMR을 이용하여 그 구조를 확인하였다.The obtained ionic liquid was confirmed its structure by LC-Mass and NMR.

합성시 사용한 이미다졸, 브렌스테드산 및 함불소올레핀의 종류 및 생성된 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 하기 표 1에 정리하였다. The imidazolium-based ionic liquid compound including the kind of imidazole, brested acid and fluorine-containing olefins and the resulting fluorine-containing olefins used in the synthesis are summarized in Table 1 below.

실시예Example 이미다졸Imidazole 브렌스테드산Brested acid 올레핀Olefin 생성된 이온성 액체 화합물Ionic liquid compound produced 1One 1-에틸-2-메틸 이미다졸1-ethyl-2-methyl imidazole CF3CO2HCF 3 CO 2 H CF3CF=CF2 CF 3 CF = CF 2

Figure pat00011
Figure pat00011
22 1-부틸-2-메틸 이미다졸1-butyl-2-methyl imidazole CH3CO2HCH 3 CO 2 H CF3CF=CF2 CF 3 CF = CF 2
Figure pat00012
Figure pat00012
33 1-헥실-2-메틸 이미다졸1-hexyl-2-methyl imidazole HClHCl CF3CF=CF2 CF 3 CF = CF 2
Figure pat00013
Figure pat00013
44 1,2-디메틸 이미다졸1,2-dimethyl imidazole CF3SO2HCF 3 SO 2 H CF3CF=CF2 CF 3 CF = CF 2
Figure pat00014
Figure pat00014
55 1,2-디메틸 이미다졸1,2-dimethyl imidazole (CF3SO2)2NH(CF 3 SO 2 ) 2 NH CF3CF=CF2 CF 3 CF = CF 2
Figure pat00015
Figure pat00015
66 1,2-디메틸 이미다졸1,2-dimethyl imidazole BF4 BF 4 CF2=CF2 CF 2 = CF 2
Figure pat00016
Figure pat00016
77 1,2-디메틸 이미다졸1,2-dimethyl imidazole PF6 PF 6 CE2=CHFCE 2 = CHF
Figure pat00017
Figure pat00017

<< 비교예Comparative example 1~2> 1 ~ 2>

이산화탄소 흡수제로서 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸설페이트를 사용하였다.
1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate or 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate was used as the carbon dioxide absorbent.

<< 실험예Experimental Example 1> 이산화탄소 흡수량 실험 1> Carbon Dioxide Absorption Test

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물이 이산화탄소 흡수제로서 사용될 수 있는지 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to determine whether the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention can be used as a carbon dioxide absorbent, the following experiment was performed.

구체적으로, 도 1의 장치를 사용하여 이산화탄소 흡수 성능 실험을 수행하였다. 도 1의 장치는 물리적 흡수 공정에서 일반적으로 사용하는 것과 유사한 것으로, 온도계(T2)가 부착되어 있는 60 mL의 스테인레스 스틸 흡수반응기(R1), 고압(0~1000 psi)용 압력계(pressure transducer; P1), 온도계(T1)가 부착된 75 mL의 이산화탄소 저장용 실린더(S2) 및 교반기(1)로 이루어져 있으며, 일정 온도에서 이산화탄소 흡수능력을 측정하기 위하여 항온조 내에 설치되어 있다. 또한, 항온조 외부에는 이산화탄소 공급용기(S1)와 압력계(P2)가 설치되어 있다. Specifically, carbon dioxide absorption performance experiments were performed using the apparatus of FIG. 1. The device of FIG. 1 is similar to that commonly used in physical absorption processes, with a 60 mL stainless steel absorption reactor (R1) with a thermometer (T2) attached, a pressure transducer (P1) for high pressure (0 to 1000 psi). ), Consisting of a 75 mL carbon dioxide storage cylinder (S2) and a stirrer (1) attached to the thermometer (T1), it is installed in a thermostat to measure the ability to absorb carbon dioxide at a certain temperature. In addition, the carbon dioxide supply container (S1) and the pressure gauge (P2) is provided outside the thermostat.

도 1의 흡수반응기(R1)에 실시예 1~7의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물 또는 비교예 1~2의 화합물을 10 g 충진하고, 항온조의 온도를 25 ℃로 유지하였다. 일정 압력의 이산화탄소를 이산화탄소 저장용 실린더(S2)에 채운 후, 밸브(V4)를 열어 흡수반응기(R1)로 이산화탄소를 팽창시켜 흡수반응기(R1) 및 전체 계의 초기 압력이 10 기압이 되도록 맞춘 다음, 흡수 평형에 도달할 때까지 이산화탄소 저장용 실린더(S2)의 압력이 감소하는 정도를 측정하고, 기체상태 방정식을 이용하여 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물에 흡수되는 이산화탄소의 양을 계산하였다. 이산화탄소의 흡기 실험은 10기압, 상온에서 실시하였으며 탈기는 상온, 상압에서 밸브를 연 상태에서 30분 동안 방치함으로써 이산화탄소를 제거하였다.10 g of an imidazolium-based ionic liquid compound containing the fluorinated olefins of Examples 1 to 7 or the compound of Comparative Examples 1 to 2 was charged into the absorption reactor (R1) of FIG. 1, and the temperature of the thermostat was maintained at 25 ° C. . After filling the carbon dioxide with a certain pressure in the carbon dioxide storage cylinder (S2), open the valve (V4) to expand the carbon dioxide in the absorption reactor (R1) to adjust the initial pressure of the absorption reactor (R1) and the total system to 10 atm. The amount of carbon dioxide absorbed in the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin is measured by measuring the degree to which the pressure of the carbon dioxide storage cylinder (S2) decreases until the absorption equilibrium is reached. Calculated. Intake experiments of carbon dioxide were carried out at 10 atm and room temperature, and degassing was performed by leaving the valve open at room temperature and atmospheric pressure for 30 minutes.

이산화탄소 몰분율은 하기 수학식 1과 같은 방법으로 계산하였다.The mole fraction of carbon dioxide was calculated by the same method as in Equation 1 below.

Figure pat00018
Figure pat00018

측정 결과를 표 2에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 2.

구분division 흡수 압력
(기압)
Absorbing pressure
(atmospheric pressure)
흡수 온도
(℃)
Absorption temperature
(℃)
이산화탄소 흡수량
(몰분율)
CO2 uptake
(Mole fraction)
실시예 1Example 1 1010 2525 0.320.32 실시예 2Example 2 1010 2525 0.310.31 실시예 3Example 3 1010 2525 0.310.31 실시예 4Example 4 1010 2525 0.320.32 실시예 5Example 5 1010 2525 0.340.34 실시예 6Example 6 1010 2525 0.330.33 실시예 7Example 7 1010 2525 0.300.30 비교예 1Comparative Example 1 1010 2525 0.150.15 비교예 2Comparative Example 2 1010 2525 0.080.08

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 0.3 몰분율 이상의 이산화탄소 흡수량을 나타냄으로써 비교예인 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(이산화탄소 흡수량: 0.15 몰분율) 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸설페이트(이산화탄소 흡수량: 0.08 몰분율)과 비교할 때 약 2배 이상의 이산화탄소를 흡수하는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 우수한 이산화탄소 흡수능을 가지므로 이산화탄소 흡수제로서 유용하게 사용될 수 있다.
As shown in Table 2, the imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin according to the present invention exhibits a carbon dioxide absorption amount of 0.3 mole fraction or more, thereby comparing 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (carbon dioxide). Absorption amount: 0.15 mole fraction) or 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (carbon dioxide absorption amount: 0.08 mole fraction) was found to absorb about two times more carbon dioxide. Therefore, since the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention has excellent carbon dioxide absorption ability, it can be usefully used as a carbon dioxide absorbent.

<< 실험예Experimental Example 2> 온도에 따른 이산화탄소 흡수량 실험 2> Carbon dioxide uptake test by temperature

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 온도에 따른 이산화탄소 흡수량의 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to determine the change of carbon dioxide absorption according to the temperature of the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention, the following experiment was performed.

실시예 1에서 제조된 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 흡수제로 사용하고, 흡수 압력을 20 기압으로 고정하되, 흡수 온도를 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 실험예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수 실험을 수행하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.Using the imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin prepared in Example 1 as an absorbent, and the absorption pressure is fixed at 20 atm, while changing the absorption temperature as shown in Table 3 below the same as Experimental Example 1 Carbon dioxide absorption experiment was carried out by the method, the results are shown in Table 3.

구분division 흡수 압력
(기압)
Absorbing pressure
(atmospheric pressure)
흡수 온도
(℃)
Absorption temperature
(℃)
이산화탄소 흡수량
(몰분율)
CO2 uptake
(Mole fraction)
실시예 1Example 1 2020 2525 0.510.51 2020 4040 0.490.49 2020 5050 0.450.45 2020 6060 0.420.42

표 3에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소 흡수시 흡수 온도가 높아질수록 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 이산화탄소 흡수량은 감소하는 것으로 나타났다.
As shown in Table 3, the carbon dioxide absorption of the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention decreases as the absorption temperature increases.

<< 실험예Experimental Example 3> 초기 압력에 따른 이산화탄소 흡수량 실험 3> Carbon dioxide uptake test by initial pressure

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 초기 압력에 따른 이산화탄소 흡수량의 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to determine the change of carbon dioxide uptake according to the initial pressure of the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention was carried out the following experiment.

실시예 1에서 제조된 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 흡수제로 사용하고, 흡수 온도를 25 ℃로 고정하되, 흡수 초기 압력을 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 실험예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수 실험을 수행하고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.Using an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin prepared in Example 1 as an absorbent, and the absorption temperature is fixed at 25 ℃, while changing the initial absorption pressure as shown in Table 4 and Experimental Example 1 Carbon dioxide absorption experiments were performed in the same manner, and the results are shown in Table 4.

구분division 흡수 압력
(기압)
Absorbing pressure
(atmospheric pressure)
흡수 온도
(℃)
Absorption temperature
(℃)
이산화탄소 흡수량
(몰분율)
CO2 uptake
(Mole fraction)
실시예 1Example 1 1One 2525 0.080.08 55 2525 0.180.18 2020 2525 0.510.51

표 4 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소의 초기 압력이 증가할수록 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 이산화탄소 흡수량이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.As shown in Table 4 and Figure 2, it can be seen that the carbon dioxide absorption of the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention increases rapidly as the initial pressure of the carbon dioxide increases.

따라서, 이산화탄소의 초기 압력과 흡수 온도를 적절히 조절하면 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 이산화탄소 흡수량을 증가시킬 수 있다.
Therefore, by appropriately adjusting the initial pressure and the absorption temperature of the carbon dioxide can increase the carbon dioxide absorption amount of the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention.

<< 실험예Experimental Example 4>  4> 함불소올레핀을Fluorinated olefins 포함한  inclusive 이미다졸륨계Imidazolium 이온성액체Ionic Liquid 화합물의 재사용 실험 Reuse Experiment of Compound

본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 재사용할 때 이산화탄소 흡수량의 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.When reusing the imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin according to the present invention to investigate the change of carbon dioxide absorption amount was carried out the following experiment.

흡수 온도 및 압력을 각각 25 ℃ 및 10 기압으로 고정한 다음, 실시예 1의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 흡수제로 하여, 실험예 1과 동일한 방법으로 흡수와 탈기를 5회 반복하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The absorption temperature and pressure were fixed at 25 DEG C and 10 atm, respectively, and then the absorption and degassing were repeated five times in the same manner as in Experiment 1, using the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorinated olefin of Example 1 as an absorbent. And the result is shown in FIG.

도 2에 나타낸 바와 같이, 1~5회에 걸쳐 이산화탄소의 흡수 평형은 모두 200초 내외에 도달하였고, 반복 사용후에도 흡수능의 저하는 관찰되지 않았다.As shown in FIG. 2, the absorption equilibrium of carbon dioxide reached about 200 seconds in 1 to 5 times, and no decrease in absorption capacity was observed even after repeated use.

따라서, 본 발명에 따른 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물은 우수한 이산화탄소 흡수능을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 흡수된 이산화탄소의 탈기도 비교적 낮은 온도에서 수행할 수 있으며, 반복 사용 시에도 흡수능의 감소가 거의 없어 이산화탄소 흡수제로서 효과적으로 사용될 수 있다.
Therefore, the imidazolium-based ionic liquid compound including the fluorine-containing olefin according to the present invention not only possesses excellent carbon dioxide absorption ability, but also can perform degassing of absorbed carbon dioxide at a relatively low temperature, There is little reduction and can be effectively used as a carbon dioxide absorbent.

S1: 이산화탄소 공급용기
S2: 이산화탄소 저장용 실린더
R1: 스테인레스 스틸 흡수 반응기
P1: 압력계
P2: 압력계
T1: 온도계
T2: 온도계
1: 교반기
S1: CO2 Container
S2: cylinder for storing carbon dioxide
R1: stainless steel absorption reactor
P1: pressure gauge
P2: pressure gauge
T1: thermometer
T2: thermometer
1: stirrer

Claims (16)

하기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소 흡수능을 갖는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00019

(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, R3은 H, F 또는 CF3이고, X는 Cl, CF3CO2, CH3CO2, BF4, (CF3SO2)2N 또는 CF3SO3이다.)
Imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin having a carbon dioxide absorption capacity represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure pat00019

(In Formula 1, R 1 and R 2 are C 1 ~ C 6 linear or branched alkyl, R 3 is H, F or CF 3 , X is Cl, CF 3 CO 2 , CH 3 CO 2 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or CF 3 SO 3. )
제1항에 있어서, 상기 이온성액체 화합물은 하기 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물:
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
Figure pat00026
.
The imidazolium-based ionic liquid compound according to claim 1, wherein the ionic liquid compound is selected from the group consisting of the following compounds:
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
And
Figure pat00026
.
유기용매 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 1,2-디알킬이미다졸과 브렌스테드산을 반응시켜 염을 형성하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 생성된 염에 함불소 올레핀 기체를 넣고 반응시켜 화학식 1로 표시되는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 얻는 단계(단계 2)를 포함하는 제1항의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
[화학식 2]
Figure pat00027

(상기 화학식 2에서 R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.)

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, R3은 H, F 또는 CF3이고, X는 Cl, CF3CO2, CH3CO2, BF4, (CF3SO2)2N 또는 CF3SO3이다.)
Forming a salt by reacting 1,2-dialkylimidazole represented by the following Chemical Formula 2 with brensted acid under an organic solvent (step 1); And
The fluorine-containing olefin of claim 1 comprising the step (step 2) of obtaining an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin represented by the formula (1) by adding a fluorine-containing olefin gas to the salt produced in step 1 Method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound containing.
(2)
Figure pat00027

(In Formula 2, R 1 and R 2 are C 1 to C 6 linear or branched alkyl.)

[Formula 1]

(In Formula 1, R 1 and R 2 are C 1 ~ C 6 linear or branched alkyl, R 3 is H, F or CF 3 , X is Cl, CF 3 CO 2 , CH 3 CO 2 , BF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or CF 3 SO 3. )
제3항에 있어서, 상기 브렌스테드산은 HCl, CF3CO2H, CH3CO2H, HBF4, (CF3SO2)2NH 및 CF3SO3H로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the brendsteadic acid is selected from the group consisting of HCl, CF 3 CO 2 H, CH 3 CO 2 H, HBF 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 NH, and CF 3 SO 3 H. A method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin.
제3항에 있어서, 상기 함불소올레핀은 CF3CF=CF2, CF2=CF2 및 CF2=CHF로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the fluorinated olefin is CF 3 CF = CF 2 , CF 2 = CF 2 And CF 2 = CHF. A method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound comprising a fluorine-containing olefin.
제3항에 있어서, 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란인 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
The method for producing an imidazolium-based ionic liquid compound according to claim 3, wherein the organic solvent is tetrahydrofuran.
제3항에 있어서, 상기 단계 1의 반응은 상온 및 상압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the reaction of Step 1 is carried out at room temperature and atmospheric pressure.
제3항에 있어서, 상기 단계 2의 반응은 상온 및 1~50 기압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the reaction of Step 2 is performed at room temperature and 1 to 50 atm.
제1항의 함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 포함하는 이산화탄소 흡수제.
Carbon dioxide absorbent comprising an imidazolium-based ionic liquid compound containing a fluorine-containing olefin of claim 1.
기체 혼합물에서 제9항의 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 흡수시키는 단계(단계 1); 및
상기 이산화탄소 흡수제에 흡수된 이산화탄소를 탈기시키는 단계(단계 2)를 포함하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
Absorbing carbon dioxide using the carbon dioxide absorbent of claim 9 in a gas mixture (step 1); And
Degassing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent (step 2).
제10항에 있어서, 상기 단계 1에서 이산화탄소를 흡수시킬 때의 온도는 0 ℃ 내지 80 ℃인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
11. The method of claim 10, wherein the temperature at the time of absorbing carbon dioxide in step 1 is from 0 ° C to 80 ° C.
제10항에 있어서, 상기 단계 1에서 이산화탄소를 흡수시킬 때의 온도는 20 ℃ 내지 50 ℃인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
The method of claim 10, wherein the temperature at the time of absorbing carbon dioxide in step 1 is 20 ℃ to 50 ℃.
제10항에 있어서, 상기 단계 1에서 이산화탄소를 흡수시킬 때의 압력은 상압 내지 60 기압인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
The method of claim 10, wherein the pressure when absorbing carbon dioxide in step 1 is from atmospheric pressure to 60 atm.
제10항에 있어서, 상기 단계 2에서 이산화탄소를 탈기시킬 때의 온도는 상온 내지 100 ℃인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
The method of separating carbon dioxide from a gas mixture according to claim 10, wherein the temperature when degassing the carbon dioxide in step 2 is from room temperature to 100 ° C.
제10항에 있어서, 상기 단계 2에서 이산화탄소를 탈기시킬 때의 온도는 40 ℃ 내지 80 ℃인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.
The method of claim 10, wherein the temperature when degassing the carbon dioxide in step 2 is 40 ℃ to 80 ℃.
제10항에 있어서, 상기 단계 2에서 이산화탄소를 탈기시킬 때의 압력은 상압인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the pressure when degassing carbon dioxide in step 2 is atmospheric pressure.
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