KR20130122332A - 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법 - Google Patents

질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130122332A
KR20130122332A KR1020120045583A KR20120045583A KR20130122332A KR 20130122332 A KR20130122332 A KR 20130122332A KR 1020120045583 A KR1020120045583 A KR 1020120045583A KR 20120045583 A KR20120045583 A KR 20120045583A KR 20130122332 A KR20130122332 A KR 20130122332A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
nitrogen
activated carbon
carbon
doped
Prior art date
Application number
KR1020120045583A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101404484B1 (ko
Inventor
박수진
맹룡월
Original Assignee
인하대학교 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 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020120045583A priority Critical patent/KR101404484B1/ko
Publication of KR20130122332A publication Critical patent/KR20130122332A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101404484B1 publication Critical patent/KR101404484B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3085—Chemical treatments not covered by groups B01J20/3007 - B01J20/3078
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • C01B32/348—Metallic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소의 흡착효율을 향상시킬 수 있는 질소(N)를 포함하는 고분자를 원료로 한 이산화탄소 흡착제로 사용되는 활성탄소의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 활성탄소에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조된 활성탄소는 활성탄소 표면에 질소 관능기가 도핑되어 이산화탄소와 흡착제 간의 산-염기 상호작용을 유도하여 보다 쉽게 이산화탄소를 선택적으로 흡착할 수 있을뿐더러, 다양한 기체의 흡착은 미연에 방지할 수 있다.
또한, 활성탄소의 미세기공을 최대화하고, 질소의 함량과 기공분포를 변화시킴으로써 이산화탄소의 흡착효율을 향상시킬 수 있으므로 이산화탄소 흡착제, 촉매 담체 및 촉매 등으로 유용하게 이용될 수 있다.

Description

질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법{PREPARATION METHOD OF N-DOPED ACTIVATED CARBONS FOR CARBON DIOXIDE CAPTURE}
본 발명은 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소의 흡착효율을 향상시킬 수 있는 질소(N)를 포함하는 고분자를 원료로 한 이산화탄소 흡착제로 사용되는 활성탄소의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 활성탄소에 관한 것이다.
지구 온난화의 주원인인 배출된 이산화탄소를 회수하기 위한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 현재까지 흡수법과 흡착법, 막 분리법에 대한 연구가 주를 이루고 있다.
흡수법은 현재 이산화탄소의 포집 및 저장을 위해 가장 많이 사용되는 방법이나 분리 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하며, 사용된 아민의 정제 과정이 필수적이기 때문에 그 공정이 매우 복잡해지므로 다른 분리방법에 비하여 설비비 및 운영비용이 가장 많이 든다.
흡착법에서는 이산화탄소 흡착제로서 제올라이트를 사용하는 압력변동 흡착방법(pressure swing adsorption, PSA)이 주로 이용된다. PSA 공정에서 활용되는 이산화탄소 흡착제의 선택도 및 흡착능을 향상시키기 위한 연구들이 진행 중에 있는데, Na-X 및 Y형 제올라이트, 실리카-아민결합 흡착제, MCM-41-고분자결합 흡착제, MOF, 탄소소재 흡착제 등 이산화탄소 흡착능이 우수한 흡착제 개발을 위해 많은 연구들이 진행 중이다.
그러나, 이러한 흡착제들은 만약 펠릿(pellet)형으로 활용된다면 반응탑에서 큰 압력손실이 따르기 때문에 이산화탄소 회수에 소비되는 에너지를 줄이는 데는 한계가 있다. 따라서, 이산화탄소 회수 에너지를 줄이기 위해서는 흡착능이 높고, 압력 손실이 적은 새로운 형태의 흡착제가 필요하다.
종래 기술에서는 Al2O3와 SiO2 사면체로 된 삼차원 입체구도로 미세기공과 채널을 구비하고, 구형의 시료 크기가 직경이 2㎜ 내지 5㎜의 알갱이 형태의 제올라이트 또는 상기 제올라이트에 수산화리튬 또는 소다석회를 첨착시켜 이산화탄소 흡착제를 제조하였다(국내특허등록 제10-0879312호).
그러나, 상기와 같이 제조된 흡착제는 저온저압에서 사용할 수 있는 물리흡착제로서, 보다 높은 고온고압에서 사용하기에는 한계가 있었다.
현재, 이산화탄소 흡착용 소재로서 여러 재료가 개발되고 있지만, 지금까지의 기술로는 산업상 방출되는 이산화탄소를 충분히 제거하기에 부족한 실정이다. 특히, 이산화탄소 흡착제용 다공성 소재 중 하나인 활성탄소는 기공구조가 주로 미세기공으로 이루어져 있고, 그 흡착 표면적이 넣어 흡착용량이 크며, 가격이 저렴할 뿐만 아니라 사용이 간편하여 흡착제의 유용한 소재로 사용되고 있다.
그러나, 이산화탄소에 대한 선택적 흡착 성능이 낮은 단점이 있기 때문에, 활성탄소는 물론, 현재 개발되고 있는 메조포러스 실리카 및 제올라이트에 있어서 이산화탄소 흡착량과 배기가스로부터 이산화탄소의 선택적 흡착능의 개선 및 향상이 필요하다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 이산화탄소의 흡착효율을 향상시킬 수 있는 활성탄소의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 질소(N)를 함유하는 고분자를 합성하는 단계; 및 (2) 상기 질소를 함유하는 고분자와 약품활성화제를 혼합하여 활성화시키는 단계;를 포함하는 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이산화탄소에 대한 선택적 흡착능이 향상된 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 활성탄소를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 질소(N)를 도핑한 활성탄소는 활성탄소 표면에 질소 관능기가 도핑되어 이산화탄소와 흡착제 간의 산-염기 상호작용을 유도하여 보다 쉽게 이산화탄소를 선택적으로 흡착할 수 있을뿐더러, 다양한 기체의 흡착은 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 질소(N)를 도핑한 활성탄소는 활성탄소의 미세기공을 최대화하고, 질소의 함량과 기공분포를 변화시킴으로써 이산화탄소의 흡착효율을 향상시킬 수 있으므로 이산화탄소 흡착제, 촉매 담체 및 촉매 등으로 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 질소를 도핑한 활성탄소의 투사전자현미경(TEM) 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은, 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 제조방법은,
(1) 질소(N)를 함유하는 고분자를 합성하는 단계; 및 (2) 상기 질소를 함유하는 고분자와 약품활성화제를 혼합하여 활성화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 출발물질로서의 탄소전구체는, 질소(N)를 함유하는 고분자 재료가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylene-vinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile), 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)} 등이 좋다.
또한, 본 발명에서 사용되는 약품활성화제로는, 마그네슘 화합물, 예를 들면, 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 초산마그네슘; 나트륨화합물, 예를 들면, 산화나트륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨; 및 아연 화합물, 예를 들면, 염화아연 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속산화물이 바람직하다.
상기 활성화제는 탄소의 활성화시 탈수소화제(dehydrogenating agent)로서 작용하며, 탄소-탄소간 가교를 형성하고 탄소의 기화 및 수축을 억제하여 탄소의 소율 및 미세기공의 발달을 증진시킨다.
이때, 상기 약품활성화제는 상기 고분자 재료 100중량부에 대하여, 10 내지 700중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 사용량이 10중량부 미만인 경우에는, 활성 후 얻어지는 활성탄소의 비표면적이 낮기 때문에 바람직하지 못하고, 700중량부를 초과하는 경우에는, 활성화시 탄소의 기화가 활발해져서 탄소 효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 첨착된 고분자 재료의 활성화는 100 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 활성화 온도가 100℃ 미만인 경우에는 이온교환수지의 열분해 메카니즘에 의해 완전한 탄화 및 활성화가 이루어지지 못하고, 900℃를 초과하는 경우에는 질소 원소가 분해해서 방출되고 에너지 비용이 증가할 뿐만 아니라 탄소 수율이 떨어질 수 있기 때문이다.
이때, 승온 속도는 1 내지 120℃/분(min.)인 것이 바람직하다. 승온 속도가 1℃/min. 미만인 경우에는 생산성이 떨어지고, 120℃/min.을 초과하는 경우에는 물성 향상에 큰 영향이 없으면서 오히려 탄소 수율이 떨어진다.
또한, 상기 활성화 단계에서, 활성화 시간은 10분 내지 5시간인 것이 바람직하다. 활성화 온도에 도달한 후, 짧은 시간, 즉 10분 동안 활성화시킨 후 냉각을 시키는 경우에도 우수한 비표면적을 갖는 활성탄소가 얻어지지만, 5시간을 초과하는 경우에는 물성 증진 효과가 없고, 경제성을 고려할 때 바람직하지 못하다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소를 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 활성탄소는 60 내지 2500 ㎡/g의 비표면, 0.07 내지 1.2 ㎤/g의 전체 기공부피, 0.22 내지 0.75 ㎤/g의 미세기공 부피, 1.44 내지 4.3 ㎚의 기공크기 및 13 내지 300 ㎎/g의 이산화탄소 흡착량을 갖는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 활성탄소는 탄소 수율이 놓고, 기공이 발달하여(다공성) 흡착제, 촉매 담체 및 촉매 등으로 유용하게 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 상기 질소(N)를 도핑한 활성탄소를 이용한 이산화탄소 흡착제를 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1.
출발물질 및 약품활성화제로서 각각 질소(N) 함유 고분자 폴리피롤(polypyrrole)과 마그네슘 아세테이트 수화물을 사용하였다.
우선, 폴리피롤을 합성하기 위해, 3 g의 피롤(pyrrole)을 FeCl3(0.5 M, 200 ㎖) 수용액 속에 용해시켜 2시간 동안 중합시킨 후, 감압필터로 여과하여 세척한 다음 상온 진공에서 건조시켰다.
상기와 같이 중합된 폴리피롤 100 g을 기준하여 25 g의 마그네슘 아세테이트 수화물(Mg(CH3COO)2·4H2O)을 균일하게 혼합한 다음 불활성 가스로 충전된 노(furnace)에서 활성화시켰다.
이때, 활성화 온도는 600℃, 승온 속도는 3℃/min.로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 10분 동안 활성화시킨 다음 불활성 가스 분위기 하에서 냉각하였다.
활성한 후의 활성탄소는 0.5 N HCl 수용액으로 상온에서 1시간 동안 세척한 다음, 뜨거운 증류수를 이용하여 수회 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 최종 활성탄소를 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 200 g의 마그네슘 수화물(Mg(CH3COO)2·4H2O)을 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 700℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 60분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 700 g의 마그네슘 수화물(Mg(CH3COO)2·4H2O)을 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 900℃, 승온 속도는 20℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 120분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 400 g의 KOH를 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 800℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 120분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 400 g의 NaOH를 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 800℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 120분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 6.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 400 g의 ZnCl2을 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 800℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 60분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 7.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g 을 기준하여 100 g의 산화마그네슘(MgO)을 균일하게 혼합하여 활성탄소를 제조하였다.
실시예 8.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 400 g의 K2CO3을 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 800℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 60분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 9.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 폴리피롤 100 g을 기준하여 400 g의 Na2CO3을 균일하게 혼합하고, 활성화 온도 800℃, 승온 속도는 5℃/min.으로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 60분 동안 활성화시켜 활성탄소를 제조하였다.
실시예 10.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 약품활성화제로마그네슘 아세테이트 수화물(Mg(CH3COO)2·4H2O)을 대신하여 마그네슘 구리산(Mg3(C6H5O7)2·4H2O)을 사용하여 활성탄소를 제조하였다.
실시예 11.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 질소(N) 함유 고분자로 폴리피롤(polypyrrole)을 대신하여 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)을 사용하여 활성탄소를 제조하였다.
실시예 12.
상기 실시예 1에서와 동일한 공정으로 활성탄소를 제조하되, 질소(N) 함유 고분자로 폴리피롤(polypyrrole)을 대신하여 페닐프로판올아민(phenylpropanolamine)을 사용하여 활성탄소를 제조하였다.
비교예 1.
출발물질 폴리피롤(polypyrrole)을 아세톤으로 세척한 후 110℃에서 하루 동안 건조하였다.
비교예 2.
출발물질 폴리피롤(polypyrrole) 1 g을 불활성 가스로 충전된 노(furnace)에서 활성화시켰다. 이때, 활성화 온도는 800℃, 승온 속도는 5℃/min.로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후에는 120분 동안 활성화시킨 다음 불활성 가스 분위기 하에서 냉각하여 최종 활성탄소를 제조하었다.
실험예 1. 표면 개질된 활성탄소의 비표면적 측정(1)
상기에서 제조한 활성탄소의 기공구조는 77 K의 액체 질소 분위기 하에서 시료 약 0.2 g을 채취하여 질소기체를 흡착질로 하여 흡착량을 측정하였다.
시료의 전처리는 573 K에서 시료 내 잔류 압력이 10-3 torr 이하로 될 때까지 약 12시간 동안 탈기시켰다.
질소등온흡착시험 후, P/P0(P는 부분압력, P0는 포화 증기압)가 약 0.1에서 0.3까지는 흡착량에 대해서 직선의 기울기를 나타내며, 이로부터 BET 비표면적 및 전체기공 부피, 미세기공 부피 등을 계산하였다(표 1 참조).
실험예 2. 표면 개질된 활성탄소의 흡착효율 측정
상기 활성탄소의 흡착효율을 측정하기 위해, 각 시료를 573 K에서 잔류 압력이 10-3 torr 이하로 유지한 상태로 6시간 동안 탈기시킨 후, BEL-HP(BEL Japan)을 이용하여 298 K, 1기안 조건에서 이산화탄소 흡착량을 측정하였다. 이때, 1회 평균 시료량은 0.2 g으로 하였다.
하기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조방법으로 제조한 활성탄소는 산화마그네슘으로 활성하지 않은 양이온 교환수지에 비해 높은 BET 비표면적, 높은 기공부리, 발달한 기공분포를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 이러한 기공구조변화는 이산화탄소 흡착거동에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
BET 비표면적
(㎡/g)		 전체기공부피
(㎤/g)		 미세기공부피
(㎤/g)		 기공크기
(㎚)		 이산화탄소 흡착량
(㎎/g)
실시예 1 63 0.067 0.022 4.22 63.2
실시예 2 314 0.149 0.132 1.90 93.3
실시예 3 152 0.128 0.060 3.37 72.3
실시예 4 1720 0.527 0.364 1.95 253.3
실시예 5 56 0.037 0.024 2.67 92.3
실시예 6 312 0.152 0.132 1.95 85.0
실시예 7 331 0.163 0.138 1.97 75.6
실시예 8 1500 0.469 0.433 1.50 172.5
실시예 9 20 0.002 0.009 6.21 24.0
실시예10 100 0.088 0.041 3.10 68.0
실시예11 59 0.035 0.027 2.88 89.1
실시예12 2500 1.200 0.750 1.44 280.2
비교예 1 1 0.001 0.0005 8.01 1.0
비교예 2 3 0.001 0.001 7.11 3.5
이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 본 발명은, 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법을 제공한다.
    (1) 질소(N)를 함유하는 고분자를 합성하는 단계; 및
    (2) 상기 질소를 함유하는 고분자와 약품활성화제를 혼합하여 활성화시키는 단계;를 포함하는 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 질소를 함유하는 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 페닐프로판올아민(phneylpropanolamine), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 폴리아크릴로니트릴{poly(acrylonitrile)}, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리-4-비닐피리딘(poly-4-vinylpyridine), 폴리(부타디엔-b-4-비닐피리딘{poly(butadiene-b-4-vinylpyridine)}, 폴리(p-페닐렌-비닐렌이민){poly(p-phenylene-vinylenimine)}, 페놀 포름알데히드 레진(phenol formaldehyde resin), 폴리아세토니트릴(polyacetonitrile), 및 폴리(아닐린-co-N-프로필벤젠술폰산-아닐린{poly(aniline-co-N-propylbenzenesulfonic acid-aniline)}으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 약품활성화제는, 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 초산마그네슘, 산화나트륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 및 염화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 약품활성화제는 상기 고분자 100중량부에 대하여, 10 내지 700중량부로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 활성화는 100 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 활성화 시간은 10분 내지 5시간인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 질소(N)를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소.
  8. 질소(N)를 도핑한 활성탄소를 이용한 이산화탄소 흡착제.
KR1020120045583A 2012-04-30 2012-04-30 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법 KR101404484B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120045583A KR101404484B1 (ko) 2012-04-30 2012-04-30 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120045583A KR101404484B1 (ko) 2012-04-30 2012-04-30 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130122332A true KR20130122332A (ko) 2013-11-07
KR101404484B1 KR101404484B1 (ko) 2014-06-10

Family

ID=49852146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120045583A KR101404484B1 (ko) 2012-04-30 2012-04-30 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101404484B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101588768B1 (ko) * 2014-10-27 2016-01-26 현대자동차 주식회사 활성탄소 및 그 제조방법
KR101689238B1 (ko) * 2015-07-16 2016-12-27 인하대학교 산학협력단 질소 관능기가 도입된 활성탄소 전극 활물질 및 이를 포함하는 초고용량 커패시터의 제조방법
KR20180065296A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 서울과학기술대학교 산학협력단 고성능 다공성 활성탄 및 그의 제조방법
CN108439400A (zh) * 2018-03-23 2018-08-24 武汉科技大学 一种氮掺杂甘蔗渣活性炭及其制备方法
CN108906101A (zh) * 2018-06-08 2018-11-30 江苏清泉化学股份有限公司 一种用于加氢合成4,4’-二氨基二苯醚的催化剂及其制备方法、应用
KR20180130399A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 엘지전자 주식회사 다공성 탄소 및 다공성 탄소 제조 방법
CN109761235A (zh) * 2018-11-01 2019-05-17 南昌航空大学 一种生物质材料核桃壳碳材料掺氮的合成方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用
CN113683090A (zh) * 2021-09-23 2021-11-23 湖南省格林森炭业股份有限公司 一种活性炭多元复合活化剂
WO2022102683A1 (ja) * 2020-11-16 2022-05-19 Ａｇｃ株式会社 吸着材

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102242682B1 (ko) * 2019-04-25 2021-04-21 서울대학교산학협력단 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터
KR102627703B1 (ko) 2023-04-13 2024-01-23 한국미래기술(주) 건식용 이산화탄소 포집제 및 그 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05161843A (ja) * 1991-12-16 1993-06-29 Osaka Gas Co Ltd 炭酸ガス吸着剤
KR20060071628A (ko) * 2004-12-22 2006-06-27 주식회사 포스코 활성탄소섬유의 질소함량 증대방법
JP5305724B2 (ja) * 2008-04-10 2013-10-02 関西熱化学株式会社 アルカリ賦活炭およびその製造方法
JP4772852B2 (ja) 2008-11-20 2011-09-14 川崎重工業株式会社 耐熱性二酸化炭素吸収材およびその製造方法並びにこれを用いた二酸化炭素吸収方法および二酸化炭素吸収装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101588768B1 (ko) * 2014-10-27 2016-01-26 현대자동차 주식회사 활성탄소 및 그 제조방법
US9682865B2 (en) 2014-10-27 2017-06-20 Hyundai Motor Company Active carbon and method for preparation of the same
KR101689238B1 (ko) * 2015-07-16 2016-12-27 인하대학교 산학협력단 질소 관능기가 도입된 활성탄소 전극 활물질 및 이를 포함하는 초고용량 커패시터의 제조방법
KR20180065296A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 서울과학기술대학교 산학협력단 고성능 다공성 활성탄 및 그의 제조방법
KR20180130399A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 엘지전자 주식회사 다공성 탄소 및 다공성 탄소 제조 방법
CN108439400A (zh) * 2018-03-23 2018-08-24 武汉科技大学 一种氮掺杂甘蔗渣活性炭及其制备方法
CN108439400B (zh) * 2018-03-23 2020-06-19 武汉科技大学 一种氮掺杂甘蔗渣活性炭及其制备方法
CN108906101A (zh) * 2018-06-08 2018-11-30 江苏清泉化学股份有限公司 一种用于加氢合成4,4’-二氨基二苯醚的催化剂及其制备方法、应用
CN108906101B (zh) * 2018-06-08 2021-06-15 江苏清泉化学股份有限公司 一种用于加氢合成4,4’-二氨基二苯醚的催化剂及其制备方法、应用
CN109761235A (zh) * 2018-11-01 2019-05-17 南昌航空大学 一种生物质材料核桃壳碳材料掺氮的合成方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用
WO2022102683A1 (ja) * 2020-11-16 2022-05-19 Ａｇｃ株式会社 吸着材
CN113683090A (zh) * 2021-09-23 2021-11-23 湖南省格林森炭业股份有限公司 一种活性炭多元复合活化剂

Also Published As

Publication number Publication date
KR101404484B1 (ko) 2014-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101404484B1 (ko) 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법
Rehman et al. Comparative study of activation methods to design nitrogen-doped ultra-microporous carbons as efficient contenders for CO2 capture
Lai et al. A review of CO2 adsorbents performance for different carbon capture technology processes conditions
Kou et al. Fabrication of nitrogen-doped porous carbons for highly efficient CO 2 capture: rational choice of a polymer precursor
Yu et al. Molten salt synthesis of nitrogen-doped porous carbons for hydrogen sulfide adsorptive removal
Mukherjee et al. Newly designed 1, 2, 3-triazole functionalized covalent triazine frameworks with exceptionally high uptake capacity for both CO 2 and H 2
Cong et al. Highly selective CO2 capture by nitrogen enriched porous carbons
Liu et al. Ordered mesoporous carbons: citric acid-catalyzed synthesis, nitrogen doping and CO 2 capture
CN108751189B (zh) 高比表面积的铝基mof多孔碳材料的制备与应用
Zhao et al. Enhancement of CO 2 adsorption and amine efficiency of titania modified by moderate loading of diethylenetriamine
KR102048115B1 (ko) 공유결합성 유기골격체
EP3706898B1 (en) Materials for the direct capture of carbon dioxide from atmospheric air
Wu et al. One-pot generation of mesoporous carbon supported nanocrystalline calcium oxides capable of efficient CO 2 capture over a wide range of temperatures
KR102194141B1 (ko) 메조다공성 차바자이트 제올라이트 포함 이산화탄소 흡착제 및 그 제조 방법
Sun et al. Synthesis, characterization and evaluation of activated spherical carbon materials for CO2 capture
Lu et al. Porous materials for carbon dioxide capture
Meng et al. MgO-templated porous carbons-based CO2 adsorbents produced by KOH activation
Ghosh et al. Magnesium oxide modified nitrogen-doped porous carbon composite as an efficient candidate for high pressure carbon dioxide capture and methane storage
CA2922942C (en) Porous carbon, humidity control adsorbent, adsorption heat pump, and fuel cell
Tiwari et al. Synthesis of nitrogen enriched porous carbons from urea formaldehyde resin and their carbon dioxide adsorption capacity
Kong et al. Ordered mesoporous carbon with enhanced porosity to support organic amines: efficient nanocomposites for the selective capture of CO 2
US20170001170A1 (en) Method, synthesis, activation procedure and characterization of an oxygen rich activated porous carbon sorbent for selective removal of carbon dioxide with ultra high capacity
Xue et al. Encapsulated HKUST-1 nanocrystal with enhanced vapor stability and its CO2 adsorption at low partial pressure in unitary and binary systems
US20170326527A1 (en) Carbon porous body, production method thereof, ammonia adsorbent material, canister, and production method thereof
Xue et al. Zeolite cage-lock strategy for in situ synthesis of highly nitrogen-doped porous carbon for selective adsorption of carbon dioxide gas

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170223

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190408

Year of fee payment: 6