KR20150037131A

KR20150037131A - 활성 코발트 페라이트와 그 제조방법 및 활성 코발트 페라이트를 이용한 이산화탄소 분해 방법

Info

Publication number: KR20150037131A
Application number: KR20130116431A
Authority: KR
Inventors: 박원식
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-08

Abstract

본 발명은 철 함유 전구체; 코발트 함유 전구체; 및 디카르복실산 또는 이의 염을 반응시켜 코발트 철 수산염(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄, x=0.2~0.9)을 생성하는 코발트 철 수산염 생성 단계 및 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법과 이로부터 제조된 활성 코발트 페라이트 및 상기 활성 코발트 페라이트에 이산화탄소를 공급하여 탄소 또는 일산화탄소로 분해시키는 이산화탄소 분해 방법을 제공한다.
본 발명의 활성 코발트 페라이트 제조방법을 사용함으로써, 경제적이고 안전하게 활성 코발트 페라이트를 제조할 수 있고, 산소결핍도를 조절할 수 있어 다양한 분야에서 사용 가능하며, 이산화탄소 분해 효과가 우수한 활성 코발트 페라이트를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 이산화탄소 분해방법을 사용함으로써 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

활성 코발트 페라이트와 그 제조방법 및 활성 코발트 페라이트를 이용한 이산화탄소 분해 방법{ACTIVATED COBALT FERRITE, METHOD FOR PREPARING THEREOF AND METHOD FOR DECOMPOSING CARBON DIOXIDE USING THEREOF}

본 발명은 활성 코발트 페라이트와 그 제조방법 및 상기 활성 코발트 페라이트를 이용한 이산화탄소의 분해 방법에 관한 것이다.

활성 페라이트(Fe₃O₄ _-δ)는 300 ℃에서 이산화탄소(CO₂)를 분해시킬 수 있으며, 이산화탄소의 분해로 인해 수득되는 탄소(C)를 표면에 유리화시킨 후, 수소(H₂)와 반응하여 메탄(CH₄)을 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 활성 페라이트는 이산화탄소의 분해에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소의 연료화에도 사용될 수 있다.

상기 활성 페라이트(Fe₃O₄ _-δ)는 산소결핍도(δ)가 증가함에 따라 이산화탄소를 분해시키는 양이 증가하는 것으로 알려져 있다. 이에, 활성 페라이트의 산소결핍도(δ)를 높이기 위한 방법으로, 수소환원법을 통해 마그네타이트(Fe₃O₄)를 활성 페라이트(Fe₃O₄ _-δ)로 제조한 후, Ni염 수용액과 반응시켜 Fe₃O₄ _-δ에 Ni를 피착시키는 방법을 사용하여 왔다. 그러나, 상기 수소환원법을 이용하는 경우 수소의 폭발 위험을 방지하기 위한 공정 및 시설이 필요하기 때문에, 제조공정이 복잡하고, 많은 비용이 소비되는 문제점을 갖고 있다.

한편, 이산화탄소가 대기 중으로 방출되는 것을 줄이기 위해 발전플랜트에 적용 가능한 다양한 CCS(이산화탄소 포집 및 저장) 기술이 개발되고 있으나, 하기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 40%~80%의 전력비용 상승이 예상되고 있어 실제 적용에 어려움이 있다. 나아가, 우리나라의 경우 지중 저장 등의 마땅한 대용량 저장소가 부족하고, 저장기술의 적용에도 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

발전 유형별 이산화탄소포집 및 저장기술(CCS) 적용시 예상 발전비용

구분		석탄화력 (초임계 및 초초임계)	순산소 연소	석탄가스화 복합발전 (IGCC)	천연가스 복합발전 (NGCC)
CCS 미적용시 발전비용($/MWh)		76~79	76~79	96	78
CCS 적용시 발전비용	발전비용 ($/MWh)	134~136	118~125	132	111
CCS 적용시 발전비용	증가율(%)	75~78	55~64	39	43

이에 따라 이산화탄소를 경제적으로 재활용하는 CCR(Carbon Capture and Reuse)기술에 대한 관심이 커지고 있다. 특히 이산화탄소를 포집하여 화학연료로 사용하는 방식은 가장 상용화에 근접해 있으며, 이산화탄소 저감 효과 및 미래시장 성장성 측면에서 연료관련 분야에의 파급력이 클 것으로 기대되고 있다.

그러나 이산화탄소를 포집하여 화학연료로 전환하는 경우 이산화탄소 포집 단계, 이산화탄소 분해 단계 및 화학적 합성 단계를 거치면서 많은 에너지가 소모되고 처리과정이 복잡해져, 경제성의 확보가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 제철공정의 부산물을 이용하여 경제적이고 안전한 활성 코발트 페라이트 제조 방법과 이를 통해 제조된 이산화탄소 분해 효과가 우수한 활성 코발트 페라이트를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 활성 코발트 페라이트 및 석탄가스화 복합 발전 및 SNG 합성 공정에서 배출된 이산화탄소와 스팀을 사용하여 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킨 이산화탄소 분해 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 철 함유 전구체; 코발트 함유 전구체; 및 디카르복실산 또는 이의 염을 반응시켜 코발트 철 수산염(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄, x=0.2~0.9)을 생성하는 코발트 철 수산염 생성 단계 및 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ, x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법을 제공한다.

상기 코발트 철 수산염 생성 단계는 철 함유 전구체와 코발트 함유 전구체의 당량비가 9:1~5:5이 되도록 반응시킬 수 있다.

상기 철 함유 전구체는 황산제일철(FeSO₄), 황산제일철 수용액(FeSO₄·7H₂O), 황산제이철(Fe₂(SO₄)₃), 황산제이철 수용액(Fe₂(SO₄)₃·9H₂O) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 철 함유 전구체는 제철공정의 부산물로부터 제조될 수 있다.

상기 코발트 함유 전구체는 황산코발트(CoSO₄), 황산코발트 수용액(CoSO₄·7H₂O) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 열처리 단계는 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 400~500℃로 열처리를 수행할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 제조방법으로 제조된 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O_4-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9]를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9]에 이산화탄소를 공급하여 탄소 또는 일산화탄소로 분해시키는 이산화탄소 분해 방법을 제공한다.

상기 이산화탄소 분해 반응은 250~300℃에서 수행될 수 있다.

상기 이산화탄소 분해 방법은 석탄가스화 복합 발전 및 SNG 합성 공정에서 배출된 이산화탄소와 스팀을 각각 이산화탄소 공급원 및 열원으로 사용할 수 있다.

본 발명의 활성 코발트 페라이트 제조방법을 사용함으로써, 경제적이고 안전하게 활성 코발트 페라이트를 제조할 수 있고, 산소결핍도를 조절할 수 있어 다양한 분야에서 사용 가능하며, 이산화탄소 분해 효과가 우수한 활성 코발트 페라이트를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 이산화탄소 분해방법을 사용함으로써 경제성 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 코발트 철 수산염의 XRD 그래프를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 코발트 철 수산염의 SEM 사진을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 코발트 철 수산염의 TG/DTA 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 (a) 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 활성 코발트 페라이트의 XRD 그래프 및 (b) 이산화탄소와 반응시킨 실시예 1 내지 5의 활성 코발트 페라이트의 XRD 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 활성 코발트 페라이트와 이산화탄소를 12시간 동안 반응시킨 후, 배출되는 일산화탄소의 농도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 활성 코발트 페라이트와 이산화탄소를 12시간 동안 반응시킨 후, 배출되는 이산화탄소의 농도를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명은 철 함유 전구체; 코발트 함유 전구체; 및 디카르복실산 또는 이의 염을 반응시켜 코발트 철 수산염(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄, x=0.2~0.9)을 생성하는 코발트 철 수산염 생성 단계 및 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법 및 이로부터 제조된 활성 코발트 페라이트를 제공한다.

상기 코발트 철 수산염 생성 단계에서는 철 함유 전구체; 코발트 함유 전구체; 및 디카르복실산 또는 이의 염을 반응시켜 코발트 철 수산염(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄, x=0.2~0.9)을 생성한다.

상기 코발트 철 수산염 생성 단계에서 철 함유 전구체와 코발트 함유 전구체의 당량비는 9:1~5:5가 되도록 반응시킴으로써 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ, x = 0.2~0.8]의 산소결핍도(δ)를 0.4~0.9의 범위로 조절할 수 있다. 상기 철 함유 전구체에 대한 코발트 함유 전구체의 사용 비율을 증가시킬수록 활성 활성 코발트 페라이트의 산소결핍도(δ)가 커지고, 이에 따라 활성 코발트 페라이트의 이산화탄소 분해 성능이 향상될 수 있다.

상기 코발트 철 수산염의 입자 형상 및 입자 크기는 철 함유 전구체와 코발트 함유 전구체의 혼합 비율에 따라 조절할 수 있다. 코발트 철 수산염 내 철의 함량이 높을 경우, 코발트 철 수산염의 형상은 직육면체에 가까우며, 코발트 철 수산염 내 코발트의 함량이 높을 경우, 코발트 철 수산염의 형상은 구형에 가깝다. 또한, 코발트 철 수산염의 입자 크기는 약 4 내지 20 ㎛로 조절될 수 있으며, 철 함유 전구체 대비 코발트 함유 전구체의 사용 비율이 증가할수록 입자 크기가 점점 작아질 수 있다.

상기 철 함유 전구체는 철 함유 황산염 및 이의 수용액 등을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 황산제일철(FeSO₄)과 이의 수용액(FeSO₄·7H₂O), 황산제이철(Fe₂(SO₄)₃)과 이의 수용액(Fe₂(SO₄)₃·9H₂O) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 제철공정의 부산물에는 황산제일철 또는 황산제이철이 포함되어 있으므로, 본 발명의 철 함유 전구체는 제철공정의 부산물로부터 제조된 것을 사용할 수 있다. 제철공정의 부산물을 사용하여 활성 코발트 페라이트를 제조함에 따라 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 코발트 함유 전구체는 코발트 함유 황산염 및 이의 수용액을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 황산코발트(CoSO₄)와 이의 수용액(CoSO₄·7H₂O) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 디카르복실산 또는 이의 염(이하, '디카르복실산(염)'이라 함)은 침전제로서, 상기 디카르복실산(염)을 이용함으로써 중화 침전반응이 이루어져 코발트 철 수산염을 쉽게 얻을 수 있으며, 코발트 철 수산염의 합성 조건을 용이하게 변화시킬 수 있다. 특별히 한정하지 않으나 상기 디카르복실산(염)으로는 옥살산, 암모늄 옥살산염[(NH₄)₂C₂O₄·H₂O] 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 디카르복실산은 암모니아(NH₄OH) 등과 같은 다른 침전제와 혼합하여 사용될 수 있다.

선택적으로, 상기 코발트 철 수산염 생성 단계에서 철 함유 전구체, 코발트 함유 전구체 및 디카르복실산(염)의 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 약 50 내지 500 rpm의 속도로 교반시킬 수 있다.

또한, 상기 코발트 철 수산염 생성 단계의 반응 온도 및 반응 시간은 특별히 한정하지 않으나, 반응 온도가 약 25~60 ℃이고, 반응 시간이 약 20~60분일 경우 철 함유 전구체, 코발트 함유 전구체 및 디카르복실산(염)의 반응이 원활하게 이루어질 수 있다.

상기 열처리 단계에서는 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 열처리하여 코발트 철 수산염이 코발트 페라이트로 분해됨과 동시에 코발트 페라이트의 자가환원이 유도됨으로써 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9]가 제조 된다.

상기 코발트 철 수산염을 열처리하여 코발트 페라이트[(Co_xFe_1-x)₃O₄]및 일산화탄소를 생성하는 단계; 및 상기 일산화탄소에 의해 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄]의 자가환원이 유도되는 단계를 포함한다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 하기 반응식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 코발트 철 수산염을 열처리하면 결정수 분해반응이 일어나고, 열처리 온도를 더 높이면 하기 반응식 2와 같이 코발트 철 수산염이 분해되어 코발트 페라이트가 생성되면서, 이산화탄소 및 일산화탄소도 생성된다.

[반응식 1]

Co_xFe₁ _- _xC₂O₄·2H₂O → Co_xFe₁ _- _xC₂O₄ + 2H₂O (x=0.2~0.9)

[반응식 2]

3(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄) → (Co_xFe₁ _-x)₃O₄ + 2CO₂ + 4CO

이후, 상기 반응식 2의 분해반응이 진행되는 과정에서 코발트 페라이트를 환원시키기에 충분한 일산화탄소 분압에 도달하면, 하기 반응식 3과 같이 환원반응에 의해 활성 페라이트가 생성된다.

[반응식 3]

(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ +δCO → (Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ + δCO₂

상기반응은 비활성 분위기하에서 수행된다. 비활성 분위기하에서 수행됨으로써 페라이트의 자가환원이 유도되고, 페라이트 및 활성 페라이트의 산화가 방지될 수 있다. 상기 비활성 분위기는 비활성 매체의 존재하에 이루어지는 것으로서, 상기 비활성 매체로는 특별히 한정하지 않으나 질소(N₂), 아르콘(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 네온(Ne), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 등이 있고, 경제성을 고려할 때 질소 또는 아르콘을 사용하는 것이 바람직하다.

열처리 온도 및 시간을 조절함에 따라 다양한 산소결핍도(δ)를 가지는 활성 코발트 페라이트를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 비활성 분위기하에서 코발트 철 수산염을 비교적 저온에서 열처리하기 때문에, 종래 제조방법에 비해 안전하게 코발트 페라이트를 수소로 환원시켜 활성 코발트 페라이트를 제조할 수 있다. 또한, 상기 열처리시 발생되는 일산화탄소로 코발트 페라이트를 환원시켜 활성 코발트 페라이트를 경제적으로 제조할 수 있다.

상기와 같이 제조된 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ]는 다양한 산소결핍도(δ)를 가질 수 있고, 바람직하게는 산소결핍도가 0.4 내지 0.9일 수 있다. 본 발명의 활성 코발트 페라이트는 종래 활성 페라이트보다 우수한 활성을 나타내며, 특히 산소결핍도(δ)가 큰 활성 코발트 페라이트일수록 활성이 커져 이산화탄소의 분해 성능이 우수해질 수 있다.

본 발명은 또한 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ, x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9]에 이산화탄소를 공급하여 탄소 또는 일산화탄소로 분해시키는 이산화탄소 분해 방법을 제공한다.

본 발명의 활성 코발트 페라이트는 다양한 산업분야에 활용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 방법에 의해 제조된 활성 코발트 페라이트를 이용하여 이산화탄소를 분해시켜 온실가스를 감소시킬 수 있다.

상기 이산화탄소의 분해는 약 250 내지 300 ℃의 온도에서 수행될 경우, 이산화탄소의 분해율은 99% 이상일 수 있다. 또한, 석탄가스화 복합 발전(IGCC) 및 SNG 합성 공정에서는 이산화탄소와 300℃이하의 스팀이나 열원은 쉽게 구할 수 있기 때문에, 본 발명의 이산화탄소 분해 방법을 석탄가스화 복합 발전 및 SNG 합성 공정과 연계하여 사용하는 경우 사업성과 경제성을 확보할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

- 코발트 철 수산염을 생성

(NH₄)₂C₂O₄·H₂O용액에 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액을 적하하여 25 ℃의 온도에서 약 30분 동안 300 rpm의 속도로 교반하면서 중화침전 반응을 수행하였다. 상기 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액은 9:1의 당량비로 사용하였으며, FeSO₄·H₂O용액과 CoSO₄·H₂O용액의 혼합 용액과의 당량비가 1:1이 되도록 (NH₄)₂C₂O₄·H₂O용액을 사용하였다.

이후, 반응에 의해 생성된 침전물을 여과한 후, 증류수로 3회 세척한 후, 70 ℃에서 24 시간 동안 건조하여 코발트 철 수산염을 생성하였다. 생성된 코발트 철 수산염에 대해 X선 회절분석(XRD)을 실시하여 그 결과를 도 1에 도시하였고, 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 도 2에 도시하였으며, 열중량/시차열 분석(TG/DTA)을 실시하여 그 결과를 도 3에 도시하였다.

- 활성 코발트 페라이트의 제조

생성된 코발트 철 수산염을 반응기에 투입한 후, 아르곤 가스 분위기하에서 450 ℃에서 열처리하여 활성 코발트 페라이트를 제조하였다. 이때의 반응 조건으로, Ar 유량은 50 sccm, 반응 시간은 2 시간, 승온 속도는 5 ℃/min이었다.

상기 제조된 활성 코발트 페라이트(a) 및 270℃에서 12시간 동안 이산화탄소와 반응시킨 활성 코발트 페라이트(b)에 대해 X선 회절분석(XRD)을 실시하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 또한, 상기 활성 코발트 페라이트와 이산화탄소의 반응 후 배출되는 일산화탄소의 농도를 도 5에, 배출되는 이산화탄소의 농도를 도 6에 도시하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 사용된 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액을 8:2의 당량비로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 코발트 철 수산염 및 활성 코발트 페라이트를 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서 사용된 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액을 7:3의 당량비로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 코발트 철 수산염 및 활성 코발트 페라이트를 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 1에서 사용된 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액을 6:4의 당량비로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 코발트 철 수산염 및 활성 코발트 페라이트를 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 1에서 사용된 FeSO₄·H₂O용액 및 CoSO₄·H₂O용액을 5:5의 당량비로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 코발트 철 수산염 및 활성 코발트 페라이트를 제조하였다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 코발트의 첨가량을 제어하여 코발트 철 수산염 입자의 형태 및 크기를 조절할 수 있고, 이는 최종 활성 코발트 페라이트 입자의 형태 및 크기에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 코발트의 첨가량을 증가시켜 활성 코발트 페라이트의 입자 크기를 작게 조절함으로써, 활성 코발트 페라이트와 CO₂와의 접촉 면적이 증가하여 CO₂ 분해량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 코발트 함유 전구체의 첨가량이 증가함에 따라 더 높은 온도에서 코발트 철 수산염이 열분해되었다. TG결과로부터 얻은 Co_xFe_1-xC₂O₄·2H₂O의 질량감소량을 이용하여 활성 코발트 페라이트의 δ값을 하기 수학식 1 내지 3에 의하여 계산하였고, 이의 결과를 표 2에 나타내었다. 이때, 대조군으로서 Fe₃O₄ _-δ의 δ값을 기재하였다.

		δ 값
Fe₃O₄ _-δ		0.740
(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ	실시예 1 (Fe:Co=9:1)	0.585
	실시예 2 (Fe:Co=8:2)	0.709
	실시예 3 (Fe:Co=7:3)	0.786
	실시예 4 (Fe:Co=6:4)	0.833
	실시예 5 (Fe:Co=5:5)	0.870

도 4는 활성코발트 페라이트가 이산화탄소와 반응 전후 XRD 패턴으로서, 이산화탄소 분해 후 Fe₃C의 상이 생성됨을 확인할 수 있다.

도 5 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 활성 코발트 페라이트 내 코발트의 함량이 클수록 이산화탄소의 배출농도가 감소하였다. 특히, 실시예 5에서 합성된 활성 코발트 페라이트(Fe:Co = 5:5 당량비)의 경우, 이산화탄소의 배출농도가 가장 낮아, 가장 많은 양의 이산화탄소를 분해하였음을 알 수 있었다. 따라서, 활성 코발트 페라이트 내 코발트의 함량이 클수록 이산화탄소 분해능이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

철 함유 전구체; 코발트 함유 전구체; 및 디카르복실산 또는 이의 염을 반응시켜 코발트 철 수산염(Co_xFe₁ _- _xC₂O₄, x=0.2~0.9)을 생성하는 코발트 철 수산염 생성 단계 및
상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 코발트 철 수산염 생성 단계는 철 함유 전구체와 코발트 함유 전구체의 당량비가 9:1~5:5이 되도록 반응시키는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 철 함유 전구체는 황산제일철(FeSO₄), 황산제일철 수용액(FeSO₄·7H₂O), 황산제이철(Fe₂(SO₄)₃), 황산제이철 수용액(Fe₂(SO₄)₃·9H₂O) 또는 이들의 혼합물인 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 철 함유 전구체는 제철공정의 부산물로부터 제조된 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 코발트 함유 전구체는 황산코발트(CoSO₄), 황산코발트 수용액(CoSO₄·7H₂O) 또는 이들의 혼합물인 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe_1-x)₃O_4-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는 상기 코발트 철 수산염을 비활성 분위기하에서 400~500℃로 열처리하는 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe_1-x)₃O_4-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9] 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9].
제7항의 활성 코발트 페라이트[(Co_xFe₁ _-x)₃O₄ _-δ,x=0.2~0.9, δ=0.4~0.9]에 이산화탄소를 공급하여 탄소 또는 일산화탄소로 분해시키는 이산화탄소 분해 방법.
제8항에 있어서, 이산화탄소 분해 반응이 250~300℃에서 수행되는 이산화탄소 분해 방법.
제8항에 있어서, 석탄가스화 복합 발전 및 SNG 합성 공정에서 배출된 이산화탄소와 스팀을 각각 이산화탄소 공급원 및 열원으로 사용하는 이산화탄소 분해 방법.