KR20150069268A - Mesoporous carbon dioxide adsorbent and fabricating method thereof - Google Patents

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박용기
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이우황
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Abstract

Provided is a manufacturing method of a mesoporous carbon dioxide adsorbent, which comprises the steps of: providing a mesoporous support; treating an alkoxysilane compound having an amine terminal group to the mesoporous support, and then grafting the alkoxysilane compound to the mesoporous support; and forming a hydrophobic mesoporous organic-inorganic composite by alkylating the amine terminal group by treating the grafted alkoxysilane compound with an alkylating agent.

Description

메조다공성 이산화탄소 흡착제 및 이의 제조방법 {Mesoporous carbon dioxide adsorbent and fabricating method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a mesoporous carbon dioxide adsorbent and a mesoporous carbon dioxide adsorbent,

본 명세서에 개시된 기술은 메조다공성 이산화탄소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The techniques disclosed herein relate to mesoporous carbon dioxide sorbents and methods for their manufacture.

이산화탄소는 화석연료의 연소에 의해 생성되며 이것의 배출 문제는 지구 온난화와 직결되어 있다. 따라서 이산화탄소 제거 및 분리는 매우 중요한 문제이다. 이렇게 이산화탄소를 제거 하는 방법에는 크게 흡수법, 흡착법, 막분리법이 있다. 이 중 흡수법은 대용량 가스를 처리하는 데 유리 하고, 흡착법은 고체 흡착제를 사용하여 압력차에 따른 흡착량의 차이로 분리하는 기술이다. 막분리법은 막을 이용하여 분리 하는 기술이다. 이 중에서 용량이 작은 제거 장치에는 흡착법과 막분리법에 의한 것이 유리한데 막분리법은 막의 제조가 까다롭고 단가가 비싼 단점이 있다. 따라서 공장과 같이 큰 용량의 분리가 아닌 작은 용량의 이산화탄소 제거에는 흡착법이 적합하다. 이러한 흡착법에는 건식 흡착제가 사용되는데 흡착 능력은 흡착제의 성능에 크게 좌우 된다고 할 수 있다. 이산화탄소에 대한 흡착 능력이 큰 흡착제를 개발 할수록 건식 흡착제의 성능이 좋아진다고 할 수 있다. 또한 용량이 작은 제거 장치는 따로 수분에 의한 재생 시스템을 구축하기가 힘들기 때문에 수분에서도 흡착 능력이 저하 되지 않는 흡착제를 개발 하는 것은 중요하다고 하겠다. 특히 이산화탄소 포집 기술에서 물과 이산화탄소를 동시에 흡착할 경우에는 물을 추가로 제거해야 하는데 이때 비용이 발생한다. 따라서 보다 경제적이며 흡착 성능이 우수한 이산화탄소 흡착제의 개발이 요구된다.Carbon dioxide is produced by the combustion of fossil fuels and its emissions are directly linked to global warming. Therefore, carbon dioxide removal and separation is a very important problem. There are two methods for removing carbon dioxide: absorption, adsorption, and membrane separation. Among them, the absorption method is advantageous for treating a large amount of gas, and the adsorption method is a technique for separating by a difference in adsorption amount depending on a pressure difference using a solid adsorbent. The membrane separation method is a technique of separating by using a membrane. Of these, the adsorption method and the membrane separation method are advantageous for a small-capacity removal device. However, the membrane separation method is disadvantageous in that the production of the membrane is difficult and the unit cost is high. Therefore, the adsorption method is suitable for removing a small amount of carbon dioxide rather than a large amount of separation as in a factory. A dry adsorbent is used for this adsorption method, and the adsorption ability depends largely on the performance of the adsorbent. The better the adsorbent for carbon dioxide is, the better the performance of the dry adsorbent. It is also important to develop an adsorbent that does not deteriorate its adsorption ability even in the presence of water because it is difficult to construct a regeneration system by moisture separately. In particular, when CO2 and CO2 are adsorbed at the same time, additional water is required to be removed. Therefore, it is required to develop a carbon dioxide adsorbent which is more economical and has excellent adsorption performance.

본 발명의 일 측면에 따르면, 메조다공성 지지체를 제공하는 단계; 상기 메조다공성 지지체에 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물을 처리하여 상기 알콕시실란 화합물을 상기 메조다공성 지지체에 그래프트시키는 단계; 및 그래프트된 상기 알콕시실란 화합물을 알킬화제로 처리하여 상기 아민 말단기를 알킬화함으로써 소수성 메조다공성 유무기 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a mesoporous support comprising: providing a mesoporous support; Treating the mesoporous support with an alkoxysilane compound having an amine terminal group to graft the alkoxysilane compound to the mesoporous support; And treating the grafted alkoxysilane compound with an alkylating agent to alkylate the amine terminal group to form a hydrophobic mesoporous organic-inorganic hybrid material.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 메조다공성 실리카, 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물 및 유기용매를 섞어 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 50 ~ 170℃에서 가열하여 상기 알콕시실란 화합물과 상기 메조다공성 실리카를 반응시켜 유무기 복합체를 얻는 단계; 상기 유무기 복합체를 알킬화제를 함유한 유기 용매와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 30 ~ 100℃에서 가열하여 상기 유무기 복합체의 상기 아민 말단기를 알킬화하는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡착제의 제조방 법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a mixture comprising: mixing a mesoporous silica, an alkoxysilane compound having an amine terminal group and an organic solvent to form a mixture; Heating the mixture at 50 to 170 ° C. to react the alkoxysilane compound with the mesoporous silica to obtain an organic / inorganic hybrid; Mixing the organic-inorganic hybrid material with an organic solvent containing an alkylating agent; And heating the mixture at 30 to 100 DEG C to alkylate the amine end group of the organic-inorganic hybrid substance.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 메조다공성 지지체; 및 상기 메조다공성 지지체에 그래프트된 1 내지 10 중량%의 아민 화합물을 포함하되, 상기 아민 화합물은 C1 내지 C12의 알킬렌 주쇄를 구비하며 -NR'2 말단기를 구비한 것으로서, 상기 메조다공성 지지체에 -Si-O- 결합을 통해 그래프트되며, 상기 R'은 C1 내지 C6의 알킬인 이산화탄소 흡착제가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a mesoporous support comprising: a mesoporous support; And comprising an amine compound of from 1 to 10% by weight of a graft in the meso-porous support, wherein the amine compound is provided as one provided with a -NR '2 end groups in the alkylene main chain of C 1 to C 12, wherein the mesoporous and the graft through the -Si-O- bound to a support, wherein R 'is alkyl of a carbon dioxide adsorbent is provided in the C 1 to C 6.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 메조다공성 실리카; 및 상기 메조다공성 실리카에 그래프트된 아민 화합물을 포함하되, 상기 아민 화합물은 C1 내지 C12의 알킬렌 주쇄를 구비하며 -NR'2 말단기를 구비한 것으로서, 상기 메조다공성 지지체에 -Si-O- 결합을 통해 그래프트되며, 상기 R'은 C1 내지 C6의 알킬이고, pKa가 10 내지 30인 이산화탄소 흡착제가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a mesoporous silica; And comprising the amine compound grafted to the mesoporous silica, the amine compounds, -Si-O- bond to said meso porous support as having provided with a -NR '2 end groups in the alkylene main chain of C1 to C12 , Wherein R 'is C 1 to C 6 alkyl and a pKa of from 10 to 30 is provided.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소 흡착제의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 2개 이상의 아민 작용기를 갖는 아민 화합물이 그래프팅된 이산화탄소 흡착제의 흡착과정을 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 다른 흡착제의 pKa 값의 변화에 따른 이산화탄소의 흡착 용량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 MCM-41에 그래프팅한 이산화탄소 흡착제(비교예 2)와 3-아미노프로필트리에톡시실란을 MCM-41에 그래프팅한 후 추가로 메틸화한 이산화탄소 흡착제(실시예 1)의 적외선 분광(IR) 스펙트럼이다.
도 5는 N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸을 MCM-41에 그래프팅한 후 추가로 메틸화한 이산화탄소 흡착제(실시예 4)의 적외선 분광(IR) 스펙트럼이다.
도 6은 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 이산화탄소 흡착제를 이용하여 흡착실험을 한 결과, P/P0의 0에서 1까지의 이산화탄소 흡착량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 1과 실시예 1, 2 및 4의 흡착제를 이용하여 흡착실험을 수행한 결과, P/P0의 0에서 1까지의 이산화탄소 흡착량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 1, 비교예 2의 이산화탄소 흡착제와 아민 그래프팅 후 메틸화시킨 실시예 1의 이산화탄소 흡착제를 이용하여 이산화탄소 흡착실험을 한 결과, 및 실시예 1의 흡착제를 수분 존재 하에서 이산화탄소 흡착실험을 한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a process flow diagram illustrating a method for producing a carbon dioxide adsorbent according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating the adsorption process of a carbon dioxide adsorbent grafted with an amine compound having two or more amine functional groups.
FIG. 3 is a graph showing the adsorption capacity of carbon dioxide according to changes in the pKa value of the adsorbent according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results obtained by grafting 3-aminopropyltriethoxysilane onto MCM-41 (Comparative Example 2), 3-aminopropyltriethoxysilane on MCM-41 and further methylating carbon dioxide adsorbent (Example 1). ≪ tb >< TABLE >
5 is an infrared spectroscopy (IR) spectrum of a carbon dioxide adsorbent (Example 4) obtained by grafting N-3-triethoxysilylpropyl-4,5-dihydroimidazole to MCM-41 and further methylating it.
6 is a graph showing adsorption amounts of carbon dioxide in P / P 0 ranging from 0 to 1 as a result of adsorption experiments using the carbon dioxide adsorbents of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1. FIG.
FIG. 7 is a graph showing adsorption amounts of carbon dioxide from 0 to 1 of P / P 0 as a result of adsorption experiments using the adsorbents of Comparative Example 1 and Examples 1, 2 and 4.
FIG. 8 shows carbon dioxide adsorption experiments using the carbon dioxide adsorbents of Comparative Examples 1 and 2 and the carbon dioxide adsorbent of Example 1 which was methylated after amine grafting. As a result, the adsorbent of Example 1 was tested for adsorption of carbon dioxide Fig.

작은 규모의 이산화탄소 포집을 위해서는 무엇보다도 초기 흡착 능력이 큰 흡착제의 개발이 중요한데 흡착제에 pKa 값이 큰 물질을 적용하면 이산화탄소 포집 효율을 크게 높일 수 있다. 기존에 사용하던 활성탄은 흡착 능력이 낮고 실리카 겔 및 제올라이트 알루미나와 같은 경우에도 활성탄보다는 높지만 초기 흡착율이 높지는 않다. 따라서 이산화탄소가 배출 시 바로 흡착할 수 있는 초기 흡착 효율이 높은 값을 가지는 물질의 개발이 중요하다. 또한 흡착제의 수분에 의한 이산화탄소 포집 능력의 저하가 일어나지 않는 것이 필요하다. In order to capture a small amount of carbon dioxide, it is important to develop an adsorbent having a large initial adsorption capacity. When a substance having a large pKa value is applied to the adsorbent, the efficiency of collecting carbon dioxide can be greatly increased. The existing activated carbon has low adsorption capacity and is higher than activated carbon even in the case of silica gel and zeolite alumina, but the initial adsorption rate is not high. Therefore, it is important to develop a substance having a high initial adsorption efficiency that enables carbon dioxide to be adsorbed immediately upon discharge. It is also required that the carbon dioxide capture ability of the adsorbent is not lowered by moisture.

따라서 이에 본 발명에서는 아민이 포함된 유무기 복합체에 알킬화를 시켜 소수성을 증가시켜 상기 문제점을 개선한 이산화탄소 포집 건식 흡착제로 활용하는 기술을 제시하고자 한다. Accordingly, the present invention proposes a technique of utilizing carbon dioxide as a carbon dioxide-trapping dry adsorbent which improves hydrophobicity by alkylating an organic-inorganic complex containing amine to improve the above problems.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소 흡착제의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 1을 참조하면, 단계 S1에서 메조다공성 지지체를 제공한다. 상기 메조다공성 지지체는 메조다공성 물질로 이루어져 있으며 이산화탄소 흡착제의 골격을 이룬다. 상기 메조다공성 물질의 종류로는 금속-유기 복합소재(MOF), 메조다공성 탄소, 메조다공성 실리카 등이 있을 수 있으며, 표면에 그래프팅 할수 있는 유효 하이드록실기가 4 mmol/g 이상 존재한다는 면에서 메조다공성 실리카가 바람직하다. 일반적으로 메조다공성 물질들은 계면활성제나 양친매성 고분자와 같은 유기분자를 구조유도 물질로 사용하여 수열반응을 통해 합성된다. 계면활성제나 양친매성 고분자는 친수성의 머리부분과 소수성의 꼬리부분으로 이루어져 있어 수용액 내에서 자기조립되어 마이셀(micelle) 또는 액정 구조를 이룬다는 것이 잘 알려져 있다. 기공의 배열 구조에 따라 다양한 종류의 메조다공성 물질이 있으며, 예를 들어 MCM-41, MCM-48, MCM-50, SBA-1, SBA-3, SBA-6, SBA-15, SBA-16 등이 있다. 본 발명의 바람직한 메조다공성 지지체로서, 예를 들어 진공 건조한 비표면적이 900 ~1000 m2/g이고, 입경이 2.1-2.7 nm인 메조다공성 실리카를 사용할 수 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a method for producing a carbon dioxide adsorbent according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a mesoporous support is provided in step S1. The mesoporous support is made of a mesoporous material and forms the framework of a carbon dioxide adsorbent. The mesoporous material may be a metal-organic composite material (MOF), a mesoporous carbon, a mesoporous silica, or the like. In view of the existence of more than 4 mmol / g of an effective hydroxyl group capable of grafting on the surface Mesoporous silica is preferred. In general, mesoporous materials are synthesized by hydrothermal reaction using organic molecules such as surfactants or amphipathic polymers as structure inducing materials. It is well known that a surfactant or amphipathic polymer is composed of a hydrophilic head and a hydrophobic tail so that it is self-assembled in an aqueous solution to form a micelle or a liquid crystal structure. MCM-41, MCM-48, MCM-50, SBA-1, SBA-3, SBA-6, SBA-15, SBA-16 and the like can be used for various types of mesoporous materials. . As the preferred mesoporous support of the present invention, for example, mesoporous silica having a specific surface area of vacuum-dried of 900 to 1000 m 2 / g and a diameter of 2.1 to 2.7 nm can be used.

단계 S2에서 상기 메조다공성 지지체에 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물을 처리하여 상기 알콕시실란 화합물을 상기 메조다공성 지지체에 그래프트시킨다. 상기 그래프트 반응은 예를 들어, 메조다공성 실리카, 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물 및 유기용매를 섞어 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 50 ~ 170℃에서 가열하여 상기 알콕시실란 화합물과 상기 메조다공성 실리카를 반응시킨 후 여과, 세척 및 정제한 다음 이를 건조하여 유무기 복합체를 얻는 방식으로 수행될 수 있다.In step S2, the mesoporous support is treated with an alkoxysilane compound having an amine terminal group to graft the alkoxysilane compound to the mesoporous support. The graft reaction may be carried out, for example, by mixing a mesoporous silica, an alkoxysilane compound having an amine end group and an organic solvent to form a mixture, and heating the mixture at 50 to 170 ° C to separate the alkoxysilane compound and the mesoporous silica , Followed by filtration, washing and purification, followed by drying to obtain an organic-inorganic hybrid material.

상기 알콕시실란 화합물은 H2N-L-Si(OR)3의 구조를 가질 수 있다. 여기서 상기 L은 C1 내지 C12의 알킬렌 또는 C6 내지 C20의 아릴렌이거나 상기 알킬렌과 상기 아릴렌이 임의로 결합된 것일 수 있다. 또한 상기 L의 주쇄의 일부가 0 내지 4개의 -NH-로 치환될 수 있다. 바람직하게는 상기 L의 주쇄의 일부가 적어도 하나 이상의 -NH-로 치환될 수 있다. 상기 R은 수소 또는 C1 내지 C8의 알킬일 수 있다. 구체적으로 상기 알콕시실란 화합물은 아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 및 (3-트리메톡시실릴프로필)다이에틸렌트리아민으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The alkoxysilane compound may have the structure of H 2 NL-Si (OR) 3 . Wherein L is C 1 to C 12 alkylene or C 6 to C 20 arylene, or the alkylene and arylene may be optionally bonded. And a part of the main chain of L may be substituted with 0 to 4 -NH-. Preferably, a part of the main chain of L may be substituted with at least one -NH-. The R may be hydrogen or C 1 to C 8 alkyl. Specifically, the alkoxysilane compound is selected from the group consisting of aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, and (3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine It may be at least one selected.

일 구현예에서, 상기 알콕시실란 화합물은 이온 액체(ionic liquid)일 수 있다. 상기 이온 액체는 양이온과 음이온의 조합을 가지며, 양이온으로서는 저급 지방족 4급 암모늄이 사용되고, 음이온으로서는 금속 염화물 이온, 금속 불화물 이온 및, 비스(플루오로술포닐)이미드 등의 이미드 화합물이 이 사용될 수 있다. In one embodiment, the alkoxysilane compound may be an ionic liquid. The ionic liquid has a combination of a cation and an anion, and a lower aliphatic quaternary ammonium is used as a cation. As the anion, an imide compound such as metal chloride ion, metal fluoride ion and bis (fluorosulfonyl) imide is used .

단계 S3에서 그래프트된 상기 알콕시실란 화합물을 알킬화제로 처리하여 상기 아민 말단기를 알킬화하여 소수성 메조다공성 유무기 복합체를 형성함으로써 이산화탄소 흡착제를 제조할 수 있다. 구체적으로, 단계 S2에서 만들어진 유무기 복합체를 알킬화제를 함유한 유기 용매와 혼합한 다음, 상기 혼합물을 30 ~ 100℃에서 가열함으로써 상기 유무기 복합체의 상기 아민 말단기를 알킬화할 수 있다.In step S3, the alkoxysilane compound grafted is treated with an alkylating agent to alkylate the amine terminal group to form a hydrophobic mesoporous organic-inorganic hybrid material, thereby producing a carbon dioxide adsorbent. Specifically, the amine-terminated group of the organic-inorganic hybrid substance can be alkylated by mixing the organic-inorganic hybrid substance formed in Step S2 with an organic solvent containing an alkylating agent, and then heating the mixture at 30 to 100 ° C.

상기 알킬화제는 C1 내지 C6의 알킬 그룹을 갖는 전구체 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 상기 알킬화제는 할로메탄, 할로에탄, 할로프로판 및 할로부탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 할로알칸일 수 있다. 구체적으로 상기 할로알칸은 이오도메탄, 이오도에탄, 이오도프로판, 브로모메탄, 브로모에탄, 브로모프로판, 클로로메탄, 클로로에탄, 클로로프로판 등일 수 있다.The alkylating agent may be a precursor compound having a C 1 to C 6 alkyl group, and preferably the alkylating agent may be at least one haloalkane selected from the group consisting of halomethane, haloethane, halopropane and halobutane . Specifically, the haloalkane may be iodomethane, iodoethane, iodopropane, bromomethane, bromoethane, bromopropane, chloromethane, chloroethane, chloropropane, or the like.

이와 같이 메조다공성 유무기 복합체를 알킬화하면 알킬기의 강한 전자공여 효과에 의해 아민기가 더 높은 염기성을 갖게 되어 저압에서 이산화탄소 포집 능력을 크게 향상시킬 수 있다. 알킬화한 결과 상기 알킬화한 화합물의 pKa가 10 내지 30, 바람직하게는 15 내지 30일 수 있다. 상기 범위에서 이산화탄소 흡착제로서의 효능이 극대화될 수 있다. 한편 pKa가 10 미만에서는 이산화탄소 포집 능력이 높지 않고, 30보다 높으면 탈착하는 데 에너지가 많이 들기 때문에 상기 범위가 바람직하다. When the mesoporous organic / inorganic hybrid material is alkylated, the amine group has a higher basicity due to the strong electron donating effect of the alkyl group, so that the carbon dioxide capture ability at low pressure can be greatly improved. As a result of the alkylation, the alkylated compound may have a pKa of 10 to 30, preferably 15 to 30. In this range, the effect as a carbon dioxide adsorbent can be maximized. On the other hand, when the pKa is less than 10, the carbon dioxide capturing ability is not high. When the pKa is more than 30, the energy is required to be desorbed.

한편, 아민 말단을 구비한 유기 실란을 지지체에 그래프팅하고 알킬화하는 방식 대신 유기 실란을 먼저 알킬화한 뒤에 이것을 실리카 담지체에 담지하는 방식으로 알킬화된 메조다공성 유무기 복합체를 얻을 수도 있다. 다만, 이 경우 소수성이 커지고, 아민 그룹의 알킬에 의한 입체장애가 증가되어 메조다공성 지지체에 그래프팅이 어려울 수 있다. Alternatively, an alkylated mesoporous organic / inorganic hybrid can be obtained by firstly alkylating an organosilane and carrying it on a silica carrier, instead of grafting and alkylating an organosilane having an amine terminus to a support. However, in this case, the hydrophobicity is increased and the steric hindrance caused by the alkyl of the amine group is increased, so grafting to the mesoporous support may be difficult.

일반적으로 고용량의 흡착 장치에서는 수분에 의한 흡착제의 성능의 저하가 일어나도 시스템 상에서 재생이 쉬운 편이나, 저용량의 흡착제의 경우 그러한 시스템을 구축하기 쉽지 않다. 하지만 알킬화 과정을 거친 흡착제를 이용하여 소수성을 크게 하면 비교적 수분에 잘 견딜 수 있는 작은 용량의 이산화탄소 흡착 시스템에 적합하게 사용될 수 있다. 이 경우 물을 추가로 제거 하는 공정에 드는 비용을 절감할 수 있다.Generally, in a high-capacity adsorption apparatus, even if the performance of the adsorbent due to moisture deteriorates, it is easy to regenerate the system, but in the case of a low-capacity adsorbent, such a system is not easy to construct. However, if the hydrophobicity is increased by using an adsorbent having an alkylation process, it can be suitably used for a small capacity carbon dioxide adsorption system which can withstand relatively moisture. In this case, the cost of the process of further water removal can be reduced.

상기 알킬화된 아민 말단기를 갖는 알콕시실란 화합물의 양은 전체 이산화탄소 흡착제 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 알킬화된 화합물의 양이 상기 범위 미만이면 원하는 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위 초과이면 이산화탄소의 확산에 제한이 되어 흡착 효능이 떨어질 수 있다. 또한 실리카에 담지 할 수 있는 유효 하이드록실기가 20 중량 %를 넘을 수 없다. The amount of the alkoxysilane compound having an alkylated amine end group may be 1 to 20 wt%, preferably 1 to 10 wt%, based on the total carbon dioxide adsorbent. If the amount of the alkylated compound is less than the above range, the desired effect can not be obtained. If the amount is less than the above range, the diffusion of carbon dioxide is limited and the adsorption efficiency may be deteriorated. And the effective hydroxyl group that can be supported on the silica can not exceed 20% by weight.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 알킬화된 아민 화합물을 구비한 이산화탄소 흡착제가 제공된다. 상기 이산화탄소 흡착제는 메조다공성 지지체; 및 상기 메조다공성 지지체에 그래프트된 아민 화합물을 포함한다. 또한 상기 아민 화합물은 C1 내지 C12의 알킬렌 주쇄를 구비하며 -NR'2 말단기를 구비한 것으로서, 상기 메조다공성 지지체에 -Si-O- 결합을 통해 그래프트된다. 여기서, 상기 R'은 C1 내지 C6의 알킬이다. 몇몇 구현예에서, 상기 아민 화합물은 주쇄에 하나 이상, 예를 들어 1 내지 4 개의 -NH-를 함유할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a carbon dioxide adsorbent having an alkylated amine compound. Wherein the carbon dioxide adsorbent comprises a mesoporous support; And an amine compound grafted to the mesoporous support. In addition, the amine compounds having an alkylene main chain of C 1 to C 12, and as having a -NR '2 end groups, are grafted by a -Si-O- bond to said meso porous support. Here, the R 'is an alkyl of C 1 to C 6. In some embodiments, the amine compound may contain one or more, for example one to four, -NH- in the main chain.

상기 아민 화합물이 말단 아민 작용기 외에도 하나 이상의 아민 작용기를 가지면 유리한 점은 다음과 같다. 도 2는 2개 이상의 아민 작용기를 갖는 아민 화합물이 그래프팅된 이산화탄소 흡착제의 흡착과정을 설명하는 개략도이다. 도 2를 참조하면, 전체 질소 함량이 높아질수록 이산화탄소 흡착할 수 있는 지점이 많아질 뿐 아니라, 주쇄 골격에 있는 질소가 나머지 아민 기와 이산화탄소가 잘 결합할 수 있도록 보조해 주는 역할을 하기 때문에 적절한 역할을 할 수 있는 아민 기가 많을수록 이산화탄소 흡착 능력을 크게 증가 시킬 수 있다. Advantages of the amine compound having at least one amine functional group in addition to the terminal amine functional group are as follows. 2 is a schematic diagram illustrating the adsorption process of a carbon dioxide adsorbent grafted with an amine compound having two or more amine functional groups. Referring to FIG. 2, as the total nitrogen content increases, the number of sites capable of adsorbing carbon dioxide increases, and nitrogen in the main chain structure assists the remaining amine groups and carbon dioxide to bond well. The more amine groups available, the greater the carbon dioxide adsorption capacity.

상술한 이산화탄소 흡착제 및 이의 제조방법에 따르면, 아민 말단기를 갖는 알콕시 실란이 그래프트된 메조다공성 지지체를 알킬화하여 pKa 값이 높은 소수성 물질을 얻고, 이를 이산화탄소 흡착제로 사용함으로써 초기 흡착 특성이 월등히 높고 수분에 의한 저하가 줄어든 흡착제를 제조할 수 있다. 이러한 흡착제를 사용하면 용량이 작은 이산화탄소 포집 장치에서 중요한 초기 흡착 능력을 높일 수 있다. According to the above-described carbon dioxide adsorbent and its production method, alkoxysilane-grafted mesoporous support having an amine end group is alkylated to obtain a hydrophobic substance having a high pKa value, and by using it as a carbon dioxide adsorbent, the initial adsorption property is remarkably high, Can be produced. The use of such an adsorbent can increase important initial adsorption capacity in a small carbon dioxide capture device.

이하, 본 발명을 다양한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하고자 하나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명의 기술적 사상이 하기 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to various embodiments. However, it should be understood that the technical scope of the present invention is not limited by the following embodiments.

(실시예)(Example)

실시예 1: 아민기 흡착제의 제조 (3-아미노프로필트리에톡시실란, MCM-41)Example 1: Preparation of amine group adsorbent (3-aminopropyltriethoxysilane, MCM-41)

메조다공성 실리카(MCM-41, 비표면적 1000 m2/g, 세공성 2.7 nm) 1g을 열처리 하에 12시간 이상 진공 처리하였다. 처리된 실리카에 무수톨루엔 [알드리치]을 50 ml 첨가하여 고르게 분산시켰다. 그리고 아미노프로필트리에톡시실란[알드리치]를 1.09g 첨가하였다. 알곤 분위기 하에서 120℃에서 하루 이상 교반 및 환류 반응하였다. 후에 여과하여 여과액을 분리하고 에탄올에 12시간 이상 교반하면서 미반응된 물질이 빠져나오게 하고 이를 여과하여 100℃에서 24시간 이상 건조하였다. 1 g of mesoporous silica (MCM-41, specific surface area 1000 m 2 / g, pore size 2.7 nm) was vacuum-treated for 12 hours or more under heat treatment. 50 ml of anhydrous toluene [Aldrich] was added to the treated silica and dispersed evenly. Then, 1.09 g of aminopropyltriethoxysilane [Aldrich] was added. And the mixture was stirred and refluxed in an argon atmosphere at 120 DEG C for one day or more. After filtration, the filtrate was separated, and the unreacted material was allowed to escape by stirring for 12 hours or more in ethanol, followed by filtration and drying at 100 ° C for 24 hours or more.

반응물을 다시 열처리 하에 12시간 이상 진공 처리하였다. 상기 아민기가 그래프팅된 실리카 흡착제에 이오도칼륨 0.08g, 메틸아이오다이드 1.3g을 투입하여 70℃를 유지하면서 4시간 이상 교반시켰다. 후에 여과하여 여과액을 분리하고 에탄올에 12시간 이상 교반하여 미반응된 물질이 빠져 나오도록 하고 이를 여과하여 100℃에서 24시간 이상 건조하였다. The reaction was again vacuum-treated for 12 hours or more under heat treatment. 0.08 g of potassium iodide and 1.3 g of methyl iodide were added to the silica adsorbent grafted with the amine group, and the mixture was stirred for more than 4 hours while maintaining the temperature at 70 ° C. After filtration, the filtrate was separated and stirred with ethanol for 12 hours or longer to allow the unreacted material to escape. The filtrate was filtered and dried at 100 ° C. for 24 hours or more.

아미노프로필실란기가 배위되었음은 아미노 그룹(-NH2) 및 에틸그룹 (-CH2CH2-)을 2800-3000cm-1와 3200-3400 cm-1에 존재함을 적외선 분광법을 통하여 확인하였으며, 메틸기가 배위되었음은 메틸기(-CH3)의 2800-2900 cm-1에 존재함을 같은 방법으로 확인하였다(도 4 참조). Aminopropyl silane groups are coordinated under the amino group (-NH 2) group and ethyl (-CH 2 CH 2 -) it was confirmed by infrared spectroscopy for the presence in the 2800-3000cm -1 and 3200-3400 cm -1, a methyl group Was found to be present at 2800-2900 cm -1 of the methyl group (-CH 3 ) (see FIG. 4).

또한 질소함량 분석을 통해 아민 함량을 분석하였다. 그 결과는 아미노프로필신란 기능화된 MCM-41의 질소함량은 1.7 중량%였다.
Amine content was also analyzed by nitrogen content analysis. The result showed that the nitrogen content of the aminopropyltriannyl functionalized MCM-41 was 1.7 wt%.

실시예 2: 아민기 흡착제의 제조 (3-2-아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, MCM-41)Example 2: Preparation of amine group adsorbent (3-2-aminoethylaminopropyltrimethoxysilane, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 3-2-아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란을 사용하였다.
Was carried out in the same manner as in Example 1, except that 3-2-aminoethylaminopropyltrimethoxysilane was used as the amine precursor.

실시예 3: 아민기 흡착제의 제조 (N1-3트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, MCM-41)Example 3: Preparation of amine group adsorbent (N1-3 trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 N1-3트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민을 사용하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that N1-3 trimethoxysilylpropyl diethylenetriamine was used as the amine precursor.

실시예 4: 아민기 흡착제의 제조 (N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸, MCM-41)Example 4: Preparation of amine group adsorbent (N-3-triethoxysilylpropyl-4,5-dihydroimidazole, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸을 사용하였다. N-3-triethoxysilylpropyl-4, 5-dihydroimidazole was used as the amine precursor in the same manner as in Example 1 above.

N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸이 배위되었음은 이미다졸링을 나타내는 1562cm-1 피크, 질소에 연결되어 있는 C-H 인 2932 cm-1 피크를 통해 확인 하였다. 그 외에도 Si-OH기를 나타내는 3447cm-1 에틸그룹 Si-O 스트레칭인 1102cm-1 피크가 확인이 되었다 (도 5 참조).
The N-3- triethoxy silyl propyl-4,5-dihydro-imidazole under the coordination was already 1562cm -1 peak, indicating the jolring CH confirmed through the 2932 cm -1 peak that is connected to the nitrogen. In addition, a peak at 1102 cm < -1 > which is a stretch of 3447 cm < -1 > ethyl group Si-O indicating a Si-OH group was confirmed (see Fig. 5).

실시예 5: 아민기 흡착제의 제조 (에틸아이오다이드, MCM-41)Example 5: Preparation of an amine group adsorbent (ethyl iodide, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 알킬화제로서 에틸아이오다이드를 사용하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that ethyl iodide was used as an alkylating agent.

실시예 6: 아민기 흡착제의 제조 (프로필아이오다이드, MCM-41)Example 6: Preparation of amine group adsorbent (propyl iodide, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 알킬기 전구체로서 프로필아이오다이드를 사용하였다.
Was carried out in the same manner as in Example 1, except that propyl iodide was used as an alkyl group precursor.

실시예 7: pKa의 변화에 다른 흡수제의 흡착용량Example 7: Adsorption Capacity of Different Absorbents on Change of pKa

알킬화제의 종류 및 투입량 또는 메틸 이오다이드, 에틸 아이오다이드, 프로필 아이오다이드와 같이 알킬화 단계를 변형시키면서 pKa 값을 변화시켜 이산화탄소 흡착 용량을 측정하였다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 다른 흡착제의 pKa 값의 변화에 따른 이산화탄소의 흡착 용량을 나타낸 그래프이다.The adsorption capacity of carbon dioxide was measured by changing the pKa value while varying the type and amount of the alkylating agent or the alkylation step such as methyl iodide, ethyl iodide and propyl iodide. FIG. 3 is a graph showing the adsorption capacity of carbon dioxide according to changes in the pKa value of the adsorbent according to an embodiment of the present invention.

pKa 값을 변화시키면 P/P0=1 에서의 이산화탄소 흡착능력에는 큰 변화가 없으나 본 발명에서 중요한 초기 이산화탄소 흡착 능력에 pKa 값이 10 내지 30이 적절함을 알 수 있다. pKa 값이 너무 적으면 초기 이산화탄소 흡착 값인 P/P0 값이 낮아져 본 발명에서 원하는 효과를 얻을 수 없고 pKa 값이 30을 넘을 경우 흡착제에 이산화탄소가 매우 강하게 결합이 되어 탈착 에너지가 많이 들기 때문에 효율이 떨어진다. 따라서 pKa 값이 10 내지 30이 가장 적합하다.
When the pKa value is changed, there is no significant change in the carbon dioxide adsorption capacity at P / P 0 = 1, but it can be seen that the pKa value of 10 to 30 is suitable for the initial carbon dioxide adsorption capacity which is important in the present invention. Since pKa value is too small, the value initial carbon dioxide absorption P / P 0 value is lowered can not be obtained the desired effect in the present invention, when pKa value of more than 30 are carbon dioxide is very strongly bonded to the absorbent lift a lot of desorption energy efficiency Falls. Therefore, a pKa value of 10 to 30 is most suitable.

비교예 1: 아민기 흡착제의 제조 (아미노프로필트리에톡시실란, MCM-41)Comparative Example 1: Preparation of amine group adsorbent (aminopropyltriethoxysilane, MCM-41)

메조다공성 실리카(MCM-41, 비표면적 1000 m2/g, 세공성 2.7 nm) 1g을 열처리 하에 12시간 이상 진공 처리하였다.
1 g of mesoporous silica (MCM-41, specific surface area 1000 m 2 / g, pore size 2.7 nm) was vacuum-treated for 12 hours or more under heat treatment.

비교예 2: 아민기 흡착제의 제조 (3-아미노프로필트리에톡시실란, MCM-41)Comparative Example 2: Preparation of amine group adsorbent (3-aminopropyltriethoxysilane, MCM-41)

메조다공성 실리카(MCM-41, 비표면적 1000 m2/g, 세공성 2.7 nm) 1g을 열처리 하에 12시간 이상 진공 처리하였다. 처리된 실리카에 무수톨루엔 [알드리치]을 50 ml 첨가하여 고르게 분산시켰다. 그리고 3-아미노프로필트리에톡시실란[알드리치]를 1.09g 첨가하였다. 알곤 분위기 하에서 120℃에서 하루 이상 교반 및 환류 반응하였다. 후에 여과하여 여과액을 분리하고 에탄올에 12시간 이상 교반하면서 미반응된 물질이 빠져나오게 하고 이를 여과하여 100℃에서 24시간 이상 건조하였다. 1 g of mesoporous silica (MCM-41, specific surface area 1000 m 2 / g, pore size 2.7 nm) was vacuum-treated for 12 hours or more under heat treatment. 50 ml of anhydrous toluene [Aldrich] was added to the treated silica and dispersed evenly. Then, 1.09 g of 3-aminopropyltriethoxysilane [Aldrich] was added. And the mixture was stirred and refluxed in an argon atmosphere at 120 DEG C for one day or more. After filtration, the filtrate was separated, and the unreacted material was allowed to escape by stirring for 12 hours or more in ethanol, followed by filtration and drying at 100 ° C for 24 hours or more.

아미노프로필실란기가 배위되었음은 아미노 그룹(-NH2) 및 에틸그룹 (-CH2CH2-)을 2800-3000cm-1와 3200-3400 cm-1에 존재함을 적외선 분광법을 통하여 확인하였다 (도 4 참조).
Aminopropyl silane groups are coordinated under the amino group (-NH 2) and an ethyl group was confirmed by infrared spectroscopy that the presence in the 2800-3000cm -1 and 3200-3400 cm -1 (Fig. (-CH 2 CH 2) 4).

비교예 3: 아민기 흡착제의 제조 (3-2-아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, MCM-41)Comparative Example 3: Preparation of amine group adsorbent (3-2-aminoethylaminopropyltrimethoxysilane, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 3-2-아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란을 사용하였다.
Was carried out in the same manner as in Example 1, except that 3-2-aminoethylaminopropyltrimethoxysilane was used as the amine precursor.

비교예 4: 아민기 흡착제의 제조 (N1-3-트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, MCM-41) Comparative Example 4: Preparation of amine group adsorbent (N1-3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 N1-3트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민을 사용하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that N1-3 trimethoxysilylpropyl diethylenetriamine was used as the amine precursor.

비교예 5: 아민기 흡착제의 제조 (N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸, MCM-41)Comparative Example 5: Preparation of amine group adsorbent (N-3-triethoxysilylpropyl-4,5-dihydroimidazole, MCM-41)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아민 전구체로서 N-3-트리에톡시실릴프로필-4,5-디하이드로이미다졸을 사용하였다.
N-3-triethoxysilylpropyl-4, 5-dihydroimidazole was used as the amine precursor in the same manner as in Example 1 above.

시험예 1:Test Example 1:

유리로 제작된 고정층 반응기에 상기 실시예에 의하여 제조된 흡착제를 각각 충진하여 이산화탄소 흡착 성능을 측정 하였다. 시료는 150도 진공 상태에서 12시간 이상 전처리 하여 고정층 반응기에 넣고 온도가 30℃로 유지한 상태에서 이산화탄소를 반응기 내부로 공급하면서 이산화탄소의 흡착량을 측정하였다. 결과를 하기 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 6 및 도 7의 그래프는 압력에 따른 이산화탄소 흡착량을 나타낸 그래프이다. 색깔이 채워진 도형은 흡착을 나타내고 빈공간의 도형은 탈착을 나타낸다.
The fixed bed reactor made of glass was filled with the adsorbent prepared in the above example to measure the carbon dioxide adsorption performance. The sample was pretreated at 150 ° C for more than 12 hours and put into a fixed bed reactor. The temperature of the sample was maintained at 30 ° C, and the amount of carbon dioxide adsorbed was measured while supplying carbon dioxide into the reactor. The results are shown in Fig. 6 and Fig. The graphs of FIGS. 6 and 7 are graphs showing the adsorption amount of carbon dioxide according to the pressure. Color filled shapes show adsorption and empty shapes show desorption.

시험예 2: Test Example 2:

시료는 150도 진공 상태에서 12시간 이상 전처리 한 후 고정층 반응기에 넣고 온도을 30℃로 유지한 상태에서 1기압 수분 6.3% 및 이산화탄소를 비활성 가스인 헬륨 90% 비율을 가지는 가스를 흘려 주면서 이산화탄소 흡착량을 시간에 따라 측정하였다. 결과를 도 8에 나타내었다.
The sample was pretreated at 150 ° C for more than 12 hours, then placed in a fixed bed reactor. While maintaining the temperature at 30 ° C, a gas having a ratio of 1 atm of water of 6.3% and carbon dioxide of 90% Were measured according to time. The results are shown in Fig.

비교예 1의 MCM-41 흡착제일 경우에 P/P0=1에서의 이산화탄소 흡착량은 0.6 mmol/g 이다. 3-아미노프로필트리에톡시실란을 그래프팅하면 1.2 mmol/g로 증가한다(비교예 2). 또한 아민기에 추가로 메틸화를 하게 되면 그 수치가 1.2 mmol/g로 MCM-41에 비해서 2배가 증가함을 확인할 수 있다(실시예 1). In the case of the MCM-41 adsorbent of Comparative Example 1, the adsorption amount of carbon dioxide at P / P 0 = 1 is 0.6 mmol / g. Grafting 3-aminopropyltriethoxysilane increases to 1.2 mmol / g (Comparative Example 2). Further, when methylation is further performed on the amine group, the value is 1.2 mmol / g, which is twice as high as that of MCM-41 (Example 1).

P/P0 = 0.1에서의 흡착량은 이산화탄소 초기 흡착 특성을 나타내는 수치로서 초기 속도가 높을수록 수분과 경쟁 흡착이 유리함을 나타내는 것이기 때문에 이 수치가 높을수록 수분과 경쟁하여도 높은 이산화탄소 흡착 특성이 떨어지지 않는다는 것을 보여 준다고 할 수 있다. The adsorption amount at P / P 0 = 0.1 is a numerical value showing the initial adsorption characteristic of carbon dioxide. As the initial rate is higher, it shows that water and competitive adsorption are more advantageous. Therefore, the higher the value, the lower the adsorption characteristic of carbon dioxide It can be said that it shows that it does not.

P/P0 = 0.1에서 MCM-41은 이산화탄소 흡착량이 0.1 mmol/g이다. 3-아미노프로필트리에톡시실란을 그래프팅하면 0.4 mmol/g로 증가한다. 또한 아민기에 추가로 메틸화를 하게 되면 그 수치가 0.7mmol/g로 초기 속도가 MCM-41에 비해서 7배, 3-아미노프로필트리에톡시실란을 그래프팅한 것에 비해서 2배 증가함을 확인 할 수 있다. 특히 메틸화 과정을 통해서 P/P0 = 1에서의 이산화탄소는 흡착량은 거의 동일하게 증가하는 경향을 보이며 메틸화 후에도 큰 변화가 없지만 초기 흡착 속도 P/P0 = 0.1에서는 메틸화를 통해 이산화탄소 흡착량이 크게 증가하였다. At P / P 0 = 0.1, MCM-41 has a carbon dioxide adsorption of 0.1 mmol / g. Grafting of 3-aminopropyltriethoxysilane increases to 0.4 mmol / g. In addition, when methylation is further performed on the amine group, the value is 0.7 mmol / g, which indicates that the initial speed is 7 times that of MCM-41 and 2 times that of 3-aminopropyltriethoxysilane grafted have. In particular, the methylation of P / P 0 = 1 shows a tendency to increase the amount of carbon dioxide adsorbed almost at the same rate, and there is no significant change after methylation, but at the initial adsorption rate P / P 0 = 0.1, the adsorption amount of carbon dioxide Respectively.

도 7은 비교예 1과 실시예 1, 2 및 4의 흡착제를 이용하여 흡착실험을 수행한 결과, P/P0의 0에서 1까지의 이산화탄소 흡착량을 나타낸 그래프이다. 초기 P/P0 0.1 에서의 흡착량을 보면 그래프팅 하지 않은 MCM-41에서의 이산화탄소 흡착량이 상기 실시예를 바탕으로 제조한 흡착제가 월등히 증가 함을 나타낸다. 또한 P/P0 1에서의 흡착량도 비교예 1에 비해서 증가 하였다. 특히 실시예 3번 흡착제는 특히 아민기가 2개인 경우에는 도2에서 나타낸 바과 같이 말단기의 아민기의 PKa값이 크기 때문에 수소보다 이산화탄소의 카본과 결합 하려는 특성을 가지고 있고 수소가 다른 아민기로 이동하여 그 자리가 이산화탄소의 산소가 치환이 되어 결합을 이루게 되고 음전하 특성을 가지는 다른 산소와 양전하를 특성을 가지는 수소와 인력이 작용 하게 되어 매우 안정한 구조를 이루게 된다. 따라서 이산화탄소와의 결합 특성이 매우 강하게 되고 초기 이산화탄소 흡착량이 매우 높아 진다. 아래 표에 실시예의 아민을 메틸화 한후의 이산화탄소 흡착량을 나타내었다. 이는 3-아미노프로필트리에톡시실란 이외에도 다양한 아민기를 도입 하고 추가 알킬화 함으로서 이산화탄소 흡착제로 사용 할 수 있음을 알수 있다. FIG. 7 is a graph showing adsorption amounts of carbon dioxide from 0 to 1 of P / P 0 as a result of adsorption experiments using the adsorbents of Comparative Example 1 and Examples 1, 2 and 4. The adsorption amount at the initial P / P 0 0.1 shows that the amount of adsorbed carbon dioxide on the MCM-41 without grafting significantly increased on the basis of the above example. Also, the adsorption amount at P / P 0 1 was increased as compared with Comparative Example 1. Particularly, the adsorbent of Example 3 has a characteristic of binding carbon to carbon dioxide rather than hydrogen because the PKa value of the amine group of the terminal group is large as shown in FIG. 2, especially when the amine group is 2, and hydrogen moves to another amine group The oxygen of the carbon dioxide is substituted to form the bond, and the hydrogen and the attraction force having the characteristic of the positive charge and the other oxygen having the negative charge characteristic are operated, and the structure becomes very stable. Therefore, the bonding property with carbon dioxide becomes very strong and the amount of initial carbon dioxide adsorption becomes very high. The table below shows the amount of carbon dioxide adsorbed after the amines of the examples were methylated. It can be seen that it can be used as a carbon dioxide adsorbent by introducing various amine groups in addition to 3-aminopropyltriethoxysilane and further alkylating.

그리고 비교예 1이외에는 흡착 그래프와 탈착 그래프가 일치하지 않음을 나타내는 히스테리시스가 보이는데 이것은 탈착할 때 에너지가 많이 든다는 것을 의미하며, 이로부터 이산화탄소와 흡착제가 강하게 결합 할수 있음을 알 수 있다.In addition to Comparative Example 1, there is a hysteresis indicating that the adsorption graph and the desorption graph are inconsistent, which means that the energy is high when desorbed, which indicates that the carbon dioxide and the adsorbent can be strongly bonded.

아래 표 1은 비교예 1, 실시예 2, 3 및 5의 샘플을 이용한 이산화탄소 흡착량 측정결과를 정리한 것이다.Table 1 below summarizes the measurement results of the carbon dioxide adsorption amount using the samples of Comparative Examples 1 and 2, 3 and 5.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 8은 6.3% 수분이 함유되어 있는 이산화탄소를 90% 헬륨과 같은 비활성 기체와 같이 흘려주면서 1기압에서 이산화탄소 흡착량을 평가한 그래프이다. 수분 존재 하에서 이산화탄소 흡착 패턴을 분석 하는 것은 실제로 수분 존재 하에서 본 흡착제가 실제로 효과가 있는지를 확인하였다. 기존 실리카 흡착제에 비해서 수분 존재 하에 이산화탄소 초기 흡착량은 낮지만 시간이 지날수록 수분과의 경쟁 흡착에서 좋은 효과를 나타내는지 알수 있다.8 is a graph showing carbon dioxide adsorption amount at 1 atm while flowing carbon dioxide containing 6.3% water in the same manner as an inert gas such as 90% helium. Analyzing the carbon dioxide adsorption pattern in the presence of water actually confirmed that the adsorbent was actually effective in the presence of water. Compared with the conventional silica adsorbent, the initial adsorption amount of carbon dioxide is low in the presence of water, but it can be understood that the adsorption is good in competitive adsorption with water as time goes by.

Claims (12)

메조다공성 지지체를 제공하는 단계;
상기 메조다공성 지지체에 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물을 처리하여 상기 알콕시실란 화합물을 상기 메조다공성 지지체에 그래프트시키는 단계; 및
그래프트된 상기 알콕시실란 화합물을 알킬화제로 처리하여 상기 아민 말단기를 알킬화함으로써 소수성 메조다공성 유무기 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
Providing a mesoporous support;
Treating the mesoporous support with an alkoxysilane compound having an amine terminal group to graft the alkoxysilane compound to the mesoporous support; And
Treating the grafted alkoxysilane compound with an alkylating agent to alkylate the amine terminal group to form a hydrophobic mesoporous organic / inorganic hybrid material.
제1 항에 있어서,
상기 메조다공성 지지체는 메조다공성 실리카로 이루어진 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mesoporous support comprises mesoporous silica.
제1 항에 있어서,
상기 알콕시실란 화합물은 H2N-L-Si(OR)3의 구조를 가지되, 상기 L은 C1 내지 C12의 알킬렌 또는 C6 내지 C20의 아릴렌이거나 상기 알킬렌과 상기 아릴렌이 임의로 결합된 것이고, 상기 L의 주쇄의 일부가 0 내지 4개의 -NH-로 치환된 것이며, 상기 R은 수소 또는 C1 내지 C8의 알킬인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein said alkoxysilane compound has a structure of H 2 NL-Si (OR) 3 , L is C 1 to C 12 alkylene or C 6 to C 20 arylene, or said alkylene and said arylene are optionally Wherein a part of the main chain of L is substituted with 0 to 4 -NH-, and R is hydrogen or C 1 to C 8 alkyl.
제1 항에 있어서,
상기 알콕시실란 화합물은 아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 및 (3-트리메톡시실릴프로필)다이에틸렌트리아민으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkoxysilane compound is selected from the group consisting of aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, and (3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine A method for producing a carbon dioxide adsorbent having at least one species.
제1 항에 있어서,
상기 알콕시실란 화합물은 이온 액체인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkoxysilane compound is an ionic liquid.
제1 항에 있어서,
상기 알킬화한 화합물의 pKa가 10 내지 30인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkylated compound has a pKa of 10 to 30.
제1 항에 있어서,
상기 알킬화제는 할로메탄, 할로에탄, 할로프로판 및 할로부탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 할로알칸인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkylating agent is at least one haloalkane selected from the group consisting of halomethane, haloethane, halopropane and halobutane.
제1 항에 있어서,
상기 알킬화된 화합물의 양이 1 내지 10 중량%인 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of the alkylated compound is 1 to 10% by weight.
메조다공성 실리카, 아민 말단기를 구비한 알콕시실란 화합물 및 유기용매를 섞어 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 50 ~ 170℃에서 가열하여 상기 알콕시실란 화합물과 상기 메조다공성 실리카를 반응시켜 유무기 복합체를 얻는 단계;
상기 유무기 복합체를 알킬화제를 함유한 유기 용매와 혼합하는 단계; 및
상기 혼합물을 30 ~ 100℃에서 가열하여 상기 유무기 복합체의 상기 아민 말단기를 알킬화하는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
Mixing a mesoporous silica, an alkoxysilane compound having an amine terminal group and an organic solvent to form a mixture;
Heating the mixture at 50 to 170 ° C. to react the alkoxysilane compound with the mesoporous silica to obtain an organic / inorganic hybrid;
Mixing the organic-inorganic hybrid material with an organic solvent containing an alkylating agent; And
And heating the mixture at 30 to 100 占 폚 to alkylate the amine terminal group of the organic / inorganic hybrid substance.
메조다공성 지지체; 및
상기 메조다공성 지지체에 그래프트된 1 내지 10 중량%의 아민 화합물을 포함하되,
상기 아민 화합물은 C1 내지 C12의 알킬렌 주쇄를 구비하며 -NR'2 말단기를 구비한 것으로서, 상기 메조다공성 지지체에 -Si-O- 결합을 통해 그래프트되며, 상기 R'은 C1 내지 C6의 알킬인 이산화탄소 흡착제.
A mesoporous support; And
1 to 10% by weight of an amine compound grafted to the mesoporous support,
The amine compounds, as having a second terminal group, and the graft through the -Si-O- bond to said meso-porous support, said R 'having an alkylene main chain and -NR a C 1 to C 12 are C 1 to of the C 6 alkyl carbon dioxide adsorbent.
제10 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 주쇄에 1 내지 4개의 -NH-를 함유하는 이산화탄소 흡착제.
11. The method of claim 10,
Wherein the amine compound contains 1 to 4 -NH- in the main chain.
메조다공성 실리카; 및
상기 메조다공성 실리카에 그래프트된 아민 화합물을 포함하되,
상기 아민 화합물은 C1 내지 C12의 알킬렌 주쇄를 구비하며 -NR'2 말단기를 구비한 것으로서, 상기 메조다공성 지지체에 -Si-O- 결합을 통해 그래프트되며, 상기 R'은 C1 내지 C6의 알킬이고, pKa가 10 내지 30인 이산화탄소 흡착제.
Mesoporous silica; And
An amine compound grafted to the mesoporous silica,
The amine compounds, as having a second terminal group, and the graft through the -Si-O- bond to said meso-porous support, said R 'having an alkylene main chain and -NR a C 1 to C 12 are C 1 to and the C 6 alkyl, the carbon dioxide adsorbent pKa of 10 to 30.
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