KR20150127532A - Method of manufacturing dry sorbents for high-temperature carbon dioxide capture based lithium silicate and dry sorbents for high-temperature carbon dioxide capture - Google Patents

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Abstract

Regarding a manufacturing method of a lithium silicate-based high-temperature dry absorbent for removing carbon dioxide and a high-temperature dry absorbent, a manufacturing method comprises the steps of: forming a mixed raw material by mixing a lithium precursor, silicon oxide, and metal oxide; obtaining lithium silicate solid by drying the mixed raw material; and plasticizing the obtained lithium silicate solid.

Description

이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법 및 고온용 이산화탄소 건식 흡수제{METHOD OF MANUFACTURING DRY SORBENTS FOR HIGH-TEMPERATURE CARBON DIOXIDE CAPTURE BASED LITHIUM SILICATE AND DRY SORBENTS FOR HIGH-TEMPERATURE CARBON DIOXIDE CAPTURE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a dry silicate-based dry absorbent for high temperature, and a dry carbon dioxide dry absorbent for high temperature use. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법 및 고온용 이산화탄소 건식 흡수제에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발전소나 제철소 등으로부터 나오는 이산화탄소를 제거하기 위한 흡수능 및 재생성이 우수한 고온용 이산화탄소 건식 흡수제의 제조 방법 및 고온용 이산화탄소 건식 흡수제에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a dry siloxane-based dry absorbent for carbon dioxide removal and a carbon dioxide dry absorbent for high temperature. More specifically, the present invention relates to a dry carbon dioxide absorbent for high temperature use which is excellent in absorbability and regeneration for removing carbon dioxide from a power plant, A method for producing a dry absorbent, and a carbon dioxide dry absorbent for high temperature.

수증기, 구름, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 오존, 불소화합물(HFC, PFC, ClFC, SF6) 등은 기체는 기후 변화에 영향을 미치는 온실 가스로서, 특히 이중에서 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, HFC, PFC 및 SF6은 규제 대상인 6개의 기체들에 해당한다. 주로 이산화탄소는 화석연료의 전화에 따라 대기로 배출되는 가스로서, 기후 변화에 가장 많이 영향을 끼치는 기체로 알려져 있다.Gas, such as water vapor, clouds, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, ozone, fluorine compounds (HFC, PFC, ClFC, SF6), is a greenhouse gas that affects climate change. Especially, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, PFC and SF 6 are the six gases to be regulated. Mainly carbon dioxide is a gas released into the atmosphere by the call of fossil fuels, and is known to be the most influential gas to climate change.

이산화탄소 회수/저장을 위한 방법은 흡수법, 가스 분리를 이용한 막분리법, 제올라이트 흡착제를 이용한 흡착법 등이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법은 에너지 소모가 많아서 회수 비용이 높고 대량의 이산화탄소를 처리하기 어렵다는 단점이 있다. 최근에는 이산화탄소 흡수를 위한 건식 재생 흡수제를 이용하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.Methods for the recovery / storage of carbon dioxide are known such as absorption method, membrane separation method using gas separation, and adsorption method using zeolite adsorbent. However, this method is disadvantageous in that it has high energy consumption and high recovery cost, and it is difficult to treat a large amount of carbon dioxide. Recently, researches on a method using a dry regeneration absorbent for absorbing carbon dioxide have been carried out.

고온에서 이산화탄소 건식 흡수제로 알려져 있는 리튬실리케이트는 이산화탄소를 재생하는 과정에서 알갱이 성장이 일어나 장시간 이용 시에 이산화탄소 흡수능이 저하되는 단점이 있다. 일본공개특허 제2003-62965호에서는, 이러한 단점을 보완하기 위해서 리튬 실리케이트를 제조한 후에 알칼리 금속 탄산염과 산화알루미늄 또는 알루미늄 화합물을 첨가하여 이용하고 있다. 그러나 이 방법에서는 탄산리튬과 실리카를 약 700℃에서 소성하여 리튬 실리케이트를 제조하는 단계 후에 추가적으로 알칼리 금속 탄산염과 산화알루미늄 또는 알루미늄 화합물을 첨가하는 단계를 수행, 즉 2단계의 반응을 수행해야 하므로 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있다.Lithium silicate, which is known as carbon dioxide dry absorbent at high temperature, has a disadvantage in that it absorbs carbon dioxide when it is used for a long time due to the growth of granules during the regeneration of carbon dioxide. In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-62965, in order to overcome such disadvantages, an alkali metal carbonate and an aluminum oxide or an aluminum compound are added after the production of lithium silicate. However, in this method, after the step of calcining lithium carbonate and silica at about 700 DEG C to produce lithium silicate, the step of additionally adding alkali metal carbonate and aluminum oxide or aluminum compound is performed, that is, Is complicated.

또한, 리튬실리케이트는 500℃ 내지 550℃에서 24 내지 28 wt%의 높은 이산화탄소 흡수능(이산화탄소 100 vol% 조건 하)을 나타낸다. 하지만, 리튬실리케이트는 이산화탄소 흡수능은 높은 반면, 흡수 속도가 느리고 연속적으로 사용하는 경우에 흡수능이 저하되는 단점이 있다.
In addition, lithium silicate exhibits a high carbon dioxide absorption capacity (under 100 vol% of carbon dioxide) of 24 to 28 wt% at 500 ° C to 550 ° C. However, lithium silicate has a high absorption capacity for carbon dioxide, but has a disadvantage in that the absorption rate is low and the absorption ability is deteriorated when it is used continuously.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 단순한 공정을 통해서 기존 흡수제에 비해서 낮은 온도에서 재생되고 우수한 이산화탄소 회수 및 재생성을 가지며 이산화탄소의 흡수 속도를 향상시킨 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a method and apparatus for recovering carbon dioxide and recovering carbon dioxide at a low temperature as compared with existing absorbents through a simple process, And a method for producing a dry absorbent.

본 발명의 다른 목적은 고온용 이산화탄소 건식 흡수제를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a high temperature carbon dioxide dry absorbent.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은, 리튬 전구체, 산화규소 및 금속 산화물을 혼합하여 혼합 원료를 형성하는 단계, 상기 혼합 원료를 건조시켜 리튬실리케이트를 수득하는 단계 및 수득된 리튬실리케이트를 소성하여 고온용 건식 흡수제를 형성하는 단계를 포함한다.There is provided a method for manufacturing a dry siloxane based high-temperature absorbent for removing carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. The production method comprises the steps of mixing a lithium precursor, silicon oxide and a metal oxide to form a mixed raw material, drying the mixed raw material to obtain lithium silicate, and firing the obtained lithium silicate to form a dry absorbent for high temperature .

일 실시예에서, 상기 금속 산화물은 산화알루미늄 또는 산화지르코늄을 포함할 수 있다.In one embodiment, the metal oxide may comprise aluminum oxide or zirconium oxide.

일 실시예에서, 상기 금속 산화물은 γ-산화알루미늄일 수 있다.In one embodiment, the metal oxide may be gamma-aluminum oxide.

일 실시예에서, 상기 금속 산화물은 상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 30 중량%일 수 있다.In one embodiment, the metal oxide may be 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixed raw material.

일 실시예에서, 상기 혼합 원료는 알칼리 금속 탄산염을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the mixing raw material may further comprise an alkali metal carbonate.

일 실시예에서, 상기 알칼리 금속 탄산염은 상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 10 중량%일 수 있다. 바람직하게는, 상기 알칼리 금속 탄산염은 상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment, the alkali metal carbonate may be 1 to 10% by weight based on the total weight of the mixed raw materials. Preferably, the alkali metal carbonate may be 1 to 5% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.

일 실시예에서, 상기 리튬 전구체는 리튬탄산염, 리튬수산염, 리튬옥살산염, 리튬아세트산염 또는 리튬질산염을 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium precursor may include lithium carbonate, lithium oxalate, lithium oxalate, lithium acetate or lithium nitrate.

일 실시예에서, 상기 리튬 전구체는 탄산리튬일 수 있다.In one embodiment, the lithium precursor may be lithium carbonate.

일 실시예에서, 상기 고온용 건식 흡수제는 리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the high-temperature dry absorbent may comprise lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ).

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법은, 리튬 전구체 및 산화규소를 반응시켜 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 수득하는 단계 및 리튬실리케이트에 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)를 혼합하는 단계를 포함한다.A method for preparing a lithium silicate based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of reacting a lithium precursor and silicon oxide to obtain lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) Silicate (Li 2 SiO 3 ).

일 실시예에서, 리튬메타실리케이트를 혼합하는 단계에서 첨가제를 더 혼합할 수 있다.In one embodiment, the additive may be further mixed in the step of mixing the lithium metasilicate.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제는 리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)을 포함한다.The dry silicate-based dry absorbent for carbon dioxide removal according to an embodiment of the present invention includes lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ).

일 실시예에서, 상기 고온용 건식 흡수제는 리튬알루미네이트 및/또는 리튬지르코네이트를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the high-temperature dry absorbent may further comprise lithium aluminate and / or lithium zirconate.

일 실시예에서, 상기 고온용 건식 흡수제는 LiMCO3(여기서, M은 칼륨(K) 또는 나트륨(Na)을 나타낸다)로 나타내는 리튬-탄산염을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the high-temperature dry sorbent may further comprise a lithium-carbonate represented by LiMCO 3 , wherein M represents potassium (K) or sodium (Na).

일 실시예에서, 상기 고온용 건식 흡수제는 실리콘(Si) 1 몰에 대해서 3.6 내지 5 몰의 리튬(Li)과 전체 중량에 대해 5 내지 15 중량%의 알루미늄(Al) 또는 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다.
In one embodiment, the high-temperature dry absorbent comprises 3.6 to 5 moles of lithium (Li) per mole of silicon (Si) and 5 to 15 wt% of aluminum (Al) or zirconium (Zr) can do.

본 발명의 이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법 및 고온용 이산화탄소 건식 흡수제에 따르면, 종래에 탄산리튬과 실리카를 소성한 후에 추가적으로 알칼리탄산염과 알루미늄 화합물을 넣어서 소성하는 2 단계 합성 반응을 수행하는 것과 달리, 1 단계 합성 반응을 통해서 용이하게 고온용 건식 흡수제를 제조할 수 있다. 상기 고온용 건식 흡수제는 550℃ 내지 700℃의 고온 영역에서 이산화탄소의 회수 및 재생이 가능하고, 이산화탄소 흡수 과정에서 응집 현상이 거의 나타나지 않으며, 이산화탄소에 대한 높은 흡수능을 유지할 수 있고, 기존 흡수제에 비해서 낮은 온도에서 재생하여 이용할 수 있다는 장점이 있다.
According to the method for producing a dry siloxane-based dry absorbent for carbon dioxide removal and the dry carbon dioxide dry absorbent for high temperature according to the present invention, a two-stage synthesis reaction in which lithium carbonate and silica are conventionally fired and then an alkali carbonate and an aluminum compound are further added thereto for firing , It is possible to easily produce a dry absorbent for high temperature through a one-step synthesis reaction. The dry absorbent for high temperature can recover and regenerate carbon dioxide in a high temperature range of 550 to 700 ° C., hardly exhibit aggregation phenomenon during the carbon dioxide absorption process, can maintain a high absorption capacity for carbon dioxide, It is advantageous that it can be regenerated at a temperature.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 건식 흡수제를 제조하는 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1의 이산화탄소의 흡수능을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1의 이산화탄소 흡수전의 XRD 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1의 재생성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 2-1 내지 2-3과 비교 샘플 2의 이산화탄소의 흡수능을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 2-1의 이산화탄소의 흡수전, 흡수전 및 재생 후의 XRD 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 2-1의 재생성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 2-1 및 비교 샘플 1의 주사전자현미경 사진들을 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 3-1 및 3-2의 이산화탄소의 흡수능을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 3-1 및 3-2의 이산화탄소 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 3-1 및 3-2의 이산화탄소 흡수전, 흡수전 및 재생 후의 XRD 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 3-1 및 3-2의 재생성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a flow chart for explaining a process for producing a dry absorbent for high temperature according to an embodiment of the present invention.
2A is a graph showing the absorption ability of carbon dioxide of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1 according to an embodiment of the present invention.
2B is a graph showing the results of XRD analysis of samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1 before absorption of carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
2C is a diagram showing the results of regeneration evaluation of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1 according to the embodiment of the present invention.
3A is a graph showing the absorption ability of carbon dioxide in Samples 2-1 to 2-3 and Comparative Sample 2 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a graph showing the results of XRD analysis of the sample 2-1 according to the embodiment of the present invention before, before and after the carbon dioxide absorption.
3C is a diagram showing a result of the regeneration evaluation of the sample 2-1 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3D is a scanning electron micrograph of Sample 2-1 and Comparative Sample 1 according to an embodiment of the present invention.
4A is a graph showing the absorption ability of carbon dioxide in Samples 3-1 and 3-2 according to an embodiment of the present invention.
4B is a graph showing carbon dioxide absorption rates of Samples 3-1 and 3-2 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4C is a graph showing the results of XRD analysis of samples 3-1 and 3-2 according to the embodiment of the present invention before, before and after absorption of carbon dioxide. FIG.
4D is a diagram showing the results of regeneration evaluation of Samples 3-1 and 3-2 according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 건식 흡수제를 제조하는 공정을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flow chart for explaining a process for producing a dry absorbent for high temperature according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 리튬 전구체, 산화규소 및 금속 산화물을 혼합하여 혼합 원료를 제조한다(단계 S110).Referring to FIG. 1, a lithium precursor, silicon oxide, and a metal oxide are mixed to prepare a mixed raw material (Step S110).

상기 혼합 원료는 막자와 막자사발을 이용하여 제조할 수 있고, 30분 내지 1시간 동안 균일하게 혼합시켜서 준비할 수 있다.The mixed raw materials can be prepared using a mortar and a mortar, and they can be prepared by uniformly mixing for 30 minutes to 1 hour.

리튬 전구체의 예로서는, 리튬탄산염(Li2CO3), 리튬수산염(LiOH, LiOHㅇH2O), 리튬옥살산염, 리튬아세트산염, 리튬질산염(LiNO3) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 독립적으로 또는 2 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.Examples of the lithium precursor include lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydroxide (LiOH, LiOH H 2 O), lithium oxalate, lithium acetate and lithium nitrate (LiNO 3 ). These may be used independently or in combination of two or more.

산화규소는 리튬 전구체와 일정한 몰비로 반응하여 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 생성한다. 산화규소와 리튬 전구체의 몰비를 조절함으로써, 리튬실리케이트(Li4SiO4)와 함께 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 생성되도록 할 수 있다.Silicon oxide reacts with the lithium precursor at a constant molar ratio to produce lithium silicate (Li 4 SiO 4 ). By controlling the molar ratio of silicon oxide and lithium precursor, lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) can be produced together with lithium silicate (Li 4 SiO 4 ).

산화규소와 금속 산화물이 반응하여 리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬-산화금속산염을 생성할 수 있기 때문에, 본 발명의 리튬 전구체로서는 리튬탄산염(Li2CO3), 리튬수산염(LiOH, LiOHㆍH2O) 및 리튬질산염(LiNO3) 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 이용하는 것이 바람직하다. 가격 및 취급 용이성을 고려하여 대량 생산의 측면에서는 리튬 전구체로서 리튬탄산염을 이용하는 것이 보다 바람직하다.Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydroxide (LiOH, LiOH (LiOH), etc.) can be used as the lithium precursor of the present invention since silicon oxide and a metal oxide react with each other to produce lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) H 2 O) and lithium nitrate (LiNO 3 ) are preferably used. It is more preferable to use lithium carbonate as a lithium precursor in terms of mass production in view of cost and ease of handling.

금속 산화물은 리튬 전구체와 반응하여 리튬-산화금속산염을 생성한다. 리튬-산화금속산염이 생성되면서 산화규소와 반응할 수 있는 리튬 전구체의 몰 비가 달라져 재생 후에 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 유지될 수 있다. 리튬-금속산염과 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)는 비활성물질로서, 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 응집을 막아주는 역할을 할 수 있다. 즉, 리튬 전구체와 산화규소가 반응하여 생성되는 활성 물질인 리튬실리케이트(Li4SiO4)는 많이 생성된다고 하더라도 알갱이 성장 현상이나 응집 현상으로 인해 장시간 구동시 흡수능이 유지되는 데 어려움이 있으나, 본 발명에서와 같이 금속 산화물을 이용함으로써 생성된 리튬-금속산염이 고온 재생 시 발생하는 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 응집현상을 완화시켜 기존의 흡수제보다 낮은 온도에서 재생될 수 있다.The metal oxide reacts with the lithium precursor to produce a lithium-metal oxide metal salt. As the lithium-metal oxide salt is produced, the molar ratio of the lithium precursor capable of reacting with silicon oxide changes, and lithium methasilicate (Li 2 SiO 3 ) can be maintained after regeneration. Lithium metalate and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) are inactive materials and can prevent the aggregation of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ). That is, even if lithium silicate (Li 4 SiO 4 ), which is an active material produced by the reaction of lithium precursor and silicon oxide, is produced in large quantities, it is difficult to maintain its absorption ability during long-time driving due to grain growth or coagulation. The lithium metal salt produced by using the metal oxide as described above can be regenerated at a temperature lower than that of the conventional absorbent by alleviating the agglomeration phenomenon of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) generated at high temperature regeneration.

금속 산화물의 예로서는, α-산화알루미늄, γ-산화알루미늄 및 δ-산화알루미늄을 포함하는 산화알루미늄, 산화지르코늄 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.Examples of the metal oxide include aluminum oxide, zirconium oxide, and the like, including? -Oxide,? -Oxide and? -Oxide. These may be used alone or in combination of two or more.

금속 산화물로서 산화알루미늄을 이용하는 경우, 리튬-산화금속산염으로서 리튬알루미네이트가 생성될 수 있다. 이와 달리, 금속 산화물로서 산화지르코늄을 이용하는 경우에는 리튬-산화금속산염으로서 리튬지르코네이트가 생성될 수 있다.When aluminum oxide is used as the metal oxide, lithium aluminate can be produced as a lithium-metal oxide metal salt. Alternatively, when zirconium oxide is used as the metal oxide, lithium zirconate can be produced as a lithium-metal oxide metal salt.

α-산화알루미늄은 안정한 구조를 가지고 있어 리튬탄산염과 반응하지 않아 리튬알루미네이트를 생성하는 것이 어려울 수 있고, δ-산화알루미늄은 α-산화알루미늄보다는 리튬알루미네이트를 많이 생성하지만 γ-산화알루미늄보다는 적게 생성한다. γ-산화알루미늄과 리튬탄산염은 첨가된 γ-산화알루미늄의 양만큼 리튬탄산염과 1:1로 반응하여 리튬알루미네이트를 생성하고 산화규소와 리튬탄산염의 반응 몰비를 감소시킨다. 이에 따라, 리튬실리케이트(Li4SiO4)와 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 공존하여 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 응집을 막아주는 역할을 하는 성분을 생성한다는 측면에서 본 발명에서의 산화알루미늄으로서는 γ-산화알루미늄이 좋다.Aluminum oxide has a stable structure and does not react with lithium carbonate, so it may be difficult to produce lithium aluminate, and δ-aluminum oxide produces lithium aluminate more than α-aluminum oxide but less than γ-aluminum oxide . The γ-aluminum oxide and lithium carbonate are reacted with lithium carbonate in an amount of 1: 1 by the amount of γ-aluminum oxide added to produce lithium aluminate and reduce the reaction molar ratio of silicon oxide to lithium carbonate. Accordingly, in view of the fact that lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) coexist to generate a component that prevents cohesion of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) As the aluminum oxide, γ-aluminum oxide is preferable.

리튬실리케이트(Li4SiO4)를 생성하기 위해서는 리튬 전구체와 산화규소의 몰비가 1:1 내지 5:1일 수 있다. 산화규소의 함량이 리튬 전구체에 비해서 많은 경우에는 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 양이 감소되고 비활성물질인 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)의 양이 증가되어 반복 실험시 흡수능이 유지되지만 흡수제의 성능이 저하되는 문제가 있다. 반면, 리튬 전구체와 산화규소의 몰비가 5:1을 초과하는 경우에는, 미반응된 리튬탄산염이 남아 있어 상대적으로 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 양이 감소하여 흡수제의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 생성하기 위해서는 리튬 전구체와 산화규소의 몰비가 1:1 내지 5:1일 수 있고, 바람직하게는 1.5:1 내지 3.5:1일 수 있고 보다 바람직하게는 1.5:1 내지 3:1, 더더욱 바람직하게는 1.8:1 내지 2.5:1일 수 있으며, 리튬탄산염과 산화규소의 몰비가 2:1보다 낮아질 경우 리튬메타실리케이트의 구조가 상대적으로 증가하는 경향을 보이므로 가장 바람직하게는 2:1일 수 있다.In order to produce lithium silicate (Li 4 SiO 4 ), the molar ratio of lithium precursor to silicon oxide may be 1: 1 to 5: 1. When the content of silicon oxide is larger than that of the lithium precursor, the amount of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) is decreased and the amount of lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ), which is an inactive material, There is a problem in that the performance of the apparatus is deteriorated. On the other hand, a lithium precursor and the 5 mole ratio of silicon oxide: if it exceeds 1, there is the unreacted lithium carbonate remains may be of the absorbent performance by reducing the amount of relatively lithium silicate (Li 4 SiO 4) . Thus, in order to produce lithium silicate (Li 4 SiO 4 ), the molar ratio of lithium precursor to silicon oxide can be 1: 1 to 5: 1, preferably 1.5: 1 to 3.5: 1, 1: 3: 1, and still more preferably 1.8: 1 to 2.5: 1. When the molar ratio of lithium carbonate to silicon oxide is lower than 2: 1, the structure of lithium metasilicate tends to increase relatively And most preferably 2: 1.

일례로, 리튬탄산염과 산화규소의 몰비가 2:1이고 금속산화물이 첨가됨으로써, 리튬탄산염과 금속산화물이 1:1 몰비로 반응하여 리튬-산화금속산염을 형성하고, 산화규소와 반응할 수 있는 리튬탄산염이 1.7몰 내지 1.85몰로 감소한다. 이에 따라, 리튬실리케이트(Li4SiO4) 제조시 리튬-금속산염과 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 같이 생성될 수 있다.For example, a lithium carbonate and a metal oxide are reacted at a molar ratio of 1: 1 to form a lithium-metal oxide salt by reacting lithium carbonate and a metal oxide with a molar ratio of lithium carbonate to silicon oxide of 2: 1, The lithium carbonate is reduced to 1.7 mol to 1.85 mol. Accordingly, lithium-metal salt and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) can be produced simultaneously in the production of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ).

금속산화물의 함량은 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 30 중량%일 수 있다. 금속산화물의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 생성량이 증가하더라도 리튬-금속산염의 생성량이 감소하므로 응집 현상이 나타나며, 30 중량% 초과인 경우에는 활성 물질인 리튬실리케이트(Li4SiO4)의 함량이 감소하여 이산화탄소 흡수 성능이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 금속산화물의 함량은 혼합 원료 전체 중량에 대해서 3 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 15 중량%일 수 있다. 예를 들어, 금속산화물의 함량은 혼합 원료 전체 중량에 대해서 10 중량%일 수 있다.The content of the metal oxide may be 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixed raw materials. When the content of the metal oxide is less than 1% by weight, the amount of lithium-metal salt is decreased even though the amount of lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) is increased. When the amount of lithium silicate is more than 30% by weight, (Li 4 SiO 4) the carbon dioxide absorption performance can be degraded by decreasing the content of. Preferably, the content of the metal oxide may be 3 to 20% by weight, more preferably 5 to 15% by weight based on the total weight of the mixed raw materials. For example, the content of the metal oxide may be 10% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.

일 실시예에서, 혼합 원료를 제조하는 경우, 알칼리 금속 탄산염을 첨가할 수 있다. 즉, 혼합 원료로서 리튬 전구체, 산화규소, 금속산화물 및 알칼리 금속 탄산염을 준비할 수 있다.In one embodiment, when preparing the blended feedstock, an alkali metal carbonate may be added. That is, a lithium precursor, silicon oxide, a metal oxide and an alkali metal carbonate can be prepared as a raw material for mixing.

알칼리 금속 탄산염은 산화규소와 리튬 전구체의 반응 몰비를 감소시킴으로써 리튬실리케이트(Li4SiO4)와 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 공존하도록 하는 증진제(promoter)의 역할을 한다. 알칼리 금속 탄산염의 함량은, 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 10 중량%일 수 있다. 알칼리 금속 탄산염의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우, 공융으로 인해 오히려 흡습능이 저하되는 문제가 발생한다. 바람직하게는, 알칼리 금속 탄산염의 함량은 5 중량% 이하일 수 있다.The alkali metal carbonate serves as a promoter for allowing lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) to coexist by reducing the reaction molar ratio between silicon oxide and lithium precursor. The content of the alkali metal carbonate may be 1 to 10% by weight based on the total weight of the mixed raw materials. If the content of the alkali metal carbonate exceeds 10% by weight, there arises a problem that the moisture absorptive capacity deteriorates due to eutectic melting. Preferably, the content of the alkali metal carbonate may be 5 wt% or less.

알칼리 금속 탄산염의 예로서는, 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3) 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 독립적으로 또는 2 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.
Examples of the alkali metal carbonate include potassium carbonate (K 2 CO 3 ) and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), and these may be used independently or in combination of two or more.

이어서, 단계 S110에서 준비된 혼합 원료를 건조시켜 리튬실리케이트 고형물을 수득한다(단계 S120).Subsequently, the mixed raw material prepared in step S110 is dried to obtain a lithium silicate solid (step S120).

일례로, 혼합 원료를 알루미늄 도가니에 담고, 공기 분위기 하에서 가열로를 이용하여 100℃ 내지 200℃의 온도 조건 하에서 1 내지 10 시간동안 건조시켜 리튬실리케이트 고형물을 얻을 수 있다. 상기 고형물은 분말의 형태, 성형체의 형태 또는 기판 상에 도포된 막 형태 등 다양한 형태로 수득될 수 있다.
For example, a mixed material is placed in an aluminum crucible and dried in an air atmosphere at a temperature of 100 ° C to 200 ° C for 1 to 10 hours under a heating furnace to obtain a lithium silicate solid. The solids can be obtained in various forms, such as in the form of a powder, in the form of a shaped body, or in the form of a film applied on a substrate.

리튬실리케이트 고형물을 소성함으로써, 본 발명에 따른 고온용 건식 흡수제를 제조한다(단계 S130).By burning the lithium silicate solid, a dry absorbent for high temperature according to the present invention is prepared (step S130).

소성 공정은 공기 분위기 하에서, 500℃ 이상의 고온에서 열처리하는 방식으로 수행된다. 소성 공정의 온도는 700℃일 수 있다.The firing process is performed in a manner that heat treatment is performed at a high temperature of 500 DEG C or more in an air atmosphere. The temperature of the firing process may be 700 ° C.

이와 같이, 물리적으로 단순히 혼합된 혼합 원료를 이용하여 소성 단계에서 합성 반응을 시킴으로써 단순하고 안정적으로 본 발명에 따른 최종 생성물인 고온용 건식 흡수제를 제조할 수 있다.As described above, the dry product for high temperature, which is the final product according to the present invention, can be produced simply and stably by carrying out the synthesis reaction in the firing step using the mixed raw materials physically mixed.

이때, 제조된 고온용 건식 흡수제는 리튬실리케이트(Li4SiO4), 리튬메타실리케이트(Li2SiO3) 및 리튬-금속산염을 포함한다. 즉, 실질적인 흡수제의 활성 물질로서 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 포함하면서, 동시에 활성 물질의 응집 현상을 방지하고 재생이 용이하게 하는 리튬메타실리케이트(Li2SiO3) 및 리튬-금속산염을 포함하는 형태이다. 이에 따라, 건식 흡수제는 고온에서 장시간 구동하더라도 이산화탄소 재생성이 우수하고, 높은 흡수능을 유지하며 낮은 온도에서 재생이 가능하다.At this time, the prepared dry absorbent for high temperature includes lithium silicate (Li 4 SiO 4 ), lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) and lithium metalate. That is, lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) and lithium-metal acid salt which contain lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) as an active material of a substantial absorbent, simultaneously prevent agglomeration of active material and facilitate regeneration . As a result, the dry absorbent is excellent in regeneration of carbon dioxide even when it is driven at a high temperature for a long time, maintains a high absorption capacity, and can be regenerated at a low temperature.

일례로, 고온용 건식 흡수제는 실리콘(Si) 1몰에 대해서 리튬(Li)이 3.6 내지 5몰로 포함되고, 금속산화물에 포함된 금속, 즉 알루미늄(Al)이나 지르코늄(Zr)을 고온용 건식 흡수제의 전체 중량에 대해서 5 내지 15 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 고온용 건식 흡수제는 실리콘 1몰에 대하여 4몰의 리튬과, 전체 중량에 대해서 10 중량%의 알루미늄을 포함할 수 있다.For example, the high-temperature dry absorbent contains 3.6 to 5 moles of lithium (Li) per mole of silicon (Si), and the metal contained in the metal oxide, that is, aluminum (Al) or zirconium (Zr) 5 to 15% by weight based on the total weight of the composition. For example, the high-temperature dry absorbent may comprise 4 moles of lithium relative to 1 mole of silicon and 10 wt% of aluminum relative to the total weight.

도 1에서는 혼합 원료가 금속 산화물을 포함하는 경우에 대해서 설명하였으나, 리튬 전구체와 산화규소를 1차적으로 반응시켜 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 제조한 후, 이에 추가적으로 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)를 혼합함으로써 고온용 건식 흡수제를 제조할 수 있다. 이때, 고온용 건식 흡수제는 리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)을 포함한다. 추가적으로, 리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)에, 이산화탄소 흡수능을 향상시키기 위한 첨가제를 더 추가할 수 있다.
In FIG. 1, a mixed raw material includes a metal oxide. However, lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) is first produced by reacting lithium precursor with silicon oxide, and then lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) can be mixed to produce a dry absorbent for high temperature. At this time, the dry-type dry absorbent includes lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ). In addition, an additive for improving the ability to absorb carbon dioxide can be further added to lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ).

이하에서는, 구체적인 실시예 및 비교예와 이들의 특성 평가를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of specific examples and comparative examples and their characteristic evaluations. However, the following examples are intended to illustrate the present invention only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

샘플 1-1 내지 1-3의 제조 (산화알루미늄의 함량 변화)Preparation of Samples 1-1 to 1-3 (Change in content of aluminum oxide)

탄산리튬과 산화규소를 2:1 몰비로 하고, 전체 흡수제의 중량을 기준으로 γ-산화알루미늄을 10 중량% 첨가하여 막자사발을 이용하여 30분간 혼합하였다. 혼합된 시료를 산화알루미늄 도가니에 담고 공기 분위기에서 가열로를 이용하여 150℃에서 4시간 동안 건조시킨후 다시 700℃로 가열하여 5시간 동안 소성하여, 본 발명의 실시예 1-1에 따른 샘플 1-1(LS2Al(G)10)을 제조하였다.Lithium carbonate and silicon oxide were mixed at a molar ratio of 2: 1 and 10 wt% of γ-aluminum oxide was added based on the weight of the total absorbent, followed by mixing for 30 minutes using a mortar. The mixed sample was placed in an aluminum oxide crucible and dried in an air atmosphere at 150 ° C for 4 hours in a heating furnace, and further heated to 700 ° C for 5 hours to obtain Sample 1 according to Example 1-1 of the present invention -1 (LS2Al (G) 10).

또한, γ-산화알루미늄의 함량이 전체 흡수제의 중량을 기준으로 20 중량% 및 30 중량%으로 첨가한 것을 제외하고는 샘플 1-1과 실질적으로 동일한 공정을 통해서, 실시예 1-2에 따른 샘플 1-2(LS2Al(G)20) 및 실시예 1-3에 따른 샘플 1-3(LS2Al(G)30)을 각각 제조하였다.
Further, by using substantially the same process as Sample 1-1 except that the content of? -Al 2 O 3 was added in an amount of 20% by weight and 30% by weight based on the weight of the total absorbent, 1-2 (LS2Al (G) 20) and Sample 1-3 (LS2Al (G) 30) according to Example 1-3, respectively.

비교 샘플 1의 제조Preparation of Comparative Sample 1

탄산리튬과 산화규소를 2:1 몰비로 하여 혼합, 건조 및 소성 공정을 거쳐 비교예 1에 따른 비교 샘플 1(LS2)을 제조하였다.
Comparative Example 1 (LS2) according to Comparative Example 1 was prepared by mixing, drying and calcining lithium carbonate and silicon oxide in a molar ratio of 2: 1.

샘플 1-1 내지 1-3 및 비교 샘플 1의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1 각각에 대해서, 이산화탄소 흡수능을 측정하기 위해 지름 3/4 in 고정층 반응기에 1 g의 흡수제를 넣고 이산화탄소 10 vol.%, H2O 10 vol.%, N2 80 vol%의 혼합기체를 반응기에 통과시켜 조사하였다. 흡수제의 흡수 반응은 550℃의 온도 조건, 재생은 700℃의 온도 조건을 유지하며 질소 분위기에서 실시하였다. 흡수능은 흡수제 g당 흡수된 이산화탄소의 양(mg)으로 나타내며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 2a에 나타낸다.For each of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1, 1 g of sorbent was placed in a 3/4 in diameter fixed bed reactor to measure the carbon dioxide absorbing capacity, and 10 vol.% Of carbon dioxide, 10 vol.% Of H 2 O, N 2 80 vol% mixed gas was passed through the reactor. The absorption reaction of the absorbent was carried out under the nitrogen atmosphere while maintaining the temperature condition of 550 ° C and the regeneration temperature of 700 ° C. The absorption capacity is represented by the amount (mg) of carbon dioxide absorbed per g of absorbent, and the results are shown in Table 1 and Fig. 2A.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 1-1
(LS2Al(G)10)
Sample 1-1
(LS2Al (G) 10)
202.2202.2 210.6210.6 208.1208.1
샘플 1-2
(LS2Al(G)20)
Sample 1-2
(LS2Al (G) 20)
110.9110.9 127.5127.5 126.1126.1
샘플 1-3
(LS2Al(G)30)
Samples 1-3
(LS2Al (G) 30)
48.948.9 44.344.3 49.349.3
비교 샘플 1
(LS2)
Comparative Sample 1
(LS2)
227.1227.1 166.6166.6 103.5103.5

도 2a 및 표 1을 참조하면, 비교 샘플 1의 경우에는 실험이 반복될수록, 즉 사이클 수가 증가할수록 흡수능이 저하되는 반면, 샘플 1-1 내지 1-3의 경우에는 흡수능의 변화가 매우 적은 것을 알 수 있다. 도 2a에서 각 샘플에서 왼쪽 막대가 1 사이클의 결과를 나타내는 것이고, 오른쪽으로 갈수록 사이클 수가 증가함을 나타낸다. 특히, 3 사이클에서 비교 샘플 1의 경우에는 흡수능이 1/2 이상으로 현저하게 저하되는 반면, 본 발명에 따른 샘플 1-1 내지 1-3에서는 흡수능이 거의 변화하지 않으며, 샘플 1-1(LS2Al(G)10)의 경우에 흡수능이 높으면서 반복실험이 진행되어도 흡수능이 거의 일정한 것으로서, 가장 적정한 양의 γ-산화알루미늄을 함유한 흡수제인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2A and Table 1, it can be seen from the results of Comparative Example 1 that the absorption capacity decreases as the experiment is repeated, that is, as the number of cycles increases, whereas in the case of Samples 1-1 to 1-3, . In FIG. 2A, the left bar indicates the result of one cycle in each sample, and the number of cycles increases toward the right. Particularly, in the case of Comparative Sample 1 in three cycles, the absorption ability was remarkably lowered to 1/2 or more, whereas in samples 1-1 to 1-3 according to the present invention, the absorption ability was hardly changed and Sample 1-1 (LS2Al (G) 10), the absorption capacity is almost constant even though the absorption capacity is high and the repeated experiment is proceeded, and it can be seen that it is an absorbent containing the most appropriate amount of γ-aluminum oxide.

샘플 1-1 내지 1-3 및 비교 샘플 1의 XRD 분석XRD analysis of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1

샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1에 대해서, 이산화탄소 흡수 전의 XRD 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 2b에 나타낸다.For Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1, XRD analysis before carbon dioxide absorption was performed and the results are shown in FIG. 2b.

도 2b에서, (a)는 비교 샘플 1(LS2)의 그래프이고, (b), (c) 및 (d)는 각각 샘플 1-1(LS2Al(G)10), 샘플 1-2(LS2Al(G)20) 및 샘플 1-3(LS2Al(G)30)에 관한 것이다.(LS2Al (G) 10) and Sample 1-2 (LS2Al (G) 10) are shown in FIG. 2 G) 20 and Sample 1-3 (LS2Al (G) 30).

도 2b를 참조하면, (a)와 달리, (b), (c) 및 (d) 각각에서는 리튬알루미네이트(LiAlO2)가 생성됨을 알 수 있다. 탄산리튬과 γ-산화알루미늄이 반응하여 리튬알루미네이트(LiAlO2)가 생성되면서 산화규소와 반응할 수 있는 탄산리튬의 몰 비가 달라져 재생 후 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 유지된다. 이로 인해 고온 재생 시 발생하는 응집현상을 완화시켜 기존의 흡수제보다 낮은 온도에서 재생이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 2B, it can be seen that lithium aluminate (LiAlO 2 ) is produced in each of (b), (c) and (d), unlike (a). Lithium molybdate (Li 2 SiO 3 ) is retained after regeneration because the molar ratio of lithium carbonate which can react with silicon oxide is changed while lithium aluminate (LiAlO 2 ) is produced by the reaction of lithium carbonate and γ-aluminum oxide. As a result, it can be seen that the coagulation phenomenon occurring at the high temperature regeneration is alleviated and the regeneration at a lower temperature than the conventional absorbent is possible.

샘플 1-1 내지 1-3 및 비교 샘플 1의 평가: 재생성Evaluation of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1: Regeneration

샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1 각각에 대해서, 550℃ 물 존재 하에서 이산화탄소를 흡수한 후 550℃에서 800℃까지 분당 1℃씩 온도를 상승시키면서 TPD (Temperature Programmed Desorption) 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 2c에 나타낸다.For each of Samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1, TPD (Temperature Programmed Desorption) analysis was performed while absorbing carbon dioxide in the presence of water at 550 ° C and then increasing the temperature from 550 ° C to 800 ° C by 1 ° C per minute . The results are shown in Fig. 2C.

도 2c를 참조하면, 샘플 1-1(LS2Al(G)10), 샘플 1-2(LS2Al(G)20) 및 샘플 1-3(LS2Al(G)30) 각각의 경우에는 640℃ 내지 650℃ 부근의 온도에서 대부분의 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 반면, 비교 샘플 1(LS2)의 경우에는 690℃ 내지 700℃ 부근의 온도에서 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고온용 건식 흡수제를 이용하는 경우에 비교 샘플 1에 비해서 낮은 온도에서도 재생이 가능함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 2C, in the case of Sample 1-1 (LS2Al (G) 10), Sample 1-2 (LS2Al (G) 20) and Sample 1-3 (LS2Al It can be seen that most of the carbon dioxide is discharged at a temperature near the melting point. On the other hand, in the case of Comparative Sample 1 (LS2), it can be seen that carbon dioxide is discharged at a temperature in the vicinity of 690 캜 to 700 캜. That is, it can be seen that, in the case of using the dry absorbent for high temperature according to the present invention, the sample can be regenerated even at a lower temperature than the comparative sample 1.

샘플 1-4 내지 1-6의 제조 (탄산리튬과 산화규소의 몰비 변화)Preparation of Samples 1-4 to 1-6 (Change in molar ratio of lithium carbonate to silicon oxide)

탄산리튬과 산화규소의 몰비를 1.5:1로 하여 700℃에서 소성하여 리튬실리케이트를 준비하고, 탄산리튬과 γ-산화알루미늄을 반응시켜 만든 리튬알루미네이트를 전체 흡수제의 중량을 기준으로 10 중량% 첨가하여 리튬실리케이트와 막자 사발을 이용하여 30분간 혼합하였다. 혼합된 시료를 산화알루미늄 도가니에 담고 공기 분위기 하에서 가열로를 이용하여 150℃에서 4시간 건조시킨 후 다시 700℃로 가열하여 5시간동안 소성하여, 샘플 1-4(LS1.5Al(G)10)를 제조하였다.Lithium silicate was prepared by firing at 700 DEG C at a molar ratio of lithium carbonate to silicon oxide of 1.5: 1, lithium aluminate prepared by reacting lithium carbonate and gamma-aluminum oxide was added in an amount of 10 wt% based on the weight of the total absorbent And mixed with lithium silicate and a mortar for 30 minutes. The mixed sample was placed in an aluminum oxide crucible and dried at 150 ° C for 4 hours in an air atmosphere in an air atmosphere. The sample was further heated to 700 ° C and fired for 5 hours to obtain Sample 1-4 (LS1.5Al (G) 10) .

또한, 리튬알루미네이트 함량을 20 중량% 및 30 중량%으로 한 것을 제외하고는 샘플 1-4를 제조한 것과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 샘플 1-5(LS1.5Al(G)20) 및 1-6(LS1.5Al(G)30)을 제조하였다.
Also, samples 1-5 (LS1.5Al (G) 20) and 1- (2-methyl-2-pyrrolidone) were prepared through substantially the same process as that of Sample 1-4 except that the lithium aluminate content was 20 wt% 6 (LS1.5Al (G) 30).

샘플 1-4 내지 1-6의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 1-4 to 1-6: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 1-1 내지 1-3의 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법을 통해, 샘플 1-4 내지 1-6에 대해서도 이산화탄소 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.Carbon dioxide absorption capacity evaluation was also performed on Samples 1-4 to 1-6 through substantially the same method as the carbon dioxide absorption capacity evaluation experiments of Samples 1-1 to 1-3. The results are shown in Table 2 below.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 1-4
(LS1.5Al(G)10)
Samples 1-4
(LS1.5Al (G) 10)
190.5190.5 188.3188.3 189.7189.7
샘플 1-5
(LS1.5Al(G)20)
Samples 1-5
(LS1.5Al (G) 20)
169.9169.9 170.1170.1 168.4168.4
샘플 1-6
(LS1.5Al(G)30)
Samples 1-6
(LS1.5Al (G) 30)
157.7157.7 156.3156.3 157.1157.1
비교 샘플 1
(LS2)
Comparative Sample 1
(LS2)
227.1227.1 166.6166.6 103.5103.5

표 2를 참조하면, 샘플 1-4, 1-5 및 1-6으로 갈수록 이산화탄소 흡수능이 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the carbon dioxide absorbing ability tends to decrease toward Samples 1-4, 1-5 and 1-6.

다만, 재생 실험 결과, 샘플 1-4 내지 1-6 모두 리튬알루미네이트로 인해 흡수능이 유지됨을 알 수 있었고, 이를 통해서 재생성에 리튬알루미네이트가 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다.However, as a result of the regeneration test, all of the samples 1-4 to 1-6 were found to be capable of retaining the absorption ability due to lithium aluminate, and it was confirmed that lithium aluminate had a great influence on regeneration.

샘플 1-7 및 1-8의 제조(산화알루미늄의 종류 변화)Preparation of Samples 1-7 and 1-8 (Variation of Aluminum Oxide Type)

δ-산화알루미늄을 이용한 것을 제외하고는 샘플 1-1을 준비한 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 샘플 1-7(LS2Al(D)10)을 준비하였다.Sample 1-7 (LS2Al (D) 10) was prepared through substantially the same process as that of Sample 1-1 except that? -aluminum oxide was used.

또한, α-산화알루미늄을 이용한 것을 제외하고는 샘플 1-1을 준비한 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 샘플 1-8(LS2Al(A)10)을 준비하였다.
Further, Sample 1-8 (LS2Al (A) 10) was prepared through substantially the same steps as those of Sample 1-1 except that? -Aluminum oxide was used.

샘플 1-7 및 1-8의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 1-7 and 1-8: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 1-1 내지 1-3의 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법을 통해, 샘플 1-7 및 1-8에 대해서도 이산화탄소 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.Carbon dioxide absorption capacity evaluation of Samples 1-7 and 1-8 was also carried out by substantially the same method as that of Samples 1-1 to 1-3. The results are shown in Table 3 below.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 1-7
(LS2Al(D)10)
Sample 1-7
(LS2Al (D) 10)
211.4211.4 163.3163.3 150.8150.8
샘플 1-8
(LS2Al(A)20)
Samples 1-8
(LS2Al (A) 20)
223.0223.0 141.7141.7 126.0126.0
샘플 1-1
(LS2Al(G)10)
Sample 1-1
(LS2Al (G) 10)
202.2202.2 210.6210.6 208.1208.1

표 3을 참조하면, 금속 산화물을 산화알루미늄으로 선택한 경우, 그 종류에 관계없이 1 사이클의 흡수능은 유사한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that when the metal oxide is selected as aluminum oxide, the absorption capacity of one cycle is similar regardless of the kind thereof.

그러나, γ-산화알루미늄보다 안정한 구조인 δ-산화알루미늄을 이용한 샘플 1-7(LS2Al(D)10)의 경우에는 반복실험이 진행될수록 흡수능이 감소하였으며, δ-산화알루미늄보다도 안정한 구조인 α-산화알루미늄을 이용한 샘플 1-8((LS2Al(A)10)의 경우에는 반복실험이 진행될수록 흡수능이 더 많이 감소함을 알 수 있다. 이는 산화알루미늄의 구조가 안정할수록 리튬알루미네이트의 구조가 적게 생성되면서 재생성이 나빠진다는 것을 확인하였다.However, in the case of sample 1-7 (LS2Al (D) 10) using δ-aluminum oxide, which is more stable than γ-aluminum oxide, the absorption capacity decreased as the experiment was repeated, and α- In the case of Sample 1-8 ((LS2Al (A) 10) using aluminum oxide, the absorption capacity is more decreased as the experiment is repeated. The more stable the structure of aluminum oxide is, the less the structure of lithium aluminate It was confirmed that regeneration was deteriorated as it was generated.

샘플 2-1 내지 2-3의 제조(산화지르코늄의 함량 변화)Preparation of Samples 2-1 to 2-3 (Change in content of zirconium oxide)

탄산리튬과 산화규소를 2:1 몰비로 하고, 전체 흡수제의 중량을 기준으로 산화지르코늄을 10 중량% 첨가하여 막자사발을 이용하여 30분간 혼합하였다. 혼합된 시료를 산화알루미늄 도가니에 담고 공기 분위기에서 가열로를 이용하여 150℃에서 4시간 동안 건조시킨후 다시 700℃로 가열하여 5시간 동안 소성하여, 본 발명의 실시예 2-1에 따른 샘플 2-1(LS2Z10P)을 제조하였다.Lithium carbonate and silicon oxide were mixed at a molar ratio of 2: 1 and 10 wt% of zirconium oxide was added based on the weight of the total absorbent, followed by mixing for 30 minutes using a mortar. The mixed sample was placed in an aluminum oxide crucible and dried in an air atmosphere at 150 ° C for 4 hours in an air atmosphere. The mixture was further heated to 700 ° C and fired for 5 hours to obtain a sample 2 according to Example 2-1 of the present invention -1 (LS2Z10P).

또한, 산화지르코늄의 함량이 전체 흡수제의 중량을 기준으로 20 중량% 및 30 중량%으로 첨가한 것을 제외하고는 샘플 2-1과 실질적으로 동일한 공정을 통해서, 실시예 2-2에 따른 샘플 2-2(LS2Al(G)20) 및 실시예 2-3(LS2Al(G)30)에 따른 샘플 2-3을 각각 제조하였다.
Further, the same procedure as in Sample 2-1 was repeated except that the content of zirconium oxide was 20% by weight and 30% by weight based on the weight of the total absorbent, 2 (LS2Al (G) 20) and Example 2-3 (LS2Al (G) 30), respectively.

샘플 2-1 내지 2-3 및 비교 샘플 1의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 2-1 to 2-3 and Comparative Sample 1: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 2-1 내지 2-3과 비교 샘플 1 각각에 대해서, 샘플 1-1에 대한 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수능을 측정하였다. 그 결과를 표 4와 도 3a에 나타낸다.For each of the samples 2-1 to 2-3 and the comparative sample 1, the carbon dioxide absorbing ability was measured in substantially the same manner as in the experiment for evaluating the carbon dioxide absorbing ability for the sample 1-1. The results are shown in Table 4 and Fig. 3A.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 2-1
(LS2Z10P)
Sample 2-1
(LS2Z10P)
202.2202.2 210.6210.6 208.1208.1
샘플 2-2
(LS2Z20P)
Sample 2-2
(LS2Z20P)
110.9110.9 127.5127.5 126.1126.1
샘플 2-3
(LS2Z30P)
Sample 2-3
(LS2Z30P)
48.948.9 44.344.3 49.349.3
비교 샘플 1
(LS2)
Comparative Sample 1
(LS2)
227.1227.1 166.6166.6 103.5103.5

도 3a 및 표 4를 참조하면, 샘플 2-1 내지 2-3의 경우에는 흡수능의 변화가 적은 반면, 탄산리튬과 실리카만으로 제조한 흡습제인 비교 샘플 1(LS2)의 경우에는 초기에는 높은 이산화탄소 흡수능을 나타내지만, 실험이 진행됨에 따라 현저하게 저하됨을 알 수 있다.
3A and Table 4, in the case of the sample 2-1 to 2-3, the change of the absorption capacity was small, whereas in the case of the comparative sample 1 (LS2) which is a hygroscopic agent produced only from lithium carbonate and silica, However, it can be seen that as the experiment progresses, it remarkably decreases.

샘플 2-1의 XRD 분석XRD analysis of sample 2-1

샘플 2-1에 대해서, 이산화탄소 흡수 전, 흡수 후 및 재생 후 각각의 상태에서의 XRD 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 3b에 나타낸다.Sample 2-1 was subjected to XRD analysis in each of the states before, after, and after the carbon dioxide absorption, and the results are shown in FIG. 3B.

도 3b에서, (a)는 흡수 전의 XRD 분석 그래프이고, (b)는 흡수 후의 XRD 분석 그래프이며, (c)는 재생 후의 XRD 분석 그래프이다. 또한, 도 3b에서, ■는 Li4SiO4를 나타내고, ●는 Li2SiO3를 나타내고, ◆는 Li2CO3를 나타내며, ▲는 SiO2를, ▼는 ZrO2를 나타낸다.In FIG. 3B, (a) is an XRD analysis graph before absorption, (b) is an XRD analysis graph after absorption, and (c) is an XRD analysis graph after regeneration. 3 , ( 3 ) represents Li 4 SiO 4 , (represents) Li 2 SiO 3 , Represents Li 2 CO 3 , Indicates SiO 2 , and Z indicates ZrO 2 .

도 3b를 참조하면, 샘플 2-1의 이산화탄소 흡수 전, 재생 후 원래의 구조로 전환됨에 따라 완전한 재생성을 보임을 알 수 있다. 특히, 샘플 2-1의 경우에는 산화지르코늄을 이용하여 제조함으로써 탄산리튬과 산화지르코늄이 반응하여 리튬지르코네이트(Li2ZrO3)가 형성되고 이로 인해 탄산리튬과 산화규소가 반응할 수 있는 몰비가 달라져 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)가 형성된다. 리튬메타실리케이트(Li2SiO3) 및 리튬지르코네이트(Li2ZrO3)는 비활성물질이지만 활성물질인 리튬실리케이트(Li4SiO4)사이에 존재함으로서 이산화탄소 흡수 과정에서 발생하는 응집현상을 막아주는 역할을 한다.
Referring to FIG. 3B, it can be seen that the sample 2-1 exhibits complete regeneration after being converted into the original structure before and after the carbon dioxide absorption. In particular, in the case of Sample 2-1, lithium carbonate and zirconium oxide react with each other to produce lithium zirconate (Li 2 ZrO 3 ) by the production using zirconium oxide, whereby a molar ratio And lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) is formed. Lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) and lithium zirconate (Li 2 ZrO 3 ) are inactive materials but exist between lithium silicate (Li 4 SiO 4 ), which is an active material, It plays a role.

샘플 2-1의 평가: 재생성Evaluation of Sample 2-1: Regeneration

샘플 2-1에 대해서, 550℃ 물 존재 하에서 이산화탄소를 흡수한 후 550℃에서 800℃까지 분당 1℃씩 온도를 상승시키면서 TPD (Temperature Programmed Desorption) 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 3c에 나타낸다.Sample 2-1 was subjected to TPD (Temperature Programmed Desorption) analysis while absorbing carbon dioxide in the presence of 550 ° C water and then increasing the temperature from 550 ° C to 800 ° C by 1 ° C per minute. The results are shown in Fig. 3C.

도 3c를 참조하면, 샘플 2-1(LS2Z10P)의 경우에는 610℃ 내지 630℃ 부근의 온도에서 대부분의 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 반면, 비교 샘플 1(LS2)의 경우에는 690℃ 내지 700℃ 부근의 온도에서 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고온용 건식 흡수제를 이용하는 경우에 비교 샘플 1에 비해서 낮은 온도에서도 재생이 가능함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3C, it can be seen that in the case of sample 2-1 (LS2Z10P), most of the carbon dioxide is discharged at a temperature in the vicinity of 610 ° C to 630 ° C. On the other hand, in the case of Comparative Sample 1 (LS2), it can be seen that carbon dioxide is discharged at a temperature in the vicinity of 690 캜 to 700 캜. That is, it can be seen that, in the case of using the dry absorbent for high temperature according to the present invention, the sample can be regenerated even at a lower temperature than the comparative sample 1.

샘플 2-1의 구조 확인Confirm the structure of Sample 2-1

비교 샘플 1 및 샘플 2-1 각각에 대해서, 주사전자현미경(SEM) 사진을 촬영하였다. 또한, 7 사이클 이후의 상태를 SEM 사진으로 촬영하였다. 그 결과를 도 3d에 나타낸다. 도 3d에서, (a)는 비교 샘플 1의 사진이고, (b)는 7 사이클 후의 비교 샘플 1의 사진이며, (c)는 샘플 2-1의 사진이며, (d)는 7 사이클 후의 샘플 2-1의 사진이다.A scanning electron microscope (SEM) photograph was taken for each of Comparative Sample 1 and Sample 2-1. The state after 7 cycles was photographed by SEM photograph. The results are shown in Fig. (B) is a photograph of Comparative Sample 1 after 7 cycles, (c) is a photograph of Sample 2-1, (d) is a photograph of Comparative Sample 1 after 7 cycles, -1.

도 3d를 참조하면, 비교 샘플 1의 경우에는 연속 실험 후에 응집 현상으로 인한 입자 성장이 나타남을 알 수 있다. 반면, 샘플 2-1의 경우에는, 연속 실험 후에도 실험 전과 실질적으로 유사하게 응집 현상 없이 일정한 입자 크기를 나타냄을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3D, it can be seen that, in the case of Comparative Sample 1, grain growth due to the coagulation phenomenon appears after the continuous experiment. On the other hand, in the case of the sample 2-1, after the continuous experiment, it is found that the particle size is substantially the same as before the experiment and exhibits a constant particle size without agglomeration phenomenon.

비교 샘플 2 및 3의 제조Preparation of Comparative Samples 2 and 3

산화알루미늄 대신 산화세륨을 이용한 것을 제외하고는 샘플 1-1을 제조하는 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 비교 샘플 2를 준비하였다.Comparative Sample 2 was prepared in substantially the same manner as in Sample 1-1 except that cerium oxide was used instead of aluminum oxide.

또한, 산화알루미늄 대신 산화마그네슘을 이용한 것을 제외하고는 샘플 1-1을 제조하는 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 비교 샘플 3을 준비하였다.
Further, Comparative Sample 3 was prepared in substantially the same manner as in the method for producing Sample 1-1, except that magnesium oxide was used instead of aluminum oxide.

샘플 1-1, 2-1, 비교 샘플 2 및 3의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 1-1, 2-1 and Comparative Samples 2 and 3: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 2-1, 비교 샘플 2 및 3 각각에 대해서, 샘플 1-1에 대한 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수능을 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.For each of Sample 2-1 and Comparative Samples 2 and 3, the carbon dioxide absorbing ability was measured in substantially the same manner as in the carbon dioxide absorbing capacity evaluation experiment for Sample 1-1. The results are shown in Table 5.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 1-1
(LS2Al(G)10)
Sample 1-1
(LS2Al (G) 10)
202.2202.2 210.6210.6 208.1208.1
샘플 2-1
(LS2Z10P)
Sample 2-1
(LS2Z10P)
138.4138.4 175.5175.5 171.3171.3
비교 샘플 2
(LS2Ce10P)
Comparative Sample 2
(LS2Ce10P)
90.990.9 59.759.7 58.758.7
비교 샘플 3
(LS2Mg10P)
Comparative Sample 3
(LS2Mg10P)
132.2132.2 159.9159.9 97.697.6

표 5를 참조하면, 샘플 1-1 및 2-1의 경우에는 연속 실험을 수행하더라도 이산화탄소 흡수능의 저하가 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 반면, 세륨이나 마그네슘을 이용한 비교 샘플 2과 3의 경우에는 연속 실험을 통해서 이산화탄소 흡수능이 현저하게 저하되는 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 5, it can be seen that, in the case of Samples 1-1 and 2-1, the carbon dioxide absorbing ability is not lowered even when the continuous experiment is performed. On the other hand, in the case of Comparative Samples 2 and 3 using cerium or magnesium, it can be confirmed that the carbon dioxide absorbing ability is remarkably lowered through continuous experiments.

샘플 3-1 및 3-2의 제조(탄산염 추가)Preparation of Samples 3-1 and 3-2 (addition of carbonate)

탄산칼륨을 혼합 원료 전체 중량에 대해서 5 중량%를 더 포함하는 것을 제외하고는, 샘플 1-1의 제조 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 샘플 3-1(LS2AG5K5)을 준비하였다.Sample 3-1 (LS2AG5K5) was prepared through substantially the same process as the production process of Sample 1-1, except that potassium carbonate was further contained in an amount of 5% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.

또한, 탄산칼륨을 혼합 원료 전체 중량에 대해서 5 중량%를 더 포함하는 것을 제외하고는, 샘플 2-1의 제조 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 샘플 3-2(LS2Z5K5)를 준비하였다.
Also, Sample 3-2 (LS2Z5K5) was prepared through substantially the same process as the production process of Sample 2-1, except that potassium carbonate was further contained in an amount of 5% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.

샘플 3-1 및 3-2의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 3-1 and 3-2: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 3-1 및 3-2 각각에 대해서, 샘플 1-1에 대한 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로 평가하였다. 그 결과를 도 4a에 나타낸다.Samples 3-1 and 3-2 were evaluated in substantially the same manner as in the carbon dioxide absorption capacity evaluation experiment for Sample 1-1. The results are shown in FIG. 4A.

또한, 시간에 따른 이산화탄소 흡수능의 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 4b에 나타낸다.Also, the change of the carbon dioxide absorption capacity with time was measured. The results are shown in FIG. 4B.

도 4a를 참조하면, 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)은 비교 샘플 1(LS2)에 비해서 연속 실험에도 불과하고 이산화탄소 흡수능의 저하가 실질적으로 거의 없음을 알 수 있다. 또한, 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)은 샘플 1-1(LS2AG10) 및 샘플 2-1(LS2Z10)의 이산화탄소 흡수능에 비해서 높은 값을 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 4A, it can be seen that Sample 3-1 (LS2AG5K5) and Sample 3-2 (LS2Z5K5) are only continuous tests as compared with Comparative Sample 1 (LS2), and substantially no decrease in carbon dioxide absorbing ability. It can also be seen that the sample 3-1 (LS2AG5K5) and the sample 3-2 (LS2Z5K5) exhibit higher values than those of the sample 1-1 (LS2AG10) and the sample 2-1 (LS2Z10).

도 4b를 참조하면, 비교 샘플 1(LS2)에 비해서 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)의 이산화탄소 흡수 속도가 빠름을 알 수 있다. 또한, 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)의 이산화탄소 흡수 속도는 샘플 1-1(LS2AG10) 및 샘플 2-1(LS2Z10)에 비해서도 좋은 것을 알 수 있다. 즉, 알칼리 금속 탄산염을 더 포함하는 혼합 원료를 이용한 경우에, 이산화탄소 흡수능이 보다 향상됨을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4B, it can be seen that the carbon dioxide absorption rate of Sample 3-1 (LS2AG5K5) and Sample 3-2 (LS2Z5K5) is faster than that of Comparative Sample 1 (LS2). It can also be seen that the carbon dioxide absorption rates of Sample 3-1 (LS2AG5K5) and Sample 3-2 (LS2Z5K5) are better than Sample 1-1 (LS2AG10) and Sample 2-1 (LS2Z10). That is, when the mixed raw material further containing the alkali metal carbonate is used, the carbon dioxide absorbing ability is further improved.

샘플 3-1 및 3-2의 XRD 분석XRD analysis of Samples 3-1 and 3-2

샘플 1-1 내지 1-3과 비교 샘플 1에 대해서, 이산화탄소 흡수 전, 흡수 후 및 재생 후의 XRD 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 4c에 나타낸다.XRD analysis was performed on samples 1-1 to 1-3 and Comparative Sample 1 before, after, and after the carbon dioxide absorption, and the results are shown in FIG. 4C.

도 4c에서, (a)는 비교 샘플 1(LS2)의 그래프이고, (b) 및 (c)는 각각 샘플 1-1(LS2AG10) 및 샘플 2-1(LS2Z10)의 그래프이며, (d) 및 (e)는 각각 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)의 그래프이다.(A) is a graph of Comparative Sample 1 (LS2), (b) and (c) are graphs of Sample 1-1 (LS2AG10) and Sample 2-1 (LS2Z10), (e) are graphs of Sample 3-1 (LS2AG5K5) and Sample 3-2 (LS2Z5K5), respectively.

또한, 도 4c에서, ■는 Li4SiO4를 나타내고, ●는 Li2SiO3를 나타내고, ◆는 Li2CO3를 나타내며, ▲는 SiO2를, ▼는 ZrO2를 나타내며, ■는 LiAlO2를 나타내고, ▽는 Li2ZrO3를 나타내고, □는 LiKCO3를 나타낸다.In addition, in FIG. 4c, ■ denotes an Li 4 SiO 4, ● represents the Li 2 SiO 3, Represents Li 2 CO 3 , ? Represents SiO 2 ,? Represents ZrO 2 ,? Represents LiAlO 2 ,? Represents Li 2 ZrO 3 , and? Represents LiKCO 3 .

도 4c를 참조하면, (d) 및 (e)와 나타난 바와 같이 샘플 3-1(LS2AG5K5)과 샘플 3-2(LS2Z5K5)는 이산화탄소 흡수 전, 재생 후 원래의 구조로 전환됨에 따라 완전한 재생성을 보임을 알 수 있다. 반면, (a)와 같이 비교 샘플 1(LS2)의 경우에는 흡수 전과 같이 재생되지는 않은 것을 알 수 있다. 한편, (b) 및 (d)와 같이 샘플 1-1(LS2AG10) 및 샘플 2-1(LS2Z10)의 경우에도 이산화탄소 흡수 전, 재생 후 원래의 구조로 전환됨에 따라 완전한 재생성을 보임을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4C, Sample 3-1 (LS2AG5K5) and Sample 3-2 (LS2Z5K5) show complete regeneration as shown by (d) and (e) . On the other hand, it can be seen that, in the case of Comparative Sample 1 (LS2) as in (a), it was not reproduced as before the absorption. On the other hand, the sample 1-1 (LS2AG10) and the sample 2-1 (LS2Z10) show complete regeneration as shown in (b) and (d) .

샘플 3-1 및 3-2의 평가: 재생성Evaluation of Samples 3-1 and 3-2: Regeneration

샘플 3-1 및 3-2 각각에 대해서, 550℃ 물 존재 하에서 이산화탄소를 흡수한 후 550℃에서 800℃까지 분당 1℃씩 온도를 상승시키면서 TPD (Temperature Programmed Desorption) 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 4d에 나타낸다.For each of Samples 3-1 and 3-2, TPD (Temperature Programmed Desorption) analysis was performed while absorbing carbon dioxide in the presence of 550 ° C water and then increasing the temperature by 1 ° C per minute from 550 ° C to 800 ° C. The result is shown in Fig. 4D.

도 4d를 참조하면, 샘플 3-1(LS2AG5K5) 및 샘플 3-2(LS2Z5K5) 각각의 경우에는 610℃ 내지 630℃ 부근의 온도에서 대부분의 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 반면, 비교 샘플 1(LS2)의 경우에는 690℃ 내지 700℃ 부근의 온도에서 이산화탄소가 배출됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고온용 건식 흡수제를 이용하는 경우에 비교 샘플 1에 비해서 낮은 온도에서도 재생이 가능함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4D, it can be seen that most of the carbon dioxide is discharged at a temperature in the vicinity of 610 ° C. to 630 ° C. in each of the sample 3-1 (LS2AG5K5) and the sample 3-2 (LS2Z5K5). On the other hand, in the case of Comparative Sample 1 (LS2), it can be seen that carbon dioxide is discharged at a temperature in the vicinity of 690 캜 to 700 캜. That is, it can be seen that, in the case of using the dry absorbent for high temperature according to the present invention, the sample can be regenerated even at a lower temperature than the comparative sample 1.

샘플 4-1 내지 4-3의 제조Preparation of Samples 4-1 to 4-3

탄산리튬과 산화규소를 2:1 몰비로 하여 혼합된 시료를 산화알루미늄 도가니에 담고 공기 분위기에서 가열로를 이용하여 150℃에서 4시간 동안 건조시킨후 다시 700℃로 가열하여 5시간 동안 소성하여 리튬실리케이트를 제조하였다.A sample mixed with lithium carbonate and silicon oxide in a molar ratio of 2: 1 was placed in an aluminum oxide crucible and dried in an air atmosphere at 150 ° C. for 4 hours in an air atmosphere. The resultant was further heated to 700 ° C. and calcined for 5 hours, Silicate.

이어서, 제조된 리튬실리케이트에, 전체 흡수제의 중량을 기준으로 리튬메타실리케이트 10 중량%를 첨가하여 막자사발을 이용하여 30분간 혼합하여 샘플 4-1(LS2ME10)을 제조하였다., Then, 10% by weight of lithium metasilicate was added to the prepared lithium silicate based on the weight of the total absorbent, and the resulting mixture was mixed for 30 minutes using a mortar to prepare Sample 4-1 (LS2ME10).

또한, 리튬메타실리케이트의 함량이 전체 흡수제의 중량을 기준으로 20 중량% 및 30 중량%으로 첨가한 것을 제외하고는 샘플 4-1과 실질적으로 동일한 공정을 통해서, 샘플 4-2(LS2ME20) 및 샘플 4-3(LS2ME30)을 각각 제조하였다.
Also, Sample 4-2 (LS2ME20) and Sample 4-2 (LS2ME20) were obtained through substantially the same process as Sample 4-1, except that the content of lithium metasilicate was added at 20 wt% and 30 wt% 4-3 (LS2ME30).

샘플 4-1 내지 4-3의 평가: 이산화탄소 흡수능Evaluation of Samples 4-1 to 4-3: Carbon dioxide absorption capacity

샘플 4-1 내지 4-3 각각에 대해서, 샘플 1-1에 대한 이산화탄소 흡수능 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수능을 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.For each of Samples 4-1 to 4-3, the carbon dioxide absorbing ability was measured in substantially the same manner as in the carbon dioxide absorbing capacity evaluation experiment for Sample 1-1. The results are shown in Table 6.

구분division 1 cycle
(mg CO2/g sorbent)
1 cycle
(mg CO 2 / g sorbent)
2 cycle
(mg CO2/g sorbent)
2 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
3 cycle
(mg CO2/g sorbent)
3 cycles
(mg CO 2 / g sorbent)
샘플 4-1
(LS2ME10)
Sample 4-1
(LS2ME10)
179.2179.2 180.1180.1 181.0181.0
샘플 4-2
(LS2ME20)
Sample 4-2
(LS2ME20)
164.2164.2 161.5161.5 162.7162.7
샘플 4-3
(LS2ME30)
Sample 4-3
(LS2ME30)
130.7130.7 128.6128.6 127.9127.9
비교 샘플 1
(LS2)
Comparative Sample 1
(LS2)
227.1227.1 166.6166.6 103.5103.5

표 6을 참조하면, 리튬실리케이트만으로 이루어진 비교 샘플 1의 경우에는 연속 실험에 의해서 이산화탄소 흡수능이 저하되는 반면, 샘플 4-1 내지 4-3의 경우, 연속 실험을 수행하더라도 이산화탄소 흡수능의 저하가 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 리튬메타실리케이트에 의해서, 이산화탄소 흡수능의 저하가 방지됨을 알 수 있다.Referring to Table 6, in the case of the comparative sample 1 made of only lithium silicate, the carbon dioxide absorbing ability is lowered by the continuous experiment, while in the case of the samples 4-1 to 4-3, the carbon dioxide absorbing ability is not deteriorated . That is, it can be seen that the reduction of the carbon dioxide absorbing ability is prevented by the lithium metasilicate.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (16)

리튬 전구체, 산화규소 및 금속 산화물을 혼합하여 혼합 원료를 형성하는 단계;
상기 혼합 원료를 건조시켜 리튬실리케이트 고형물을 수득하는 단계; 및
수득된 리튬실리케이트 고형물을 소성하여 고온용 건식 흡수제를 형성하는 단계를 포함하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
Mixing a lithium precursor, silicon oxide, and a metal oxide to form a mixed raw material;
Drying the mixed raw material to obtain a lithium silicate solid; And
And calcining the obtained lithium silicate solid to form a dry absorbent for high temperature.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은
산화알루미늄 또는 산화지르코늄을 포함하는 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The metal oxide
Characterized in that it comprises aluminum oxide or zirconium oxide.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은 γ-산화알루미늄인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the metal oxide is gamma-aluminum oxide.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은
상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The metal oxide
Is 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 혼합 원료는 알칼리 금속 탄산염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the mixing raw material further comprises an alkali metal carbonate.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제5항에 있어서,
상기 알칼리 금속 탄산염은
상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The alkali metal carbonate
Is 1 to 10% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제5항에 있어서,
상기 알칼리 금속 탄산염은
상기 혼합 원료 전체 중량에 대해서 1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The alkali metal carbonate
Is 1 to 5% by weight based on the total weight of the mixed raw materials.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 리튬 전구체는
리튬탄산염, 리튬수산염, 리튬옥살산염, 리튬아세트산염 및 리튬질산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The lithium precursor
Lithium carbonate, lithium carbonate, lithium oxalate, lithium oxalate, lithium acetate and lithium nitrate.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 리튬 전구체는 탄산리튬인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium precursor is lithium carbonate.
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제1항에 있어서,
상기 고온용 건식 흡수제는
리튬실리케이트(Li4SiO4) 및 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The high-temperature dry absorbent
Characterized in that it comprises lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 )
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
리튬 전구체 및 산화규소를 반응시켜 리튬실리케이트(Li4SiO4)를 수득하는 단계; 및
리튬실리케이트에 리튬메타실리케이트(Li2SiO3)를 혼합하는 단계를 포함하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
Reacting a lithium precursor and silicon oxide to obtain lithium silicate (Li 4 SiO 4 ); And
And mixing lithium silicate with lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ).
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
제11항에 있어서,
리튬메타실리케이트를 혼합하는 단계에서 첨가제를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 제거를 위한 리튬실리케이트 기반 고온용 건식 흡수제의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Characterized in that the additive is further mixed in the step of mixing the lithium metasilicate,
A process for preparing a dry siloxane based high temperature dry sorbent for carbon dioxide removal.
리튬실리케이트(Li4SiO4); 및
리튬메타실리케이트(Li2SiO3)을 포함하는, 고온용 건식 흡수제.
Lithium silicate (Li 4 SiO 4); And
A dry absorbent for high temperature, comprising lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ).
제13항에 있어서,
리튬알루미네이트 및 리튬지르코네이트 중 어느 하나를 포함하는 리튬-금속산염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
고온용 건식 흡수제.
14. The method of claim 13,
Characterized in that it further comprises a lithium-metalate salt comprising any one of lithium aluminate and lithium zirconate.
Dry absorbent for high temperature.
제13항에 있어서,
LiMCO3(여기서, M은 칼륨(K) 또는 나트륨(Na)을 나타낸다)로 나타내는 리튬-탄산염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
고온용 건식 흡수제.
14. The method of claim 13,
Characterized in that it further comprises a lithium-carbonate represented by LiMCO 3 , wherein M represents potassium (K) or sodium (Na).
Dry absorbent for high temperature.
제13항에 있어서,
실리콘(Si) 1 몰에 대해서 3.6 내지 5 몰의 리튬(Li)과,
전체 중량에 대해 5 내지 15 중량%의 알루미늄(Al) 또는 지르코늄(Zr)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
고온용 건식 흡수제.
14. The method of claim 13,
3.6 to 5 moles of lithium (Li) per 1 mole of silicon (Si)
(Al) or zirconium (Zr) in an amount of 5 to 15% by weight based on the total weight.
Dry absorbent for high temperature.
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