KR20160044708A - Material for adsorbing and storaging carbon dioxide and method for adsorbing and storaging carbon dioxide using the same - Google Patents

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Abstract

Provided are a material for collecting and storing carbon dioxide, and a method for collecting and storing carbon dioxide using the same. The material for collecting and storing carbon dioxide comprises porphyrin minimally including chemical formula 1, or a derivative thereof. In addition, the material for collecting and storing carbon dioxide easily separates carbon dioxide stored at normal pressure and room temperature.

Description

이산화탄소 포집 및 저장 물질 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 및 저장 방법{MATERIAL FOR ADSORBING AND STORAGING CARBON DIOXIDE AND METHOD FOR ADSORBING AND STORAGING CARBON DIOXIDE USING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon dioxide capture and storage material, and a carbon dioxide capture and storage method using the carbon dioxide capture and storage material. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 이산화탄소 포집 및 저장물질 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 및 저장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide capture and storage material, and a carbon dioxide capture and storage method using the carbon dioxide capture and storage material.

지구 온난화는 세계적 이슈가 되고 있으며, 교토의정서에서도 온난화 가스 감축을 목표로 하기 시작한 만큼, 이산화탄소를 포집하여 저장할 수 있는 이산화탄소 저장물질을 개발할 필요가 있다. 종래 이산화탄소 포집 및 저장 물질로서, 제올라이트(zeolite) 등과 같은 건식의 물질, 모노에탄올아민 또는 탄산칼슘 수용액 등을 포함하는 습식의 물질을 사용할 수 있다. 그러나, 건식의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소 저장 용량이 낮고 이산화탄소에 대한 선택성이 낮다는 문제점이 있고, 습식의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소에 대한 선택성은 좋지만 부식성이 높고 고온에서 불안정하다는 문제점이 있다. 또한, 건식 및 습식의 이산화탄소 포집 및 저장 물질 모두 고온 및 고압에서 이산화탄소를 저장할 수 있어, 이산화탄소 포집 및 저장시 고온 및 고압 등의 조건을 구비해야 하며, 포집된 이산화탄소의 분리 시에도 특정 조건을 구비해야 한다는 문제점이 있다. 본 발명의 배경기술은 한국등록특허 제10-1351114에 개시되어 있다.
Global warming is becoming a global issue, and as the Kyoto Protocol has begun to reduce greenhouse gas emissions, it is necessary to develop a carbon dioxide storage material that can capture and store carbon dioxide. As a conventional carbon dioxide capture and storage material, a wet substance including a dry substance such as zeolite, a monoethanolamine or calcium carbonate aqueous solution, and the like can be used. However, there is a problem that dry CO2 capture and storage materials have a low carbon dioxide storage capacity and low selectivity to carbon dioxide. Wet carbon dioxide capture and storage materials have a problem of high selectivity for carbon dioxide but high corrosiveness and unstable at high temperature . In addition, both dry and wet carbon dioxide capture and storage materials can store carbon dioxide at high temperatures and pressures, so that conditions such as high temperatures and high pressures must be met when capturing and storing carbon dioxide, and certain conditions must be met when separating captured carbon dioxide . The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-1351114.

본 발명이 해결하려는 과제는 상압 및 상온에서 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 뛰어난 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a carbon dioxide capture and storage material having excellent capture and storage capacity of carbon dioxide at normal pressure and room temperature.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 상압 및 상온에서 저장된 이산화탄소의 분리가 용이한 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a carbon dioxide capture and storage material which is easy to separate stored carbon dioxide at normal pressure and at room temperature.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 적어도 하기 화학식 1로 표시되는, 포르피린 또는 그의 유도체와 금속 이온의 착체(complex)를 포함할 수 있다:The carbon dioxide capture and storage material of the present invention may comprise a complex of a metal ion with a porphyrin or a derivative thereof represented by at least the following formula 1:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,M은 하기 발명의 상세한 설명에서 정의한 바와 같다).R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11, R 12 and M in the general formula Lt; / RTI &gt;

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 방법은 상기 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.The carbon dioxide capture and storage method of the present invention may include using the carbon dioxide capture and storage material.

본 발명은 상압 및 상온에서 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 뛰어난 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 제공하였다. 본 발명은 상압 및 상온에서 저장된 이산화탄소의 분리가 용이한 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 제공하였다.The present invention provides a carbon dioxide capture and storage material having excellent capture and storage capacity of carbon dioxide at normal pressure and room temperature. The present invention provides a carbon dioxide capture and storage material that facilitates the separation of stored carbon dioxide at normal pressure and room temperature.

도 1은 포르피린과 스칸듐 이온의 착체(complex)의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량(capacity)과 점유수(occupation number)를 나타낸 것이다.
도 2는 포르피린과 티타늄 이온의 착체의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량과 점유수를 나타낸 것이다
도 3은 포르피린과 바나듐 이온의 착체의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량과 점유수를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질의 이산화탄소 포집의 일 모식도이다.
도 5는 본 발명 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질의 이산화탄소 포집의 다른 모식도이다.
도 6은 본 발명 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질의 이산화탄소 포집의 또 다른 모식도이다.
FIG. 1 shows the capacity and occupation number of the complex according to the trapping temperature in the capture of carbon dioxide in the complex of porphyrin and scandium ion.
Fig. 2 shows the trapping capacity and occupancy of the complex according to the trapping temperature at the time of trapping the carbon dioxide of the complex of porphyrin and titanium ion
3 shows the trapping capacity and occupancy of the complex according to the trapping temperature in capturing carbon dioxide in a complex of porphyrin and vanadium ions.
4 is a schematic diagram of carbon dioxide capture of a carbon dioxide capture and storage material according to an embodiment of the present invention.
5 is another schematic diagram of carbon dioxide capture of carbon dioxide capture and storage materials in one embodiment of the present invention.
6 is another schematic diagram of carbon dioxide capture of carbon dioxide capture and storage materials of one embodiment of the present invention.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 적어도 하기 화학식 1로 표시되는, 포르피린 또는 그의 유도체와 금속 이온의 착체를 포함할 수 있다:The carbon dioxide capture and storage material of the present invention may comprise a complex of a metal ion with a porphyrin or derivative thereof,

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 화학식 1에서, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12은 각각 독립적으로 수소, 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 또는 카르복시산기(COOH)를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, M은 금속 이온이다).Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 and R 12 each independently represent hydrogen, unsubstituted An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an unsubstituted alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having a carboxylic acid group (COOH), and M is a metal ion.

구체적으로, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 비닐기, 카르복시산기를 갖는 에틸기일 수 있다.R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 and R 12 each independently represent hydrogen, a methyl group, a vinyl group, Lt; / RTI &gt; group.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에서, 금속 이온(M)은 이산화탄소가 결합되는 직접적인 부위로서, 이산화탄소는 타 기체 예를 들면 수소 또는 질소 대비 체적이 크므로 금속 이온은 이산화탄소에 대한 결합에너지가 적정 값을 가져야 한다. 구체적으로 금속 이온은 이산화탄소에 대한 결합에너지가 0.6 eV 내지 0.8 eV가 될 수 있고, 이러한 금속 이온(M)은 1가 내지 3가의 금속 이온이 될 수 있고, 예를 들면 칼슘 이온(Ca2+), 스칸듐 이온(Sc+), 티타늄 이온(Ti+), 바나듐 이온(V+), 코발트 이온(Co2+), 크롬 이온(Cr2+), 망간 이온(Mn2+), 철 이온(Fe2+), 니켈 이온(Ni2+) 등이 될 수 있고, 특히 칼슘 이온(Ca2+), 스칸듐 이온(Sc+), 티타늄 이온(Ti+), 바나듐 이온(V+), 망간 이온(Mn2+)은 질소, 메탄가스, 수소 대비 이산화탄소에 대한 결합에너지가 월등히 높아서 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물에서도 이산화탄소에 대한 포집 및 저장 용량이 선택성을 나타낼 수 있다.In the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, the metal ion (M) is a direct site to which carbon dioxide is bonded. Since the volume of carbon dioxide relative to other gases such as hydrogen or nitrogen is large, . Specifically, the metal ion may have a binding energy to carbon dioxide of from 0.6 eV to 0.8 eV, and the metal ion M may be a mono to trivalent metal ion, for example, a calcium ion (Ca 2+ ) , scandium ion (Sc +), titanium ions (Ti +), vanadium ions (V +), cobalt ion (Co 2+), chromium ion (Cr 2+), manganese ion (Mn 2+), iron ions (Fe 2+), nickel ion (Ni 2+) and the like can be and, in particular calcium ions (Ca 2+), ion scandium (Sc +), titanium ions (Ti +), vanadium ions (V +), manganese ion ( Mn 2+ ) is much higher in binding energy to carbon dioxide than nitrogen, methane gas, and hydrogen, so that the capture and storage capacity of carbon dioxide can show selectivity even in gas mixtures containing carbon dioxide.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 상기 화학식 1을 포함하는, 포르피린 또는 그의 유도체를 포함하는데, 화학식 1 중 금속 이온은 포르피린 또는 그의 유도체를 구성하는 탄소에 결합된 질소에 결합되어 있어 이산화탄소에 대한 최적의 결합 에너지(binding energy)를 가짐으로써 상압 및/또는 상온에서도 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 뛰어 나다. 구체적으로, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소에 대한 결합 에너지가 0.6 eV에서 0.8eV가 될 수 있고, 상기 범위에서 이산화탄소 포집 및 저장 용량이 우수할 수 있다. The carbon dioxide capture and storage material of the present invention comprises porphyrin or a derivative thereof, wherein the metal ion is bonded to nitrogen bonded to carbon constituting porphyrin or a derivative thereof, The carbon dioxide capture and storage capacity is excellent even at normal pressure and / or room temperature. Specifically, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention can have a binding energy for carbon dioxide of 0.6 eV to 0.8 eV, and the carbon dioxide capture and storage capacity in the above range can be excellent.

또한, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소 포집 및 저장에 있어서 상압 및/또는 상온에서도 이산화탄소 포집 저장 효과가 뛰어날 수 있다. 상기 상온은 300K 내지 400K가 될 수 있고, 상기 상압은 1 bar 내지 5 bar가 될 수 있다. 구체적으로 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 상온 및/또는 상압에서 이산화탄소 포집 용량이 3 mmol/g 이상이고 이 수치는 현재 사용되는 이산화탄소 포집물질 보다 우수한 수치이다. In addition, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention may be excellent in carbon dioxide capture and storage effect at atmospheric pressure and / or room temperature in carbon dioxide capture and storage. The normal temperature may be 300K to 400K, and the normal pressure may be 1 to 5 bar. Specifically, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention has a carbon dioxide capture capacity of at least 3 mmol / g at room temperature and / or atmospheric pressure, and this value is superior to currently used carbon dioxide capture materials.

도 1은 포르피린과 스칸듐 이온(Sc+)의 착체의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량(capacity)과 점유수(occupation number)를 나타낸 것이다. 도 2는 포르피린과 티타늄 이온(Ti+)의 착체의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량과 점유수를 나타낸 것이다. 도 3은 포르피린과 바나듐 이온(V+)의 착체의 이산화탄소 포집시 포집 온도에 따른 상기 착체의 포집 용량과 점유수를 나타낸 것이다. FIG. 1 shows the capturing capacity and occupation number of the complex according to the trapping temperature in capturing carbon dioxide of a complex of porphyrin and scandium ion (Sc +). Fig. 2 shows the trapping capacity and occupancy of the complex according to the trapping temperature in capturing carbon dioxide in a complex of porphyrin and titanium ion (Ti +). Fig. 3 shows the trapping capacity and occupancy of the complex according to the trapping temperature in capturing carbon dioxide in the complex of porphyrin and vanadium ion (V +).

본 명세서에서 '포르피린'은 상기 화학식 1에서 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12가 모두 수소인 화합물을 의미한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 포르피린 또는 그의 유도체에 이산화탄소가 상온에서도 흡착이 가능함을 알 수 있다. 도 1과 도3은 계산한 결합 에너지를 Gibbs Free Energy로 계산한 것으로 200 K에서는 이산화탄소가 2개까지 붙고 상온에서는 이산화탄소가 1개 붙는 것을 확인 할 수 있었다.In this specification "porphyrin" is R 1, R 2, in Formula 1 R 3, R 4, R 5, R 6, R 7, R 8, R 9, R 10, R 11, R 12 are both hydrogen &Lt; / RTI &gt; 1 to 3, it can be seen that carbon dioxide can be adsorbed to porphyrin or its derivative even at room temperature. Figures 1 and 3 show that the calculated binding energy was calculated by Gibbs Free Energy. At 200 K, it was confirmed that there were two carbon dioxide and one carbon dioxide at room temperature.

또한, 종래 이산화탄소 포집 및 저장 물질로 사용되어 온 탄산칼슘 등과 같은 습식 흡수제는 이산화탄소와 화학적 반응을 하여 이산화탄소를 포집한데 비하여, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 금속 이온과 이산화탄소 간의 Dewar-Chatt-Duncanson 상호작용으로 결합하여 금속 이온과 이산화탄소가 가역적으로(reversible) 결합을 함으로써 상온 대비 온도를 낮추거나 상압 대비 압력을 낮춤으로써 이산화탄소의 분리가 용이할 수 있다.In addition, the conventional wet absorbent such as calcium carbonate, which has been used as a carbon dioxide capture and storage material, chemically reacts with carbon dioxide to collect carbon dioxide, while the carbon dioxide capture and storage material of the present invention is a Dewar-Chatt-Duncanson By interacting with each other, metal ions and carbon dioxide can be reversibly combined to lower the temperature to room temperature or lower the pressure to atmospheric pressure, thereby facilitating the separation of carbon dioxide.

특히, 이산화탄소는 수소 등의 이종의 기체와는 달리 물 및/또는 수증기와 반응하여 탄산(CO2 + H2O → H2CO3)을 형성함으로써 포집 및 저장이 용이하지 않을 수 있는데, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 상술한 문제점이 없이 금속이온에 흡착이 되는 것이기 때문에 고 용량으로 이산화탄소를 포집 및 저장할 수 있다.In particular, unlike heterogeneous gases such as hydrogen, carbon dioxide reacts with water and / or water vapor to form carbonic acid (CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 ), which may not be easily captured and stored. The carbon dioxide capture and storage materials of the present invention can adsorb to metal ions without the above-mentioned problems, and thus can capture and store carbon dioxide with high capacity.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소가 1개 이상 포집될 수 있고, 포집 양상도 다양하며, 이산화탄소는 이산화탄소 포집 및 저장 물질의 일 측면 및 이와 대향하는 다른 측면에도 포집될 수 있다.The carbon dioxide capture and storage material of the present invention can capture more than one carbon dioxide and can capture various aspects, and the carbon dioxide can be captured on one side of the carbon dioxide capture and storage material and on the other side opposite thereto.

도 4는 본 발명 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에 이산화탄소가 포집된 상태를 나타내는 모식도로서, 포르피린과 스칸듐 이온의 착체에 이산화탄소가 포집된 상태를 평면도와 측면도로 나타낸 것이다. FIG. 4 is a schematic view showing a state in which carbon dioxide is captured in a carbon dioxide capture and storage material according to an embodiment of the present invention, in which carbon dioxide is trapped in a complex of porphyrin and scandium ions. FIG.

도 4를 참조하면, 포르피린과 스칸듐 이온의 착체에 이산화탄소가 의자형(chair type)으로 결합된 것으로, 이때 “의자형”은 스칸듐 이온과 이산화탄소의 탄소 1개와 산소 1개가 결합되어 스칸듐 이온과 이산화탄소가 의자와 같은 형태로 결합된 것을 의미한다.Referring to FIG. 4, carbon dioxide is bonded to a complex of porphyrin and scandium ions in a chair type. In this case, a "chair type" is formed by combining scandium ions and one carbon of carbon dioxide and one oxygen to form scandium ions and carbon dioxide Chairs and so on.

도 4를 참조하면, 포르피린과 스칸듐 이온의 착체에 이산화탄소가 선형(linear type)으로 결합된 것으로, 이때 “선형”은 스칸듐 이온과 이산화탄소의 탄소 1개가 결합되어 스칸듐 이온과 이산화탄소가 일직선 형태로 결합된 것을 의미한다.Referring to FIG. 4, carbon dioxide is linearly bonded to a complex of porphyrin and scandium ion. In this case, &quot; linear &quot; means that one carbon of scandium ion and carbon dioxide is combined to form a linear combination of scandium ion and carbon dioxide .

도 4를 참조하면, 포르피린과 스칸듐 이온의 착체에 이산화탄소가 지붕형(roof type)으로 결합된 것으로, 이때 “지붕형”은 스칸듐 이온과 이산화탄소의 탄소 2개와 산소 1개가 스칸듐 이온과 결합되어 스칸듐 이온 상부에 이산화탄소가 지붕과 같은 형태로 결합된 것을 의미한다.Referring to FIG. 4, carbon dioxide is coupled to a complex of porphyrin and scandium ion in a roof type. In this case, &quot; roof type &quot; means that two carbon atoms of scandium ion and carbon dioxide and one oxygen are combined with scandium ions, This means that carbon dioxide is combined in the form of a roof.

본 발명의 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 금속 이온 1개에 대해 2개 이상 바람직하게는 2개 내지 3개의 이산화탄소가 포집될 수도 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에 이산화탄소 2개가 포집된 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에 이산화탄소 3개가 결합된 포집된 모식도이다.The carbon dioxide capture and storage material of one embodiment of the present invention may capture two or more, preferably two to three, carbon dioxide per metal ion. FIG. 5 is a schematic view of capturing two carbon dioxide in a carbon dioxide capture and storage material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a captured schematic diagram of carbon dioxide capture and storage materials of an embodiment of the present invention combined with three carbon dioxide.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에서, 질소는 금속 이온 및 포르피린을 구성하는 탄소에 결합되어 이산화탄소를 포집하고 기계적 물성을 유지할 수 있다. 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에서, 포르피린은 통상적으로 알려진 바와 같이 탄소와 질소가 연결된 물질로서 질소 및 금속 이온의 결합을 지지하는 것으로, 물리적 안정성과 화학적 안정성이 뛰어나기 때문에 이산화탄소 포집 및 저장시 취급 용이성을 높일 수 있고 분해가 잘 되지 않는 안정한 물질로서 부식 문제, 깨짐성 등의 문제점이 없을 수 있다. In the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, nitrogen is bonded to the carbon constituting the metal ion and the porphyrin to capture carbon dioxide and maintain the mechanical properties. In the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, porphyrin is a substance that is linked to carbon and nitrogen as commonly known, and supports the binding of nitrogen and metal ions. Therefore, porphyrin is excellent in physical stability and chemical stability. It is possible to increase the easiness, and as a stable material which does not easily decompose, there may be no problems such as corrosion problem and cracking.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에서, 이산화탄소 포집 및 저장 물질이 이산화탄소를 포집할 경우, 금속 이온과 이산화탄소간의 거리는 대략 2Å내지 2.5Å가 될 수 있고, 상기 범위에서 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 우수할 수 있다. In the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, when the carbon dioxide capture and storage material collects carbon dioxide, the distance between the metal ion and the carbon dioxide can be approximately 2 A to 2.5 A, and the carbon dioxide capture and storage capacity .

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 상기 범위에서 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 우수할 수 있다.The carbon dioxide capture and storage material of the present invention may have excellent capture and storage capacity of carbon dioxide within the above range.

또한, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질에서, 금속 이온은 이산화탄소를 포집 및 저장 사이트이지만, 포르피린에 과량으로 포함될 경우, 안정성이 떨어질 수 있고, 이산화탄소 저장 용량이 오히려 떨어질 수 있어서, 적정 함량으로 포함되어야 한다. 구체적으로, 금속 이온은 이산화탄소 포집 및 저장 물질 중 1mmol/g내지 5mmol/g로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 이산화탄소의 포집 및 저장 용량이 우수할 수 있다. In addition, in the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, the metal ion is a carbon dioxide capture and storage site, but when contained in an excessive amount of porphyrin, the stability may be deteriorated and the carbon dioxide storage capacity may be lowered. do. Specifically, the metal ion may be contained in the carbon dioxide capture and storage material in an amount of 1 mmol / g to 5 mmol / g, and the capture and storage capacity of carbon dioxide in the above range may be excellent.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 포르피린 상에 금속 이온이 결합된 평면 구조로서 단층으로 형성될 수 있다. The carbon dioxide capture and storage material of the present invention may be formed as a single layer as a planar structure in which metal ions are bonded to porphyrin.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 포르피린과 금속 이온을 착체 결합시키는 방법에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로, 금속 이온을 제공하는 화합물과 포르피린을 소정의 조건에서 결합시켜, 포르피린 또는 그의 유도체와 금속 이온을 결합시키는 방법으로 제조할 수 있다. 구체적으로, 금속 이온을 제공하는 화합물과 포르피린 또는 그의 유도체를 Pyrrole 과 알데히드를 반응시켜 제조할 수 있다. 포르피린 유도체는 화학적 방법으로 제조할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The carbon dioxide capture and storage material of the present invention can be prepared by a method of complex binding of porphyrin and a metal ion. Specifically, it can be produced by binding a compound providing a metal ion with porphyrin under predetermined conditions, and binding the porphyrin or a derivative thereof to the metal ion. Specifically, a compound which provides a metal ion and porphyrin or a derivative thereof can be prepared by reacting a pyrrole with an aldehyde. The porphyrin derivatives may be prepared by chemical methods, but are not limited thereto.

본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. The carbon dioxide capture and storage material of the present invention may comprise using the carbon dioxide capture and storage material of the present invention. In particular, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention may comprise contacting the carbon dioxide capture and storage material with a gas mixture comprising carbon dioxide.

기체 혼합물은 이산화탄소 단독, 또는 이산화탄소와 공지된 통상의 기체를 포함할 수 있는데, 하기에서와 같이 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이종의 기체 대비 이산화탄소에 대한 결합 에너지가 현저하게 높아서 기체 혼합물에서도 이산화탄소를 선택적으로 포집 및 저장할 수 있다. 이산화탄소 포집 및 저장 물질과 기체 혼합물은 상온 예를 들면 25 내지 100℃ 및/또는 상압 예를 들면 0.1 내지 1 기압에서 접촉될 수 있고, 상기 조건에서도 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소를 고 용량으로 포집 및 저장할 수 있다.The gas mixture may include carbon dioxide alone, or conventional gas known as carbon dioxide. As described below, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention has remarkably high binding energy to carbon dioxide compared to a heterogeneous gas, Can be selectively collected and stored. The carbon dioxide capture and storage material and the gas mixture may be contacted at room temperature, for example, at 25 to 100 ° C and / or atmospheric pressure, for example, 0.1 to 1 atmosphere, and under the above conditions, the carbon dioxide capture and storage material of the present invention, Can be collected and stored.

포집된 이산화탄소는 소정의 조건을 처리하여 이산화탄소 포집 및 저장 물질로부터 회수될 수 있는데, 예를 들면 25 내지 100℃ 및/또는 0.1 내지 1 기압에서 처리함으로써 이산화탄소는 회수될 수 있다. The captured carbon dioxide can be recovered from the carbon dioxide capture and storage material by treating the predetermined conditions, for example, by treating at 25 to 100 ° C and / or 0.1 to 1 atmosphere, the carbon dioxide can be recovered.

본 발명의 방법은 이산화탄소 회수 후 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 재활용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 상술한 바와 같이 물리적 안정성 및/또는 화학적 안정성이 뛰어나 쉽게 회수가 가능하다.The method of the present invention may further comprise recycling the carbon dioxide capture and storage material after carbon dioxide recovery. The carbon dioxide capture and storage materials are excellent in physical stability and / or chemical stability as described above and can be easily recovered.

제일 원리 밀도범 함수 계산을 사용하여 본 발명의 이산화탄소 포집 및 저장 물질이 상온 및/또는 상압에서도 이산화탄소 저장 용량이 뛰어남을 확인하기 위하여, 상기 화학식 1에서 금속 이온 M으로 각각 칼슘 이온, 스칸듐 이온, 티타늄 이온, 바나듐 이온, 또는 망간 이온이 들어있고 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12이 각각 수소인 구조를 모형으로 제조하고, 이산화탄소에 대한 결합 에너지 및 금속 이온과 이산화탄소 간의 결합을 범함수 밀도 함수 이론 계산을 사용하여 상온 및/또는 상압에서 계산하였다. 그 결과는 하기 표 1과 같다.In order to confirm that the carbon dioxide capture and storage material of the present invention is excellent in the carbon dioxide storage capacity even at room temperature and / or atmospheric pressure by using the principle principle density function computation, it is preferable that the metal ion M in the chemical formula 1 is calcium ion, scandium ion, Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 and R 12 are each hydrogen The structure was modeled, and the binding energy for carbon dioxide and the binding between metal ions and carbon dioxide were calculated at room temperature and / or atmospheric pressure using the computation of the density function function. The results are shown in Table 1 below.

금속이온Metal ion 유형type 포집된 이산화탄소 개수Number of carbon dioxide captured 결합 에너지(eV)Combined energy (eV) 금속이온과 이산화탄소 간의 거리(Å)Distance between metal ions and carbon dioxide (Å) Ca2+ Ca 2+ 의자형Chair type 1개One 0.340.34 2.572.57 Ca2+ Ca 2+ 선형Linear 1개One 0.340.34 2.562.56 Ca2+ Ca 2+ 지붕형Roof type 1개One 0.340.34 2.562.56 Sc+ Sc + 의자형Chair type 1개One 0.690.69 2.112.11 Sc+ Sc + 선형Linear 1개One 0.490.49 2.272.27 Sc+ Sc + 지붕형Roof type 1개One 0.540.54 2.232.23 Sc+ Sc + 의자형Chair type 2개2 0.530.53 3.423.42 Sc+ Sc + 선형Linear 2개2 0.300.30 2.472.47 Sc+ Sc + 지붕형Roof type 2개2 0.210.21 2.202.20 Sc+ Sc + -- 3개Three 0.10, 0.630.10, 0.63 -- Ti+ Ti + 의자형Chair type 1개One 1.311.31 1.971.97 Ti+ Ti + 선형Linear 1개One 0.400.40 2.172.17 Ti+ Ti + 지붕형Roof type 1개One 0.450.45 1.991.99 Ti+ Ti + 의자형Chair type 2개2 0.930.93 1.951.95 Ti+ Ti + 선형Linear 2개2 0.050.05 4.114.11 Ti+ Ti + 지붕형Roof type 2개2 0.400.40 4.114.11 Ti+ Ti + -- 3개Three 0.18, 0.530.18, 0.53 -- V+ V + 의자형Chair type 1개One 0.290.29 1.961.96 V+ V + 선형Linear 1개One 0.210.21 2.122.12 V+ V + 지붕형Roof type 1개One -0.91-0.91 2.142.14 V+ V + 의자형Chair type 2개2 0.290.29 1.961.96 V+ V + 선형Linear 2개2 0.020.02 3.73.7 V+ V + 지붕형Roof type 2개2 0.310.31 1.961.96 V+ V + -- 3개Three 0.060.06 Mn2+ Mn 2+ 의자형Chair type 1개One 0.020.02 2.992.99 Mn2+ Mn 2+ 선형Linear 1개One 0.020.02 3.003.00 Mn2+ Mn 2+ 지붕형Roof type 1개One 0.010.01 3.743.74

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (5)

하기 화학식 1로 표시되는, 이산화탄소 포집 및 저장 물질:
<화학식 1>
Figure pat00003

(상기 화학식 1에서, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 카르복시산기(COOH)기를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
M은 금속 이온이다).
CLAIMS 1. A carbon dioxide capture and storage material,
&Lt; Formula 1 >
Figure pat00003

(Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 and R 12 each independently represent hydrogen, unsubstituted An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an unsubstituted alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having a carboxylic acid group (COOH)
M is a metal ion).
제1항에 있어서, 상기 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2+), 스칸듐 이온(Sc+), 티타늄 이온(Ti+), 바나듐 이온(V+), 코발트 이온(Co2+), 크롬 이온(Cr2+), 망간 이온(Mn2+), 철 이온(Fe2+), 또는 니켈 이온(Ni2+)인, 이산화탄소 포집 및 저장 물질.The method of claim 1, wherein the metal ion is a calcium ion (Ca 2+), ion scandium (Sc +), titanium ions (Ti +), vanadium ions (V +), cobalt ion (Co 2+), chromium ion ( Carbon dioxide capture and storage material, wherein the carbon dioxide is Cr 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , or Ni 2+ . 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 포집 및 저장 물질은 이산화탄소에 대한 결합 에너지가 0.6eV에서 0.8eV 사이인 이산화탄소 포집 및 저장 물질.The carbon dioxide capture and storage material of claim 1, wherein the carbon dioxide capture and storage material has a binding energy for carbon dioxide between 0.6 eV and 0.8 eV. 제1항에 있어서, 상기 금속 이온은 상기 이산화탄소 포집 및 저장 물질 중1mmol/g 내지 5mmol/g로 포함되는, 이산화탄소 포집 및 저장 물질.The carbon dioxide capture and storage material of claim 1, wherein the metal ion is comprised between 1 mmol / g and 5 mmol / g of the carbon dioxide capture and storage material. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 이산화탄소 포집 및 저장 물질을 사용하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 포집 및 저장 방법.

A method of collecting and storing carbon dioxide, comprising using the carbon dioxide capture and storage material of any one of claims 1 to 4.

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