KR20160074844A - 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡착제에 관한 것으로서, 넓은 표면적을 가지는 다공성의 지지체에 이온성액체를 담지한 후, 이온교환과정 및 교환된 이온과 아미노산과의 중화반응을 통하여 아민 작용기를 도입함으로써, 열적안정성과 이산화탄소 흡착 성능이 향상된 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 제공함으로써, 종래에 아민을 활용한 이산화탄소 흡착법에서 발생하는 독성문제, 부식문제, 낮은 재사용성의 문제가 해결되고, 우수한 열적안정성과 흡착성능을 가진 이산화탄소 흡착제를 통하여 이산화탄소 배출로 인한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

Description

아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법{ADSORBENT FOR CARBON DIOXIDE INTRODUCED AMINE GROUPS BASED ON AMINO ACIDS AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 이산화탄소 흡착제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 표면적을 가지는 다공성의 지지체에 이온성액체를 담지한 후, 이온교환과정 및 교환된 이온과 아미노산과의 중화반응을 통하여 아민 작용기를 도입함으로써, 열적안정성 및 이산화탄소 흡착 성능이 향상된 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전 지구적인 에너지사용량 증가는 이산화탄소 배출량의 증가로 이어졌고, 이는 가장 중요한 환경 이슈 중 하나가 되었다. 실제로 매년 증가하고 있는 대기중 이산화탄소 농도를 조절하기 위하여 이산화탄소 포집/저장 기술을 활용하기 위한 방안이 다각도로 모색되고 있다. 이 중 이산화탄소의 포집분야에서는 건식/습식/분리막 등의 기술을 이용하여 이산화탄소를 농축/분리 하려는 시도들이 있어 왔으며, 이 중 습식아민법이 현재 가장 좋은 성능을 보이고 있다. 모노에탄올아민과 같은 알칸올아민과 N-메틸디에탄올아민(MEA) 등이 집중적으로 연구되었다.
하지만 상기 아민을 활용한 이산화탄소 포집 공정은 에너지 집약적으로 비용이 높고 대량의 이산화탄소를 분리하는데에 어려움이 있으며, 설비의 부식문제와 독성문제 등이 상존해 있다. 이러한 습식아민법의 재사용성 및 부식 문제를 제고하기 위하여 고체 흡수제의 이용이 대두되었고, 그 일환으로 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 활성탄 등의 다공성 흡착제의 물리 흡착에 관한 연구가 진행되었다. 하지만 이들 다공성 흡착제는 낮은 이산화탄소 선택성과 내수성이라는 문제를 안고 있다.
한편, 이온성액체는 비휘발성, 비인화성, 높은 열적 안정성, 다양한 이용가능성 때문에 이산화탄소 포집을 위한 대체물질로 제안되고 있다. 고압에서 이산화탄소가 이미다졸리움 기반의 이온성액체에 녹을 수 있다는 사실이 발견되었고, 이온성액체의 양이온에 도입된 아민그룹이 해당 이온성액체의 이산화탄소 용해도를 상당히 높여준다는 결과 또한 보고되었다. 이후 많은 형태의 아민그룹을 포함하는 이온성액체가 연구되었는데 아미노산도 이들 중 한가지 형태로 볼 수 있다.
이에 따라, 본 발명자들은 넓은 표면적을 가지는 다공성의 지지체에 이온성액체를 담지한 후, 이온교환과정 및 교환된 이온과 아미노산과의 중화반응을 통하여 아민 작용기를 도입함으로써, 종래에 아민을 활용한 이산화탄소 흡착법에서 발생하는 독성문제, 부식문제, 낮은 재사용성의 문제가 해결되고, 우수한 열적안정성과 흡착성능을 가진 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법에 관한 발명을 완성하였다.
관련 종래기술로는, 대한민국 등록특허 제10-1071774호(아마이드로부터 유도된 이온성 액체계 이산화탄소 흡수제), 대한민국 등록특허 제10-1122714호(함불소올레핀을 포함한 이미다졸륨계 이온성액체 화합물을 이용한 이산화탄소 흡수제) 등이 있다.
본 발명의 목적은, 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 제조함으로써, 종래에 아민을 활용한 이산화탄소 흡착법에서 발생하는 독성문제, 부식문제, 낮은 재사용성의 문제가 해결되고, 우수한 열적안정성과 흡착성능을 가진 이산화탄소 흡착제 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 제공한다.
상기 이온성액체는 (1) 1-메틸이미다졸(1-methylimidazole)에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란((3-chloropropyl)trimethoxysilane) 을 첨가한 후, 질소분위기에서 교반하며 가열하는 단계; (2) 상기 (1)단계에서 제조된 혼합물을 상온에서 냉각시킨 후, 디에틸에테르(diethyl ether)를 이용하여 워싱(washing)하는 단계; (3) 상기 (2)단계에서 워싱하는 단계를 거친 시료를 농축하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에서 수득한 농축물을 건조하는 단계; 를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 지지체는 제올라이트, 알루미나, 활성탄 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 실리카는 MSU(Mishigan state University)계열, SBA(Santa Barbara)계열, MCM(Mobil Composition of Matter, Mobil Co.)계열 및 KIT(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)계열로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 아미노산은 발린(valine,Val), 류신(leucine,Leu), 이소류신(isoleucine,Ile), 메티오닌(methionine,Met), 페닐알라닌(phenylalanine,Phe), 아스파라긴(asparagine,Asn), 글루탐산(glutamic acid,Glu), 아스파르트산(aspartic acid,Asp), 글라이신(glycine,Gly), 알라닌(alanine,Ala), 세린(serine,Ser), 트레오닌(threonine,Thr), 시스테인(cysteine,Cys), 프롤린(proline,Pro), 글루타민(glutamine,Glu), 히스티딘(histidine,His), 라이신(lysine,Lys), 아르기닌(arginine,Arg), 타이로신(tyrosine,Tyr), 트립토판(tryptophan,Trp)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (1) 이온성액체를 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계에서 제조된 이온성액체에 다공성 지지체를 넣고 교반하는 단계; (3) 상기 (2)단계에서 교반단계를 거친 시료를 여과 후 추출하는 단계; (4) 상기 (3)단계에서 추출한 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액을 넣고 교반하여 이온교환 후 세척하는 단계; 및 (5) 상기 (4)단계에서 이온교환 및 세척단계를 거친 다공성 지지체에 아미노산 및 증류수를 넣고 교반하여 아민 작용기를 도입하는 단계; 를 포함하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법을 제공한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (2)단계에서 교반과정은 50 내지 70℃ 에서, 20 내지 30시간 동안 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (3)단계에서 추출 과정은 디클로로메탄(dichloromethane)을 용매로 하여 속슬렛추출기(soxhlet extractor)를 사용하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (4)단계에서 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액은 수산화나트륨(NaOH) 용액, 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 수산화암모늄(NH4OH) 용액인 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (5)단계에서 아민 작용기 도입을 위한 교반시간은 20 내지 30 시간인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제 및 제조방법을 제공함으로써,
우수한 이산화탄소 흡착성능, 높은 이산화탄소 선택성, 뛰어난 열적안정성 및 재생성을 가지는 이산화탄소 포집용 흡착제를 제조함으로써, 이산화탄소 배출로 인한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제들의 질소흡탈착 등온선이다.(OMS:ordered mesoporous silica, IL:ionic liquid)
도 2는 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제들의 기공크기분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에서 제조한 아미노산(Gly, Lys) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제들에서 각 아미노산 작용기의 고정 여부 확인을 위하여 퓨리에 변환 적외선 분광기(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)를 이용하여 각 흡착제들의 스펙트럼을 측정한 것이다. (SBA-IL(Cl): SBA에 담지된 이온성액체의 이온교환 전, SBA-IL(OH): SBA에 담지된 이온성액체의 이온교환 후)
도 4는 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제들의 이온성액체의 담지량을 열중량분석(Thermal gravimetric analysis, TGA)을 통하여 측정한 그래프 이다.
도 5는 열중량분석을 통하여 단일담지, 이중담지, 반응시간을 2배 늘린 담지법에 의한 이온성액체 담지량을 비교한 그래프이다 (SG-Cl: 단일담지, DG-Cl: 이중담지, IT-Cl: 반응시간을 2배 늘린 담지).
도 6은 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 온도에 따른 이산화탄소 흡착능을 열중량분석(TGA)를 이용하여 측정한 그래프 이다.
도 7은 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 탈착 후 재흡착의 재사용성을 열중량분석(TGA) 시스템의 사이클 테스트를 통하여 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 각각 도입된 이산화탄소 흡착제들의 이산화탄소 흡착능을 열중량분석(TGA)을 통하여 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 제공한다.
이온성액체는 양이온(cation)과 음이온(anion)으로 된 염으로 실온 부근에서도 액체 상태를 유지하는 용융염이다. 이온성액체의 일반적인 특징으로 종래의 분자성 유기용매와 비교하여 난연성이고, 폭발성이 낮고 넓은 온도 범위에서 안정하다. 또한 다양한 물질에 대한 높은 용해성 등을 특징으로 한다. 따라서 이산화탄소를 흡수, 재생하는 과정에서 흡수액에 의한 오염, 흡수액량의 감소, 흡수액의 대기 노출에 의한 공기 오염 및 회수를 위한 추가의 에너지, 흡수액에 의한 성분으로 물을 사용함으로써 야기되는 많은 문제들로부터 비교적 자유로울 수 있다. 따라서 이온성액체는 친환경 공정을 통하여 이산화탄소를 분리하는데 유용한 물질이다.
현재까지 이온성액체의 양이온으로 주로 활용되는 것은 이미다졸리움(imidazolium), 피리디늄(pyridinium), 4가 암모늄(quaternary ammonium), 포스포늄(phosphonium) 등의 유기 골격을 갖고 있는 것이다. 음이온으로는 할로겐, [BF4]-,[PF6]-, 불소를 도입한 아미드(예를 들면 (CF3SO2)2N-) 등이 있다. 이들 유도체를 포함하여 각종 각양 구조의 이온성액체가 개발되고 있는 가운데 본 발명에서는 하기와 같은 방법으로 이온성액체를 합성하였고, 이에 의하여 제조된 이온성액체를 "[Smim]Cl"(1-(트리-에톡시-실릴-프로필)-3-메틸-이미다졸리움 클로라이드, 1-(tri-ethoxy-silyl-propyl)-3-methyl-imidazolium chloride) 이라 명명 하였다. 본 발명의 이온성액체는 (1) 1-메틸이미다졸(1-methylimidazole)에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란((3-chloropropyl)trimethoxysilane) 을 첨가한 후, 질소분위기에서 교반하며 가열하는 단계; (2) 상기 (1)단계에서 제조된 혼합물을 상온에서 냉각시킨 후, 디에틸에테르(diethyl ether)를 이용하여 워싱(washing)하는 단계; (3) 상기 (2)단계에서 워싱하는 단계를 거친 시료를 농축하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에서 수득한 농축물을 건조하는 단계; 를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 다공성 지지체는 제올라이트, 알루미나, 활성탄 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 실리카는 MSU(Mishigan state University)계열, SBA(Santa Barbara)계열, MCM(Mobil Composition of Matter, Mobil Co.)계열 및 KIT(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)계열로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하나 이에 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명에서 아민 작용기 도입을 위해 사용한 상기 아미노산은 발린(valine,Val), 류신(leucine,Leu), 이소류신(isoleucine,Ile), 메티오닌(methionine,Met), 페닐알라닌(phenylalanine,Phe), 아스파라긴(asparagine,Asn), 글루탐산(glutamic acid,Glu), 아스파르트산(aspartic acid,Asp), 글라이신(glycine,Gly), 알라닌(alanine,Ala), 세린(serine,Ser), 트레오닌(threonine,Thr), 시스테인(cysteine,Cys), 프롤린(proline,Pro), 글루타민(glutamine,Glu), 히스티딘(histidine,His), 라이신(lysine,Lys), 아르기닌(arginine,Arg), 타이로신(tyrosine,Tyr) 및 트립토판(tryptophan,Trp)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (1) 이온성액체를 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계에서 제조된 이온성액체에 다공성 지지체를 넣고 교반하는 단계; (3) 상기 (2)단계에서 교반단계를 거친 시료를 여과 후 추출하는 단계; (4) 상기 (3)단계에서 추출한 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액을 넣고 교반하여 이온교환 후 세척하는 단계; 및 (5) 상기 (4)단계에서 이온교환 및 세척단계를 거친 다공성 지지체에 아미노산 및 증류수를 넣고 교반하여 아민 작용기를 도입하는 단계; 를 포함하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법을 제공한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (2)단계에서 교반과정은 50 내지 70℃에서, 20 내지 30시간 동안 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (3)단계에서 추출 과정은 디클로로메탄(dichloromethane)을 용매로 하여 속슬렛추출기(soxhlet extractor)를 사용하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착제의 제조방법 (4)단계에서 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액은 수산화나트륨(NaOH) 용액, 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 수산화암모늄(NH4OH) 용액인 것을 특징으로 한다.
상기 제조방법 (5)단계에서 아민 작용기 도입을 위한 교반시간은 20 내지 30 시간인 것을 특징으로 하는 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 이온성액체의 제조
1-메틸이미다졸(1-methylimidazole) 8.21g(0.1mol)에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란((3-chloropropyl)trimethoxysilane) 19.87g(0.1mol) 을 첨가한 후, 질소분위기에서 95℃ 온도로, 26시간 동안 교반하며 가열하였다. 이 과정에서 수득한 혼합물을 상온에서 냉각시킨 후, Thimble filter(ADVENTEC 88R)을 사용하여 디에틸에테르(diethyl ether)를 20ml씩 3번 투입시키며 워싱(washing) 하였다.
추출된 시료를 회전증발농축기(rotary evaporator)를 사용하여 농축하고, 수득한 농축물을 상온 및 진공 하에서 건조하는 과정을 거쳐 제조된 이온성액체를 "[Smim]Cl"(1-(트리-에톡시-실릴-프로필)-3-메틸-이미다졸리움 클로라이드, 1-(tri-ethoxy-silyl-propyl)-3-methyl-imidazolium chloride) 이라 명명 하였다.
실시예 2. 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조
본 발명에서는 이온성액체를 담지하기 위한 지지체로서 SBA-15 라고 하는 다공성 실리카를 사용하였는데, 이는 메조기공을 가짐과 동시에 마이크로기공 또한 가지고 있는 3차원 구조로 표면적이 높고 상대적으로 두터운 세공벽을 가지며 hydrothermal 안정성 또한 높아 흡착제로 사용하기에 매우 유용한 물질이다.
본 발명의 이산화탄소 흡착제를 제조하기 위하여 먼저, 150ml 클로로포름(chloroform)에 상기 실시예 1에서 제조된 이온성액체 [Smim]Cl 전구체 2.8g 을 넣고 용해시켰다. 여기에 SBA-15 2g 을 첨가하여 61℃ 에서 24시간 동안 교반하였다.
상기 수득된 시료를 클로로포름과 에테르를 이용하여 종이필터에 여과시키고, 속슬렛추출기에서 디클로로메탄을 용매로 하여 20시간 동안 환류시켜 이온성액체가 담지된 SBA-15를 추출하였다. 상기 추출된 SBA-15에 2.5M NaOH 용액을 첨가하고 4시간 동안 교반하여 SBA-15에 담지된 이온성액체의 Cl- 이온을 OH- 이온으로 치환시켰다. 이후, 증류수를 이용하여 3회의 세척과정을 거쳐 [Smim]+OH-SBA 를 수득하였다.
상기 수득된 [Smim]+OH-SBA 0.6g 에 1g 의 아미노산(Lysine, Glycine, Proline, Alanine 등) 과 50ml의 증류수를 첨가하여 24시간 동안 교반하여 중화반응 시킨 후 에탄올과 증류수로 여과시켜 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 제조하였다.
실험예 1. 원소분석
서울대학교 농생명과학공동기기원 안정성동위원소분석실에 측정을 의뢰하여 원소(C,N,S)분석기(모델명: Flash EA 1112 )를 통해 본 발명에서 제조한 이산화탄소 흡착제의 원소분석을 수행하였고, 그 결과는 [표 1]과 같다.
Figure pat00001
실험예 2. 이온성액체의 담지량 비교
본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제들의 열중량분석을 수행하여 각 흡착제의 이온성액체 담지량(amount loaded)을 비교하였고(도 4), 열중량분석 결과를 바탕으로 ASCII파일을 이용하여 다공성 지지체(SBA-15)에 담지되는 이온성액체의 담지량을 수치로 정확히 측정하였고, 그 결과는 [표 2]와 같다.
Figure pat00002
실험예 3. 단일담지, 이중담지 및 반응시간을 늘린 담지과정의 이온성액체 담지량 비교
다공성 지지체(SBA-15)에 담지되는 이온성 액체의 담지량에 있어서 최적의 효율을 보이는 조건을 찾기 위하여, 1) 단일담지(single graft) : 상기 실시예 1 및 2 의 과정 중 이온성액체의 제조단계부터 이온성 액체 [Smim]Cl- 와 SBA-15를 넣고 교반 후 속슬렛추출기를 이용하여 이온성액체가 담지된 SBA-15를 추출하는 단계까지 거친 후 시료를 수득하는 것 2) 이중담지(double grafting)：상기 단일담지의 과정을 2회 반복 실시하여 시료를 수득하는 것. 3) 반응시간을 늘린 2배 늘린 담지법(single graft with increased timing) : 상기 단일담지의 과정에서 이온성액체 [Smim]Cl- 및 SBA-15를 넣고 교반하는 단계에서 교반시간을 두 배로 늘려 48시간 동안 수행한 후 속슬렛 추출기를 이용하여 이온성액체가 담지된 SBA-15를 추출하여 시료를 수득하는 의 세 가지 방법으로 수득된 시료를 열중량분석을 통하여 SBA-15에 담지된 이온성액체의 담지량을 비교하였고 그 결과, [표 3]에서 보는 바와 같이 이중담지 한 경우 다공성 지지체(SBA-15)에 담지되는 이온성액체의 담지량이 가장 높았다.
Figure pat00003
실험예 4. 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 이산화탄소 흡착성능 분석
본 발명에서 제조한 이온성액체가 담지된 SBA-15에 아미노산 중 라이신(Lys) 의 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제를 20mg 취한다. 이후, 열중량분석기(신코 TGA N-1000) 의 pan에 로딩하고 전처리를 위하여 100℃ (승온속도 10/min)까지 승온시켜 60분간 유지 후, 상온(강온속도 30/min)으로 조정한다. 이후 60분간 100% CO2 분위기에서 흡수를 진행하며, 사이클 테스트에서는 105℃에서 30분간 탈착 후 재흡착하는 방법을 사용하였다.
그 결과, 도 6 및 표 4에서 보는 바와 같이 온도 변화에 따른 이산화탄소 흡착능은 낮은 온도에서 높은 이산화탄소 흡착능을 보였으나, 100℃의 높은 온도에서도 일정 수준의 이산화탄소 흡착능을 확인할 수 있었다.
Figure pat00004
상기 사이클 테스트 결과는 도 7및 표 5에서 보는 바와 같이 반복되는 사이클에도 재흡착되는 이산화탄소량이 높은 수준으로 나타나 우수한 이산화탄소 흡착제의 재사용성을 확인하였다.
Figure pat00005
실험예 5. 본 발명에서 제조한 아미노산(Lys, Gly, Pro, Ala) 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 이산화탄소 흡착성능 비교분석
본 발명에서 제조한 이온성액체가 담지된 SBA-15에 아미노산 중 라이신(Lys), 글라이신(Gly), 프롤린(Pro), 알라닌(Ala) 의 아민 작용기가 각각 도입된 이산화탄소 흡착제들 각각에서 20mg 씩 취한다. 이후, 열중량분석기(신코 TGA N-1000) 의 pan에 로딩하고 전처리를 위하여 100 (승온속도 10/min)까지 승온시켜 60분간 유지 후, 상온(강온속도 30/min)으로 조정한다. 이후 60분간 100% CO2 분위기에서 흡수를 진행한다.
그 결과, 도 8 및 표 6 에서 보는 바와 같이 아미노산 중에서 높은 농도의 아민 작용기를 가지고 있는 라이신 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제에서 가장 높은 이산화탄소 흡착 성능을 보였고, 라이신에 이어 글라이신, 프롤린, 알라닌 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제도 모두 비슷한 수치로 높은 이산화탄소 흡착성능을 보였다.
Figure pat00006
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온성액체는 하기와 같은 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제.
    (1) 1-메틸이미다졸(1-methylimidazole)에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란((3-chloropropyl)trimethoxysilane) 을 첨가한 후, 질소분위기에서 교반하며 가열하는 단계;
    (2) 상기 (1)단계에서 제조된 혼합물을 상온에서 냉각시킨 후, 디에틸에테르(diethyl ether)를 이용하여 워싱(washing)하는 단계;
    (3) 상기 (2)단계에서 워싱하는 단계를 거친 시료를 농축하는 단계; 및
    (4) 상기 (3)단계에서 수득한 농축물을 건조하는 단계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 지지체는 제올라이트, 알루미나, 활성탄 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실리카는 MSU(Mishigan state University)계열, SBA(Santa Barbara)계열, MCM(Mobil Composition of Matter, Mobil Co.)계열 및 KIT(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)계열로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아미노산은 발린(valine,Val), 류신(leucine,Leu), 이소류신(isoleucine,Ile), 메티오닌(methionine,Met), 페닐알라닌(phenylalanine,Phe), 아스파라긴(asparagine,Asn), 글루탐산(glutamic acid,Glu), 아스파르트산(aspartic acid,Asp), 글라이신(glycine,Gly), 알라닌(alanine,Ala), 세린(serine,Ser), 트레오닌(threonine,Thr), 시스테인(cysteine,Cys), 프롤린(proline,Pro), 글루타민(glutamine,Glu), 히스티딘(histidine,His), 라이신(lysine,Lys), 아르기닌(arginine,Arg), 타이로신(tyrosine,Tyr), 트립토판(tryptophan,Trp)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제.
  6. (1) 이온성액체를 제조하는 단계;
    (2) 상기 (1)단계에서 제조된 이온성액체에 다공성 지지체를 넣고 교반하는 단계;
    (3) 상기 (2)단계에서 교반단계를 거친 시료를 여과 후 추출하는 단계;
    (4) 상기 (3)단계에서 추출한 이온성액체가 담지된 다공성 지지체에 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액을 넣고 교반하여 이온교환 후 세척하는 단계; 및
    (5) 상기 (4)단계에서 이온교환 및 세척단계를 거친 다공성 지지체에 아미노산 및 증류수를 넣고 교반하여 아민 작용기를 도입하는 단계; 를 포함하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (2)단계에서 교반과정은 50 내지 70℃ 에서, 20 내지 30시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (3)단계에서 추출 과정은 디클로로메탄(dichloromethane)을 용매로 하여 속슬렛추출기(soxhlet extractor)를 사용하여 진행되는 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (4)단계에서 수산화기(-OH)를 포함하는 염기성 용액은 수산화나트륨(NaOH) 용액, 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 수산화암모늄(NH4OH) 용액인 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (5)단계에서 아민 작용기 도입을 위한 교반시간은 20 내지 30 시간인 것을 특징으로 하는 아미노산 기반 아민 작용기가 도입된 이산화탄소 흡착제의 제조방법.

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