KR20220085021A - A method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide and carbon disulfide produced therefrom, and a separation device comprising the granular adsorbent - Google Patents

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방진아
쑤안 칸 응우옌
강준호
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Abstract

본 발명은 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법, 이에 의해 제조된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제 및 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초기 습식 함침법 및 초음파 처리 공정을 동시에 수행하고, 함침 용액의 함량과 흡착제의 평균 입경을 최적화된 범위로 조절하여 입상형 흡착제를 제조함으로써 흡착제 내에 금속 이온이 고르고 균일하게 함침되어 일산화탄소 및 이황화탄소의 흡착능을 현저히 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 강산 또는 강염기와 같은 용매를 사용하지 않아 물성 안정성이 매우 우수하고, 압력강하 또는 라인오염 등의 문제가 발생하지 않으며, 제조 공정이 간단한 이점이 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide prepared thereby, and a separation device comprising the granular adsorbent, and more particularly, to an initial wet process By simultaneously performing the impregnation method and the ultrasonic treatment process, and adjusting the content of the impregnation solution and the average particle size of the adsorbent to an optimized range, the granular adsorbent is manufactured, so that the metal ions are evenly and uniformly impregnated in the adsorbent to significantly improve the adsorption capacity of carbon monoxide and carbon disulfide. can be improved In addition, it does not use a solvent such as a strong acid or a strong base, so the physical property stability is very good, problems such as pressure drop or line contamination do not occur, and the manufacturing process is simple.

Description

일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법, 이에 의해 제조된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제 및 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치{A method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide and carbon disulfide produced therefrom, and a separation device comprising the granular adsorbent}A method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide prepared thereby, and a separation device comprising the granular adsorbent {A method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide and carbon disulfide produced therefrom, and a separation device comprising the granular adsorbent}

본 발명은 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법, 이에 의해 제조된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제 및 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide prepared thereby, and a separation device comprising the granular adsorbent.

철강 산업에서 발생하는 부생가스인 LDG(Linz-Donawiz Converter Gas), FOG(Finex Off Gas) 및 BFG(Blast Furnace Gas)는 각각 약 78%, 30%, 25%의 다량의 일산화탄소를 포함하고 있다. 연간 산업 부생가스의 발생량은 CO 2,046 만톤이나 경제성 있는 분리기술의 부족으로 저부가가치인 발전용으로 주로 사용되고 있다. LDG (Linz-Donawiz Converter Gas), FOG (Finex Off Gas) and BFG (Blast Furnace Gas), which are by-product gases generated in the steel industry, contain a large amount of carbon monoxide of about 78%, 30%, and 25%, respectively. The annual amount of industrial by-product gas is 20.46 million tons of CO, but it is mainly used for low value-added power generation due to the lack of economical separation technology.

일산화탄소의 발생원이 다양해짐에 따라 아세트산, 메탄올, 포름산 등으로의 고부가가치화가 가능한 일산화탄소의 회수에 대한 연구가 진행되어 왔다. 현재 일산화탄소를 회수하기 위한 기술로서 주로 흡수법, 심냉법, 흡착법이 연구되고 있다. 흡수 공정의 경우 흡수제로서 유무기 복합체를 사용하게 되는데, 흡수제의 수분 및 황화수소 등에 대한 안정성 문제와 높은 에너지 비용 등이 문제가 된다. 심냉법 또한 공정의 크기가 큰데 반해 작동이 간단치 않고 흡수법 및 흡착법의 일 회수율 대비 순도가 떨어지며 저온 증류에 따른 에너지비용 및 플랜트 비용이 높아진다는 단점이 있다. 흡착법은 일산화탄소에 선택도가 높은 흡착제를 사용하여 압력의 차이를 통해 분리 및 회수가 진행되므로 상기 두 공정과 비교하였을 때 에너지와 비용 측면에서 일산화탄소의 회수에 유리한 장점이 있다. As the sources of carbon monoxide are diversified, research has been conducted on the recovery of carbon monoxide, which can be converted into acetic acid, methanol, formic acid, etc., with high added value. Currently, absorption methods, deep cooling methods, and adsorption methods are being studied as technologies for recovering carbon monoxide. In the case of the absorption process, an organic-inorganic composite is used as an absorbent, but there are problems such as stability problems with respect to moisture and hydrogen sulfide of the absorbent and high energy cost. The deep cooling method also has a large process size, but it is not easy to operate, and the purity compared to the daily recovery rate of absorption and adsorption methods is lowered, and energy cost and plant cost due to low temperature distillation are high. Since the adsorption method uses an adsorbent with high selectivity to carbon monoxide and separation and recovery are performed through a pressure difference, there is an advantage in the recovery of carbon monoxide in terms of energy and cost compared to the above two processes.

철강 산업 부생가스는 주로 이산화탄소와 일산화탄소, 및 미량의 다른 가스들로 이루어져 있기 때문에 흡착법을 통한 부생가스로부터의 일산화탄소 회수에는 일산화탄소의 흡착량이 높으며 이산화탄소 대비 일산화탄소의 선택도가 높은 흡착제가 이용된다. 일반적으로 제올라이트, 활성탄계 흡착제에 1가 구리를 담지하는 연구가 주를 이루고 있다[비특허문헌 1]. 보헤마이트 계열에 1가 구리를 담지하는 연구도 최근 활발히 이루어지고 있으며 해당 연구들 역시 일산화탄소의 흡착량과 이산화탄소 대비 일산화탄소의 선택도 향상에 중점을 두고 있다.Since the by-product gas of the steel industry mainly consists of carbon dioxide, carbon monoxide, and trace amounts of other gases, an adsorbent having a high adsorption amount of carbon monoxide and a high selectivity of carbon monoxide to carbon dioxide is used to recover carbon monoxide from the by-product gas through the adsorption method. In general, research on supporting monovalent copper on zeolite or activated carbon-based adsorbents has been mainly conducted [Non-Patent Document 1]. Research on supporting monovalent copper on boehmite has been actively conducted recently, and these studies also focus on improving the adsorption amount of carbon monoxide and the selectivity of carbon monoxide to carbon dioxide.

1가 구리 화합물을 흡착제에 담지하는 방법으로는 주로 습식 담지법(normal wet impregnation)과 고상 열처리법이 알려져 있다. 습식 담지법의 경우 1가 또는 2가의 구리화합물을 용매에 용해한 후 흡착제와 교반 및 혼합하는 방법으로, 1가 구리 화합물을 사용할 경우에는 수용액 상에 잘 용해되지 않는 성질로 인해 염산이나 암모니아 수용액 같은 강산이나 강염기 용매를 사용하며, 2가 구리 화합물을 사용할 경우는 수용액에는 용해가 잘 이루어지나 이후 수소 또는 일산화탄소로 환원하는 과정이 필요하다. 고상 열처리법의 경우는 1가 구리 화합물과 흡착제를 물리적으로 혼합 후 고온에서의 열처리를 통해 구리를 분산시키는 방법이다. As a method of supporting a monovalent copper compound on an adsorbent, a wet impregnation method and a solid-state heat treatment method are mainly known. In the wet loading method, a monovalent or divalent copper compound is dissolved in a solvent and then stirred and mixed with an adsorbent. When a monovalent copper compound is used, it is not soluble in an aqueous solution. However, if a strong basic solvent is used and a divalent copper compound is used, it dissolves well in an aqueous solution, but a reduction process with hydrogen or carbon monoxide is required. In the case of the solid-state heat treatment method, copper is dispersed through heat treatment at a high temperature after physically mixing a monovalent copper compound and an adsorbent.

특히 이러한 방법들은 모두 입상 형태의 흡착제에는 적용하기 어려운데, 습식 담지법의 경우 사용하는 용매에 따라 흡착제 고유의 물성이 변화할 수 있으며 혼합 용액과 흡착제를 교반하는 과정에서 교반기에 의한 흡착제의 파괴가 일어나기 쉬운 단점이 있다. 또한 고상 열처리법의 경우 주로 볼밀 분쇄기를 사용하여 물리적으로 혼합시키기 때문에 입상형 흡착제로의 적용이 어렵다. 뿐만 아니라 구리 담지된 흡착제들은 주로 고상 열처리법을 통해 구리를 담지하며, 대부분 분말 형태를 띄고 있기 때문에 공정에 적용하기 위해서는 개발된 분말 흡착제를 성형하는 추가 공정이 필요하다.In particular, all of these methods are difficult to apply to granular adsorbents. In the case of wet loading, the inherent physical properties of the adsorbent may change depending on the solvent used. There are easy downsides. In addition, in the case of the solid-state heat treatment method, it is difficult to apply the granular adsorbent because it is physically mixed using a ball mill grinder. In addition, copper-supported adsorbents mainly support copper through a solid-state heat treatment method, and since most of them are in powder form, an additional process of molding the developed powder adsorbent is required for application to the process.

한편, 이황화탄소는 산지에 따라서 원유에 1 ppm 아래의 농도부터 300 ppm까지 다양한 농도로 함유되어 있다. 이황화탄소는 석유 화학 공정에서 수소발생 촉매를 오염시키고 황화수소로 변환되어 부식을 일으키기 때문에 1 내지 2 ppm 이하까지 제거되어야 하는 화학종이다.On the other hand, carbon disulfide is contained in crude oil in various concentrations from below 1 ppm to 300 ppm depending on the production area. Carbon disulfide is a chemical species that must be removed up to 1 to 2 ppm or less because it contaminates a hydrogen-generating catalyst in a petrochemical process and causes corrosion by being converted to hydrogen sulfide.

석유 화학 공정에서 산성 오염물들과 황화수소는 부식성 세척(caustic wash)으로 제거하고 있으나, 이황화탄소는 이 과정에서 효과적으로 제거되지 않는다. 그렇기 때문에 이황화탄소를 제거하기 위해서는 추가적인 공정이 요구된다. 이황화탄소를 제거하는 방식으로는 하이드로트리터(Hydrotreater), 분별증류법, 흡착법, 등으로 크게 3종류가 있다. 하이드로트리터(Hydrotreater)의 경우 다른 오염물들도 함께 제거할 수 있다는 장점이 있지만, 이미 보유하고 있는 시설을 이용하는 것이 아니라면 설치비용이 비싸며 수소 기체를 충분히 확보해야 하는 어려움이 있다. 분별증류는 설치비용이 값싸지만 상당한 양의 생성물들도 함께 버려질 수 있으며, 운용비용이 비싸다는 단점이 있다. 흡착법의 경우 위의 두 공정의 중간 정도의 설치비용이 들며, 재생하는데 필요한 에너지 요구량이 가장 적고 매우 적은 양의 이황화탄소 수준의 생성물을 생산하는 데에 적합하다는 장점을 가지고 있다.In petrochemical processes, acid contaminants and hydrogen sulfide are removed by a caustic wash, but carbon disulfide is not effectively removed in this process. Therefore, an additional process is required to remove carbon disulfide. There are three main types of carbon disulfide removal methods: hydrotreater, fractional distillation, and adsorption method. In the case of a hydrotreater, it has the advantage of being able to remove other contaminants as well, but if you do not use the facility you already have, the installation cost is high and there is a difficulty in securing sufficient hydrogen gas. Fractional distillation is inexpensive to install, but has disadvantages in that a significant amount of products can be thrown away together, and operating costs are high. In the case of the adsorption method, the installation cost is intermediate between the above two processes, the energy required for regeneration is the lowest, and it has the advantage of being suitable for producing a very small amount of carbon disulfide level product.

현재 제올라이트 13X와 4A, 5A는 황화합물을 제거하는 용도로 상용화되어 있지만, 이황화탄소는 다른 탄화수소들에 비해 흡착력이 낮아 제거되지 않고 있다. 이황화탄소 제거에는 높은 선택성을 가진 흡착제가 필요하며 해외에서는 금속이온을 Ba으로 교환한 제올라이트와 같이 특수한 흡착제를 사용하고 있으나, 여전히 낮은 흡착력은 해결해야 될 과제로 남아 있다.Currently, zeolites 13X, 4A, and 5A are commercialized for the purpose of removing sulfur compounds, but carbon disulfide is not removed due to its low adsorption power compared to other hydrocarbons. An adsorbent with high selectivity is required to remove carbon disulfide, and special adsorbents such as zeolite in which metal ions are exchanged for Ba are used abroad, but low adsorption capacity still remains a problem to be solved.

Xue, C., Hao, W., Cheng, W., Ma, J., & Li, R. (2019). CO Adsorption Performance of CuCl/Activated Carbon by Simultaneous Reduction―Dispersion of Mixed Cu(II) Salts. Materials, 12(10), 1605. Xue, C., Hao, W., Cheng, W., Ma, J., & Li, R. (2019). CO Adsorption Performance of CuCl/Activated Carbon by Simultaneous Reduction—Dispersion of Mixed Cu(II) Salts. Materials, 12(10), 1605.

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 초기 습식 함침법 및 초음파 처리 공정을 동시에 수행하여 일산화탄소의 흡착능이 현저히 향상된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, in which the carbon monoxide adsorption capacity is significantly improved by performing the initial wet impregnation method and the ultrasonic treatment process at the same time.

또한 본 발명은 강산 또는 강염기와 같은 용매를 사용하지 않아 물성 안정성이 우수한 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, which does not use a solvent such as a strong acid or a strong base and has excellent physical stability.

또한 본 발명은 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a separation device comprising the granular adsorbent.

본 발명은 금속 전구체 및 용제를 포함하는 함침 용액을 제조하는 단계; 상기 함침 용액 및 입상의 흡착제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 초기 습윤 함침법과 동시에 초음파 처리하여 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계; 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 입상의 흡착제를 불활성 가스 하에 열처리하여 상기 금속 전구체가 금속 이온으로 환원된 입상형 흡착제를 제조하는 단계;를 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing an impregnation solution containing a metal precursor and a solvent; preparing a mixed solution by mixing the impregnating solution and the granular adsorbent; preparing a granular adsorbent in which the metal precursor is partially or entirely impregnated inside or on the surface of the granular adsorbent by sonicating the mixed solution simultaneously with the initial wet impregnation method; drying the granular adsorbent impregnated with the metal precursor; and heat-treating the dried granular adsorbent under an inert gas to prepare a granular adsorbent in which the metal precursor is reduced to metal ions.

또한 본 발명은 입상의 흡착제; 및 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 함침된 금속 이온;을 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제를 제공한다.In addition, the present invention is a granular adsorbent; And it provides a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation comprising a; and metal ions impregnated in part or entirely in the interior or surface of the granular adsorbent.

또한 본 발명은 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치를 제공한다.The present invention also provides a separation device comprising the granular adsorbent.

본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제는 초기 습식 함침법 및 초음파 처리 공정을 동시에 수행하고, 함침 용액의 함량과 흡착제의 평균 입경을 최적화된 범위로 조절하여 입상형 흡착제를 제조함으로써 흡착제 내에 금속 이온이 고르고 균일하게 함침되어 부생가스 내 일산화탄소와 액상 황화합물 내 이황화탄소의 흡착능을 현저히 향상시킬 수 있다.The granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention performs an initial wet impregnation method and an ultrasonic treatment process at the same time, and adjusts the content of the impregnation solution and the average particle diameter of the adsorbent to an optimized range to prepare a granular adsorbent. The metal ions are evenly and uniformly impregnated in the inside, so that the adsorption capacity of carbon monoxide in the by-product gas and carbon disulfide in the liquid sulfur compound can be significantly improved.

또한 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제는 강산 또는 강염기와 같은 용매를 사용하지 않아 물성 안정성이 매우 우수하고, 압력강하 또는 라인오염 등의 문제가 발생하지 않으며, 제조 공정이 간단한 이점이 있다.In addition, the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention does not use a solvent such as a strong acid or strong base, so it has very excellent physical stability, does not cause problems such as pressure drop or line contamination, and has a simple manufacturing process There is this.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입자형 흡착제의 제조장치 구성도를 계략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 흡착 평형 압력에 따른 CO 흡착량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1, 3 내지 6 및 비교예 4에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 흡착 평형 압력에 따른 CO 흡착량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 5에서 제조된 입자형 흡착제와 비교예 4의 상용 입상형 흡착제를 채운 흡착탑을 이용하여 혼합 기체를 흘려준 후 시간에 따른 파과 능력을 분석한 결과 그래프이다.
1 schematically shows a configuration diagram of an apparatus for manufacturing a particulate adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide according to the present invention.
2 shows the results of analysis of the amount of CO adsorption according to the adsorption equilibrium pressure for the particulate adsorbents prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 according to the present invention.
3 shows the results of analysis of the amount of CO adsorption according to the adsorption equilibrium pressure for the particulate adsorbents prepared in Examples 1, 3 to 6 and Comparative Example 4 according to the present invention.
4 is a graph showing the results of analysis of breakthrough ability over time after flowing a mixed gas using the adsorption tower filled with the particulate adsorbent prepared in Example 5 and the commercial granular adsorbent of Comparative Example 4 according to the present invention.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of one embodiment.

본 발명은 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법, 이에 의해 제조된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제 및 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide prepared thereby, and a separation device comprising the granular adsorbent.

앞서 설명한 바와 같이, 기존에는 1가 구리 화합물을 흡착제에 담지하는 방법으로 습식 담지법 또는 고상 열처리법을 이용하여 제조하였다. 그러나 이러한 방법들은 입상 형태의 흡착제에 적용이 어려우며 강산 또는 강염기와 같은 용매에 따라 흡착제 고유 물성이 변화 또는 파괴가 일어날 수 있고, 분말 흡착제로의 성형 공정이 추가되어 제조공정이 복잡한 단점이 있다.As described above, conventionally, as a method of supporting a monovalent copper compound on an adsorbent, it was prepared using a wet supporting method or a solid-state heat treatment method. However, these methods are difficult to apply to granular adsorbents, and the intrinsic properties of the adsorbent may be changed or destroyed depending on solvents such as strong acids or strong bases.

이에 본 발명에서는 초기 습식 함침법 및 초음파 처리 공정을 필수로 동시에 수행하고, 함침 용액의 함량과 흡착제의 평균 입경을 최적화된 범위로 조절하여 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제를 제조함으로써 흡착제 내에 금속 이온이 고르고 균일하게 함침되어 부생가스 내 일산화탄소 또는 액상 황화합물 내 이황화탄소의 흡착능을 현저히 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 강산 또는 강염기와 같은 용매를 사용하지 않아 물성 안정성이 매우 우수하고, 압력강하 또는 라인오염 등의 문제가 발생하지 않으며, 제조 공정이 간단한 이점이 있다.Therefore, in the present invention, the initial wet impregnation method and the ultrasonic treatment process are essentially simultaneously performed, and the content of the impregnation solution and the average particle size of the adsorbent are adjusted to an optimized range to prepare a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation. Ions are evenly and uniformly impregnated to significantly improve the adsorption capacity of carbon monoxide in by-product gas or carbon disulfide in liquid sulfur compounds. In addition, it does not use a solvent such as a strong acid or a strong base, so the physical property stability is very good, problems such as pressure drop or line contamination do not occur, and the manufacturing process is simple.

구체적으로 본 발명은 금속 전구체 및 용제를 포함하는 함침 용액을 제조하는 단계(S1); 상기 함침 용액 및 입상의 흡착제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(S2); 상기 혼합 용액을 초기 습윤 함침법과 동시에 초음파 처리하여 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계(S3); 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 건조하는 단계(S5); 및 상기 건조된 입상의 흡착제를 불활성 가스 하에 열처리하여 상기 금속 전구체가 금속 이온으로 환원된 입상형 흡착제를 제조하는 단계(S6);를 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법을 제공한다.Specifically, the present invention comprises the steps of preparing an impregnation solution containing a metal precursor and a solvent (S1); preparing a mixed solution by mixing the impregnation solution and the granular adsorbent (S2); preparing a granular adsorbent in which the metal precursor is partially or entirely impregnated inside or on the surface of the granular adsorbent by ultrasonically treating the mixed solution at the same time as the initial wet impregnation method (S3); drying the granular adsorbent impregnated with the metal precursor (S5); and heat-treating the dried granular adsorbent under an inert gas to prepare a granular adsorbent in which the metal precursor is reduced to metal ions (S6); providing a method for producing a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation comprising a; do.

이하에서는 각 단계별로 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, each step will be described in detail.

(S1) 혼합 용액을 제조하는 단계(S1) preparing a mixed solution

상기 (S1) 단계는 금속 전구체 및 용제를 포함하는 함침 용액을 제조하는 단계일 수 있다. 상기 (S1) 단계에서 금속 전구체는 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 팔라듐, 루비듐 및 바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 전구체일 수 있다. 바람직하게는 구리, 니켈 또는 이들의 혼합물을 포함하는 전구체일 수 있고, 가장 바람직하게는 구리 전구체일 수 있다. The step (S1) may be a step of preparing an impregnation solution containing a metal precursor and a solvent. In step (S1), the metal precursor may be a precursor including at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, chromium, molybdenum, palladium, rubidium, and barium. Preferably, it may be a precursor comprising copper, nickel, or a mixture thereof, and most preferably a copper precursor.

특히, 상기 구리 전구체는 상기 입상의 흡착제에 함침되어 열처리를 통해 구리 이온으로 변환될 수 있으며, 변화된 구리 이온은 일산화탄소와의 흡착 능력이 우수하여 일산화탄소 선택도를 현저히 향상시킬 수 있다. 일반적으로 기존 일산화탄소 분리용 흡착제에는 흡착 성능이 우수한 구리 1가 이온이 사용되고 있으나, 구리 1가 이온을 포함한 CuCl 전구체는 물에 녹지 않고, 강산(HCl)에만 용해되어 물 대신 강산을 사용한 습식 담지법으로 제조되기 때문에 그 제조방법이 제한적이며 강산으로 인해 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 흡착제 내부에 구리 전구체가 충분히 함침되지 않아 과량의 구리 전구체를 사용하여 제조 원가가 많이 드는 단점이 있다.In particular, the copper precursor may be impregnated with the granular adsorbent to be converted into copper ions through heat treatment, and the changed copper ions may have excellent adsorption capacity with carbon monoxide, thereby remarkably improving carbon monoxide selectivity. In general, copper monovalent ions with excellent adsorption performance are used in conventional adsorbents for carbon monoxide separation. However, CuCl precursor containing copper monovalent ions is not soluble in water and only dissolves in strong acid (HCl). Since it is manufactured, the manufacturing method thereof is limited, and there is a problem of poor stability due to strong acid. In addition, since the copper precursor is not sufficiently impregnated in the adsorbent, there is a disadvantage in that the manufacturing cost is high by using an excessive amount of the copper precursor.

그러나 본 발명에서는 초기 습식 함침법(incipient wet impregnation) 및 초음파 처리 공정을 동시에 처리하여 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 구리 2가 이온을 포함한 구리 전구체를 고르게 함침시킨 후 열처리를 이용한 환원 과정을 거쳐 구리 2가 이온을 구리 1가 이온으로 환원시킬 수 있다.However, in the present invention, the copper precursor including copper divalent ions is uniformly impregnated inside or on the surface of the granular adsorbent by simultaneously treating the incipient wet impregnation and the ultrasonic treatment process, and then undergoes a reduction process using heat treatment to reduce copper A divalent ion can be reduced to a copper monovalent ion.

이에 따라 상기 구리 전구체는 기존의 구리 1가 이온이 가진 한계점을 개선하기 위해 구리 1가 이온 대신 구리 2가 이온을 포함한 구리 전구체로서, CuCl2, Cu(HCOO)2 및 Cu(NO3)2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히, 상기 구리 전구체로 CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물을 사용하는 경우 CuCl2 또는 Cu(HCOO)2를 각각 단독 사용하는 경우에 비해 혼합 용액 내에서 환원 반응이 일어나 구리 1가 이온이 혼합 용액 내에서 생성될 수 있기 때문에 CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.Accordingly, the copper precursor is a copper precursor containing copper divalent ions instead of copper monovalent ions in order to improve the limitations of the existing copper monovalent ions, CuCl 2 , Cu(HCOO) 2 and Cu(NO 3 ) 2 At least one selected from the group consisting of may be used, and preferably a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 may be used. In particular, when a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 is used as the copper precursor, a reduction reaction occurs in the mixed solution compared to when CuCl 2 or Cu(HCOO) 2 is used alone, respectively, and monovalent copper ions are mixed It is recommended to use a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 as it can be formed in solution.

상기 용제는 물, 톨루엔, 에틸아세테이트 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 물, 톨루엔 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 물일 수 있다.The solvent may be at least one selected from the group consisting of water, toluene, ethyl acetate and acetonitrile, preferably water, toluene, or a mixture thereof, and most preferably water.

(S2) 혼합 용액을 제조하는 단계(S2) preparing a mixed solution

상기 (S2) 단계는 상기 함침 용액 및 입상의 흡착제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계일 수 있다. The step (S2) may be a step of preparing a mixed solution by mixing the impregnation solution and the granular adsorbent.

상기 입상의 흡착제는 기존 마이크로 크기의 분말형 흡착제에 비해 평균 입경이 크고, 흡착제를 충전탑에 사용 시 발생하는 압력 강하를 현저히 개선할 수 있으며, 흡착제 사용 후 재생의 용이성이 있다. 또한 넓은 기공 표면적을 지니며, 작은 기공 크기를 가져 높은 분자량을 갖는 불순물 대신 일산화탄소와 같은 작은 분자량을 흡착하는 흡착력이 우수한 이점이 있다.The granular adsorbent has an average particle diameter larger than that of a conventional micro-sized powder adsorbent, can significantly improve the pressure drop that occurs when the adsorbent is used in a packed tower, and is easy to regenerate after using the adsorbent. In addition, it has a large pore surface area and has a small pore size, so it has an advantage of excellent adsorption ability to adsorb small molecular weight such as carbon monoxide instead of impurities having high molecular weight.

즉, 상기 입상의 흡착제는 일산화탄소에 대하여 높은 흡착능을 가지며, 안정성이 우수하여 공정에 바로 적용하여도 압력강하 또는 라인 오염 등의 문제가 발생하지 않는 이점이 있다. That is, the granular adsorbent has a high adsorption capacity for carbon monoxide and has excellent stability so that problems such as pressure drop or line contamination do not occur even when directly applied to the process.

상기 입상의 흡착제는 활성탄, 활성 알루미나, 활성 제올라이트, 활성 백토, 활성 벤토나이트, 활성 규조토 및 활성 실리카로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 활성탄, 활성 알루미나 및 활성 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 활성탄, 활성 알루미나 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 활성탄일 수 있다.The granular adsorbent may be at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina, activated zeolite, activated clay, activated bentonite, activated diatomaceous earth, and activated silica. Preferably, it may be at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina and activated zeolite, more preferably activated carbon, activated alumina, or a mixture thereof, and most preferably activated carbon.

상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 250 내지 5000 ㎛, 바람직하게는 300 내지 2000 ㎛, 더욱 바람직하게는 400 내지 1000 ㎛, 가장 바람직하게는 450 내지 800 ㎛일 수 있다. 또한 기공 크기가 0.1 내지 50 nm, 바람직하게는 0.2 내지 40 nm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 10 nm, 가장 바람직하게는 0.5 내지 3 nm일 수 있다. 이때, 상기 흡착제의 평균 입경이 250 ㎛ 미만이거나, 기공 크기가 0.1 nm 미만이면 입자 크기가 너무 작아 흡착제들끼리 응집되어 분산성이 떨어질 수 있고, 반대로 평균 입경이 5000 ㎛ 초과이거나, 기공 크기가 50 nm 초과이면 미세 기공의 발달 저하로 인해 흡착능이 저하될 수 있다. The granular adsorbent may have an average particle diameter of 250 to 5000 μm, preferably 300 to 2000 μm, more preferably 400 to 1000 μm, and most preferably 450 to 800 μm. Also, the pore size may be 0.1 to 50 nm, preferably 0.2 to 40 nm, more preferably 0.3 to 10 nm, and most preferably 0.5 to 3 nm. At this time, if the average particle diameter of the adsorbent is less than 250 μm or the pore size is less than 0.1 nm, the particle size is too small to agglomerate the adsorbents and dispersibility may be poor. If it exceeds nm, the adsorption capacity may be reduced due to deterioration of the development of micropores.

상기 (S2) 단계에서 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.5 내지 1.5 ml, 바람직하게는 0.75 내지 1.25 ml, 가장 바람직하게는 0.9 내지 1.1 ml를 혼합할 수 있다. 상기 함침 용액의 함량이 0.5 ml 미만이면 상기 입상의 흡착제에 상기 함침 용액 내 금속 전구체가 고르게 분포되기 전에 상기 함침 용액이 모두 증발되어 벌크(bulk)한 금속 전구체가 불균일하게 함침될 수 있다. 반대로 1.5 ml 초과이면 상기 함침 용액 내 금속 전구체가 상기 입상의 흡착제에 과도하게 함침되어 흡착제의 평균 입경 크기가 지나치게 커질 수 있다. In the step (S2), the impregnation solution may be mixed with 0.5 to 1.5 ml, preferably 0.75 to 1.25 ml, and most preferably 0.9 to 1.1 ml per unit mass of the granular adsorbent. When the content of the impregnation solution is less than 0.5 ml, all of the impregnation solution is evaporated before the metal precursor in the impregnation solution is evenly distributed in the granular adsorbent, so that the bulk metal precursor may be non-uniformly impregnated. Conversely, if it exceeds 1.5 ml, the metal precursor in the impregnation solution may be excessively impregnated into the granular adsorbent, and the average particle size of the adsorbent may become excessively large.

(S3) 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계(S3) preparing a granular adsorbent impregnated with a metal precursor

상기 (S3) 단계는 상기 혼합 용액을 흡착제에 초기 습윤 함침법(incipient wet impregnation)과 동시에 초음파 처리하여 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계일 수 있다. In the step (S3), the metal precursor is partially or entirely impregnated inside or on the surface of the granular adsorbent by sonicating the mixed solution into the adsorbent at the same time as incipient wet impregnation to prepare a granular adsorbent It may be a step to

기존의 습식 담지법은 상기 함침 용액 내 금속 전구체가 상기 입상의 흡착제에 모두 함침되기 전에 혼합을 위해 사용되는 마그네틱 바에 의해 흡착제가 파괴될 수 있고, 금속 전구체가 흡착제의 작은 기공(pore)으로 확산되는데 매우 오래 걸려 함침 속도가 느린 문제가 있다. 특히 기존 습식 담지법은 사용하는 흡착제의 양에 비해 과량의 용매를 사용하였는데, 과량의 용매를 사용 시 상기 금속 전구체의 농도가 감소할 수 있고, 농도의 감소는 금속 전구체가 흡착제 내부로 전달되는 속도를 저하시킬 수 있어 금속 전구체의 함침량 및 함침속도의 향상에 한계가 있었다. In the conventional wet loading method, the adsorbent may be destroyed by the magnetic bar used for mixing before the metal precursor in the impregnation solution is all impregnated into the granular adsorbent, and the metal precursor is diffused into the small pores of the adsorbent. There is a problem that the impregnation rate is slow because it takes a very long time. In particular, the conventional wet loading method used an excess amount of solvent compared to the amount of the adsorbent used. When an excess amount of the solvent is used, the concentration of the metal precursor may decrease, and the decrease in the concentration is the rate at which the metal precursor is delivered into the adsorbent. There was a limit to the improvement of the impregnation amount and impregnation rate of the metal precursor.

본 발명에서는 상기 초기 습윤 함침법과 초음파 처리를 동시에 수행함으로써 상기 금속 전구체의 함침량 및 함침속도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 특히 상기 초기 습윤 함침법을 적용할 경우, 적은 양의 용매를 사용함으로써 금속 전구체의 농도를 증가시켜 흡착제의 기공 내부에서 금속 전구체의 물질 전달 속도를 증가시킬 수 있고, 용매가 모두 기화하는 시점까지 함침이 진행되므로 흡착제에 금속 전구체가 함침되는 양을 정확히 조절할 수 있다.In the present invention, the amount of impregnation and the impregnation rate of the metal precursor can be remarkably improved by performing the initial wet impregnation method and the ultrasonic treatment at the same time. In particular, when the initial wet impregnation method is applied, the concentration of the metal precursor can be increased by using a small amount of solvent to increase the mass transfer rate of the metal precursor inside the pores of the adsorbent, and the impregnation is performed until the solvent is all vaporized. As this progresses, the amount of metal precursor impregnated in the adsorbent can be precisely controlled.

또한 상기 초음파 처리는 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 상기 금속 전구체가 빠르고 고르게 함침되도록 유도하여 금속 전구체의 분산성을 향상시킬 수 있으며, 상기 금속 전구체의 과도한 함침으로 벌크(bulk)한 금속 전구체가 상기 입상의 흡착제에 함침되는 것을 방지하기 위해 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 초음파 처리를 통해 상기 입상의 흡착제의 내부에 전체로 상기 금속 전구체가 고르게 함침시킬 수 있다.In addition, the ultrasonic treatment can improve the dispersibility of the metal precursor by inducing the metal precursor to be quickly and evenly impregnated in part or all of the inside or the surface of the granular adsorbent, and bulk (bulk) due to excessive impregnation of the metal precursor This may be done to prevent one metal precursor from being impregnated into the granular adsorbent. Preferably, the metal precursor may be uniformly impregnated into the entire inside of the granular adsorbent through the ultrasonic treatment.

상기 (S3) 단계는 상기 초기 습윤 함침법 및 초음파 처리를 동시에 실시하여 10 내지 100 ℃, 바람직하게는 30 내지 90 ℃, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 ℃, 가장 바람직하게는 55 내지 75 ℃의 온도에서 상기 혼합 용액 내 용제가 완전히 기화되어 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제만 남을 때까지 수행할 수 있다. 이때, 상기 반응 시간이 10 ℃ 미만이면 상기 입상의 흡착제에 상기 금속 전구체가 물질 전달되는 속도가 느려 충분한 함침이 되지 않을 수 있고, 상기 금속 전구체의 분산성이 현저하게 저하될 수 있다. 반대로 100 ℃ 초과이면 상기 금속 전구체가 용매를 통해 상기 입상의 흡착제 내에 존재하는 미세 기공까지 도달하는 과정에서 미세 기공에 도달하기 전에 용매가 완전히 기화될 수 있고, 상기 금속 전구체의 분산성이 현저하게 저하될 수 있다. In the step (S3), the initial wet impregnation method and the ultrasonic treatment are simultaneously performed at a temperature of 10 to 100 °C, preferably 30 to 90 °C, more preferably 40 to 80 °C, and most preferably 55 to 75 °C. It can be carried out until the solvent in the mixed solution is completely vaporized and only the granular adsorbent impregnated with the metal precursor remains. In this case, if the reaction time is less than 10° C., the material transfer rate of the metal precursor to the granular adsorbent is slow, so that sufficient impregnation may not be achieved, and the dispersibility of the metal precursor may be remarkably reduced. Conversely, if it exceeds 100 °C, the solvent may be completely vaporized before reaching the micropores in the process of reaching the micropores present in the granular adsorbent through the solvent, and the dispersibility of the metal precursor is significantly reduced can be

(S5) 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 건조하는 단계(S5) drying the granular adsorbent impregnated with the metal precursor

상기 (S5) 단계는 열처리 전 흡착제의 기공 내부에 일부 존재할 수 있는 용매의 완전한 제거를 위해 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 건조하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 (S5) 단계에서 건조는 100 내지 250 ℃의 온도에서 1 내지 24 시간 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는 110 내지 200 ℃의 온도에서 3 내지 18 시간, 가장 바람직하게는 120 내지 150 ℃의 온도에서 6 내지 12 시간 동안 수행할 수 있다. In the step (S5), a step of drying the granular adsorbent impregnated with the metal precursor may be performed in order to completely remove a solvent that may be partially present in the pores of the adsorbent before the heat treatment. The drying in step (S5) may be performed at a temperature of 100 to 250 °C for 1 to 24 hours. Preferably it can be carried out at a temperature of 110 to 200 ℃ 3 to 18 hours, most preferably at a temperature of 120 to 150 ℃ 6 to 12 hours.

(S6) 입상형 흡착제를 제조하는 단계(S6) step of preparing a granular adsorbent

상기 (S6) 단계는 상기 건조된 입상의 흡착제를 불활성 가스 하에 열처리하여 상기 금속 전구체가 금속 이온으로 환원된 입상형 흡착제를 제조하는 단계일 수 있다. 상기 (S6) 단계에서 열처리는 불활성 가스 하에 200 내지 600 ℃에서 1 내지 12 시간 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는 300 내지 500 ℃의 온도에서 7 내지 10 시간, 가장 바람직하게는 350 내지 450 ℃의 온도에서 7.5 내지 8.5 시간 동안 수행할 수 있다. 특히 상기 열처리 온도가 200 ℃ 미만이거나, 시간이 6 시간 미만이면 금속 전구체가 완전히 금속 이온으로 환원되지 않고 흡착제 내에 미반응 금속 전구체로 남아서 일산화탄소 흡착능을 저하시킬 수 있다. 반대로 상기 열처리 온도가 600 ℃ 초과이거나, 시간이 12 시간 초과이면 상기 입상의 흡착제 내부의 활성 부위가 제거되어 흡착능을 저하시킬 수 있다.The step (S6) may be a step of heat-treating the dried granular adsorbent under an inert gas to prepare a granular adsorbent in which the metal precursor is reduced to metal ions. The heat treatment in step (S6) may be performed at 200 to 600° C. under an inert gas for 1 to 12 hours. Preferably, it can be carried out at a temperature of 300 to 500 °C for 7 to 10 hours, and most preferably at a temperature of 350 to 450 °C for 7.5 to 8.5 hours. In particular, if the heat treatment temperature is less than 200 °C or the time is less than 6 hours, the metal precursor is not completely reduced to metal ions and remains as an unreacted metal precursor in the adsorbent, thereby reducing carbon monoxide adsorption capacity. Conversely, if the heat treatment temperature exceeds 600° C. or the time exceeds 12 hours, the active site inside the granular adsorbent may be removed to reduce adsorption capacity.

상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤 및 제논으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있고, 바람직하게는 질소, 아르곤 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 질소일 수 있다. The inert gas may be at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, krypton and xenon, preferably nitrogen, argon, or a mixture thereof, and most preferably nitrogen.

상기 금속 이온은 구리 이온, 니켈 이온, 크롬 이온, 몰리브덴 이온, 팔라듐 이온, 루비듐 이온 및 바륨 이온으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 구리 이온, 니켈 이온 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 구리 이온일 수 있다. The metal ion may be at least one selected from the group consisting of a copper ion, a nickel ion, a chromium ion, a molybdenum ion, a palladium ion, a rubidium ion, and a barium ion. Preferably, it may be a copper ion, a nickel ion, or a mixture thereof, Most preferably, it may be a copper ion.

상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.5 내지 4.5 mmol, 바람직하게는 3.8 내지 4.3 mmol, 더욱 바람직하게는 3.9 내지 4.1 mmol, 가장 바람직하게는 4 mmol로 함침된 것일 수 있다. 상기 입상의 흡착제 단위질량의 단위는 g일 수 있다. 이때, 상기 금속 이온의 함침량이 3.5 mmol 미만이면 일산화탄소 흡착능이 현저하게 저하될 수 있고, 반대로 4.5 mmol 초과이면 금속 전구체가 벌크(bulk) 상태로 존재하여 분산도가 떨어지고, 흡착 유효 부위가 감소하여 흡착능이 저하될 수 있다.The metal ion may be impregnated with 3.5 to 4.5 mmol, preferably 3.8 to 4.3 mmol, more preferably 3.9 to 4.1 mmol, and most preferably 4 mmol per unit mass of the granular adsorbent. The unit of the unit mass of the granular adsorbent may be g. At this time, if the impregnation amount of the metal ion is less than 3.5 mmol, the carbon monoxide adsorption capacity may be remarkably reduced. On the contrary, if it exceeds 4.5 mmol, the metal precursor exists in a bulk state and the dispersibility is lowered, and the adsorption effective site is reduced and the adsorption capacity is reduced. this may be lowered.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법에 있어서, 상기 입상의 흡착제가 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm인 경우에 하기 함침 용액의 함량과 금속 이온의 함침량 조건을 달리하여 입상형 흡착제를 제조하였다. 상기 제조된 입상형 흡착제를 부생가스 및 액상 황화합물에 각각 혼합한 후 150 시간 동안 일산화탄소 및 이황화탄소의 각 흡착 및 분리 성능을 분석하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for producing the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention, the granular adsorbent has an average particle diameter of 450 to 800 μm, When the pore size was 0.5 to 3 nm, a granular adsorbent was prepared by varying the content of the following impregnation solution and the amount of metal ion impregnation. The respective adsorption and separation performances of carbon monoxide and carbon disulfide were analyzed for 150 hours after mixing the prepared granular adsorbent with by-product gas and liquid sulfur compound, respectively.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건들을 모두 만족하였을 때 부생가스에서의 일산화탄소 선택도와 액상 황화합물에서의 이황화탄소 선택도가 각각 높은 수치들을 보였으며, 기존의 일산화탄소 흡착제와 비교하여도 현저하게 향상된 합착 및 분리 성능을 나타내었다. 또한 150 시간 동안 흡착시험을 실시한 후 입상형 흡착제 내 금속 이온이 이탈되지 않고 고르게 분산된 형태를 유지된 것을 확인하였다. As a result, unlike in other conditions and in other numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, the carbon monoxide selectivity in the by-product gas and the carbon disulfide selectivity in the liquid sulfur compound showed high values, respectively, and even compared to the existing carbon monoxide adsorbent. Significantly improved bonding and separation performance was exhibited. In addition, it was confirmed that, after carrying out the adsorption test for 150 hours, the metal ions in the granular adsorbent were not separated and maintained in a uniformly dispersed form.

① 상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm이고, ② 상기 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.75 내지 1.25 ml를 혼합하고, ③ 상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것일 수 있다.① the granular adsorbent has an average particle diameter of 450 to 800 μm and a pore size of 0.5 to 3 nm, ② the impregnation solution is mixed with 0.75 to 1.25 ml per unit mass of the granular adsorbent, and ③ the metal ions are the It may be impregnated in an amount of 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent.

다만, 상기 3가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 입상형 흡착제의 일산화탄소 및 이황화탄소 선택도가 각각 낮은 수치를 보였으며, 150 시간 이후 반응이 종료된 입상형 흡착제를 분석한 결과 입상형 흡착제 내 금속 이온이 일부 유실되어 일산화탄소 및 이황화탄소에 대한 흡착 및 분리 성능이 저하된 것을 확인하였다.However, when any one of the three conditions was not satisfied, the carbon monoxide and carbon disulfide selectivity of the granular adsorbent was low, respectively, and as a result of analyzing the granular adsorbent whose reaction was completed after 150 hours, the granular adsorbent It was confirmed that the adsorption and separation performance for carbon monoxide and carbon disulfide was deteriorated due to the loss of some of the metal ions in the interior.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법에 있어서, 하기 조건들을 달리하여 제조된 입상형 흡착제를 제조한 후 이를 이용하여 1 내지 10 atm에서 300 시간 동안 일산화탄소의 흡착 및 분리 성능을 분석하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for producing the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention, the granular adsorbent prepared under different conditions is prepared Using this, the adsorption and separation performance of carbon monoxide was analyzed at 1 to 10 atm for 300 hours.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건들을 모두 만족하였을 때 흡착제 단위 g당 일산화탄소 흡착량 및 탈착량이 장시간 동안 각각 2.8 g 및 2.7 g으로 현저하게 높은 수준을 유지하였으며, 99.96% 이상의 고순도를 갖는 일산화탄소만을 선택적으로 회수되는 것을 확인하였다.As a result, unlike other conditions and other numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, the amount of carbon monoxide adsorption and desorption per unit g of adsorbent maintained remarkably high levels of 2.8 g and 2.7 g, respectively, for a long time, and a high purity of 99.96% or more It was confirmed that only carbon monoxide with

① 상기 금속 전구체는 구리 전구체이고, 상기 구리 전구체는 CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물이고, ② 상기 용제는 물이고, ③ 상기 입상의 흡착제는 활성탄이고, ④ 상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm이고, ⑤ 상기 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.9 내지 1.1 ml를 혼합하고, ⑥ 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계는 상기 초기 습윤 함침법 및 초음파 처리를 동시에 실시하여 55 내지 75 ℃의 온도에서 상기 혼합 용액 내 용제가 완전히 기화되어 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제만 남을 때까지 수행하고, ⑦ 상기 건조는 120 내지 150 ℃의 온도에서 6 내지 12 시간 동안 수행하고, ⑧ 상기 열처리는 350 내지 450 ℃에서 7.5 내지 8.5 시간 동안 수행하고, ⑨ 상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것일 수 있다.① the metal precursor is a copper precursor, the copper precursor is a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 , ② the solvent is water, ③ the granular adsorbent is activated carbon, and ④ the granular adsorbent has an average particle size. 450 to 800 μm, a pore size of 0.5 to 3 nm, ⑤ mixing 0.9 to 1.1 ml of the impregnating solution per unit mass of the granular adsorbent, ⑥ preparing a granular adsorbent impregnated with the metal precursor The initial wet impregnation method and ultrasonic treatment are carried out at the same time until the solvent in the mixed solution is completely vaporized at a temperature of 55 to 75 ° C, leaving only the granular adsorbent impregnated with the metal precursor, ⑦ The drying is carried out from 120 to It is carried out at a temperature of 150 ° C. for 6 to 12 hours, ⑧ the heat treatment is performed at 350 to 450 ° C. for 7.5 to 8.5 hours, and ⑨ the metal ions are impregnated at 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent. can

다만, 상기 9 가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 흡착제 단위 g당 일산화탄소 흡착량 및 탈착량이 각각 1 g 및 0.8 g으로 매우 낮았고, 장시간 유지되지 못하였으며, 일산화탄소의 순도가 87.4%로 낮은 비율로 회수되는 것을 확인하였다. However, when any one of the above 9 conditions was not satisfied, the amount of carbon monoxide adsorption and desorption per unit g of the adsorbent was very low at 1 g and 0.8 g, respectively, and could not be maintained for a long time, and the purity of carbon monoxide was as low as 87.4%. was confirmed to be recovered.

도 1은 본 발명에 따른 입자형 흡착제의 제조장치 구성도를 계략적으로 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 초기 습윤 함침법을 위한 반응기(120)와 동시에 초음파 처리를 위한 울트라 초음파기(110)가 동시에 위치하고 있고, 반응기(120) 내부에는 입상의 흡착제(122) 및 함침 용액(121)이 존재하고, 상기 반응기(120) 외부에는 초음파 처리를 위한 물(111)이 위치한 구조로 구성된 것을 보여준다. 1 schematically shows a configuration diagram of an apparatus for manufacturing a particulate adsorbent according to the present invention. Referring to FIG. 1 , the reactor 120 for the initial wet impregnation method and the ultra sonicator 110 for ultrasonic treatment are located at the same time, and the granular adsorbent 122 and the impregnation solution 121 are located inside the reactor 120 . ) is present, and water 111 for ultrasonic treatment is located outside the reactor 120 .

상기 도 1의 반응기(120) 내부에서 초기 습윤 함침 및 초음파 처리가 동시에 수행될 때 초기에는 입상의 흡착제(122)가 함침 용액(121)에 완전히 잠기도록 한 후 초기 습윤 함침 및 초음파 처리를 동시에 수행함에 따라 함침 용액 내 용제가 서서히 증발하기 시작하고, 상기 용제가 완전히 증발하여 상기 도 1과 같이 흡착제만 남을 때까지 실시하는 것을 보여준다.When the initial wet impregnation and the ultrasonic treatment are simultaneously performed inside the reactor 120 of FIG. 1, the granular adsorbent 122 is completely immersed in the impregnation solution 121, and then the initial wet impregnation and the ultrasonic treatment are performed at the same time. As shown in FIG. 1, the solvent in the impregnation solution starts to slowly evaporate, and the solvent is completely evaporated until only the adsorbent remains as shown in FIG. 1 .

한편, 본 발명은 입상의 흡착제; 및 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 함침된 금속 이온;을 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제를 제공한다.On the other hand, the present invention is a granular adsorbent; And it provides a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation comprising a; and metal ions impregnated in part or entirely in the interior or surface of the granular adsorbent.

상기 입상의 흡착제는 활성탄, 활성 알루미나, 활성 제올라이트, 활성 백토, 활성 벤토나이트, 활성 규조토 및 활성 실리카로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 활성탄, 활성 알루미나 및 활성 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 활성탄, 활성 알루미나 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 활성탄일 수 있다.The granular adsorbent may be at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina, activated zeolite, activated clay, activated bentonite, activated diatomaceous earth, and activated silica. Preferably, it may be at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina and activated zeolite, more preferably activated carbon, activated alumina, or a mixture thereof, and most preferably activated carbon.

상기 금속 이온은 구리 이온, 니켈 이온, 크롬 이온, 몰리브덴 이온, 팔라듐 이온, 루비듐 이온 및 바륨 이온으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 구리 이온, 니켈 이온 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 구리 이온일 수 있다. The metal ion may be at least one selected from the group consisting of a copper ion, a nickel ion, a chromium ion, a molybdenum ion, a palladium ion, a rubidium ion, and a barium ion. Preferably, it may be a copper ion, a nickel ion, or a mixture thereof, Most preferably, it may be a copper ion.

상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.5 내지 4.5 mmol로 함침된 것일 수 있다.The metal ion may be impregnated in an amount of 3.5 to 4.5 mmol per unit mass of the granular adsorbent.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제에 있어서, 상기 입상형 흡착제의 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm인 경우에 상기 금속 이온이 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.5 내지 4.5 mmol로 함침될 때 이들 조건을 모두 충족하지 않은 것과 달리, 입상형 흡착제를 탑에 충진할 경우 압력강하가 전혀 발생하지 않았으며, 분진으로 인한 라인 오염이 발생하지 않는 것을 확인하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention, the average particle diameter of the granular adsorbent is 450 to 800 μm, and the pore size is In the case of 0.5 to 3 nm, when the metal ions are impregnated at 3.5 to 4.5 mmol per unit mass of the granular adsorbent, all of these conditions are not satisfied, whereas when the granular adsorbent is filled in the tower, no pressure drop occurs. It was confirmed that line contamination due to dust did not occur.

다만, 상기 입상형 흡착제의 평균 입경 및 기공 크기의 각 범위와 상기 금속 이온의 함침량 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않은 경우에는 압력강하가 과도하게 발생하였으며, 분진이 심하여 라인 오염이 발생하였다.However, when any one of the respective ranges of the average particle diameter and pore size of the granular adsorbent and the impregnation condition of the metal ions was not satisfied, the pressure drop was excessively generated, and the line was contaminated due to heavy dust.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제에 있어서, 상기 입상형 흡착제의 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm인 경우에 상기 금속 이온이 구리 이온이고, 상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제의 내부에 전체로 함침되며, 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침될 때 이들 조건을 모두 충족하지 않은 것과 달리, 일산화탄소 흡착성능 및 이황화탄소 흡착성능이 동시에 현저하게 향상되었다. In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation according to the present invention, the average particle diameter of the granular adsorbent is 450 to 800 μm, and the pore size is In the case of 0.5 to 3 nm, the metal ion is a copper ion, the metal ion is entirely impregnated inside the granular adsorbent, and all of these conditions are met when impregnated at 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent. Unlike the unsatisfactory, the carbon monoxide adsorption performance and the carbon disulfide adsorption performance were significantly improved at the same time.

다만, 상기 입상형 흡착제의 평균 입경 및 기공 크기의 각 범위와 상기 금속 이온의 종류 및 함침량 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않은 경우에는 일산화탄소 흡착성능 또는 이황화탄소 흡착성능 중 어느 하나는 낮은 성능을 나타내어 동시에 향상되는 효과는 기대할 수 없었다. However, when any one of the respective ranges of the average particle diameter and pore size of the granular adsorbent and the type and impregnation condition of the metal ion is not satisfied, either the carbon monoxide adsorption performance or the carbon disulfide adsorption performance shows low performance. At the same time, an improved effect could not be expected.

상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 250 내지 5000 ㎛, 바람직하게는 300 내지 2000 ㎛, 더욱 바람직하게는 400 내지 1000 ㎛, 가장 바람직하게는 450 내지 800 ㎛일 수 있다. 또한 기공 크기가 0.1 내지 50 nm, 바람직하게는 0.2 내지 40 nm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 10 nm, 가장 바람직하게는 0.5 내지 3 nm일 수 있다. The granular adsorbent may have an average particle diameter of 250 to 5000 μm, preferably 300 to 2000 μm, more preferably 400 to 1000 μm, and most preferably 450 to 800 μm. Also, the pore size may be 0.1 to 50 nm, preferably 0.2 to 40 nm, more preferably 0.3 to 10 nm, and most preferably 0.5 to 3 nm.

가장 바람직하게는 상기 금속 이온은 구리 이온이고, 상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제의 내부에 전체로 함침되며, 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것일 수 있다. Most preferably, the metal ion is a copper ion, and the metal ion is entirely impregnated inside the granular adsorbent, and may be impregnated in an amount of 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent.

상기 입상형 흡착제는 25 ℃의 온도 및 101.325 kPa 압력 조건에서 일산화탄소의 흡착량이 28 내지 53 ml/g흡착제, 바람직하게는 29.683 내지 51.413 ml/g흡착제일 수 있다.The granular adsorbent may have a carbon monoxide adsorption amount of 28 to 53 ml/g adsorbent , preferably 29.683 to 51.413 ml/g adsorbent , at a temperature of 25° C. and a pressure of 101.325 kPa.

또한, 본 발명은 상기 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a separation device comprising the granular adsorbent.

상기 분리 장치는 기체 또는 액체 분리 장치일 수 있고, 바람직하게는 일산화탄소 및 이황화탄소 분리 장치일 수 있다. The separation device may be a gas or liquid separation device, preferably a carbon monoxide and carbon disulfide separation device.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4

입상의 흡착제로 평균 입경이 750 ㎛이고, 기공 크기가 2 nm인 A사 활성탄과 평균 입경이 800 ㎛이고, 기공 크기가 2.5 nm인 B사 활성탄을 각각 사용하였다. 구리 전구체로는 CuCl2 및 Cu(HCOO)2를 1:1 중량비로 혼합한 혼합물을 사용하였다. 우선, CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물을 물에 혼합하여 구리 전구체 함침 용액을 제조하였다. 그 다음 하기 표 1과 같은 혼합비율로 입상의 흡착제인 활성탄이 상기 함침 용액에 잠길 정도로 투입한 후 교반시켜 혼합 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 혼합 용액을 초기 습윤 함침과 동시에 초음파기(sonicator)로 60 ℃에서 1 시간 동안 초음파 처리하였다. 이때, 입상의 흡착제인 활성탄이 잠길 정도로만 구리 전구체 함침 용액을 투입하였고, 초기 습윤 함침 및 초음파 처리가 시작된 후 혼합용액 내 용매가 증발하기 시작하여 물이 완전히 증발되어 구리 전구체가 흡착된 입상의 흡착제만 남을 때까지 수행하였다. 구리 전구체가 흡착된 입상의 흡착제는 120 ℃에서 7 시간 동안 건조한 후 질소를 흘려주면서 400 ℃에서 8 시간 동안 열처리하여 구리 전구체를 구리 이온으로 환원시켜 입상의 흡착제 내부에 구리 이온이 전체로 흡착된 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제를 제조하였다.As the granular adsorbent, activated carbon from Company A having an average particle diameter of 750 μm and a pore size of 2 nm and activated carbon from Company B having an average particle diameter of 800 μm and a pore size of 2.5 nm were used, respectively. As the copper precursor, a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 in a 1:1 weight ratio was used. First, a copper precursor impregnation solution was prepared by mixing a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 in water. Then, at the mixing ratio as shown in Table 1 below, activated carbon, which is a granular adsorbent, was added enough to be immersed in the impregnation solution, and then stirred to prepare a mixed solution. Then, the mixed solution was sonicated at 60° C. for 1 hour with a sonicator at the same time as the initial wet impregnation. At this time, the copper precursor impregnation solution was added only enough to submerge the granular adsorbent, activated carbon, and after the initial wet impregnation and ultrasonic treatment started, the solvent in the mixed solution started to evaporate, so that water was completely evaporated and only the granular adsorbent to which the copper precursor was adsorbed carried out until the remainder. The granular adsorbent to which the copper precursor is adsorbed is dried at 120 ° C. for 7 hours and then heat treated at 400 ° C. for 8 hours while flowing nitrogen to reduce the copper precursor to copper ions. Alternatively, a granular adsorbent for separating carbon disulfide was prepared.

Figure pat00001
Figure pat00001

실험예 1: 함침 방법에 따른 일산화탄소 흡착량 분석Experimental Example 1: Analysis of the amount of carbon monoxide adsorption according to the impregnation method

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 함침 방법에 따른 일산화탄소 흡착량을 분석하였으며, 그 결과는 표 2 및 도 2에 나타내었다.The carbon monoxide adsorption amount according to the impregnation method was analyzed for the particulate adsorbents prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, and the results are shown in Table 2 and FIG. 2 .

도 2는 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 흡착 평형 압력에 따른 CO 흡착량 분석 결과를 나타낸 것이다. 2 shows the results of analysis of the amount of CO adsorption according to the adsorption equilibrium pressure for the particulate adsorbents prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3;

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 도 2 및 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1 및 2의 경우 입상의 흡착제 내부에 구리 이온이 균일하게 함침됨으로써 이로 인해 흡착 평형 압력에 대한 CO 흡착량이 상기 비교예 1 내지 3에 비해 최소 1.8 배 내지 최대 2.6배로 현저하게 우수한 수치를 보이는 것을 확인하였다.2 and Table 2, in the case of Examples 1 and 2, copper ions are uniformly impregnated inside the granular adsorbent, so that the CO adsorption amount for the adsorption equilibrium pressure is at least 1.8 compared to Comparative Examples 1 to 3 It was confirmed that it showed a significantly excellent value from a fold to a maximum of 2.6 times.

반면에, 상기 비교예 1 내지 3의 경우 습식 함침법 또는 초기 습윤 함침법만 단독 실시함으로 인해 장시간 함침하더라도 구리 이온이 대부분 입상의 흡착제 내부에 함침되지 않아 결과적으로 CO 흡착량이 매우 낮은 수치를 보였다. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, since only the wet impregnation method or the initial wet impregnation method was carried out alone, copper ions were mostly not impregnated inside the granular adsorbent even after a long period of impregnation, resulting in a very low CO adsorption amount.

실험예 2: 함침용액의 함량과 흡착제의 종류에 따른 일산화탄소 흡착량 분석Experimental Example 2: Analysis of the amount of carbon monoxide adsorption according to the content of the impregnation solution and the type of adsorbent

상기 실시예 1 내지 5에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 함침용액의 함량과 흡착제의 종류에 따른 일산화탄소 흡착량을 분석하였으며, 그 결과는 도 3에 나타내었다.For the particulate adsorbents prepared in Examples 1 to 5, the amount of carbon monoxide adsorbed according to the content of the impregnation solution and the type of adsorbent was analyzed, and the results are shown in FIG. 3 .

도 3은 상기 실시예 1, 3 내지 6 및 비교예 4에서 제조된 입자형 흡착제에 대하여 흡착 평형 압력에 따른 CO 흡착량 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 3의 결과에 의하면, 상기 실시예 4 내지 6의 경우 상기 실시예 1, 3 및 비교예 4와 비교하여 입상형 흡착제의 평균 입경이 750 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 2 내지 2.5 nm인 경우에 입상형 흡착제 내 구리 함량을 3.5 내지 4.5 mmol Cu/1g AC을 함유할 때 CO 흡착량이 현저하게 향상된 것을 확인하였다. 특히 입상형 흡착제 내 구리 함량이 4 mmol Cu/1g AC인 상기 실시예 5에서 가장 우수한 CO 흡착량을 나타냄을 알 수 있었다. 이를 통해, 입상형 흡착제의 평균 입경과 기공 크기를 만족함과 동시에 입상형 흡착제 내 구리 함량을 조절함으로써 CO 흡착량을 향상시키고 최적화할 수 있음을 확인하였다.3 shows the results of analysis of the amount of CO adsorption according to the adsorption equilibrium pressure for the particulate adsorbents prepared in Examples 1, 3 to 6 and Comparative Example 4. According to the results of FIG. 3 , in the case of Examples 4 to 6, the average particle diameter of the granular adsorbent was 750 to 800 μm, and the pore size was 2 to 2.5 nm, compared to Examples 1, 3 and Comparative Example 4 In this case, it was confirmed that the CO adsorption amount was significantly improved when the copper content in the granular adsorbent contained 3.5 to 4.5 mmol Cu/1g AC. In particular, it was found that the copper content in the granular adsorbent was 4 mmol Cu/1g AC and the best CO adsorption amount was exhibited in Example 5. Through this, it was confirmed that the average particle size and pore size of the granular adsorbent were satisfied, and the amount of CO adsorption could be improved and optimized by controlling the copper content in the granular adsorbent.

실험예 3: 이황화탄소 검출량 분석Experimental Example 3: Analysis of the amount of carbon disulfide detected

상기 실시예 5에서 제조된 입상형 흡착제를 이용하여 통상의 방법에 의해 이황화탄소 함량을 분석하였다. 실험방법으로는 이황화탄소를 주로 포함하고 있는 황화합물 200 ppm이 포함된 혼합용액(일반 파라핀(Normal paraffins) 36 중량%, 총 이소파라핀(total isoparaffins) 61 중량%, 나프텐(Naphthenes) 1.8 중량%, 방향제(Aromatics) 0.7 중량% 및 올레핀(Olefins) 0.5 중량%) 5 mL에 상기 입상형 흡착제 0.5 g을 넣고 4 ℃에서 72 시간 동안 방치하였다. The carbon disulfide content was analyzed by a conventional method using the granular adsorbent prepared in Example 5. As an experimental method, a mixed solution containing 200 ppm of a sulfur compound mainly containing carbon disulfide (36 wt% of normal paraffins, 61 wt% of total isoparaffins, 1.8 wt% of naphthenes, 0.7 wt% of aromatics and 0.5 wt% of olefins) 0.5 g of the granular adsorbent was added to 5 mL and left at 4 °C for 72 hours.

그 결과, 상기 혼합용액에서 입상형 흡착제를 제거한 후 용액 내 황화합물 농도를 측정한 결과 이황화탄소만 5 ppm 이하로 검출되는 것을 확인하였다. 이를 통해, 상기 입상형 흡착제를 이용하였을 때 액상 황화합물에서 이황화탄소가 선택적으로 상기 입상형 흡착제에 다량 흡착됨으로 인해 흡착 후 혼합용액 내에서 이황화탄소만 5 ppm 이하로 극소량 검출된 것임을 알 수 있었다. As a result, after removing the granular adsorbent from the mixed solution, the concentration of sulfur compounds in the solution was measured. As a result, it was confirmed that only carbon disulfide was detected at 5 ppm or less. Through this, when the granular adsorbent was used, carbon disulfide was selectively adsorbed to the granular adsorbent in a large amount in the liquid sulfur compound.

이를 통해 상기 입상형 흡착제는 기상의 일산화탄소뿐만 아니라 액상의 이황화탄소도 선택적으로 흡착할 수 있으며, 이들 성분의 분리 및 제거가 가능함을 알 수 있었다.Through this, it was found that the granular adsorbent can selectively adsorb not only gaseous carbon monoxide but also liquid carbon disulfide, and separation and removal of these components are possible.

실험예 4: 일산화탄소 파과 능력 분석Experimental Example 4: Analysis of carbon monoxide breakthrough ability

상기 실시예 5에서 제조된 입상형 흡착제와 비교예 4의 구리를 함침하지 않은 상용 입상형 흡착제에 대하여 일산화탄소를 함유한 하기 표 3의 혼합기체에 대해 일산화탄소 파과 능력을 분석하였으며, 그 결과는 도 4에 나타내었다.For the granular adsorbent prepared in Example 5 and the commercial granular adsorbent not impregnated with copper of Comparative Example 4, the carbon monoxide breakthrough ability was analyzed for the mixed gas of Table 3 below containing carbon monoxide, and the results are shown in FIG. shown in

실험방법으로는 0.7 cm 직경의 탑에 상기 실시예 5에서 제조된 입자형 흡착제 및 상기 비교예 4의 Cu를 함침하지 않은 상용 입자형 흡착제를 각각 4.5 cm 만큼 충진시킨 후에 30 ml/min의 유량으로 표 3의 조성에 따른 기체를 40분 동안 흘려주면서 시간에 다른 일산화탄소 파과 능력을 분석하였다.As an experimental method, the particle-type adsorbent prepared in Example 5 and the commercial particle-type adsorbent not impregnated with Cu of Comparative Example 4 were respectively filled in a 0.7 cm-diameter tower by 4.5 cm, followed by a flow rate of 30 ml/min. While flowing the gas according to the composition of Table 3 for 40 minutes, different carbon monoxide breakthrough capabilities were analyzed over time.

Figure pat00003
Figure pat00003

도 4는 상기 실시예 5에서 제조된 입자형 흡착제와 비교예 4의 상용 입상형 흡착제를 채운 흡착탑을 이용하여 혼합 기체를 흘려준 후 시간에 따른 파과 능력을 분석한 결과 그래프이다. 4 is a graph showing the results of analysis of breakthrough ability over time after flowing the mixed gas using the adsorption tower filled with the particulate adsorbent prepared in Example 5 and the commercial granular adsorbent of Comparative Example 4;

상기 도 4의 결과에 의하면, 상기 비교예 4의 경우 Cu를 함침하지 않은 입상형 흡착제를 이용해 파과실험을 진행한 결과 일산화탄소가 파과되는데 4.38 분이 소모되었다. 반면 상기 실시예 5의 경우 일산화탄소가 파과되는데 19.53 분이 소모되었다. 이를 통해, 상기 실시예 5의 입자형 흡착제가 비교예 4의 상용 입자형 흡착제에 비해 CO에 대한 흡착량이 높은 것을 알 수 있었다. 이 밖에도 상기 실시예 5의 입상형 흡착제를 탑에 충진했을 때 압력강하가 발생하지 않았으며, 분진에 의한 라인 오염 또한 관찰되지 않았다.According to the results of FIG. 4, in Comparative Example 4, as a result of conducting a breakthrough experiment using a granular adsorbent not impregnated with Cu, it took 4.38 minutes for carbon monoxide to break through. On the other hand, in the case of Example 5, 19.53 minutes were consumed to break through carbon monoxide. Through this, it was found that the particulate adsorbent of Example 5 had a higher amount of CO adsorption compared to the commercial particulate adsorbent of Comparative Example 4. In addition, when the granular adsorbent of Example 5 was filled in the tower, no pressure drop occurred, and no line contamination by dust was observed.

한편, 상기 비교예 4의 상용 입자형 흡착제를 이용해 파과실험을 진행했을 때 일산화탄소와 이산화탄소의 파과 시간이 유사하여 둘을 분리할 수 없었다. 반면 상기 실시예 5의 입자형 흡착제를 이용한 파과실험에서는 일산화탄소와 이산화탄소의 파과 시간이 크게 차이가 나서 둘을 쉽게 분리할 수 있었다.On the other hand, when the breakthrough experiment was conducted using the commercial particle-type adsorbent of Comparative Example 4, the breakthrough times of carbon monoxide and carbon dioxide were similar, so that the two could not be separated. On the other hand, in the breakthrough experiment using the particulate adsorbent of Example 5, the breakthrough times of carbon monoxide and carbon dioxide were significantly different, so that the two could be easily separated.

이를 통해 상기 입상형 흡착제는 기존의 상용 흡착제에 비해 일산화탄소에 대한 높은 흡착능을 보이며, 일산화탄소를 이산화탄소에 비해 선택적으로 흡착할 수 있어, 이들 성분의 분리 및 제거가 가능함을 알 수 있었다.Through this, the granular adsorbent showed a higher adsorption capacity for carbon monoxide compared to conventional commercial adsorbents, and it was possible to selectively adsorb carbon monoxide compared to carbon dioxide, and it was found that separation and removal of these components were possible.

100: 입상형 흡착제의 제조장치 구성도
110: 울트라 초음파기
111: 초음파기 내 물
120: 반응기
121: 함침 용액
122: 입상의 흡착제
100: Configuration diagram of a granular adsorbent manufacturing apparatus
110: ultra sonicator
111: water in the ultrasonicator
120: reactor
121: impregnating solution
122: granular adsorbent

Claims (20)

금속 전구체 및 용제를 포함하는 함침 용액을 제조하는 단계;
상기 함침 용액 및 입상의 흡착제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
상기 혼합 용액을 초기 습윤 함침법과 동시에 초음파 처리하여 상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계;
상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 건조하는 단계; 및
상기 건조된 입상의 흡착제를 불활성 가스 하에 열처리하여 상기 금속 전구체가 금속 이온으로 환원된 입상형 흡착제를 제조하는 단계;
를 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
preparing an impregnation solution containing a metal precursor and a solvent;
preparing a mixed solution by mixing the impregnating solution and the granular adsorbent;
preparing a granular adsorbent in which the metal precursor is partially or entirely impregnated inside or on the surface of the granular adsorbent by sonicating the mixed solution simultaneously with the initial wet impregnation method;
drying the granular adsorbent impregnated with the metal precursor; and
heat-treating the dried granular adsorbent under an inert gas to prepare a granular adsorbent in which the metal precursor is reduced to metal ions;
A method for producing a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation comprising a.
제1항에 있어서,
상기 금속 전구체는 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 팔라듐, 루비듐 및 바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 전구체인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The metal precursor is a precursor comprising at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, chromium, molybdenum, palladium, rubidium and barium.
제2항에 있어서,
상기 금속 전구체는 구리 전구체이고, 상기 구리 전구체는 CuCl2, Cu(HCOO)2 및 Cu(NO3)2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The metal precursor is a copper precursor, and the copper precursor is at least one selected from the group consisting of CuCl 2 , Cu(HCOO) 2 and Cu(NO 3 ) 2 Method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide.
제1항에 있어서,
상기 용제는 물, 톨루엔, 에틸아세테이트 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, toluene, ethyl acetate and acetonitrile.
제1항에 있어서,
상기 입상의 흡착제는 활성탄, 활성 알루미나, 활성 제올라이트, 활성 백토, 활성 벤토나이트, 활성 규조토 및 활성 실리카로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The granular adsorbent is at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina, activated zeolite, activated clay, activated bentonite, activated diatomaceous earth and activated silica.
제1항에 있어서,
상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 250 내지 5000 ㎛이고, 기공 크기가 0.1 내지 50 nm인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The granular adsorbent has an average particle diameter of 250 to 5000 μm and a pore size of 0.1 to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 혼합 용액을 제조하는 단계에서 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.5 내지 1.5 ml를 혼합하는 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of preparing the mixed solution, the impregnating solution is 0.5 to 1.5 ml per unit mass of the granular adsorbent.
제1항에 있어서,
상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계는 초기 습윤 함침법 및 초음파 처리를 동시에 실시하여 10 내지 100 ℃의 온도에서 상기 혼합 용액 내 용제가 완전히 기화되어 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제만 남을 때까지 수행하는 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of preparing the granular adsorbent impregnated with the metal precursor, the initial wet impregnation method and ultrasonic treatment are simultaneously performed to completely vaporize the solvent in the mixed solution at a temperature of 10 to 100 ° C. A method for producing a granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation, which is carried out until only the remaining.
제1항에 있어서,
상기 건조하는 단계에서 건조는 100 내지 250 ℃의 온도에서 1 내지 24 시간 동안 수행하는 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
In the drying step, drying is performed at a temperature of 100 to 250° C. for 1 to 24 hours. A method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide.
제1항에 있어서,
상기 입상형 흡착제를 제조하는 단계에서 열처리는 200 내지 300 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 수행하는 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of preparing the granular adsorbent, the heat treatment is performed at 200 to 300° C. for 6 to 12 hours.
제1항에 있어서,
상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.5 내지 4.5 mmol로 함침된 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the metal ion is impregnated in an amount of 3.5 to 4.5 mmol per unit mass of the granular adsorbent.
제1항에 있어서,
상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm이고,
상기 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.75 내지 1.25 ml를 혼합하고,
상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
The granular adsorbent has an average particle diameter of 450 to 800 μm, and a pore size of 0.5 to 3 nm,
The impregnation solution is mixed with 0.75 to 1.25 ml per unit mass of the granular adsorbent,
The method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the metal ion is impregnated in an amount of 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent.
제1항에 있어서,
상기 금속 전구체는 구리 전구체이고, 상기 구리 전구체는 CuCl2 및 Cu(HCOO)2의 혼합물이고,
상기 용제는 물이고,
상기 입상의 흡착제는 활성탄이고,
상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm이고,
상기 함침 용액은 상기 입상의 흡착제 단위 질량 당 0.9 내지 1.1 ml를 혼합하고,
상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제를 제조하는 단계는 상기 초기 습윤 함침법 및 초음파 처리를 동시에 실시하여 55 내지 75 ℃의 온도에서 상기 혼합 용액 내 용제가 완전히 기화되어 상기 금속 전구체가 함침된 입상의 흡착제만 남을 때까지 수행하고,
상기 건조는 120 내지 150 ℃의 온도에서 6 내지 12 시간 동안 수행하고,
상기 열처리는 350 내지 450 ℃의 온도에서 7.5 내지 8.5 시간 동안 수행하고,
상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제의 제조방법.
According to claim 1,
the metal precursor is a copper precursor, the copper precursor is a mixture of CuCl 2 and Cu(HCOO) 2 ,
The solvent is water,
The granular adsorbent is activated carbon,
The granular adsorbent has an average particle diameter of 450 to 800 μm, and a pore size of 0.5 to 3 nm,
The impregnation solution is mixed with 0.9 to 1.1 ml per unit mass of the granular adsorbent,
In the step of preparing the granular adsorbent impregnated with the metal precursor, the initial wet impregnation method and the ultrasonic treatment are simultaneously performed to completely vaporize the solvent in the mixed solution at a temperature of 55 to 75 ° C. Continue until only the adsorbent remains,
The drying is performed at a temperature of 120 to 150 ° C. for 6 to 12 hours,
The heat treatment is performed at a temperature of 350 to 450 ° C. for 7.5 to 8.5 hours,
The method for producing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the metal ion is impregnated in an amount of 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent.
입상의 흡착제; 및
상기 입상의 흡착제의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체로 함침된 금속 이온;을 포함하는 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
granular adsorbent; and
A granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation comprising a; metal ions impregnated in part or entirely in the interior or surface of the granular adsorbent.
제14항에 있어서,
상기 입상의 흡착제는 활성탄, 활성 알루미나, 활성 제올라이트, 활성 백토, 활성 벤토나이트, 활성 규조토 및 활성 실리카로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
상기 금속 이온은 구리 이온, 니켈 이온, 크롬 이온, 몰리브덴 이온, 팔라듐 이온, 루비듐 이온 및 바륨 이온으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
15. The method of claim 14,
The granular adsorbent is at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated alumina, activated zeolite, activated clay, activated bentonite, activated diatomaceous earth and activated silica,
The metal ion is at least one selected from the group consisting of copper ions, nickel ions, chromium ions, molybdenum ions, palladium ions, rubidium ions and barium ions.
제14항에 있어서,
상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.5 내지 4.5 mmol로 함침된 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
15. The method of claim 14,
The granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the metal ion is impregnated in an amount of 3.5 to 4.5 mmol per unit mass of the granular adsorbent.
제16항에 있어서,
상기 입상의 흡착제는 평균 입경이 450 내지 800 ㎛이고, 기공 크기가 0.5 내지 3 nm인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
17. The method of claim 16,
The granular adsorbent has an average particle diameter of 450 to 800 μm and a pore size of 0.5 to 3 nm. A granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide.
제17항에 있어서,
상기 금속 이온은 구리 이온이고,
상기 금속 이온은 상기 입상의 흡착제의 내부에 전체로 함침되며, 상기 입상의 흡착제 단위질량 당 3.8 내지 4.3 mmol로 함침된 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
18. The method of claim 17,
The metal ion is a copper ion,
The metal ion is entirely impregnated inside the granular adsorbent, and the granular adsorbent for carbon monoxide or carbon disulfide separation is impregnated in an amount of 3.8 to 4.3 mmol per unit mass of the granular adsorbent.
제14항에 있어서,
상기 입상형 흡착제는 25 ℃의 온도 및 101.325 kPa 압력 조건에서 일산화탄소의 흡착량이 28 내지 53 m/g흡착제인 것인 일산화탄소 또는 이황화탄소 분리용 입상형 흡착제.
15. The method of claim 14,
The granular adsorbent is a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, wherein the adsorption amount of carbon monoxide is 28 to 53 m/g of the adsorbent at a temperature of 25° C. and a pressure of 101.325 kPa.
제14항 내지 제19항 중에서 선택된 어느 한 항의 입상형 흡착제를 포함하는 분리 장치.A separation device comprising the granular adsorbent of any one of claims 14 to 19.
KR1020210177263A 2020-12-14 2021-12-13 A method for manufacturing a granular adsorbent for separating carbon monoxide or carbon disulfide, a granular adsorbent for separating carbon monoxide and carbon disulfide produced therefrom, and a separation device comprising the granular adsorbent KR20220085021A (en)

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Title
Xue, C., Hao, W., Cheng, W., Ma, J., & Li, R. (2019). CO Adsorption Performance of CuCl/Activated Carbon by Simultaneous Reduction―Dispersion of Mixed Cu(II) Salts. Materials, 12(10), 1605.

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