WO2021235669A1 - 피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법 - Google Patents

피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법 Download PDF

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nanoparticles
fluid
chemical absorbent
surfactant
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강용태
김성곤
김민재
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고려대학교 산학협력단
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide scavenger using a carbon dioxide chemical absorbent provided in a Pickering emulsion state and a method for producing the same.
  • the present invention is a mid-level follow-up study by the Ministry of Science and ICT (Project unique number: 1711094910, detailed task number: 2019R1A2B5B03069991, research project name: CO2 absorption/regeneration performance promotion and fuelization technology using nanoemulsion absorbent, organized by: Korea University Industry-University Cooperation Foundation , the study period: 2019.06.01 ⁇ 2022.02.28)).
  • the carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention includes a fluid; a carbon dioxide chemical absorbent dispersed in the fluid; and a protective film including a plurality of nanoparticles surrounding the surface of the carbon dioxide chemical absorbent.
  • a surfactant bound to the nanoparticles may be further included.
  • the fluid includes an oil fluid, and the carbon dioxide chemical absorbent is dispersed in the oil fluid as a Pickering emulsion by the plurality of nanoparticles, and the size of each dispersed carbon dioxide chemical absorbent droplet can be adjusted.
  • the surface of the nanoparticles may have hydrophobicity by the surfactant.
  • the oil fluid may include at least one of toluene, silicone oil, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane.
  • the carbon dioxide chemical absorbent is at least one of sodium hydroxide, monoethanolamine, diethanolamine, methyldiethanolamine, aminoethylethanolamine, 2-amino-2-methyl-1-propanol, diethylenetriamine, piperazine, and potassium carbonate. Either one may be a mixed aqueous solution.
  • the nanoparticles may include at least one of silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, iron-II oxide, iron-III oxide, and nickel oxide.
  • the surfactant may include at least one of Trimethoxy(octadecyl)silane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Butylamine, and Sorbitan monostearate.
  • Carbon dioxide scavenger manufacturing method comprises the steps of binding a surfactant to nanoparticles; generating a mixed solution of nanoparticles to which the surfactant is bound, a carbon dioxide chemical absorbent, and a fluid; forming a protective film by surrounding the surface of the carbon dioxide chemical absorbent with nanoparticles bound to the surfactant; and dispersing the carbon dioxide chemical absorbent surrounded by the protective film in the fluid as a Pickering emulsion.
  • the air purifier according to an embodiment of the present invention includes a carbon dioxide filter including the carbon dioxide scavenger.
  • An apparatus for manufacturing a carbon dioxide scavenger comprises: a nanoparticle generating unit for generating nanoparticles to which a surfactant is bound; and a protective film forming unit for mixing the nanoparticles to which the surfactant is bonded, the carbon dioxide chemical absorbent, and a fluid so that the nanoparticles surround the surface of the carbon dioxide chemical absorbent to form a protective film.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a state in which a carbon dioxide filter to which a carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention is applied is used in a general air purifier.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a state in which the carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG. 3 is a view schematically showing a state in which a surfactant is bound to nanoparticles.
  • 5 is a table showing the results of component analysis after the surfactant is bound to the nanoparticles.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a state in which a protective film is formed by a plurality of nanoparticles bound to a surfactant on the surface of a carbon dioxide chemical absorbent.
  • FIG. 7 is a view showing the shape of the carbon dioxide chemical absorbent after the formation of a protective film by nanoparticles observed through an electron microscope.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a method for manufacturing a carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view of observing a color change according to carbon dioxide capture by adding thymol blue, an acid-base indicator, to the carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a table showing the results of a carbon dioxide capture test performed using a carbon dioxide trap according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a state in which a carbon dioxide filter 20 to which a carbon dioxide scavenger 10 according to an embodiment of the present invention is applied is used in a general air purifier.
  • a carbon dioxide filter 20 may be manufactured using the carbon dioxide scavenger 10 according to an embodiment of the present invention, and the manufactured carbon dioxide filter 20 is classified into a generally used air purifier. can be applied without
  • a general air purifier In the case of a general air purifier, it includes an Ultrafine Filter to filter out relatively large dust, a Charcoal Filter to remove odors, and a HEPA Filter to remove ultrafine dust in micrometer units.
  • a carbon dioxide filter (CO 2 Filter, 20) manufactured using the carbon dioxide scavenger 10 according to an embodiment of the present invention a carbon dioxide concentration reduction effect can be obtained only with an existing air purifier without a separate carbon dioxide reduction device. can
  • the carbon dioxide filter 20 manufactured using the carbon dioxide scavenger 10 of the present invention can be applied to a general carbon dioxide reduction device.
  • the configuration and manufacturing method of the carbon dioxide scavenger 10 of the present invention will be described in more detail.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a state in which the carbon dioxide scavenger 10 according to an embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG. 2 schematically shows a state before the second fluid 120 and the carbon dioxide chemical absorbent 200 present in a dispersed state to which a plurality of nanoparticles 300 are added are stirred.
  • 2B is a view schematically showing the state after the second fluid 120, the carbon dioxide chemical absorbent 200, and the nanoparticles 300 are stirred.
  • the carbon dioxide scavenger 10 includes a fluid 100, a carbon dioxide chemical absorbent 200 dispersed in the fluid, and a plurality of nanoparticles 300 surrounding the surface of the carbon dioxide chemical absorbent. including a protective film that
  • the fluid 100 includes a volatile first fluid 110 and a non-volatile second fluid 120 .
  • the volatile first fluid 110 refers to a fluid used in the process of binding the surfactant 400 to the nanoparticles 300
  • the non-volatile second fluid 120 has a protective film formed thereon. It refers to a fluid in which the carbon dioxide chemical absorbent 400 is dispersed in a Pickering emulsion state.
  • the fluid 100 includes an oil fluid, and the carbon dioxide chemical absorbent 200 may be provided in the form of an aqueous solution. Therefore, when they are stirred with each other, the carbon dioxide chemical absorbent 200 is not mixed in the oil fluid and is present in a separated state. At this time, a plurality of nanoparticles 300 surround the surface of the carbon dioxide chemical absorbent 200 present in a separated state to form a protective film. At this time, the carbon dioxide chemical absorbent 200 may be dispersed in the fluid 100 in the form of a Pickering emulsion by the formed protective film, and at the same time, the effect of corrosiveness and toxicity of the carbon dioxide chemical absorbent 200 may be reduced.
  • the Pickering emulsion refers to a state in which two phases are stably present with each other by solid particles (here, nanoparticles) adsorbed to any one phase between the two phases, and through this, a hydrophilic material and a hydrophobic material without a surfactant These can be dispersed and mixed with each other.
  • FIG 3 is a view schematically showing a state in which the surfactant 400 is bonded to the nanoparticles 300 .
  • the surfactant 400 is bonded to each of the nanoparticles 300 .
  • the surfactant 400 is bound to the surface of the nanoparticles 300 , thereby changing the properties of the surface of the nanoparticles 300 .
  • the surface properties of the nanoparticles 300 may be hydrophobic.
  • Nanoparticles 300 are not dissolved in water, but when stirred after being added to water, particles having a property of existing in a dispersed state without agglomeration with each other may be applied.
  • the nanoparticles 300 may include silicon dioxide (SiO 2 , silicon dioxide), aluminum oxide (Al 2 O 3 , alumina oxide), magnesium oxide (MgO, magnesium oxide), zinc oxide (ZnO, zinc oxide), It may include at least one of iron-II oxide (FeO, iron oxide-II), iron-III oxide (Fe 2 O 3 , iron oxide-III), and nickel oxide (NiO, nickel oxide).
  • the surfactant 400 is bonded to the nanoparticles 300 to change the properties of the surface of the nanoparticles 300 to be hydrophobic. As will be described later, by binding the surfactant 400 to the surface of the nanoparticles 300 to change the properties of the surface of the nanoparticles 300 to hydrophobicity, the nanoparticles 300 are evenly distributed in the fluid 100 containing the oil fluid. may be dispersed.
  • the surfactant 400 may be an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant, if the nanoparticles 300 surround the carbon dioxide chemical absorbent 200 to form a protective film It can be applied without limitation.
  • the surfactant 400 may include at least one of Trimethoxy(octadecyl)silane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Butylamine, and Sorbitan monostearate.
  • FIG. 4 is a table showing the component analysis results before the surfactant 400 is bound to the nanoparticles 300
  • FIG. 5 is a table showing the component analysis results after the surfactant 400 is coupled to the nanoparticles 300 am.
  • FIGS. 4 and 5 it can be seen the particle distribution shape through the component analysis result and the TEM image appearing when the surfactant 400 is combined with the nanoparticles 300 .
  • silicon dioxide was used as the nanoparticles 300 in the analysis experiment.
  • a process for binding the surfactant 400 to the nanoparticles 300 is as follows.
  • the fluid 100 includes an oil fluid as mentioned above, and more specifically, includes a first fluid 110 and a second fluid 120 .
  • the first fluid 110 includes an oil fluid having volatility.
  • toluene may be used as the first fluid 110 .
  • 35%, 6%, 5%, 5.5% of surfactant 400 in mass fraction relative to the mass of the nanoparticles 300 was added, followed by ultrasonic grinding and magnetic stirring. is carried out for 12 hours. Thereafter, centrifugation is repeated five or more times to dilute and maintain at 50 o C for 8 hours to volatilize all of the first fluid 100 to finally form a powder in which the surfactant 400 is bonded to the surface of the nanoparticles 300 . of silicon dioxide nanoparticles 300 are produced.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the materials contained in the surfactant 400 are carbon, nitrogen, and oxygen. was properly detected. This means that the surfactant 400 is well bonded to the surface of the nanoparticles 300 .
  • looking at the results of TEM measurement after dispersing in ethanol it can be seen that the aggregation phenomenon between the nanoparticles 300 is reduced, and through this, it can be seen that the surfactant 400 is well bonded to the surface of the nanoparticles 300.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a state in which a protective film is formed by a plurality of nanoparticles 300 to which a surfactant 400 is bonded to the surface of the carbon dioxide chemical absorbent 200 .
  • a plurality of nanoparticles 300 having a surfactant 400 bonded to the surface of the nanoparticles 300 surround the carbon dioxide chemical absorbent 200 to form a protective film, and the protective film formed at this time is a carbon dioxide chemical absorbent. (200) reduces the effects of corrosiveness and toxicity.
  • the carbon dioxide chemical absorbent 200 is sodium hydroxide (NaOH, sodium hydroxide) aqueous solution, monoethanolamine (MEA, monoethanolamine), diethanolamine (DEA, diethanolamine), methyldiethanolamine (MDEA, methyl diethanolamine), aminoethyl ethanol Amine (AEEA, aminoethyl ethanolamine), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP, 2-amino-2-methyl-1-propanol), diethylenetriamine (DETA, diethylenetriamine), piperazine (PZ, piperazine), potassium carbonate (K 2 CO 3 . potassium carbonate).
  • the carbon dioxide chemical absorbent may be provided in the form of an aqueous solution, and as long as the carbon dioxide chemical absorbent 200 is suitable for an indoor environment due to high carbon dioxide separation purity, it is not limited to the above example.
  • the fluid 100 includes an oil fluid, and the oil fluid is toluene, silicone oil, hexane, heptane, octane, and nonane. ), including at least one of decane (Decane), undecane (Undecane), dodecane (Dodecane).
  • Decane decane
  • Undecane undecane
  • Dodecane dodecane
  • the fluid 100 includes a second fluid 120 that is a solution for allowing the carbon dioxide chemical absorbent 200 to exist in a Pickering emulsion state.
  • a fluid having non-volatile properties may be applied.
  • silicone oil may be applied to the second fluid 120 .
  • the manufacturing process of the carbon dioxide scavenger 10 according to an embodiment of the present invention is as follows.
  • the nanoparticle 300 powder and the carbon dioxide chemical absorbent 200 to which the surfactant 400 is bonded are added to the second fluid 120 and then stirred.
  • the hydrophilic nanoparticles 300 added to the second fluid 120 come into contact with the carbon dioxide chemical absorbent 200 provided as an aqueous solution. By diffusing into the carbon dioxide chemical absorbent 200, it is impossible to form a protective film.
  • the surfactant 400 when the surfactant 400 is added to the nanoparticles 300 as in the present invention, since the originally hydrophilic nanoparticles 300 have polarity, the carbon dioxide chemical absorbent 200 in an aqueous solution having polarity is similarly diffused into the interior. However, the surfactant 400 prevents the nanoparticles 300 from entering the carbon dioxide chemical absorbent 200 by changing the surface properties of the nanoparticles 300 to be hydrophobic.
  • the plurality of nanoparticles 300 form a protective film surrounding the carbon dioxide chemical absorbent 200 .
  • a protective film reduces the effects of corrosiveness and toxicity of the carbon dioxide chemical absorbent 200 as mentioned above.
  • the carbon dioxide chemical absorbent 200 surrounded by a protective film including a plurality of nanoparticles 300 to which the surfactant 400 is bonded is dispersed in the second fluid 120 in a Pickering emulsion state.
  • the carbon dioxide chemical absorbent 200 dispersed in the second fluid 120 as a Pickering emulsion state is surrounded by the nanoparticle 300 protective film to reduce the effects of corrosion and toxicity.
  • the size of each droplet of the carbon dioxide chemical absorbent 200 dispersed in the Pickering emulsion state can be adjusted by controlling the intensity of stirring when the fluid 100, the carbon dioxide chemical absorbent 200, and the nanoparticles 300 are stirred. Through this size adjustment, the surface area of the carbon dioxide chemical absorbent 200 may be adjusted, and thus, the carbon dioxide capture rate may be adjusted.
  • FIG. 7 is a view showing the shape of the carbon dioxide chemical absorbent 200 after the protective film is formed by the nanoparticles 300 observed through an electron microscope.
  • the Pickering emulsion is distributed close to a spherical shape, and the middle part is darker.
  • a deep color means a high density in a local part, and it can be estimated that the carbon dioxide chemical absorbent 200 has a spherical shape because it is thick in the depth direction.
  • the nanoparticles 300 may be silicon dioxide nanoparticles having a size of 10 to 20 nanometers. Referring to the photo below having a unit length of 50 nanometers, it is easy to observe the nanoparticles used in the example. can do.
  • the fluid 100 used in the present invention includes the first fluid 110 and the second fluid 120 as described above.
  • the volatile first fluid 110 used to generate the nanoparticle 300 powder is first used by volatilizing after binding the surfactant 400 to the nanoparticles 300, and then the carbon dioxide chemical absorbent 200 ) uses the non-volatile second fluid 120 to be dispersed in a Pickering emulsion state.
  • the first fluid 110 and the second fluid 120 are not used separately, but when the surfactant 400 is combined with the nanoparticles 300, the volatile first fluid ( 110) and a mixture of the nonvolatile second fluid 120 may be used. That is, after the nanoparticles 300 and the surfactant 400 are added to the mixed solution of the first fluid 110 and the second fluid 120 so that the surfactant 400 is bound to the nanoparticles 300 , the same By adding and stirring the carbon dioxide chemical absorbent 200 to the mixed solution, the nanoparticles 300 surround the surface of the carbon dioxide chemical absorbent 200 to form a protective film, thereby forming a Pickering emulsion state. Thereafter, the carbon dioxide scavenger 10 of the present invention can also be prepared by volatilizing the volatile first fluid 110 so that only the non-volatile second fluid 120 remains.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a method for manufacturing a carbon dioxide scavenger according to an embodiment of the present invention.
  • the carbon dioxide scavenger manufacturing method comprises the steps of binding a surfactant to nanoparticles (S100), generating a mixed solution of nanoparticles to which the surfactant is bound, a carbon dioxide chemical absorbent, and a fluid (S200),
  • the surface of the carbon dioxide chemical absorbent is surrounded by the nanoparticles to which the surfactant is bound to form a protective film (S300) and the carbon dioxide chemical absorbent surrounded by the protective film is dispersed in the fluid as a Pickering emulsion (S400) include
  • Step S100 is a step of adding nanoparticles and a surfactant to the first fluid (S110), agitating the first fluid to combine the surfactant with the nanoparticles (S120), and volatilizing the first fluid to obtain a nanoparticle powder It includes a step (S130) of doing.
  • the step (S200) of generating a mixed solution of the nanoparticles, the carbon dioxide chemical absorbent, and the fluid combined with the surfactant refers to the step of mixing the nanoparticle powder and the carbon dioxide chemical absorbent in the non-volatile second fluid.
  • step S300 When the mixed solution obtained in step S200 is stirred, the surface of the carbon dioxide chemical absorbent is surrounded by the nanoparticles bound to the surfactant to form a protective film (S300).
  • the carbon dioxide chemical absorbent 200 may be dispersed in the second fluid in a Pickering emulsion state by the protective film (S400).
  • thymol blue which is an acid-base indicator
  • the color of the carbon dioxide scavenger 10 has changed from blue to yellow.
  • Thymol blue is an acid-base indicator, which changes from red to yellow when the pH is changed from 1.2 to 2.8, and changes from yellow to blue when the pH is changed from 8.0 to 9.6.
  • the pH of the solution is reduced.
  • the carbon dioxide scavenger 10 of the present invention collects carbon dioxide in the air it can be seen that
  • FIG. 10 is a table showing the carbon dioxide capture test results performed using the carbon dioxide trapping agent 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the pH of the base fluid does not change significantly before and after carbon dioxide absorption and is suitable for the role of the carrier.
  • the pH concentration of the Pickering-emulsion based CO 2 solvents in the state of the Pickering emulsion changed significantly as well as the color, indicating that carbon dioxide was well captured.
  • the carbon dioxide scavenger production apparatus produces the carbon dioxide scavenger of FIG. 2 through the method of manufacturing the carbon dioxide scavenger of FIG. 8 .
  • the carbon dioxide scavenger manufacturing apparatus includes a nanoparticle generating unit that generates nanoparticles to which a surfactant is bound, and a surface of the carbon dioxide chemical absorbent by mixing the nanoparticles to which the surfactant is bound, a carbon dioxide chemical absorbent, and a fluid so that the nanoparticles are It may include a protective film forming part to surround the protective film to form.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제는 유체; 상기 유체에 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제; 및 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸는 다수의 나노 입자를 포함하는 보호막;을 포함한다.

Description

피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법
본 발명은 피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 중견후속연구(과제고유번호: 1711094910, 세부과제번호: 2019R1A2B5B03069991, 연구과제명: 나노에멀젼 흡수제를 이용한 CO2 흡수/재생 성능 촉진 및 연료화 기술, 주관기관: 고려대학교 산학협력단, 연구기간: 2019.06.01 ~ 2022.02.28)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
오늘날 운송수단이나 에너지 발전소에서 유해물질이 다량으로 배출되며 이로 인해 365일 중 미세먼지가 WHO 기준 '나쁨'인 날은 150일 이상에 해당한다. 그에 따라 사람이 머무르는 실내에 쾌적한 공기질을 유지하기 위해 환기를 최대한 자제하고 공기청정기에 대한 의존도가 증가하고 있다.
최근 시판되고 있는 공기청정기는 크게 3 종류의 필터를 포함하는데, 이들 필터는 비교적 큰 먼지를 일차적으로 걸러주는 극세필터, 악취를 제거하는 숯 탈취필터 및 마이크로미터 단위의 초미세먼지를 제거하는 헤파 필터로 구성된다. 하지만 자연발생에 의해 생기는 이산화탄소를 처리하는 필터는 포함되어 있지 않기에 장기간 환기를 하지 않을 경우 수시간 만에 권고치 이상인 2000-3000 ppm에 도달하는 이산화탄소의 농도를 저감할 수 없으며, 이 경우 어깨 결림, 두통 등을 포함한 건강상의 문제를 야기할 수 있다.
이산화탄소를 포집하는 방법으로는 흡수, 흡착, 멤브레인 등 여러가지가 있지만 실내용으로는 공간을 적게 차지하며 필터 형태로 사용할 수 있는 흡착법이 주로 연구됐다. 하지만 상용화되어 있는 흡착제의 이산화탄소 포집 용량(capture capacity)은 평균적으로 실내에서 발생되는 이산화탄소의 양을 고려하였을 때 턱없이 낮아 새로운 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 나노 입자로 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸 이산화탄소 화학적 흡수제가 갖는 독성 및 부식성에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제는 유체; 상기 유체에 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제; 및 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸는 다수의 나노 입자를 포함하는 보호막;을 포함한다.
상기 나노 입자에 결합된 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 유체는 오일 유체를 포함하고, 상기 이산화탄소 화학적 흡수제는 상기 다수의 나노 입자에 의해 상기 오일 유체에 피커링 에멀젼 상태로 분산되고, 상기 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제 액적 각각의 크기 조절이 가능하다.
상기 나노 입자의 표면은 상기 계면활성제에 의해 소수성을 갖을 수 있다.
상기 오일 유체는 톨루엔, 실리콘 오일, 헥세인, 헵테인, 옥테인, 노네인, 데케인, 운데케인, 도데케인 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 화학적 흡수제는 수산화 나트륨, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 아미노에틸에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 다이에틸렌트리아민, 피페라진, 탄산 칼륨 중 적어도 어느 하나가 혼합된 수용액일 수 있다.
상기 나노 입자는 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화아연, 산화 철-II, 산화철-III, 산화 니켈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는, Trimethoxy(octadecyl)silane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Butylamine, Sorbitan monostearate 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제 제조 방법은 나노 입자에 계면활성제를 결합시키는 단계; 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체의 혼합 용액을 생성하는 단계; 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막에 의해 둘러싸인 이산화탄소 화학적 흡수제가 상기 유체에 피커링 에멀젼 상태로 분산되는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 상기 이산화탄소 포집제를 포함하는 이산화탄소 필터;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제를 제조하는 장치는 계면활성제가 결합된 나노 입자를 생성하는 나노 입자 생성부; 및 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체를 혼합하여 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하게 하는 보호막 형성부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 피커링 에멀젼 상태로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집제 및 그 제조 방법은 나노 입자로 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸 이산화탄소 화학적 흡수제가 갖는 독성 및 부식성에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 공기청정기에 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제가 적용된 이산화탄소 필터가 사용된 모습을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제가 제조되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 나노 입자에 계면활성제가 결합된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 나노 입자에 계면활성제가 결합되기 전의 성분 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 5는 나노 입자에 계면활성제가 결합된 후의 성분 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 6은 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면에 계면활성제가 결합된 다수의 나노 입자에 의한 보호막이 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 나노 입자에 의한 보호막이 형성된 후의 이산화탄소 화학적 흡수제의 형상을 전자현미경을 통해 관찰한 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제 제조 방법을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제에 산염기 지시약인 티몰 블루를 첨가하여 이산화탄소 포집에 따른 색 변화를 관찰한 모습이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제를 이용하여 수행한 이산화탄소 포집 시험 결과를 나타낸 표이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며,
하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 일반적인 공기청정기에 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)가 적용된 이산화탄소가 필터(20)가 사용된 모습을 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)를 사용하여 이산화탄소 필터(20)를 제작할 수 있으며, 이때 제작된 이산화탄소 필터(20)는 일반적으로 사용되는 공기청정기에 구분없이 적용될 수 있다.
일반적인 공기청정기의 경우 비교적 큰 먼지를 거르기 위한 극세필터(Ultrafine Filter), 악취 제거를 위한 숯 탈취필터(Charcoal Filter), 마이크로미터 단위의 초미세먼지 제거를 위한 헤파 필터(HEPA Filter)를 포함하고 있다. 여기에 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)를 사용하여 제작한 이산화탄소 필터(CO2 Filter, 20)를 적용함으로써 별도의 이산화탄소 저감장치 없이 기존의 공기청정기만으로도 이산화탄소 농도 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 비록 도 1에 도시하지는 않았으나 본 발명의 이산화탄소 포집제(10)를 사용하여 제작된 이산화탄소 필터(20)가 일반적인 이산화탄소 저감장치에 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 이하에서는 본 발명의 이산화탄소 포집제(10)의 구성 및 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)가 제조되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 다수의 나노 입자(300)가 첨가되어 분산된 상태로 존재하는 제2 유체(120)와 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 교반되기 전의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2의 (b)는 제2 유체(120), 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 및 나노 입자(300)가 교반된 후의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)는 유체(100), 상기 유체에 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 및 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸는 다수의 나노 입자(300)를 포함하는 보호막을 포함한다.
유체(100)는 휘발성의 제1 유체(110) 및 비휘발성의 제2 유체(120)를 포함한다. 후에 보다 상세히 설명하겠지만, 휘발성의 제1 유체(110)는 나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 결합시키는 과정에서 사용되는 유체를 말하며, 비휘발성의 제2 유체(120)는 보호막이 형성된 이산화탄소 화학적 흡수제(400)가 피커링 에멀젼 상태로 분산되어 존재하는 유체를 말한다.
유체(100)는 오일 유체를 포함하는데, 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 경우 수용액 형태로 제공될 수 있다. 따라서 이들이 서로 교반될 경우 오일 유체에 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 섞이지 않고 분리된 상태로 존재하게 된다. 이때 분리된 상태로 존재하는 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 표면을 다수의 나노 입자(300)가 둘러쌓아 보호막을 형성한다. 이때 형성된 보호막에 의해 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 유체(100)에 피커링 에멀젼 상태로 분산되어 존재할 수 있으며, 이와 동시에 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 갖는 부식성 및 독성에 의한 영향을 감소시킬 수 있다. 여기서 피커링 에멀젼이란, 2가지 상 사이에 있어 어느 한 가지의 상에 흡착되는 고체 입자(여기서는 나노 입자)에 의해 2가지 상이 서로 안정하게 존재하는 상태를 말하며, 이를 통해 계면활성제 없이 친수성 물질과 소수성 물질이 서로 분산되어 섞여 있을 수 있게 된다.
도 3은 나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 각각의 나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합되어 있음을 알 수 있다. 계면활성제(400)는 나노 입자(300)의 표면에 결합하게 되고, 이를 통해 나노 입자(300) 표면의 성질을 변화시킨다. 보다 상세히 말하면, 친수성을 갖는 나노 입자(300) 표면에 계면활성제(400)가 결합함으로써 나노 입자(300) 표면의 성질이 소수성을 띌 수 있게 된다.
나노 입자(300)는 물에 용해되지는 않으나, 물에 첨가한 후 교반시킬 경우 서로 뭉치지 않고 분산된 상태로 존재하는 특성을 갖는 입자가 적용될 수 있다. 예를 들어, 나노 입자(300)는 이산화규소(SiO2, silicon dioxide), 산화 알루미늄(Al2O3, alumina oxide), 산화 마그네슘(MgO, magnesium oxide), 산화아연(ZnO, zinc oxide), 산화 철-II (FeO, iron oxide-II), 산화철-III (Fe2O3, iron oxide-III), 산화 니켈(NiO, nickel oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
계면활성제(400)는 나노 입자(300)에 결합되어 나노 입자(300) 표면의 성질을 소수성으로 변화시킨다. 후에 설명하겠지만, 나노 입자(300) 표면에 계면활성제(400)가 결합하여 나노 입자(300) 표면의 성질을 소수성으로 변화시킴으로써, 나노 입자(300)가 오일 유체를 포함하는 유체(100)에 고루 분산되어 존재할 수 있다.
계면활성제(400)는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 양성 계면활성제가 사용될 수 있는데, 나노 입자(300)가 이산화탄소 화학적 흡수제(200)를 둘러쌓아 보호막을 형성하기에 용이한 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 계면활성제(400)는 Trimethoxy(octadecyl)silane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Butylamine, Sorbitan monostearate 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합되기 전의 성분 분석 결과를 나타낸 표이고, 도 5는 나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합된 후의 성분 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합됨으로써 나타나는 성분 분석 결과 및 TEM 이미지를 통한 입자 분포 모양을 알 수 있다. 표에 언급된 바와 같이 해당 분석 실험에서는 나노 입자(300)로 이산화규소가 사용되었다.
나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 결합시키기 위한 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 제1 유체(110)에 나노 입자(300)를 첨가한다. 유체(100)는 위에서 언급한 바와 같이 오일 유체를 포함하는데, 보다 상세히 말하면 제1 유체(110)와 제2 유체(120)를 포함한다.
제1 유체(110)는 휘발성을 갖는 오일 유체를 포함한다. 예를 들어, 제1 유체(110)로 톨루엔(Toluene)이 사용될 수 있다. 톨루엔(Toluene)에 이산화규소 나노 입자(300)를 첨가한 후 나노 입자(300) 질량 대비 질량분율 35%, 6%, 5%, 5.5%의 계면활성제(400)를 첨가하여 초음파 분쇄 및 자석 교반을 12시간 동안 수행한다. 이후 5차례 이상 원심분리를 반복하여 희석시키고 50 oC에서 8 시간동안 유지하여 제1 유체(100)를 모두 휘발시켜 최종적으로 계면활성제(400)가 나노 입자(300)의 표면에 결합된 분말 형태의 이산화규소 나노 입자(300)를 생성한다.
나노 입자(300) 표면의 구성성분은 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 통해 조사하였다. 표면처리 전 나노 입자(300)의 구성은 규소(Si)와 산소(O)가 약 1:2 비율로 검출되었다. 또한 에탄올에 분산시켜 transmission electron microscope (TEM)으로 구조를 확인해본 결과 무정형 구조로 cluster(작은 무리)를 형성하였음을 알 수 있다.
이산화규소 나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 결합한 다음 동일하게 XPS로 성분을 검사한 결과 계면활성제(400)에 포함되어 있는 물질인 탄소(Carbon), 질소(Nitrogen), 산소(Oxygen)이 적절하게 검출되었다. 이는 나노 입자(300)의 표면에 계면활성제(400)가 잘 결합되었음을 의미한다. 또한, 에탄올에 분산시킨 후 TEM을 측정해본 결과를 살펴보면, 나노 입자(300) 간 뭉쳐지는 현상이 줄어들었음을 확인할 수 있고 이를 통해서도 나노 입자(300) 표면에 계면활성제(400)가 잘 결합되었음을 알 수 있다.
도 6은 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 표면에 계면활성제(400)가 결합된 다수의 나노 입자(300)에 의한 보호막이 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 나노 입자(300) 표면에 계면활성제(400)가 결합된 다수의 나노 입자(300)가 이산화탄소 화학적 흡수제(200)를 둘러 쌓아 보호막을 형성하며, 이때 형성된 보호막은 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 부식성 및 독성에 의한 영향을 감소시킨다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 유체(120)에 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 및 계면활성제(400)가 결합된 나노 입자(300)를 첨가한 후 교반하면 도 6에 도시된 바와 같이 나노 입자(300)에 의해 이산화탄소 화학적 흡수제(200)에 보호막이 형성된다.
이때 이산화탄소 화학적 흡수제(200)는 수산화 나트륨(NaOH, sodium hydroxide) 수용액, 모노에탄올아민(MEA, monoethanolamine), 디에탄올아민(DEA, diethanolamine), 메틸디에탄올아민(MDEA, methyl diethanolamine), 아미노에틸에탄올아민(AEEA, aminoethyl ethanolamine), 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP, 2-amino-2-methyl-1-propanol), 다이에틸렌트리아민(DETA, diethylenetriamine), 피페라진(PZ, piperazine), 탄산 칼륨(K2CO3. potassium carbonate) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 이러한 이산화탄소 화학적 흡수제는 수용액 형태로 제공될 수 있는데, 이산화탄소 분리 순도가 높아 실내 환경에 적합한 이산화탄소 화학적 흡수제(200)라면 위의 예에 한정되지 않고 적용 가능하다.
또한, 유체(100)는 오일 유체를 포함하며, 오일 유체는 톨루엔(Toluene), 실리콘 오일(Silicone oil), 헥세인(Hexane), 헵테인(Heptane), 옥테인(Octane), 노네인(Nonane), 데케인(Decane), 운데케인(Undecane), 도데케인(Dodecane) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 유체(100)는 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 피커링 에멀젼 상태로 존재하도록 하기 위한 용액인 제2 유체(120)를 포함한다. 제2 유체는 비휘발성을 갖는 유체가 적용될 수 있다. 예를 들어, 제2 유체(120)는 실리콘 오일이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)를 제조 과정은 다음과 같다.
먼저, 제2 유체(120)에 계면활성제(400)가 결합된 나노 입자(300) 분말과 이산화탄소 화학적 흡수제(200)를 첨가한 후 교반시킨다.
나노 입자(300)에 계면활성제(400)가 결합되어 있지 않는 경우에는, 제2 유체(120)에 첨가된 친수성의 나노 입자(300)는 수용액으로 제공되는 이산화탄소 화학적 흡수제(200)와 접촉하게 되면 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 내부로 확산됨으로써 보호막을 형성하지 못하게 된다.
하지만 본 발명과 같이 나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 첨가하는 경우에는, 원래 친수성의 나노 입자(300)는 극성을 갖고 있기에 마찬가지로 극성을 갖는 수용액의 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 내부로 확산되려고 하지만, 계면활성제(400)는 나노 입자(300)의 표면 성질을 소수성으로 변화시킴으로써 나노 입자(300)가 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 내부로 들어가지는 못하게 한다.
그 결과 복수의 나노 입자(300)가 이산화탄소 화학적 흡수제(200)를 둘러싸는 보호막을 형성하게 된다. 이러한 보호막은 앞에서 언급한 바와 같이 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 갖는 부식성 및 독성에 의한 영향을 감소시킨다.
최종적으로, 계면활성제(400)가 결합된 다수의 나노 입자(300)를 포함하는 보호막에 의해 둘러싸인 이산화탄소 화학적 흡수제(200)는 제2 유체(120) 내에서 피커링 에멀젼 상태로 분산되어 존재한다.
이처럼 제2 유체(120)에 피커링 에멀젼 상태로 분산되어 존재하는 이산화탄소 화학적 흡수제(200)는 나노 입자(300) 보호막에 의해 둘러싸여 부식성 및 독성에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 유체(100), 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 및 나노 입자(300) 교반 시 교반의 강도를 조절하여 피커링 에멀젼 상태로 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제(200) 액적 각각의 크기를 조절할 수 있다. 이러한 크기 조절을 통해 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 표면적을 조절할 수 있고, 이를 통해 이산화탄소 포집 속도를 조절할 수 있다.
도 7은 나노 입자(300)에 의한 보호막이 형성된 후의 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 형상을 전자현미경을 통해 관찰한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 피커링 에멀젼이 구형에 가깝게 분포하고 있으며, 가운데 부분이 보다 짙은 것을 확인할 수 있다. 색이 짙다는 것은 국소적인 부분에 밀도가 높다는 것으로, 깊이 방향이 두꺼워 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 구형을 갖는다고 추정할 수 있다.
실시예에서 나노 입자(300)는 10 내지 20 나노미터 크기를 갖는 이산화 규소 나노 입자가 적용될 수 있는데, 단위 길이가 50나노미터인 아래 사진을 참고하면, 실시예에서 사용된 나노 입자를 용이하게 관찰할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 유체(100)는 상기한 바와 같이 제1 유체(110)와 제2 유체(120)를 포함한다. 보다 상세히 말하면, 나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 결합시킨 후 휘발함으로써 나노 입자(300) 분말을 생성하는데 사용되는 휘발성의 제1 유체(110)를 먼저 사용한 후, 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 피커링 에멀젼 상태로 분산되어 존재할 수 있도록 하는 비휘발성의 제2 유체(120)를 사용한다.
하지만 본 발명의 다른 예에 따르면 제1 유체(110)와 제2 유체(120)를 구분하여 사용하는 것이 아닌, 나노 입자(300)에 계면활성제(400)를 결합할 때 휘발성의 제1 유체(110)과 비휘발성의 제2 유체(120)의 혼합액을 사용할 수도 있다. 즉, 제1 유체(110)와 제2 유체(120)의 혼합액에 나노 입자(300)와 계면활성제(400)를 첨가하여 계면활성제(400)가 나노 입자(300)에 결합하도록 한 후, 동일한 혼합액에 이산화탄소 화학적 흡수제(200)를 첨가하여 교반함으로써 이산화탄소 화학적 흡수제(200)의 표면을 나노 입자(300)가 둘러싸 보호막을 형성하고, 피커링 에멀젼 상태를 형성하도록 한다. 이후 휘발성의 제1 유체(110)를 휘발시켜 비휘발성의 제2 유체(120)만이 잔류하도록 하는 방법으로도 본 발명의 이산화탄소 포집제(10)를 제조할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제 제조 방법을 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 이산화탄소 포집제 제조 방법은 나노 입자에 계면활성제를 결합시키는 단계(S100), 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체의 혼합 용액을 생성하는 단계(S200), 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하는 단계(S300) 및 상기 보호막에 의해 둘러싸인 이산화탄소 화학적 흡수제가 상기 유체에 피커링 에멀젼 상태로 분산되는 단계(S400)를 포함한다.
나노 입자에 계면활성제를 결합시키는 단계(S100)를 마치면 나노 입자(300) 분말을 획득할 수 있다. S100 단계는 제1 유체에 나노 입자 및 계면활성제를 첨가하는 단계(S110), 제1 유체를 교반하여 나노 입자에 계면활성제를 결합시키는 단계(S120) 및 제1 유체를 휘발시켜 나노 입자 분말을 획득하는 단계(S130)를 포함한다.
계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체의 혼합 용액을 생성하는 단계(S200)는 비휘발성의 제2 유체에 나노 입자 분말과 이산화탄소 화학적 흡수제를 혼합하는 단계를 말한다.
S200 단계를 통해 획득한 혼합 용액에 교반을 진행하면, 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하게 된다(S300).
S300 단계를 통해 나노 입자가 이산화탄소 화학적 흡수제에 보호막을 형성하고 나면, 보호막에 의해 이산화탄소 화학적 흡수제(200)가 피커링 에멀젼 상태로 제2 유체에 분산될 수 있다(S400).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)에 산염기 지시약인 티몰 블루를 첨가하여 이산화탄소 포집에 따른 색 변화를 관찰한 모습이다.
도 9를 참조하면, 이산화탄소 포집제(10)의 색깔이 파란색에서 노란색으로 변화하였음을 알 수 있다. 티몰 블루는 산염기 지시약으로, pH가 1.2에서 2.8로 변할 경우 적색에서 황색으로 변화하고, pH가 8.0에서 9.6으로 변할 경우 황색에서 청색으로 변화한다. 이산화탄소가 포집되는 경우 용액의 pH가 감소하게 되는데, 티몰 블루가 첨가된 이산화탄소 포집제(10)의 색깔이 청색에서 황색으로 변화한 것을 보아 본 발명의 이산화탄소 포집제(10)가 공기 중의 이산화탄소를 포집 하였음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집제(10)를 이용하여 수행한 이산화탄소 포집 시험 결과를 나타낸 표이다.
도 10을 참조하면, 유체(base fluid)의 pH는 이산화탄소 흡수 전과 후에 큰 변화가 없는 것으로 운반체 역할에 적합하다는 것을 알 수 있다. 반면 피커링 에멀젼 상태의 이산화탄소 화학적 흡수제(Pickering-emulsion based CO2 solvents)의 pH 농도는 크게 변화하였을 뿐 아니라 색깔도 확연히 달라져 이산화탄소를 잘 포집 하였음을 알 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 이산화탄소 포집제 생산 장치는 도 8의 이산화탄소 포집제 제조 방법을 통해 도 2의 이산화탄소 포집제를 생산한다. 이때 이산화탄소 포집제 제조 장치는 계면활성제가 결합된 나노 입자를 생성하는 나노 입자 생성부 및 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체를 혼합하여 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하게 하는 보호막 형성부를 포함할 수 있다.
이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.

Claims (11)

  1. 유체;
    상기 유체에 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제; 및
    상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 둘러싸는 다수의 나노 입자를 포함하는 보호막;을 포함하는 이산화탄소 포집제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 입자에 결합된 계면활성제를 더 포함하는 이산화탄소 포집제.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체는 오일 유체를 포함하고,
    상기 이산화탄소 화학적 흡수제는 상기 다수의 나노 입자에 의해 상기 오일 유체에 피커링 에멀젼 상태로 분산되고,
    상기 분산된 이산화탄소 화학적 흡수제 액적 각각의 크기 조절이 가능한 이산화탄소 포집제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나노 입자의 표면은 상기 계면활성제에 의해 소수성을 갖는 이산화탄소 포집제.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일 유체는 톨루엔, 실리콘 오일, 헥세인, 헵테인, 옥테인, 노네인, 데케인, 운데케인, 도데케인 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이산화탄소 포집제.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 이산화탄소 화학적 흡수제는 수산화 나트륨, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 아미노에틸에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 다이에틸렌트리아민, 피페라진, 탄산 칼륨 중 적어도 어느 하나가 혼합된 수용액인 이산화탄소 포집제.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 나노 입자는 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화아연, 산화 철-II, 산화철-III, 산화 니켈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이산화탄소 포집제.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 계면활성제는, Trimethoxy(octadecyl)silane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Butylamine, Sorbitan monostearate 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이산화탄소 포집제.
  9. 나노 입자에 계면활성제를 결합시키는 단계;
    상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체의 혼합 용액을 생성하는 단계;
    상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 계면활성제가 결합된 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막에 의해 둘러싸인 이산화탄소 화학적 흡수제가 상기 유체에 피커링 에멀젼 상태로 분산되는 단계를 포함하는 이산화탄소 포집제 제조 방법.
  10. 제1항의 이산화탄소 포집제를 포함하는 이산화탄소 필터;를 포함하는 공기청정기.
  11. 제1항의 이산화탄소 포집제를 제조하는 장치로서,
    계면활성제가 결합된 나노 입자를 생성하는 나노 입자 생성부; 및
    상기 계면활성제가 결합된 나노 입자, 이산화탄소 화학적 흡수제 및 유체를 혼합하여 상기 이산화탄소 화학적 흡수제의 표면을 상기 나노 입자가 둘러쌓아 보호막을 형성하게 하는 보호막 형성부를 포함하는 이산화탄소 포집제 제조 장치.
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