이산화탄소($CO_2$)가 지구온난화의 주요 원인으로 밝혀지면서 $CO_2$를 분리, 회수, 저장하는 기술의 개발과 적용에 대한 관심이 높아지고 있다. 아민화합물은 대표적인 $CO_2$ 흡수제이지만 재생 시 많은 에너지가 필요하고 흡수제가 열분해되며 증발하여 소실되는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선할 수 있는 흡수제로 이온성 액체가 개발되고 있다. 이온성 액체는 양이온, 음이온으로 구성된 염이지만 상온에서도 액체상태를 유지하는 물질로서, 높은 열적 안정성, 낮은 휘발성, 특정 기체에 대한 선택적 흡수능력 등의 특성을 보인다. 여기서는 $CO_2$ 흡수능력이 큰 것으로 보고된 이온성 액체들을 바탕으로 이온성 액체의 구조와 온도, 압력, 수분 등 $CO_2$ 흡수량에 영향을 미치는 요인들을 비교하고, $CO_2$ 분리제로서 이온성 액체의 활용 가능성을 알아보았다.
이산화탄소($CO_2$)가 지구온난화의 주요 원인으로 밝혀지면서 $CO_2$를 분리, 회수, 저장하는 기술의 개발과 적용에 대한 관심이 높아지고 있다. 아민화합물은 대표적인 $CO_2$ 흡수제이지만 재생 시 많은 에너지가 필요하고 흡수제가 열분해되며 증발하여 소실되는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선할 수 있는 흡수제로 이온성 액체가 개발되고 있다. 이온성 액체는 양이온, 음이온으로 구성된 염이지만 상온에서도 액체상태를 유지하는 물질로서, 높은 열적 안정성, 낮은 휘발성, 특정 기체에 대한 선택적 흡수능력 등의 특성을 보인다. 여기서는 $CO_2$ 흡수능력이 큰 것으로 보고된 이온성 액체들을 바탕으로 이온성 액체의 구조와 온도, 압력, 수분 등 $CO_2$ 흡수량에 영향을 미치는 요인들을 비교하고, $CO_2$ 분리제로서 이온성 액체의 활용 가능성을 알아보았다.
Since carbon dioxide, $CO_2$, was revealed as a major greenhouse gas, techniques for its separation, capture, and storage have received increasing interest in recent years. Aqueous amines are the most widely accepted $CO_2$ absorbents, but they cause the problems such as high r...
Since carbon dioxide, $CO_2$, was revealed as a major greenhouse gas, techniques for its separation, capture, and storage have received increasing interest in recent years. Aqueous amines are the most widely accepted $CO_2$ absorbents, but they cause the problems such as high regeneration energy, thermal degradation, and loss of absorbents due to their volatility. Ionic liquids having high thermal stability, extremely low vapor pressure, and capability of selectively absorbing specific gases have been proposed as new $CO_2$ capturing solvents which may potentially replace aqueous amines. By reviewing the ionic liquids having capability to absorb $CO_2$ reported in previous papers, we seek to develop a comprehensive understanding on the factors that influence the $CO_2$ solubility in ionic liquids such as their structures, absorption temperature, pressure, water content, etc., and to estimate the potential of ionic liquids as $CO_2$ separating media.
Since carbon dioxide, $CO_2$, was revealed as a major greenhouse gas, techniques for its separation, capture, and storage have received increasing interest in recent years. Aqueous amines are the most widely accepted $CO_2$ absorbents, but they cause the problems such as high regeneration energy, thermal degradation, and loss of absorbents due to their volatility. Ionic liquids having high thermal stability, extremely low vapor pressure, and capability of selectively absorbing specific gases have been proposed as new $CO_2$ capturing solvents which may potentially replace aqueous amines. By reviewing the ionic liquids having capability to absorb $CO_2$ reported in previous papers, we seek to develop a comprehensive understanding on the factors that influence the $CO_2$ solubility in ionic liquids such as their structures, absorption temperature, pressure, water content, etc., and to estimate the potential of ionic liquids as $CO_2$ separating media.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 CO2 흡수제로 현재까지 보고된 이온성 액체들을 바탕으로 이온성 액체의 형태별 CO2 흡수량을 비교하고, CO2 흡수온도 및 압력, 수분 등과 같은 CO2 흡수량 변화에 영향을 미치는 주요 요인과 그들의 영향 정도를 알아보고자 한다. Table 2와 3은 CO2 흡수제로 연구되고 있는 다양한 이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온의 예이다.
기술이 연구되고 있다. 본 논문에서는 CO2를 흡수 분리하는 기술 중, 이온성 액체를 흡수제로 이용하는 방법에 대해 알아보았다. 현재까지 발표된 문헌들을 통해 이온성 액체의 형태 및 구조를 비롯하여 CO2 흡수 조건에 따라서도 CO2 흡수량이 달라지는 것을 알 수 있었다.
성능/효과
온도의 경우는 Fig. 1(b)와같이 압력 경우와 반대로 온도가 증가하면 CO2 흡수량은 비례하여 감소한다.
CO2 압력이 증가하고 흡수 온도가 낮아지면 CO2 흡수량이 증가하였으며, 수분함량이 적은 이온성 액체일수록 더 많은 CO2를 용해할 수 있음을 알았다. 양이온의 골격이 imidazolium 형태인 이 온성 액체가 비슷한 알킬기 수를 가진 pyrrolidinium, pyridinium, ammonium 형태보다 CO2 흡수량이 약간 높은 것으로 나타났다.
그러나 문헌들을 통해 발표된 이온성 액체들은 대부분 높지 않은 온도 범위에서 가역적 흡수, 탈거가 가능하도록 물리적으로 CO2를 흡수하므로 아직까지 아민 수용액에 비해 CO2 흡수 능력이 현저하게 떨어진다. CO2 용해도를 높이기 위해서 이온성 액체의 양이온과 음이온에 플루오르화알킬기를 도입하고 아민 작용기와 같이 CO2와 화학결합을 할 수 있는 작용기를 붙이면 이온성 액체의 CO2 흡수 능력은 크게 향상되지만, 점도가 증가하고 흡수제 단위무게당으로 환산된 CO2 흡수량은 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 점도와 이온성 액체의 단위 무게당 흡수되는 CO2 양은 이온성 액체를 CO2 흡수제로 사용하는 공정을 상용화할 때 고려해야 할 중요한 요소이다.
이온성 액체의 점도를 낮추는 또 다른 방법으로 Shirota[34] 등은 imidazolium 형태의 이온성 액체에 trimethylsilylmethyl group을 도입하였다. 그 결과, 다음 예와 같이 trimethylsilylmethyl group을 도입한 이온성 액체가 도입 전 형태의 이온성 액체보다 점도가 눈에 띄게 감소하였다
이러한 점을 보안하기 위해서 아민 수용액과 같이 CO2와 화학결합을 할 수 있는 아민작용기를 가진 목적 지향성 이온성 액체 (TSIL)를 개발하고 있으며, 예상대로 물리적 흡수를 통해 CO2를 흡수하는 이온성 액체들보다 CO2 흡수 능력이 높게 나타났다. 그러나 아민 작용기를 가진 TSIL 은 아민 수용액과 같이 CO2를 흡수한 후 흡수제의 재생단계에서 많은 에너지를 필요로 했으며, 흡수제 재생 후 이온성 액체의 일부에 구조적 변형이 일어나서 재사용 시 CO2 흡수 능력이 떨어지는 것으로 나타났다.
또한 알킬기, 특히 플루오르화알킬기가 많은 이온성 액체일수록 흡수되는 CO2의몰분율이 증가하였다 . 그러나 알킬기나 플루오르화알킬기가 많을수록 이온성 액체의 점도도 비례하여 증가하고, 이온성 액체의 단위 무게당 흡수되는 CO2 양은 역으로 감소하는 경향을 보였다. 음이온 형태에 따라서도 CO2 용해도가 크게 차이나는데, 대체로 음이온에 F 함량이 많을수록, 특히 플루오르화알킬기가 많을수록 CO?를 더 많이 흡수하는 것으로 나타났다.
양이온의 골격이 imidazolium 형태인 이 온성 액체가 비슷한 알킬기 수를 가진 pyrrolidinium, pyridinium, ammonium 형태보다 CO2 흡수량이 약간 높은 것으로 나타났다. 또한 알킬기, 특히 플루오르화알킬기가 많은 이온성 액체일수록 흡수되는 CO2의몰분율이 증가하였다 . 그러나 알킬기나 플루오르화알킬기가 많을수록 이온성 액체의 점도도 비례하여 증가하고, 이온성 액체의 단위 무게당 흡수되는 CO2 양은 역으로 감소하는 경향을 보였다.
수 있음을 알았다. 양이온의 골격이 imidazolium 형태인 이 온성 액체가 비슷한 알킬기 수를 가진 pyrrolidinium, pyridinium, ammonium 형태보다 CO2 흡수량이 약간 높은 것으로 나타났다. 또한 알킬기, 특히 플루오르화알킬기가 많은 이온성 액체일수록 흡수되는 CO2의몰분율이 증가하였다 .
따라서 이온성 액체의 CO2 용해도는 화학적 결합을 통해서 CO2 를 흡수하는 아민 수용액에 비해 매우 작았다. 이러한 점을 보안하기 위해서 아민 수용액과 같이 CO2와 화학결합을 할 수 있는 아민작용기를 가진 목적 지향성 이온성 액체 (TSIL)를 개발하고 있으며, 예상대로 물리적 흡수를 통해 CO2를 흡수하는 이온성 액체들보다 CO2 흡수 능력이 높게 나타났다. 그러나 아민 작용기를 가진 TSIL 은 아민 수용액과 같이 CO2를 흡수한 후 흡수제의 재생단계에서 많은 에너지를 필요로 했으며, 흡수제 재생 후 이온성 액체의 일부에 구조적 변형이 일어나서 재사용 시 CO2 흡수 능력이 떨어지는 것으로 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.