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진공모드에서 NaY 제올라이트 막의 $CO_2-N_2-O_2$ 혼합기체의 투과거동 연구
A study on permeation of $CO_2-N_2-O_2$ mixed gases through a NaY zeolite membrane under permeate evacuation mode 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.23 no.5, 2013년, pp.352 - 359  

정수정 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원) ,  여정구 (한국에너지기술연구원 에너지융합소재연구단) ,  한문희 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원) ,  조철희 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원)

초록
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본 연구에서는 친수성 NaY 제올라이트 분리막의 단일기체, 이성분계 및 삼성분계 혼합기체에서의 $CO_2$ 투과거동에 대하여 고찰하였다. 분리막을 통한 $CO_2$ 투과는 표면확산에 의해 지배되며 $CO_2$ 분리는 흡착된 $CO_2$ 분자에 의한 blocking 효과에 의해 나타남을 재확인하였다. 진공모드에서 얻어진 $CO_2$ 투과도는 He sweeping 모드에서 얻어진 값보다 작았지만 가압모드에서 얻어진 $CO_2$ 투과도 값과 유사하였다. 특히, NaY 제올라이트 분리막은 실제 연소배가스 조건과 유사한 $14%CO_2-80%N_2-6%O_2$ 모델기체에 대하여 진공모드에서 $CO_2$ 투과도 약 $1{\times}10^{-7}mol/m^2secPa$, $CO_2$ 선택도 10 이상의 우수한 분리성능을 보였다. 따라서, NaY 제올라이트 분리막은 연소후 이산화탄소 회수용 분리막으로 응용 가능성 있는 소재임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present study, $CO_2$ permeation through a hydrophilic NaY zeolite membrane was studied under permeate evacuation mode for $CO_2$ single gas, $CO_2-N_2$ and $CO_2-O_2$ binary mixtures, and $CO_2-N_2-O_2$ ternary mixture. It was reconfirme...

주제어

#NaY zeolite membrane   # $CO_2$ separation   #mixed gas   #permeate evacuation mode  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 지금까지 보고된 NaY 제올라이트 분리막의 이산화탄소 투과거동에 대한 연구는 대부분 단일기체(single gas), CO2와 N2 이성분계 혼합기체(binary mixture) 조건에서 He sweeping 모드로 진행하였고, 삼성분계 이상의 혼합가스, 그리고 투과부에 진공을 가하는 진공 모드에 대한 연구결과는 보고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 주입부 압력, 투과부 압력, 투과온도 변화에 따른 단일가스, 이성분계 혼합가스 및 삼성분계 혼합가스 조건에서 NaY 제올라이트 분리막의 CO2 기체투과거동을 알아보고자 하였다. 특히, CO2 농도가 14%인 CO2-N2-O2 혼합기체의 NaY 제올라이트 분리막으로의 투과 거동을 진공모드에서 고찰하여, NaY 제올라이트 분리막이 실제 연소배가스와 유사한 낮은 CO2 분율을 갖는 혼합기체에 대하여 진공모드에서 우수한 CO2 분리 거동을 보임을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 NaY 제올라이트 분리막의 진공모드에서의 단일기체 및 혼합기체에 대한 기체투과거동 연구를 통하여 연소배가스에서 CO2 회수공정 적용성을 토론하였다. 이성분계 이상의 혼합기체 실험을 수행하였을 때 NaY 제올라이트 분리막을 통한 CO2의 투과는 기공벽을 따라 확산하는 표면확산에 의해 지배되며, 흡착된 CO2에 의한 N2, O2 투과 방지효과가 분리기구임을 재확인하였다.
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참고문헌 (14)

  1. S. E. Park, J. S. Chang, H. S. Roh, and K. S. Chung, "Preparations and applications of zeolite membranes", Membrane journal, 8, 178 (1998) 

  2. E. O. Kim, "Application of ceramic membrane", Membrane journal, 3, 13 (1993) 

  3. S. J. Jung and Y. T. Lee, "Develoment of high tempearature $CO_{2}$ separation and utilization technology by ceramic membrane", Membrane journal, 8, 60 (1998) 

  4. K. Kusakabe, T. Kuroda, A. Murata, and S. Morooka, "Formation of Y-type zeolite membrane on a porous $\alpha$ -Alumina tube for gas separation", Ind. Eng. Chem. Res., 36, 650-654 (1997). 

  5. K. Kusakabe, T. Kuroda, K. Uchino, Y. Hasegawa, and S. Morooka, "Gas Permeation Properties of Ion-Exchanged Faujasite-Type Zeolite Membranes", AIChE J., 45, 1222 (1999). 

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    원문보기 상세보기

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  10. K. Mizukami, H. Tkaba, Y. Kobayashi, Y. Oumi, R. V. Belosludov, S. Takami, M. Kubo, and A. Miyamoto, "Molecular dynamics calculations of $CO_{2}$ / $N_{2}$ mixture through the NaY type zeolite membrnae", J. Membr. Sci.. 188, 21 (2001). 

    상세보기 crossref

  11. Y. Hasegawa, K. Watanabe, K. Kusakabe, and S. Morooka, "The separation of $CO_{2}$ using Y-type zeolite membranes ion-exchanged with alkali metal cations", Sep. Purif. Technol., 22-23, 322-325 (2001). 

  12. K. Kusakabe, T. Kuroda, and S. Morooka, "Separation of carbon dioxide from nitrogen using ion-exchanged faujasite-type zeolite membranes formed on porous support tubes", J. Membr. Sci., 148, 14 (1998). 

  13. Y. J. Kim, "The characteristics of equilibria and permeation in nano-porous materials for gas separation", Unpublished master's thesis, Yonsei University, Seoul, 10-11 (2006). 

  14. H. S. Kim, "Synthesis and $CO_{2}$ / $N_{2}$ separation of sodium-type faujasite zeolite membranes", Unpublished master's thesis, Pukyong National University, Busan, 6-8 (2006). 

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