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Monoethanolamine을 함침한 ZSM5와 MS13X의 CO2 흡착특성 비교
Adsorption of CO2 on Monoethanol Amine-Impregnated ZSM5 and MS13X 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.39 no.6, 2017년, pp.325 - 331  

최성우 (계명대학교 환경과학과)

초록
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Monoethanolamine (MEA)으로 함침한 ZSM5와 Molecular Sieve 13X (MS13X)에 대한 이산화탄소 흡착실험을 실시하였다. 이산화탄소 흡착효율은 U자관 컬럼 반응기를 사용하였으며 GC/TCD로 분석을 하였다. 흡착제별 흡착온도는 $30{\sim}80^{\circ}C$에서 흡착능을 평가하였다. 개질화된 흡착제의 표면특성을 알기 위해 BET분석, $N_2$ 흡 탈착, XRD, FT-IR분석을 실시하였다. 표면분석결과 함침된 아민은 흡착제 내 결정의 형성에 영향을 주지 않으며 아민으로 함침된 MS13X의 BET표면적은 $718.335m^2/g$$19.945m^2/g$으로 감소하였다. 이 결과는 MS13X의 기공부피에 아민 분자가 채워짐으로써 질소흡착을 제한하는 것으로 보인다. MS13X-MEA는 ZSM5-MEA비해 이산화탄소 흡착능의 개선효과가 있었으며 이는 물리적 흡착과 화학적 흡착에 의한 것으로 사료된다. 또한 MS13X-MEA의 이산화탄소 흡착능은 MS13X에 비해 $60{\sim}80^{\circ}C$의 온도에서도 증가됨을 보여 주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Adsorption experiments of carbon dioxide were performed on ZSM5 and Molecular Sieve 13X (MS13X) impregnated with Monoethanol Amine (MEA). Adsorption efficiency of $CO_2$ was investigated in a U type packed column with GC/TCD. The adsorption capacities of adsorbents are estimated in the te...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 동일 흡착제라도 함침조건, 분석조건에 따라 다른 결과를 도출할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 MEA를 함침한 흡착제를 제조하여 동일 실험 조건 하에서 흡착제의 비교 연구를 실시하였다. 흡착제는 ZSM5와 MS13X로 선정하였으며 아민 함침 전·후의 이산화탄소 흡착효율과 표면특성을 비교 분석하였다.

가설 설정

  • A)을 사용하였다. 또한 GC-TCD 분석 조건으로 185℃의 injector 온도와 150℃의 detector 온도를 설정하였으며, oven 온도는 35℃를 유지하여 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제올라이트의 장점은 무엇인가? 100℃ 이상의 연돌가스에서 이산화탄소의 흡착 포집을 위해 고온에서도 흡착 가능한 흡착제에 대한 연구가 매우 필요한 실정이다. 일반적으로 제올라이트는 극성분자의 친화도가 매우 높아 이산화탄소의 흡착제로 많이 사용되며 흡착가스의 탈착과정에서 온도와 압력조절이 용이한 물질이다. Park 등5)은 제올라이트와 활성탄을 이용하여 이산화탄소 흡착실험을 수행 하였으며 이 중 제올라이트가 우수한 흡착 능을 가지는 것으로 나타난 것으로 보고하였다.
대표적인 아민계 물질에는 무엇이 있는가? 대표적인 아민계 물질은 monoethanolamine (MEA), ethylenediamine (EDA), polyethylenimine (PEI) 등이 있고 이들 물질을 활성탄, 제올라이트 등에 함침하는 방법을 사용하며 특히 실리카는 아민류의 함침이 잘 일어나도록 하는 장점을 가진다.7) 아미노 그룹을 실리케이트나 알루미노실리케이트 표면에 개질화하여 이산화탄소의 흡착능을 개선하는 많은 연구가 진행되어 왔다.
고온상태에서 이산화탄소 흡착효과를 증대하기 위해 화학적 흡착을 증가하는 방법은 무엇인가? 6) 따라서 연돌가스와 같은 고온상태에서 이산화탄소를 흡착 및 포집하기 위해서는 물리적 흡착 외에 화학적 흡착이 필요하다. 화학적 흡착을 증가하기 위해 주로 아민계 물질을 함침하여 이산화탄소의 흡착효과를 증대시킨다.
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참고문헌 (16)

  1. IPCC, IPCC special report on carbon dioxide capture and storage, Cambridge University Press, New York, pp. 105-178(2005). 

  2. Feng, B., An, H. and Tan, E., "Screening of $CO_2$ adsorbing materials for zero emission power generation systems," Energy and Fuel., 21, 426-434(2007). 

  3. Wang, X. P., Jun J. J., Cheng, J., Hao, Z. P. and Xu, Z. P., "High-temperature adsorption of carbon dioxide on mixed oxides derived from hydrotalcite-like compounds," Environ. Sci. Technol., 42, 614-618(2008). 

  4. Belmabkhout, Y., Serna-Guerrero, R. and Abdelhamid Sayari, A., "Adsorption of $CO_2$ from dry gases on MCM41 silica at ambient temperature and high pressure. 1: pure $CO_2$ adsorption," Chem. Eng. Sci., 64(17), 3721-3728(2009). 

  5. Park, I. G., Hong, M. S., Kim, B. S. and Kang, H. G., "Ambient $CO_2$ adsorption and regeneration performance of zeolite and activated carbon," J. Korean Soc. Environ. Eng., 35 (5), 307-311(2013). 

  6. Chena, C., Sona, W. J., Youb, K. S., Ahnb, J. W. and Ahna, W. S., "Carbon dioxide capture using amine-impregnated HMS having textural mesoporosity," Chem. Eng. J., 161, 46-52(2010). 

  7. Brandani, F. and Ruthven, D. M., "The effect of water on the adsorption of $CO_2$ and $C_3H_8$ on type X zeolites," Ind. Eng. Chem. Res., 43(26), 8339-8344(2004). 

  8. Lee, C. H., Hyeon, D. H., Jung, H., Chung, W., Jo, D. H., Shin, D. K. and Kim, S. H., "Effects of pore structure and PEI impregnation on carbon dioxide adsorption by ZSM-5 zeolites," J. Ind. Eng. Chem., 23, 251-256(2015). 

  9. Bezerra, D. P., Silva, F. W. M., Moura, P. A. S., Sousa, A. G. S., Vieira, R. S., Castellon, E. R. and Azevedo, D. C. S., " $CO_2$ adsorption in amine-grafted zeolite 13X," App. Surf. Sci., 314, 314-321(2014). 

  10. Hong, M. S., Pankaj, S., Jung, Y. H., Park, S. Y., Park, S. J. and Baek, I. H., "Separation of carbon dioxide using pelletized zeolite adsorbent with amine impregnation," Korean Chem. Eng. Res., 50(2), 244-250(2012). 

  11. Jadhav, P. D., Chatti, R. V., Biniwale, B., Labhsetwar, N. K., Devotta, S. and Rayalu, S. S., "Monoethanol amine modified zeolite 13X for $CO_2$ adsorption at different temperatures," Energy and Fuel., 21, 3555-3559(2007). 

  12. Xu, X., Song, C., Andresen, J, M., Miller, B, G. and Scaroni, A, W., "Preparation and characterization of novel $CO_2$ molecular basket adsorbents based on polymer-modified mesoporous melecular sieve MCM-41," Micro & Meso. Mat., 62, 29-45(2003). 

  13. Frantz, T. S., Ruiz, W. A., Rosa, C. A. and Mortola, V. B., "Synthesis of ZSM-5 with high sodium content for $CO_2$ adsorption," Micro. and Meso. Mat., 222, 2009-2017(2016). 

  14. Chatti, R., Ransiwal, A. K., Thote, J. A., Kumar, V., Jadhav, P., Lokhande, S. K., Biniwale, R. B., Labhsetwar, N. K. and Rayalu, S. S., "Amine loaded zeolites for carbon dioxide capture: Amine loading and adsorption studies," Micro. and Meso. Mat., 121, 84-89(2009). 

  15. Xu, X., Zhao, X., Sun. L. and Liu. X., "Adsorption separation of carbon dioxide, methane and nitrogen on monoethanol amine modified ${\beta}$ -zeolite," J. Natu. Chem., 18, 167-172(2009). 

  16. Pham, T. H., Lee, B. K. and Kim, J. T., "Novel improvement of $CO_2$ adsorption capacity and selectivity by ethylenediaminemodified nano zeolite," J. Tai. Ins. Chem. Eng., 66, 239-248 (2016). 

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