초록 ▼

<1단계 연구 목표>
다공성 유무기 복합 고형 아민계 흡수제 제조 조건 최적화
- 흡착능력: 15 wt%, 흡착속도: 5 min/8wt%, 마모지수(AI): 15
1. 고분자계 지지체 제조 최적화
2. 유무기 복합 다공성 지지체 제조
- 다공성 실리카 입자의 제조 및 표면 개질
- 에멀젼 중합을 통한 유무기 복합 지지체 제조 및 특성분석
3. 아민 구조 변경
4. 표면 개질 및 복합구조형 아민기 개발 방법 도입
5. 고분자계 아민 흡착제 제조
- PMMA계 아민 흡착제 제조 및

<1단계 연구 목표>
다공성 유무기 복합 고형 아민계 흡수제 제조 조건 최적화
- 흡착능력: 15 wt%, 흡착속도: 5 min/8wt%, 마모지수(AI): 15
1. 고분자계 지지체 제조 최적화
2. 유무기 복합 다공성 지지체 제조
- 다공성 실리카 입자의 제조 및 표면 개질
- 에멀젼 중합을 통한 유무기 복합 지지체 제조 및 특성분석
3. 아민 구조 변경
4. 표면 개질 및 복합구조형 아민기 개발 방법 도입
5. 고분자계 아민 흡착제 제조
- PMMA계 아민 흡착제 제조 및 실리카계 아민 흡착제와의 비교
- 계면활성제 적용에 따른 효과
- 제조된 흡착제에 대한 흡착 및 재생 실험
6. 단일공정 아민계 실리카 흡착제 제조.
- 계면활성제 도입에 따른 아민 개질 실리카겔 합성
- 계면활성제/톨루엔 첨가에 따른 아민 개질 실리카겔 합성

Abstract ▼

Carbon dioxide is one of the most influential green house gases, and thus the reduction of CO² emissions is an urgent issue for this generation. Among various carbon capture technologies including solvents, cryogenic techniques, membranes, and solid sorbents techniques, solvent process us

Carbon dioxide is one of the most influential green house gases, and thus the reduction of CO² emissions is an urgent issue for this generation. Among various carbon capture technologies including solvents, cryogenic techniques, membranes, and solid sorbents techniques, solvent process using amine-based aqueous solutions is current state-of-the-art process. However, there are several disadvantages such as high energy consumptions, the corrosion of the equipment, and the degradation of the absorbent. As an alternative to solvent method, the solid sorbents has recently drawn huge attention and the CO² capture performance is being improved.
The objective of this work is to develop CO² adsorbents for potential application to industrial CO² adsorption process exhibiting high adsorption and desorption performance without further forming process. The goal was accomplished by following attempts; i) forming polymeric supports and organic-inorganic hybrid supports, ii) the modification of amine structure, iii) the fabrication of amine-functionalized solid adsorbents by grafting or impregnation, and iv) the synthesis of amine-functionalized solid adsorbents by a new method.
We fabricated noble organic polymeric support materials showing appropriate surface area, pore size, and pore volume for high adsorption performance, and overcame the low heat stability, the intrinsic problem of polymeric support by introducing the inorganic materials into polymeric support.
The structure of amine was modified to improve the desorption characteristics. When tetraethylenepentamine (TEPA) was modified using acrylonitrile (AN) via the Michael reaction, the rate of adsorption and durability as well as desorption characteristics were improved. AN-modified TEPA-impregnated sorbents showed high enough CO² adsorption capacity (≥3 mmol/g) and amine efficiency showed the best amine efficiency of 0.495 when TEPA:AN is 1:2.
Amine-functionalized CO² adsorbents were prepared by amine-grafting or amine-impregnation using polymer beads or silica gel as supports. PEI-impregnated PMMA-supported adsorbents showed the CO² adosorption capacity of 4.27 mmol/g. And TEPA-grafted PMMA-supported adsorbents prepared via the amine lithiation reaction showed better stability than TEPA-impregnated PMMA-supported adsorbents. Double-functionalization method prepared by impregnation after grafting of amine was proposed to maximize the advantages of grafting and impregnation methods. Double-functionalized adsorbents showed good adsorption/desorption characteristics and thermal stability were fabricated.
Also, we first proposed a method to prepare amine-functionalized adsorbents by one-step synthesis. The new method can increase the productivity of adsorbents production process by combining support synthesis and amine grafting step.
We expect that our obtained technologies contribute to energy saving and reduction of carbon dioxide emission by applying to anthropogenic sources such as large-scale power plants, natural gas production facilities, and synthetic fuel plant. The process conditions such as moisture and CO² partial pressure are not influential to CO² adsorption performance of our adsorbents, so that our adsorbents can be applied to various fields and life-saving system such as aircraft, submarines, spacecraft. In the circumstances that the climate change response has emerged as a top priority global issue, the manufacturing adsorbents and CO² adsorption process technologies is important to prepare a plan to reduce greenhouse gases in the country.

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목 차 ... 10
• S U M M A R Y ... 12
• C O N T E N T S ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제 1 절 연구개발의 목표 ... 16
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제 1 절 아민계 고형 흡착제 ... 18
• 1. 아민과 CO2 반응 ... 18
• 가. 활성탄소계 흡착제 ... 19
• (1) 활성탄 흡착제 ... 19
• (2) CNT 흡착제 ... 21
• (3) 고형 수지 흡착제 ... 23
• (4) 제올라이트 흡착제 ... 23
• 나. 고분자계 흡착제 ... 23
• 다. 실리카계 흡착제 ... 24
• (1) 아민 함침 실리카 흡착제 ... 24
• (2) 아민 화학결합 실리카 흡착제 ... 26
• 라. 알루미나 흡착제 ... 34
• 제 2 절 국내외 기술개발현황 ... 34
• 1. 해외 기술개발 동향 ... 34
• 가. RTI International ... 34
• 나. National Energy Technology Laboratory ... 34
• 다. 기타 연구개발 현황 ... 35
• 2. 국내 연구개발 동향 ... 35
• 제 3 절 기술개발 종합분석 ... 36
• 1. 기술개발 방향 ... 37
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 38
• 제 1 절 지지체 합성 ... 38
• 1. PMMA 입자 제조와 기공 특성 분석 ... 38
• 가. 다공성 PMMA 흡착제 특성 분석 ... 40
• 나. 아민 함침량에 따른 PMMA 흡착제의 CO2 흡착량 ... 45
• 다. TEPA 함침량에 따른 아민 효율 ... 47
• 2. 다공성 실리카 입자의 표면개질 ... 49
• 가. 다공성 실리카 입자의 제조 ... 49
• 나. 실란 커플링제를 이용한 표면개질 ... 51
• 3. 에멀젼 중합을 통한 유무기 복합 지지체 제조 및 특성분석 ... 54
• 가. 제조된 PMMA/실리카 복합 지지체의 열안정성 향상 ... 59
• 나. 아민 함침을 통한 CO2 흡착 ... 61
• 제 2 절 아민 구조 개선 ... 63
• 1. TEPA(Tetraethylpentamine) 구조 개선 연구 ... 63
• 가. TxAN의 특성 분석 ... 66
• 나. TxAN 함침 고분자 흡착제의 구조적 특성 ... 69
• 다. 변형 아민 함침 흡착제의 흡탈착 특성 ... 72
• 제 3 절 아민 함침 흡착제 제조 ... 81
• 1. PMMA 고분자계 아민 함침 흡착제 제조 ... 81
• 가. 함침량 영향 ... 81
• 나. 온도 영향 ... 85
• 다. PMMA계 흡착제와 실리카계 흡착제의 비교 ... 88
• 라. 계면활성제의 영향 ... 90
• 마. 반복 흡착 및 재생 실험 ... 92
• 2. 아민 결합 고분자계 CO2 흡착제 제조 ... 95
• 3. 복합 아민 기능화를 통한 실리카겔 CO2 흡착제 제조 ... 97
• 제 4 절 실리카겔 제조 ... 100
• 1. 단일 공정(One-pot)을 통한 아민 개질 실리카겔 합성 공정 개발 ... 100
• 가. 계면활성제 도입에 따른 아민 개질 실리카겔 합성 ... 103
• 나. 계면활성제 첨가량에 따른 아민 개질 실리카겔 합성 ... 105
• 다. 계면활성제/톨루엔 첨가에 따른 아민 개질 실리카겔 합성 ... 108
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 110
• 제 5 장 연구개발 대표성과 ... 114
• 제 1 절 예상되는 활용분야 및 활용방안 ... 114
• 제 2 절 기대 성과 ... 114
• 1. 기술적 측면 ... 114
• 2. 경제/산업적 측면 ... 114
• 3. 사회적측면( 및 기후 변화 대응 측면) ... 114
• 제 6 장 연구결과의 파급효과 및 활용계획 ... 116
• 제 1 절 실리카계 아민 흡착제 기술 동향 ... 116
• 제 2 절 고분자계 아민 흡착제 기술 동향 ... 116
• 제 3 절 연구기관별 기술 동향 ... 117
• 제 7 장 연구시설ㆍ장비 현황 ... 118
• 제 8 장 참고문헌 ... 120
• 끝페이지 ... 123