초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 전 세계적으로 문제가 되고있는 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하기 위해 생산 단가가 저렴하고 이산화탄소에 대한 선택성이 높은 다공성 공유결합 유기 고분자를 개발하였고 이를 바탕으로 이산화탄소를 유용한 물질로 변환시키는 촉매로서의 역할에 대해 연구하였다. 이미 상용화되어 저렴한 단량체를 이용하여 합성이 비교적 쉽고, 기존에 개발된 다른 흡착제보다 이산화탄소에 대한 선택성이 높으며, 다양한 작용기를 포함하는 다공성 공유결합 유기 고분자와 이산화탄소 및 질소와의 상호작용을 연구하여 선택적으로

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 전 세계적으로 문제가 되고있는 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하기 위해 생산 단가가 저렴하고 이산화탄소에 대한 선택성이 높은 다공성 공유결합 유기 고분자를 개발하였고 이를 바탕으로 이산화탄소를 유용한 물질로 변환시키는 촉매로서의 역할에 대해 연구하였다. 이미 상용화되어 저렴한 단량체를 이용하여 합성이 비교적 쉽고, 기존에 개발된 다른 흡착제보다 이산화탄소에 대한 선택성이 높으며, 다양한 작용기를 포함하는 다공성 공유결합 유기 고분자와 이산화탄소 및 질소와의 상호작용을 연구하여 선택적으로 이산화탄소를 흡착할 수 있는 흡착제를 개발하였다. 또한 이러한 높은 이산화탄소 흡착능을 바탕으로 흡착된 이산화탄소를 유용한 물질로 변환시킬수 있는 촉매로서의 가능성도 연구되었다.

□ 연구결과
본 연구를 통해 총 80종이 넘는 다양한 다공성 공유결합 유기 고분자가 합성되었고 그 특성이 분석되었다. 그 결과 작용기 및 기공의 크기에 따른 이산화탄소와의 상호작용을 규명하였고 더 나아가 이산화탄소 변환을 위한 촉매로서의 가능성을 연구하였다. 합성된 다공성 공유결합 유기 고분자 중 벤족사졸 작용기를 포함하는 다공성 고분자는 754m2/g의 높은 표면적을 가지며 보통의 고분자들과 달리 섭씨 500도 이상의 온도에서도 우수한 열적 안정성을 보여주었다. 또한 이산화탄소 흡착량은 4.55 mmol/g 으로 기 개발된 다공성 고분자 중 가장 우수한 성능을 보여주었다. 이러한 방법으로 합성된 다양한 다공성 공유결합 유기 고분자에 나노 사이즈의 알칼리 토금속 및 전이금속을 함침하여 그 복합체가 이산화탄소 흡착에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 다양한 금속이 이산화탄소 흡착능을 향상시켰지만 코발트 나노입자가 함침된 다공성 고분자는 1.8배로 최대 향상을 보여 주어 이산화탄소와 금속 나노입자의 상호작용이 연구되었다. 또한 낮은 표면적 때문에 이산화탄소 흡착량이 낮았던 황을 포함하는 다공성 고분자는 다양한 조건에서 탄화 과정을 거친 후 이산화탄소 흡착량이 최대 8.3배까지 증가하는 결과를 보여주었다. 이는 탄화과정을 통해 나노 세공이 급격히 발달하며 황 작용기는 그대로 남아있어 표면적이 증가함과 동시에 황이 효과적으로 이산화탄소 분자와 상호작용을 한 결과인 것으로 밝혀졌다.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구결과는 이산화탄소 흡착제로서 직접적으로 응용이 가능하다. 더욱 심화될 이산화탄소 감축 정책에 따라 전 세계적으로 효율적인 이산화탄소 흡착제를 찾고 있으므로 본 연구를 통해 확보한 기술력을 바탕으로 다양한 다공성 고분자를 기업과 연계하여 상용화 가능할 것으로 예상한다. 또한 추후 연구로서 다양한 이산화탄소 변환 반응에 응용할 수 있다. 현재 80종이 넘는 구조를 보유하고 있으므로, 작용기 및 기공 크기에 따라 분류하여 적합한 이산화탄소 변환 반응에 응용이 가능할 것으로 예상된다.
(출처:요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
CO2 concentration in atmosphere has always been a global issue, and our group has developed a cost-effective CO2 absorbent using highly porous covalent organic polymer (COP) to reduce the global CO2 concentration. Our group has further improved our CO2 adsorbent to not only ad

□ Purpose& contents
CO2 concentration in atmosphere has always been a global issue, and our group has developed a cost-effective CO2 absorbent using highly porous covalent organic polymer (COP) to reduce the global CO2 concentration. Our group has further improved our CO2 adsorbent to not only adsorb CO2 but to convert using COP as a catalyst. To keep the COP as an affordable and cost-effective CO2 absorbent, COP has been synthesized using commercially available monomers, thus synthesis is comparably simple while having high selectivity towards CO2 using specific functional groups to each application conditions. Through highly selective absorbent, our group has seen strong potential in CO2 conversion to useful product using COP as a catalyst.

□ Result
Throughout the study, we have analyzed and developed more than 80 different covalent organic polymers. As a result, we were able to investigate affinity of CO2 with various functional groups and pore size of polymers. Furthermore, we have found tremendous potentials in the conversion of CO2 using our COP materials. For example, one of the COP that has been synthesized to contain benzoxazole functional groups had specific surface area of 754 m2/g with strong thermal stability at over 500oC. Furthermore, benzoxazole had shown 4.55 mmol/g of CO2 adsorption, which was the highest CO2 adsorption capability as compared to previous polymers. To further enhance its CO2 adsorption capability, various alkaline earth metal and transitional metal nanoparticles were impregnated in COP to investigate its effects with CO2 affinity. As a result, many metal nanoparticles have improved the CO2 absorption, where cobalt nanoparticles impregnated in COP has shown 1.8 times more adsorption. On the other hand, sulfur functionalized organic polymers had comparably lower surface area, thus had a low CO2 adsorption. Thus, various carbonization process was conducted to increase the surface area. As a result, sulfur organic polymers had increase its CO2 adsorption by maximum of 8.3 times.

□ Expected Contribution
CO2 concentration in the atmosphere is expected to grow and regulation on CO2 release in atmosphere is expected to get stricter. Thus, interest in CO2 removal system is expected to gain significant interest in many industries in the foreseeable future. Through our advances in the field of CO2 adsorption, we expect to develop even more effective and commercially viable CO2 adsorbent. Furthermore, we are focusing our research to not only adsorb CO2 but to effectively convert CO2 into various forms including methanol, using metal impregnated covalent organic polymers.
(출처:Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 16 5. 연구결과의 활용계획 ... 17 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 17 7. 참고문헌 ... 18 8. 연구성과 ... 19 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 25 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 25 11. 기타사항 ... 26끝페이지 ... 26