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KR102241779B1 - A mixed metal oxide catalyst for amine-based carbon dioxide absorbent, amine-based carbon dioxide absorbent, and apparatus for absorption and desorption using thereof - Google Patents

A mixed metal oxide catalyst for amine-based carbon dioxide absorbent, amine-based carbon dioxide absorbent, and apparatus for absorption and desorption using thereof Download PDF

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KR102241779B1
KR102241779B1 KR1020190081044A KR20190081044A KR102241779B1 KR 102241779 B1 KR102241779 B1 KR 102241779B1 KR 1020190081044 A KR1020190081044 A KR 1020190081044A KR 20190081044 A KR20190081044 A KR 20190081044A KR 102241779 B1 KR102241779 B1 KR 102241779B1
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Abstract

본 발명은 아민계 이산화탄소 흡착제용 복합금속산화물 촉매, 이를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제 및 흡탈착 장치에 관한 것으로 하기 [화학식 1]로 표시되고 파이로클로르(pyrochlore) 구조를 갖는 촉매를 이용함으로써, 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있다.The present invention relates to a composite metal oxide catalyst for an amine-based carbon dioxide adsorbent, an amine-based carbon dioxide adsorbent and an adsorption and desorption device including the same. By using a catalyst represented by the following [Chemical Formula 1] and having a pyrochlore structure, carbon dioxide It improves the reaction rate related to absorption and desorption of and can be used while continuously circulating the absorption and desorption reaction.

Description

아민계 이산화탄소 흡착제용 복합금속산화물 촉매, 이를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제 및 흡탈착 장치{A mixed metal oxide catalyst for amine-based carbon dioxide absorbent, amine-based carbon dioxide absorbent, and apparatus for absorption and desorption using thereof} A mixed metal oxide catalyst for amine-based carbon dioxide absorbent, amine-based carbon dioxide absorbent, and apparatus for absorption and desorption using thereof }

본 발명은 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있도록 기능을 향상시키는 복합금속산화물 촉매, 이를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제 및 흡탈착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a composite metal oxide catalyst which improves the reaction rate related to absorption and desorption of carbon dioxide and improves the function to be used while continuously circulating the absorption and desorption reaction, an amine-based carbon dioxide adsorbent and an adsorption and desorption device including the same. will be.

이산화탄소 포집 및 저장(Carbon dioxide Capture and Storage; CCS) 기술은 화석연료의 연소 후 발생하는 대량의 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 지각 또는 해양에 저장하거나 화학소재 및 연료화 등으로 전환처리하는 기술의 총칭이다. Carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is a technology that captures a large amount of carbon dioxide generated after combustion of fossil fuels and stores the captured carbon dioxide in the crust or ocean, or converts it into chemical materials and fuel. It is a generic term.

상기 CCS 기술은 지구 온난화에 따른 기후변화가 전 지구적 문제로 등장함에 따라 이의 주요 원인으로 지목받고 있는 이산화탄소의 배출을 줄이기 위하여 2015년에 파리협정(The Paris Agreement)이 채택됨에 따라 그 중요성이 더욱 증대되고 있다. 세계 7위의 온실가스 배출국가인 한국은 2030년까지 전망치 대비 37%의 온실가스 감축을 목표로 하고 있다. The CCS technology has become more important as the Paris Agreement was adopted in 2015 to reduce the emission of carbon dioxide, which has been pointed out as a major cause of climate change caused by global warming as a global problem. It is increasing. Korea, the world's seventh-largest greenhouse gas emitter, aims to reduce greenhouse gas emissions by 37% compared to the forecast by 2030.

이산화탄소를 포집하는 방법 중 연소 후 포집 기술은 화석연료를 연소한 다음 연도 가스(flue gas)에 포함된 이산화탄소를 흡수제를 이용하여 흡수 및 탈착하는 방식을 이용한다. 이러한 흡수제가 연도 가스의 이산화탄소를 흡수하는 원리는 다양한 방법이 있지만 주로 화학흡착(chemisorption)을 이용하는데 이는 화학흡착이 다양한 가스 중 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는데 용이하기 때문이다. 하지만 이러한 화학흡착 방법은 반응속도, 특히 탈착이 느린 문제점이 있다. Among the methods of collecting carbon dioxide, the post-combustion capture technology uses a method of absorbing and desorbing carbon dioxide contained in a flue gas using an absorbent after burning fossil fuels. Although there are various methods for the principle of such absorbent absorbing carbon dioxide from flue gas, chemisorption is mainly used because chemisorption is easy to selectively absorb carbon dioxide among various gases. However, such a chemical adsorption method has a problem in that the reaction rate, especially desorption is slow.

현재까지 화학흡착을 이용하는 다양한 흡수제가 연구 개발되었으나, 실용적인 측면에서 주로 고려되고 있는 것은 MEA, DEA, MDEA, DIPA 등의 수용액을 활용하는 아민계 흡수제이다. 일반적으로 사용되는 아민의 농도는 MEA의 경우 32%, DEA의 경우 20~25%, MDEA의 경우 30~50%이다. 이러한 아민계 흡수제는 낮은 온도에서 이산화탄소(CO2)와 반응하게 되면 수용액상에서 carbamate(RNHCOO-), bicarbonate (HCO3 -) 형태의 다양한 화합물을 형성하는데 카바메이트(carbamate)를 형성하는 대표적인 반응식은 아래와 같다. Until now, various absorbents using chemical adsorption have been researched and developed, but what is mainly considered in practical terms is an amine absorbent using aqueous solutions such as MEA, DEA, MDEA, and DIPA. The concentration of amines generally used is 32% for MEA, 20-25% for DEA, and 30-50% for MDEA. These amine-based absorbent is carbamate (RNHCOO -) in an aqueous solution when it reacts with the carbon dioxide (CO 2) at a lower temperature, bicarbonate (HCO 3 -) representative reaction scheme for forming the carbamate (carbamate) to form the various compounds of the form below: same.

Figure 112019068963174-pat00001
Figure 112019068963174-pat00001

상기 반응식에 따르면 아민 1 몰 당 0.5 몰의 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 또한 상기 반응은 높은 온도에서는 역방향으로 진행되는데, 이러한 점을 활용하면 이산화탄소를 흡수한 아민을 재생하여 이를 다시 이산화탄소 흡수에 사용할 수 있다. According to the above reaction formula, 0.5 mol of carbon dioxide can be absorbed per 1 mol of amine. In addition, the reaction proceeds in the reverse direction at a high temperature. By utilizing this point, the amine that has absorbed carbon dioxide can be regenerated and used for carbon dioxide absorption again.

일반적으로 MEA는 이산화탄소의 흡수속도가 뛰어나고 분자량이 작아 단위 무게 당 이산화탄소 흡수량이 높기 때문에 가장 많이 사용되고 있으나, MEA 흡수제가 이산화탄소 흡수 후 재생기(regenerator)에서 이를 재생하는 과정에서 이산화탄소 탈착의 반응속도가 느려 110~130 ℃의 높은 온도가 필요하다. 상기 MEA 흡수제는 MEA와 물의 혼합용액으로 이루어져 있으므로 재생을 위해 온도를 110 ℃ 이상으로 가열하면 100 ℃에서 발생하는 물의 기화(기화열, 2.255 kJ/g)로 인하여 과도한 열에너지를 소비하는 문제점이 있다. 이러한 재생을 위한 비용은 전체 운영비의 70% 이상을 차지할 정도로 크며, 더욱이 아민계 흡수제는 100 ℃ 이상의 고온에서 일부 분해되어 발암성 물질(carcinogen)을 생성하는 것으로 알려져 있다. In general, MEA has an excellent absorption rate of carbon dioxide and its molecular weight is small, so it is most often used because of its high carbon dioxide absorption per unit weight.However, in the process of regenerating it in a regenerator after the MEA absorbent absorbs carbon dioxide, the reaction speed of carbon dioxide desorption is slow. A high temperature of ~130 °C is required. Since the MEA absorbent is composed of a mixed solution of MEA and water, when the temperature is heated to 110° C. or higher for regeneration, there is a problem of consuming excessive thermal energy due to vaporization of water (heat of vaporization, 2.255 kJ/g) generated at 100° C. The cost for such regeneration is large enough to account for more than 70% of the total operating cost, and it is known that the amine-based absorbent is partially decomposed at a high temperature of 100° C. or higher to generate a carcinogen.

이를 해결하기 위하여 낮은 온도에서 탈기가 가능한 3차 아민인 MDEA를 흡수제로 사용하는 경우에는 재생에 필요한 열에너지의 양은 낮지만, 상온에서 이산화탄소 흡수 속도가 낮은 문제점이 있다. In order to solve this problem, when MDEA, which is a tertiary amine capable of degassing at a low temperature, is used as an absorbent, the amount of thermal energy required for regeneration is low, but there is a problem in that the carbon dioxide absorption rate is low at room temperature.

이에, MEA의 느린 이산화탄소 탈착 속도를 향상시켜 100 ℃이하에서 탈착반응이 진행되게 하여 전체 공정의 경제성 및 안전성을 향상시키는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 최근 이러한 이산화탄소를 흡수한 MEA(spent MEA)의 이산화탄소 탈착 속도를 증가시키기 위하여 실리카겔, HZSM-5, γ-Al2O3, TiO2, V2O5, MoO3, FeOOH, TiO(OH)2 등의 다양한 무기기반 촉매들이 보고되고 있다. 이산화탄소가 흡수된 MEA의 경우 이산화탄소가 주로 (MEAH+)(MEACOO-) 또는 (MEAH+)(HCO3 -) 형태로 존재한다고 알려져 있으며 이로부터 이산화탄소가 다시 발생하기 위해서는 물의 가수분해(hydrolysis)와 함께 양이온 및 음이온 간의 수소 이온(H+)의 교환이 매우 중요하다. Accordingly, research is being conducted in the direction of improving the economic efficiency and safety of the entire process by improving the slow carbon dioxide desorption rate of MEA so that the desorption reaction proceeds below 100 ℃. Silica gel, HZSM-5, γ-Al 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 5 , MoO 3 , FeOOH, TiO(OH) 2 Various inorganic-based catalysts such as, etc. have been reported. For the carbon dioxide is absorbed MEA carbon dioxide is mainly (MEAH +) (MEACOO -) or (MEAH +) (HCO 3 - ) known to exist in the form and with the hydrolysis (hydrolysis) of water to carbon dioxide occurs again therefrom The exchange of hydrogen ions (H + ) between cations and anions is very important.

따라서, 반응속도를 비약적으로 향상시킬 수 있도록 H+ 이온의 교환을 쉽게 이루어질 수 있게 해주는 촉매가 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a catalyst that enables the exchange of H + ions to be easily performed so that the reaction rate can be drastically improved.

Catalyst-TiO(OH)2 could drastically reduce the energy consumption of CO2 capture, M. Fan et al., Nat Commun., 2018Catalyst-TiO(OH)2 could drastically reduce the energy consumption of CO2 capture, M. Fan et al., Nat Commun., 2018 Metal oxide catalyst-aided solvent regeneration: A promising method to economize post-combustion CO2 capture process, H. Baek et al., J Taiwan Inst Chem Eng., 2018Metal oxide catalyst-aided solvent regeneration: A promising method to economize post-combustion CO2 capture process, H. Baek et al., J Taiwan Inst Chem Eng., 2018

본 발명의 목적은 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있도록 기능을 향상시키는 복합금속산화물 촉매를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a composite metal oxide catalyst that improves the reaction rate related to the absorption and desorption of carbon dioxide and improves the function so that the absorption and desorption reaction can be used while continuously circulating.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 복합금속산화물 촉매를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an amine-based carbon dioxide adsorbent comprising the composite metal oxide catalyst.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 복합금속산화물 촉매를 포함하는 흡탈착 장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an adsorption and desorption device comprising the composite metal oxide catalyst.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아민계 이산화탄소 흡착제용 복합금속산화물 촉매는 하기 [화학식 1]로 표시되고, 파이로클로르(pyrochlore) 구조를 갖는다;The composite metal oxide catalyst for an amine-based carbon dioxide adsorbent of the present invention for achieving the above object is represented by the following [Chemical Formula 1], and has a pyrochlore structure;

[화학식 1][Formula 1]

A2[B2-xAx]O7-y A 2 [B 2-x A x ]O 7-y

상기 [화학식 1]에서, A는 Pb(plumbum) 또는 Bi(bismuth)이며, B는 Ru(ruthenium) 또는 Ir(iridium)이고, O는 산소이며,In the [Formula 1], A is Pb (plumbum) or Bi (bismuth), B is Ru (ruthenium) or Ir (iridium), O is oxygen,

상기 x는 0 ≤ x ≤ 1의 소수이고, 상기 y는 0 ≤ y ≤ 1의 소수이다.The x is a prime number of 0≦x≦1, and y is a prime number of 0≦y≦1.

상기 복합금속산화물 촉매의 비표면적은 1 내지 300 m2/g일 수 있다.The specific surface area of the composite metal oxide catalyst may be 1 to 300 m 2 /g.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아민계 이산화탄소 흡착제는 상기 복합금속산화물 촉매와 아민계 수용액을 포함하는 것일 수 있다.In addition, the amine-based carbon dioxide adsorbent of the present invention for achieving the above-described other object may include the composite metal oxide catalyst and an amine-based aqueous solution.

상기 아민계 수용액은 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 메틸기에탄올아민(methyldiethanolamine, MDEA), 디이소프로판올아민(diisopropanolamine, DIPA) 및 아미노에톡시에탄올(aminoethoxyethanol, DGA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수용액일 수 있다.The amine-based aqueous solution is monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA), diisopropanolamine (DIPA), and aminoethoxyethanol (DGA). It may be one or more aqueous solutions selected from the group consisting of.

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 흡탈착 장치는 상기 복합금속산화물 촉매를 포함할 수 있다.In addition, the carbon dioxide adsorption and desorption apparatus of the present invention for achieving the another object described above may include the composite metal oxide catalyst.

본 발명의 복합금속산화물 촉매는 아민계 이산화탄소 흡수제에 이용 시 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있다.The composite metal oxide catalyst of the present invention improves the reaction rate related to absorption and desorption of carbon dioxide when used in an amine-based carbon dioxide absorbent, and can be used while continuously circulating the absorption and desorption reaction.

또한, 통상의 아민계 이산화탄소 흡수제는 이산화탄소 탈착의 반응속도가 느려 110~130 ℃의 높은 온도가 필요하고 이에 따라 일부 분해되어 발암성 물질을 생성하지만, 본 발명의 복합금속산화물 촉매를 이용한 아민계 이산화탄소 흡수제는 물의 끓는점보다 낮은 온도, 바람직하게는 90 ℃ 이하의 온도에서 이산화탄소 탈착이 우수하게 이루어지고, 이에 따라 발암성 물질이 생성되지 않을 뿐만 아니라 에너지 소모를 현저히 줄일 수 있다.In addition, conventional amine-based carbon dioxide absorbents require a high temperature of 110 to 130 ℃ due to the slow reaction rate of carbon dioxide desorption, and accordingly, some decompose to produce carcinogenic substances, but amine-based carbon dioxide using the composite metal oxide catalyst of the present invention The absorbent has excellent desorption of carbon dioxide at a temperature lower than the boiling point of water, preferably at a temperature of 90° C. or less, and thus carcinogenic substances are not generated and energy consumption can be significantly reduced.

도 1a는 B2O6 구조체를 나타낸 도면이고, 도 1b는 O`(AO`)4 정사면체 구조를 나타낸 도면이며, 도 1c는 상기 도 1a 및 도 1b가 결합된 본 발명의 촉매 결정구조를 나타낸 구조이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 (i) 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매 및 (ii) 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매에 대한 X-선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 (i) 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매 및 (ii) 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매에 대한 X-선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 TEM으로 촬영한 사진이며, 도 3b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 3c는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 TEM으로 촬영한 사진이며, 도 3d는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4는 MEA를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈착 시험을 위한 시스템을 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 이용한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수율을 나타낸 그래프이며, 도 5b는 도 5a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착하는 탈착율을 나타낸 그래프이고, 도 5c는 도 5a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착 시 탈착량을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 이용한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수율을 나타낸 그래프이며, 도 6b는 도 6a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착하는 탈착율을 나타낸 그래프이고, 도 6c는 도 6a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착 시 탈착량을 나타낸 그래프이다.
1A is a view showing a B 2 O 6 structure, FIG. 1B is a view showing an O` (AO`) 4 tetrahedral structure, and FIG. 1C is a view showing the catalyst crystal structure of the present invention in which FIGS. 1A and 1B are combined. Structure.
Figure 2a shows the (i) Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst having a grain size of 10 nm or less prepared in Example 1 of the present invention and (ii) Pb having a grain size of 20 to 40 nm. 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 This is a graph showing the X-ray diffraction pattern for the catalyst.
FIG. 2b is a (i) Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a grain size of 10 nm or less prepared in Example 2 of the present invention and (ii) Bi 2 having a grain size of 20 to 40 nm. It is a graph showing the X-ray diffraction pattern for the [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst.
3A is a photograph taken by TEM of a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst having a size of 10 nm or less prepared according to Example 1 of the present invention, and FIG. 3B is an example of the present invention. A photo of a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst having a size of 20 to 40 nm prepared according to 1 was taken by SEM.
3C is a photograph of a Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a size of 10 nm or less prepared according to Example 2 of the present invention by TEM, and FIG. 3D is a photograph of Example 2 of the present invention. This is a photograph of a Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a size of 20 to 40 nm prepared according to the SEM by SEM.
4 shows a system for a carbon dioxide absorption and desorption test using MEA.
5A is a graph showing the carbon dioxide absorption rate of a carbon dioxide absorbent using a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst prepared according to Example 1 of the present invention, and FIG. 5B is a graph showing the carbon dioxide absorbed in FIG. 5A. It is a graph showing the desorption rate, and FIG. 5C is a graph showing the amount of desorption when carbon dioxide absorbed in FIG. 5A is desorbed.
6A is a graph showing the carbon dioxide absorption rate of a carbon dioxide absorbent using a Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst prepared according to Example 2 of the present invention, and FIG. 6B is a graph showing the absorption of carbon dioxide absorbed in FIG. 6A. It is a graph showing the desorption rate, and FIG. 6C is a graph showing the amount of desorption when the carbon dioxide absorbed in FIG. 6A is desorbed.

본 발명은 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있도록 기능을 향상시키는 복합금속산화물 촉매, 이를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제 및 흡탈착 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a composite metal oxide catalyst which improves the reaction rate related to absorption and desorption of carbon dioxide and improves the function to be used while continuously circulating the absorption and desorption reaction, an amine-based carbon dioxide adsorbent and an adsorption and desorption device including the same. will be.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 아민계 이산화탄소 흡착제용 복합금속산화물 촉매는 하기 [화학식 1]로 표시되고, 파이로클로르(pyrochlore) 구조를 갖는다.The composite metal oxide catalyst for an amine-based carbon dioxide adsorbent of the present invention is represented by the following [Chemical Formula 1], and has a pyrochlore structure.

[화학식 1][Formula 1]

A2[B2-xAx]O7-y A 2 [B 2-x A x ]O 7-y

상기 [화학식 1]에서 A는 Pb(plumbum) 또는 Bi(bismuth)이며, B는 Ru(ruthenium) 또는 Ir(iridium)이고, O는 산소이다.In [Chemical Formula 1], A is Pb (plumbum) or Bi (bismuth), B is Ru (ruthenium) or Ir (iridium), and O is oxygen.

또한, 상기 x는 0 ≤ x ≤ 1의 소수이고, 상기 y는 0 ≤ y ≤ 1의 소수인 것이 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도를 향상시키며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환하면서 이용할 수 있도록 기능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 이산화탄소의 탈착에 필요한 온도를 낮출 수 있다. 상기 x 및 y값은 상기 범위에만 있으면 효과에 큰 차이가 없다.In addition, x is a prime number of 0 ≤ x ≤ 1, and y is a prime number of 0 ≤ y ≤ 1 to improve the reaction rate related to the absorption and desorption of carbon dioxide, and can be used while continuously circulating the absorption and desorption reaction. So that the function can be improved. In addition, it is possible to lower the temperature required for desorption of carbon dioxide. If the x and y values are within the above range, there is no significant difference in effect.

상기 [화학식 1]의 화합물은 구체적으로 A2[B2-xAx]O6O`y의 구조로 형성된 파이로클로르(pyrochlore) 구조로서 상기 파이로클로르(pyrochlore) 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, BO6 정팔면체의 코너가 맞닿아 이루는 육각링(ring) 모양의 구조체가 [111] 방향으로 나 있거나 케이지(cage) 모양으로 이루어진 B2O6 구조체(framework)의 내부를 O`-A-O`가 선형으로 연결된 O`(AO`)4 정사면체가 채우고 있는 복합 구조이다. 이때, 상기 O`의 전부 혹은 일부가 탈락함으로써 결함(vacancy)을 형성하며, 상기 O 및 O`는 모두 산소이다.The compound of [Chemical Formula 1] is specifically a pyrochlore structure formed in a structure of A 2 [B 2-x A x ]O 6 O` y , and the pyrochlore structure is shown in FIG. 1 As described above, the hexagonal ring-shaped structure formed by the corners of the BO 6 octahedron is in the [111] direction, or the inside of the B 2 O 6 framework formed in a cage shape is O`- It is a complex structure filled with O`(AO`) 4 tetrahedrons connected linearly with AO`. At this time, all or part of the O′ is eliminated to form a defect (vacancy), and both O and O′ are oxygen.

구체적으로 도 1a는 B2O6 구조체를 나타낸 도면이고, 도 1b는 O`(AO`)4 정사면체 구조를 나타낸 도면이며, 도 1c는 상기 도 1a 및 도 1b가 결합된 본 발명의 촉매 결정구조를 나타낸 구조이다. 즉, 도 1b에서는 상기 O'-A-O' 선형 구조의 일부 산소가 결함(vacancy)으로 치환되어 실제로는 O'A4 형태의 정사면체 구조를 나타냄을 보여주며, 결정 구조에 존재하는 이러한 결함(vacancy) 사이트는 이산화탄소 흡수-탈착을 위한 활성장소로 활용될 수 있다.Specifically, FIG. 1A is a view showing a B 2 O 6 structure, FIG. 1B is a view showing an O` (AO`) 4 tetrahedral structure, and FIG. 1C is a catalyst crystal structure of the present invention in which FIGS. 1A and 1B are combined. It is a structure showing. In other words, FIG. 1B shows that some oxygen in the O'-AO' linear structure is replaced with a vacancy to actually show a tetrahedral structure in the form of O'A 4 , and this vacancy exists in the crystal structure. The site can be used as an active site for carbon dioxide absorption and desorption.

이러한 구조적 특이성으로 인해 본 발명의 촉매는 많은 산소결함(oxygen vacancy)을 구조 내에 포함할 수 있으며, 수용액 상에 놓이게 되면 촉매 표면에 존재하는 산소결함(oxygen vacancy) 사이트가 국부적인 양전하 중심센터로 작용할 수 있기 때문에 결함(vacancy) 내부로 흡수된 물 분자 또는 결함(vacancy) 근처에 흡착된 물 분자와 강한 정전기적인 상호작용을 일으킬 수 있다.
Due to this structural specificity, the catalyst of the present invention can contain many oxygen vacancy in the structure, and when placed in an aqueous solution, the oxygen vacancy site present on the catalyst surface acts as a local positive charge center. Because of this, a strong electrostatic interaction can occur with water molecules absorbed into the vacancy or water molecules adsorbed near the vacancy.

Figure 112019068963174-pat00002
Figure 112019068963174-pat00002

또한, 본 발명의 촉매에 존재하는 A 원소는 그 평균 산화수가 +4 이상으로 매우 높아(Ru4 +, Ru5 +, Pb4 +, Ir4 +, Ir5 + 등) 산소결함(oxygen vacancy) 내부 또는 근처의 물 분자는 이로 인해 강하게 극성화(polarized)되어 산성(acid)의 성질을 갖게 된다(반응식 2). In addition, the A element present in the catalyst of the present invention has a very high average oxidation number of +4 or more (Ru 4 + , Ru 5 + , Pb 4 + , Ir 4 + , Ir 5 +, etc.) oxygen vacancy. Water molecules inside or near are strongly polarized due to this, resulting in acidic properties (Scheme 2).

따라서 본 발명의 촉매는 경우에 따라 물의 가수분해(hydrolysis)를 통해 H+를 외부에 제공하거나 받아들일 수 있는 특성이 존재하며, 이로 말미암아 이산화탄소의 흡수 및 탈착 반응의 활성 장소로 활용될 수 있다. 즉, 아민으로부터 이산화탄소 탈착 반응(반응식 3)의 역반응을 활성화시키기 위해서는 RNH3 + 및 RNHCO2 - 간 수소 이온의 교환이 필수적인데, 본 발명의 촉매는 상기 반응식 3 및 반응식 4에 나타낸 바와 같이 수소 이온 교환을 위한 매개체 역할을 수행할 수 있다.Accordingly, the catalyst of the present invention has a property of providing or accepting H + to the outside through hydrolysis of water in some cases, and thereby can be used as an active site for absorption and desorption reactions of carbon dioxide. That is, the exchange of hydrogen ions between RNH 3 + and RNHCO 2 - is essential in order to activate the reverse reaction of carbon dioxide desorption reaction (Scheme 3) from an amine, and the catalyst of the present invention is a hydrogen ion as shown in Scheme 3 and Scheme 4 above. It can act as a medium for exchange.

상기 반응식에서 M-H2O 및 M-OH-는 각각 파이로클로르(pyrochlore) 구조의 결함(vacancy) 사이트에 존재하는 물 및 수산화 이온을 나타낸다. In the above reaction formula, MH 2 O and M-OH - represent water and hydroxide ions present at vacancy sites of the pyrochlore structure, respectively.

본 발명의 촉매는 고온 소성공정 또는 저온 용액기반 공정을 통해 합성 가능하며 이산화탄소 탈착반응의 최대화를 위해 저온 합성 공정을 통해 비표면적이 매우 넓은 형태(50 내지 300 m2/g)로 제조할 수 있으며, 또한 아민계 수용액에서의 안정성을 향상 위하여 열처리 등을 통하여 보다 큰 입자 형태로의 제조도 가능하다.The catalyst of the present invention can be synthesized through a high-temperature sintering process or a low-temperature solution-based process, and can be prepared in a form with a very large specific surface area (50 to 300 m 2 /g) through a low-temperature synthesis process to maximize carbon dioxide desorption reaction. In addition, in order to improve the stability in the amine-based aqueous solution, it is possible to prepare a larger particle form through heat treatment or the like.

또한, 본 발명의 촉매는 상기와 같이 비표면적이 넓은 형태뿐만 아니라 비표면적이 작은 형태(1 내지 49 m2/g)로도 제조할 수 있으므로, 비표면적이 1 내지 300 m2/g인 형태 내에서 자유롭게 형성될 수 있으며, 상기 범위만 만족하면 상기 범위 내의 물질들 간의 효과에 차이가 없다.
In addition, the catalyst of the present invention can be prepared not only in a form with a large specific surface area as described above, but also in a form with a small specific surface area (1 to 49 m 2 /g), so that the specific surface area is 1 to 300 m 2 /g. It can be formed freely in, and there is no difference in the effect between the materials within the range as long as the range is satisfied.

또한, 본 발명은 상기 [화학식 1]로 표시되는 촉매를 포함하는 아민계 이산화탄소 흡착제를 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide an amine-based carbon dioxide adsorbent including the catalyst represented by [Chemical Formula 1].

상기 아민계 이산화탄소 흡착제는 아민계 수용액에 상기 [화학식 1]로 표시되는 촉매를 첨가하여 반응을 수행함으로써, 이산화탄소의 흡수 및 탈착과 관련된 반응속도가 향상되며 상기 흡수 및 탈착 반응을 연속적으로 순환시킬 수 있다.The amine-based carbon dioxide adsorbent performs a reaction by adding the catalyst represented by the [Chemical Formula 1] to the amine-based aqueous solution, thereby improving the reaction rate related to absorption and desorption of carbon dioxide, and can continuously circulate the absorption and desorption reaction. have.

상기 아민계 수용액으로는 이산화탄소를 흡수 및 탈착시킬 수 있는 아민계 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 메틸기에탄올아민(methyldiethanolamine, MDEA), 디이소프로판올아민(diisopropanolamine, DIPA) 및 아미노에톡시에탄올(aminoethoxyethanol, DGA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수용액을 들 수 있다.The amine-based aqueous solution is not particularly limited as long as it is an amine-based material capable of absorbing and desorbing carbon dioxide, but preferably monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine, MDEA), diisopropanolamine (DIPA), and aminoethoxyethanol (DGA).

또한, 본 발명은 상기 [화학식 1]로 표시되는 촉매를 포함하는 이산화탄소 흡탈착 장치를 제공할 수 있다.
In addition, the present invention can provide a carbon dioxide adsorption and desorption apparatus including the catalyst represented by the above [Chemical Formula 1].

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid in the understanding of the present invention, but it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the present invention and the scope of the technical idea, but the following examples are only illustrative of the present invention, It is natural that such modifications and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예 1. 납-루테늄 복합금속산화물 촉매Example 1. Lead-ruthenium composite metal oxide catalyst

Ruthenium nitrosyl nitrate solution(Ru 1.5 중량%) 3.303 g과 Pb 초산염(lead subacetate) 0.134 g을 증류수 6.0 g에 넣고 1시간 동안 교반한 후 2.0 M NaOH 용액 3.3 ml을 넣고 3시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 13% NaOCl 용액 0.25 ml를 넣고 24시간 동안 교반하여 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5를 합성(비표면적 152 m2/g)하였다.3.303 g of ruthenium nitrosyl nitrate solution (Ru 1.5% by weight) and 0.134 g of Pb acetate (lead subacetate) were added to 6.0 g of distilled water and stirred for 1 hour, followed by adding 3.3 ml of a 2.0 M NaOH solution, followed by stirring for 3 hours. Then, 0.25 ml of a 13% NaOCl solution was added and stirred for 24 hours to synthesize Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 having a grain size of 10 nm or less (specific surface area 152 m 2 /g).

그런 다음 상기 용액을 수열 합성기에 다시 담고 150 ℃에서 24시간 동안 열처리를 수행하여 결정립의 크기가 20 내지 40 nm로 성장한 벌크 형태의 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5를 합성(비표면적 3.5 m2/g)하였다.
Then, the solution was put back into a hydrothermal synthesizer and heat-treated at 150° C. for 24 hours to synthesize a bulk Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 having a grain size of 20 to 40 nm (ratio The surface area was 3.5 m 2 /g).

실시예 2. 비스무스-루테늄 복합금속산화물 촉매 Example 2. Bismuth-ruthenium composite metal oxide catalyst

Ruthenium nitrosyl nitrate solution(Ru 1.5 중량%) 3.303 g과 Bi(NO)3·5H2O 0.364 g을 증류수 1.0 g에 넣고 30분간 교반한 후 진한 HNO3 용액 0.6 g을 넣고 30분간 추가로 교반하였다. 그 다음 2.0 M NaOH 용액 10 ml을 넣고 3시간 동안 70 ℃에서 교반한 후 13% NaOCl 0.75 ml를 넣고 70 ℃에서 24시간 동안 교반하여 결정립의 크기가 10 nm이하인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 합성(비표면적 103 m2/g)하였다.3.303 g of Ruthenium nitrosyl nitrate solution (Ru 1.5% by weight) and 0.364 g of Bi(NO) 3 ·5H 2 O were added to 1.0 g of distilled water , stirred for 30 minutes, and 0.6 g of concentrated HNO 3 solution was added and stirred for an additional 30 minutes. Then, 10 ml of a 2.0 M NaOH solution was added and stirred at 70° C. for 3 hours, and then 0.75 ml of 13% NaOCl was added and stirred at 70° C. for 24 hours to obtain Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O having a crystal grain size of 10 nm or less. A 7-y catalyst was synthesized (specific surface area 103 m 2 /g).

그런 다음 용액을 수열 합성기에 다시 담고 150 ℃에서 24시간 동안 열처리를 수행하여 결정립의 크기가 20 내지 40 nm로 성장한 벌크형태의 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y를 합성(비표면적 2.1 m2/g)하였다. 상기 y값은 정확히 측정하기 어려우나 1은 넘지 않았다. Then, the solution was put back into a hydrothermal synthesizer and heat-treated at 150° C. for 24 hours to synthesize a bulk Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y with a grain size of 20 to 40 nm (specific surface area 2.1 m 2 /g). The y value was difficult to accurately measure, but it did not exceed 1.

증류수와 에탄올로 세척하고 100 ℃ 진공오븐에서 12시간 동안 건조하였다.
Washed with distilled water and ethanol, and dried in a vacuum oven at 100° C. for 12 hours.

실시예 3. 납-이리듐 복합금속산화물 촉매 Example 3. Lead-iridium composite metal oxide catalyst

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, iridium chloride (IrCl3) 0.149 g과 Pb 초산염(lead subacetate) 0.134 g을 사용하여 10 nm 이하인 Pb2[Ir1.73Pb0.27]O7-y 촉매를 합성(비표면적 101 m2/g)하였다.In the same manner as in Example 1 , using 0.149 g of iridium chloride (IrCl 3 ) and 0.134 g of Pb acetate (lead subacetate) to synthesize a Pb 2 [Ir 1.73 Pb 0.27 ]O 7-y catalyst of 10 nm or less (ratio The surface area was 101 m 2 /g).

또한, 결정립의 크기가 20 내지 40 nm로 성장한 벌크형태의 Pb2[Ir1.73Pb0.27]O7-y를 합성(비표면적 2.1 m2/g)하였다. 상기 y값은 정확히 측정하기 어려우나 1은 넘지 않았다.
In addition, a bulk Pb 2 [Ir 1.73 Pb 0.27 ]O 7-y having a grain size of 20 to 40 nm was synthesized (specific surface area 2.1 m 2 /g). The y value was difficult to accurately measure, but it did not exceed 1.

실시예 4. 비스무스-이리듐 복합금속산화물 촉매 Example 4. Bismuth-iridium composite metal oxide catalyst

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, iridium chloride (IrCl3) 0.149 g과 Bi(NO)3·5H2O 0.364 g을 사용하여 10 nm 이하인 Bi2[Ir1 .45Bi0 .55]O7-y 촉매를 합성(비표면적 130 m2/g)하였다.But the same procedure as in Example 2, iridium chloride (IrCl 3) 0.149 g and Bi (NO) 3 · 5H 2 O 0.364 g or less to 10 nm by using Bi 2 [Ir 1 .45 Bi 0 .55] O 7 -y catalyst was synthesized (specific surface area 130 m 2 /g).

또한, 결정립의 크기가 20 내지 40 nm로 성장한 벌크형태의 Bi2[Ir1.45Bi0.55]O7-y를 합성(비표면적 5.1 m2/g)하였다. 상기 y값은 정확히 측정하기 어려우나 1은 넘지 않았다.
In addition, a bulk form of Bi 2 [Ir 1.45 Bi 0.55 ]O 7-y having a crystal grain size of 20 to 40 nm was synthesized (specific surface area 5.1 m 2 /g). The y value was difficult to accurately measure, but it did not exceed 1.

<시험예><Test Example>

시험예 1. X-선 회절 측정Test Example 1. X-ray diffraction measurement

도 2a는 실시예 1에서 제조된 (i) 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매 및 (ii) 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매에 대한 X-선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.Figure 2a embodiment, the size of the (i) crystal grains prepared in 1 10 nm or less Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17] O 6 O` 0.5 catalyst and (ii) the size of the crystal grains of 20 to 40 nm Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 is a graph showing the X-ray diffraction pattern for the catalyst.

또한, 도 2b는 실시예 2에서 제조된 (i) 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매 및 (ii) 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매에 대한 X-선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다. In addition, Figure 2b shows the (i) Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a grain size of 10 nm or less prepared in Example 2 and (ii) Bi 2 [having a grain size of 20 to 40 nm] It is a graph showing the X-ray diffraction pattern for the Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 결정립의 크기 차이에 따른 X-선 회절 패턴의 변화는 관찰되지 않았으며, 실시예 1의 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매의 결정구조는 vacancy ordering에 의해 공간군 P-43m에 속하고 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y의 경우는 Fd-3m에 속하는 것을 확인하였다.
As shown in FIGS. 2A and 2B, no change in the X-ray diffraction pattern according to the difference in grain size was observed, and the Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst of Example 1 was determined. It was confirmed that the structure belongs to the space group P-43m by vacancy ordering and that Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y belongs to Fd-3m.

시험예 2. TEM 및 SEM으로 촬영Test Example 2. Taken by TEM and SEM

도 3a는 실시예 1에 따라 제조된 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 TEM으로 촬영한 사진이며, 도 3b는 실시예 1에 따라 제조된 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 SEM으로 촬영한 사진이다. 3A is a photograph of a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst having a size of 10 nm or less prepared according to Example 1 by TEM, and FIG. 3B is a photo of a crystal grain prepared according to Example 1 This is a photograph of a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst having a size of 20 to 40 nm by SEM.

또한, 도 3c는 실시예 2에 따라 제조된 결정립의 크기가 10 nm 이하인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 TEM으로 촬영한 사진이며, 도 3d는 실시예 2에 따라 제조된 결정립의 크기가 20 내지 40 nm인 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 SEM으로 촬영한 사진이다.In addition, FIG. 3C is a photograph of a Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a size of 10 nm or less prepared according to Example 2 by TEM, and FIG. 3D is This is a photograph of a Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst having a grain size of 20 to 40 nm by SEM.

도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 초기 균일한 수 nm 크기의 복합금속산화물 입자가 수열반응 후 수십 nm 크기의 입자로 성장한 것을 알 수 있다.
As shown in FIGS. 3A to 3D, it can be seen that the composite metal oxide particles having an initial uniform size of several nm have grown into particles having a size of several tens of nm after the hydrothermal reaction.

시험예 3. 20% MEA 수용액을 이용한 이산화탄소 흡수 및 탈착 시험Test Example 3. Carbon dioxide absorption and desorption test using 20% MEA aqueous solution

도 4는 MEA를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈착 시험을 위한 시스템을 나타낸 것이다.4 shows a system for a carbon dioxide absorption and desorption test using MEA.

도 4는 본 발명 촉매의 성능을 확인하기 위하여 사용된 시스템으로서, 본 발명 촉매를 MEA 수용액에 이용한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수 및 탈착 반응속도에 미치는 평가를 측정하기 위하여 이용되었다. 이산화탄소를 포함한 연도 가스를 모사하기 위하여 CO2 : O2 : N2 = 10 : 10 : 80의 부피비로 이루어진 혼합가스를 사용하였다. 4 is a system used to confirm the performance of the catalyst of the present invention, and was used to measure the evaluation of the carbon dioxide absorbent using the catalyst of the present invention in an aqueous MEA solution on carbon dioxide absorption and desorption reaction rates. To simulate the flue gas including carbon dioxide, a mixed gas consisting of a volume ratio of CO 2 : O 2 : N 2 = 10: 10: 80 was used.

20%의 MEA를 포함한 수용액 200 g을 제조한 다음 이를 도 4의 반응기에 투입하고, 실시예 1 또는 실시예 2에 따라 제조된 복합금속산화물 촉매를 MEA 용액의 1 중량%에 해당하는 2.0 g씩 투입하였다. 이산화탄소의 흡수를 위한 시험을 위해 용액의 온도를 40 ℃가 되도록 가열하고 이산화탄소를 포함한 혼합가스를 흘리면서 MEA로 흡수되는 이산화탄소의 양을 측정하였다.200 g of an aqueous solution containing 20% MEA was prepared, and then added to the reactor of FIG. 4, and the composite metal oxide catalyst prepared according to Example 1 or 2 was added by 2.0 g, corresponding to 1% by weight of the MEA solution. Was put in. For the test for absorption of carbon dioxide, the temperature of the solution was heated to 40° C. and the amount of carbon dioxide absorbed by the MEA was measured while flowing a mixed gas including carbon dioxide.

도 5a는 실시예 1에 따라 제조된 Pb2[Ru1.83Pb0.17]O6O`0.5 촉매를 이용한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수율을 나타낸 그래프이며, 도 5b는 도 5a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착하는 탈착율을 나타낸 그래프이고, 도 5c는 도 5a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착 시 탈착량을 나타낸 그래프이다. 5A is a graph showing the carbon dioxide absorption rate of a carbon dioxide absorbent using a Pb 2 [Ru 1.83 Pb 0.17 ]O 6 O` 0.5 catalyst prepared according to Example 1, and FIG. 5B is a desorption rate for desorbing carbon dioxide absorbed in FIG. 5A 5C is a graph showing the amount of desorption when the carbon dioxide absorbed in FIG. 5A is desorbed.

또한, 도 6a는 실시예 2에 따라 제조된 Bi2[Ru1.53Bi0.47]O7-y 촉매를 이용한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수율을 나타낸 그래프이며, 도 6b는 도 6a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착하는 탈착율을 나타낸 그래프이고, 도 6c는 도 6a에서 흡수된 이산화탄소를 탈착 시 탈착량을 나타낸 그래프이다. In addition, Figure 6a is a graph showing the carbon dioxide absorption rate of the carbon dioxide absorbent using the Bi 2 [Ru 1.53 Bi 0.47 ]O 7-y catalyst prepared according to Example 2, Figure 6b is a desorption of the carbon dioxide absorbed in Figure 6a It is a graph showing the rate, and FIG. 6C is a graph showing the amount of desorption when the carbon dioxide absorbed in FIG. 6A is desorbed.

도 5a 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 실시예 1 또는 실시예 2에 따라 제조된 촉매를 사용하는 경우에는 반응기로 투입된 이산화탄소가 90% 이상 흡수제에 흡수되는 시간이 촉매를 사용하지 않는 흡수제를 이용한 경우에 비하여 긴 것을 확인하였다. 이는 실시예 1 또는 실시예 2에 따라 제조된 촉매를 사용하는 경우에 MEA로 흡수되는 이산화탄소의 흡수량이 증가되는 것을 의미한다. 5A and 6A, in the case of using the catalyst prepared according to Example 1 or Example 2, the time that the carbon dioxide input to the reactor is absorbed by 90% or more of the absorbent is using the absorbent without using the catalyst. It was confirmed that it was longer than that of the case. This means that when the catalyst prepared according to Example 1 or Example 2 is used, the amount of carbon dioxide absorbed by MEA is increased.

이산화탄소의 흡수 후 동일한 조건에서 이산화탄소가 6000초 동안 흡수된 MEA(spent MEA)를 반응기에 넣고 히터로 가열하여 용액의 온도가 90 ℃가 되도록 유지하면서 상기 온도를 유지하는 동안 발생하는 이산화탄소를 양을 6000초 동안 연속적으로 측정하였다. 그 결과를 도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 실시예 1 또는 실시예 2에 따라 제조된 촉매를 사용하는 경우에는 이산화탄소 탈착율이 최고가 되는 온도가 촉매가 없을 경우보다 낮아질 뿐만 아니라, 도 5c 및 도 6c에서 보듯이 최종적인 탈착양도 크게 증가함을 확인하였다. After absorption of carbon dioxide, MEA (spent MEA) in which carbon dioxide was absorbed for 6000 seconds under the same conditions was put into a reactor and heated with a heater to keep the temperature of the solution at 90 ℃, and the amount of carbon dioxide generated while maintaining the temperature was 6000. Measurements were made continuously for seconds. As a result, as shown in FIGS. 5B and 6B, in the case of using the catalyst prepared according to Example 1 or Example 2, the temperature at which the carbon dioxide desorption rate is the highest is lower than that in the absence of the catalyst, and FIG. 5C And as shown in Figure 6c it was confirmed that the final amount of desorption also increased significantly.

실시예 1 및 2에 따라 제조된 촉매를 이용하여 이산화탄소 흡수-탈착 사이클을 수행 시 촉매의 안정성을 확인하기 위하여 상기 과정을 30회 이상 반복 실험을 실시하였으며, 그 결과 흡수량, 탈착량은 사이클에 따라 큰 변화를 보이지 않아 실시예 1 및 2에 따라 제조된 촉매가 안정하다는 것을 확인하였다.
In order to confirm the stability of the catalyst when performing the carbon dioxide absorption-desorption cycle using the catalyst prepared according to Examples 1 and 2, the above process was repeated at least 30 times. As a result, the absorption amount and the amount of desorption were determined according to the cycle. It was confirmed that the catalysts prepared according to Examples 1 and 2 were stable because there was no significant change.

Claims (5)

하기 [화학식 1]로 표시되고, 파이로클로르(pyrochlore) 구조를 갖는 아민계 수용액 하에서의 이산화탄소 흡탈착 반응용 복합금속산화물 촉매;
[화학식 1]
A2[B2-xAx]O7-y
상기 [화학식 1]에서, A는 Pb(plumbum) 또는 Bi(bismuth)이며, B는 Ru(ruthenium) 또는 Ir(iridium)이고, O는 산소이며,
상기 x는 0 ≤ x ≤ 1의 소수이고, 상기 y는 0 ≤ y ≤ 1의 소수임.
A composite metal oxide catalyst for carbon dioxide adsorption and desorption reaction in an amine-based aqueous solution represented by the following [Chemical Formula 1] and having a pyrochlore structure;
[Formula 1]
A 2 [B 2-x A x ]O 7-y
In the [Formula 1], A is Pb (plumbum) or Bi (bismuth), B is Ru (ruthenium) or Ir (iridium), O is oxygen,
The x is a prime number of 0≦x≦1, and y is a prime number of 0≦y≦1.
제1항에 있어서, 상기 복합금속산화물 촉매의 비표면적은 1 내지 300 m2/g인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 촉매. The composite metal oxide catalyst according to claim 1, wherein the specific surface area of the composite metal oxide catalyst is 1 to 300 m 2 /g. 제1항 또는 제2항의 복합금속산화물 촉매와 아민계 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 아민계 이산화탄소 흡착제.An amine-based carbon dioxide adsorbent comprising the composite metal oxide catalyst of claim 1 or 2 and an amine-based aqueous solution. 제3항에 있어서, 상기 아민계 수용액은 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 메틸디에탄올아민(methyldiethanolamine, MDEA), 디이소프로판올아민(diisopropanolamine, DIPA) 및 아미노에톡시에탄올(aminoethoxyethanol, DGA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수용액인 것을 특징으로 하는 아민계 이산화탄소 흡착제. The method of claim 3, wherein the amine-based aqueous solution is monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA), diisopropanolamine (DIPA), and amino. An amine-based carbon dioxide adsorbent, characterized in that it is an aqueous solution selected from the group consisting of oxyethanol (aminoethoxyethanol, DGA). 제1항 또는 제2항의 복합금속산화물 촉매를 포함하는 이산화탄소 흡탈착 장치.
A carbon dioxide adsorption and desorption apparatus comprising the composite metal oxide catalyst of claim 1 or 2.
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