표제지
목차
요약 12
제1장 서론 13
1.1. 지구온난화 및 CCUS 13
1.2. 현재 CCUS 공정에서의 이산화탄소 포집 16
1.2.1. 알카놀아민 수용액을 이용한 이산화탄소 포집제 19
1.2.2. Solid Porous Adsorbent Materials 20
1.3. 금속-유기 골격체 (Metal-Organic Frameworks) 24
1.3.1. 열린 금속자리 25
1.3.2. 후합성 아민기능화 28
1.3.3. 금속이온 치환 제올라이트 30
1.4. FLP (Frustrated Lewis Pair) 촉매 31
1.5. 연구목적 및 전략 32
제2장 실험방법 34
2.1. 실험재료 34
2.2. 합성 34
2.2.1. [Mg₂(dobpdc)(DMF)]·H₂O (1-DMF). 34
2.2.2. Mg₂(dobpdc)(dmen)₁.₇(H₂O)₃.₅ (1-dmen). 35
2.2.3. Mg₂(dobpdc)(ipen)₁.₇(H₂O)₁.₇ (1-ipen). 35
2.2.4. Mg₂(dobpdc)(CH₃ppz)₁.₆(H₂O)₃.₁ (1-CH₃ppz). 36
2.2.5. Mg₂(dobpdc)(CF₃ppz)₁.₄(H₂O)₂.₉ (1-CF₃ppz). 36
2.2.6. Mg₂(dobpdc)(CH₃en)₁.₃(H₂O)₃.₉ (1-CH₃en). 36
2.2.7. Mg₂(dobpdc)(dmen)(BCF)₀.₉(H₂O)₃.₉ (1-dmen-BCF). 37
2.2.8. Mg₂(dobpdc)(ipen)₁.₁(BCF)₀.₆(H₂O)₂.₃ (1-ipen-BCF) 37
2.2.9. Mg₂(dobpdc)(CH₃ppz)₁.₁(BCF)₀.₄(H₂O)₃ (1- CH₃ppz-BCF) 37
2.2.10. Mg₂(dobpdc)(CF₃ppz)₀.₆(BCF)₀.₂(H₂O)₃.₉ (1-CF₃ppz-BCF) 38
2.2.11. Mg₂(dobpdc)(CH₃en)₁.₃(BCF)₀.₅(H₂O)₃.₉ (1-CH₃en-BCF) 38
2.3. 금속이온 치환 제올라이트 실험 방법 39
2.3.1. Cation-exchanged zeolite. 39
2.3.2. Pt doping in zeolite and cation-exchanged zeolite. 39
2.4. 실험기기 39
2.4.1. Physical measurements 39
제3장 결과 및 고찰 40
3.1. 에너지 분산 X선 분광법(EDS) 40
3.1.1. MOFs 기공 안에 루이스 산, 루이스 염기가 동시에 존재하는 1-diamine-BCF 합성여부 확인 40
3.1.2. 금속이온 치환 제올라이트 44
3.1.3. Pt 코팅된 금속이온 치환 제올라이트 48
3.2. Thermal Gravimetric Analysis (TGA) 52
3.2.1. 1-diamine 이산화탄소 흡착량 측정 52
3.2.2. 제올라이트 및 금속이온 치환 제올라이트의 이산화탄소 흡착량 측정 55
3.2.3. Pt 코팅된 금속이온 치환 제올라이트의 이산화탄소 흡착량 57
3.2.4. 1-diamine 및 1-diamine-BCF의 열안정성 측정 59
3.2.5. 제올라이트 및 금속이온 치환 제올라이트의 열안정성 측정 61
3.2.6. Zeolite@PtNPs 열안정성 측정 63
4.1. FT-lR 65
4.1.1. 1-diamine 및 1diamine-BCF FT-IR분광분석 65
4.1.2. 이산화탄소 전환 66
제4장 결론 74
제5장 참고문헌 75
영문초록 82
표 1. 배가스의 조성 17
표 2. 연소 후 포집 공정에 사용할 수 있는 다공성 물질의 이산화탄소 흡착 성능 20
그림 1. 연도별 공기중 이산화탄소 농도 13
그림 2. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의 개요 14
그림 3. CCU 기술의 개요 15
그림 4. 이산화탄소 포집을 하는 세가지 공정 16
그림 5. 연소 후 이산화탄소 포집 공정의 구조도 18
그림 6. 알카놀아민 수용액에서 일어나는 이산화탄소 포집반응 19
그림 7. 일차원 기공을 지니는 MOF 인 M₂(dobdc) (M-MOF-74 M) 24
그림 8. 열린 금속자리를 만드는 방법 25
그림 9. 열린 금속자리와 이산화탄소의 상호작용 26
그림 10. MOFs의 후합성 아민기능화 28
그림 11. MOFs 의 열린 금속자리를 이용한 이산화탄소 흡착과 후합성 아민기능화를 이용한 이산화탄소 흡착의 메커니즘 비교 28
그림 12. Structures associated with CO₂ adsorption at sites A and B in zeolite Ca-A 30
그림 13. FLP 촉매 반응 31
그림 14. MOF의 루이스 염기와 산 자리 확보 32
그림 15. 제올라이트의 루이스 염기와 산 자리 확보 33
그림 16. H₄dobpdc 구조 35
그림 17. (a) 1-dmen-BCF의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 F, Mg 매핑 41
그림 18. (a) 1-ipen-BCF의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 F, Mg 매핑 41
그림 19. (a) 1-CH₃ppz-BCF의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 F, Mg 매핑 42
그림 20. (a) 1-CF₃ppz-BCF의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 F, Mg 매핑 42
그림 21. (a) 1-CH₃en-BCF의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 F, Mg 매핑 43
그림 22. (a) 13X의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si 매핑 44
그림 23. (a) X Mg-13X의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Mg 매핑 45
그림 24. (a) X Ca-13X의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Ca 매핑 45
그림 25. (a) Na-A의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si 매핑 46
그림 26. (a) Mg-A의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Mg 매핑 46
그림 27. (a) Ca-A의 SEM이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS분석에 의한 Na, Al, Si, Ca 매핑 47
그림 28. (a) 13X@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Pt 매핑 48
그림 29. (a) Mg-13X@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Mg, Pt 매핑 49
그림 30. (a) Ca-13X@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Ca, Pt 매핑 49
그림 31. (a) Na-A@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Pt 매핑 50
그림 32. (a) Mg-A@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Mg, Pt 매핑 50
그림 33. (a) Ca-A@PtNPs의 SEM 이미지, (b) 각 원소의 EDS 스펙트럼 및 함량, (c) EDS 분석에 의한 Na, Al, Si, Ca, Pt 매핑 51
그림 34. (a) 1-dmen, (b) 1-ipen, (c) 1-CH₃ppz, (d) 1-CF₃ppz 그리고 (e) 1-CH₃en의 40 ℃에서의 15% 이산화탄소 TGA 흡착 데이터 53
그림 35. (a) 1-dmen-BCF, (b) 1-ipen-BCF, (c) 1-CH₃ppz-BCF, (d) 1- CF₃ppz-BCF 그리고 (e) 1-CH₃en-BCF의 40 ℃ 에서의 15% 이산화탄소 TGA 흡착 데이터 54
그림 36. (a) 13X, (b) Mg-13X, (c) Ca-13X, (d) Na-A, (e) Mg-A 그리고 (f) Ca-A의 40 ℃에서의 15% 이산화탄소 TGA 흡착 데이터 56
그림 37. (a) 13X@PtNPs, (b) Mg-13X@PtNPs, (c) Ca-13X@PtNPs, (d) Na-A@PtNPs, (e) Mg-A@PtNPs 그리고 (f) Ca-A@PtNPs의 40℃ 에서의 15% 이산화탄소 TGA 흡착 데이터 58
그림 38. 1-diamine 과 1-diamine-BCF의 가열에 따른 안정성 TGA 데이터 60
그림 39. (a) 13x, (b) Mg-13X, (c) Ca-13X, (d) Na-A, (e) Mg-A 그리고 (f) Ca-A의 가열에 따른 안정성 TGA 데이터 62
그림 40. (a) 13x@PtNPs, (b) Mg-13X@PtNPs, (c) Ca-13X@PtNPs, (d) Na-A@PtNPs, (e) Mg-A@PtNPs 그리고 (f) Ca-A@PtNPs의 가열에 따른 안정성 TGA 데이터 64
그림 41. (a) 1-diamine, (b) 1-diamine-BCF의 FT-IR 데이터 65
그림 42. 이산화탄소 전환 실험기구의 구조 66
그림 43. 13X@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 68
그림 44. Mg-13X@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 69
그림 45. Ca-13X@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 70
그림 46. Na-A@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 71
그림 47. Mg-A@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 72
그림 48. Ca-A@PtNPs의 시간에 따른 전체 범위 IR 스펙트럼 73