[go: up one dir, main page]

KR101189593B1 - 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법 - Google Patents

빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101189593B1
KR101189593B1 KR1020110007915A KR20110007915A KR101189593B1 KR 101189593 B1 KR101189593 B1 KR 101189593B1 KR 1020110007915 A KR1020110007915 A KR 1020110007915A KR 20110007915 A KR20110007915 A KR 20110007915A KR 101189593 B1 KR101189593 B1 KR 101189593B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxygen
bamg
particles
selective adsorbent
mgco
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020110007915A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120099316A (ko
Inventor
박종호
이광복
김종남
범희태
박종기
고창현
한상섭
조순행
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020110007915A priority Critical patent/KR101189593B1/ko
Priority to PCT/KR2012/000610 priority patent/WO2012102554A2/ko
Priority to EP12739507.7A priority patent/EP2669003B1/en
Priority to US13/980,094 priority patent/US9192911B2/en
Publication of KR20120099316A publication Critical patent/KR20120099316A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101189593B1 publication Critical patent/KR101189593B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/041—Oxides or hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/043—Carbonates or bicarbonates, e.g. limestone, dolomite, aragonite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291—Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3293—Coatings on a core, the core being particle or fiber shaped, e.g. encapsulated particles, coated fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/02—Oxides or hydroxides
    • C01F11/04—Oxides or hydroxides by thermal decomposition
    • C01F11/06—Oxides or hydroxides by thermal decomposition of carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/402—Alkaline earth metal or magnesium compounds of magnesium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/408—Alkaline earth metal or magnesium compounds of barium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/602—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/42—Materials comprising a mixture of inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/88—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by thermal analysis data, e.g. TGA, DTA, DSC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 공기 중의 산소를 선택적으로 흡착하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법으로서, BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 제조하는 단계 및 상기 입자를 고온 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 산소 선택성 흡착제를 제공한다. 본 발명에 따른 산소 선택성 흡착제는 종래의 산소 선택성 흡착제보다 공기 중의 산소를 빠른 속도로 흡착시키면서도 높은 열적 안정성 및 우수한 산소 흡착능을 나타낸다.

Description

빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법{OXYGEN ADSORBENT HAVING HIGH SORPTION RATE FOR OXYGEN AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 공기로부터 산소를 빠른 흡착속도로 흡착시켜 고순도 산소를 생산할 수 있는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하여 제조된 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
산화바륨은 산소와 반응하여 하기 화학식 1에 나타난 산화 반응을 거치면서 과산화바륨으로 전환이 되고 이 과정 중에서 산소를 흡착하고 산소가 없는 분위기에서는 환원반응을 통하여 산소를 배출하는 물질로서 잘 알려져 있으며, 산화바륨의 이러한 특성으로 인해 20세기 초에는 산소를 제조하는 공정에 사용되기도 하였다.
[화학식 1]
Figure 112011006482792-pat00001
하지만 과산화바륨은 높은 온도에서 열적 안정성이 없어 사이클이 진행되면서 산소 흡착능력을 소실하는 경향이 있다. 보다 구체적으로 과산화바륨은 열적으로 상당히 불안정한 물질로서 고온에서 입자간의 소결 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 입자의 크기가 커지고 공정이 진행됨에 따라 산소 흡착능이 점점 소실된다. 이런 현상을 막아주어야만 흡착능을 유지할 수 있는 산소 선택성 흡착제의 제조가 가능하다. 또한, 과산화바륨은 반응성이 우수하여 다른 무기질 또는 금속성분과 쉽게 반응하여 산소와의 결합 특성을 잃어버리게 되므로 산소를 선택적으로 흡착하는 바륨성분(산화바륨)을 안정적으로 보호할 수 있는 구조를 만들어 주는 것이 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법이 시도되었는데, 미국특허 제3,773,680호 및 미국특허 제3,903,010호에서는 산화바륨을 돌로마이트에 고정화하여 바륨의 이용률을 높이고 반응성을 높일 수 있다고 개시하고 있다. 상기 미국특허에 있어 산소 선택성 흡착제의 제조는 단순히 산화바륨과 돌로마이트 고체를 서로 혼합하여 고압에서 펠렛형태로 성형하는 방법을 사용하였다.
미국특허 제4,092,264호에서는 지르코니아에 산화바륨을 함침함으로써 바륨의 이용률을 높이고, 안정성이 향상된 산소 흡착제를 제조할 수 있다고 개시하고 있다. 미국특허 제4,092,264호에서 개시하고 있는 산화바륨을 함침하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 다공성의 지르코니아를 고온에서 소성하여 불순물들을 제거하고 상기 지르코니아와 과산화바륨을 서로 혼합하고 수득된 혼합물을 가열하여 과산화바륨을 지르코니아에 함침한다. 상기 특허에 따르면, 상술한 방법에 따라 지르코니아에 과산화바륨을 함침하면 열적안정성이 높아지며, 산소 생산공정 운전시 산소와의 산화반응에서 발생하는 열을 효과적으로 저장하였다가 환원 시에 이 열을 이용할 수 있으므로 공정의 효율이 높아지며, 20% 이하로 바륨을 지르코니아에 함침하는 것이 가장 안정성이 높고 바륨의 이용률도 높일 수 있다고 개시하고 있다.
상술한 특허를 보면, 주로 건조한 상태에서 과산화바륨과 제3의 기질을 혼합하는 방법 또는 함침하는 방법을 사용하였다. 그러나, 과산화바륨과 제3의 기질을 혼합하는 방법을 사용하는 경우 불균일한 보호막을 형성함으로써 산화바륨의 이용률이 높지 않고, 과산화바륨을 제3의 기질에 함침하는 방법을 사용하는 경우에는 기질로 작용하는 물질을 과량 사용하여야 하기 때문에 산소 흡착능이 높은 소재의 개발이 불가능하다.
다른 방법으로 수용액상에서 산화바륨과 산화마그네슘의 전구체(수용성 마그네슘 염)를 이용하여 잘 혼합한 후 물의 증발을 유도하여 침전을 형성하고 고온 소성 과정을 거쳐 산화바륨을 산화마그네슘의 골격에 포집할 수 있다. 하지만, 이 방법은 소성 과정 중 산화바륨이 수분과 반응하여 수산화바륨을 형성하고 이 수산화바륨은 안정성이 낮고 반응성인 높아 소성이 용이하지 않으며 소성 후에도 산소의 흡착능이 낮은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 종래의 산소 선택성 흡착제보다 공기 중의 산소를 빠른 속도로 흡착시키면서도 높은 열적 안정성 및 우수한 산소 흡착능을 나타내는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 산소 선택성 흡착제에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하는 경우, 상기 BaMg(CO3)2 중의 BaCO3와 MgCO3가 각각 산화바륨, 산화마그네슘으로 전환되면서 나노입자 크기의 산화바륨 및 산화마그네슘이 형성되면서 산소 흡착속도가 빨라진다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공기 중의 산소를 선택적으로 흡착하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법으로서, BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 제조하는 단계 및 상기 입자를 고온 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명의 산소 선택성 흡착제의 제조방법을 상세히 설명한다.
우선, BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 제조한다.
상기 BaMg(CO3)2는 BaCO3와 MgCO3의 고체 혼합물(solid solution)로서 자연 광물 중에서도 발견되며 norsethite라고 불리고 있다. 이 물질의 합성하는 방법으로는 다양한 방법이 존재하는데 고온에서 BaCO3와 MgCO3 입자를 섞어서 500℃ 이상에서 소성하여 제조하는 방법, BaCO3를 MgCl2와 NaHCO3 수용상에서 합성하는 방법, 상기 수용상 합성하는 방법에서 MgCl2 대신 MgCO3??3H2O를 Mg2+의 원으로 사용하여 제조하는 방법, Ba2+, Mg2+ 가 존재하는 수용상에 CO3 2-를 추가하여 제조하는 방법 등이 알려져 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 BaMg(CO3)2 입자는 바륨함유 화합물과 탄산염의 혼합물을 증류수에 분산한 후 탄산마그네슘 전구체를 첨가함으로써 제조할 수 있으며, 이외 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자는 바륨함유 화합물과 탄산염의 혼합물을 증류수에 분산한 후 탄산마그네슘 전구체를 첨가하여 제조된 입자를 수득한 후, 이를 여과 및 세척하여 다시 증류수에 분산시키고 탄산마그네슘 전구체를 첨가하여 초음파 처리하고, 이에 암모니아수를 첨가하여 제조될 수 있으며, 이외 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.
BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자에서 MgCO3 또는 Mg(OH)2는 BaMg(CO3)2 대비 1～10 몰비율로 상기 BaMg(CO3)2의 외부에 부착되는 것이 바람직하다.
상술한 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하여 산소 선택성 흡착제를 제조하는 경우 열적 안정성이 우수한 산소 선택성 흡착제를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 바륨함유 화합물은 BaCO3 또는 BaCl2일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 바륨함유 화합물과 혼합되는 탄산염은 Na2CO3 등과 같이 CO3 2- 소스가 포함된 탄산염을 제한없이 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 탄산마그네슘 전구체는 Mg(NO3)2??6H2O 또는 MgCO3??3H2O일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 단계에서 제조된 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자는 수소 분위기 하에서 700～800 ℃ 온도에서 소성되거나, 산소 분위기 하에서 900～1200 ℃ 온도에서 소성되어 제조될 수 있다.
이와 같이 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 소성하는 경우, 상기 BaMg(CO3)2 중에 존재하는 MgCO3는 500℃ 이하에서 쉽게 산화되어 산화마그네슘으로 전환이 되지만, BaCO3는 900℃ 이상의 산소 분위기 또는 800℃ 이하의 수소 분위기에서 산화바륨으로 전환이 된다.
또한, 본 발명은 상술한 제조방법에 따라 제조된 산소 선택성 흡착제를 제공한다.
본 발명은 공기 중의 산소를 빠른 속도로 흡착시키면서도 높은 열적 안정성 및 우수한 산소 흡착능을 나타내는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 산소 선택성 흡착제에 대해 촬영한 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 산소 선택성 흡착제에 대해 촬영한 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 산소 선택성 흡착제에 대해 촬영한 XRD 패턴이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 산소 선택성 흡착제에 대해 촬영한 XRD 패턴이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 산소 선택성 흡착제에 대해 산소 흡착 및 탈착을 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 산소 선택성 흡착제와 비교예 1에서 제조된 산소 흡착제의 흡착 속도를 비교한 그래프이다.
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.
<실시예>
실시예 1
BaCO3 8g을 Na2CO3 8g의 혼합물을 200cc의 증류수에 분산한 후, 이 분산용액에 마그네슘 나이트레이트(Mg(NO3)2 6H2O, 20g)를 증류수 100cc에 녹인 용액을 천천히 첨가하는 방법으로 제조하였다(Ba/Mg 몰비=0.5). 이 때 BaCO3와 NaCO3를 녹인 용액은 90℃로 유지하였다. 그 후 얻어지는 BaMg(CO3)2 입자들을 여과 및 수세 과정을 거쳐 수거하였고 이에 대해 전자 현미경 사진을 촬영하여 도 1에 나타내었고, XRD 패턴을 측정하여 도 3에 나타내었다. 상기 수득된 입자들에 대해 전기로에서 산소 분위기 하에서 900℃ 온도에서 10시간 동안 소성하여 본 발명에 따른 산소 선택성 흡착제를 제조하였다.
실시예 2
BaCO3 8g을 Na2CO3 4g의 혼합물을 200cc의 증류수에 분산한 후 이 분산용액에 마그네슘 나이트레이트(Mg(NO3)2 6H2O, 10g)를 증류수 100cc에 녹인 용액을 천천히 첨가하는 방법으로 제조하였다(Ba/Mg 몰비=1). 이 때 BaCO3와 Na2CO3를 녹인 용액은 90℃로 유지하였다. 그 후 얻어지는 입자들을 여과 및 수세 과정을 거쳐 수득하였다. 이런 과정을 거쳐 얻어진 입자 5g을 증류수(100 ml)에 분산한 후 마그네슘 나이트레이트 10g을 상기 용액에 녹이고 초음파 처리하였다. 상기 초음파 처리된 용액에 암모니아수를 천천히 첨가하여 Mg(OH)2가 형성되게 하여 BaMg(CO3)2에 대해 피막화하였고, 이에 대해 전자 현미경 사진을 촬영하여 도 2에 나타내었고, XRD 패턴을 측정하여 도 4에 나타내었다. 상기 수득된 입자들에 대해 전기로에서 산소 분위기 하에서 900 ℃ 온도에서 10시간 동안 소성하여 본 발명에 따른 산소 선택성 흡착제를 제조하였다.
비교예 1
바륨전구체인 과산화바륨 일정량을 30cc의 마그네슘 메톡사이드 용액(6wt%-10wt%)과 메탄올 20cc를 혼합한 용액에 고르게 분산한 다음 소량의 증류수를 천천히 첨가하였다. 이후 물을 첨가하여 상기 용액을 젤화시켰다. 이 젤을 40℃에서 3시간 건조하고 80℃에서 메탄올을 제거한 다음 900℃에서 소성을 하여 최종 산소 흡착제를 수득하였다.
시험예 1 - 전자현미경 사진 관찰
도 1 및 도 2는 각각 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 산소 선택성 흡착제에 대해 촬영한 SEM 사진이다. 도 1을 참조하면 실시예 1에서는 각진 사각형의 입자 형태로 BaMg(CO3)2 입자가 제조된 것을 알 수 있고, 도 2를 참조하면, 편상의 Mg(OH)2가 BaMg(CO3)2를 둘러싸고 있는 형태로 부착된 입자가 제조된 것을 알 수 있다. 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 BaMg(CO3)2 입자 및 BaMg(CO3)2의 외부에 MMg(OH)2가 부착된 입자의 크기는 1～5 마이크론 정도로 관찰되었다.
시험예 2 - X선 회절분석
도 3 및 도 4는 각각 실시예 1 및 실시예 2 에서 제조된 산소 선택성 흡착제의 X선 회절분석결과를 나타내었다. 도 3에는 실시예 1에서 제조된 BaMg(CO3)2 입자를 500℃, 700℃로 고온 소성한 후 이에 대한 X선 회절 분석 결과도 함께 나타내었다. 도 3을 참조하면, 21℃, 22℃, 29.5℃ 등에서 BaMg(CO3)2 결정의 특성 피크(peak)가 관찰되었다. 이 결정을 500℃, 700℃로 소성하면 BaMg(CO3)2 결정의 피크는 사라지고 BaCO3 피크가 형성되는 것이 관찰되었다. 도 4에는 실시예 2에서 제조된 흡착제의 XRD 피크를 나타내었는데, 이로부터 실시예 2에서도 BaMg(CO3)2 결정이 형성된 것을 관찰할 수 있다.
시험예 3 - 산소 선택성 흡착제의 장기 흡탈착 특성 실험
도 5에는 실시예 1에서 제조된 산소 선택성 흡착제를 이용하여 TGA (thermal gavimetric analysis)를 이용하여 산소의 흡착 및 탈착 특성을 관찰한 것이다. 실시예 1에서 얻어진 입자를 TGA 샘플로더에 올린 후 산소 분위기에서 500℃까지 승온한 후 3시간 유지하였다. 이 과정 중에는 BaMg(CO3)2 중의 MgCO3가 MgO로 전환되면서 무게가 감소하며 BaCO3는 결정 내에 존재하게 된다. 다시 제조된 샘플의 온도를 900℃까지 승온하면 BaCO3가 BaO로 전환된다. 이 샘플을 산소 분위기에서 600℃로 온도를 내리면 산소가 흡착이 되어 무게의 증가가 나타나게 되고 포화흡착이 이루어진 후 헬륨분위기로 전환하면 산소는 탈착되게 된다. 도 5에서 산소 주입-헬륨 주입을 반복하면서 산소의 흡착 및 탈착을 측정한 결과를 나타내었는데 상당히 안정적으로 산소의 흡착량이 유지되는 것을 알 수 있다. 본 시험예에서 측정된 산소의 흡착량은 1.9 mmol/g이었다.
시험예 4 - 산소 선택성 흡착제의 흡착 탈착 속도
도 6에는 실시예 1 및 실시예 2에서 얻어진 산소 선택성 흡착제의 흡착 속도를 비교예 1에서 얻어진 산소 흡착제의 흡착 및 탈착속도와 비교하여 그 결과를 나타내었다. 도 6에서 X축은 시간을 나타내었고 Y축은 흡착량/포화흡착량의 비율을 나타내었다. 포화흡착량의 0.8까지 흡착되는 시간을 비교해보면 실시예 1과 실시예 2는 약 2분만에 포화흡착량의 80%까지 흡착이 되는 것으로 관찰되었다. 하지만, 비교예 1에서 얻어진 흡착제는 8분 정도가 소요되는 것으로 나타났다. 이로부터 본 발명에서 얻어진 흡착제가 더 빠른 흡착속도를 보이는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 공기 중의 산소를 선택적으로 흡착하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법으로서,
    BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 제조하는 단계 및 상기 입자를 고온 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자에서 MgCO3 또는 Mg(OH)2는 BaMg(CO3)2 대비 1～10 몰비율로 상기 BaMg(CO3)2의 외부에 부착되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2 입자는 바륨함유 화합물과 탄산염의 혼합물을 증류수에 분산한 후 탄산마그네슘 전구체를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자는 바륨함유 화합물과 탄산염의 혼합물을 증류수에 분산한 후 탄산마그네슘 전구체를 첨가하여 제조된 입자를 수득한 후, 이를 여과 및 세척하여 다시 증류수에 분산시키고 탄산마그네슘 전구체를 첨가하여 초음파 처리하고, 이에 암모니아수를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 바륨함유 화합물은 BaCO3 또는 BaCl2인 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 탄산염은 Na2CO3인 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  7. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 탄산마그네슘 전구체는 Mg(NO3)2??6H2O 또는 MgCO3??3H2O인 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하는 단계는 산소 분위기 하에서 900～1200 ℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하는 단계는 수소 분위기 하에서 700～800 ℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제의 제조방법.
  10. 산화바륨의 외부에 산화마그네슘이 형성된 산소 선택성 흡착제로서,
    상기 산소 선택성 흡착제는 BaMg(CO3)2 입자 또는 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자를 고온 소성하여 형성된 것임을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 BaMg(CO3)2의 외부에 MgCO3 또는 Mg(OH)2가 부착된 입자에서 MgCO3 또는 Mg(OH)2는 BaMg(CO3)2 대비 1～10 몰비율로 상기 BaMg(CO3)2의 외부에 형성되는 것을 특징으로 하는 산소 선택성 흡착제.
KR1020110007915A 2011-01-26 2011-01-26 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법 Expired - Fee Related KR101189593B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007915A KR101189593B1 (ko) 2011-01-26 2011-01-26 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법
PCT/KR2012/000610 WO2012102554A2 (ko) 2011-01-26 2012-01-26 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법
EP12739507.7A EP2669003B1 (en) 2011-01-26 2012-01-26 Preparation method of an oxygen-selective adsorbent having fast adsorption rate
US13/980,094 US9192911B2 (en) 2011-01-26 2012-01-26 Oxygen-selective adsorbent having fast adsorption rate and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007915A KR101189593B1 (ko) 2011-01-26 2011-01-26 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120099316A KR20120099316A (ko) 2012-09-10
KR101189593B1 true KR101189593B1 (ko) 2012-10-12

Family

ID=46581288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110007915A Expired - Fee Related KR101189593B1 (ko) 2011-01-26 2011-01-26 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9192911B2 (ko)
EP (1) EP2669003B1 (ko)
KR (1) KR101189593B1 (ko)
WO (1) WO2012102554A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2818239A2 (en) 2013-06-28 2014-12-31 Korea Institute of Energy Research Oxygen selective adsorbent for easy desorption and preparation method thereof

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7810743B2 (en) 2006-01-23 2010-10-12 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Ultrasonic liquid delivery device
US9283188B2 (en) * 2006-09-08 2016-03-15 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Delivery systems for delivering functional compounds to substrates and processes of using the same
KR101554496B1 (ko) * 2013-06-28 2015-09-22 한국에너지기술연구원 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법
US11167260B2 (en) 2013-06-28 2021-11-09 Korea Institute Of Energy Research Oxygen selective adsorbent for easy desorption and preparation method thereof
KR101470594B1 (ko) * 2013-11-22 2014-12-10 (주)제이원텍 유기발광소자 봉지공정의 인라인 질소정화시스템용 촉매 조성물의 제조방법
KR101589559B1 (ko) * 2014-09-17 2016-01-29 한국에너지기술연구원 고압 수소 소성을 이용한 산화물계 산소 선택성 흡착제 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5478543A (en) 1993-06-21 1995-12-26 Santoku Metal Industry Co., Ltd. Compound oxide having oxygen absorbing and desorbing capability and method for preparing same
KR100186680B1 (ko) 1995-06-07 1999-04-15 윌리엄 에프. 마쉬 비활성 가스로부터 미량의 산소를 제거하는 흡착제

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3324654A (en) * 1966-09-29 1967-06-13 Arthur M Squires Method and apparatus for producing oxygen and power
US3773680A (en) 1972-04-07 1973-11-20 Cons Natural Gas Svc Acceptor compositions and method for oxygen enrichment processes
US3903010A (en) 1972-08-03 1975-09-02 Cons Natural Gas Svc Preparation of oxygen acceptor compositions and oxygen production process
US4092264A (en) 1976-12-27 1978-05-30 The Bendix Corporation Barium oxide coated zirconia particle for use in an oxygen extractor
US5135548A (en) * 1991-05-08 1992-08-04 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen selective desiccants
JPH1085589A (ja) 1996-09-18 1998-04-07 Tosoh Corp 空気分離用吸着剤、及びそれを用いた酸素ガス製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5478543A (en) 1993-06-21 1995-12-26 Santoku Metal Industry Co., Ltd. Compound oxide having oxygen absorbing and desorbing capability and method for preparing same
KR100186680B1 (ko) 1995-06-07 1999-04-15 윌리엄 에프. 마쉬 비활성 가스로부터 미량의 산소를 제거하는 흡착제

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2818239A2 (en) 2013-06-28 2014-12-31 Korea Institute of Energy Research Oxygen selective adsorbent for easy desorption and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US9192911B2 (en) 2015-11-24
EP2669003A2 (en) 2013-12-04
KR20120099316A (ko) 2012-09-10
WO2012102554A3 (ko) 2012-09-20
EP2669003B1 (en) 2019-01-23
EP2669003A4 (en) 2017-12-20
WO2012102554A2 (ko) 2012-08-02
US20130299737A1 (en) 2013-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101189593B1 (ko) 빠른 흡착속도를 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조방법
CN103357373B (zh) 二氧化碳吸附剂、其制法、二氧化碳捕获方法和捕获模块
KR101770701B1 (ko) 티탄산 바륨을 포함한 이산화탄소 흡착제, 이를 포함한 이산화탄소 포집 모듈, 및 이를 이용한 이산화탄소 분리 방법
EP2636445A1 (en) Adsorbent for carbon dioxide, method of preparing the same, and capture module for carbon dioxide
CN108097210A (zh) 一种纳米金属氧化物与多孔活性炭复合材料的制备方法
Liu et al. MOF-derived nano CaO for highly efficient CO2 fast adsorption
CN108525637B (zh) 一种碳模板法改性钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法
KR101146173B1 (ko) 높은 열적 안정성과 산소 흡착능을 가지는 산소 선택성 흡착제 및 이의 제조 방법
Zhou et al. High-performance Ce doped three-dimensional ordered macroporous Co-based catalysts on CO oxidation
CN110424070B (zh) 一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法
CN107500336A (zh) 一种采用自牺牲模板法制备稀土层状氢氧化物的方法
CN114713213A (zh) 碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂及其制备方法和应用
CN107098343A (zh) 一种CaCl2固硫制备氮硫共掺杂多孔碳材料的方法
CN105903458A (zh) 一种钙基吸附剂的制备方法及应用
CN103301801B (zh) 一种介孔碳负载纳米氧化镁及其制备方法
CN117181183B (zh) 一种低成本氧化钙尖晶石二氧化碳捕集材料的制备方法
Yanase et al. CO2 capture and release of Na0. 7MnO2. 05 under water vapor at 25–150° C
KR101704757B1 (ko) 고순도 무기 산화물의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 고순도 무기 산화물
CN116216715A (zh) 一种具有高氮掺杂的活性炭及其制备方法
JP5098000B2 (ja) 複合金属酸化物多孔体の製造方法およびこれにより得られる複合金属酸化物多孔体
KR101702123B1 (ko) 졸-겔을 통한 이산화탄소 포집용 흡착제의 제조방법
Jung et al. BaxSr1− xO/MgO nano-composite sorbents for tuning the transition pressure of oxygen: Application to air separation
CN118931507B (zh) 一种镁基热化学储能材料及其制备方法
US11167260B2 (en) Oxygen selective adsorbent for easy desorption and preparation method thereof
CN118949911A (zh) 一种高岭土基氧化镁二氧化碳吸附剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20110126

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20120927

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20121004

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20121005

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20151001

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161004

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20161004

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170921

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170921

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180918

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180918

Start annual number: 7

End annual number: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190909

Year of fee payment: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190909

Start annual number: 8

End annual number: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200911

Start annual number: 9

End annual number: 9

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20230715