CO2포집을 위한 3상 DES(깊은공융용매)

Ternary Deep Eutectic Solvents Tasked for Carbon Dioxide Capture
Leonhard L, Shubha P, Sudhir R, Siddharth P, Hua Zhao, Gary A. Baker, Sheila N.Baker(2014) ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2, 9, 2117–2123

I. Introduction
MEA 재생하는데 많은 에너지 필요, 높은 부식성, 휘발성, 독성 위험
inonic liquid-organic salt 로 휘발성 아민 traet 시켜 CO2 흡수
ILs 장점 : 낮은 휘발성, 열적안정, 가연성 X, CO2 용해율 좋음. MEA와 다르게 휘발성이 없어 condenser 필요X
and SO2, CO2 동시에 흡수 가능 & 재생, SO2 제거에 필요한 열 낮음
task-specific ILs(TSILs) - 설계하거나, OH기 붙혀서 CO2 흡수 시킬수 있음
but 대량으로 생성하기에는 복잡하고, cost문제, 합성, 정화과정에서 불순물 많이생김
-> DES용 ILs는 합성 쉬움 -> 단순 가열, 정화 필요 X, 스케일업 필요 X
ammonium base ILS가 imidazole base ILs보다 CO2용해도 낮음 -> 흡수 site가 수소결합으로 DES작용하여 줄어든 것?
task-specific DES 설계 주제
superbase가 Choline chloride, glycerol의 OH기를 deprotonate해서 putative alkoxide anion을 만듬
-> CO2와 반응하여 상온상압에서 alkylcarbonate를 형성

II. Step
DES prepare
1) Choline chloride + Glycerol 적당한 ratio, vigorous stirring at 80 °C 1h
2) Cool down room temp, dried overnight at 50 °C, vacuum
3) ChCl:Gly 50℃까지 heat, 그후 appropriate mass of SB를 stirring중에 추가
4) stirred 30min after which it was allowed to cool to ambient temperature.

CO2 absorption
5) bubbling CO2 (rate of 50 mL/min) ambient conditions
6) weight monitoring으로 CO2 absorption 측정

Desorption
7) heating DES 60℃, bubbling nitrogen (rate of 50 mL/min)

Characterization Experiment
Characterize and confirm CO2 capture -> 13C NMR
track CO2 binding and release -> (FTIR)

III. Result
DABCO, TBD, sodium hydroxide + ChCl:Gly -> solid or gel -> Mass transfer 방해
13C NMR - new peak near 160 ppm after CO2 exposure
ATR FTIR - new peaks in the 1600−1650 and 1300−1350 cm−1
MTBD가 best CO2 absorption
모든 ternary DES에서 CO2흡수될수록 viscosity 증가 -> 6분부터 서서히, 16분 엄청 증가, 몇시간 2phase
viscosity -> 비뉴턴 액체처럼 활동 5450−34,613 cP
이 DES -> CO2 흡수 더 많이하고, 단순 mixing(합성 필요 X), 여분 solvent X
Choline Chrolide : Glycerol : DBN = 1 : 2 : 6 이 제일 우수

IV. 메모
1,5-diazabicyclo[4.3.0]-non-5-ene (DBN) CO2흡수용량에 가장 최적
Super base -> Choline chloride 말고 GlyceroCl의 proton도 흡수하지 않을까?