에탄올아민계 DES(깊은공융용매)를 이용한 이산화탄소 흡수율

Absorption of Carbon Dioxide Using Ethanolamine-Based Deep Eutectic Solvent
Zhuo Li, Lili Wang, Changping Li, Yingna Cui, Shenmin Li, Guang Yang, Yongming Shen(2019) ACS Sustainable Chem. Eng. 7, 10403−10414

I. Introduction
alcohol amine 부식방지를 위해 25~30wt%로 조정
alcohol amine 사용시 높은 흡수율, 높은 선택도, 낮은가격 장점
but 높은 온도에서 독성, 재생시 손실 발생, 부식문제

Absorption 분류
1) variable-temperature absorption (TSA)
2) pressureswing absorption (PSA)
3) variable-temperature pressureswing absorption (PTSA)
4) metal−organic framework materials (MOFs)

amino-Inoic liquid(ILs) : CO2흡수 많이 but viscosity 높아짐
CO2흡수시킬떄 물양 증가할수록 CO2 포화도 감소
Cl- MEA의 CO2 흡수 향상시킴
이 논문 ethanol amine 베이스 DES 연구

II. Experimental section
1. Material
HBA : ammonium salt, HBD alcohol amine 종류
TMAC/MEA 1:5, TEAC/MEA 1:5, TMAC/MEA/MDEA 1:5:0.5, TMAC/MEA/LiCl 1:5:0.1 60-130℃, 3~5시간

2. CO2흡수 및 탈착
2g DES, 50 mL/minCO2 무게분석으로 CO2확인
140℃ 질량으로 확인

III. Result
1. type

1) HBA 흡수능
ChCl~TMAC>TEAC>TEAB>TBAC>TBAB
Choline Chrolide & TMAC 구조 비슷해서 비슷한 흡수능
2) HBD 흡수능
MEA > DEA > MDEA > TEA
3) HBD
hydroxyl groups 개수 증가시 수소결합 힘, viscosity, CO2흡수량 증가
4) HBA
N에 붙은 원자 부피 증가할수록 Cl or Br 거리 증가, 수소결합 쉬워짐 -> 점도 증가

2. 비율
1:2 ~ 1:6 조사

1:4 이후부터는 전부 잘 안섞여서 CO2흡수능 비슷
가격, 흡수능 등 고려해서 best는 1:5

3. 반응 시간

10~20min 급격히 증가, 20~40min 천천히 증가, 40min 이후 변화없음
10min 이전 점도 낮음 -> CO2흡수 급격히 증가

4. 온도

온도 증가시 점도 감소
20~30℃ 흡수 증가
30~60℃흡수 조금 증가 -> CO2흡수는 endothermic
but 30℃가 공정상에서 가격등 문제로 제일 좋을 것으로 판단

5. RPM

200->800 rpm 증가할수록 흡수 증가 but 1000rpm에서 감소
800rpm이 best로 판단

6. 재생

DES 75℃부터 분해 -> CO2 탈거 도움
100~140℃에서 탈거실험
첫 번째 탈거 5~6h이하 걸림
2~5번째 탈거 2시간이하 걸림
진행할수록 흡수량 감소, 탈거는 증가

7. 물 존재

5~25% room temp 실험
Choline Chloride/MEA 변화 X
TMAC/MEA, TEAC/MEA 물 5~10%증가시 흡수량 증가, 10~ 25%는 감소 ( 점도 감소로 추측)
TMAC/MEA+10%H2O로 온도별 흡수량 실험시 25~30℃는 온도증가시 흡수량 증가 30~60℃는 감소

8. 3상 DES
1) 염기 첨가
HBD : MEA, MDEA, TEA
HBA : ChCl, TMAC, TEAC
2개 DES에 염기 HBD 추가
TMAC/MEA/MDEA 최고 효율
30℃, 800rpm, 50ml/min, 비율 1:5:0.5 최고
여기에 물 추가시 흡수능 2wt% 증가
2) 금속첨가
FeCl3, CoCl2, NiCl2, ZnCl2, LiCl, NH4Cl 사용
핵 외부에 짝지어지지 않은 전자가 있어야 CO2흡수하기 좋음
but Li, Zn은 전자쌍 받아 CO2에서 carbonyl oxygen과 결합 -> amino group이 carbamate 잘만들게 도움
20~60℃ 흡수능 측정시 역시 30℃에서 최고
TMAC/MEA/LiCl에서 LiCl 비율별 흡수능 측정 -> 1:5:0.1 최고, 이때 물 10wt%추가시 더 향상(37.31wt%)
But 재생 효율 매우 나쁨

IV. Conclusion
조성 - ChCl/MEA = 1:5 일 때 최대흡수 25.23wt%
물추가 - TMAC/MEA(1:5)+H2O 10wt% 일 때 최대 흡수 34.49wt%
3상DES - TMAC/MEA/LiCl (1:5:0.1) 50℃ 일 때 최대 흡수 36.91wt%
3상DES + 물 - TMAC/MEA/LiCl (1:5:0.1) 물10wt%, 30℃ 일 때 최대 흡수 37.31wt% but 재생어려움Introduction
alcohol amine 부식방지를 위해 25~30wt%로 조정
alcohol amine 사용시 높은 흡수율, 높은 선택도, 낮은가격 장점
but 높은 온도에서 독성, 재생시 손실 발생, 부식문제