[표지]

제출문

목차

세부과제 I. 인공 단백질(펩타이드) 기반 흡착제를 이용한 해수 내 리튬의 선택적 회수기술 개발(Development for Selective Recovery of Lithium in Seawater Using Peptide-Based Adsorbent) 4

요약문 6

SUMMARY 8

I. 일반현황 14

II. 과제의 목표 및 내용 15

1. 배경 및 필요성 15

2. 최종목표 16

3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 17

가. 주관기관 17

나. 위탁기관 17

III. 추진 전략 18

1. 기술개발팀 편성도 18

2. 주요 기술개발 이슈 19

3. 타개전략 20

IV. 추진 실적 21

1. 성과목표 및 기술목표 달성도 21

가. 정량적 성과목표 달성도(주관, 위탁) 21

나. 정량적 기술목표 달성도(주관) 21

다. 정량적 기술목표 달성도(위탁) 25

2. 추진계획 대비 실적 28

가. 연구 추진실적(주관) 28

나. 연구 추진실적(위탁) 46

3. 계획대비 진도 부진 시 개선대책 53

V. 향후 계획 54

가. 실용화(기술이전) 계획 54

나. 연구결과의 활용계획 55

세부과제 II. 기후변화 대응을 위한 흡착냉방시스템 개발(Development of Adsorption Cooling System for Mitigating Climate Change) 56

요약문 58

SUMMARY 60

제1장 서론 74

제2장 종래 기술 80

제1절 수분 흡착제 개발 80

1. 고성능 수분 흡착제 개발의 필요성 80

2. 제올라이트 계 흡착제 80

3. 실리카겔 수분 흡착제 81

4. 알루미노포스페이트 계 수분 흡착제 81

5. 금속-유기 구조체 계 수분 흡착제 83

6. CSPM 계 수분 흡착제 85

제2절 수분 흡착식 냉방 공정 기술 85

1. 흡착식 냉방 공정 기술의 발전 85

2. 흡착식 냉방 사이클 기술의 발전 86

3. 흡착탑 열교환 기술의 발전 91

제3장 고성능 수분 흡착제 개발 93

제1절 수분 흡착제 개발군 선정 93

제2절 알루미노포스페이트 계열 수분 흡착제 개발 95

1. 실험 방법 95

2. 알루미노포스페이트 물질의 기공 구조 및 구성성분 조절을 통한 수분 흡착 성질 조절 97

3. 고성능 알루미노포스페이트 계 수분 흡착제 개발(분말형) 101

4. 고성능 알루미노포스페이트 계 수분 흡착제의 수분 흡탈착 특성 분석 102

5. 고성능 알루미노포스페이트 계 수분 흡착제의 수열 안정성 평가 104

6. 고성능 알루미노포스페이트 계 수분 흡착제의 대량 합성 시스템 구축 105

7. 신규 알루미노포스페이트 수분 흡착제 합성 방법 최적화 및 합성 단가 절감 106

8. 신규 알루미노포스페이트 수분 흡착제 코팅 연구 108

9. 신규 알루미노포스페이트 수분 흡착제 성형 연구 110

10. 성형된 신규 알루미노포스페이트 수분 흡착제의 수분 흡착 특성 113

11. 흡습성 염이 함침된 알루미노포스페이트 계 흡착제 개발 115

제3절 MOF 계 수분 흡착제 개발 121

1. 서론 121

2. 실험 방법 121

3. 실험결과 및 고찰 123

4. 결론 131

제4절 활성탄계 고성능 수분 흡착제 개발 132

1. 제조 방법 132

2. 강산 처리를 통한 활성탄의 수분 흡착 성능 조절 132

3. 흡습성 염을 함침한 활성탄 계 고성능 수분 흡착제 개발 135

4. 신규 활성탄 계 고성능 수분 흡착제 대량 제조 137

5. 대량 제조한 활성탄 계 수분 흡착제의 수분 흡착 성능 평가 140

6. 신규 활성탄 계 수분 흡착제의 문제점 142

제5절 상용 실리카겔의 수분 흡착 성능 평가 144

제6절 신규 수분 흡착제 비교 및 적합한 흡착제 선정 147

제4장 수분 흡착식 냉방 공정 개발 150

제1절 공정 실험 150

1. 실험 장치 150

2. 실험 방법 154

제2절 공정 모사 156

1. 등온 흡착 평형 모델 156

2. 공정 모사기 구축 158

제3절 공정 실험 및 모사 결과 163

1. 공정 성능 평가 지표 163

2. 벤치 규모 장치 실험 결과 164

3. 파일럿 규모 장치 실험 및 모사 결과 167

제5장 결론 170

참고문헌 171

세부과제 III. 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발(Development of Highly Efficient Adsorption Separation Process Using CO Selective Adsorbent) 172

요약문 174

SUMMARY 176

제1장 서론 194

제1절 일산화탄소 활용 및 일산화탄소 분리 기술 194

1. 일산화탄소 발생원 및 활용처 194

2. 일산화탄소 분리 기술 194

3. 일산화탄소 선택적 흡착제 195

4. 일산화탄소 분리 공정 활용처 197

제2절 기술 개발의 필요성 198

1. 일산화탄소 분리 기술의 중요성 198

2. 기술적 측면 198

3. 경제·산업적 측면 199

제3절 연구 목표 200

제2장 일산화탄소 분리 기술 국내·외 현황 201

제1절 일산화탄소 활용 및 일산화탄소 분리 기술 201

1. 국외 관련기술 개발 현황 201

2. 국내 관련기술 개발 현황 202

제2절 일산화탄소 분리 기술 관련 기존 특허 현황 203

1. 선행 특허조사 203

2. 특허 출원 방법 204

제3장 과제 진행 체계 205

제1절 연도별 과제 진행 내용 205

제2절 과제 진행 체계 207

제4장 고성능 일산화탄소 선택적 흡착제 개발 209

제1절 흡착제 제조 연구 진행 체계 209

제2절 건식 함침법을 통한 흡착제 제조 212

1. 실험 방법 212

2. 흡착제 성능 개선 217

제3절 열분산 방법을 통한 일산화탄소 흡착제 개발 230

1. 열분산 실험방법 230

2. 금속 착화물 선정 231

3. 기질 선정 231

4. 제올라이트 기질을 사용한 일산화탄소 흡착제 제조 237

5. 유사 알루미나 기질을 사용한 일산화탄소 흡착제 제조 250

제4절 열분산 방법으로 제조한 흡착제의 장기 안정성 평가 270

1. 흡/탈착 성능 평가 270

2. 장시간 흡/탈착 평가(TGA 분석) 271

3. 공기 중 산소, 수분에 의한 영향 273

4. 장기간 대기 방치 후 일산화탄소 흡착 성능 변화 측정 275

5. 금속 산화 방지제 첨가 276

제5절 열분산 흡착제의 성형 연구 278

1. 흡착제 성형의 필요성 및 성형 방법 278

2. 성형 바인더 선정 279

3. 성형한 흡착제의 물리화학적 특성 및 흡착 성능 평가 285

4. 성형한 흡착제의 장시간 산화 안정성 평가 286

5. 성형한 흡착제의 불순물 기체 흡착 여부 확인 288

6. 성형한 흡착제의 일산화탄소 흡착 속도 측정 291

7. 대량 성형 공정 확립 및 최적화 293

제5장 일산화탄소 분리 공정 개발 및 최적화 295

제1절 일산화탄소(CO) 분리용 연속분리시스템 구상 및 전처리부 사용 흡착제 검토 295

1. 일산화탄소 분리용 흡착식 연속분리시스템 구상 295

2. 전처리부 사용 흡착제 검토 295

제2절 흡착식 연속분리공정 장치의 설계 및 제작 297

1. BSU급 흡착분리장치 설계 및 제작 297

2. 흡착제 충진 299

제3절 BSU급 흡착분리시스템의 공정 효율 계산 및 공정 성능 300

1. 공정 효율 계산 300

2. 공정 성능 303

제6장 결론 311

참고문헌 312

세부과제 I. 인공 단백질(펩타이드) 기반 흡착제를 이용한 해수 내 리튬의 선택적 회수기술 개발(Development for Selective Recovery of Lithium in Seawater Using Peptide-Based Adsorbent) 13

표 1. 인공 펩타이드의 리튬 흡착 용량 22

표 2. 인공단백질 흡착제 재사용 효율(고정화세포) 24

세부과제 II. 기후변화 대응을 위한 흡착냉방시스템 개발(Development of Adsorption Cooling System for Mitigating Climate Change) 72

〈표 1-1〉 흡착식 냉방기 상업화 현황 77

〈표 1-2〉 냉동기 비교 78

〈표 3-1〉 다양한 전이금속이 도핑된 알루미노포스페이트의 기공 특성 비교 100

〈표 3-2〉 NH₂-MIL-125의 기체흡착 특성 126

〈표 3-3〉 흡착제의 수분 흡착 특성 128

〈표 3-4〉 NH₂-MIL-125 펠릿의 기체 흡착 특성 130

〈표 3-5〉 신규 수분 흡착제의 장단점 분석 148

〈표 3-6〉 신규 수분 흡착제의 단위 부피 당 동적 수분 흡착량 비교 149

〈표 4-1〉 벤치 규모 장치의 표준 실험 조건 155

〈표 4-2〉 벤치 규모 장치의 실험 운전 조건 155

〈표 4-3〉 파일럿 규모 장치의 실험 조건 156

〈표 4-4〉 수증기-신규 AlPO₄ 계 흡착제에 대한 하이브리드 등온 흡착 평형 모델 파라미터 158

〈표 4-5〉 수분 흡착식 냉방 공정 모사 파라미터 161

〈표 4-6〉 실리카겔과 신규 AlPO₄ 계 흡착제의 공정 모사 결과 비교 162

〈표 4-7〉 파일럿 규모 장치 실험 결과 비교 169

세부과제 III. 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발(Development of Highly Efficient Adsorption Separation Process Using CO Selective Adsorbent) 192

〈표 1-1〉 일산화탄소 흡착/분리 공정 시장규모 및 시장점유율 예측 200

〈표 2-1〉 일산화탄소 분리용 상용화 기술의 성능비교 202

〈표 2-2〉 선행 특허 조사 방법 203

〈표 2-3〉 선행 원천 특허 목록 204

〈표 3-1〉 연도별 연구 개발 내용 205

〈표 4-1〉 일산화탄소와 전이금속 결합 에너지와 결합 거리 218

〈표 4-2〉 전이금속 화합물 후보군의 물성 219

〈표 4-3〉 전이금속 염화물 함침 흡착제의 BET 측정 결과 및 일산화탄소 흡착량 220

〈표 4-4〉 전이금속 염화물 함침 흡착제의 BET 측정 결과 및 일산화탄소 흡착량 223

〈표 4-5〉 일산화탄소 선택적 흡착제 제조에 사용 가능한 기질 후보군의 특성 분석 232

〈표 4-6〉 여러 온도로 처리한 유사 알루미나 물질의 기공 특성 252

〈표 4-7〉 여러 온도로 제일구리염을 열분산 한 시료들의 기공 특성 258

〈표 4-8〉 다양한 온도에서 유사 알루미나 기질에 제일 구리염을 열분산시킨 여러 시료들의... 261

〈표 4-9〉 벤토나이트릴 특성과 이를 무기 바인더로 사용하여 성형한 흡착제 입자의 성질 280

〈표 4-10〉 흡착제 성형에 사용된 유기 바인더 물질 종류 및 특성. 각 유기 바인더를 사용하여... 282

〈표 4-11〉 흡착제 성형에 사용된 유기 바인더 물질 종류 및 특성. 각 유기 바인더를 사용하여... 282

〈표 4-12〉 LDF, Crank 모형을 이용하여 계산한 신규 일산화탄소 흡착제의 물질전달 계수 292

〈표 5-1〉 각 흡착제의 흡착제 충진량 299

세부과제 I. 인공 단백질(펩타이드) 기반 흡착제를 이용한 해수 내 리튬의 선택적 회수기술 개발(Development for Selective Recovery of Lithium in Seawater Using Peptide-Based Adsorbent) 11

[그림 1] 해수리튬 개발의 필요성 15

[그림 2] 역할 분담 체계 18

[그림 3] 해수 리튬 회수 공정비용 구조 19

[그림 4] 기술 개발 핵심 이슈 19

[그림 5] 해결 전략 및 목표 설정 20

[그림 6] IP 획득 전략 20

[그림 7] 인공단백질 기반 흡착제의 선택도 및 최대 흡착량 확인 22

[그림 8] 인공단백질 기반 흡착제 재사용 실험 23

[그림 9] 고정화 세포 흡착제를 이용한 리튬 회수 및 재사용 실험 24

[그림 10] 플라스미드 지도(pETLP1) 및 PCR 프라이머 서열 26

[그림 11] 단백질 전기영동을 이용한 리튬 흡착 단백질의 펩타이드 세포표면말현 검증 26

[그림 12] OmpC-Li 펩타이드 발현 확인 27

[그림 13] 복수 단백질 표면 발현에 의한 Li 흡착량 증대 및 리튬 흡착 이미지 27

[그림 14] 리튬 결합 전후의 GPGXP 싸이클 펩타이드 구조 변화 29

[그림 15] 리튬, 나트륨, 칼륨 결합 전후의 GPGDP, GPGNP 펩타이드 구조 변화 29

[그림 16] 리튬/칼슘 결합시 단백질 구조변화의 상이성 30

[그림 17] 단백질-리튬 결합구조 30

[그림 18] 코발트 결합 단백질 후보 31

[그림 19] 단백질-코발트 결합구조 31

[그림 20] CBD sequence 추출 32

[그림 21] His-CBD-GPGxP fusion cloning 32

[그림 22] Ni column을 활용한 단백질 정제과정 32

[그림 23] 인공 단백질 생산/정제조건 확립 33

[그림 24] 타겟 단백질 정량 34

[그림 25] Silanization을 이용한 고정화 원리 35

[그림 26] 미생물이 도포된 탄소천의 silanization 전(좌), 후(우) 비교 35

[그림 27] SEM 이미징을 통한 미생물 고정화 여부 확인 36

[그림 28] Silanization으로 표면에 고정한 세포 흡착제의 리튬회수율 비교 36

[그림 29] 고정화 세포 흡착제를 이용한 리튬 회수 및 재사용 실험 37

[그림 30] 아세틸화 반응에 의한 chitosan-chitin 전환 과정 38

[그림 31] 전기중합 반응을 이용한 키토산 폴리머 코팅전극 제조 39

[그림 32] 전극 PTFE 함량 별 코팅전류 비교 39

[그림 33] 단백질 고정화 전/후 카본페이퍼 전극 표면분석(SEM 이미지) 40

[그림 34] CV를 통한 키토산 필름 형성 확인 40

[그림 35] CV를 통한 키틴 필름 전환 확인 41

[그림 36] 단백질 고정화에 따른 전극 저항변화 측정 41

[그림 37] CV를 통한 단백질 고정화 확인 42

[그림 38] B-CDI 장치 작동 원리 42

[그림 39] 리튬 회수를 위한 B-CDI 시스템 공정도 43

[그림 40] B-CDI 장치의 선형주사전위법(LSV) 시험 결과 43

[그림 41] 리튬 회수 공정 유출수의 ICP 분석 결과 44

[그림 42] 하이브리드 말단 연장을 위한 클로닝 단계 47

[그림 43] 세포 표면발현 시스템 제작 48

[그림 44] Li 펩타이드 농도별 테스트 48

[그림 45] Li 흡착 제조합 대장균 TEM image 49

[그림 46] 세포배양 온도 및 IPTG농도 최적화 50

[그림 47] Li 결합 펩타이드 기반 흡착제의 선택성 실험 50

[그림 48] Li 흡착 재조합대장균 재사용 실험 51

[그림 49] 리튬전지 폐액을 이용한 흡착실험 52

[그림 50] 폐액으로부터 회수한 리튬 52

[그림 51] 기업 연계 전략 54

[그림 52] 해수 내 희유금속 농도 및 부존량 55

[그림 53] 기술 개발 산출물 55

세부과제 II. 기후변화 대응을 위한 흡착냉방시스템 개발(Development of Adsorption Cooling System for Mitigating Climate Change) 68

[그림 1-1] 우리나라의 월간 열 및 최대전력 수요 74

[그림 1-2] 흡착식 냉방시스템 개략도 75

[그림 2-1] Mitsubishi Plastic 사 AQSOA™ FAM 흡착제 83

[그림 2-2] 여러 MOF 물질들의 수분 흡착 성능 비교 84

[그림 2-3] UiO, MIL-125 타입 MOF 물질들의 수분 흡착 성능 비교 84

[그림 2-4] 흡착식 냉방 사이클의 분류 87

[그림 2-5] 물질회수 사이클의 원리 89

[그림 2-6] 멀티스테이지 사이클의 원리 90

[그림 3-1] 이번 과제를 통해 개발된 여러 고성능 수분 흡착제 94

[그림 3-2] 알루미노포스페이트 흡착제 제조 과정 95

[그림 3-3] 알루미노포스페이트 흡착제 성형 방법 96

[그림 3-4] 미세기공 구조가 다른(CHA, AFI) 알루미노포스페이트 물질들의 물 흡착 곡선. 35℃... 98

[그림 3-5] 다양한 전이금속 및 규소를 포함한 알루미노포스페이트 물질들의 X선 회절 분석 99

[그림 3-6] 미세기공 구조 및 골격 구성 성분을 달리한 다양한 알루미노포스페이트 물질들의... 100

[그림 3-7] 신규 AlPO₄ 계 흡착제(분말)의 온도별 수분 흡착 등온선 102

[그림 3-8] 여러 온도에서 측정한 신규 AlPO₄ 계 흡착제(분말)의 온도별 수분 흡착 등온선 103

[그림 3-9] 신규 AlPO₄ 계 흡착제(분말)의 동적 흡착량 104

[그림 3-10] 신규 AlPO₄ 계 흡착제(분말)의 수열 안정성 105

[그림 3-11] AlPO₄계 흡착제 대량 합성 장치 사진 106

[그림 3-12] 합성에 사용되는 용매를 줄여 생산량을 늘리기 위해 진행한 실험 조건 및 합성된... 107

[그림 3-13] 합성 시간을 단축하기 위해 진행한 실험 조건 및 합성된 흡착제의 수분 흡착 등온선 108

[그림 3-14] 알루미늄판 표면 위에 신규 AlPO₄ 계 흡착제 코팅한 사진과 코팅한 수분 흡착제의... 110

[그림 3-15] 대형 흡착제 성형 장치 사진 및 이를 이용하여 신규 흡착제를 성형하는 모습 111

[그림 3-16] 대량(16 ㎏) 성형한 신규 AlPO₄ 계 흡착제 입자 112

[그림 3-17] 성형한 신규 AlPO₄ 계 구형 흡착제 112

[그림 3-18] 신규 AlPO₄ 계 흡착제(성형 입자)의 수분 흡착 속도 113

[그림 3-19] 성형한 신규 AlPO₄ 계 구형 흡착제의 온도별 수분 흡착 등온선 114

[그림 3-20] 성형한 신규 AlPO₄ 계 구형 흡착제의 흡착열 114

[그림 3-21] 성형한 신규 AlPO₄ 계 구형 흡착제의 동적 흡착량 115

[그림 3-22] 흡습성 염을 함침 한 신규 AlPO₄ 계 흡착제의 수분 흡착 등온선 및 동적 흡착량 117

[그림 3-23] 흡습성 염을 함침 한 SAPO 계 흡착제에 대한 수분의 흡착 등온선 117

[그림 3-24] 흡습성 무기염이 함침된 위계적 미세-메조다공성 알루미노포스페이트 합성 과정 118

[그림 3-25] 합성한 흡착제의 X선 회절 곡선 119

[그림 3-26] 합성한 흡착제의 N₂ 흡착 곡선 119

[그림 3-27] 합성한 흡착제의 TEM 사진 120

[그림 3-28] 기존 알루미노포스페이트 기반 물 흡착제 대비 더 높은 물 흡착량을 보이는 개발... 120

[그림 3-29] NH₂-MIL-125의 결정구조 121

[그림 3-30] 환류 반응에 의해 제조된 NH₂-MIL-125의(a) 분말 엑스선 회절 데이터(b) SEM... 123

[그림 3-31] 환류 반응에 의해 제조된 NH₂-MIL-125의 77 K 질소 흡착 등온선(원 모양: Ti(iPrO)₄... 124

[그림 3-32] 용매열 반응에 의해 제조된 NH₂-MIL-125의(a) 분말 엑스선 회절 데이터(b) SEM... 125

[그림 3-33] 용매열 반응에 의해 제조된 NH₂-MIL-125의 77 K 질소 흡착 등온선(원 모양: Ti(iPrO)₄... 125

[그림 3-34] 35 ℃에서 NH₂-MIL-125의 수분 흡·탈착 등온선 127

[그림 3-35] NH₂-MIL-125의 삼각형 기공입구를 통한 세공 접근성 127

[그림 3-36] 신규 MOF 계 흡착제의 수분 흡착 등온선 128

[그림 3-37] 신규 MOF 계 흡착제의 동적 수분 흡착량 측정 결과 129

[그림 3-38] (a) NH₂-MIL-125의 계산된 분말엑스선 회절 패턴,(b) 새롭게 합성된 NH₂-MIL-125... 129

[그림 3-39] NH₂-MIL-125 펠릿 형태 130

[그림 3-40] NH₂-MIL-125 펠릿의 수분 흡착 등온선 130

[그림 3-41] 상용 활성탄의 구조 및 35℃ 수분 흡착 등온선 133

[그림 3-42] 다양한 활성탄 표면 개질 방법에 따른 35℃ 수분 흡착 등온선 변화 135

[그림 3-43] 신규 활성탄 계 수분 흡착제의 수분 흡착 등온선 136

[그림 3-44] 신규 활성탄 계 수분 흡착제의 동적 흡탈착량 137

[그림 3-45] 대용량 흡습성 염 함침 장치 도면 138

[그림 3-46] 신규 활성탄 계 흡착제 대량 제조 장치 138

[그림 3-47] 다양한 조건에서 제조한 활성탄 계 흡착제 139

[그림 3-48] 대량 제조한 신규 활성탄 계 흡착제의 온도별 수분 흡착 등온선 140

[그림 3-49] 대량 제조한 신규 활성탄 계 흡착제의 동적 수분 흡착량 141

[그림 3-50] 신규 활성탄 계 흡착제의 수분 흡착열 141

[그림 3-51] 핀형 열교환기에 신규 활성탄 계 흡착제가 충진된 흡착탑 142

[그림 3-52] 신규 활성탄 계 흡착제를 충진한 흡착탑에서 발생한 문제점 143

[그림 3-53] 흡착식 냉방 장치에 일반적으로 사용되는 상용 실리카겔의 온도별 수분 흡착 등온선 145

[그림 3-54] 독일 Invensor 사 실리카겔 제품의 수분 흡착 등온선(여러 온도에서 측정) 145

[그림 3-55] 흡착식 냉방 장치에 일반적으로 사용되는 상용 실리카겔의 동적 수분 흡착량 146

[그림 3-56] 신규 수분 흡착제의 동적 수분 흡착량 비교-1 147

[그림 3-57] 신규 수분 흡착제의 동적 수분 흡착량 비교-2 148

[그림 3-58] 신규 수분 흡착제의 동적 수분 흡착량 비교-3 148

[그림 4-1] 벤치 규모 장치 사진 150

[그림 4-2] 벤치 규모 장치의 흡착탑 내 흡착제 충전 사진 151

[그림 4-3] 벤치 규모 장치 개략도 151

[그림 4-4] 파일럿 규모 장치 사진 152

[그림 4-5] 파일럿 규모 장치의 흡착탑 내 흡착제 충전 사진 153

[그림 4-6] 파일럿 규모 장치의 온도 디스플레이 사진 153

[그림 4-7] 수증기-신규 AlPO₄ 계 흡착제에 대한 등온 흡착 평형 실험 데이터와 하이브리드... 158

[그림 4-8] 실리카겔 흡착제 공정에 대한 공정 모사 결과 비교 162

[그림 4-9] 벤치 규모 장치 실험의 증발기, 흡착탑, 응축기 온도 프로파일 164

[그림 4-10] 벤치 규모 장치 실험의 응축기/온수 온도 변화에 따른 SCP 비교 165

[그림 4-11] 벤치 규모 장치 실험의 흡착탑 냉각수/온수 온도 변화에 따른 SCP 비교 166

[그림 4-12] 벤치 규모 장치 실험의 사이클 시간 변화에 따른 SCP 비교 167

[그림 4-13] 파일럿 규모 장치 실험 데이터와 공정 모사 결과 비교 168

세부과제 III. 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발(Development of Highly Efficient Adsorption Separation Process Using CO Selective Adsorbent) 186

[그림 1-1] 일본 Kobe 사의 CO PSA 시설 사진 195

[그림 1-2] 일산화탄소 흡착/분리 공정 적용 및 활용 예 197

[그림 3-1] 연구 그룹 구성도 및 각 그룹별 연구 수행 내용 208

[그림 3-2] 연구 그룹 구성도 208

[그림 4-1] 일산화탄소 선택적 흡착제 소재 개발 단계 210

[그림 4-2] 일산화탄소 선택적 흡착제 개발 시 주요 이슈 210

[그림 4-3] 일산화탄소 선택적 흡착제 개발 과정 구성 211

[그림 4-4] 염화제일구리 함침 흡착제 비드의 절단면에서 구리의 분포 214

[그림 4-5] 측정기기에 따른 이산화탄소 등온흡착평형 곡선의 비교 215

[그림 4-6] 전처리 시간에 따른 일산화탄소 흡착량의 변화 215

[그림 4-7] 흡착제의 수소 TPR 측정 결과 216

[그림 4-8] 흡착제의 분말 XRD 측정 결과 216

[그림 4-9] 일산화탄소와 전이금속 결합의 배좌 218

[그림 4-10] 전이금속 염화물 혼합 염화제일구리 흡착제의 BET 등온흡착평형 곡선 및 분말... 221

[그림 4-11] 전이금속 염화물 혼합 염화제일구리 흡착제의 일산화탄소 등온흡착평형 곡선 221

[그림 4-12] 구리의 XPS 분석 결과 222

[그림 4-13] 환원제 혼합 염화제일구리 흡착제의 일산화탄소 등온흡착평형 곡선 224

[그림 4-14] 건식 함침법에 의해 제조된 다양한 기질 흡착제의 일산화탄소 등온흡착평형 곡선 226

[그림 4-15] 건식 함침법에 의해 제조된 다양한 기질 흡착제의 일산화탄소 등온흡착평형 곡선 227

[그림 4-16] 건식 함침법에 의해 제조된 흡착제의 CO 및 CO₂ 등온흡착평형 곡선 228

[그림 4-17] 건식 함침법에 의해 제조된 흡착제의 CO/CO₂ IAST 선택도 229

[그림 4-18] 적합한 금속 착화합물 선정을 위한 계산 결과 231

[그림 4-19] 유사 알루미나 물질들의 고체상 NMR 분석 결과 233

[그림 4-20] 여러 나노다공성 기질에 제일구리염을 함침시킨 후 측정한 일산화탄소, 이산화탄소... 234

[그림 4-21] 염화제일구리/유사 알루미나-A 흡착제에 대한 TGA 분석 결과 236

[그림 4-22] 제올라이트와 염화제일구리 혼합물의 TGA 분석 237

[그림 4-23] 열분산법으로 제조된 흡착제의 XRD 패턴 238

[그림 4-24] 열분산법으로 제조된 흡착제의 XPS 결과 239

[그림 4-25] 열분산법으로 제조된 염화제일구리/13X 흡착제의 XPS 분석 결과 240

[그림 4-26] 열분산법으로 제조된 염화제일구리/13X 흡착제의 분말 XRD 분석 결과 241

[그림 4-27] 제올라이트 13X를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며 390℃에서 총 72시간... 242

[그림 4-28] 열분산법으로 제조된 염화제일구리/13X 흡착제의 20도 1기압에서의 일산화탄소... 242

[그림 4-29] 제올라이트 13X를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며 350℃에서 총 12시간... 243

[그림 4-30] 제올라이트 13X를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며 390℃에서 총 72시간... 244

[그림 4-31] 제올라이트 13X를 기질로 사용하여 아르곤 기체를 흘려주며 388℃에서 총 24시간... 245

[그림 4-32] 제올라이트 13X를 기질로 사용하여 아르곤 기체를 흘려주며 388℃에서 총 24시간... 246

[그림 4-33] Y 제올라이트를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며 390℃에서 총 24시간 동안... 247

[그림 4-34] 다양한 Si/Al 비율을 갖는 Y 제올라이트를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며... 248

[그림 4-35] Y 제올라이트 기질에 포함된 Si, Al의 비율 변화에 따른 일산화탄소 흡착량, 이산화... 248

[그림 4-36] 베타 제올라이트를 기질로 사용하여 진공상태를 유지하며 390℃에서 총 24시간... 249

[그림 4-37] 모더나이트 제올라이트를 기질로 사용하여 진공상태, 390℃에서 총 24시간 동안... 250

[그림 4-38] 열처리 온도가 다른 여러 유사 알루미나 물질 시료의 질소흡탈착 등온선(77K 측정),... 251

[그림 4-39] 열처리 온도가 다른 여러 유사 알루미나 물질 시료의 X-선 회절 패턴 252

[그림 4-40] 유사 알루미나 기질에 제일구리염을 여러 온도에서 열분산한 시료들의 X-선 회절 패턴 255

[그림 4-41] 유사 알루미나 기질에 제일구리염을 열분산한 시료의 주사전자현미경(SEM) 사진... 255

[그림 4-42] 유사 알루미나 물질에 제일구리염을 열분산한 시료의 XPS 분석 결과 256

[그림 4-43] 알루미나 물질, 제일구리염 혼합물을 가열시키며 질량 변화를 관찰한 결과 257

[그림 4-44] 질소 흡탈착 등온선(77K 측정): 유사 알루미나 물질(검정, 네모), 유사 알루미나... 259

[그림 4-45] 다양한 온도에서 유사 알루미나 기질에 제일 구리염을 열분산시킨 여러 시료들의... 260

[그림 4-46] 제일구리염 열분산 온도 변화에 따른 일산화탄소 흡착량, 이산화탄소 흡착량, 이산화... 263

[그림 4-47] IAST 모델을 사용하여 계산한 제조한 흡착제의 실제 일산화탄소 선택도 263

[그림 4-48] 유사 알루미나 기질에 열분산한 제일구리염 함침량에 따른(a) 일산화탄소 및... 265

[그림 4-49] 제일구리염 함침량 변화에 따른 일산화탄소 흡착량, 이산화탄소 흡착량, 이산화탄소... 266

[그림 4-50] 유사 알루미나 기질에 30wt%의 제일구리염을 열분산한 시료에 대해 0~500kPa의... 267

[그림 4-51] 여러 제조사의 제일구리염을 열분산하여 제조한 흡착제에 대해 20℃에서 측정한... 269

[그림 4-52] (a) 유사 알루미나 물질에 제일구리염을 열분산 시킨 흡착제의 일산화탄소 흡/탈착... 271

[그림 4-53] (a) 신규 흡착제에 대해 일산화탄소 흡착, 탈착 재생 과정을 70회 반복 재생하는... 272

[그림 4-54] 유사 알루미나 기질에 제일구리염을 열분산하여 제조한 흡착제의 산소, 일산화탄소... 274

[그림 4-55] 유사 알루미나 물질에 제일구리염을 열분산한 흡착제의 수분 흡탈착량 변화 곡선 275

[그림 4-56] 30일 동안 글러브박스 내부에 보관하거나 대기 중에 방치해준 흡착제들의 (좌)일산화... 276

[그림 4-57] 다양한 방법을 통해 FeSO₄ 를 제일구리염의 산화 방지제로 첨가하여 제조한 흡착... 277

[그림 4-58] 흡착제 제조 및 성형 방법 절차 279

[그림 4-59] 선정된 유기 바인더를 300℃까지 승온시키며 측정한 질량 변화 곡선 281

[그림 4-60] 다양한 고분자 유기 바인더를 사용하여 성형한 흡착제의 일산화탄소 흡착 등온선... 284

[그림 4-61] 메틸셀룰로즈 계열 고분자를 유기 바인더로 사용하여 성형한 흡착제의 일산화탄소,... 284

[그림 4-62] 성형한 흡착제 사진(좌) 및 성형 입자 강도를 측정하는 장치 사진(우) 286

[그림 4-63] 분말형 흡착제, 성형한 흡착제를 대기 중에 장시간 방치한 후 일산화탄소 흡착... 287

[그림 4-64] 성형한 흡착제를 가혹한 고온 다습 조건(70℃, 포화 수증기압)에 30일 동안 노출... 288

[그림 4-65] 여러 불순물 기체들에 대한 성형한 흡착제의 흡착 성능 289

[그림 4-66] 성형한 신규 흡착제의 황화수소 흡착 등온선 및 황화수소 흡탈착 후, 250℃ 재생 후... 291

[그림 4-67] 대형 성형 장치 사진 및 이를 이용하여 흡착제를 성형하는 모습 293

[그림 4-68] 대량 제조, 성형한 신규 일산화탄소 선택적 흡착제의 사진 294

[그림 5-1] 일산화탄소 분리를 위한 흡착식 연속분리공정시스템 구성 296

[그림 5-2] 일산화탄소(CO) 분리용 BSU 장치의 P&ID 298

[그림 5-3] 일산화탄소(CO) 분리용 BSU 장치 사진 299

[그림 5-4] 정상상태에서 한 사이클 동안 한 흡착탑의 위치에 따른 온도 변화 302

[그림 5-5] 정상상태에서 한 사이클 동안 각 흡착탑의 압력 변화 302

[그림 5-6] 정상상태에서 한 사이클 동안 원료/폐가스/린스/CO제품 유량의 변화 303

[그림 5-7] 흡착압력 2.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 304

[그림 5-8] 흡착압력 2.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 305

[그림 5-9] 흡착압력 2.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 306

[그림 5-10] 흡착압력 2.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 307

[그림 5-11] 흡착압력 2.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 307

[그림 5-12] 흡착압력 3.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 308

[그림 5-13] 흡착압력 3.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 309

[그림 5-14] 흡착압력 3.5 ㎏f/㎠.abs의 조건에서 CO 순도, 회수율 그리고 생산성과의 관계[이미지참조] 310