Applied Chemistry for Engineering (공업화학)

The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry (한국공업화학회)
권호 표지

Evaluation of Chemical Pre-treatment for the Optimization of CO2 Fixatiom Using by Carbonation Reaction with Serpentine

이산화탄소 광물고정화 효율 증가를 위한 사문석의 화학적 전처리에 관한 연구

  • Jang, Na Hyung (Division of Energy Systems Research, AjouUniversity) ;
  • Shim, Hyun Min (Division of Energy Systems Research, AjouUniversity) ;
  • Hua, Xu Li (Division of Energy Systems Research, AjouUniversity) ;
  • Kim, Hyung Teak (Division of Energy Systems Research, AjouUniversity)
  • 장나형 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 심현민 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 허려화 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 김형택 (아주대학교 에너지시스템학부)
  • Received : 2008.07.16
  • Accepted : 2008.09.01
  • Published : 2008.10.10
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The proposed $CO_2$ storage technology in the present study is a one-step sequestration process that stabilizes $CO_2$ in a reactor with Serpentine. The advantage of this technology is associated with its high stability of final product so that the entire system is recognized as permanent environment-friendly $CO_2$ removal method. Since the sequestration reaction mechanisms are generally understood that carbonation reaction proceeds with very slow rate, so that pretreatment method to increases reaction rate of $CO_2$ carbonation reaction should be developed. To increase the reactivity of Serpentine with $CO_2$, two different methods of pretreatment are carried out in the present investigation. One is heat-treatment, the other is chemical pretreatment. In this study, only chemical pretreatment is considered leaching method of magnesium from Serpentine using sulfuric acid at the various reaction temperatures, times, and acid concentrations. Experimental results illustrated that pretreatment by sulfuric acid increases surface area of serpentine from $11.1209m^2/g$ to $98.7903m^2/g$ and extracts magnesium compounds. Single variable experiment demonstrated the enhancements of magnesium extraction with increased reaction temperature and time. Amount of magnesium extraction is obtained by using the data of ICP-AES as maximum extraction condition of magnesium is 2 M acid solution, $75^{\circ}C$ and 1hr. After performing chemical pretreatment, carbonation yield increased from 23.24% to 46.30% of weight.

이산화탄소는 산업의 발달과 더불어 배출이 증가되고 있는 온실가스 중에 하나로 발생되는 이산화탄소의 일부는 탄소순환과정에 의해 자연계로 순환되지만, 순환될 수 있는 범위를 넘어선 이산화탄소는 적절한 포획과 처리가 필요하다. 이산화탄소 처리 기술 중 광물고정화 방법은 영구적으로 이산화탄소를 처리할 수 있는 방법으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 광물고정화의 효율을 높이기 위해, 화학적전처리법을 사용하였다. 화학적전처리법(leaching)은 규산염광물의 알칼리토금속성분(Mg, Ca)이 이산화탄소와 탄산염광물화 반응을 통해 광물고정화가 진행되는 방법임에 착안하여, 산(acid)을 이용해 알칼리토금속성분을 추출해 내 이산화탄소와의 반응 양을 증가시켜 고정화 효율을 높이는 방법이다. 다양한 농도(2 M, 4 M, 6 M)의 황산을 사문석과 반응온도(25, 50, $75^{\circ}C$)와 반응시간(1, 3, 5, 24 h)을 변화시켜 추출된 알칼리토금속성분(Mg, Ca)을 ICP-AES를 이용해 분석하였고 SEM과 BET를 이용하여 황산이 사문석 표면에 미치는 영향에 대해 알아보았는데, 사문석이 황산과 반응하여 표면이 거칠어지며, 비표면적이 $11.1209m^2/g$에서 $98.7903m^2/g$로 증가함을 알 수 있었다. 또 세 변수 모두 증가할수록 추출량도 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 $75^{\circ}C$의 경우에는 반응 시간이 1 h 이후에는 시간과 관계없이 포화 추출점에 이르는 것을 확인하였다. 화학적 전처리의 결과 고정화 효율이 23.24%에서 46.30%까지 향상됨을 확인 하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 에너지관리공단

References

  1. 더워지는 지구, 그 원인과 대책, 에너지 관리 공단, 5 (2006)
  2. 이준수, 초임계 조건에서 광물질 및 폐기물을 이용한 이산화탄소 고정화 반응 특성 연구, 26 (2008)
  3. M. M. Maroto-Valer, D. J. Fauth, M. E. Kuchta, Y. Zhang, and J. M. Andre'sen, Fuel Process Technol., 86, 1627 (2005) https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.01.017
  4. K. S. Lackner, C. H. Wendt, D. P. Butt, E. L. Joyce, and D. H. Sharp, Energy, 20, 1153 (1995) https://doi.org/10.1016/0360-5442(95)00071-N
  5. G. Alexander et al., Fuel, 86, 273 (2007) https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.04.034
  6. S. Teir et al., J. Int. Miner. Process. 83, 36 (2007) https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.04.001
  7. 최원경, 한국수소 및 신에너지학회 논문집, 1, 74 (2005)
  8. Teir. Sebastian, J. Int. miner. process., 85, 1 (2007) https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.08.007
  9. R. Zevenhoven et al., Catalysis Today, 115, 73 (2006) https://doi.org/10.1016/j.cattod.2006.02.020
  10. 김원사, 조암광물학, 30, 민음사 (1998)
  11. A.-H. Alissa Park, UMI, Ohio State Univ, USA (2005)
  12. M. Kakizawa, A. Yamasaki, and Y. Yanagisawa, Energy, 26, 34 (2001)
  13. S. Teir, S. Eloneva, C.-J. Fogelholm, and R. Zevenhoven, Energy, 32, 528 (2006)
  14. J. J. Wouter, Huijgen, Geert-Jan. Witkamp, and N. J. Rob, Chemical Engineering Science, 61, 4242 (2006) https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.01.048
  15. W. K. O'Connor, D. C. Dahlin, G. E. Rush, C. L. Dahlin, and W. K. Collins, Minerals & Metallurgical Processing, 19, 95, (2002)
  16. J. C. S. Wu, J.-D. Sheen, S.-Y. Chen, and Y.-C. Fan, Industrial and Engineering Chemistry Research, 40, 3902 (2001) https://doi.org/10.1021/ie010222l
  17. M. M. Maroto-Valer, J. M. Andresen, Y. Zhang, and M. E. Kuchta, Final Technical Progress Report (2003)