실내 거주 시간이 늘어나면서 발생하는 CO2를 인체에 무해한 농도인 1,000 ppmCO2 이하로 유지하기 위해 연구들이 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 저농도 CO2흡착제로서 KOH와 K2CO3와 같은 알칼리성 첨가제를 상용 활성탄에 함침하여 사용하였다. 흡착된 CO2 양은열중량분석기(TGA)와 chamber(CO2 IR analyzer)로평가하였다. 비표면적이 928.5 m2/g인 상용 활성탄(AC)은 KOH가 함침 된 KOH/AC(13.6 m2/g)와 K2CO3가 함침 된 K2CO3/AC(288.8 m2/g)보다 비표면적이 높았다. 챔버실험결과, AC는 CO2를 거의 흡착하지 않았지만, KOH/AC와 K2CO3/AC는 각각 93.5 mgCO2/gsample 및 94.5 mgCO2/gsample 흡착하였다. 이것은 비표면적 및 미세기공의 부피에 의한 물리적인 흡착 영향보다 알칼리성 활성점의 증가가 CO2 흡착에 더 유리하게 작용한 것으로 판단된다. KOH/AC와 K2CO3/AC의 재생성능은 chamber test 결과 대조군(K2CO3/Al+Si supports)과 비교했을 때 안정적으로 흡착 성능을 유지하는 것으로 나타났다(3회 반복 실험). 또한, KOH/AC와 K2CO3/AC는열중량분석기의절대습도 1%H2O를고려한조건에서 145.7 mgCO2/gsample및 150 mgCO2/gsample로 나타났다. 따라서 KOH 및 K2CO3 등과 같은 알칼리 성분의 함침은 상용 활성탄의 안정적인 흡착 및 재생 후 흡착성능을 나타내어, 실내 이산화탄소 저감을 위한 흡착제 개발에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
아민 수용액을 이용한 CO2 포집 공정의 문제점은 재생에 따른 높은 에너지 요구량이다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 본 연구에서는 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine, DETA) 수용액에 이소프로판올(isopropanol, IPA)을 도입한 상분리 흡수제 적용에 따른 CO2 포집 특성을 고찰하였다. 20 wt% DETA 수용액에서 IPA 조성이 20 wt%를 이상이 되면 CO2를 흡수함에 따라 흡수제의 상이 CO2-농축상과 CO2-희박상으로 액-액 분리된다. 그 이유는 CO2와 DETA가 반응하여 형성된 염의 IPA에 대한 낮은 용해도 때문이다. DETA 수용액에서 IPA 조성이 증가하면 CO2-희박상의 부피에 대한 CO2-농축 상의 부피비가 증가하게 되고 이에 따라 CO2-희박상에서의 CO2 농축 정도가 높아지게 된다. 20 wt% DETA + IPA + 물 흡수제를 이용하여 흡수탑에서 CO2를 흡수한 결과 20 wt% DETA 수용액 흡수제에 비해 CO2 흡수능 및 흡수속도가 모두 높은 것으로 확인되었다. DETA + IPA + 물로 구성된 상분리 흡수제를 CO2 포집에 적용할 경우 상분리 따른 CO2 농축과 CO2-농축상의 부피 감소에 따른 재생에너지 저감을 기대할 수 있다.
이산화탄소(CO2)를 대염수층에 폼 상태로 주입할 경우 그대로 주입했을 때보다 CO2의 상대투과도가 감소하고 점성도가 증가하여 유동도가 감소한다. 이로 인해 대염수층과의 CO2와의 접촉효율이 증가하면서 궁극적으로 CO2 저장효율이 향상된다. 일반적으로 CO2 폼 형성을 위해서 계면활성제를 사용하였는데, 최근에는 계면활성제만을 사용했을 때보다 안정적인 폼 형성을 위해서 나노입자를 이용한 연구가 많이 수행되고 있다. 이 논문에서는 나노입자 기반 CO2 폼을 이용한 CO2 저장기술에 대해서 소개하였다. 친수성 나노입자의 일부표면을 CO2 친화적인 부분으로 개질하면 입자는 CO2와 물에 양친성을 나타내므로 고온, 고염도 조건의 심부 대염수층에서도 폼은 상대적으로 안정적인 상태를 유지할 수 있다. 경제적인 측면에서 나노기반 CO2 폼 주입공법은 일반적인 CO2 주입보다 비용이 증가하지만 주입 효율성이 향상되므로 가격 경쟁력이 있을 것으로 추정된다. 환경적 측면에서 살펴보자면 세계적으로 오염물질 제거, 석유생산 등 특수한 목적을 위해 대수층이나 저류층에 계면활성제나 나노물질 등의 화학물질 주입이 가능한 상황이다. 그러나 일부 연구에 의하면 나노입자나 계면활성제에는 수생동물에 영향을 줄 수 있는 독성이 있는 것으로 알려져 있기에 환경적 검증된 물질을 사용해야 할 것이다. 따라서 향후에도 추가적인 연구개발을 통해 환경적으로도 안전하면서도 경제적으로도 합리적인 나노기반 CO2 폼 제조 및 주입에 대한 연구가 필요할 것이다.
온실가스 감축과 탄소 중립의 실현을 위해서 탄소의 포집, 저장(carbon capture, and storage, CCS) 기술은 매우 중요하다. CCS는 CO2 저장을 중점적으로 함으로써, 포획된 CO2를 지하 저류층 내부에 영구적으로 보관하는 역할을 한다. CO2--EOR(enhanced oil recovery)은 CCS의 한 형태로, 오일 회수 촉진을 위해 CO2를 지하 내부로 주입시켜 잔류 오일 회수에 도움을 줄 뿐만 아니라 CO2가 지하에 저장되어 탄소 중립에도 기여하는 기술이다. 이 CO2-EOR은 혼화공법과 비혼화공법으로 분류하며 혼화공법의 대표적인 방식인 CO2-WAG(water alternating gas)는 물과 CO2를 저류층 내부에 교대로 주입하여 오일을 생산하고 CO2를 저장하는 공법이다. WAG 방식은 주입 유체의 돌파를 조절할 수 있어 오일 회수에 유리한 특징을 보이며, 흡입과 배출 과정 중에 상대투과도의 이력현상을 유도해 CO2의 잔류 격리량을 확대할 수 있다. 본 연구에서는 CO2-EOR 과정에서의 석유회수증진 효과와 CO2가 지중에 저장되는 메커니즘을 설명하였으며, CCS와 연계한 CO2-EOR 적용 사례를 소개하였다.
최근 세계적으로 이산화탄소(CO2)의 과도한 배출로 기후변화가 야기되며 CO2를 제거하고 활용하는 기술이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 철도의 선로에서 발생하는 콘크리트 철도 침목 폐기물을 CO2 흡수 소재의 활용 가능성을 평가하고 CO2 흡수 반응 전/후의 물리화학적 성질 분석을 통해 CO2 제거 메커니즘을 연구하였다. 콘크리트 철도 침목 폐기물은 대부분 Si(26.60 %)로 이루어져 있고 Ca 함유량이 9.82 %로 포틀랜드 시멘트, 일반 콘크리트 폐기물 시료와 비교하였을 때 가장 적음에도 불구하고 함유량의 98 %가 CO2 포집 반응에 참여하여 CO2 포집 소재로의 우수한 활용 가능성을 입증하였다. TGA와 XRD 분석을 통해 콘크리트 철도 침목 폐기물 기반 CO2 포집 소재가 함유하고 있는 Ca가 CO2 기체와의 반응을 통해 CaCO3로 전환되는 탄산화 반응이 CO2 제거의 주요 메커니즘임을 확인하였다. 또한 SEM 분석 결과 CO2 포집 반응 이후에 0.1 ㎛ 이하 크기의 CaCO3 입자가 다량 형성되었으며, 이는 CO2 포집 소재 내부에 거대기공을 메조기공으로 변환시켜 포집 소재의 비표면적 증가를 야기하였다.
The purpose of this study was to gain basic information on the characteristics of $CO_2$ adsorption in relation to $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $Li_2CO_3$-impregnated activated carbon in a Fixed Bed Reactor. From the results of this study the following conclusions were made: $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $Li_2CO_3$-impregnated activated carbon had a longer breakthrough time and more enhanced adsorption capacity than activated carbon alone. When tested with isothermal adsorption and tested for $CO_2$ adsorption the amount of $CO_2$ adsorbed varied with temperature, $CO_2$ inlet concentration, gas flow rate, aspect ratio, etc. Based on the results, when Langmuir, Freundlich and Dubinin-Polanyi adsorption isotherms were used for linear regression of isothermal adsorption data, Langmuir adsorption isotherm was the most suitable. And, the optimum condition for $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$ impregnated activated carbon make-up was 1N and $Li_2CO_3$ was 0.1N. It could be concluded that adsorption capacity was decreased with adsorption temperature and increased gas concentration. When the aspect ratio (L/D) was varied 0.5, 1.0 and 2.0, the significant drop of adsorption amount was observed below 1.0 and breakthrough time was shortened with gas flow rate.
Ionic conduction mechanism of Mg-Al layered double hydroxides (LDHs) intercalated with CO32- (Mg-Al CO32- LDH) was studied. The electromotive force for the water vapor concentration cell using Mg-Al CO32- LDH as electrolyte showed water vapor partial pressure dependence and obeyed the Nernst equation, indicating that the hydroxide ion transport number of Mg-Al CO32- LDH is almost unity. The ionic conductivity of Mg(OH)2, MgCO3 and Al2(CO3)3 was also examined. Only Al2(CO3)3 showed high hydroxide ion conductivity of the order of 10-4 S cm-1 under 80% relative humidity, suggesting that Al2(CO3)3 is an ion conducting material and related to the generation of carrier by interaction with water. To discuss the ionic conduction mechanism, Mg-Al CO32- LDH having deuterium water as interlayer water (Mg-Al CO32- LDH(D2O)) was prepared. After the adsorbed water molecules on the surface of Mg-Al CO32- LDH(D2O) were removed by drying, DC polarization test for dried Mg-Al CO32- LDH(D2O) was examined. The absorbance attributed to O-D-stretching band for Mg-Al CO32- LDH(D2O) powder at around the positively charged electrode is larger than that before polarization, indicating that the interlayer in Mg-Al CO32- LDH is a hydroxide ion conduction channel.
본 연구에서는 높은 열전도성을 갖는 금속-세라믹 core-shell 구조의 CoAl2O4@Al 복합체를 Al 금속의 수열반응을 통하여 합성하고, 이를 Rh 촉매의 담지체로 적용하여 구조적, 촉매화학적 특성을 분석하였다. Rh/CoAl2O4@Al (3 wt% Rh) 촉매는 단순침적법(incipient wetness impregnation)으로 제조하였고, 특성의 비교평가를 위하여 공침법(co-precipitation)으로 합성한 CoAl2O4를 담지체로 하여 Rh/CoAl2O4 (3 wt% Rh) 촉매를 단순침적법으로 제조하였다. 이들 촉매들은 N2 흡착, XRD, 전자 주사현미경, temperature programmed reduction (TPR), CO 화학흡착 분석을 통해서 그 특성을 분석하였고, 글리세롤 수증기 개질 반응(550 ℃)을 통한 수소전환반응에 적용하여 촉매적 특성을 평가하고 분석하였다. 글리세롤 수증기 개질반응에 대하여 Rh/CoAl2O4@Al 촉매는 Rh/CoAl2O4 촉매에 비하여 약 2.8배 높은 글리세롤 전환 turnover frequency (TOF)를 보여주었고, 이는 높은 열전도성을 갖는 금속-세라믹 복합체를 통한 원활한 반응열의 전달에 기인한 것으로 분석되었다. CoAl2O4@Al 및 CoAl2O4 담지체에서도 환원에 의하여 노출된 일부 Co 금속에 의한 촉매적 활성이 관찰되었는데, Rh/CoAl2O4@Al과 Rh/CoAl2O4 촉매에서와 마찬가지로 core-shell 구조체인 CoAl2O4@Al이 CoAl2O4 보다 높은 촉매적 활성을 보였다. 그러나, 이들 촉매는 글리세롤 개질반응에서 비교적 높은 비활성화를 보여주었고 이는 촉매표면의 탄소침적(coking)에 기인한 것으로 판명되었다.
CO2 concentration in kimchi package has emerged recently as a potential index of product ripening to be monitored or sensed in intelligent packaging. Considering that addition of CO2 absorber into the flexible kimchi package changes behavior of its CO2 concentration, ripening of kimchi in total acidity, package CO2 concentration in partial pressure (PCO2) and package volume at 10℃ were estimated by mathematical model for two size packages included with different CO2 absorbers. In small size package containing 0.5 kg of kimchi, relatively less gas permeable low density polyethylene (LDPE) sachet of the absorber was found to give rise of PCO2 linearly correlated with acidity at acceptable conditions of absorber amount and size. The levels of PCO2 at optimum ripening were different with absorber amount. However, highly gas permeable microporous spunbonded film (Tyvek) sachet did not show the linear relationship except a condition of 1.5 g of CO2 absorbent. In large size package containing 2.0 kg, absorber sachets of LDPE and Tyvek could give the linear relationship between product acidity and package PCO2 but at different levels (PCO2 of package with LDPE sachet: 0.46~0.79 bar, PCO2 of package with Tyvek sachet: 0.00~0.75 bar). The PCO2 at optimal ripening was found to be less variable with LDPE sachets than with Tyvek ones. Use of package CO2 concentration as an indicator of kimchi ripening was shown to be possible on the limited conditions where the linear relationship between them is established or confirmed.
어린 싹을 길러 이용하는 채소에 대한 관심이 커지고 있어, 무 싹채소의 생육 증진과 유통 중 나타나는 영향을 검토하고자 CO2처리 효과를 검토하였다. 본 실험에서는 재배 중 CO2 처리를 가스나 탄산수 형태로 하여, 생육뿐만 아니라 수확후 모의유통 중 포장 내의 생체중량 감소, 선도와 hue angle 등 수확후 변화 정도를 조사하였다. 재배 후 수확 시 생육에서 처리 여부에 따라서는 CO2 처리가 무처리보다 경장이 약간 길어지는 효과가 있었으며, 엽록소형광이나 SOD 값에서 무처리와 CO2 처리가 다소 다른 경향을 보였다. 그러나 CO2 처리 방법 간의 차이를 언급하기는 어려워 탄산가스 대신 탄산수 이용의 가능성을 보였다. 수확 후 포장 내의 CO2 처리로 인해 무 싹채소의 O2 소모가 크고 CO2 축적 정도가 다소 높아졌으며, 모의유통 중에 수확전 CO2 처리가 hue angle 값을 비롯하여 SPAD, 외관 등에서 낮은 수치를 보여주었다. 그러나 CO2 처리 방법 간에는 큰 차이를 보이지 않은 것으로 나타났다. 무 싹채소의 재배 중 CO2 처리에 의한 처리가 경경 등의 생육량을 증가시키나, 모의유통 시 수확후 선도 유지의 효과가 크지 않아, 재배 중 다른 방법을 통한 품질을 개선할 수 있도록 연구가 더 필요한 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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