아민계 수용액의 이산화탄소 고정화 공정에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

인간의 산업 활동과 화석연료 사용으로 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양은 급격하게 증가하고 있다. 이에 따라 기후변화에 대응하기 위해서는 특히 이산화탄소의 처리에 대한 기술 발전의 필요성이 강조되고 있다. 이산화탄소를 고정하는 방법에는 화학적인 처리방법과 물리적인 처리방법이 있으나 본 연구에서는 화학적인 처리방법에 의해 이산화탄소를 처리하고자 한다.본 연구에서는 대표적으로 이산화탄소 흡수 공정에 쓰이는 흡수제를 대상으로 이산화탄소 고정에 관한 실험을 했다. 특히 이산화탄소를 흡수한 아민계 수용액은 금속이온과 반응하여 새로운 금속 탄산염인 CaCO3를 생성시킨다. 본 연구에 사용한 흡수제는 아민계 수용액으로써, 1차 아민인 MEA (Monoethanolamine), 2차 아민인 DEA (Diethanolamine), 3차 아민인 MDEA (N-Methyl-Diethanolamine)이다. 그리고 다른 금속이온에 비해 이산화탄소와 활발하게 반응할 수 있는 Ca source를 이용하여 탄산염 생성실험을 수행했다. 본 탄산염 생성실험을 위해 투입한 금속염은 Ca(OH)2 수용액이다. 이를 통해 일정 시간 동안 5 wt.%와 30 wt.% 수용액에서의 이산화탄소 흡수능을 비교할 수 있다. 이산화탄소를 흡수한 아민계 수용액은 20 wt.% Ca(OH)2수용액과 반응하여 생성되는 침전물의 생성량을 비교하였고, 동시에 XRD 분석에 의해 CaCO3의 생성 결과를 확인할 수 있다. 침전 후 남은 수용액은 연속적으로 실험을 하여 이산화탄소 재흡수반응을 통한 흡수능을 비교해보았다. 이와 더불어 본 연구에서는 공정모사 프로그램 중 하나인 Aspen Plus를 이용하여 본 실험에 대한 반응 모델을 구축했다. 시뮬레이션 프로그램에 의해 농도 별 아민계 수용액에 대한 이산화탄소 흡수와 이에 대해 금속염과 반응하여 금속 탄산염 생성 결과를 확인하도록 했다. 이를 통해 얻은 결과값과 실험 데이터와 비교해 그 가능성을 판단해 보았다. 이러한 공정에 의해 대기 중의 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 생성된 금속탄산염은 시멘트와 같은 산업에서 건설 부자재로 재활용이 가능하다.