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다공성 착화합물을 이용한 CO2의 선택적 분리

전문가 제언: ○ 금속이온과 유기배위자가 연결되어 조합된 다공성 착화합물은 각종 세공구조를 가지며, 가스의 저장이나 분리에 적합한 화합물의 탐색이 진전되고 있다. 여기서는 CO2가스를 선택적으로 인식하고, 세공을 개폐하는 유연한 다공성 착화합물을 이용한 분리에 대해서 설명하고 있다. 강력한 상호작용을 이용하지 않는 이 분리법은 CO2의 회수나 에너지 절약이 가능하기 때문에 폭넓은 용도에 있어서도 유망하다.

○ 2차원 적층구조를 취하는 다공성 착화합물로서, 아연이온으로 형성되는 화합물들이 있으며, 이들은 2가의 아연이온(Zn2+)과 4,4‘-비피리딜(bpy), 그리고 이소프탈산을 비롯한 디카르복실산 배위자의 3종류로 형성되는 화합물이다. 이들은 배위결합을 매개하여 레이어 구조를 형성하고, 상호간에 집적하여 다공성 구조를 취하고 있다.

○ 특징으로서는 디카르복실산 배위자 사이즈나 화학특성을 변화시키는 것에 의하여 각종 다공성구조를 형성시킬 수 있으며, 어느 것이나 층간거리가 변하면서 가스흡착을 일으킨다. 이 화합물 중에서 CO2의 분리능을 갖는 것이 발견되고 있다. 즉 2,7-나프탈렌디카르복실산(H2ndc)을 사용한 경우에는 레이어 구조 [Zn(ndc)(bpy)]n가 형성된다.

○ 이 화합물은 가스를 흡착하기 전에는 닫힌 구조인 것에 대해서 CO2가 접근하면 세공이 열리기 시작하며, 다른 가스가 함께 존재해도 CO2만을 포촉할 수 있다. 예를 들면, 이 분말에 CO2 : O2 : N2 = 1 : 1 : 1의 체적비율인 혼합가스를 흡착시키면, CO2를 선택적으로 흡착하여 흡착가스 조성 비율은 99.2 : 0.0 : 0.8로 된다.

○ 이 흡착의 경우, 다공성 착화합물의 구조변화만으로 분리를 행하기 위해서는 강한 산-염기 상호작용을 이용하는 것이 아니다. 이것에 의하여 흡착된 CO2를 온화한 조건(예를 들면, 실온에서 가스의 흐름을 행하는 것만으로)에서 흡착된 CO2를 회수할 수 있으며, 가스 회수에너지의 커다란 저감화에 연결되는 특성을 알 수 있다.

저자: Satoshi Horike, Yasutaka Inubushi, Susumu Kitakawa
자료유형: 학술정보