KR101220778B1 - Storage apparatus of carbon dioxide using titanate nanotube - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브(TiO2 nanotube, TNT)를 이용한 이산화탄소 저장장치에 관한 것으로서, 이산화탄소(CO2)를 저장할 수 있는 고압가스탱크를 포함하고,
상기 고압가스탱크의 내부에 분말저장챔버가 하나 이상 삽입되어 있고,
상기 분말저장챔버에는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브 입자가 충진되어 있는 이산화탄소 저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide storage device using titanate nanotubes (TiO 2 nanotubes, TNT) doped with metals and oxides of the metals, including a high pressure gas tank capable of storing carbon dioxide (CO 2 ),
At least one powder storage chamber is inserted into the high pressure gas tank,
The powder storage chamber relates to a carbon dioxide storage device filled with a metal and titanium oxide nanotube particles doped with an oxide of the metal.
Description
본 발명은 이산화탄소(CO2)를 저장할 수 있는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브(TiO2 nanotube, TNT)를 이용한 이산화탄소 저장장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a technology capable of storing carbon dioxide (CO 2 ), and more particularly, to a carbon dioxide storage device using a titanate nanotube (TiO 2 nanotube, TNT) doped with a metal and an oxide of the metal.
최근 환경문제에 관한 관심이 대두되고 있으며, 특히 교토의정서에 의거하면, 이산화탄소(CO2)의 발생을 저감할 수 있는 기술과 화석연료의 사용시 필수적으로 발생되는 이산화탄소(CO2)를 포집하고, 저장하는 기술에 대한 관심이 고조되고 있는 실정이다.
Has been recently emerged concerns about environmental issues, particularly when under the Kyoto Protocol, and trapping the carbon dioxide (CO 2) is essentially generated using the techniques and fossil fuels capable of reducing the generation of carbon dioxide (CO 2), storage Interest in technology is increasing.
그러나, 이산화탄소(CO2)를 제올라이트 등을 이용하여 분리 및 포집이 가능하나, 이산화탄소를 저장하는 저장체에 대한 연구는 아직까지는 활발히 진행되고 있지 않다.
However, although carbon dioxide (CO 2 ) can be separated and collected using zeolite or the like, research on a reservoir for storing carbon dioxide has not been actively conducted yet.
이산화탄소(CO2)를 저장하는 기술에 대해, 최근에 열적으로 안정적이고, 고기능성 결정 유기 네트워크인 공유 유기체 프레임워크(Covalent Organic Famework)를 이용하여 이산화탄소 저장을 위한 다공성 흡수 체인이 미국에서 보고된 바 있다.
For the technology of storing carbon dioxide (CO 2 ), a porous absorption chain for carbon dioxide storage has recently been reported in the United States using the Covalent Organic Famework, a thermally stable, highly functional crystalline organic network. have.
상기과 같은 다공성 물질은 CO2 와 화학적으로 결합되기 때문에 온도 및 압력 조건이 맞지 않을 경우, 전량 수거가 불가능하고, CO2와 분리되는 온도 역시 300℃ 이상의 고온이기 때문에 이산화탄소의 재활용이 어렵다. 또한, 상기와 같은 다공성 물질의 경우 이산화탄소 저장용량은 상온에서 다공성 물질 1g당 이산화탄소가 약 1g 정도 저장되는데 불과하다.
Since the porous material is chemically combined with CO 2 , if temperature and pressure conditions are not met, it is impossible to collect the whole amount, and CO 2 is difficult to recycle because the temperature at which CO 2 is separated is also high. In addition, in the case of the porous material as described above, the carbon dioxide storage capacity is only about 1g of carbon dioxide stored per 1g of porous material at room temperature.
상기 다공성 물질 개발을 위해서는 제조공정이 매우 복잡하고, 다공성 물질 자체의 제조단가가 매우 높고, 가격대비 저장용량이 매우 적어 산업적으로 적용하는 것이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.
In order to develop the porous material, the manufacturing process is very complicated, the manufacturing cost of the porous material itself is very high, and the price / capacity storage capacity is very low, and thus it is not easy to apply industrially.
한편, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 역시 이산화탄소 저장이 가능하다. 그러나, 상기 CNT의 경우, 모든 CNT 저장물질들이 겪는 문제, 즉 나노튜브안에 물리적으로 흡착된 이산화탄소들이 자발적 또는 외부 온도와 압력에 의해 분리가 용이하지 않기 때문에 단순 저장이외에 재활용하는 것이 불가능하다는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 상기 CNT는 그 자체의 제조조건이 매우 복잡하고, 이를 제조하기 위한 제조단가가 매우 높기 때문에 제철소 및 발전소와 같이 대규모 시설에서 대용량의 이산화탄소를 저장하는데 용이하지 않다는 단점이 있다.
Carbon nanotubes (CNTs) can also store carbon dioxide. However, in the case of the CNT, there is a problem that all CNT storage materials suffer from, namely, that the carbon dioxide physically adsorbed in the nanotube is not easily separated by simple or external temperature and pressure, and thus it is impossible to recycle it except for simple storage. . In addition, the CNT has a disadvantage in that it is not easy to store a large amount of carbon dioxide in large-scale facilities such as steel mills and power plants because the manufacturing conditions of the CNT itself is very complicated and the manufacturing cost for manufacturing it is very high.
따라서, 국내외적으로 이산화탄소(CO2)에 대한 저감이 대두되고 있는 실정에서, 이산화탄소를 저감시킬 수 있는 기술뿐만 아니라, 이산화탄소를 저장하고, 저장된 이산화탄소를 재활용할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 따라서, 상기 요구에 부응하기 위해서는 먼저, 이산화탄소의 저장기술에 대한 연구가 절실한 실정이다.
Therefore, in a situation where reduction of carbon dioxide (CO 2 ) is on the rise at home and abroad, not only a technology capable of reducing carbon dioxide, but also a technology capable of storing carbon dioxide and recycling the stored carbon dioxide is required. Therefore, in order to meet the above demand, research on the storage technology of carbon dioxide is urgently needed.
본 발명은 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브(TiO2 nanotube)를 고압가스탱크에 팩킹(packing)함으로써, 이산화탄소의 저장율을 높일 수 있는 이산화탄소 저장장치를 제공한다.
The present invention provides a carbon dioxide storage device capable of increasing the storage rate of carbon dioxide by packing a metal and an oxide doped titanate nanotube (TiO 2 nanotube) in a high pressure gas tank.
본 발명의 일례는 이산화탄소(CO2)를 저장할 수 있는 고압가스탱크를 포함하고,One example of the present invention includes a high pressure gas tank capable of storing carbon dioxide (CO 2 ),
상기 고압가스탱크의 내부에 분말저장챔버가 하나 이상 삽입되어 있고,At least one powder storage chamber is inserted into the high pressure gas tank,
상기 분말저장챔버에는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브 입자가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치를 제공한다.
The powder storage chamber provides a carbon dioxide storage device using titanate nanotubes, wherein the titanate nanotube particles doped with metal and oxides of the metal are filled.
본 발명에 의하면, 이산화탄소 배출량이 큰 제철소, 공장, 발전소 등에서 배출되는 이산화탄소를 회수해 효율적으로 저장할 수 있고, 상기 저장된 이산화탄소를 촉매나 용액에 반응시켜 에탄올 또는 메탄올과 같은 자원으로 회수할 수 있는 효과를 갖는다. 또한 이를 통해, 환경 문제 및 지구 온난화의 문제 해결에 일조할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to recover and efficiently store carbon dioxide discharged from steelworks, factories, power plants, etc., which have a large amount of carbon dioxide emissions, and to recover the stored carbon dioxide by a catalyst or a solution and recover it as a resource such as ethanol or methanol. Have It also helps solve environmental problems and global warming.
도 1은 본 발명의 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치의 일예를 나타낸 개략도임.
도 2는 본 발명의 티타네이트 나노튜브의 미세조직을 관찰한 사진임.
도 3은 티타네이트 나노튜브에 대한 XRD 측정결과를 나타낸 패턴 그래프임.
도 4는 압력에 따른 이산화탄소 흡수량을 나타낸 그래프임.1 is a schematic view showing an example of a carbon dioxide storage device using the titanate nanotubes of the present invention.
Figure 2 is a photograph observing the microstructure of the titanate nanotubes of the present invention.
Figure 3 is a pattern graph showing the XRD measurement results for titanate nanotubes.
4 is a graph showing the amount of carbon dioxide absorption according to the pressure.
이하, 본 발명의 이산화탄소 저장장치에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the carbon dioxide storage device of the present invention will be described in detail.
본 발명은 이산화탄소(CO2)를 저장할 수 있는 고압가스탱크를 포함하며, 이 고압가스탱크 내부에 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브(titanate nano tube, TNT)가 팩킹(packing)되어 있다. 상기 고압가스탱크의 내부에 분말저장챔버가 하나 이상 삽입되어 있고, 상기 분말저장챔버에는 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브 입자가 충진되어 있다.
The present invention includes a high pressure gas tank capable of storing carbon dioxide (CO 2 ), and packing titanium and titanium oxide-doped titanate nanotubes (TNT) into the high pressure gas tank. It is. At least one powder storage chamber is inserted into the high pressure gas tank, and the powder storage chamber is filled with titanate nanotube particles doped with metal.
이하, 본 발명의 이산화탄소 저장장치를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 이산화탄소 저장장치의 예를 나타낸 것으로, 본 발명은 도 1에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the carbon dioxide storage device of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. 1 illustrates an example of a carbon dioxide storage device of the present invention, and the present invention is not limited to FIG. 1.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 저장장치는 이산화탄소(CO2)를 저장할 수 있는 고압가스탱크(101)을 포함하며, 이 고압가스탱크(101)는 내부에 티타네이트 나노튜브(103)를 저장할 수 있는 분말저장챔버(102)가 삽입되어 있다. 상기 고압가스탱크(101)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
As shown in FIG. 1, the carbon dioxide storage device of the present invention includes a high
상기 분말저장챔버(102)는 하나 이상 삽입되는 것이 바람직하다. 도 1(a)는 분말저장챔버(102)가 하나로 형성된 것을 나타낸 것이며, 도 1(b)는 상기 분말저장챔버(102)가 6개로 나누어져 삽입되어 있는 것을 나타낸 것이다. 상기 분말저장챔버(102)는 그 삽입되는 개수에 따라 그 크기가 다양하다.
Preferably, at least one
상기 분말저장챔버(102)는 고압가스탱크(101) 내부에 삽입될 수 있는 형태면 어떠한 형태이든 무방하지만, 바람직하게는 고압가스탱크(101)와 동일한 단면을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 고압가스탱크(101)가 원통형이면, 상기 분말저장챔버(102)도 원통형의 형태를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 분말저장챔버(102)가 고압가스탱크(101)와 밀착되도록 삽입된다.
The
상기 분말저장챔버(102)는 하나이상 고압가스탱크(101)에 삽입되나, 바람직하게는 6~10개로 나누어져 삽입되어 있다. 상기 분말저장챔버(102)가 나누어져 있는 가장 중요한 이유는 분말들의 비산문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 분말들이 채워져 있는 분말저장챔버(102)에서, 완전히 충진된 분말이 아닐 경우, 나노물질의 특성상, 분말끼리 뭉치는 응집현상이 나타날 수 있으므로, 나노튜브가 가진 비표면적을 효과적으로 사용할 수 없다는 단점이 있기 때문에, 고압가스탱그(101)내에 분말저장챔버(102)를 나누어 삽입하는 경우에 각 분말저장챔버(102)에 들어간 나노튜브는 분말 전체의 비표면적을 효과적으로 사용할 수 있는 장점을 가지게 된다.
The
상기 분말저장챔버(102)는 상면부에 그물형 오픈망(open sieve, 104)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 그물형 오픈망(104)은 상술한 나노튜브 분말의 비산문제를 해결하는 것뿐만 아니라, 분말 표면과 CO2 기체의 용이한 반응을 위해서, 상기 분말저장챔버(102)의 상면부에 설치되는 것이 바람직하다.
The
상기 분말저장챔버(102)의 내부에 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브(titanate nano tube, TNT, 103) 입자가 충진되어 있다. 상기 티타네이트 나노튜브(103)는 층상을 이루고 있으며, 상기 층상층의 간격(inerlayer spacing)은 0.65~0.74㎚인 것이 바람직하다.Titanate nanotubes (TNT, 103) particles doped with metal and oxides of the metal are filled in the
본 발명에서는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브를 분말저장챔버에 충진함으로서, 약 0.33㎚의 크기를 갖는 이산화탄소(CO2) 분말 입자가 상기 층상의 빈공간에 위치됨으로서, 이산화탄소의 저장이 이루어지고, 이를 통해 보다 많은 양의 이산화탄소가 저장될 수 있다.
In the present invention, by filling the metal and the metal oxide-doped titanate nanotubes in the powder storage chamber, carbon dioxide (CO 2 ) powder particles having a size of about 0.33 nm is located in the empty space of the layer, Storage is made, which allows more carbon dioxide to be stored.
상기 티타네이트 나노튜브에 도핑된 금속은 주로 전이금속이 포함되며, 그 예로는 Fe, Ni, Cr, V, Cu, W, Co, Zn, Zr 등이 있으며, 산화물의 종류는 앞서 언급한 전이금속의 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.The metal doped with the titanate nanotube mainly includes a transition metal, and examples thereof include Fe, Ni, Cr, V, Cu, W, Co, Zn, Zr, and the like. It is preferable to include the oxide of.
상기 금속이 도핑되는 경우, 나노튜브의 층상층의 간격(inerlayer spacing)이 증가되어, 이산화탄소가 저장될 수 있는 공간을 늘릴 수 있기 때문에, 본 발명에서는 도펀트로 첨가된다. 또한, 상기 산화물은 나노튜브 표면에 산화물 형태로 탑재(loading)되어 이산화탄소 저장시의 촉매역할, 즉 이산화탄소 저장을 가속화할 수 있는 촉매로 작용하는 효과가 있다.
When the metal is doped, it is added as a dopant in the present invention because the innerlayer spacing of the nanotubes can be increased to increase the space where carbon dioxide can be stored. In addition, the oxide is loaded on the surface of the nanotubes in the form of an oxide (oxide) has the effect of acting as a catalyst in the carbon dioxide storage, that is, to accelerate the carbon dioxide storage.
상기 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브는 다양한 방법으로 제조될 수 있으나, 이하 바람직한 일예를 소개하면 다음과 같다. The titanate nanotubes doped with the metal and oxides of the metal may be prepared by various methods.
저온 균일침전법에 따라, 사염화티탄(TiCl4)를 저온에서 물과 반응시켜 가수분해하여 티타닐 클로라이트 용액을 만들고, 이를 건조하여, 티타늄수산화물을 얻는다.According to the low temperature homogeneous precipitation method, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is reacted with water at low temperature to hydrolyze to form a titanyl chlorite solution, which is dried to obtain titanium hydroxide.
상기 티타늄수산화물을 고상반응법인 기계적 합금화법을 통해 준안정상의 금속도핑형 티타네이트를 형성한다.The titanium hydroxide is metastable to form a metastable metal doped titanate through mechanical alloying.
상기 금속이 도핑된 티타네이트를 강알칼리 수용액(KOH, LiOH, NaOH)과 반응시키는 수열합성법을 이용하여 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브를 형성한다.
Metal-doped titanate nanotubes are formed using a hydrothermal synthesis method in which the metal-doped titanate is reacted with a strong alkaline aqueous solution (KOH, LiOH, NaOH).
상기 방법을 통해 제조된 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브는 튜브내의 빈공간이 존재하고, 다중의 튜브간의 층간간격이 약 0.65~0.74㎚이 되어, 비표면적이 증가하게 되고, 이산화탄소(CO2) 분자가 위치될 수 있는 공간이 많아지게 된다.
Metal-doped titanate nanotubes prepared by the above method have empty spaces in the tubes, and the interlayer spacing between the multiple tubes is about 0.65 to 0.74 nm, so that the specific surface area is increased, and carbon dioxide (CO 2 ) There is a lot of room for molecules to be located.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 일예를 나타낸 것으로서, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples show one example of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.
(실시예)(Example)
1. 티타네이트 나노튜브의 제조1. Preparation of Titanate Nanotubes
본 실시예에서는 저온균일 침전법에 따라, 사염화티탄산(TiCl4: 알드리치사(Aldrich)의 상품명 3N)을 얼음물과 혼합하여 1.5M의 티타닐클로라이드 수용액을 마련하였다. 이어 상기 티타닐클로라이드 수용액에 증류수를 혼합하여 0.67M로 희석화하였다. In this example, titanic tetrachloride (TiCl 4 : Aldrich trade name 3N) was mixed with ice water to prepare 1.5 M aqueous titanyl chloride solution by low temperature homogeneous precipitation. Then, distilled water was mixed with the aqueous titanyl chloride solution and diluted to 0.67M.
상기 희석된 티타닐클로라이드 수용액을 100℃의 온도로 2시간 동안 유지하면서 티티늄수산화물의 침전물을 형성시킨 후, 상기 침전물을 수거하기 위하여 여과지를 이용하여 필터링하고, 오븐에서 60℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 이 과정을 통해, 준안정상태의 티타늄수산화물을 얻었다. 얻어진 티타늄수산화물을 금속 분말들과 고상반응법인 기계적합금화법을 통해 반응시켜 금속이 도핑된 준안전상의 티타네이트(TiO2)를 제조하였다. 이때 상기 금속은 Ni을 이용하였다.
The diluted titanyl chloride aqueous solution was maintained at a temperature of 100 ° C. for 2 hours to form a precipitate of titanium hydroxide, which was then filtered using a filter paper to collect the precipitate, and dried at 60 ° C. for 6 hours. I was. Through this process, titanium hydroxide in metastable state was obtained. Titanium hydroxide (TiO 2 ) doped with metal was prepared by reacting the obtained titanium hydroxide with the metal powders through a mechanical alloying method, which is a solid phase reaction method. At this time, the metal used Ni.
상기 과정을 통해, 얻어진 Ni이 도핑된 티타네이트 분말을 출발 물질로 10M의 강알칼리 수용액(NaOH)에 침적시킨 후, Ti-O-Ti의 결합을 Ti-O-Na간의 결합으로 바꿔 층간구조(layered structure)를 형성시킨 후, 오토클레이브(autoclave)에서 120℃, 12시간을 유지하여 열에너지에 의해 층간구조가 말려(scroll up)지는 나노튜브구조를 형성시켰다. 이후, 분말을 수거하여 60℃에서 12시간 동안 건조시켜 분말내의 수분을 제거하였다.
Through the above process, Ni-doped titanate powder was deposited as a starting material in 10M strong alkali aqueous solution (NaOH), and then the Ti-O-Ti bond was changed to the Ti-O-Na bond. After the formation, the nanotube structure was formed in which the interlayer structure was rolled up by thermal energy by maintaining the temperature at 120 ° C. for 12 hours in an autoclave. The powder was then collected and dried at 60 ° C. for 12 hours to remove moisture in the powder.
상기 티타네이트 나노튜브 분말의 미세조직을 HRTEM(high resolution transmission electron microscope)을 통해 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. The microstructure of the titanate nanotube powder was observed through a high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and the results are shown in FIG. 2.
도 2에 나타난 바와 같이, 상기 Ni이 도핑된 티타네이트 나노튜브는 그 층상간격이 약 0.74 및 0.65㎚인 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 티타네이트 나노튜브의 층상에 이산화탄소 분자가 충분히 위치될 수 있음을 확인할 수 있다.
As shown in Figure 2, the Ni-doped titanate nanotubes can be seen that the layer spacing is about 0.74 and 0.65nm. Thus, it can be seen that carbon dioxide molecules can be sufficiently located on the layer of the titanate nanotubes.
한편, 상기 공정 후 얻어진 티타네이트 나노튜브 분말을 XRD(X-ray diffraction)을 통해 결정구조를 분석하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3 (a)의 XRD 분석그래프에서 (1)은 상기 Ni이 도핑된 티타네이트 나노튜브를 나타낸 것이고, (2)는 도핑되지 않은 티타네이트 나노튜브를, (3)은 450℃에서 열처리된 티타네이트 나노튜브를 나타낸 것이다. 한편, 시편들의 패턴(patern)을 분석하기 위한 기준으로 (Ⅰ)에 Na2Ti3O7(JCPDS 72-0148)의 패턴, (Ⅱ)에 H2Ti3O7(JCPDS 41-0192)의 패턴, (Ⅲ)에 H2Ti2O5·H2O(JCPDS 47-0124)패턴을 나타내었다.
Meanwhile, the crystal structure of the titanate nanotube powder obtained after the process was analyzed through X-ray diffraction (XRD) and the results are shown in FIG. 3. In the XRD analysis graph of FIG. 3 (a), (1) shows the doped titanate nanotubes doped with Ni, (2) shows the undoped titanate nanotubes, and (3) the titanium heat-treated at 450 ° C. Nate nanotubes are shown. On the other hand, as a reference for analyzing the pattern (pattern) of the specimen (I) of the pattern of Na 2 Ti 3 O 7 (JCPDS 72-0148), (II) of H 2 Ti 3 O 7 (JCPDS 41-0192) In the pattern (III), a H 2 Ti 2 O 5 H 2 O (JCPDS 47-0124) pattern is shown.
도 3(a)의 결과를 보면, 지금까지 보고된 티타네이트 나노튜브의 결정구조를 결정구조를 Na2Ti3O7(Ⅰ)와 H2Ti3O7(Ⅱ)로 보고하고 있다. 그러나, 이러한 보고와는 본 실시예에서 제조된 티타네이트 나노튜브의 결정구조는 H2Ti2O5·H2O(Ⅲ) 구조라는 것을 알 수 있다.
3 (a), the crystal structure of the titanate nanotubes reported so far is reported as Na 2 Ti 3 O 7 (I) and H 2 Ti 3 O 7 (II). However, it can be seen from this report that the crystal structure of the titanate nanotubes prepared in this example is H 2 Ti 2 O 5 · H 2 O (III) structure.
또한 도 3의 (b)의 결과를 보면, Ni이 도핑된 티타네이트 나노튜브(1)는 Ni이 도핑되지 않은 것(2)에 비해서, (200)면, 즉 나노튜브의 벽과 벽사이의 거리가 증가함을 나타내고 있다. 도 3의 (c)의 결과를 보면, 상기 (1)과 (2)는 (110)면이 거의 변화하지 않기 때문에 길이방향으로는 나노튜브에 도펀트가 첨가되더라도 변화하지 않음을 알 수 있다. In addition, as shown in (b) of FIG. 3, the doped titanate nanotubes (1) doped with Ni have a (200) plane, i.e., between the walls of the nanotubes, The distance is increasing. As shown in (c) of FIG. 3, it can be seen that (1) and (2) do not change even if dopant is added to the nanotube in the longitudinal direction because the (110) plane hardly changes.
따라서, 금속 및 그 금속의 산화물의 도핑으로 인해, 티타네이트 나노튜브의 층상간의 간격(interlayer spacing)이 넓어지게 되어, 이산화탄소 저장능력이 우수함을 알 수 있다.
Therefore, due to the doping of the metal and the oxide of the metal, it can be seen that the interlayer spacing of the titanate nanotubes is widened, and the carbon dioxide storage capacity is excellent.
2. 이산화탄소 저장능력 평가2. Carbon dioxide storage capacity evaluation
상기와 같이 얻어진 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브의 이산화탄소 저장능력을 알아보기 위해서, 고압기체 분사 장치를 이용해 이산화탄소 저장 능력을 평가하였다.In order to determine the carbon dioxide storage capacity of the metal-doped titanate nanotubes obtained as described above, the carbon dioxide storage capacity was evaluated using a high-pressure gas injection device.
이때, 사용된 저장장치는 175ℓ용량의 고압가스탱크를 사용하였고, 분말저장챔버는 도 1의 (b)와 같이 6개가 형성된 것을 사용하였다. 이때 저장된 이산화탄소는 최대 280ℓ가 저장되는 것을 확인할 수 있었다.
At this time, the storage device used was a high-pressure gas tank having a capacity of 175 L, and the powder storage chamber was formed of six as shown in FIG. At this time, the stored carbon dioxide was confirmed to be stored up to 280ℓ.
한편, 압력에 대한 이산화탄소의 흡수량을 측정하여, 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브의 이산화탄소 저장능력을 확인하고 그 결과를 도 4에 결과를 나타내었다. On the other hand, by measuring the absorption amount of carbon dioxide to pressure, to confirm the carbon dioxide storage capacity of the metal-doped titanate nanotubes and the results are shown in Figure 4 the results.
상기 도 4의 결과는 1g의 상기 Ni이 도핑된 티타네이트 나노튜브 분말을 홀더(holder)에 장입한 후, 압력-온도-조성 타입 장비(sivert's type apparatus)에 장입(일반적으로 PCT 장비라 칭하고, 수소저장특성을 평가하는 장비임)하고, 이산화탄소 기체가 충전된 고압가스통의 압력을 풀어 이산화탄소를 흘려보내면서, 그에 따른 분말의 흡수 능력을 평가한 것이다.
The result of FIG. 4 shows that 1 g of Ni-doped titanate nanotube powder was charged into a holder, and then charged into a pressure-temperature-composition type apparatus (generally referred to as a PCT apparatus, Equipment to evaluate the hydrogen storage characteristics, and release the pressure in the high-pressure gas cylinder filled with carbon dioxide gas to flow carbon dioxide, thereby evaluating the absorption capacity of the powder.
도 4의 그래프를 보면, 압력이 증가하면서, CO2의 흡수량이 계속 상승하는 것을 알 수 있고, 100MPa 에서 약 41wt%의 CO2가 흡수되는 것을 확인할 수 있다. 도 4의 결과로부터 본 발명에서 적용하는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노분말은 입자의 비표면적이 넓어 100MPa까지 증가하더라도 계속하여 CO2의 흡수가 이루어지는 것을 확인할 수 있어, 우수한 이산화탄소 저장능력을 가질 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
4, it can be seen that as the pressure increases, the absorption amount of CO 2 continues to increase, and it can be seen that about 41 wt% of CO 2 is absorbed at 100 MPa. From the results of FIG. 4, the titanate nanopowders doped with metals and oxides of the metals applied in the present invention can confirm that CO 2 is continuously absorbed even when the specific surface area of the particles is increased to 100 MPa, resulting in excellent carbon dioxide storage. You can see that you have the ability.
101.....고압가스탱크
102.....분말저장챔버
103.....금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 TNT
104.....그물형 오픈망101 ..... High Pressure Gas Tank
102 ..... Powder Storage Chamber
103 ..... TNTs doped with metals and their oxides
104 ..... net open net
Claims (5)
상기 고압가스탱크의 내부에 분말저장챔버가 하나 이상 삽입되어 있고,
상기 분말저장챔버에는 금속 및 그 금속의 산화물이 도핑된 티타네이트 나노튜브 입자가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치.
Including a high pressure gas tank for storing carbon dioxide (CO 2 ),
At least one powder storage chamber is inserted into the high pressure gas tank,
The carbon dioxide storage device using titanate nanotubes, characterized in that the powder storage chamber is filled with a metal and titanium oxide nanotube particles doped with the oxide of the metal.
상기 분말저장챔버는 6~10개로 나누어져 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치.
The method according to claim 1,
The carbon dioxide storage device using the titanate nanotubes, characterized in that the powder storage chamber is divided into 6 ~ 10 inserted.
상기 분말저장챔버의 상면부에 그물형 오픈망(open sieve)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치.
The method according to claim 1,
Carbon dioxide storage device using a titanate nanotubes, characterized in that the open mesh (open sieve) is formed on the upper surface of the powder storage chamber.
상기 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브는
사염화티탄(TiCl4)을 가수분해한 후 건조하여 티타늄수산화물을 제조하는 단계;
상기 티타늄수산화물을 기계적 합금화하여 금속이 도핑된 티타네이트를 형성하는 단계; 및
상기 금속이 도핑된 티타네이트를 강알칼리 수용액과 반응시켜 금속이 도핑된 티타네이트 나노튜브를 제조하는 단계
를 통해 제조된 것임을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치.
The method according to claim 1,
The metal doped titanate nanotubes are
Hydrolyzing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and then drying to prepare titanium hydroxide;
Mechanically alloying the titanium hydroxide to form a metal doped titanate; And
Reacting the metal-doped titanate with a strong alkali aqueous solution to prepare a metal-doped titanate nanotube
Carbon dioxide storage device using a titanate nanotubes, characterized in that manufactured through.
상기 티타네이트 나노튜브는 층상간격이 0.65~0.74㎚인 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브를 이용한 이산화탄소 저장장치The method according to claim 1,
The titanate nanotube has a carbon dioxide storage device using a titanate nanotube, characterized in that the layer spacing is 0.65 ~ 0.74nm
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|---|---|---|---|
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH06127901A (en) * | 1992-10-15 | 1994-05-10 | Nippon Steel Corp | Method and device for rapidly occluding and discharging hydrogen |
| JP2002022097A (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-23 | Toyota Motor Corp | Storage vessel for hydrogen storage alloy |
| KR100814951B1 (en) * | 2006-09-27 | 2008-03-19 | 한양대학교 산학협력단 | Production method of transition metal doped titanate dioxide nano-tube |
| JP2008151282A (en) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Honda Motor Co Ltd | Gas storage vessel |
-
2010
- 2010-05-10 KR KR1020100043657A patent/KR101220778B1/en active IP Right Grant
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| JP2008151282A (en) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Honda Motor Co Ltd | Gas storage vessel |
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