KR20100042110A - Gas-absorbing ionic liquids containing a phosphorus group - Google Patents

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이현주
김창수
공경택
김훈식
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Abstract

PURPOSE: A gas absorbent for purifying exhaust gas is provided to absorb acidic gas such as carbon dioxide and sulfur dioxide and to be used as a separate medium of an absorption method for repetitively separating the gas. CONSTITUTION: A gas absorbent for purifying exhaust gas comprises: cation containing nitrogen atom selected from dialkyl imidazolium and dialkyl morpholinium; and anion containing phosphorous atom selected from alkyl phosphate and dialkyl phosphate. The gas absorbent absorbs carbon dioxide(CO2) or sulfur dioxide(SO2). An alkyl group of the dialkyl imidazolium or the dialkyl morpholinium has hydrogen atom or carbon number 1 ~ 4.

Description

인 함유 이온성 액체를 이용한 기체 흡수제{Gas-absorbing ionic liquids containing a phosphorus group}Gas-absorbing ionic liquids containing a phosphorus group

본 발명은 인 함유 이온성 액체를 이용한 기체 흡수제에 관한 것이다.The present invention relates to a gas absorbent using a phosphorus-containing ionic liquid.

화학공장, 발전소, 대형 보일러에서 배출되는 CO, CO2, SO2, N2O 같은 환경유해성 가스를 분리하는 방법에는 흡수법, 흡착법, 분리막법, 심냉법 등이 쓰이고 있다. 특히, 배출되는 기체 중 분리 대상 기체의 농도가 낮으며 이들을 선택적으로 분리해야 하는 경우에는 흡수법이나 흡착법이 많이 사용된다. 흡수법이나 흡착법은 흡수제나 흡착제에 잘 흡수 또는 흡착되는 일부기체만 선택적으로 분리할 수 있어 공업적으로 많이 이용되고 있으나 분리과정 중에 흡수제 및 흡착제가 화학적으로 변형되어 주기적 교체가 필요한 단점이 있다. 따라서 고체 흡착제를 사용하는 경우는 흡착제의 화학적 변형이 적어 흡착제 교체 주기가 길면서 유용한 기체를 분리하는 경우에 한해 적용하는 것이 유리하다. 이에 비해 흡수법은 액체상 흡수제를 사용하므로 흡수제 교체가 용이한 장점이 있어 대량의 배기가스 정화나 기체분리에 널리 활용되고 있다. 일반적으로 흡수법에 사용되는 흡수제는 분리대상 기체 분자와 화학결합을 이루었다가 열을 가하면 기체와의 결합이 깨지면서 기체는 탈거되어 회수하고 흡수제는 재생된다. 그러나, 이 과정에서 흡수제가 열화로 인해 분해되는 문제점, 비 재생 반응생성물 형성에 의해 재생된 흡수제의 흡수효율이 저하되거나 부식성을 띠게 되는 문제점, 흡수제의 증기압에 의해 재생되는 기체가 오염되는 문제점 등이 단점으로 지적되고 있어 열적, 화학적 안정성이 높고 증기압이 낮은 새로운 흡수제의 발굴이 요구되고 있다. Absorption, adsorption, membrane, and deep cooling methods are used to separate environmentally harmful gases such as CO, CO 2 , SO 2 , and N 2 O from chemical plants, power plants, and large boilers. In particular, when the concentration of the gas to be separated in the discharged gas is low and must be separated selectively, absorption or adsorption methods are frequently used. Absorption or adsorption methods can be selectively separated only some gas that is absorbed or adsorbed to the absorbent or adsorbent is widely used industrially, but there is a disadvantage that the periodic replacement is necessary because the absorbent and the adsorbent is chemically modified during the separation process. Therefore, it is advantageous to use the solid adsorbent only in the case of separating the useful gas with a long adsorbent replacement cycle due to less chemical modification of the adsorbent. On the other hand, the absorption method uses a liquid absorbent, so it is easy to replace the absorbent, and thus it is widely used for purifying a large amount of exhaust gas or separating gas. Generally, the absorbent used in the absorption method forms a chemical bond with the gas molecules to be separated, and when heat is applied, the bond with the gas is broken, the gas is removed and recovered, and the absorbent is regenerated. However, the problem that the absorbent is decomposed due to deterioration in this process, the absorption efficiency of the absorbent is reduced or corrosive due to the formation of the non-regeneration reaction product, the problem that the gas regenerated by the vapor pressure of the absorbent is contaminated As it is pointed out as a disadvantage, it is required to find a new absorbent having high thermal and chemical stability and low vapor pressure.

최근 기존 흡수제의 단점을 극복하기 위한 방안으로 휘발성이 없고 열적 안정성이 높으면서 100 ℃ 이하의 낮은 온도에서 액체상을 유지하는 이온성 액체(ionic liquid)를 흡수제로 이용하려는 시도가 행해지고 있다. 이온성 액체는 유기양이온과 유기 또는 무기 음이온으로 구성된 극성을 띤 염 화합물로서 CO, CO2, SO2, N2O와 같이 극성을 갖는 기체 분자를 잘 용해시키는 성질이 있다. 이때, 이온성 액체에 흡수된 기체의 용해도는 기체와 이온성 액체 간의 상호작용의 정도에 따라서 달라지며, 따라서 이온성 액체의 양이온과 음이온을 적절히 변형시켜 이온성 액체의 극성, 산도(acidity), 염기도(basicity), 친핵도(nucleophilicity)를 변화시키면 특정 기체에 대한 용해도를 어느 정도 조절할 수 있다. Recently, attempts have been made to overcome the drawbacks of existing absorbents by using ionic liquids which have no volatility and high thermal stability and maintain a liquid phase at low temperatures below 100 ° C. as absorbents. Ionic liquids are polar salt compounds composed of organic cations and organic or inorganic anions and have a property of dissolving polar gas molecules such as CO, CO 2 , SO 2 , and N 2 O well. At this time, the solubility of the gas absorbed in the ionic liquid depends on the degree of interaction between the gas and the ionic liquid, and thus the polarity, acidity, Changing the basicity and nucleophilicity can control the solubility in a particular gas to some extent.

기존의 산성 기체의 흡수분리에는 화학흡수제인 에탄올아민과 같은 아민계 화합물이 주로 사용되어 왔으나 흡수 및 탈거 과정에서의 흡수제 분해와 흡수제의 휘발성에 의한 흡수제의 손실 문제 등으로 인해 화학흡수제의 대체할 수 있는 이온성 액체계 물리흡수제에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 대표적인 이온 성 액체로 4급암모늄, 피롤리듐, 피롤륨, 이미다졸륨, 피라졸륨, 트리아졸륨, 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄 등 질소를 함유하는 유기양이온과 Cl-, Br-, I-과 같은 할로겐, BF4 -, PF6 -, (CF3SO)2N-, CF3SO3 -, MeSO3 -, NO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - 등의 음이온으로 구성되는 화합물이 알려져 있으며, 특히 음이온이 불소원자를 함유하는 경우 비교적 높은 이산화탄소 흡수능을 가진다고 보고되고 있다. Conventional amine compounds such as ethanolamine, which is a chemical absorbent, have been mainly used for absorption separation of acidic gases. However, chemical absorbents can be replaced due to problems of absorbent decomposition and loss of absorbent due to volatility of absorbent during absorption and stripping. There is an active research on ionic liquid-based physical absorbents. Typical ionic quaternary in liquid ammonium, pyrrole lithium, blood rolryum, imidazolium, pyrazolium, triazolium, pyridinium, pyridinium Dodge titanium, pyrimidinyl titanium, organic cations containing nitrogen, and Cl -, Br -, I - such as a halogen, BF 4 -, PF 6 - , (CF 3 SO) 2 N -, CF 3 SO 3 -, MeSO 3 -, NO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 - Compounds composed of anions such as these have been known, and especially when anions contain fluorine atoms, they have been reported to have a relatively high carbon dioxide absorption capacity.

테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스페이트(PF6 -), 트리플루오로설폰이미드(CF3SO2)2N-) 등의 불소원자가 포함된 음이온을 갖는 이온성 액체는 이산화탄소 및 이황화탄소와 같은 산성 기체에 대해 높은 용해도를 지니고 있으나 제조과정이 복잡하고 어려울 뿐만 아니라 제조원가가 너무 높아 공업적으로 활용하기에 문제가 많다. Borate (BF 4 -) tetrafluoroborate, the hexafluorophosphate (PF 6 -), sulfonimide trifluoromethyl (CF 3 SO 2) 2 N -) ionic liquid carbon dioxide with the anion containing a fluorine atom such as It has high solubility in acidic gases such as carbon dioxide and carbon disulfide, but the manufacturing process is not only complicated and difficult, but also the manufacturing cost is too high for industrial use.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 질소 함유 화합물의 양이온과 인계 음이온을 결합시켜 이산화탄소와 이산화황에 대한 흡수력이 높으면서도 열적 화학적 안정성이 우수하고 점도가 낮은 특성을 가질 뿐만 아니라 제조 원가가 저렴하고 합성이 용이한 이온성 액체의 기체 흡수제를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have conducted research to solve the above problems, as a result of combining a cation and a phosphorus anion of a nitrogen-containing compound and having a high thermal chemical stability and low viscosity as well as a high absorption of carbon dioxide and sulfur dioxide, The present invention has been completed by developing a gas absorbent of an ionic liquid having a low cost and easy synthesis.

따라서, 본 발명은 이산화탄소와 이산화황에 대한 흡수력이 높으면서도 열적 화학적 안정성이 우수하고 상온에서 액체상을 유지하면서도 낮은 점도를 가질 뿐만 아니라 제조 원가가 저렴하고 합성이 용이한 이온성 액체를 이용한 기체 흡수제를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a gas absorbent using an ionic liquid having high absorption ability to carbon dioxide and sulfur dioxide, excellent thermal chemical stability and low viscosity while maintaining a liquid phase at room temperature, as well as low manufacturing cost and easy synthesis. Its purpose is to.

본 발명은 디알킬이미다졸륨 및 디알킬모폴리늄 중에서 선택된 질소원자(N) 함유 양이온과, 알킬포스파이트 및 디알킬포스페이트 중에서 선택된 인원자(P) 함유 음이온으로 구성된 이온성 액체로서, 이산화탄소(CO2) 또는 이산화황(SO2)을 흡수하는 배출가스 정화용 기체 흡수제를 그 특징으로 한다. The present invention is an ionic liquid composed of a nitrogen atom (N) containing cation selected from dialkylimidazolium and dialkyl morpholinium, and an anion (P) containing anion selected from alkyl phosphite and dialkyl phosphate. It is characterized by a gas absorbent for exhaust gas purification that absorbs CO 2 ) or sulfur dioxide (SO 2 ).

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 디알킬이미다졸륨 및 디알킬모폴리늄 중에서 선택된 질소원자(N) 함유 양이온과, 알킬포스파이트 및 디알킬포스페이트 중에서 선택된 인원자(P) 함유 음이온을 결합함으로써 이산화탄소나 이산화황 기체의 선택적 흡수제로 사용 가능한 다음 화학식 1 또는 다음 화학식 2로 표시되는 인 함유 이온성 액체에 관한 것이다;The present invention selects carbon dioxide or sulfur dioxide gas by combining a nitrogen atom (N) -containing cation selected from dialkylimidazolium and dialkyl morpholinium with an atom-containing (P) -containing anion selected from alkyl phosphite and dialkyl phosphate. It relates to the phosphorus containing ionic liquid represented by following formula (1) or following formula (2) which can be used as an absorbent;

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112008071825117-PAT00001
Figure 112008071825117-PAT00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112008071825117-PAT00002
Figure 112008071825117-PAT00002

상기 화학식 1과 2에서, R1 및 R2는 서로 같거나 다른 것으로 수소원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며; Y-는 알킬포스파이트(R3HPO3 -)와 디알킬포스페이트(R3 2PO4 -) 중에서 선택된 인계 음이온을 나타내는 것으로, 여기서 R3은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다. In Formulas 1 and 2, R 1 and R 2 are the same as or different from each other and represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms; Y − represents a phosphorus anion selected from alkyl phosphite (R 3 HPO 3 − ) and dialkyl phosphate (R 3 2 PO 4 − ), wherein R 3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

현재 공업적으로 널리 사용되고 있는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민과 같은 아민계 흡수제는 약한 알칼리성을 지니고 있어 산성 기체, 예로 이산화탄소나 이산화황의 흡수에 뛰어난 성능을 보인다. 그러나, 이들 아민계 흡수제는 증기압이 높아 배출되는 탈기 시 흡수제가 동반 배출되어 손실되는 문제와 회수된 기체가 흡수제로 오염되는 문제와 더불어 낮은 열적 안정성으로 인해 탈거온도에서 기체에 포함된 미량의 불순물에 의해 흡수제가 일부 파괴되는 경향이 있었다. 질소를 함유하는 양이온과 Cl-, Br-, I-, AlCl4 -, BF4 -, PF6 -, (CF3SO)2N-, CF3SO3 -, MeSO3 -, NO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - 등의 다양한 음이온으로 조합된 염 중에서 상온 부근에서도 액체상태를 유지하는 이온성 액체가 기체 흡수제로 활용될 수 있는 가능성이 알려진 후 다양한 이온성 액체가 이산화탄소와 이산화황 기체 흡수제로 제시되었다. 그러나, 음이온이 Cl-, Br-, I-, AlCl4 -, BF4 -, PF6 -와 같은 무기 할로겐그룹을 갖는 이온성 액체들은 수분에 취약하여 혼합 기체에 포함되어 있는 수분에 의해 분해되는 경향을 보여 점차로 기체흡수능력이 떨어지는 문제점을 갖고 있다. (CF3SO)2N-, CF3SO3 -, CF3CO2 -와 같이 불소원소를 갖는 유기 화합물로 음이온을 대체하면 이온성 액체의 수분에 대한 취약성을 향상시킬 수 있지만 음이온에 사용된 불소화합물 자체가 고가이므로 이온성 액체의 가격이 비싸져 범용으로 사용하기 어려운 문제점을 갖고 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위하여 가격이 저렴하면서도 내구성이 있고 이산화탄소, 이산화황 흡수력이 좋은 이온성 액체를 제시하고자 한다. Amine-based absorbents such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine, which are currently widely used industrially, have weak alkalinity, and thus exhibit excellent performance in absorbing acidic gases such as carbon dioxide and sulfur dioxide. However, these amine-based absorbents have a problem of being lost due to the absorption of absorbents when they are degassed due to high vapor pressure, contamination of recovered gas with absorbents, and low thermal stability. The absorbent tended to be partially destroyed. Cations and Cl containing nitrogen -, Br -, I -, AlCl 4 -, BF 4 -, PF 6 -, (CF 3 SO) 2 N -, CF 3 SO 3 -, MeSO 3 -, NO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 - Among the salts combined with various anions, such as ionic liquids that maintain a liquid state even near room temperature, is known as a gas absorbent, various ionic liquids have been proposed as carbon dioxide and sulfur dioxide gas absorbers. However, the anion is Cl -, Br -, I - , AlCl 4 -, BF 4 -, PF 6 - ionic liquid having an inorganic halogen groups, such as are to be decomposed by moisture susceptible to moisture contained in the gas mixture It shows a tendency to have a problem of gradually falling gas absorption capacity. (CF 3 SO) 2 N - , CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 - by replacing the anion of an organic compound having a fluorine element, such as to enhance the susceptibility to water in the ionic liquid, but used in the anion Since the fluorine compound itself is expensive, the cost of the ionic liquid is high, which makes it difficult to use for general purposes. The present invention is to provide an ionic liquid having a low cost and durable and good absorption of carbon dioxide and sulfur dioxide in order to overcome this problem.

본 발명에서 개발한 이온성 액체는 양이온으로 다음 화학식 3과 같은 구조를 갖는 디알킬이미다졸늄(dialkylimidazolium) 또는 다음 화학식 4의 구조를 갖는 디알킬모폴리늄(dialkylmorphorinium)을 사용하고, 음이온으로 다음 화학식 5와 같은 알킬포스파이트(alkyl phosphite, R3HPO3 -) 또는 다음 화학식 6과 같은 디알킬포스페이트(R3 2PO4 -)계 음이온을 사용하여, 이들 양이온과 음이온의 조합으로 구성된다. The ionic liquid developed in the present invention uses a dialkylimidazolium having a structure as shown in Formula 3 or a dialkylmorphorinium having a structure as shown in Formula 3 as a cation, An alkyl phosphite (R 3 HPO 3 − ) such as Formula 5 or a dialkyl phosphate (R 3 2 PO 4 − ) based anion such as the following Formula 6 is used to constitute a combination of these cations and anions.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112008071825117-PAT00003
Figure 112008071825117-PAT00003

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112008071825117-PAT00004
Figure 112008071825117-PAT00004

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112008071825117-PAT00005
Figure 112008071825117-PAT00005

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112008071825117-PAT00006
Figure 112008071825117-PAT00006

상기 화학식 3 ~ 6에서, R1 및 R2는 서로 같거나 다른 것으로 수소원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 예로 메틸(CH3), 에틸(C2H5), 또는 부틸(C4H9)로 구성되며, R3은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다. In Chemical Formulas 3 to 6, R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl (CH 3 ), ethyl (C 2 H 5 ), or butyl (C 4 H 9 ) And R 3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

본 발명에서 제시하는 인계 이온성 액체를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 경우, 온도는 0 내지 80 ℃ 범위, 바람직하기로는 20 내지 50 ℃ 범위, 압력은 상 압(1기압) 내지 30기압 범위에서 흡수시키고, 다시 상온(20 ℃) 내지 150 ℃ 범위에서, 바람직하기로는 상온 내지 80 ℃ 범위에서, 압력은 상압으로 낮춰 탈기시킨다. 이산화탄소를 흡수시킬 때 온도는 낮을수록, 압력은 높을수록 이산화탄소 흡수량이 증가하며, 특히 흡수압력이 증가하면 거의 선형적으로 비례하여 이산화탄소 흡수량이 증가한다. 제시한 인계 이온성 액체는 이산화탄소에 대해 우수한 흡수력을 보이며 반복 사용의 경우에도 거의 처음과 같은 정도로 흡수력이 높게 유지된다. 예로 부틸메틸이미다졸늄 부틸포스파이트를 이용하여, 10기압, 30 ℃에서 이산화탄소를 흡수하는 경우 38분 이내에 겉보기 평형값의 90%에 도달하고, 이산화탄소의 흡수량이 겉보기 평형값에 도달하면 압력을 상압으로 낮춰 30 ℃에서 탈기시킨다. 여기서 겉보기 평형값은 시간변화에 따라 이산화탄소의 흡수량을 측정하여 더 이상 흡수량이 변하지 않을 때의 흡수값을 지칭한다. 1회 이산화탄소의 흡수와 탈기가 종료되면 다시 동일한 조건에서 흡수시키고 탈기시키는 것을 10회 반복하는 경우 초기 이산화탄소 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 1% 이내의 차이로 감소한다. 또한, 이산화탄소 압력을 20기압으로 높여 30 ℃에서 흡수하는 경우 22분 이내에 겉보기 평형값의 90%에 도달하고, 겉보기 평형값만큼 흡수하면 압력을 상압으로 낮춰 30 ℃에서 탈기시키고, 동일한 과정을 10회 반복하는 경우 초기 이산화탄소 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 2% 내외의 차이로 감소한다. 이에 비해 이산화탄소 흡수제로 사용되는 기존의 아민계 화합물들, 대표적인 예로 디에탄올아민(diethanol amine)을 흡수제로 사용하는 경우 1기압, 30 ℃에서 이산화탄소를 흡수하고 상압, 150 ℃에서 탈기시키고, 동일한 조건으로 2회 흡수, 탈 기를 시도하면 초기 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 19% 가량 감소한다. 따라서 본 발명에서 제시한 인계 이온성 액체를 활용하면 기존의 아민계 흡수제에 비해 훨씬 오래 동안 반복적으로 이산화탄소를 흡수, 탈기, 분리할 수 있다. In the case of absorbing carbon dioxide using the phosphorus-based ionic liquid proposed in the present invention, the temperature is in the range of 0 to 80 ℃, preferably in the range of 20 to 50 ℃, the pressure is absorbed in the normal pressure (1 atm) to 30 atm Again, in the range of room temperature (20 ° C.) to 150 ° C., preferably in the range of room temperature to 80 ° C., the pressure is degassed to normal pressure. When absorbing carbon dioxide, the lower the temperature and the higher the pressure, the higher the amount of carbon dioxide absorbed. In particular, as the absorbed pressure increases, the amount of carbon dioxide absorbed increases almost linearly. Phosphorus-based ionic liquids exhibit good absorption of carbon dioxide and maintain high absorption in the same degree as the first time even in repeated use. For example, absorbing carbon dioxide at 10 atmospheres and 30 ° C using butylmethylimidazonium butyl phosphite reaches 90% of the apparent equilibrium value within 38 minutes, and when the amount of carbon dioxide reaches the apparent equilibrium value, the pressure is normalized. Lowered to degas at 30 ° C. Here, the apparent equilibrium value refers to the absorption value when the absorption amount no longer changes by measuring the absorption amount of carbon dioxide with time. When the absorption and degassing of carbon dioxide is terminated once, if the absorption and degassing are repeated 10 times under the same conditions, the final absorption capacity decreases by less than 1% compared to the initial carbon dioxide absorption capacity. In addition, when the carbon dioxide pressure is increased to 20 atm and absorbed at 30 ° C., it reaches 90% of the apparent equilibrium value within 22 minutes, and when absorbed by the apparent equilibrium value, the pressure is lowered to atmospheric pressure to degas at 30 ° C., and the same process is repeated 10 times. When repeated, the final absorption capacity is reduced by about 2% compared to the initial carbon dioxide absorption capacity. In contrast, in the case of using conventional amine compounds used as carbon dioxide absorbents, such as diethanol amine as an absorbent, the carbon dioxide is absorbed at 1 atm and 30 ° C. and degassed at atmospheric pressure and 150 ° C., under the same conditions. At twice absorption and deaeration, the final absorption capacity is reduced by 19% compared to the initial absorption capacity. Therefore, by utilizing the phosphorus-based ionic liquid proposed in the present invention it can be repeatedly absorbed, degassed, separated for much longer than the conventional amine-based absorbent.

상기에 사용된 흡수장치의 이산화탄소 공급부에 물이 조금 채워진 밀폐용기를 연결하고, 30℃, 10기압으로 가압된 이산화탄소를 밀폐용기의 기체층을 통과하게 하여 이온성 액체 흡수제, 예로 부틸메틸이미다졸늄 부틸포스파이트에 공급하여 흡수시키고 상압에서 탈기시키는 과정을 10회 반복한 경우 초기 이산화탄소 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 7% 이내의 차이로 감소한다. 이온성 액체 중 잘 알려진 부틸메틸이미다졸늄 테트라플루오로보레이트를 흡수제로 이용하여 위와 동일한 방법으로 10기압으로 가압된 이산화탄소를 물이 일부 채워진 용기의 기체층을 통과시켜 30 ℃에서 흡수시키고 상압에서 탈기시키는 과정을 10회 반복한 경우 초기 이산화탄소 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 22% 정도 감소한다. 따라서, 본 발명에서 제시한 인계 이온성 액체는 수분에 의해 이산화탄소 흡수능력이 그다지 크게 감소하지 않으므로 오래 동안 반복적으로 이산화탄소의 흡수, 탈기, 분리에 적용할 수 있다. Connect the sealed container filled with a little water to the carbon dioxide supply portion of the absorber used above, and pass the pressurized carbon dioxide at 30 ° C. and 10 atm through the gas layer of the sealed container, such as butyl methyl imidazonium. When the process of feeding and absorbing butyl phosphite and degassing at normal pressure is repeated 10 times, the final absorption capacity is reduced to within 7% of the initial carbon dioxide absorption capacity. By using the well-known butylmethylimidazonium tetrafluoroborate in ionic liquid as the absorbent, carbon dioxide pressurized to 10 atm in the same manner as above is absorbed at 30 ° C. through a gas layer of a container filled with water and degassed at atmospheric pressure. If the process is repeated 10 times, the final absorption capacity is reduced by 22% compared to the initial carbon dioxide absorption capacity. Therefore, the phosphorus-based ionic liquid proposed in the present invention can be applied to absorption, degassing, and separation of carbon dioxide repeatedly for a long time since the carbon dioxide absorption capacity is not greatly reduced by water.

한편, 본 발명에서 제시하는 인계 이온성 액체를 이용하여 이산화황을 흡수하는 경우, 온도는 0 내지 80 ℃ 범위, 바람직하기로는 20 내지 50 ℃ 범위, 압력은 상압 내지 8기압 범위에서 흡수시키고, 다시 100 내지 200 ℃ 범위, 바람직하기로는 130 내지 160 ℃ 범위로 온도를 높이고, 압력은 상압으로 낮춰 탈기시킨다. 흡수시킬 때 온도는 낮을수록, 압력은 높을수록 이산화황 흡수가 잘 되는데, 흡 수압력이 증가하면 거의 선형적으로 비례하여 흡수량이 증가하면서 흡수가 잘 된다. 제시한 인계 이온성 액체는 이산화황 흡수력이 좋은 반면 일부분이 강하게 결합하여 반복적으로 사용하는 경우 이온성 액체의 흡수력이 일부분 낮아진다. 예로 부틸메틸이미다졸늄 부틸포스파이드를 이용하여, 상압, 40 ℃에서 이산화황을 흡수하는 경우 17분 이내에 겉보기 평형값의 90%에 도달하고, 겉보기 평형값만큼 흡수한 것을 상압, 130℃에서 탈기시키고, 다시 동일한 조건에서 흡수시키고 탈기시키는 것을 10회 반복하는 경우 초기 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 9% 정도 감소한다. 4기압, 50℃에서 흡수하는 경우 11분 이내에 가시적 평형값의 90%에 도달하고, 가시적 평형값만큼 흡수한 것을 상압, 150℃에서 탈기시키는 것을 10회 반복하는 경우 초기 흡수능력에 비해 최종 흡수능력은 13% 내외로 감소한다. 이에 비해 디에탄올아민(diethanol amine)을 흡수제로 사용하는 경우 상압, 40℃에서 이산화황을 흡수하고 150℃에서 탈기시키고 다시 동일한 조건에서 흡수와 탈기를 실시하면 2회째의 이산화황 흡수능력은 95% 이상 감소하여 거의 흡수제 재활용이 불가능해진다. 따라서, 제시한 인계 이온성 액체를 활용하면 훨씬 오래 동안 반복적으로 이산화황을 흡수, 탈기, 분리할 수 있다. On the other hand, when the sulfur dioxide is absorbed using the phosphorus-based ionic liquid proposed in the present invention, the temperature is in the range of 0 to 80 ℃, preferably in the range of 20 to 50 ℃, the pressure is absorbed in the normal pressure to 8 atmosphere range, and again 100 The temperature is raised in the range of from 200 ° C., preferably in the range of 130 ° C. to 160 ° C., and the pressure is degassed to normal pressure. When absorbing, the lower the temperature and the higher the pressure, the better sulfur dioxide absorption. As the absorption pressure increases, the absorption amount increases in a nearly linear proportion and the absorption is good. While the phosphorus-based ionic liquid presented has good sulfur dioxide absorption, the absorption force of the ionic liquid is partially lowered when the part is strongly bonded and used repeatedly. For example, using butylmethylimidazonium butyl phosphide, when absorbing sulfur dioxide at atmospheric pressure and 40 ° C., 90% of the apparent equilibrium value was reached within 17 minutes, and the absorbed amount by the apparent equilibrium value was degassed at atmospheric pressure and 130 ° C. In the case of 10 times of absorption and degassing under the same conditions, the final absorption capacity is reduced by 9% compared to the initial absorption capacity. When absorbed at 4 atmospheres and 50 ℃, reaches 90% of the visible equilibrium value within 11 minutes, and when absorbed by the visible equilibrium value is repeatedly degassed at atmospheric pressure and 150 ℃ for 10 times, the final absorption capacity is compared with the initial absorption capacity. Decreases by around 13%. In contrast, in the case of using diethanol amine as an absorbent, absorbing sulfur dioxide at atmospheric pressure and 40 ° C, degassing at 150 ° C, and performing absorption and degassing under the same conditions, the second sulfur absorption capacity was reduced by more than 95%. This makes it almost impossible to recycle the absorbent. Therefore, the proposed phosphorus-based ionic liquid can repeatedly absorb, degas and separate sulfur dioxide for a long time.

본 발명에 따르면, 질소를 함유하는 디알킬이미다졸륨 및 디알킬모폴리늄의 양이온과, 인을 함유하는 포스파이트 또는 포스페이트의 인계 음이온을 조합하여 만든 인계 이온성 액체는 이산화탄소나 이산화황과 같이 산성을 띄는 기체를 잘 흡수하는 특성을 가지고 있고, 흡수 후 낮은 압력, 높은 온도에서 기체를 탈거하여 대부분 그 기능을 재생시킬 수 있어 반복적으로 기체를 분리하기 위한 흡수법의 분리매체로 사용할 수 있으며, 자체의 증기압이 거의 없고 열적 안정성이 좋고 미량 함유된 수분에 의해 잘 변형되지 않는 장점이 있다. According to the present invention, a phosphorus ionic liquid made by combining a cation of dialkylimidazolium and dialkyl morpholinium containing nitrogen with a phosphorus anion of phosphite or phosphate containing phosphorus is acidic like carbon dioxide or sulfur dioxide. It has the property of absorbing gas well, and can remove most of the function by removing the gas at low pressure and high temperature after absorption, and can be used as a separation medium of absorption method to separate gas repeatedly. It has almost no vapor pressure and has good thermal stability and is not easily deformed by trace amount of moisture.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 이들 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention as described above will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

실시예 1 Example 1

용기부분이 그라스라이닝(glass lining)된 100 mL 스테인레스스틸 고압 셀(cell)에 양이온이 1,3-디메틸이미다졸늄, 음이온이 메틸포스파이트로 구성된 이온성 액체 1,3-디메틸이미다졸늄 메틸포스파이트([DMIM][MHPO3])를 10g 충진하고 온도조절이 가능한 공기순환 항온조에 설치하였다. 항온조의 온도를 30 ℃로 유지하고, 고압질소로 셀의 기체부분 부피를 측정한 후, 고압 셀에서 초기 이산화탄소 압력이 계기압으로 1기압이 될 만큼 이산화탄소의 압력을 계산하여 항온조 내의 부피를 아는 보조 실린더에 이산화탄소를 채운 후, 연결 벨브를 열어 고압 셀로 기체를 팽창시켰다. 시간이 경과함에 따라 기체 압력이 감소하는 정도를 추적하고, 이를 기체상태방정식을 이용하여 환산하여 이온성 액체에 용해되는 이산화탄소 양을 기록하였다. 같은 방법으로 고압 셀에서의 이산화탄소 초기 압력이 각각 5기압, 10기압, 15기압, 30기압이 되도록 계산하여 보조실린더의 압력을 높여 고압셀로 이산화탄소를 공급하여 압력에 따른 이산화탄소의 흡수량을 측정하였다. 도 1에 예시한 것과 같이 이산화탄소 압력이 증가함에 비례하여 1,3-디메틸이미다졸늄 메틸포스파이트의 이산화탄소 흡수량도 증가하였다. Ionic liquid 1,3-dimethylimidazonium methyl consisting of 1,3-dimethylimidazonium with cations and methylphosphite in a 100 mL stainless steel high-pressure cell with glass lining 10 g of phosphite ([DMIM] [MHPO 3 ]) was charged and installed in an air circulating thermostat. Maintain the temperature of the thermostat at 30 ℃, measure the volume of gas part of the cell with high pressure nitrogen, and calculate the pressure of carbon dioxide so that the initial pressure of carbon dioxide in the high pressure cell becomes 1 atm as the gauge pressure. After filling the cylinder with carbon dioxide, the connecting valve was opened to expand the gas into the high pressure cell. Over time, the degree of decrease in gas pressure was tracked and converted to gaseous equations to record the amount of carbon dioxide dissolved in the ionic liquid. In the same way, the initial pressure of carbon dioxide in the high pressure cell was calculated to be 5 atm, 10 atm, 15 atm, and 30 atm, respectively, and the pressure of the auxiliary cylinder was increased to supply carbon dioxide to the high pressure cell to measure the amount of carbon dioxide absorption according to the pressure. As illustrated in FIG. 1, the carbon dioxide uptake of 1,3-dimethylimidazonium methylphosphite also increased in proportion to the increase in carbon dioxide pressure.

실시예 2Example 2

실시예 1과 같은 방법으로 동일한 장치에 양이온이 질소를 함유하며 알킬기를 갖는 알킬이미다졸계 양이온, 즉 1,3-디메틸이미다졸늄([DMIM]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄([EMIM]), 1-부틸-3-메틸이미다졸늄([BMIM]), 또는 알킬모포리늄계 양이온, 예로 메틸모포리늄([MMorp]), 에틸모포리늄([EMorp]), 부틸모포리늄([BMorp]) 등 C4 헤테로고리 화합물로 구성되고, 인을 함유하면서 알킬기를 갖는 음이온, 즉 메틸포스파이트([MHPO3]), 에틸포스파이트([EHPO3]), 부틸포스파이트([BHPO3]), 디메틸포스페이트([DMPO4]), 디에틸포스페이트([DEPO4]) 등의 조합으로 만들어진 인계 이온성 액체를 충진하고, 흡수온도 30 ℃, 40 ℃, 흡수압력 10기압, 20기압에서 이산화탄소의 용해도를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.Alkylimidazole-based cations in which the cation contains nitrogen and has an alkyl group in the same apparatus as in Example 1, that is, 1,3-dimethylimidazonium ([DMIM]), 1-ethyl-3-methylimidazonium ([EMIM]), 1-butyl-3-methylimidazonium ([BMIM]), or alkylmorpholinium cations such as methylmorpholinium ([MMorp]), ethylmorpholinium ([EMorp]), butylmorpholinium Anion composed of C4 heterocyclic compounds such as ([BMorp]) and containing phosphorus and containing an alkyl group, that is, methyl phosphite ([MHPO 3 ]), ethyl phosphite ([EHPO 3 ]), and butyl phosphite ([BHPO] 3 ]), a phosphate-based ionic liquid made of a combination of dimethyl phosphate ([DMPO 4 ]), diethyl phosphate ([DEPO 4 ]), and the like, and the absorption temperature of 30 ℃, 40 ℃, absorption pressure 10 atm, 20 atm The solubility of carbon dioxide was measured in Table 1 below.

[표 1] TABLE 1

인계 이온성 액체 종류Phosphorus-based ionic liquids 흡수온도 (℃)Absorption Temperature (℃) CO2 압력 (기압)CO 2 pressure (atmospheric pressure) CO2 흡수량 (gmole/ ILs gmole)CO 2 uptake (gmole / ILs gmole) [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 3030 1010 0.0630.063 [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 3030 2020 0.0990.099 [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 4040 1010 0.0280.028 [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 4040 2020 0.0730.073 [EMIM][EHPO3][EMIM] [EHPO 3 ] 3030 1010 0.0780.078 [EMIM][EHPO4][EMIM] [EHPO 4 ] 3030 2020 0.1240.124 [BMIM][BHPO3][BMIM] [BHPO 3 ] 3030 1010 0.0860.086 [BMIM][BHPO4][BMIM] [BHPO 4 ] 3030 2020 0.1670.167 [MMorp][MHPO3][MMorp] [MHPO 3 ] 3030 1010 0.0140.014 [MMorp][MHPO3][MMorp] [MHPO 3 ] 3030 2020 0.0350.035 [EMorp][EHPO3][EMorp] [EHPO 3 ] 3030 1010 0.0380.038 [EMorp][EHPO3][EMorp] [EHPO 3 ] 3030 2020 0.0630.063 [BMorp][BHPO3][BMorp] [BHPO 3 ] 3030 1010 0.0510.051 [BMorp][BHPO3][BMorp] [BHPO 3 ] 3030 2020 0.0850.085 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 3030 1010 0.0350.035 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 3030 2020 0.0580.058 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 3030 1010 0.0580.058 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 3030 2020 0.0830.083

실시예 3 Example 3

실시예 1과 같은 방법으로 동일한 장치에 1,3-디메틸이미다졸늄 메틸포스파이트([DMIM][MHPO3]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄 에틸포스파이트([EMIM][EHPO3]), 1-부틸-3-메틸이미다졸늄 부틸포스파이트([BMIM][BHPO3]), 메틸모포리늄 메틸포스파이트([MMorp][MHPO3]), 에틸모포리늄 에틸포스파이트([EMorp][EHPO3]), 1,3-디메틸이미다졸늄 디메틸포스페이트([DMIM][DMPO4]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄 디에틸포스페이트([EMIM][DEPO4]) 등을 이용하여, 10기압 또는 20기압, 30 ℃에서 이산화탄소를 흡수시켜 겉보기 평형값을 측정하고, 압력을 상압으로 낮춰 30 ℃에서 탈기시켰다. 첫번째 이산화탄소의 흡수와 탈기가 종료되면 다시 동일한 조건에서 흡수시키고 탈기시키는 것을 10회 반복하여 초기 이산화탄소 흡수능력과 10회째의 흡수능력을 비교하여 다음 표 2에 나타내었다. 1,3-dimethylimidazonium methylphosphite ([DMIM] [MHPO 3 ]), 1-ethyl-3-methylimidazonium ethylphosphite ([EMIM] [EHPO) in the same apparatus as in Example 1 3 ]), 1-butyl-3-methylimidazonium butyl phosphite ([BMIM] [BHPO 3 ]), methylmorpholinium methyl phosphite ([MMorp] [MHPO 3 ]), ethyl morpholinium ethyl phosphite ( [EMorp] [EHPO 3 ]), 1,3-dimethylimidazonium dimethyl phosphate ([DMIM] [DMPO 4 ]), 1-ethyl-3-methylimidazonium diethylphosphate ([EMIM] [DEPO 4 ] ), The carbon dioxide was absorbed at 10 atm or 20 atm, and 30 ° C to measure the apparent equilibrium value, and the pressure was lowered to normal pressure to degas at 30 ° C. When the absorption and degassing of the first carbon dioxide is completed, the same absorption and degassing are repeated 10 times, and the initial carbon dioxide absorption capacity is compared with the absorption capacity of the 10th time, and is shown in Table 2 below.

[표 2] TABLE 2

인계 이온성 액체 종류Phosphorus-based ionic liquids 흡수압력 (기압) Absorption pressure (atmospheric pressure) CO2 흡수량 (gmole/ ILs gmole)CO 2 uptake (gmole / ILs gmole) 1회 흡수1 time absorption 10회 흡수10 times absorption [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 1010 0.06320.0632 0.06270.0627 [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 2020 0.09870.0987 0.09730.0973 [EMIM][EHPO3][EMIM] [EHPO 3 ] 1010 0.07780.0778 0.07850.0785 [EMIM][EHPO4][EMIM] [EHPO 4 ] 2020 0.12410.1241 0.12200.1220 [BMIM][BHPO3][BMIM] [BHPO 3 ] 1010 0.08610.0861 0.08530.0853 [BMIM][BHPO4][BMIM] [BHPO 4 ] 2020 0.1670.167 0.1670.167 [MMorp][MHPO3][MMorp] [MHPO 3 ] 1010 0.01430.0143 0.01380.0138 [EMorp][EHPO3][EMorp] [EHPO 3 ] 1010 0.03840.0384 0.03920.0392 [BMorp][BHPO3][BMorp] [BHPO 3 ] 1010 0.05130.0513 0.05090.0509 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 1010 0.03500.0350 0.03550.0355 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 2020 0.05820.0582 0.05770.0577 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 1010 0.05800.0580 0.05840.0584 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 2020 0.08330.0833 0.08220.0822

비교예 1 Comparative Example 1

실시예 3과 비숫한 방법으로 디에탄올아민(diethanol amine)을 흡수제로 사용하여 1기압, 30 ℃에서 이산화탄소를 흡수하고 상압, 150 ℃에서 탈기시키는 실험을 2회 반복하였다. 첫 번째 흡수에서 이산화탄소는 용매에 대해 0.1769 gmole/gmole 만큼 흡수되나 2회째는 0.1440 gmol/gmole 만큼 흡수되어 용매의 흡수능력이 약 19% 감소하였다. Using experiment method similar to Example 3, using a diethanol amine (abethanol) as an absorbent was repeated two times to absorb carbon dioxide at 1 atm, 30 ℃ degassing at atmospheric pressure, 150 ℃. In the first absorption, carbon dioxide was absorbed by 0.1769 gmole / gmole in the solvent, but the second time was absorbed by 0.1440 gmol / gmole, which reduced the absorption of the solvent by about 19%.

실시예 4 Example 4

실시예 1과 같은 장치에서 이산화탄소가 공급되는 끝부분에 50 cc 고압실린더를 설치하고, 물을 10 cc 담은 후, 이산화탄소가 고압 셀에 공급되기 전에 여기의 기체부분을 통과하게 설치하였다. 고압 셀에 1,3-부틸메틸이미다졸늄 부틸포스파이트([BMIM][BHPO3])를 10g 충진하고, 실시예 3과 같이 30 ℃, 10기압으로 가압된 이산화탄소를 물이 담긴 용기의 기체층을 통과하게 한 후 이온성 액체 흡수제 [BMIM][BHPO3]에 흡수시키고 상압에서 탈기시켰다. 동일한 흡수, 탈기 과정을 10회 반복하여 첫 번째 흡수단계의 이산화탄소 흡수량과 10번째 흡수단계의 흡수량을 비교하였다. 이 경우 이산화탄소에는 수분이 약 1500 ppm(무게비) 정도 동반하여 공급되었다. 첫 번째 흡수에서는 이산화탄소가 이온성 액체에 대해 0.085 gmole/gmole 흡수되나 10번째 흡수에서는 0.079 gmole/gmole 흡수되어 흡수능력이 7% 정도 감소하였다. In the same device as in Example 1, a 50 cc high-pressure cylinder was installed at the end of supplying carbon dioxide, and after 10 cc of water was added, the carbon dioxide was installed to pass through the gas portion thereof before being supplied to the high-pressure cell. 10 g of 1,3-butylmethylimidazonium butyl phosphite ([BMIM] [BHPO 3 ]) was charged into a high-pressure cell, and the gas of a vessel containing water containing carbon dioxide pressurized at 30 ° C. and 10 atm as in Example 3 After passing through the bed, it was absorbed in an ionic liquid absorbent [BMIM] [BHPO 3 ] and degassed at atmospheric pressure. The same absorption and degassing process was repeated 10 times to compare the absorption of carbon dioxide in the first absorption stage with the absorption in the tenth absorption stage. In this case, carbon dioxide was supplied with moisture about 1500 ppm (weight ratio). In the first absorption, carbon dioxide was absorbed by 0.085 gmole / gmole for the ionic liquid, but in the tenth absorption, 0.079 gmole / gmole was absorbed, resulting in a 7% reduction in absorption capacity.

비교예 2 Comparative Example 2

고압 셀에 1,3-부틸메틸이미다졸늄 테트라플루오로보레이트([BMIM][BF4])를 10g 충진하고, 실시예 4와 같은 방법으로 같은 조건에서 이산화탄소를 물이 담긴 용기를 거치게 한 후 이온성 액체([BMIM][BF4])에 흡수시키고 상압에서 탈기시켰다. 동일한 흡수, 탈기 과정을 10회 반복하여 첫 번째 흡수단계의 이산화탄소 흡수량과 10번째 흡수단계의 흡수량을 비교하면, 첫 번째 흡수에서는 이산화탄소가 이온 성 액체에 대해 0.072 gmole/gmole 흡수되나 10번째 흡수에서는 0.056 gmole/gmole 흡수되어 이산화탄소 흡수능력이 22% 정도 감소하였다. 10 g of 1,3-butylmethylimidazonium tetrafluoroborate ([BMIM] [BF 4 ]) was charged into a high-pressure cell, and carbon dioxide was passed through a container containing water under the same conditions as in Example 4. Absorbed in ionic liquid ([BMIM] [BF 4 ]) and degassed at atmospheric pressure. The same absorption and degassing process was repeated 10 times to compare the absorption of carbon dioxide in the first absorption stage with the absorption in the 10th absorption stage. In the first absorption, carbon dioxide is absorbed by 0.072 gmole / gmole for the ionic liquid, but 0.056 in the 10th absorption. Absorption of gmole / gmole reduced the CO2 absorption capacity by 22%.

실시예 5 Example 5

실시예 1과 같은 방법으로 동일한 장치에서 이산화황을 기체로 투입하여 1,3-디메틸이미다졸늄 메틸포스파이트([DMIM][MHPO3]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄 에틸포스파이트([EMIM][EHPO3]), 1-부틸-3-메틸이미다졸늄 부틸포스파이트 ([BMIM][BHPO3]), 메틸모포리늄 메틸포스파이트([MMorp][MHPO3]), 에틸모포리늄 에틸포스파이트([EMorp][EHPO3]), 1,3-디메틸이미다졸늄 디메틸포스페이트 ([DMIM][DMPO4]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄 디에틸포스페이트([EMIM][DEPO4]) 등의 흡수능력을 비교하였다. 상압 또는 4기압, 40 ℃에서 이산화황을 공급하여 시간 경과에 따른 흡수량 변화와 겉보기 평형값을 측정하여 다음 표 3에 나타내었다. 1,3-dimethylimidazonium methylphosphite ([DMIM] [MHPO 3 ]) and 1-ethyl-3-methylimidazonium ethyl phosphite ([EMIM] [EHPO 3 ]), 1-butyl-3-methylimidazonium butyl phosphite ([BMIM] [BHPO 3 ]), methylmorpholinium methyl phosphite ([MMorp] [MHPO 3 ]), ethyl Morpholinium ethylphosphite ([EMorp] [EHPO 3 ]), 1,3-dimethylimidazonium dimethylphosphate ([DMIM] [DMPO 4 ]), 1-ethyl-3-methylimidazonium diethylphosphate ([ EMIM] [DEPO 4 ]), etc., the absorption capacity was compared. Sulfur dioxide was supplied at atmospheric pressure or 4 atm and 40 ° C. to measure changes in absorption and apparent equilibrium values over time.

[표 3] [Table 3]

인계 이온성 액체 종류Phosphorus-based ionic liquids SO2 압력 (기압)SO 2 pressure (atmospheric pressure) SO2 흡수량 (gmole/ ILs gmole)SO 2 uptake (gmole / ILs gmole) [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.360.36 [DMIM][MHPO3][DMIM] [MHPO 3 ] 44 0.700.70 [EMIM][EHPO3][EMIM] [EHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.440.44 [EMIM][EHPO4][EMIM] [EHPO 4 ] 44 0.820.82 [BMIM][BHPO3][BMIM] [BHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.660.66 [BMIM][BHPO4][BMIM] [BHPO 4 ] 44 1.171.17 [MMorp][MHPO3][MMorp] [MHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.240.24 [EMorp][EHPO3][EMorp] [EHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.300.30 [BMorp][BHPO3][BMorp] [BHPO 3 ] 상압Atmospheric pressure 0.540.54 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 상압Atmospheric pressure 0.230.23 [DMIM][DMPO4][DMIM] [DMPO 4 ] 44 0.640.64 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 상압Atmospheric pressure 0.350.35 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 44 0.760.76

실시예 6 Example 6

실시예 5와 같은 방법으로 동일한 장치에 1-부틸-3-메틸이미다졸늄 부틸포스파이트([BMIM][BHPO3]), 메틸모포리늄 메틸포스파이트([MMorp][MHPO3]), 에틸모포리늄 에틸포스파이트([EMorp][EHPO3]), 1-에틸-3-메틸이미다졸늄 디에틸포스페이트 ([EMIM][DEPO4]) 등을 흡수제로 이용하여, 상압, 40 ℃에서 이산화황을 흡수시킨 후 압력을 상압으로 낮춰 130 ℃에서 탈기시켰다. 동일한 방법으로 이산화황의 탈기가 종료된 이온성 액체에 이산화황을 흡수시키고 탈기시키는 것을 10회 반복하여 초기 이산화황 흡수능력과 10회째의 흡수능력을 비교하여 다음 표 4에 나타내었다. [표 4] 1-Butyl-3-methylimidazonium butyl phosphite ([BMIM] [BHPO 3 ]), methylmorpholinium methyl phosphite ([MMorp] [MHPO 3 ]), ethyl in the same apparatus as in Example 5 Sulfur dioxide at atmospheric pressure and 40 ° C. using morpholinium ethyl phosphite ([EMorp] [EHPO 3 ]) and 1-ethyl-3-methylimidazonium diethyl phosphate ([EMIM] [DEPO 4 ]) as an absorbent. After the absorption was carried out, the pressure was lowered to atmospheric pressure and degassed at 130 ° C. In the same manner, sulfur dioxide was absorbed and degassed in the ionic liquid in which the desulfurization of sulfur dioxide was terminated 10 times, and the initial sulfur dioxide absorption capacity was compared with the absorption capacity of the 10th time. TABLE 4

인계 이온성 액체 종류 Phosphorus-based ionic liquids SO2 흡수량 (gmole/ ILs gmole)SO 2 uptake (gmole / ILs gmole) 1회 흡수1 time absorption 10회 흡수10 times absorption [BMIM][BHPO3][BMIM] [BHPO 3 ] 0.6620.662 0.6230.623 [MMorp][MHPO3][MMorp] [MHPO 3 ] 0.2420.242 0.2100.210 [EMorp][EHPO3][EMorp] [EHPO 3 ] 0.3010.301 0.2750.275 [BMorp][BHPO3][BMorp] [BHPO 3 ] 0.5440.544 0.4990.499 [EMIM][DEPO4][EMIM] [DEPO 4 ] 0.7630.763 0.6920.692

비교예 3 Comparative Example 3

실시예 6과 같은 방법으로 디에탄올아민(diethanol amine)을 흡수제로 사용하여 상압, 40 ℃에서 이산화황을 흡수하고 상압, 150 ℃에서 탈기시키는 실험을 2회 반복하였다. 첫 번째 흡수에서 이산화황은 용매에 대해 0.81 gmole/gmole 만큼 흡수되나 2회째는 0.04 gmol/gmole 보다 적게 흡수되어 2회째의 이산화황 흡수능력은 95% 이상 감소하였다. In the same manner as in Example 6, using a diethanolamine (diethanol amine) as an absorbent was repeated twice to absorb sulfur dioxide at atmospheric pressure, 40 ℃ and degassing at atmospheric pressure, 150 ℃. In the first absorption, sulfur dioxide was absorbed by 0.81 gmole / gmole in the solvent but less than 0.04 gmol / gmole in the second so that the sulfur dioxide absorption capacity was reduced by more than 95%.

도 1은 실시예 1에서 사용된 이온성 액체의 압력에 따른 이산화탄소의 흡수량을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the absorption amount of carbon dioxide according to the pressure of the ionic liquid used in Example 1.

Claims (2)

디알킬이미다졸륨 및 디알킬모폴리늄 중에서 선택된 질소원자(N) 함유 양이온과, 알킬포스파이트 및 디알킬포스페이트 중에서 선택된 인원자(P) 함유 음이온으로 구성된 이온성 액체로서, 이산화탄소(CO2) 또는 이산화황(SO2)을 흡수하는 것을 특징으로 하는 배출가스 정화용 기체 흡수제. Carbon dioxide (CO 2 ) as an ionic liquid composed of a nitrogen atom (N) -containing cation selected from dialkylimidazolium and dialkyl morpholinium, and a p-containing anion selected from alkylphosphite and dialkyl phosphate. Or a gas absorbent for exhaust gas purification, which absorbs sulfur dioxide (SO 2 ). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 디알킬이미다졸륨 또는 디알킬모폴리늄의 알킬기가 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4인 알킬기이고, 상기 알킬포스파이트와 디알킬포스페이트의 알킬기가 탄소수 1 내지 4인 알킬기인 것을 특징으로 하는 기체 흡수제. The gas absorbent, wherein the alkyl group of the dialkyl imidazolium or dialkyl morpholinium is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the alkyl group of the alkyl phosphite and dialkyl phosphate is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101107203B1 (en) * 2010-08-19 2012-01-25 한국과학기술연구원 Sulfur dioxide absorbent containing ionic liquid
CN110177611A (en) * 2016-12-05 2019-08-27 尤米科尔公司 Arsenic removal is gone from flue gas
CN111892499A (en) * 2020-07-27 2020-11-06 北京中富瑞科环保科技有限公司 Ionic liquid and application thereof in sulfur dioxide absorption

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