K2CO3를 담지시킨 고체 허니컴 이산화탄소 흡수제의 제조 및 이의 특성 평가

(1)

이동철⋅김진배⋅유윤종*^,†

호서대학교 화학공학과, *한국에너지기술연구원 에너지융합소재연구단 (2012년 9월 24일 접수, 2012년 10월 15일 심사, 2012년 11월 13일 채택)

Preparation of Honeycomb Carbon Dioxide Adsorbent Impregnated K₂CO₃ and Its Characterization

Dong-Chul Lee, Jin-Bae Kim, and Yoon-Jong You*^,†

Department of Chemical Engineering, Hoseo University, Asan, Chungnam 336-795, Korea

*Korea Institute of Energy Research, Yuseong, Daejeon 305-343, Korea

(Received September 24, 2012; Revised October 15, 2012; Accepted November 13, 2012)

온실가스의 주요성분인 이산화탄소를 포집 및 회수하기 위해 세라믹 종이로 만든 허니컴에 K2CO₃를 담지 시켜 이산 화탄소 흡수특성을 알아보았다. 70 ℃, 66% RH 항온항습 조건에서 K2CO₃를 담지 시킨 허니컴 흡수제의 이산화탄소 흡수량은 13.8 wt%를 나타내었다. 이러한 결과는 K2CO₃담지율 17.6 wt%와 거의 동일한 수준으로서 허니컴 흡수제에 담지된 K2CO₃의 흡수 반응이 원활하게 진행되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 허니컴 흡수제를 충진한 반응기에 4.51%

이산화탄소와 수분 동시공급 또는 수분 선 공급 후 이산화탄소를 공급하여 50∼80 ℃ 범위에서 이산화탄소 흡수 후 파과특성을 분석하였다. 그 결과 수분을 먼저 공급한 후 건조된 이산화탄소를 공급했을 때 더욱 늦게 파괴되어 흡수 반응이 좋아짐을 알 수 있었다. 흡수제와 이산화탄소의 흡수 반응에서의 생성물인 KHCO3는 128 ℃에서 이산화탄소를 탈착하여 재생된다는 것을 Temperature Programmed Desorption (TPD)분석 결과를 통해 확인할 수 있었다.

To capture and recover carbon dioxide (CO₂), we impregnated honeycomb made of ceramic paper with K₂CO₃ and its absorption characteristics of CO₂ were investigated. The absorption amount of CO₂ on the honeycomb absorbent impregnated with K₂CO₃ was 13.8 wt% at a constant temperature (70 ℃) and relative humidity (66%) condition. Because the absorption amount of CO₂ achieved almost the same loading ratio of K₂CO₃ (17.6 wt%), the absorption reaction of CO₂ by K₂CO₃ on the honeycomb absorbent seems to be going smoothly. In addition, CO₂ absorption breakthrough characteristics of the honeycomb absorbent were analyzed at the temperature range of 50∼80 ℃, and the water vapor was fed to an absorption column before the feeding of CO₂ or simultaneously with CO₂. As a result, the absorption capacity of CO₂ was more enhanced using the water vapor supplying before CO₂ than that of simultaneous supplying. It was confirmed by temperature programmed desorption analysis that the KHCO₃ produced by the absorption reaction of K₂CO₃ and CO₂ is regenerated by the desorption of CO₂ at a temperature of about 128 ℃.

Keywords: CO2 absorption, potassium carbonate, honeycomb, carbon dioxide, ceramic sheet

1. 서 론

1)

화석연료의 연소 생성물인 이산화탄소는 지구온난화의 원인이 되는 대표적인 성분으로 알려져 있으며, 이에 따라 국제적으로 이산화탄소 감축을 위한 노력이 증가하고 있다. 2005년 교토의정서에 규정된 온실 가스 의무감축 대상국에 우리나라는 포함되어 있지 않지만 2007년 발리로드맵 채택으로 우리나라도 온실가스 배출 감축의무를 할당받을

† Corresponding Author: Korea Institute of Energy Research Reaction and Seperation Research Center

71-2 Jang-dong, Yousung-gu, Daejeon 305-343, Korea Tel: +82-42-860-3118 e-mail: [email protected]

pISSN: 1225-0112 @ 2012 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry.

가능성이 높아졌다[1-2]. 2012년 기후변화행동연구소 보고에 따르면 최근 우리나라(136%)는 중국(256%), 인도(179%)에 이어 세계에서 세 번째로 온실가스 배출량 증가가 빠르며 총 배출량도 2008년에는 세계 9위에서 2010년에는 7위로 올라섰다. 이제 세계적으로 우리나라는 온 실가스의 주요 배출국으로 주목 받게 됨에 따라 이에 대한 대비가 필 요한 상황이다.

연소 배가스 내에 포함된 4∼16%의 이산화탄소를 회수하는 방법으 로는 흡수법, 흡착법, 저온냉각법, 막분리법 등이 알려져 있다. 그 중 에서 미립의 고체 흡수제를 사용하는 유동층 건식 흡수법은 흡수제와 반응가스의 접촉이 좋으며, 40∼80 ℃의 낮은 온도에서도 뛰어난 흡수 반응성을 나타낼 뿐만 아니라 부가적인 반응 생성물이 없기 때문에 주목받고 있는 이산화탄소 회수 기술 중 하나이다[3]. 또한, 과학기술부 보도자료에 의하면 이산화탄소 회수 저장기술의 문제점인 처리비용

(2)

Figure 1. A schematic diagram of preparation of absorbents by impregnation method.

도 습식 포집공정($60∼80/t CO2)에 비해 약 1/3 수준의 저렴한 비용 ($20/t CO₂)으로 회수할 수 있다. 하지만 고압송풍의 필요성과 미립자 에 의한 압력강하, 고체 흡수제의 마찰에 의한 분말화로 인한 일정주 기의 흡수제 보충 및 처리가스의 분진제거 필요성 등 단점이 있다. 따 라서 이러한 단점을 보완할 수 있는 보다 효과적인 이산화탄소 흡수 공정의 필요성이 대두되고 있다.

이산화탄소 흡수를 위한 흡수제로는 Li, Na, K 등 알칼리 금속과 Ba, Mg, Ca 알칼리 토금속을 사용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 흡수제들 중에서 Ca, Ba, Li, Mg 등은 이산화탄소 흡수 활성화 온도 가 300 ℃ 이상의 고온에서 반응성을 가지는 반면 K, Na은 40∼80 ℃ 의 낮은 온도에서도 이산화탄소 흡수반응이 진행된다.

K₂CO₃건식흡수제는 carbonation 조건에서 이산화탄소와 물이 반응 하여 주 생산 물질인 중탄산 알칼리(KHCO3)와 부반응물질(K2CO₃⋅ H₂O, K₂CO₃⋅KHCO3⋅2H2O와 K2CO₃⋅3KHCO3)을 생성한다. 주 생산 물질인 KHCO3는 120∼150 ℃의 낮은 온도에서 재생반응이 진행되 므로 200 ℃ 이하로 배출되는 배기가스를 재생공정에 그대로 사용할 수 있어 유리하다[4-7]. 이와 같은 K2CO3에 대한 이산화탄소 흡수⋅

재생 반응과 부반응 물질 생성은 다음과 같다.

K2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g) ↔ 2KHCO3 (s) (1) (△H°r = -141.2 kJ/mol K₂CO₃)

K₂CO₃(s) + H₂O (g) ↔ K2CO₃⋅H2O (s) (2)

K₂CO₃(s) + 1/3CO₂(g) + 2/3H₂O (g) ↔

2/3K2CO3 (g)⋅KHCO3⋅2H2O(s) (3)

K2CO3 (s) + 3/5CO2 (g) + 3/5H2O (g) ↔

2/5K2CO3⋅3KHCO3 (s) (4) 다음 반응은 calcination 조건에서 가역반응이며 흡수반응의 경우 상당한 발열반응이다. 반응 (1)이 가장 이상적인 반응이며, (2)반응을 제외한 모든 반응들은 CO2를 흡수 제거한다. 반응 (3), (4)의 경우 K₂CO₃ 1 mol당 이산화탄소 제거가 각각 1/3 mol과 3/5 mol로 이산화 탄소 제거효율이 떨어진다[8,9].

본 연구에서는 이산화탄소 흡수 제거를 위한 공정 효율을 증가시키기 위하여 고온에서 사용가능한 두께 약 200 µm의 세라믹 종이로 이루 어진 허니컴 지지체에 이산화탄소 흡수 물질을 담지 시킨 고체 이산화 탄소 흡수제를 이용하여 이산화탄소의 흡수 제거 및 재생 특성을 분석 하였다.

2. 실 험

2.1. 세라믹 종이 및 허니컴 제조

세라믹 종이의 주성분인 세라믹 섬유는 스피닝 공법으로 제조된 벌크형 세라크울(1300K-bulk, KCC)을 사용하고, 기타 첨가물인 유⋅

무기 바인더 등을 첨가하여 혼합조에서 약 2 h 동안 고속교반을 통해 강제 분산시켜 고형물 약 1%의 슬러리를 만들었다. 그 후 응집제를 넣어 첨가물들을 적당한 크기로 응집시킨 뒤 초지 장치에 슬러리를 공급하여 탈수, 압축, 건조 단계를 거쳐 두께 약 200 µm, 평량 약 180 g/m²인 세라믹 종이를 제조하였다. 제조된 세라믹종이를 사용하여 한쪽은 파도 모양으로 성형된 롤을 통과시키고 그 후 평판형 세라믹 종이를 접착해 골판지 모양으로 편파성형체를 제조하였으며, 이를 원

통형으로 감아 지름 60 mm, 높이 400 mm인 허니컴을 만들었다. 그리 고 15% 실리카졸(SOL-30E, 에스켐텍)용액에 담지 한 후 550 ℃에서 열처리하여 허니컴 내에 포함되어 있는 유기물들을 burnt-out 시켰다.

2.2. NaX Zeolite 및 K2CO3 담지

허니컴 이산화탄소 흡수제 제조 공정을 Figure 1에 나타내었다. 열 처리한 허니컴에 NaX 제올라이트를 코팅하기 위해 고형분 10%인 실 리카졸에 NaX 제올라이트 분말(UOP, 입자 크기 2∼3 µm, Si/Al ratio

= 1.163)을 30 wt% 첨가하여 분산시킨 후 허니컴을 담지하여 10 min 동안 유지시켰다. 그 후 자연탈수 및 105 ℃에서 48 h 건조하였다.

건조된 허니컴을 K2CO3 (Junsei, 99.5%) 28 wt% 용액에 담지 하여 10 min 동안 유지시킨 후 꺼내어 상온에서 탈수 한 후 105 ℃에서 48 h 건조하였고 400 ℃에서 2 h, 550 ℃에서 3 h 동안 소성하여 허니컴 이산화탄소 흡수제를 제조하여 K2CO3가 허니컴 흡수제에 17.6 wt%

담지 되었다.

2.3. 허니컴 이산화탄소 흡수제의 평형흡수량 및 파과특성 분석 K2CO3분말원료 및 K2CO3를 담지 시킨 허니컴 흡수제 표준시료에 대한 이산화탄소 흡수특성을 분석하기 위하여 vapor sorption analyzer (Q5000-SA, TA Instrument)를 이용하였다. 이 장치는 반응기 내부 온도 5∼85 ℃, 상대습도(RH, relatice humidity) 0∼98% 범위에서 원하는 온⋅습도를 조절하여 유지시키면서 반응기내 시료의 질량 증가를 0.01 µg까지 정밀하게 측정할 수 있다.

K2CO3분말원료, K2CO3를 담지 시킨허니컴 흡수제와 NaX 제올라 이트 분말원료를 110 ℃로 유지되는 건조기에 1 h 이상 건조시킨 후 반응기에 넣고 반응기 내부 온도 70 ℃, 상대습도 65∼66% RH 범위 로 유지시킨 후 12% 이산화탄소(N2 balance)를 주입하였다.

Figure 2는 K2CO3를 담지시킨 허니컴 흡수제의 이산화탄소 흡수 파 과특성을 분석하기 위한 장치의 개략도이다. 반응관 내부 밑 부분에 허니컴 흡수제로 공급되는 가스가 실험온도로 승온된 후 수증기 포화

(3)

Figure 2. Schematic diagram for CO₂ absorption test apparatus.

Table 1. Honeycomb CO₂ Absorption Experimental Condition

Furnace temperature Experimental condition Honeycomb internal temperature Flow rate Mixture gas

50 ℃

CO2 (■) 58∼63 ℃

0.5 L/min 4.51% CO2 / N2 balance CO2 + H2O (●) 57∼65 ℃

H2O → CO2 (▲) 64∼74 ℃ 55 ℃

CO2 (■) 64∼71 ℃

H2O → CO2 (▲) 68∼77 ℃ 60 ℃

CO2 (■) 71∼81 ℃

H2O → CO2 (▲) 74∼83 ℃

Figure 3. Carbon dioxide equilibrium absorption of honeycomb absorbent impregnated with K₂CO₃.

상태로 허니컴 흡수제에 공급될 수 있도록 유리관 및 기포 발생 장치 를 설치하였으며, 온도 및 유량을 미세 조정할 수 있도록 하였다. 반 응관의 크기는 내경 60 mm, 높이 400 mm이며 원통형 전기로를 수직 으로 설치하여 온도를 조절할 수 있도록 하였다. 반응관 내부 허니컴 흡수제의 상, 중, 하 부분과 입구 예열층(유리구슬) 및 출구 층까지 5개 지점의 온도를 실시간으로 확인할 수 있도록 열전대를 설치하였다.

분석방법은 직경 60 mm 높이 390 mm의 허니컴 흡수제를 반응관에 넣고 K2CO₃ 허니컴 이산화탄소 흡수제의 활성화 온도인 60∼80 ℃ 범위로 유지시켜 흡수제를 활성화시켰다. 실험에 대한 조건을 Table 1 에 나타냈었다. 반응 매체로서 가스 공급 온도에서의 수분포화공기 및 이산화탄소를 0.5 L/min으로 반응기에 공급하여 입⋅출구의 이산화 탄소 농도를 실시간으로 기록해 파과특성을 분석하였다. 기초실험에 서의 12% 이산화탄소(N2 balance)를 사용하였으나 반응관 부피와 유속 으로 인해 흡수제와의 원활한 흡수반응이 일어나지 않아 파과속도가 빠르게 진행되어 측정할 수 없어 낮은 농도의 이산화탄소를 가지고 실험을 하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. K2CO3 및 허니컴 흡수제의 CO2 평형흡수량

Figure 3은 70 ℃, 65% RH 항온 상습 조건에서 12% 이산화탄소(N2

balance)를 공급하면서 K2CO3를 담지 시킨허니컴 흡수제에 대한 이 산화탄소 평형 흡수량을 측정한 결과이다. 그림에서 알 수 있듯이

K2CO3가 담지된 허니컴 흡수제의 이산화탄소 평형 흡수량은 113.8%, 질량 증가를 나타냈다. K2CO3를 담지 시켜 만든 허니컴 흡수제의 CO2

평형 흡수량은 13.8%에 해당된다. 이러한 결과는 허니컴 흡수제에 담 지된 K2CO₃의 량이 17.6%이므로 담지율과 평형 흡수량의 비교에서 거의 동일한 값을 보이고 있다. 따라서 허니컴 흡수제에 담지된 K₂CO₃의 CO2흡수 반응이 원활하게 잘 진행되었음을 판단할 수 있다.

3.2. K2CO3를 담지 시킨 허니컴 흡수제의 동적 이산화탄소 흡수특성 허니컴 흡수제의 이산화탄소 파과특성은 실질적인 공정 적용을 위 한 중요한 설계인자이다. Figure 4는 반응로 온도를 55 ℃로 승온 후 4.51% 이산화탄소(N2 balance)를 공급하여 얻어진 파과곡선을 나타내 었다. 이 실험은 3가지 조건에서 측정하였는데 즉, 반응 매체인 수분 없이 이산화탄소 공급(■), 55 ℃ 수증기포화 이산화탄소 공급(●), 55 ℃ 수증기포화 질소 공급 후 이산화탄소를 흘려보냈을 경우(▲)의 반응기 출구에서의 이산화탄소 파과특성을 분석하였다.

그림에서 알 수 있듯이 수분 없이 이산화탄소를 보냈을 경우(■)에 는 흡수 반응이 전혀 일어나지 않고 온도의 변화도 없으며 이산화탄 소의 파과 속도가 빠르게 진행되었다. 그러나 이산화탄소를 공급할 때 55 ℃를 유지하는 bubbler를 통과시켜서 수증기포화 상태의 이산 화탄소를 허니컴 흡수제에 공급했을 경우(●)에는 온도 증가에 따른 이산화탄소의 흡수반응이 진행되어 건조한 이산화탄소를 공급했을 경우보다 파과속도가 10 min 이후로 나타남을 볼 수 있다. 또한 출구 최고도달 농도가 입구농도에 비하여 낮은 것은 수증기 포화 상태의

(4)

Figure 4. Carbon dioxide absorption breakthrough curves of honeycomb absorbent impregnated with K₂CO₃.

Figure 5. Influence of temperature on the carbon dioxide breakthrough curves of honeycomb absorbent.

이산화탄소와 K2CO3 흡수제의 발열반응에 의한 온도증가로 활성화 온도 이상 상승되어 CO2가 완전히 제거되는 시간이 단축되며, 일부분 의 흡수 반응이 느리게 진행되고 있기 때문으로 판단된다. 55 ℃의 bubbler를 통과시킨 수증기 포화상태의 질소를 허니컴 흡수제에 1 h 동안 보내어 허니컴 흡수제를 증기포화 상태로 유지시킨 후 건조한 이산화탄소를 공급하면(▲) 앞의 두 경우보다 파과속도가 더욱 늦게 나타나 흡수반응이 잘 진행되었음을 알 수 있다. 이는 60∼80 ℃에서 는 KHCO3가 생성되나, 80 ℃ 이상 온도가 증가할 경우 부반응물질인 KHCO3⋅3KHCO3 (Wegscheider’s salt)가 생성되기 때문이다[9-11].

이러한 결과를 통해서 이산화탄소 흡수반응에 기여하는 수분이 허니 컴 흡수제에 균일하게 충분히 공급된 후 이산화탄소를 보내는 것이 흡수반응에 가장 유리함을 알 수 있었다.

이들 흡착파과곡선을 사용하여 각각의 반응조건에서 허니컴 이산 화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수 능력을 다음 식 (5)에 의하여 구할 수 있었다.

_흡수능_흡수제 _^^^

_ _ ××

(5)

여기서 C0는 흡수반응 없이 파과된(■) CO2 농도(ppm), Ci는 배출 CO2평균 농도(ppm), n은 원료가스의 흐름속도(L/min), Mw는 분자량 (g/mol), W는 흡착제의 질량(g), ts는 파괴되기까지의 시간(min)을 의 미한다. 또한 흡수 반응기 입구 및 출구의 압력변화는 거의 없기 때문 에 무시하였다. 또한 파과 곡선에서 파괴되기까지의 시간을 5∼25 min (20 min)을 기준으로 계산하였으며, 0∼5 min까지 반응기체가 가 스 분석기로 흘러가는 시간이기 때문에 제외하였다.

식 (5)을 토대로 CO2흡수능은 파과시간 동안 각각 11.1 mg CO2/g K₂CO₃(●), 17.1 mg CO2/g K₂CO₃(▲)로 수증기포화질소 공급 후 이 산화탄소를 공급하였을 때 흡수능이 약 54% 증가하는 것으로 나타났 다. 따라서 공정적용에서 흡수제의 이산화탄소 흡수능을 증가시키기 위해서는 흡수제 자체의 흡수능을 증가시키는 것도 중요하지만 공정 에서의 반응조건을 변화시켜 최적 반응조건을 구하는 것 또한 매우 중요함을 알 수 있었다.

Figure 5는 각각의 실험 온도에서 허니컴 흡수제에 수분을 포화상 태로 유지시킨 후 건조한 이산화탄소를 공급 했을 때 온도변화에 따 른 허니컴 흡수제의 이산화탄소 파과특성을 나타낸 것이다. 그림에서

볼 수 있듯이 반응로 온도를 50, 55, 60 ℃ 수분 포화공기를 공급했을 때 허니컴 흡수제의 내부온도(T3)는 각각 71, 75, 82 ℃로 상승하였으며, 그 후 4.51% 이산화탄소(N2 balance)를 0.5 L/min으로 공급하였다. 이 때 각각의 온도에서 흡수능은 14.6 mg CO2/g K₂CO₃(●), 17.1 mg CO₂/K₂CO₃(△) 및 9.3 mg CO2/g K₂CO₃(▼)로서 반응기 온도 55 ℃ 일 때 가장 우수한 흡수특성을 보여주고 있다. 즉 반응로 온도 50 ℃ 일 경우에는 초기 파과속도가 빠르고 출구에서의 최대도달 농도가 입 구에 비해 1% 낮은 농도에서 매우 느리게 상승함을 볼 수 있다. 그 이유는 활성화 온도가 부족하여 허니컴 흡수제의 초기 반응 후 내부 반응이 느리게 진행되기 때문으로 판단된다. 반면에 반응로 온도 55 ℃일 때에는 초기 파과속도가 50 ℃, 60 ℃보다 늦게 나타나고 파 과시작 후 최대 파과 도달까지의 시간이 짧게 나타나서 이산화탄소의 연속적인 흡수제거 공정에서 매우 유리할 것으로 판단된다. 한편 반 응기 온도를 60 ℃로 증가시켰을 때(▼) 파과속도는 급격히 빨라져 흡 수능이 매우 낮게 나타나고 있다. 이는 KHCO3와 함께 부반응물질인 K₂CO₃⋅3KHCO3 형성되어 흡수효율이 저하된다. 본 실험 결과 반응 기 온도 60 ℃에서는 허니컴 내부 온도가 82 ℃로 상승하여 부반응의 영향으로 파과속도가 빨라지고 흡수능이 저하되었다고 판단된다.

3.3. 허니컴 흡수제의 이산화탄소 탈착특성

허니컴 흡수제의 이산화탄소 탈착특성을 관찰하기 위하여 TPD (Micromeritics, Auto Chem II 2920)를 사용하여 He을 50.22 mL/min 로 흘려보내면서 5 ℃/min의 승온 속도로 220 ℃까지 온도를 선형적 으로 증가시켰을 때 탈착되는 기체의 양을 TCD (Thermal Conductivity Detecter)로 검출하였다.

본 실험 전 K2CO₃가 담지된 허니컴 흡수제를 분말형태로 만든 후 항온항습 반응기에서 70 ℃, 65 RH%로 60 min 동안 유지 후 반응기 내에서 이산화탄소 흡수 반응을 충분히 진행시켰다.

Figure 6은 K2CO3, KHCO3 분말원료와 허니컴 흡수제를 비교한 그림이다. 초기 허니컴 흡수제의 80.4 ℃의 피크는 이산화탄소 흡수 반응이 부족하여 생성된 피크로 판단된다. 99.2 ℃의 저온부에서의 피크는 전처리 과정에서 제올라이트에 흡착되있던 수분증발에 의한 것으로 판단되며 KHCO3원료분말은 169.8 ℃에서 탈착이 활발히 일 어난다. 그러나 허니컴 흡수제는 128 ℃에서 KHCO3가 K2CO₃로 전환

(5)

Figure 6. TPD profile of the honeycomb absorbent after CO₂ absorption.

Figure 7. X-ray diffraction patterns of (a) fresh honeycomb absorbent impregnated with K₂CO₃ and (b) that of after CO₂ absorption. (● : KHCO3).

되는 반응을 통해서 이산화탄소의 탈착에 의한 피크로 볼 수 있 다 [12]. 이러한 분석결과를 통해서 허니컴 흡수제의 탈착 반응 온도는 약 130 ℃에서 충분히 이루어질 수 있을 것으로 판단되며, K2CO₃의 재생을 통한 연속공정의 활용이 가능함을 예측할 수 있다.

또한 허니컴 흡수제의 이산화탄소 흡수 반응을 확인하기 위하여 이 산화탄소 흡수 전후 허니컴 흡수제에 대한 XRD를 분석하였으며 그 결과를 Figure 7에 나타내었다. 100 mA, 40 kV 출력으로 2θ 범위 20∼50°, 주사속도 0.02°/min을 사용하였다. 그림에서 볼 수 있는 바 와 같이 허니컴 흡수제의 이산화탄소 반응 생성물인 KHCO3피크는 24°, 30.5°, 32°, 34.5°에서 관찰되었다. 그 외에 반응 전후의 패턴이 동일하게 나타나고 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 배가스 내 이산화탄소를 효율적으로 흡수 제거하기 위한 소재로서 500 ℃ 이상에서 견딜 수 있는 세라믹 종이를 사용한 허니컴 성형체에 K2CO3를 담지 시키고 이러한 허니컴 흡수제의 기초 적인 물성을 평가하였으며 온⋅습도 변화에 따른 이산화탄소 흡수량

과 재생특성을 관찰하였다.

허니컴 흡수제의 K2CO3담지율은 허니컴 중량의 17.6%였고, 허니컴 흡수제의 CO2흡수 반응 실험을 통해서 13.8% 흡수하여 담지된 양과 마찬가지로 원활하게 진행됨을 확인하였으며, 흡수반응 전후 및 사이 클 반응 후에도 견고한 물리적 특성을 보여주었다. 또한 허니컴 흡수 제에 대한 이산화탄소 반응특성 실험결과로서 반응로 온도 55 ℃에서 가장 우수한 결과를 얻었으며, 수분을 먼저 허니컴 흡수제에 공급하 여 반응온도 조건에서 포화수분 상태로 만든 후 이산화탄소를 공급했 을 때 반응특성이 가장 좋게 나타났다. 또한 반응로 온도 60 ℃ 이상 에서는 부반응 물질인 K2CO₃⋅3KHCO3가 생성되어 이산화탄소 흡수 능력이 급격히 저하되었고 따라서 이산화탄소의 파과가 매우 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 이산화탄소 공급 반응 후 탈기 반응은 130 ℃ 에서 급격히 진행되어 완료됨을 TPD분석을 통해 확인 하였다. 따라 서 상기한 조건에서 허니컴 흡수제를 사용한 이산화탄소 흡수제거 연 속공정은 배기가스 중 이산화탄소를 제거할 때 공기의 흐름에 따른 공정의 압력강하가 발생하지 않으며, 공정 단순화를 통해 운전비용이 절감된 안정적인 이산화탄소 흡수 및 분리 공정을 실현 할 수 있 을 것으로 판단된다.

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