해수를 이용한 Ca 분리 및 고순도 탄산칼슘 생성

유윤성,조호용,강동우,이민구,최경재,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

2015년 체결된 파리협정을 포함하여 이산화탄소 저감을 위한 움직임이 더욱 활발해 지고 있는 실정이다. 6대 온실가스 중 하나인 이산화탄소는 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있으며, 현재 대한 민국은 2030년 BAU 대비 37% 저감을 목표치로 설정하였기 때문에 효율적인 이산화탄소 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 담수화산업으로부터 나온 폐해수의 재활용 가능성을 알아보기 위하여 산업적으로 생성된 해수 샘플을 이용한 무기탄산화를 진행하였다. 해수는 일반적으로 Ca2+, Mg2+, Na+ 등을 포함해 다양한 금속이온을 가지고 있다고 알려져 있으며 사실상 무한한 자원으로 간주되기 때문에 이를 이용할 수 있다면 일석이조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 보이기 때문에 연구를 진행하였다. 생선된 탄산칼슘의 순도를 높이기 위해 탄산화를 진행하기 이전에 NaOH를 첨가하여 Mg 이온을 Mg(OH)2의 형태로 분리하였다. 남아있는 상등액은 탄산염 형태로 침전될 수 있는 이온 중 Ca 만을 가지고 있기 때문에 CO2가 포화된 MEA를 통하여 CO32- 이온을 공급하여 고순도 CaCO3를 얻고자 하였다. 실제로 전환되는 CO2의 양을 산정하기 위하여 MEA의 CO2 로딩 분석을 진행하였으며 x-ray diffraction (XRD)와 thermogravimetric analysis (TGA) 분석을 통해 생성물의 구성 성분 및 순도를 알아보았다.

비산재를 이용한 직접수성탄산화 및 NaOH 첨가제의 영향에 대한 연구

유윤성,조호용,이민구,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 젊은 연구자 학술연구발표회 Vol.14 No.0

무기성 폐기물 처리 및 이산화탄소 자원화를 위한 암모니아성 흡수제 및 첨가제 혼합용액의 반응속도연구

유윤성,강동우,이민구,박진원 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.05

폐시멘트, 폐콘크리트, 제강 슬래그, 폐수 등을 포함하여 다양한 폐기물들이 여러 산업으로부터 배출되고 있다. 그런데 이러한 폐기물들은 Mg2+ 이온, Ca2+ 이온을 다량 포함하고 있다고 알려져 있다. 폐기물 처리 시 이러한 금속 이온을 활용한다면 MgCO3, CaCO3 등 다른 유용한 물질로 전환시킬 수 있다. 이를 위해 지구온난화를 일으키는 주요 원인으로 알려진 이산화탄소를 사용할 수 있고, 이는 이산화탄소 저감 및 폐기물 처리를 동시에 해결할 수 있을 것으로 보인다. 본 연구에서는 CO2의 용이한 전달을 돕기 위한 습식 흡수제에 대해 제안하고 Henry constant, Diffusivity, 총괄반응속도상수(kov)를 측정하였다. 흡수제는 7 wt% 암모니아, 3 wt% ʟ-Arginine, 1 wt% 부식방지제(Imidazole과 1,2,3-Benzotriazole)를 물에 녹여 제조하였다. 암모니아는 기존에 습식흡수제로 사용되던 MEA보다 저렴한 가격을 가지고 있으며 CO2 흡수 능력 또한 우수하다고 알려져 있다. 최근 아미노산은 우수한 CO2 흡수능력과 친환경적인 특성으로 많은 연구가 진행되고 있으며 두 종류의 부식방지제는 암모니아에 의해 발생할 수 있는 플랜트 장비의 부식을 방지하기 위해 첨가되었다. 303.15 K에서 333.15 K의 온도에서 실험이 진행되었으며 실험 결과와 CO2/N2O analogy를 이용해 각 값을 계산하였다.

Review of contemporary research on inorganic CO2 utilization via CO2 conversion into metal carbonate-based materials

유윤성,김인준,이동욱,최원용,Jeonghoon Choi,장규민,박진원,강동우 한국공업화학회 2022 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.116 No.-

With the exception of some regions, underground CO2 storage is not recommended, and hence, new technologieshave been proposed. These technologies are commonly referred to as carbon capture and utilization(CCU) technologies and can be categorized as organic and inorganic CCU. Considering the highstability of CO2, organic CCU requires highly efficient catalysts to enable commercialization and industrialization,necessitating costly and time-consuming development. In contrast to organic CCU, inorganicCCU enables the safe disposal of CO2 as an insoluble carbonate mineral by reacting it with metals suchas calcium and magnesium. Such inorganic-based CCU technologies can sequester CO2 on a large scalewithout the need for additional energy consumption or a catalyst. Various indices should be consideredwhen utilizing metal carbonates, including the CO2 absorbent types, metal cation sources, and the morphologyof the final product. Results from the inorganic CO2 capture, utilization of captured CO2, andadvanced mineral carbonation are collected and critically discussed. In addition, advanced potentialapplications for inorganic CO2 utilization, namely seawater-based CO2 applications, are considered. Inthis review article, readers will find broad information on the topic, which could be helpful for toearly-stage researchers. In addition, based on the chemical reactions provided, it would be beneficialfor researchers in the industry to design reactors or plants implementing CCU.

무기성 폐기물 처리와 이산화탄소 자원화 동시 달성을 위한 암모니아성 흡수제 및 첨가제 혼합용액의 용해도 연구

유윤성,이민구,강동우,박진원 한국폐기물자원순환학회 2017 젊은 연구자 학술연구발표회 Vol.15 No.0

아미노산염 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집 및 재이용에 관한 연구

유윤성,조호용,강동우,이민구,이상엽,홍범의,최창식,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회지 Vol.33 No.1

This research deals with carbon dioxide utilization using amino acid salt solution. Energy-efficient CCU (carbon captureand utilization) technology in which no thermal desorption step is required was suggested. Waste concrete was considerdas Ca2+ source. (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was used. After solution is saturated with carbon dioxide,25wt% 100 ml of calcium chloride solution to replace Ca2+ from waste concrete in experiment was added. And then,precipitated calcium carbonate (PCC) was formed. As a result of absorption experiments of (1.5 M potassium glycinate+ 0.15 M piperazine), CO2 loading value for the first absorption and reabsorption step was 0.7354 and 0.2848 mol CO2/mol absorbent, respectively. Also, the yield of PCC formation of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was43.63%. Based on these data, the amount of CO2 reduction was calculated. Calcium carbonate can be classified into calcite,vaterite, and aragonite according to their crystal structures and morphology. XRD and SEM analysis were performed andthe result showed that the morphology of produced PCC salt was vaterite.

무기성 폐기물 처리 및 이산화탄소 자원화를 위한 암모니아성 흡수제 및 첨가제 혼합용액의 반응속도연구

유윤성 ( Yunsung Yoo ),강동우 ( Dongwoo Kang ),이민구 ( Min-gu Lee ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

폐시멘트, 폐콘크리트, 제강 슬래그, 폐수 등을 포함하여 다양한 폐기물들이 여러 산업으로부터 배출되고 있다. 그런데 이러한 폐기물들은 Mg²⁺ 이온, Ca²⁺ 이온을 다량 포함하고 있다고 알려져 있다. 폐기물 처리 시 이러한 금속 이온을 활용한다면 MgCO₃, CaCO₃ 등 다른 유용한 물질로 전환시킬 수 있다. 이를 위해 지구온난화를 일으키는 주요 원인으로 알려진 이산화탄소를 사용할 수 있고, 이는 이산화탄소 저감 및 폐기물 처리를 동시에 해결할 수 있을 것으로 보인다. 본 연구에서는 CO₂의 용이한 전달을 돕기 위한 습식 흡수제에 대해 제안하고 Henry constant, Diffusivity, 총괄반응속도상수(kov)를 측정하였다. 흡수제는 7 wt% 암모니아, 3 wt% L-Arginine, 1 wt% 부식방지제(Imidazole과 1,2,3-Benzotriazole)를 물에 녹여 제조하였다. 암모니아는 기존에 습식흡수제로 사용되던 MEA보다 저렴한 가격을 가지고 있으며 CO₂ 흡수 능력 또한 우수하다고 알려져 있다. 최근 아미노산은 우수한 CO₂ 흡수능력과 친환경적인 특성으로 많은 연구가 진행되고 있으며 두 종류의 부식방지제는 암모니아에 의해 발생할 수 있는 플랜트 장비의 부식을 방지하기 위해 첨가되었다. 303.15 K에서 333.15 K의 온도에서 실험이 진행되었으며 실험 결과와 CO₂/N₂O analogy를 이용해 각 값을 계산하였다.

해수기반 산업폐수로부터 분리된 칼슘 이온을 활용한 아민기반 CaCO₃ 성상제어기술

유윤성 ( Yunsung Yoo ),강동우 ( Dongwoo Kang ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

지구온난화를 유발하는 온실가스 중 가장 기여도가 높은 이산화탄소의 처리는 환경문제에 있어 필수적으로 해결되어야할 문제 중 하나이다. 이산화탄소의 처리를 위하여 다양한 기술에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔는데 본 연구에서는 최근 각광받고 있는 이산화탄소 포집 및 재이용기술(CCU, Carbon Capture and Utilization) 중 광물탄산화 기술에 대해 다루었다. 광물탄산화 기술이란 이산화탄소를 금속탄산염의 형태로 전환하여 영구적 저장 및 재이용하는 것을 목적으로 하는 기술이다. 광물탄산화 기술은 금속 이온 공급원의 확보가 중요한데 본 연구에서는 다량의 금속이온을 포함하고 있는 정제소금 생산공정 산업폐수를 공급원으로 활용하였다. 또한, 최종적으로 생성된 금속탄산염의 실질적 재이용을 위해서 생성물의 고순도화 및 단일성상화가 필수적이다. 이에 본 연구에서는 우선적으로 pH swing method를 활용하여 산업폐수 내 Ca2+를 Ca(OH)₂의 형태로 분리하였다. 이후, 알킬아민계 흡수제(Ethylamine, Diethylamine, Triethylamine)를 이용하여 이산화탄소를 포집한 후 앞서 분리한 Ca(OH)₂와의 반응을 진행하여 최종적으로 CaCO₃를 주성분으로 하는 생성물을 형성하였다. 세 가지의 흡수제 각각을 사용하였을 때, 모든 생성물의 상이 Calcite로 동일하였지만 Crystallinity와 평균 입자크기에서 차이가 존재했다. 또한 모든 경우에 있어 93% 이상의 순도를 확보할 수 있었으며 Ethylamine을 CO₂ 전달체로 사용하였을 때 96.39%의 순도, 92.77%의 crystallinity, 마지막으로 가장 작은 평균 입자크기를 보였기에 가장 적절한 흡수제라고 볼 수 있다.

정제소금 생산공정으로부터 배출된 산업폐수를 이용한 이산화탄소 포집 및 전환기술

유윤성 ( Yunsung Yoo ),강동우 ( Dongwoo Kang ),이민구 ( Min-gu Lee ),김인준 ( Injun Kim ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

산업혁명 이후로 계속해서 문제가 되어왔던 이산화탄소를 저감하기 위한 노력이 전세계적으로 이루어지고 있다. 다양한 이산화탄소 저감 기술 중 이산화탄소를 안정적이고 대량으로 고정 및 재이용할 수 있는 기술 중 하나로 무기탄산화 기술이 있는데 이는 금속이온과 이산화탄소를 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 기술이다. 따라서 금속이온 공급원 선택이 핵심 요소 중 하나인데 일반적으로 Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Na⁺ 등을 포함한 다량의 금속 이온을 포함하고 있는 해수를 기반으로 한 폐기물의 사용에 대하여 고려하였다. 정제소금 생산 공정에서는 위에 언급된 해수를 사용하여 소금을 생산한다. 이러한 과정에서 Na⁺가 제거되면서 Mg²⁺ 및 Ca²⁺가 농축된다. 따라서 기존의 해수보다 높은 농도의 금속 이온을 가지고 있기 때문에 사용하기에 적합하며 폐수처리라는 장점 또한 가지고 있다. 먼저 해수 내의 Ca이온을 OH^-이온을 사용한 pH조절을 통하여 Ca(OH)₂로 분리한 후 CO₂ 포화 아민계 흡수제(Methyldiethanolamine, MDEA)를 사용하여 이산화탄소를 전달한다. 생성물을 여과한 후 고온에서 24시간 건조시킨 후에 XRD, SEM, TGA를 사용하여 결정구조, 모양 및 순도분석을 실시하였다. 또한 포화 아민계 흡수제 제조 과정에서 재이용 가능성을 확인하기 위하여 탈거 및 재흡수실험을 진행하였다.

레미콘회수수를 이용한 무기탄산화에서 암모늄염 첨가의 영향에 대한 연구

유윤성 ( Yunsung Yoo ),조호용 ( Hoyong Jo ),강동우 ( Dongwoo Kang ),이민구 ( Min-gu Lee ),최경재 ( Kyungjae Choi ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

전 세계 각지에서 효율적인 이산화탄소 저감 기술 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 가장 상용화 가능성이 높다고 알려진 carbon capture and storage (CCS) 기술은 대한민국과 같이 적절한 저장소를 찾기가 어려운 국가에서는 상용화되기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서 최근 이러한 조건을 가진 국가에서는 CCS 기술을 대체하기 위하여 carbon capture and utilization (CCU) 기술의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 흔히 알려진 폐기물인 레미콘회수수를 이용하여 CCU 기술 중 하나인 무기탄산화에 대해 다루었다. 무기탄산화란 금속 이온과 CO₂를 반응시켜 금속 탄산염을 얻는 기술이다. 레미콘회수수는 다량의 Ca²⁺를 포함한 것으로 알려져 있어 이를 금속 이온 공급원으로 사용하여 고순도 탄산칼슘을 얻고자 하였다. 또한 이러한 탄산화 과정에서 암모늄염 첨가제의 영향을 알아보기 위하여 NH₄SCN, NH₄NO₃, NH₄Cl 세 가지 암모늄염을 선정하여 실험을 진행하였다. 탄산화 실험에서 여과한 레미콘회수수 상등액을 용매로 사용하여 30 wt% MEA, 3 wt% 암모늄염을 첨가한 용액 400 g과, 레미콘회수수 고체 100 g을 더하여 총 500 g의 흡수제를 만들어 사용하였다. 실험과정에서 CO₂ 흡수량을 알아보기 위하여 CO₂ 로딩 분석 및 그래프 도시를 진행하였고, 실험 결과 생성된 결과물을 x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) 그리고 thermogravimetric analysis (TGA) 분석을 통해 생성물의 구성 성분 및 순도를 알아보고자 하였다.