Diazapyrenium-based porous cationic polymers for colorimetric amine sensing and capture from $CO_2$ scrubbing conditions

Abstract

산업 발전에 의해 $CO_2$ 배출량이 증가함에 따라 CCS (탄소 포집 및 저장) 기술 핵심 기술로 각광받고 있다. 연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 기술인 연소 후 포집 기술은 기존 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술로 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡.탈착하여 이산화탄소를 분리하는 방법 등 획기적인 흡수제 성능향상과 공정 개발 등에 초점이 맞추어져 개발되고 있다. 아민계 흡수제로 가장 널리 이용되고 있는 모노에탄올아민은 산소의 존재 하에 빠르게 분해되며, 높은 증기압을 가져 흡수제 재생 시 용액 손실을 가져올 수 있다. 또한, 아민 관련 배출 가스는 인간의 건강과 환경에 유해하다. 따라서, 아민의 포집을 위한 새로운 물질의 개발은 환경적으로 그리고 산업적으로 중요성이 커지고 있다. 따라서, 이번 논문을 통해 다이아조파이네늄을 기반으로 하는 다공성 양이온성 폴리머를 촉매 없이 합성하였고, 아민의 비색적 감지 및 포획 기술에 대해 연구하였다. 상대적으로 전자가 부족한 양이온성의 다이아조파이네늄과 전자가 풍부한 아민이 수소결합을 형성해 아민을 비색적으로 감지 및 포획하는 것으로 예상된다. 다이아조파이네늄을 기반으로 하는 다공성 양이온성 폴리머가 1차, 2차, 3차의 지방족 아민을 비색적으로 흡착하며, 이것을 육안과 자외선-가시광선 분광기의 스펙트럼을 통해 확인하였다. 기상에서 이 물질이 노말 부틴 아민을 단위 분자당 31 무게 분율 (%) 흡착 가능함(아민 흡착 효율 72%)을 열중량 분석기를 통해 증명하였다. 또한, 액상에서 (물) 모노에탄올 아민을 흡착하고, 산을 이용해 아민을 탈착하는 가역적인 성질을 보였다. 이러한 연구는 새로운 아민 흡착 및 포획 기술에 새로운 방향을 제공할 것으로 기대된다.