조절 가능한 미세 다공성 탄소 나노섬유를 이용한 CO2 포집

본 연구는 이산화탄소(CO2) 흡착 용량 및 흡착 속도 향상을 위해 다공성 탄소 나노섬유(CNF)를 개발했습니다. 에폭시화 천연고무(ENR)와 폴리아크릴로니트릴(PAN)로 구성된 고분자 전구체를 전기방사한 후 열처리하여 CNF를 제작했습니다. ENR 함량을 10~80 중량%로 조절하여 CNF의 물성 및 다공성 발달에 미치는 영향을 체계적으로 분석했습니다. 제조된 샘플 중 20ENR-CNF는 가장 우수한 CO2 포집 성능을 보였습니다. 상온에서 3.53 mmol g-1의 흡착 용량을 나타냈으며, 활성화 후 273K, 1 bar 조건에서 4.35 mmol g-1까지 향상되었습니다. 이러한 성능은 높은 다공성과 28.18 kJ mol-1의 유리한 등열 흡착열에 기인합니다. 동역학 연구 결과, ENR 함량이 CO2 흡착 용량과 속도에 큰 영향을 미치며, 입자 내 확산이 주요 제어 메커니즘으로 확인되었습니다. ENR 도입은 CNF 매트릭스 내 기공 구조를 조절하여 CO2 흡착 성능을 개선하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 압력 스윙 흡착 테스트를 통해 활성화된 20ENR-CNF 샘플의 우수한 재활용성을 확인했습니다. 또한, ENR 함량 증가는 CO2 흡착 속도를 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다.