The development of solid adsorbents and thin films for carbon dioxide adsorption is still considered as a big research area because carbon dioxide is one of main gases for greenhouse effect on earth and solid adsorbents have advantages for its efficiency and post-treatment than liquid adsorbents. Even though mesoporous materials as a powder formula have shown outstanding features in carbon dioxide capture, it is known that powder materials, as it is, have the limitation under any harsh processing conditions and working environments. Here, we present the preparation method for polymer composite films using several surface-modified mesoporous materials with high CO2 adsorption capacity and amine-containing polymers for various applications. Mesoporous materials were prepared with a cation surfactant and a P123 blockcopolymer as templates and tetraethylorthosilicate (TEOS) and 1,4-bis(triethoxysilyl)benzene (BTEB) were used as silica precursors. As an amine-functional group, N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-ethylenediamine was modified on the silica surface using post-grafting method. The homogeneous-heterogeneous nanocomposite thin films were prepared using styrene- co-acrylonitrile (SAN) copolymer, mesoporous materials, and dichloromethane (DCM) as a solvent by a facile solvent casting method. Carbon dioxide adsorption was analyzed using thermogravimetric analysis (TGA) microbalance at 25 °C under 1 atm.

지구 온난화의 원인 물질인 이산화탄소 제거를 위한 흡착제 개발을 위해 흡착 환경에 따른 고체 분말 및 박 막형태로의 개발은 액체 흡착제에 비해 효율과 후처리의 장점이 있어 여전히 주요 연구분야로 인식되고 있다. 분말 형태로의 메조다공성 물질들은 이산화탄소 흡착에 아주 뛰어난 성능을 보이더라도 그것들 자체로는 특정한 공정 조 건이나 흡착 주변 상황에서는 제한적으로 사용될 수 밖에 없는 것으로 알려졌다. 따라서, 본 연구에서는 더 다양한 응용분야에서 사용될 수 있도록 흡착 능력이 좋은 표면 개질된 메조다공성 물질과 고분자를 혼합하여 나노 복합체 박막 형태를 만드는 연구를 다양한 실험 변수로 실험하였다. 본 연구에서 사용한 메조다공성 물질은 양이온 계면활 성제와 P123 블록공중합체를 각각 템플릿으로 사용하고 실리카 전구물질로 tetraethylorthosilicate(TEOS) 및 1,4- bis(triethoxysilyl)benzene(BTEB)를 사용하였다. 아민 작용기로는 N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-ethylenediamine를 사용 하여 후처리 방법으로 표면을 개질하였다. 복합막을 제조하기 위한 고분자 지지체로는 아민기가 있고 기계적 강도를 보완할 수 있는 poly(styrene-co-acrylonitrile)(SAN) 공중합체를 사용하였다. 쉬운 제조가 가능한 용매 건조법(solvent casting method)에 의해 용매로는 dichloromethane(DCM)을 사용하여 균일 상 또는 불균일 상의 복합 필름을 제조하 였다. 최종적으로 완성된 필름은 이산화탄소 흡착을 위해 25 °C, 1기압 조건에서 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)의 미세저울(microbalance)을 사용하여 분석하였다.

Keywords: polymer composite film; carbon dioxide adsorption; styrene-co-acrylonitrile (SAN) copolymer; amine-modified mesoporous silica; solvent casting method