CO₂Uptake Behavior of Amino Acid Intercalated Layered Double Hydroxides

Abstract

Recently, layered double hydroxide (LDH) has attracted great attentions due to its ability to retain negatively charged organic molecules in the interlayer gallery spaces. Amino acids (AAs) are small organic molecules with amphoteric properties which can be changed to anion by adjusting pH in aqueous solution. And there are few studies, demonstrating intercalation of amino acids into LDHs. This work demonstrates the synthetic approach of ZnAl-LDH nanohybrids containing amino acids. Additionally, carbon dioxide uptake capacity of amino acids intercalated layered double hydroxides has been systematically studied on the basis of physical and chemical adsorption reactions Briefly, an intercalation of amino acids (leucine and phenylalanine) into ZnAl-LDH by the conventional co-precipitation route was performed. Depending upon the Zn/Al ratios, the layer charge density of LDH can be modified. And therefore, the loading capacity of AA in the LDH is expected to be changed. We have synthesized different AAs intercalated ZnAl-LDH nanomaterials (Zn2Al-Leu-LDH, Zn3Al-Leu-LDH, Zn2Al-Phe-LDH and Zn3Al-Phe-LDH) in order to compare one another for CO2 uptake behavior. Resulting nanohybrids were analyzed by powder X-ray diffraction, FT?IR spectroscopy and thermogravimetric analysis. The expansion of hybrids? interlayer distances suggested that AAs were intercalated into the LDH. Fourier transform infrared (FT-IR) showed that the AA molecules were incorporated into the interlayer of the LDHs with electrostatic interaction. In addition, contents of intercalated AAs were determined by TG-DTA analyses. SEM and TEM analysis revealed the plate-like morphology of nanohybrids. Specific surface area and total pore volume was obtained from the N2 adsorption-desorption isotherms. Based on the volumetric and gravimetric CO2 uptake analyses, AA-LDH nanohybrid with high charge density is more efficient at CO2 uptake.;최근 층상형수산화물(LDH)은 양전하를 가지고 있어 층 사이에 음전하를 띄는 유기분자를 붙이는 연구가 많이 진행되고 있다. 산성과 염기성 성질을 모두 가진 작은 유기분자인 아미노산은 수용액 상태에서 pH를 조절하여 음전하를 띄게 할 수 있다. 이를 이용하여 몇몇 논문에서 다양한 LDH의 층 사이에 아미노산을 붙이는 연구를 진행하였다. 이 논문에서는 ZnAl-LDH를 합성하여 층 사이에 아미노산들을 붙이고, ZnAl-LDH에 붙어있는 아미노산에 이산화탄소를 물리적, 화학적으로 붙이는 연구를 하였다. 먼저, Zn(NO3)2, Al(NO3)3, 아미노산(Leucine, Phenylalanine)을 편리한 공침법을 이용하여 합성한다. 이때, Zn와 Al의 몰비율을 조절하면 ZnAl-LDH의 전하를 조절할 수 있어 ZnAl-LDH에 붙는 아미노산의 수를 조절할 수 있다. 우리는 Zn2Al-Leu-LDH, Zn3Al-Leu-LDH, Zn2Al-Phe-LDH, Zn3Al-Phe-LDH를 합성하여 이산화탄소의 흡착량을 비교하였다. 우리는 powder X-ray diffraction, FT-IR spectroscopy, thermogravimetric analysis를 이용하여 LDH 층 사이에 아미노산이 붙어있는 것을 증명하고 층간 거리를 보여주었다. 그리고 FT-IR spectroscopy를 통해 정전기적으로 LDH에 아미노산이 붙어있는 것을 증명하고, TG-DTA를 통해 붙어있는 아미노산의 수를 측정하였다. SEM, TEM을 통해 LDH가 판상모양을 하고 있는 것을 보여주고, N2 탈흡착 실험을 통해 전체 구멍 부피를 측정하였다. 마지막으로 volumetric and gravimetric CO2 흡착 분석을 통해 LDH에 붙어있는 아미노산의 양에 따라 이산화탄소가 흡착하는 효율을 보여주었다. 키워드 : 층상형수산화물, 나노혼성화, 아미노산, 이산화탄소 흡착