The development of preferential adsorbents for ethane ($C_2H_6$) could significantly simplify ethylene ($C_2H_4$) production. Porous metal-organic frameworks with hydrogen acceptor sites show selective adsorption of ethane over ethylene; however, high-pressure ethane adsorption remains a challenge. In this thesis, recently developed lanthanum-catalysed synthesis of microporous graphene-like carbons was studied as an ethane-selective adsorbent. Microporous 3D graphene-like ordered carbons were synthesized according to the recently developed $Ca^{2+}$ ion-catalyzed carbon deposition method using FAU-, EMT-, and beta-zeolite templates. These Schwarzite-like carbons exhibited a remarkable performance for ethane separation from ethylene, over the range of 1 ~10 bar. Here, separation of light hydrocarbons with similar volatilities, such as ethane and ethylene using zeolite-templated carbon materials will be addressed with the structural study of this materials. Based on the preferential ethane adsorption of these zeolite-templated carbon materials, this thesis demonstrates the potential to develop novel zeolite-templated carbon materials for gas sorption and separation applications.
에탄($C_2H_4$)/에틸렌($C_2H_6$) 분리용 흡착제 중에서 에탄($C_2H_4$) 선택적인 흡착제의 개발은 에틸렌 생산에서 에탄 분리 기술을 매우 단순화 하여 에너지 절감효과를 기대 할 수 있다. 기존의 수소 결합 흡착 자리를 갖는 다공성 유무기 복합체는 에탄의 선택적인 흡착 특성을 나타낸다. 그러나, 에틸렌 대비 에탄 선택적 흡착 선택도를 고압까지 유지 시키는 것은 매우 도전적인 과제이다. 본 학위논문에서는 최근 개발된 칼슘이온 촉매를 기반으로 한 미세 다공성 그래핀 탄소를 에탄 선택적 흡착제로 제안 한다. 칼슘이온 교환된 FAU, EMT 그리고 베타 제올라이트를 주형으로 한 탄소 증착법으로 합성된 미세 다공성 삼차원의 그래핀 탄소를 합성 하였다. 이렇게 합성된 마이크로 탄소 물질의 그래핀 구조, 기공 크기 분포 및 구조적 특정에 따른 에탄-에틸렌 흡착 특성의 변화에 대해 연구한 내용을 다루고자 한다. 이와 같은 제올라이트 주형 탄소의 특성 분석 및 응용에 대한 연구는 이 제올라이트 주형 탄소 물질에 대한 흡착 분리 연구의 가능성을 보여준다.
