대표적인 이산화탄소 흡착 방법: DVS Carbon과 BET 분석

BET는 이전 포스팅에서 다룬 것처럼 가스 흡착 분석기인 비표면적측정기의 작동 원리를 활용해 이산화탄소의 흡착을 정적으로 평가합니다. 설정한 압력만큼 기체를 조금씩 주입하고 각 압력 지점에서 압력이 안정화되면 설정한 다음 압력만큼 주입량을 늘려 분석을 합니다.

반면에 DVS Carbon은 압력은 일정하게 유지하지만 지속적으로 가스(흐름)를 공급하고, 기체의 농도를 조절하며 흡착을 수행하는 특징이 있습니다.

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두 분석의 차이는 가장 빈도가 높은 문의 사항 중 하나입니다. 결론부터 말씀드리면 위에서 개략적으로 말씀드린 것처럼 BET는 정적인 흡착 분석이고, DVS Carbon은 동적인 조건에서의 흡착 분석이라는 것이 가장 큰 차이입니다.

BET에서의 흡착 과정 : 정적인 흡착

CO₂ BET는 일정량의 가스를 주입한 후에 흡착이 포화될 때까지 상대압의 변화를 확인하며 흡착을 측정합니다. 이때 가스를 지속적으로 흘려주는 것이 아니고 [가스 소량 주입 → 압력이 안정화될 때까지 기다림 → 가스 소량 주입…] 과정을 반복하게 되고요. 주입 후 가스의 변화가 거의 없을 때까지 해당 작업을 반복합니다.

이때 가스 분자는 확산되며 천천히 표면과 기공을 따라서 이동하고 시료 표면과 상호작용을 하면서 흡착합니다. 흡착이 진행될수록 CO₂ 가스 압력이 조금씩 변화하므로 해당 압력에서 변화 량이 거의 없을 때까지 흡착합니다. 변화가 없어지면 다음 압력을 맞추기 위해 가스를 주입하는 과정을 반복합니다.

요약하면 지속적인 가스 흐름이 없이 주입 후 기다리는 것을 반복하는 게 BET를 통한 가스 흡착 분석의 가장 큰 특징입니다.

DVS Carbon에서의 흡착 과정 : 동적인 흡착

DVS Carbon은 CO₂ 가스를 시료 옆에 계속 흘려 넣습니다. 균일한 흐름을 시료에 공급하며 시료의 질량 변화를 지속적으로 확인할 수 있습니다. 이때 CO₂ 분자는 대류 방식으로 비교적 빠르게 시료와 접촉합니다.

즉, 표면의 상호작용도 발생하고 CO₂ 흐름의 영향도 흡착 매커니즘에 영향을 주게 됩니다. 그렇기 때문에 동역학적인 흡착 성능을 확인할 수 있고 실시간으로 흡착이 얼마나 이루어지는지 파악할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 시료 양 등 실험 조건을 통제해 질량 변화 그래프의 기울기 등을 확인해 실시간 흡착 거동까지 개략적으로 파악할 수 있습니다.

순수한 CO₂와의 시료의 상호작용을 정적으로 평가하는 기존의 BET 분석 방식과는 달리 실제 환경에 가까운 이산화탄소 흡착 평가가 가능하다고 보면 될 것 같습니다. DVS Carbon은 Water vapor까지 공급할 수 있으니까요.

두 가지 분석 모두 장단점이 명확하기 때문에 어떤 분석이 더 맞다는 것은 없습니다. 따라서 본인의 연구 방향에 맞는 분석 방법을 선택하는 것이 가장 중요하다고 생각해 주시면 될 것 같습니다. 표로 간단히 정리하고 DVS Carbon과 BET 분석의 비교 포스트를 마무리하겠습니다.