본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 가스유입관으로 유입된 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 유출되는 온기유출관과, 상기 가스유입관으로 유입된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 유출되는 냉기유출관을 구비하는 볼텍스튜브; 상기 온기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 희박가스 포집챔버; 상기 냉기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 농후가스 포집챔버;를 포함하여, 상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스가 저장되고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스가 포집된다.