KR100834803B1 - 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 ｓｂａ­１５의제조방법 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착제 - Google Patents

매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 ｓｂａ­１５의제조방법 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스(메조/매크로포러스) SBA-15의 제조방법 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착제에 관한 것이다. 본 발명의 메조/매크로포러스 SBA-15는 매크로 기공의 벽 부분이 매우 규칙적으로 배열된 SBA-15의 메조 기공 구조체로 이루어져 있다. 본 발명의 메조/매크로포러스 SBA-15는 메조 기공을 만들기 위한 액정 템플릿(liquid crystal template)과 매크로 기공을 만들기 위한 콜로이달 결정 템플릿(colloidal crystal template)이 결합된 이중 템플리팅(dual templating) 방법으로 합성하였다. 본 발명의 메조/매크로포러스 SBA-15는 메조 기공이 갖고 있는 장점인 넓은 표면적에 의한 높은 흡착 능력뿐만 아니라 SBA-15의 경우 MCM-41에 비해 메조 기공의 벽 두께가 더 두꺼워 수열 안정성이 더욱 좋아 진다. 그러므로 고온의 물이 존재하는 반응의 경우에도 안정적인 활성을 나타낼 것으로 보인다. 또한 매크로 기공의 도입에 따른 물질전달이 용이하므로 휘발성 유기화학물이 보다 빠르게 흡착점으로 도달하고 온도가 올라가면 탈착 후 흡착점으로부터 더 빠르게 빠져나와 쉽게 제거될 수 있다. 이러한 점에서 메조/매크로포러스 SBA-15은 휘발성 유기화합물 처리를 위한 흡착제로 쉽게 이용될 수 있다.

Description

매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 ＳＢＡ­１５의 제조방법 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착제{Method for Synthesizing the Mesoporous SBA-15 Having a Macropores and Its Application to Adsorbent of VOCs}
도 1의 (a)는 메조/매크로포러스 SBA-15의 제조 원리를 도식화한 것이고, (b)는 순수한 메조포러스 SBA-15의 SEM 사진이고, (c)는 매크로 기공의 템플릿 (500nm정도)의 SEM 사진이고 d는 메조/매크로포러스 SBA-15의 SEM 사진이고, (e)는 메조/매크로포러스 SBA-15의 TEM 사진이다.
도 2는 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡착제로 이용한 톨루엔의 매크로 기공의 크기(PS1=250nm, PS2=500nm)에 따른 등온 흡착 곡선(a)와 TPD 곡선(b)이다.
도 3은 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡착제로 이용한 자일렌의 매크로 기공의 크기(PS1=250nm, PS2=500nm)에 따른 등온 흡착 곡선(a)와 TPD 곡선(b)이다.
도 4는 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡착제로 이용한 자일렌의 매크로 기공의 함량에 따른 등온 흡착 곡선(a)와 TPD 곡선(b)이다.
도 5(a)는 MCM-41의 수열 안정성을 나타낸 것이고, 도 5(b)는 SBA-15의 수열 안정성을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조 방법과 이를 휘발성 유기화합물의 흡착제로서의 이용에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 본 발명은 메조 기공이 갖는 장점인 넓은 표면적에 의한 높은 흡착 능력과 수열 안정성뿐만 아니라 매크로 기공으로부터 오는 물질전달이 용이한 장점을 복합적으로 갖는 메조/매크로포러스 실리케이트의 제조 방법 및 그것의 휘발성 유기화합물 처리를 위한 흡착제로의 응용에 관한 연구이다. 또한 큰 분자의 물질이 반응물로 사용되는 경우와 같은 물질전달이 반응성과 반응속도에 크게 영향을 주는 기술 분야에서도 그 응용 가능성은 클 것으로 본다.
일반적으로 일정한 크기의 기공이 규칙적으로 배열된 다공성 물질은 넓은 표면적 등의 여러 장점들을 가지므로 흡착이나 촉매분야에서 응용 가능성이 매우 크다. 그 중에서 다른 기공 크기 영역의 기공들을 복합적으로 가지고 있는 다공성 물질의 경우는 각 기공 크기 영역으로부터 오는 장점들 또한 복합적으로 작용하기 때문에 많은 연구자들에 의해 제조 되어져 왔다. 특히 이는 촉매 분야에 새로운 범위를 열어 줄 것으로 기대 되어진다.
앤더슨(Anderson) 등은 조계면활성제(cosurfactant)의 존재 하에서 템플릿으로 삼블럭 공중합체(triblock copolymer)와 폴리스타이렌 라텍스를 사용하여 다공성 실리카(hierarchically ordered porous silica composite)를 합성하였다(참조: M.W. Anderson et al., Chem. Matter., 2004, 16, 2044). 임(Ihm) 등은 마이크로 콜로이달 결정 템프리트(micro-colloidal crystal templating) 방법을 이용하여 거대다공성 실리카(well ordered macroporous MCM-41)를 합성하였다(참조: S.K. Ihm et al., Adv. Mater., 2005, 17, 270).
이와 같이, 메조 크기의 기공과 매크로 크기의 기공 각 영역에서 오는 장점을 복합적으로 갖는 물질을 합성하고자 하는 노력이 계속되어 왔음에도 불구하고, 그 제조 과정이 복잡하고 각 기공의 크기 및 그 물질의 전체적인 형태(morphology)를 조절 할 수 없으며, 이 물질의 수열 안정성 문제 때문에 실제 흡착이나 다양한 촉매 분야에 적용에 한계가 있었다.
또한 휘발성 유기화합물은 독성이 있고 지상의 오존을 형성하는 환경규제물질로서 이를 효과적으로 처리하는 기술 개발에 관한 많은 연구가 진행되어져 왔다.
본 발명자들은 종래의 메조/매크로포러스 실리케이트 물질을 합성하는 방법을 단순화하고자 연구 노력한 결과, 규칙적인 배열을 갖는 일정한 크기의 콜로이달 결정 템플릿(colloidal crystal template)을 일반적인 메조포러스 물질을 만들기 위한 액정 템플릿(liquid crystal template)의 혼합에 따른 이중 템플릿(dual template)을 형성하는 간단한 방법을 통하여 매크로 기공의 벽면이 규칙적으로 배열된 메조 기공들로 구성되어진 물질을 제조 할 수 있게 되었다. 또한 이 물질을 휘발성 유기화합물의 흡착제로 이용 가능성을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었 다. 본 발명이 이루고자 하는 주된 기술적 과제는 각 기공 크기 영역에서 오는 장점인 넓은 표면적에 의한 높은 흡착능력뿐만 아니라 물질전달이 용이한 성질을 복합적으로 갖는 메조/매크로포러스 SBA-15를 제조하는 것이다.
본 발명은 이렇게 제조된 메조/매크로포러스 SBA-15를 휘발성 유기화합물의 제거용 흡착제로 제공되는데 있다.
본 발명은 매크로 기공을 형성시키기 위하여 유화중합법에 의해 고분자 구형입자를 합성하는 단계와, 상기와 같이 합성된 고분자 구형 입자를 얼음 결정법에 의해 자기조립시켜 규칙적으로 배열시키는 단계와, 상기와 같이 규칙적으로 배열된 고분자 구형 입자를 모액과 혼합시켜 균일한 상태의 메조기공이 형성된 고분자 구형입자의 템플릿을 얻는 단계와, 건조 및 소성과정을 통하여 템플릿을 제거하는 단계를 포함하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법을 나타낸다.
본 발명에서 마이크로(micro), 매크로(macro) 및 메조(mezo)라 함은 각각, IUPAC 정의에 따라, 2nm 이하의 기공 크기를 “마이크로”, 50nm 이상의 기공 크기를 “매크로”, 그 사이의 기공 크기, 즉 2 nm를 초과하고 50 nm 미만의 기공 크기를 “메조”라고 정의된다.
상기에서 매크로 기공 형성의 고분자 구형 입자를 250nm에서 800nm 정도의 템플릿으로 조절할 수 있는데, 고분자 구형 입자가 250nm 미만인 경우에는 매크로 기공이 거의 형성이 되지 않는 문제점이 있고, 반면에 800nm를 초과하는 경우에는 서로 연결되지 않고 각각 분리되어진 도넛 타입의 매크로 기공이 형성되는 문제점이 있다.
상기에서 균일하게 정렬된 일정한 크기의 고분자 구형입자를 염산 수용액과 삼블럭 공중합체(triblock copolymer)의 혼합물인 모액중에 혼합시켜 이중 템플릿을 형성시킬 수 있다.
상기에서 이중 템플릿을 형성 후 각 템플릿의 공극에 TEOS( tetraethylorthosilicate)와 같은 실리카 소스를 주입하고 그 공극 사이에서 졸-젤(sol-gel) 반응을 일으킬 수 있다.
상기에서 유기물인 콜로이달 결정 템플릿 (고분자 구형 물질), 액정 템플릿(삼블럭 공중합체)과 이를 둘러싸고 있는 무기물의 실리케이트로 구성된 유무기 복합물을 일반적인 소성 과정에 의해 구조 붕괴 없이 유기 템플릿을 제거한 후 균일한 상태의 메조기공이 형성된 고분자 구형입자를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 제조한 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15를 휘발성 유기화합물의 흡착 및 탈착 공정에 이용하는 방법을 포함한다.
본 발명의 주된 목적인 메조/매크로포러스 SBA(Santa Barbara)-15를 제조하기 위해 일차적으로 매크로 기공의 템플릿으로 이용되어지는 일정한 크기의 규칙적으로 배열되어진 고분자 구형 입자를 합성하였다. 이렇게 합성되어진 고분자 구형 입자(콜로이달 결정 템플릿, colloidal crystal template)를 삼블럭 공중합체(triblock copolymer)을 1.6M의 염산 수용액과 잘 혼합한 용액(액정 템플릿, liquid crystal template)과 단순하게 혼합 후 실리카 소스를 넣고 소성법에 의해 그 템플릿을 제거하는 방법을 이용하여 간단하게 메조/매크로포러스 SBA-15을 합성하였다(도 1a). 이는 건설현장에서 기둥, 바닥, 벽 등을 소정의 형태 및 치수로 만들기 위해 콘크리트를 부어 만들 모양의 거푸집을 짠 후 콘크리트를 부어 넣고 굳은 뒤 이 틀을 떼어내는데 방법과 비슷한 방법으로 매우 간단한 작업이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 휘발성 유기화합물의 흡착제로 이용 가능성을 제시하기 위해 대표적인 휘발성 유기화합물인 톨루엔과 자일렌을 선정하여 실험을 수행하였다. 본 발명의 메조/매크로 포러스 SBA-15은 상기 이상적인 흡착제의 모든 조건에 부합할 뿐만 아니라 매크로 기공이 도입됨에 따른 물질전달이 용이하기 때문에 가역적인 흡착 능력뿐만 아니라 쉬운 재생 능력 면에서 보다 적합하다고 볼 수 있다. 또한 이러한 성질은 보다 더 큰 분자인 자일렌을 흡착 및 탈착시켰을 경우 더 뚜렷이 나타남을 확인할 수 있었고, 높은 수열 안정성을 보이므로 실제 배출된 휘발성 유기화합물에 수분이 포함되어 있더라도 안정적으로 촉매 활성을 보이면서 이를 제거 할 수 있을 것으로 기대된다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서는 메조/매크로포러스 SBA-15를 합성하기 위해 먼저 매크로 기공을 형성하기 위한 템플릿으로 160nm 내지 800nm의 일정한 크기의 고분자 구형 입자는 유화중합법(emulsifier-free emulsion polymerization)에 의해 합성하였다. 이렇게 합성되어진 일정한 크기의 고분자 구형 입자는 얼음 결정법(ice-crystallization)에 의해 규칙적으로 배열시켰다. 이렇게 얻어진 규칙적으로 배열되어진 일정한 크기의 고분자 구형 입자 템플릿을 메조 기공을 형성하기 위한 모액(mother liquor)과 균일한 상태가 될 때까지 잘 혼합하여 고분자 구형 입자의 틈 내에서 SBA-15를 합성하였다. 그 후 건조와 소성을 통하여 액정 템플릿(liquid crystal template)과 콜로이달 결정 템플릿(colloidal crystal template)의 이중 템플릿(dual template)을 간단하게 제거 하였다. 이는 메조/매크로포러스 물질의 제조 과정을 매우 단순화 하였을 뿐만 아니라 각 기공의 크기 및 그 물질의 전체적인 형태(morphology)를 쉽게 조절 가능성을 보여주었다. 보다 자세한 합성 방법은 실시예에서 기술하였다.
상기와 같이 합성된 메조/매크로포러스 SBA-15은 도 1의 (d)의 SEM 이미지를 통하여 전체적인 형태(morphology)와 매크로 기공의 모양을 확인할 수 있다. 이를 통하여 메조/매크로포러스 SBA-15의 전체적인 형태(morphology)는 메조/매크로포러 스 MCM-41의 전체적인 형태(morphology)와는 달리 콜로이달 결정 템플릿(colloidal crystal template)의 배열되어진 형태(morphology)뿐만 아니라 순수한 SBA-15의 전체적인 형태(morphology)의 복합적인 영향에 의해 결정되어짐을 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 (e)의 TEM 이미지를 통하여 매크로 기공의 벽이 메조 기공으로 이루어져 있음을 직접적으로 확인하였다. 또한 XRD와 질소 흡착 및 탈착 실험을 통하여 매크로 기공이 도입되었음에도 불구하고 메조 기공의 성질은 잘 유지됨을 확인할 수 있었다.
상기 합성되어진 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡·탈착을 통한 휘발성 유기화합물의 제거 기술에 응용하여 보았다. 본 연구에서는 대표적인 휘발성 유기화합물인 톨루엔과 이보다 더 큰 분자인 자일렌을 이용하여 실험을 수행하였다. 자세한 실험 방법은 실시예에 기술하였다.
도 2는 대표적인 휘발성 유기화합물인 톨루엔을 메조포러스 SBA-15과 다른 크기의 매크로 기공을 갖는 메조/매크로포러스 SBA-15 흡착제에 흡착 및 탈착시킨 결과이다. 이를 보면 메조 기공만 있을 경우와 매크로 기공이 도입되었을 경우 큰 차이가 없었다. 이처럼 메조/매크로포러스 MCM(Mobil Composition of Matter)-41에 톨루엔을 흡착·탈착시킨 결과에서 보여준 매크로 기공의 도입에 따른 영향이 관찰되지 않은 이유는 SBA-15의 메조 기공의 크기가 5nm정도로 MCM-41의 메조 기공의 크기인 3nm보다 크기 때문이다. 3nm정도의 기공 크기에서는 톨루엔 분자가 움직임이 자유롭지 못했지만 5nm정도로 기공 크기가 커짐에 따라 톨루엔 분자가 큰 방해 없이 움직일 수 있어 매크로 기공의 도입에 따른 영향이 나타나지 않은 것으로 본 다.
하지만 도 3에서 확인할 수 있듯이 톨루엔 분자보다 더 큰 분자인 자일렌을 흡착 및 탈착시킨 결과를 보면 메조 기공만 있을 경우보다 매크로 기공이 도입되었을 경우 흡착 파과곡선은 더 가파른 기울기를 가졌고 TPD 곡선에서는 더 낮은 온도에서 탈착이 일어남을 확인할 수 있었다. 이는 매크로 기공이 도입되었을 경우가 메조 기공만 있을 경우에 비해 큰 분자인 자일렌이 보다 적게 방해를 받고 흡착점으로 접근한 후 완전히 흡착이 이루어진 후 그곳에서 지체 없이 바로 빠져나오기 때문으로 보인다. 또한 메조 기공만 있을 경우와 메조 기공과 매크로 기공이 공존할 두 경우 모두 실리케이트 물질이므로 탈착되어지는 성질은 큰 차이가 없다. 하지만 매크로 기공이 도입되었을 경우 더 낮은 온도에서 탈착이 이루어지는 이유는 두 경우 모두 비슷한 온도에서 탈착이 이루어질지라도 메조 기공만 존재할 경우는 탈착되어진 자일렌 분자가 물질 전달에 있어서 어려움을 겪어 바로 빠져나오지 못하기 때문으로 본다. 이러한 경향성은 매크로 기공의 크기가 커질수록 더 뚜렷이 나타남을 확인할 수 있었다.
도 4는 일정한 크기의 매크로 기공의 함량이 증가에 따른 자일렌의 흡착 및 탈착 실험을 한 경우이다. Si:PS의 비율(1:1, 1:2, 1:4)에 따라 합성된 메조포러스 SBA-15와 메조/매크로포러스 SBA-15의 물성에 관하여 매크로 기공의 템플릿으로 작용하는 고분자 고형입자의 양을 증가 시킬 경우, 표 1을 통하여 매크로 기공의 부피가 증가함을 확인 할 수 있다. 또한 매크로 기공의 부피가 증가할 경우 흡착파과곡선의 기울기는 더욱 가팔라졌고 TPD 곡선의 최고치 피크의 온도는 더 낮은 온도 로 이동함을 확인 할 수 있었다. 이는 매크로 기공의 부피가 증가할수록 더 큰 분자의 물질 전달이 더욱더 용이해짐을 보여주는 데이터이다. 이를 보다 자세히 설명하자면 SBET는 담체의 표면적과 그 다음 열의 메조 기공의 부피는 질소흡착법에 의해 측정되었고 이는 메조 기공에 의해 결정되는 값이다. 즉 이 두 부분이 크게 변화가 없는 것은 매크로 기공이 도입되어도 메조 기공이 잘 유지되고 있는 것을 보여주는 데이터이다. 그리고 그 다음열의 density는 일정 부피의 샘플의 무게를 측정하여 구한 것으로 그 다음열의 specific volume은 일반적으로 잘 알려져 있듯 전 열 density의 역수 값이다. 결과적으로 일정한 무게의 샘플이 전체 차지하고 있는 부피에서 메조 기공이 차지하고 있는 부분의 부피를 빼면(6열) 매크로 기공과 실리케이트 벽부분의 부피가 나오게 된다. 그리고 실리케이트 벽의 부피는 매크로 기공이 없는 두 번째 행인 SBA-15의 값이 8.8이 되므로 메조/매크로 포러스 실리케이트에서 매크로 기공의 부피는 6번째 열에서 실리케이트 벽의 부피인 8.8의 빼면 나오게 된다.
<표 1> Si:PS 비율에 따른 메조포러스 SBA-15와 메조/매크로포러스 SBA-15의 물성
sample SBET (m2/g) mVpore (cm3/g) density (g/cm3) Specific Volume (cm3/g) co15- co13 MVpore (cm3/g)
SBA-15 861 1.0 0.102 9.8 8.8 -
SBA-15(1:1)PS2 790 0.9 0.082 12.2 11.3 2.5
SBA-15(1:2)PS2 828 0.9 0.067 14.9 14.0 5.2
SBA-15(1:4)PS2 860 1.0 0.048 20.8 19.8 11.0
이하 본 발명의 내용을 실시예, 비교예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명 한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 잘 정렬되어진 일정한 크기의 고분자 구형 입자의 제조
규칙적으로 배열되어진 일정한 크기의 고분자 구형 입자는 질소 분위기의 70℃에서 유화중합법(emulsifier-free emulsion polymerization)에 의하여 제조되어 졌다. 스타이렌 단량체(styrene monomer)는 물과 균일한 상태가 될 때까지 잘 혼합한 다음 개시제(initiator)인 K2S2O8 과 완충물(buffer)인 NaHCO3의 첨가를 통해 중합반응이 시작되고 이는 질소 분위기 70℃에서 24시간 동안 계속 진행된다. 이렇게 제조된 일정한 크기의 고분자 구형 입자는 얼음 결정법(ice-crystallization)의해 정렬된다. 이는 물과 폴리스타이렌의 어는점 차를 이용한 방법으로 물이 먼저 벽면과 표면에서부터 얼어 점점 공간이 줄어들기 때문에 폴리스타이렌이 자기조립(self-assembling)된다. 이때 고분자 구형 입자의 크기는 개시제(initiator)의 양이 많아질수록 작아졌고 스타이렌 단량체(styrene monomer)와 물의 비율이 높을수록 커짐을 알 수 있었고 이를 통하여 그 크기를 조절하였다.
<실시예 2> 메조/매크로포러스 SBA-15의 제조
상기 실시예 1로부터 수득한 고분자 구형 입자를 SBA-15의 합성 중간 단계중 염산 수용액에 삼블럭 공중합체(triblock copolymer)를 잘 혼합하여 액정 템플 릿(liquid crystal)이 형성된 후에 넣고 균일한 상태가 될 때까지 혼합시켜 이중 템플릿(dual template)을 형성한다. 그 후 실리카 소스를 넣고 SBA-15 합성법에 따라 수열처리 후 여과(filtering)와 100℃ 건조 후 550℃에서 5시간동안 소성에 의해 메조/매크로포러스 SBA-15을 제조 하였다.
<비교예 1> 메조포러스 SBA-15
삼블럭 공중합체(triblock copolymer)인 P123(EO20PO70EO20)을 1.6M의 염산 수용액에 녹인 후, 이 혼합물이 투명해지면 실리카 소스인 TEOS(tetraethly orthosilicate)를 천천히 넣어준다. 1시간 정도 혼합한 후 35℃에서 24시간 동안 수열 처리(hydrothermal treatment)와 100℃에서 12시간 수열 처리한다. 그 후 여과(filtering)와 100℃ 건조 후 550℃에서 5시간동안 소성에 의해 메조 포러스 SBA-15을 제조하였다.
<실시예 3> 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡착제로 이용한 휘발성 유기화합물(톨루엔과 자일렌)의 흡착 실험
관형반응기(tubular reactor)에 흡착제인 메조/매크로포러스 SBA-15을 0.2g을 넣고 헬륨을 흘려주면서 300℃에서 3시간 동안 전처리를 해준다. 이 과정 후 대표적인 휘발성 유기화합물인 1,000ppm의 톨루엔이나 자일렌을 35℃에서 흡착시켜준다. 그리고 출구의 흐름을 사중극 질량 분석기(quadrupole mass spectrometer)를 통하여 분석하였다.
<비교예 2> SBA-15을 흡착제로 이용한 휘발성 유기화합물(톨루엔과 자일렌)의 흡착 실험
상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실험하되, 흡착제를 메조/매크로포러스 SBA-15에서 SBA-15으로 변경하여 실험을 수행하였다.
<실시예 4> 메조/매크로포러스 SBA-15을 흡착제로 이용한 흡착된 휘발성 유기화합물(톨루엔과 자일렌)의 탈착(TPD, Temperature programmed desorption) 실험
상기 실시예 3에서 흡착이 진행되어진 후 35℃에서 300℃로 10℃/min으로 승온시키면서 탈착실험을 수행하였다. 이 또한 출구의 흐름을 사중극 질량 분석기(quadrupole mass spectrometer)를 통하여 분석하였다.
<비교예 3> SBA-15을 흡착제로 이용한 흡착된 휘발성 유기화합물(톨루엔과 자일렌)의 탈착(TPD, Temperature programmed desorption) 실험
상기 실시예 4와 동일한 방법으로 실험하되, 흡착제를 메조/매크로포러스 SBA-15에서 SBA-15으로 변경하여 실험을 수행하였다.
<시험예> 수열안정성 확인
본 발명의 SBA-15의 수열안정성을 테스트를 해 보기 위하여 대조군으로 MCM- 41을 대상으로 500℃에서 부피 분율 10％의 수증기를 포함한 가스를 12시간 흘려준 전후의 XRD(X-ray diffraction) 측정한 결과를 도 5에 나타냈다. 그 데이터를 비교해 보면 MCM-41의 경우는 수열안정성 테스트 후 그 고유의 피크가 붕괴된 것에 비해 SBA-15은 유지되고 있고, SBA-15가 MCM-41보다 수열안정성이 뛰어남을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예, 비교예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 본 발명의 메조/매크로포러스 물질의 제조 과정을 매우 단순화 하였고 각 기공의 크기 및 그 물질의 전체적인 형태를 쉽게 조절 가능함을 보여주었다. 또한 수열 안정성이 뛰어난 SBA-15을 메조 기공의 구조체로 합성하고 매크로 기공의 도입에 따른 물질전달의 용이성을 확보함으로서 휘발성 유기화합물, 특히 더 큰 분자의 휘발성 유기화합물의 수분의 존재하는 흡착 및 탈착에서 큰 장점을 보이므로, 큰 분자의 휘발성 유기화합물을 제거하기 위해 흡·탈착이 반복되어야 하는 시스템에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 50 nm 이상 크기의 매크로 기공을 형성시키기 위하여 유화중합법에 의해 고분자 구형입자를 합성하는 단계와, 상기와 같이 합성된 고분자 구형 입자를 얼음 결정법에 의해 자기조립시켜 규칙적으로 배열시키는 단계와, 상기와 같이 규칙적으로 배열된 고분자 구형 입자를 염산 수용액과 삼블럭 공중합체(triblock copolymer)의 혼합물인 모액과 혼합시켜 균일한 상태의 2nm 초과, 50nm 미만 크기의 메조기공이 형성된 고분자 구형입자의 템플릿을 얻는 단계와, 건조 및 소성과정을 통하여 템플릿을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 매크로 기공 형성의 고분자 구형 입자를 250nm에서 800nm 크기의 템플릿으로 조절하는 것을 특징으로 하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 균일하게 정렬된 고분자 구형입자를 염산 수용액과 삼블럭 공중합체의 혼합물인 모액중에 혼합시켜 이중 템플릿을 형성시키는 것을 특징으로 하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 이중 템플릿을 형성 후 각 템플릿의 공극에 실리카 소스로 TEOS(tetraethly orthosilicate)를 주입하고 그 공극 사이에서 졸-젤(sol-gel) 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 유기물인 고분자 구형 물질과 삼블럭 공중합체 및 이를 둘러싸고 있는 무기물의 실리케이트로 구성된 유무기 복합물을 소성 과정에 의해 구조 붕괴 없이 유기 템플릿을 제거한 후 균일한 상태의 메조기공이 형성된 고분자 구형입자를 얻는 것을 특징으로 하는 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15의 제조방법.
  6. 상기 제 1항 내지 제 5항 중 선택된 어느 한항의 방법에 의해 제조한 매크로 크기의 기공을 갖는 메조포러스 SBA-15를 휘발성 유기화합물의 흡착 및 탈착 공정에 이용하는 방법.
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