KR100869725B1 - 금속-포르메이트 다공성 결정물질을 이용한 기체의 저장 및분리 방법 - Google Patents
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Abstract
금속과 포르메이트 이온(HCOO-)이 3차원 골격구조로 이루어진 금속-유기 다공성 결정형 물질을 이용한 아세틸렌 또는 산소의 저장 및 분리 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 저장 및 분리 방법에 이용되는 금속-유기 다공성 결정물질은 골격구조 내부에 특정 기체만을 선택적이며 안정적으로 다량 흡착할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기체의 저장 및 분리 방법은 고순도 가스의 제조 및 운반 등의 산업 분야에 이용될 수 있다.
Description
도 1은 아세틸렌을 담지하고 있는 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 대하여 X-선 결정구조 분석법에 의하여 얻어진 3차원 결정구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는, 각각, 275K 및 298K의 온도에서 마그네슘-포르메이트 다공성 결정물질의 다양한 기체들에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 도 4d는, 각각, 275K 및 298K의 온도에서 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 다양한 기체들에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 2에 따른 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌 및 질소의 기체 혼합물에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다. 이때 ○로 표시된 데이터는 탈착을 표시한 것이다.
도 6은 77K의 온도에서 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 산소 및 질소에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 3에 따른 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 산소 및 질소 기체 혼합물에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 금속-포르메이트 다공성 결정물질을 이용한 기체의 저장 및 분리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속-포르메이트 다공성 결정물질이 이루는 3차원 금속-유기 다공성 골격구조를 이용하여 기체 혼합물로부터 아세틸렌 또는 산소의 선택적인 분리 방법 및 아세틸렌 또는 산소의 저장 방법에 관한 것이다.
다공성 결정물질은 다차원 골격구조 안에 공동(cavity)이 규칙적으로 분포되어 있는 화학구조를 가지고 있으며, 공동의 입체적, 화학적 환경에 따라서 기체분자나 작은 유기분자를 선택적으로 흡착할 수 있고 촉매활성, 이온교환, 혼합물 분리 등의 목적으로 이용 가능하다.
기존의 대표적인 다공성 물질로는 제올라이트가 알려져 있는데, 합성이 간단하고, 공동의 화학적 환경을 변화시켜 기존의 제올라이트를 능가하는 기능성 물질을 얻기 위한 노력이 다방면으로 이어지고 있으며, 그 중에서 유기분자를 구성인자중 하나로 사용해서 높은 표면적과 열적 안정성을 갖는 다공성 물질을 얻기 위한 연구가 이루어지고 있다(미국 특허 제 5,648,508호). 이러한 연구는 여러 개의 금속이온과 동시에 안정한 결합을 이룰 수 있는 유기분자를 사용함으로써 가능한데, 두 개 혹은 그 이상의 금속이온과 동시에 결합할 수 있는 카르복실염(RCOO-)이 가장 널리 사용되어 왔다. 이렇게 금속이온과 유기분자로부터 합성된 다공성 물질 중에 는 다량의 수소와 메탄을 흡착하여 저장할 수 있는 물질이 개발되었으며, 기체의 저장 용량을 실용적인 수준까지 끌어올리거나, 특정 종류의 기체를 선택적으로 흡착할 수 있는 다공성 물질을 개발하기 위한 노력이 계속 진행중이다.
본 발명의 목적은 금속-포르메이트 다공성 결정물질을 이용하여 아세틸렌 을 저장하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속-포르메이트 다공성 결정물질을 이용하여 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물로부터 아세틸렌을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속-포르메이트 다공성 결정물질을 이용하여 산소를 분리 또는 저장하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는,
아세틸렌 또는 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물을 하기 구조식 1로 표시되는 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 접촉시켜 아세틸렌이 것을 포함하는 아세틸렌의 저장 방법을 제공한다:
<구조식 1>
상기 구조식 1에서,
각 포르메이트 이온은 3 개의 금속이온 M과 결합하고 있으며, 각 금속이온 M은 여섯 개의 포르메이트 이온과 결합되어 있고, 금속이온 M : 상기 포르메이트 이온의 조성비는 1:2이며, 상기 금속은 Mg, Mn, Co, Zn 또는 Fe이다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는,
상술한 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 아세틸렌 또는 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물을 접촉시켜 아세틸렌이 선택적으로 흡착되는 것을 포함하는 아세틸렌의 분리 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물은 196~325K의 온도에서 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일구현예는
산소 또는 질소 및 산소를 포함하는 기체 혼합물을 상술한 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉시켜 산소가 흡착되게 하는 것을 포함하는 산소의 저장 방 법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는,
산소 및 질소 포함하는 기체 혼합물을 상술한 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉시켜 산소가 선택적으로 흡착되는 것을 포함하는 하는 산소의 분리 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 산소를 포함하는 기체 혼합물은 77~150K의 온도에서 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 아세틸렌 또는 산소의 저장 방법에 따르면, 기체가 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 공동 안에 담지되어 고체 상태로 안정하게 존재하며, 많은 양의 기체를 안전하게 저장할 수 있다. 또한 본 발명의 아세틸렌 또는 산소의 분리 방법에 따르면 기체 혼합물로부터 아세틸렌 또는 산소가 선택적으로 흡착함으로써 아세틸렌 또는 산소를 고순도로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 이용되는 금속-포르메이트 다공성 결정물질은 하기 구조식 1로 표시되는 물질로서, 일정한 크기의 공동을 포함하는 3차원 골격 구조를 가지며, 상기 공동 내부에 아세틸렌 또는 산소를 선택적으로 담지할 수 있다:
<구조식 1>
상기 구조식 1에서,
각 포르메이트 이온은 3 개의 금속이온 M과 결합하고 있으며, 각 금속이온 M은 여섯 개의 포르메이트 이온과 결합되어 있고, 금속이온 M : 상기 포르메이트 이온의 조성비는 1:2이며, 상기 금속은 Mg, Mn, Co, Zn 또는 Fe이다..
본 발명에 있어서, 상기 구조식 1로 표시되는 금속-포르메이트 다공성 결정물질 및 그 제조 방법은 공개 특허 제2005-0052929에 기재되어 있으며, 상기 특허는 참조에 의해 본 발명에 통합된다.
도 1은 아세틸렌을 담지하고 있는 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 대하여 X-선 결정구조 분석법에 의하여 얻어진 3차원 결정구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서 좌측 a)는 상기 3차원 결정구조의 평면도를 나타내며, 도 1의 우측 b)는 상기 3차원 결정구조의 측면도를 나타낸다. 상기 3차원 결정구조에 있어서 노란색 사각뿔로 표시된 부분은 망간 또는 마그네슘의 금속을 나타내며, 흰색 막대로 연결된 부분은 포르메이트 이온은 나타낸다. 도 1에 있어서, 금속 및 포르메이트로 둘러싸인 공동이 규칙적으로 배열되어 있으며, 그 내부에는 청색 및 녹색 구로 표 시된 아세틸렌 분자가 담지되어 있음을 알 수 있다. 한편 b)에는 금속을 제외한 포르메이트 및 아세틸렌 분자만을 나타내었다.
금속-포르메이트 다공성 결정물질은, BET법에 의하여 측정하는 경우, 그 표면적이 약 284 m2/g (마그네슘-포르메이트 경우) 및 약 297 m2/g (망간-포르메이트 경우)이다. 또한 금속 다공성 결정물질은, 고순도 He 기체를 이용하여 측정할 경우 무효 부피(V p )가 약 0.14 cm3g-1 (마그네슘-포르메이트 경우) 및 0.13cm3g-1 (망간-포르메이트 경우)로, 상기 무효 부피를 구성하는 공동에 아세틸렌이 선택적으로 담지될 수 있다.
아세틸렌을 내포하고 있는 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 X-선 결정 구조는 다음과 같다: Monoclinic, P2 1 /n, a = 11.624(1) A, b = 10.165(1), c = 14.738(1) A, β = 91.402 (1)o, V = 1740.9(3) Å3, Z = 12, T = 90 K, d(계산값) = 1.759 g/cm3, R1 = 0.0321, wR2 = 0.0961, GOF = 1.069.
또한 아세틸렌을 내포하고 있는 마그네슘-포르메이트 다공성 결정물질의 X-선 결정 구조는 다음과 같다: Monoclinic, P21/n, a = 11.315(1) A, b = 9.853(1), c = 14.400(1) A, β = 91.320 (1)o, V = 1605.0(2) Å3, Z = 12, T = 90 K, d(계산값) = 1.527 g/cm3, R1 = 0.0374, wR2 = 0.1084, GOF = 1.041.
도 2는 196K~298K의 온도에서 측정된 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다. 도 2에 있어서 ■, ◆, ▲및 ●로 표시된 부분은 흡착에 관한 결과를 표시하며, □, ◇, △ 및 ○로 표시된 부분은 탈착에 관한 결과를 표시한다. 2를 참조하면, 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌에 대한 흡착량은 하기 표 1과 같다.
[표 1]
| 다공성 결정 물질 | 아세틸렌 흡착량 cm3/g-1 (cm3/cm-3) | ||
| ＠196 K | 275 K | 298 K | |
| 마그네슘-포르메이트 | 72.5 (101) | 69.4 (96.5) | 65.7 (91.3) |
| 망간-포르메이트 | 68.2 (112) | 57.7 (95.2) | 51.2 (84.5) |
도 1을 참조하면 상온에서 망간-포르메이트 다공성 결정물질은 1 기압에서 51 cm3/g까지의 아세틸렌 흡착이 가능하고 마그네슘-포르메이트 다공성 결정물질은 최대 66 cm3/g까지의 아세틸렌 흡착이 가능하다. 이러한 결과는 기존에 알려진 금속-유기 다공성 결정물질인 [Cu2(pzdc)2(pyz)]이 1 기압에서 아세틸렌을 42 cm3/g 만큼 저장한다는 결과에 비해서 월등히 향상된 것임을 알 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면 196K의 낮은 온도와 압력에서 망간-포르메이트와 마그네슘-포르메이트 다공성 결정물질은 히스테리시스(hysterisis)를 보이는 것을 알 수 있으면 이는 저온, 저압에서 아세틸렌을 저장할 수 있다는 의미가 된다. 뿐만 아니라, 295K 또는 298K에서 조차 상당히 많은 양의 아세틸렌 흡착 능력을 보여주며, 높은 압력에서 폭발성이 있는 가스를 고체 저장 물질에 안정하게 담지 할 수 있다.
상술한 본 발명의 저장 방법의 안정성은 금속-포르메이트 다공성 결정물질 에 담지된 아세틸렌의 담지 상태로서 설명될 수 있다. 일반적으로 아세틸렌은 아세톤이나 DMF 등의 유기 용매에 용해되어 보관된다. 용액 상태에서 아세틸렌 분자는 고온 고압에서 서로 충돌하여 폭발할 우려가 있다. 본 발명의 저장 방법에 있어서, 하나의 아세틸렌 분자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속-포르메이트 공동 하나를 차지하므로, 아세틸렌 분자들은 각각 분리되어 존재하고 서로 접촉할 우려가 없다. 따라서 본 발명의 저장 방법에 있어 아세틸렌 분자들의 접촉에 의하여 발생하는 폭발의 위험성은 최소화될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 아세틸렌의 저장 방법은, 상기 구조식 1로 표시되는 마그네슘-포르메이트 또는 망간-포르메이트의 다공성 결정물질에 아세틸렌을 포함하는 기체가 접촉되고, 상기 다공성 결정물질의 각각의 공동 내부에 아세틸렌이 한 분자씩 담지되는 것을 포함하여 이루어진다. 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 흡착된 아세틸렌 기체는, 예를 들면 298K 이상으로 온도로 온도를 증가시키거나, 외부 압력을 낮춤으로써 회수될 수 있다.
한편 본 발명에 따른 아세틸렌의 저장 방법에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력이 0.1 기압 이하가 되어도 아세틸렌이 완전히 탈착되지 않기 때문에(△로 표시된 결과 참조), 0.1 기압 이하의 압력 조건에서도 아세틸렌은 저장될 수 있다. 또한 1 기압 이상의 압력 조건에서도, 도 1에서 도시된 바와 같이, 아세틸렌이 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 공동 안에 담지되어 있기 때문에 폭발의 위험 성은 적고 안정하게 저장될 수 있다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 10-5 기압 에서도 아세틸렌은 일정온도 조건에서 저장 가능하며, 또한 3 기압의 압력하에서도 폭발의 위험성이 없이 아세틸렌은 안정되게 보관되었다.
한편 본 발명에 따른 아세틸렌의 저장 방법에 있어서, 298K 이상, 예를 들면, 325K의 온도에서도 아세틸렌은 저장가능하다. 도 3a와 3b 및 도 4a와 4b를 참조하면 298K의 온도에서도 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌 흡착량은 감소하지 않음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 아세틸렌의 분리 방법은 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 있어서 아세틸렌의 선택적인 흡착 능력으로부터 유도된다.
도 3a, 3b 및 도 4a, 4b는 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 다양한 기체들에 대한 흡착 등온선을 도시한다. 도면에 있어서 
, □, ▽, ○, ◇ 및 △로 표시된 부분은, 각각, 아세틸렌, 질소, 이산화탄소, 산소, 메탄 및 수소의 탈착에 관한 결과를 표시한다. 각각의 도면으로부터, 금속-포르메이트 다공성 결정물질은 다른 기체에 비하여 아세틸렌에 대한 흡착 능력이 더욱 우수함을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 아세틸렌의 분리 방법은, 상기 구조식 1로 표시되는 마그네슘-포르메이트 또는 망간-포르메이트의 다공성 결정물질에 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물이 접촉되고, 상기 다공성 결정물질에 아세틸렌이 선택적으로 흡착되는 것을 포함하여 이루어진다. 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 아세틸렌에 대한 흡착능력은 수소, 질소, 산소, 메탄, 이산화탄소, 아세틸렌, 일산화탄소, SF6, NO, N2O, NO2, H2S, SO2, Cl2, 크립톤, 네온, 제논 및 헬륨보다도 월등하게 우수하므로, 상기 기체들과 함께 아세틸렌이 혼합되어 있는 경우에도 아세틸렌은 선택적으로 흡착되어 분리될 수 있다.
한편 상기 아세틸렌의 분리는 196K~325K의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 일반적으로 낮은 온도에서 아세틸렌은 액화되나, 압력을 낮춤으로 기체상태로 유지될 수 있으며, 상기 상태에서 본 발명의 분리 방법을 이용하여 아세틸렌은 다른 기체로부터 분리될 수 있다. 본 발명의 아세틸렌의 분리 방법에 있어서, 온도가 증가하면 아세틸렌의 분리 능력은 더욱 우수하다. 도 3a 와 3b 또는 도 4a와 4b를 참조하여, 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 298K에서의 기체 흡착량을 275K에서의 기체 흡착량과 비교하면, 아세틸렌의 흡착량은 변화가 없으나 CO2 및 메탄 등의 다른 기체의 흡착량은 현저히 감소한다. 한편 275K에서 375K까지 온도가 증가할수록 아세틸렌의 선택적인 분리는 더욱 우수하나, 위험성의 측면에서 325K 이하의 온도로 분리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 산소의 분리 및 저장 방법은 저온에서의 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 있어서 질소에 대한 산소의 선택적인 흡착 능력으로부터 유도된다.
도 6은 77K의 온도에서 측정된 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 산소 및 질소에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면 금속-포르메이트 다공성 결정물질은 산소에 대한 흡착능력이 질소에 대한 흡착능력보다 월등하게 우수함을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 산소의 분리 및 저장 방법은 산소 또는 산소 및 질소를 포함하는 기체 혼합물을 상술한 구조식 1의 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉시켜 산소가 선택적으로 흡착되는 것을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 산소의 분리 및 저장 방법에 있어서, 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 산소가 접촉되는 온도는 77K~150K인 것이 바람직하다. 상기 온도가 77K 미만이면 산소의 액화가 일어날 수 있으나, 77K의 온도에서 예를 들면 156 torr의 이하의 압력을 유지하여 액화를 방지할 수 있다. 한편 온도가 150K를 초과하면 질소와 산소가 다공성 결정물질과 반데르 발스 인력이 약해지고 흡착능력이 감소하여 산소의 분리능력이 약해지므로 바람직하지 않다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 아세틸렌 또는 산소의 저장 및 분리 방법은, 이상에서 살펴본 바와 같이, 구조식 1의 금속-포르메이트 다공성 결정물질이 많은 양의 기체를 저온 또는 상온에서 선택적으로 흡착하여 저장 분리 가능하므로, 고순도 기체의 제조 및 보관 등에 유용하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
실시예
1: 금속-
포르메이트
다공성 결정물질을 이용한 아세틸렌의 저장
특허 공개 제2005-0052929의 실시예 1을 참조하여 망간-포르메이트 및 마그네슘-포르메이트 다공성 결정물질을 합성하였다. 상기 금속-포르메이트 다공성 결 정물질은 합성 후, 200℃에서 2일 동안 진공 건조하여 손님 분자로 존재하는 1,4-다이옥산을 모두 제거하여 사용하였다. 아세틸렌의 흡착 장비로서 Quantachrome의 Autosorp-1-MP을 사용하였다. 포화 증기압을 763 torr로 고정하고 10-5 atm에서부터 1 atm까지 아세틸렌의 압력을 증가시켰다. 측정된 흡·탈착점으로서 평형시간 3분 내에 0.0008 atm 이상의 압력 변화가 없을 때의 부피를 기록하였다. 온도를 196K로 유지하는 경우 드라이 아이스/아세톤 혼합물을 사용하였으며, 275K의 온도로 유지하기 위하여 얼음물을 사용하였고, 298K의 온도를 유지하기 위해 물 중탕을 사용하였다. 금속-포르메이트 다공성 결정 물질에 저장된 아세틸렌의 양을 흡착 등온선으로서 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면 금속-포르메이트 다공성 결정 물질은 최대 72.5 cm3/g의 아세틸렌을 흡착하며, 아세틸렌의 저장능력이 우수함을 알 수 있다.
실시예
2: 금속-
포르메이트
다공성 결정물질을 이용한 아세틸렌의 분리
(1) 금속-포르메이트 다공성 결정물질의 다양한 기체들에 대한 흡착 등온선
상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 다양한 기체들에 대한 흡착 등온선 그래프를 얻었다. 실험에 사용된 산소, 메탄의 순도는 99.9995 % 이며 수소, 질소, 이산화탄소의 순도는 99.9999%이다. 얻어진 흡착 등온선 결과를 도 3a, 3b 및 도 4a, 4b에 도시하였다.
도 3a, 3b 및 도 4a, 4b를 참조하면, 1 기압, 0℃ 또는 상온에서 수소, 질소, 메탄, 산소의 흡착량은 미미하나 아세틸렌은 많은 양이 금속-포르메이트에 흡 착되므로, 기체 혼합물로부터 아세틸렌을 선택적으로 흡착 분리할 수 있음을 알 수 있다.
(2) 망간-포르메이트 다공성 결정물질을 이용한 아세틸렌의 분리
질소 및 아세틸렌를 50:50의 부피비로 함유하는 기체 혼합물을 사용하여, 196K의 온도에서 10-5 기압에서 출발하여 1 기압까지 압력을 천천히 올리면서 실시예 1과 동일한 방법으로 망간-포르메이트 다공성 결정물질에 기체 혼합물을 흡착시켰다. 1개의 흡·탈착점을 얻기 위한 평형시간은 5분이었으며, 0.0008 atm이상의 압력 변화가 없을 때의 부피를 기록하였다. 얻어진 흡착 등온선을 도 5에 도시하였다.
흡착된 가스를 탄소 분석기 (Baseline-MOCON, Model: 8800TCA, 최소 검출양: 0.1ppm 이상)를 사용하여 분석한 결과 질소는 전혀 검출되지 않았고 아세틸렌만이 검출되었다.
실시예
3: 망간-
포르메이트
다공성 결정물질을 이용한 산소의 저장 및 분리
(1) 망간-포르메이트 다공성 결정물질의 산소 및 질소 대한 흡착 등온선
망간-포르메이트 다공성 결정물질 250g을 이용하여 77K에서 질소와 산소의 흡착을 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 저온에서의 산소의 응축을 방지하기 위해서 산소 및 질소의 포화 수증기압을 각각 156 torr 및 180 torr 이하로 유지하였다. 1개의 흡·탈착점을 얻기 위한 평형시간은 5분 및 0.0008 atm이상의 압력 변화가 없을 때의 부피를 기록하였다. 얻어진 흡착 등온선을 도 6에 도시하였 다.
도 6을 참조하면, 망간 포르메이트 다공성 결정물질은 낮은 온도에서 산소에 대한 흡착능력이 질소의 경우에 비해 월등히 우수하므로, 질소 및 산소 혼합물질로부터 산소를 선택적으로 분리할 수 있음을 알 수 있다.
(2) 망간-포르메이트 다공성 결정물질을 이용한 산소의 분리
산소 및 질소를 50:50의 부피비로 함유하는 기체 혼합물을 사용하여, 87K의 온도에서 망간-포르메이트 다공성 결정물질에 기체 혼합물을 흡착시켰다. 얻어진 흡착 등온선을 도 7에 나타내었다.
흡착된 가스는 산소 분석기(Model : Oxy-100, 정밀도: ±0.5 %)를 사용하여 분석하였으며, 분석결과 흡착된 산소의 순도는 99.5%였다.
본 발명에 따른 아세틸렌의 저장 방법에 따르면, 저온뿐만 아니라 상온에서도 많은 양의 아세틸렌을 안전하게 저장할 수 있다. 또한 상기 저장 방법은 저장 매체로서 아세톤 및 DMF와 같은 용매를 사용하지 않기 때문에, 저장된 아세틸렌을 회수하는 과정에서 용매가 불순물로 포함되는 것을 회피할 수 있다.
본 발명에 따른 아세틸렌의 분리 방법에 따르면, 금속-포르메이트 다공성 결정물질이 기체 혼합물로부터 아세틸렌을 선택적으로 흡착하므로, 폴리우레탄과 폴리에스터 플라스틱 제조에 필수적인 1,4-부탄디올 합성에 필수적으로 사용되는 아세틸렌 가스를 고순도로 제조하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 산소의 분리 및 저장 방법에 따르면, 산소에 대한 흡착 능력이 질소의 경우에 비해 월등히 우수하므로, 질소 및 산소 혼합물질로부터 산소를 선택적으로 분리하고 저장할 수 있다.
Claims (7)
- 아세틸렌 또는 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물을 하기 구조식 1로 표시되는 금속-포르메이트 다공성 결정물질과 접촉시켜 아세틸렌이 흡착되는 것을 특징으로 하는 아세틸렌의 저장 방법:<구조식 1>
상기 구조식 1에서,각 포르메이트 이온은 3 개의 금속이온 M과 결합하고 있으며, 각 금속이온 M은 여섯 개의 포르메이트 이온과 결합되어 있고, 금속이온 M : 상기 포르메이트 이온의 조성비는 1:2이며, 상기 금속은 Mg, Mn, Co, Zn 또는 Fe이다. - 아세틸렌을 포함하는 기체 혼합물을 하기 구조식 1로 표시되는 금속-포르메이트 다공성 결정물질에 접촉시켜 아세틸렌이 선택적으로 흡착되는 것을 특징으로 하는 아세틸렌의 분리 방법:<구조식 1>
상기 구조식 1에서,각 포르메이트 이온은 3 개의 금속이온 M과 결합하고 있으며, 각 금속이온 M은 여섯 개의 포르메이트 이온과 결합되어 있고, 금속이온 M : 상기 포르메이트 이온의 조성비는 1:2이며, 상기 금속은 Mg, Mn, Co, Zn 또는 Fe이다. - 제2항에 있어서, 상기 기체 혼합물은 수소, 질소, 산소, 메탄, 이산화탄소, 아세틸렌, 일산화탄소, SF6, NO, N2O, NO2, H2S, SO2, Cl2, 크립톤, 네온, 제논 및 헬륨으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 기체 혼합물을 196~325K의 온도에서 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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