KR101339846B1 - The improved preparation method of porous metal organic framework - Google Patents

The improved preparation method of porous metal organic framework Download PDF

Info

Publication number
KR101339846B1
KR101339846B1 KR1020110131105A KR20110131105A KR101339846B1 KR 101339846 B1 KR101339846 B1 KR 101339846B1 KR 1020110131105 A KR1020110131105 A KR 1020110131105A KR 20110131105 A KR20110131105 A KR 20110131105A KR 101339846 B1 KR101339846 B1 KR 101339846B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
solvent
porous metal
metal
organic framework
Prior art date
Application number
KR1020110131105A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130064475A (en
Inventor
정미선
김동옥
정의갑
김동욱
신승환
Original Assignee
한화케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화케미칼 주식회사 filed Critical 한화케미칼 주식회사
Priority to KR1020110131105A priority Critical patent/KR101339846B1/en
Publication of KR20130064475A publication Critical patent/KR20130064475A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101339846B1 publication Critical patent/KR101339846B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/008Processes carried out under supercritical conditions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B61/00Other general methods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 세공이 친수성 또는 소수성의 특성을 갖고, 세공의 크기가 큰 다공성 금속-유기 골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 제조 시 용매의 함수율을 최적화하여 종래의 합성한 다공성 금속-유기 골격체보다 높은 표면적을 가지며 합성 수득률이 높은 금속-유기 골격체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 개선된 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법을 통해 합성한 다공성 금속-유기 골격체는 가스 저장, 촉매, 센서 분야에 응용할 수 있다.According to the present invention, the porous metal-organic frameworks synthesized by conventionally optimizing the water content of the solvent when the pores have a hydrophilic or hydrophobic property and have a large pore size of the porous metal-organic framework (MOF) A method for producing metal-organic frameworks having a higher surface area and higher synthetic yields. The porous metal-organic framework synthesized through the improved method for producing a porous metal-organic framework according to the present invention can be applied to gas storage, catalyst, and sensor fields.

Description

개선된 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법{The improved preparation method of porous metal organic framework}The improved preparation method of porous metal organic framework

본 발명은 표면적과 합성 수득률이 높은 다공성 금속-유기 골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 세공이 친수성 또는 소수성의 특성을 갖고, 세공의 크기가 큰 다공성 금속-유기 골격체의 제조 시 일정량의 물을 첨가하는 개선된 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous metal-organic framework (MOF) having high surface area and high synthetic yield. More particularly, the present invention relates to an improved method for preparing a porous metal-organic framework, in which the pores have hydrophilic or hydrophobic properties, and in which a certain amount of water is added in the production of a porous metal-organic framework having a large pore size.

다공성 금속-유기 골격체(MOF; Metal-Organic Framework)는 나노세공체로서 매우 잘 정의된 크기의 세공은 물론, 매우 높은 표면적과 세공 부피, 단단한 구조를 가진다. 또한 적당한 유기 리간드(organic linker), 즉, 두자리(bidentate) 화합물을 선택하여 그 세공 크기 및 세공 내의 화학적 환경을 쉽게 조절할 수 있으며 내열성 및 내 화학성이 우수하다. 다공성 금속-유기 골격체는 금속산화물 집합체(metal oxide cluster)와 유기연결기(organic linker)를 구성성분으로 하며 이들 금속 이온 부분과 유기 리간드로부터 형성된 배위 구조는 자기조립을 통한 단순한 분자 형태뿐만 아니라 선형인 1차, 판상구조인 2차, 복잡한 3차원 구조에 이르기 까지 다양한 골격 구조를 형성 할 수 있다. 일반적인 합성법은 극성용매(water, alcohol, acetone, acetonitrile, N-Methylpyrrolidone, dimethylforamide, diethylforamide, chlorobenzene, dimethylsulfoxide, chloroform 등)를 사용하여 적절한 농도로 각 구성 성분들의 전구체를 녹이고, 밀봉된 용기에 넣고 가열하여 자체적으로 발생하는 압력에 의하여 합성이 이루어지는 용매열 합성방법이 대표적인 방법이다. Porous metal-organic frameworks (MOFs) are nanoporous bodies with very well defined pore sizes, as well as very high surface area, pore volume and rigid structure. In addition, by selecting an appropriate organic linker, that is, a bidentate compound, the pore size and chemical environment within the pore can be easily controlled, and are excellent in heat resistance and chemical resistance. The porous metal-organic framework consists of a metal oxide cluster and an organic linker, and the coordination structure formed from these metal ion moieties and organic ligands is linear as well as simple molecular form through self-assembly. Various skeletal structures can be formed, ranging from primary, plate-shaped secondary, and complex three-dimensional structures. The general synthesis method uses polar solvents (water, alcohol, acetone, acetonitrile, N-Methylpyrrolidone, dimethylforamide, diethylforamide, chlorobenzene, dimethylsulfoxide, chloroform, etc.) to dissolve the precursors of each component in an appropriate concentration, and put in a sealed container and heated Solvent thermal synthesis method is a typical method that is synthesized by the pressure generated by itself.

이러한 다공성 금속-유기 골격체를 구성하는 각 단위체를 적절한 용매에 녹여 고온 고압에서 반응시켜 골격체를 형성하는 용매열 방법(Solvothermal method)이외에도 단위체가 녹아 있는 용매에 용해도를 낮춰줄 수 있는 다른 용매가 확산되어 침투하게 만드는 증기 확산 방법(vapor diffusion method), 서로 다른 전구체를 함유한 두 용액 사이에 층을 형성시켜 두 층 사이에 확산이 일어나게 하여 골격체를 형성하는 층산 확산 방법(layer diffusion method)이 사용되고 있다. 그러나, 종래의 다공성 금속-유기 골격체 제조방법은 모두 금속 성분의 전구체, 유기 성분의 전구체를 적절한 용매에 용해시킨 후 자기조립을 통해 골격체를 형성하는 방법으로, 제조 직후의 다공성 금속-유기 골격체 내부 기공(채널을 포함함)에 물, 전구체의 용해를 위해 첨가한 용매, 미반응된 전구체 물질 자체, 금속 전구체와 유기 전구체간의 반응에 의한 모노머, 올리고머등 미반응물과 반응 부산물이 존재하여 표면적 감소를 유발한다. 가스(메탄, 이산화탄소, 수소 등) 저장용, 촉매, 센서 등으로 사용하기 위해 높은 표면적을 가지면서 깨끗한 3차원적 세공을 가지는 금속-유기 골격체를 만드는 것이 중요하다. In addition to the Solvothermal method of dissolving each unit constituting the porous metal-organic framework in an appropriate solvent and reacting at high temperature and high pressure to form a framework, there are other solvents that can lower the solubility in the solvent in which the monomer is dissolved. The vapor diffusion method, which diffuses and penetrates, and the layer diffusion method, which forms a layer between two solutions containing different precursors and causes diffusion between the two layers to form a framework. It is used. However, the conventional methods for producing a porous metal-organic skeleton are a method in which a precursor of a metal component and a precursor of an organic component are dissolved in a suitable solvent to form a skeleton through self-assembly. Unreacted products such as water, solvents added to dissolve precursors, unreacted precursor materials themselves, monomers, oligomers by reaction between metal precursors and organic precursors, and reaction by-products exist in the pores (including channels) in the body. Causes a decrease. It is important to make metal-organic frameworks with high surface areas and clean three-dimensional pores for use in gas (methane, carbon dioxide, hydrogen, etc.) storage, catalysts, and sensors.

뿐만 아니라, 다공성 금속-유기 골격체의 제조 시 금속산화물 집합체(metal oxide cluster)와 유기연결기(organic linker)의 비율 및 합성 시 사용하는 용매의 종류, 제조 온도 등에 따라서 합성 후 얻어지는 다공성 금속-유기 골격체의 형태 및 수득률이 달라진다. 그러므로 각각의 다공성 금속-유기 골격체가 제조하기 위하여 반응 물의 비율 및 제조 조건을 최적화시키는 것이 중요하다.In addition, the porous metal-organic skeleton obtained after the synthesis according to the ratio of the metal oxide cluster and the organic linker in the preparation of the porous metal-organic framework, the type of solvent used in the synthesis, the manufacturing temperature, etc. The shape and yield of the sieves vary. Therefore, it is important to optimize the proportion of reactants and the production conditions for each porous metal-organic framework.

다공성 금속-유기 골격체의 제조와 관련된 문헌[Eddaoudi et al., Science 295 (2002), 469-472]에는, 예를 들어 아연 염, 즉, 질산아연으로부터의 MOF-5 제조가 기술되어 있다. MOF의 합성에서, 상기 염 및 1,4-벤젠디카르복실산(BDC)이 N,N-디에틸포름아미드(DEF)에 용해된다. 문헌[Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023]에는, 예를 들어 구리 염(질산구리)가 출발 물질로서 사용되고, 상기 염 및 4,4',4"-벤젠-1,3,5-트리일트리벤조산(H3BTC)이 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 및 물에 용해되어 MOF를 합성하는 MOF-14의 제조가 기술되어 있다. 다공질 금속-유기 골격체의 제조 방법(대한민국공개특허, 10-2009-0031358)에서는 1 이상의 금속 이온에 배위결합된 2 이상의 유기 화합물을 포함하는 다공질 금속-유기 골격체의 제조방법이 제시되었다. Eddaoudi et al., Science 295 (2002), 469-472, relating to the preparation of porous metal-organic frameworks, for example, describe the preparation of MOF-5 from zinc salts, ie zinc nitrate. In the synthesis of MOF, the salt and 1,4-benzenedicarboxylic acid (BDC) are dissolved in N, N-diethylformamide (DEF). In Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023, for example, copper salts (copper nitrate) are used as starting materials, the salts and 4,4 ', 4 "-benzene-1,3 The preparation of MOF-14 is described in which, 5-triyltribenzoic acid (H3BTC) is dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF) and water to synthesize MOF. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0031358) discloses a method for preparing a porous metal-organic framework comprising two or more organic compounds coordinated to one or more metal ions.

상기의 제조 방법들은 유기연결기의 길이가 짧고 유기연결기에 관능기가 없는 경우에 사용 가능한 제조 방법들이다. 금속-유기 골격체의 링커(linker) 역할을 하는 유기연결기의 길이가 길어져서 세공이 커지고 친수성 관능기가 있는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다. 유기연결기의 길이가 길어지면서 제조 시 두 개의 금속-유기 골격체가 서로 꼬아져서 겹쳐짐(interpenetration)을 야기하여 표면적 감소를 유발할 수 있고, 유기 리간드에 존재하는 관능기로 인해 세공 안에 존재하는 용매나 미반응된 전구체 물질 자체, 금속 전구체와 유기 전구체간의 반응에 의한 모노머, 올리고머등 미반응물과 반응 부산물 형성되어 잔류물이 미세세공을 막고 이로 인한 수득률 감소가 야기될 수 있다.The above production methods are production methods that can be used when the length of the organic linking group is short and the organic linking group has no functional group. In the case where the length of the organic linking group serving as a linker of the metal-organic framework is increased and the pores are large and there are hydrophilic functional groups, there may be the following problems. As the length of the organic linking group becomes longer, the two metal-organic frameworks may be twisted together to cause interpenetration, leading to a reduction in surface area, and due to the functional groups present in the organic ligand, unreacted solvents or unreacted substances in the pores. Reaction by-products can be formed with unreacted materials such as monomers, oligomers, and the like by the reaction between the precursor material itself, the metal precursor and the organic precursor, resulting in a reduction of yields due to the residue blocking the micropores.

이에 본 발명자들은 세공이 친수성 또는 소수성 특성을 갖는 특히 강한 친수성을 가지며 세공의 크기(20Å 이상)가 큰 금속-유기 골격체의 제조 방법을 개선하기 위하여 각고의 노력을 거듭한 결과 제조 시 용매에 0.1~0.3 중량%의 물을 첨가하는 조건을 확립하였다. 상기 방법을 통해 금속-유기 골격체의 제조 시 종래의 제조 방법을 이용한 경우보다 높은 표면적 및 수득률을 가짐을 확인하였다.Accordingly, the present inventors have made great efforts to improve a method for preparing a metal-organic framework having a particularly strong hydrophilic property in which the pores have hydrophilicity or hydrophobicity and a large pore size (20 μs or more). The condition of adding ˜0.3% by weight of water was established. Through the above method, it was confirmed that the preparation of the metal-organic framework has a higher surface area and higher yield than that of the conventional manufacturing method.

대한민국 공개특허 10-2009-0031358 (2009.03.25)Republic of Korea Patent Publication 10-2009-0031358 (2009.03.25)

Eddaoudi et al., Science 295 (2002), 469-472 Eddaoudi et al., Science 295 (2002), 469-472 Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023 Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023

본 발명은 다공성 금속-유기 골격체의 세공이 친수성 또는 소수성의 특성을 가지고 있을 때 특히 친수성의 특성을 가지며 세공의 크기(20Å 이상)가 큰 금속-유기 골격체의 제조 방법에 관한 것으로서, 다공성 금속-유기 골격체 제조시 유기용매 이외에 물을 추가로 사용하여 용매의 함수율을 최적화시킴으로서 높은 표면적과 수득률을 갖는 금속-유기 골격체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to a method for producing a metal-organic framework, particularly when the pores of the porous metal-organic framework have hydrophilicity or hydrophobicity, and have a large pore size (20 μs or more). It is an object to provide a method for producing a metal-organic skeleton having high surface area and yield by optimizing the water content of the solvent by using water in addition to the organic solvent in preparing the organic framework.

본 발명은 다공성 금속-유기 골격체의 세공이 친수성 또는 소수성의 특성을 갖고 세공의 크기(20Å 이상)가 클 경우 금속-유기 골격체의 제조 시의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 높은 표면적을 갖는 다공성 금속-유기 골격체를 안정적이고 빠르게 대량 생산 가능하게 하며, 다공성 금속-유기 골격체 제조와 관련하여 기공 내부에 존재할 수 있는 미반응물 (금속 산화물 클러스터 전구체, 유기 연결기 전구체), 반응 부산물 (폴리(카복실산)올리고머, 유기연결기를 단량체로 하여 제조되는 고분자 물질)을 줄여 수득률을 높일 수 있는 방법을 제공한다. The present invention is to solve the problems in the preparation of the metal-organic framework when the pores of the porous metal-organic skeleton has hydrophilic or hydrophobic properties and the pore size is large (20Å or more), the porous having a high surface area Allows stable and rapid mass production of metal-organic frameworks, unreacted materials (metal oxide cluster precursors, organic linker precursors), reaction byproducts (poly (carboxylic acids) that may be present inside the pores in connection with the preparation of porous metal-organic frameworks It provides a method to increase the yield by reducing the oligomer, a polymer material prepared by using an organic linking group as a monomer).

기존의 제조 방법을 이용할 경우 세공이 친수성 또는 소수성의 특징을 갖고 특히 친수성의 특성이 강하고 세공의 크기(20Å 이상)가 큰 금속-유기 골격체 합성 시 높은 표면적을 구현하기 어렵고, 제조 시 수득률 또한 현저히 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다. When using the conventional manufacturing method, it is difficult to realize a high surface area when synthesizing a metal-organic framework having pores having hydrophilicity or hydrophobicity, particularly having high hydrophilicity and a large pore size (20 μs or more), and yields are remarkably high. I could see it falling.

이에 본 발명자들은 다공성 금속-유기 골격체 제조시 유기용매 이외에 물을 추가로 사용하여 용매의 함수율을 최적화시킴으로서 이러한 문제점을 해결하였다.The present inventors solved this problem by optimizing the water content of the solvent by using water in addition to the organic solvent in the preparation of the porous metal-organic framework.

본 발명은 하기와 같은 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법을 제공한다: The present invention provides a method for preparing a porous metal-organic framework as follows:

1) 1 내지 16족의 금속이온과 14 내지 17족의 음이온이 결합된 금속염과 유기 리간드 전구체를 유기용매와 물의 혼합용매에 용해시켜 다공성 금속-유기 골격체를 형성하는 단계;1) dissolving a metal salt and an organic ligand precursor in which the metal ions of Groups 1 to 16 and the anions of Groups 14 to 17 are bonded to a mixed solvent of an organic solvent and water to form a porous metal-organic framework;

2) 상기 다공성 금속-유기 골격체를 제 1용매에 침지시키는 용매교환단계;2) a solvent exchange step of dipping the porous metal-organic framework in a first solvent;

3) 초임계 이산화탄소(CO2)와 제 2용매를 이용하여 상기 세척된 다공성 금속-유기 골격체에 연속식 혼합 초임계 처리하는 단계; 및 3) continuous mixed supercritical treatment of the washed porous metal-organic framework using supercritical carbon dioxide (CO 2 ) and a second solvent; And

4) 상기 연속식 혼합 초임계 처리된 다공성 금속-유기 골격체를 고온 감압 건조하는 단계.
4) drying the continuous mixed supercritical treated porous metal-organic framework at high temperature under reduced pressure.

이하, 본 발명의 다공성 금속-유기 골격체의 제조 단계에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the step of preparing the porous metal-organic framework of the present invention will be described in detail.

<1단계> 금속염과 유기 리간드 전구체 화합물을 유기용매와 물의 혼합용매에 용해시켜 다공성 금속-유기 골격체를 형성하는 단계Step 1 dissolving the metal salt and the organic ligand precursor compound in a mixed solvent of an organic solvent and water to form a porous metal-organic framework

1) 단계의 다공성 금속-유기 골격체의 합성은 널리 알려진 통상적인 방식을 따르나, 유기용매와 물의 혼합용매 하에서 금속이온 화합물 및 유기리간드의 반응에 의해 제조된다. 이때 사용되는 금속이온 화합물의 금속이온은 1족에서 16족까지 포함하며, Li+, Na+, K+, Rb+, Be2 +, Mg2 +, Ca2 +, Sr2 +, Ba2 +, Sc3 +, Y3 +, Ti4 +, Zr4 +, Hf+, V4+, V3 +, V2 +, Nb3 +, Ta3 +, Cr3 +, Mo3 +, W3 +, Mn3 +, Mn2 +, Re3 +, Re2 +, Fe3 +, Fe2 +, Ru3 +, Ru2 +, Os3 +, Os2 +, Co3 +, Co2 +, Rh2 +, Rh+, Ir2 +, Ir+, Ni2 +, Ni+, Pd2 +, Pd+, Pt2 +, Pt+, Cu2 +, Cu+, Ag+, Au+, Zn2 +, Cd2 +, Hg2 +, Al3 +, Ga3 +, In3 +, Tl3 +, Si4 +, Si2 +, Ge4 +, Ge2 +, Sn4 +, Sn2 +, Pb4 +, Pb2 +, As5 +, As3+, As+, Sb5 +, Sb3 +, Sb+, Bi5 +, Bi3 + 및 Bi+ 로부터 선택되는 1 종 또는 2종 이상이 반드시 반응에 참여한다. 상기 금속 이온 화합물은 금속염 형태일 수 있으며, 금속염에서 금속이온과 결합하는 음이온은 통상적인 음이온으로, 바람직하게 14족에서 17족에 속한 음이온이며, 상기 금속염으로는 금속질산염, 금속황산염, 금속인산염, 금속염산염 등의 금속 무기산염을 예로 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. The synthesis of the porous metal-organic framework of step 1) follows a well-known conventional manner, but is prepared by the reaction of a metal ion compound and an organic ligand in a mixed solvent of an organic solvent and water. The metal ion of the metal ion compound used at this time includes from Group 1 to Group 16, Li + , Na + , K + , Rb + , Be 2 + , Mg 2 + , Ca 2 + , Sr 2 + , Ba 2 + , Sc 3 + , Y 3 + , Ti 4 + , Zr 4 + , Hf + , V 4+ , V 3 + , V 2 + , Nb 3 + , Ta 3 + , Cr 3 + , Mo 3 + , W 3 +, Mn 3 +, Mn 2 +, Re 3 +, Re 2 +, Fe 3 +, Fe 2 +, Ru 3 +, Ru 2 +, Os 3 +, Os 2 +, Co 3 +, Co 2 +, Rh 2 + , Rh + , Ir 2 + , Ir + , Ni 2 + , Ni + , Pd 2 + , Pd + , Pt 2 + , Pt + , Cu 2 + , Cu + , Ag + , Au + , Zn 2 +, Cd 2 +, Hg 2 +, Al 3 +, Ga 3 +, In 3 +, Tl 3 +, Si 4 +, Si 2 +, Ge 4 +, Ge 2 +, Sn 4 +, Sn 2 +, Pb 4 +, Pb 2 +, As 5 +, As 3+, As +, Sb 5 +, Sb 3 +, Sb +, Bi 5 +, Bi 3 + , and one or more selected from the Bi + Be sure to participate in the reaction. The metal ion compound may be in the form of a metal salt, and the anion that binds to the metal ion in the metal salt is a conventional anion, preferably an anion belonging to Group 14 to Group 17, and the metal salt includes metal nitrate, metal sulfate, metal phosphate, Metal inorganic salts, such as a metal hydrochloride, can be mentioned, but is not limited to these.

상기 유기용매는 아세톤(acetone), 아세토니트릴 (acetonitrile), 벤젠(benzene), 부탄올(butanol), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 클로로포름(chloroform), 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 시클로헥산(cyclohexane), 다이메톡시에탄(dimethoxyethane), 다이메틸포름아마이드(dimethylforamide), 다이에틸포름아마이드(diethylforamide), 다이옥세인(dioxane), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 에테르(ether), 아세트산에틸(ethyl acetate), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 글리세린(glycerin), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 메틸 t-부틸 에테르(MTBE; methyl tertiary butyl ether), 프로판올(propanol), 자일렌(xylene), t-부틸 알코올(t-butyl alcohol), 테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran) 및 톨루엔(toluene)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다이메틸포름아마이드(dimethylforamide)를 사용 할 수 있다.The organic solvent is acetone, acetonitrile, benzene, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride cyclohexane, dime Methoxyethane, dimethylforamide, diethylforamide, dioxane, methanol, ethanol, ether, ethyl acetate, Ethylene glycol, glycerine, pentane, hexane, heptane, methyl tertiary butyl ether (MTBE), propanol, xylene ), t-butyl alcohol, one or two or more solvents selected from tetrahydrofuran and toluene may be used, and preferably dimethylforamide may be used..

상기 물은 유기용매와 물의 혼합용매 전체에 대하여 0.01 내지 0.3 중량%로 함유되며, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%로 함유된다. 물의 함량이 0.1중량% 미만일 경우 합성 수득률이 떨어지는 문제가 있고, 물의 함량이 0.3 중량%를 초과하는 경우 비표면적 값이 매우 떨어지는 문제가 있어, 합성 수득률을 높임과 동시에 합성된 금속-유기 골격체의 비표면적을 높이기 위해서는 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다. The water is contained in an amount of 0.01 to 0.3% by weight, preferably 0.1 to 0.3% by weight based on the total mixed solvent of the organic solvent and water. When the content of water is less than 0.1% by weight, there is a problem that the synthetic yield falls, and when the content of water exceeds 0.3% by weight, the specific surface area value is very low. In order to raise specific surface area, it is good to use in the said range.

상기 다공성 금속-유기 골격체의 금속간 연결 고리 역할을 하는 유기리간드(linker)의 경우 금속 이온과 결합할 수 있는 두 자리 이상의 작용기, 예를 들면, 다이카르복실레이트 등을 가진다. 이때 사용되는 유기리간드는 카복실산을 가진 방향족 탄화수소로 금속-유기 골격체의 세공 크기와 모양은 유기 리간드의 크기 및 모양으로 정해질 수 있다. 하기 구조의 유기 리간드 전구체 화합물의 사용에 따라 금속-유기 골격체의 모양과 세공의 크기, 세공의 친수성 또는 소수성의 특성이 결정되나, 하기의 예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.In the case of an organic ligand that serves as an intermetallic link ring of the porous metal-organic framework, the organic ligand has two or more functional groups capable of bonding with metal ions, for example, dicarboxylate. The organic ligand used here is an aromatic hydrocarbon having a carboxylic acid, and the pore size and shape of the metal-organic framework can be determined by the size and shape of the organic ligand. The shape of the metal-organic framework and the size of the pores, the hydrophilicity or hydrophobicity of the pores are determined by the use of the organic ligand precursor compound having the following structure, but the present invention is not limited to the following examples.

Figure 112011097637929-pat00001
Figure 112011097637929-pat00001

[상기 R1 내지 R46은 서로 독립적으로 H, OH, NH2, NHR', NHR'R", SH, SR', SOOH, SOOOH, PH2, POOH2, PHR' 또는 PR'R"이고; R' 및 R"는 각각 (C1-C3)알킬이나, 단 R1 내지 R4가 모두 수소인 경우는 제외된다.]
[Wherein R 1 to R 46 are independently of each other H, OH, NH 2 , NHR ', NHR'R ", SH, SR', SOOH, SOOOH, PH 2 , POOH 2 , PHR 'or PR'R"; R 'and R "are each (C1-C3) alkyl except where R 1 to R 4 are all hydrogen.]

상기 유기 리간드 전구체 화합물은 하기 구조를 갖는 유기 리간드 전구체 화합물인 것이 바람직하다.It is preferable that the said organic ligand precursor compound is an organic ligand precursor compound which has the following structure.

Figure 112011097637929-pat00002

Figure 112011097637929-pat00002

<2단계> 상기 다공성 금속-유기 골격체를 제 1용매에 침지시키는 용매교환단계<Step 2> Solvent exchange step of immersing the porous metal-organic skeleton in the first solvent

2) 단계의 용매 교환 단계에서 제 1용매는 다공성 금속-유기 골격체와 접촉하여, 다공성 금속-유기 골격체의 기공 내에 존재하는 물, 유기용매를 금속-유기 골격체에서 추출하여 제거하는 역할을 수행하는 것으로, 1) 단계의 유기용매와는 상이한 용매로, 1) 단계의 유기용매와 상용성(miscibility)이 좋고 1) 단계의 유기용매보다 끓는점이 낮은 용매를 사용한다. 상기 용매교환은 합성된 다공성 금속-유기 골격체를 제 1용매에 일정시간 동안 방치하는 방법으로 수행한다. 용매 교환시간은 12시간 내지 72시간이 바람직하다. 용매 교환 시간이 72시간을 초과하면 금속-유기 골격체의 세공 구조가 붕괴되어 표면이 좁아지는 문제점이 발생하고 12시간 미만이면 세공 내에 존재하는 잔류물을 충분히 제거할 수 없게 된다. 보다 바람직하게는 24시간 내지 48시간이 바람직하다. 이때, 사용되는 제1용매는 아세톤(acetone), 아세토니트릴 (acetonitrile), 벤젠(benzene), 부탄올(butanol), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 클로로포름(chloroform), 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 시클로헥산(cyclohexane), 다이메톡시에탄(dimethoxyethane), 다이메틸포름아마이드(dimethylforamide), 다이에틸포름아마이드(diethylforamide), 다이옥세인(dioxane), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 에테르(ether), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 글리세린(glycerin), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 메틸 t-부틸 에테르(MTBE; methyl tertiary butyl ether), 프로판올(propanol), 자일렌(xylene), t-부틸 알코올(t-butyl alcohol), 테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran), 톨루엔(toluene) 및 물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1)단계의 유기용매로 다이메틸포름아마이드를 사용하는 경우 제 1용매는 클로로포름(chloroform)를 사용할 수 있다.
In the solvent exchange step of step 2), the first solvent is contacted with the porous metal-organic framework to extract and remove water and organic solvent present in the pores of the porous metal-organic framework from the metal-organic framework. In this case, a solvent different from the organic solvent of step 1) is used, and a solvent having a high miscibility with the organic solvent of step 1) and having a lower boiling point than the organic solvent of step 1) is used. The solvent exchange is performed by leaving the synthesized porous metal-organic skeleton in the first solvent for a predetermined time. The solvent exchange time is preferably 12 hours to 72 hours. If the solvent exchange time exceeds 72 hours, the pore structure of the metal-organic framework collapses and the surface becomes narrow. If the solvent exchange time is less than 12 hours, the residue present in the pores cannot be sufficiently removed. More preferably, 24 hours to 48 hours are preferable. At this time, the first solvent used is acetone, acetonitrile, benzene, butanol, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride cyclohexane ), Dimethoxyethane, dimethylformamide, dimethylformamide, diethylforamide, dioxane, methanol, methanol, ethanol, ether, ethyl acetate ethyl acetate, ethylene glycol, glycerin, pentane, hexane, heptane, methyl tertiary butyl ether (MTBE), propanol, One or two or more solvents selected from xylene, t-butyl alcohol, tetrahydrofuran, toluene and water may be used, preferably in step 1). Dimethyl Foam as Organic Solvent In the case of using amide, the first solvent may be chloroform.

<3단계> 다공성 금속-유기 골격체를 연속식 혼합 초임계 처리하는 단계<Step 3> Continuous mixed supercritical treatment of the porous metal-organic framework

3) 단계에서 다공성 금속-유기 골격체의 연속식 혼합 초임계 처리는 연속식 초임계 처리 장치를 이용하여 초임계 이산화 탄소와 제 2용매를 일정 시간 혼합하여 초임계 처리 하는 것이다.Continuous mixing supercritical treatment of the porous metal-organic framework in step 3) is a supercritical treatment by mixing a supercritical carbon dioxide and a second solvent for a predetermined time using a continuous supercritical processing apparatus.

상기 초임계 처리 방법은 본 출원인에 의한 선출원 특허(대한민국 공개특허 10-2010-0125771)에 기재된 연속식 초임계 이산화 탄소 처리 방법과 같은 방법을 사용하는 것이다. 그러나 선출원 특허에 기재된 초임계 처리 방법으로는 제2 용매의 극성에 의해 금속-유기 골격체 내에 존재하는 이물질들에 의해 세공이 붕괴되는 현상이 발생하여 세공의 특성이 친수성이 강하고 세공의 크기(20Å 이상)가 큰 금속 유기 골격체의 세공내 잔류물을 구조 붕괴 없이 완벽히 제거하는 데는 어려움이 있다. 이에 본 발명에서는 기존의 초임계 이산화 탄소와 1)단계의 유기용매 및 제 1 용매와 상용성(miscibility)이 좋고 1)단계의 유기용매보다 끓는점이 낮은 제 2 용매를 혼합한 연속식 혼합 초임계 처리 방법을 개발하였다. 본 발명의 연속식 혼합 초임계 처리 방법은 세공의 특성이 친수성이 강하고 세공의 크기가 큰 금속-유기 골격체일수록 더욱 효과적이다. 상기 연속식 혼합 초임계 처리 방법은 초임계 이산화탄소를 연속적으로 다공성 금속-유기 골격체에 흘려 주면서 일정시간이 지난 후 제 2용매와 초임계 이산화탄소를 동시에 흘려 주어서 다공성 금속-유기 골격체에 존재하는 잔류물을 제거하는 방법이다. 즉, 초임계 이산화탄소를 다공성 금속-유기 골격체에 공급 개시하여 금속-유기 골격체 내 이물질을 일부 제거한 후 제 2용매를 초임계 이산화탄소와 동시에 공급하여 연속식 혼합 초임계 처리한다.The supercritical treatment method is to use the same method as the continuous supercritical carbon dioxide treatment method described in the patent application (Korean Patent Publication No. 10-2010-0125771) by the applicant. However, in the supercritical processing method described in the patent application, the phenomenon of pore collapse due to foreign substances present in the metal-organic framework due to the polarity of the second solvent occurs, so that the characteristics of the pore are hydrophilic and the pore size is 20Å. It is difficult to completely remove the pore residue of the large metal organic framework without structural collapse. Therefore, in the present invention, a continuous mixed supercritical mixture of existing supercritical carbon dioxide and a second solvent having good miscibility with the first solvent and a lower boiling point than the organic solvent of step 1). A treatment method was developed. The continuous mixed supercritical treatment method of the present invention is more effective as the metal-organic framework having a strong hydrophilic property and a large pore size. In the continuous mixed supercritical treatment method, the supercritical carbon dioxide is continuously flowed into the porous metal-organic framework, while the second solvent and the supercritical carbon dioxide are flowed simultaneously after a predetermined time, thereby remaining in the porous metal-organic framework. It is a way to remove water. That is, supercritical carbon dioxide is started to be supplied to the porous metal-organic framework to remove some foreign substances in the metal-organic framework, and then the second solvent is supplied simultaneously with the supercritical carbon dioxide to continuously mix supercritical treatment.

이때, 사용되는 제2용매는 아세톤(acetone), 아세토니트릴 (acetonitrile), 벤젠(benzene), 부탄올(butanol), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 클로로포름(chloroform), 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 시클로헥산(cyclohexane), 다이메톡시에탄(dimethoxyethane), 다이메틸포름아마이드(dimethylforamide), 다이에틸포름아마이드(diethylforamide), 다이옥세인(dioxane), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 에테르(ether), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 글리세린(glycerin), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 메틸 t-부틸 에테르(MTBE; methyl tertiary butyl ether), 프로판올(propanol), 자일렌(xylene), t-부틸 알코올(t-butyl alcohol), 테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran), 톨루엔(toluene) 및 물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 제 1용매로 클로로포름을 사용하는 경우 제 2용매는 클로로포름(chloroform)를 사용한다. In this case, the second solvent used is acetone, acetonitrile, benzene, butanol, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, cyclohexane ), Dimethoxyethane, dimethylformamide, dimethylformamide, diethylforamide, dioxane, methanol, methanol, ethanol, ether, ethyl acetate ethyl acetate, ethylene glycol, glycerin, pentane, hexane, heptane, methyl tertiary butyl ether (MTBE), propanol, One or more solvents selected from xylene, t-butyl alcohol, tetrahydrofuran, toluene and water can be used, and preferably as the first solvent. Using chloroform In the case of the second solvent chloroform (chloroform) is used.

상기 제 2용매의 공급 시간이 너무 길어지면 다공성 금속-유기 골격체의 세공 구조가 붕괴되는 현상이 발생하고 잔류물이 완벽하게 제거되지 않는 문제점이 발생한다. 또한, 제 2용매의 시간당 투입량을 너무 빠르게 하면 역시 구조붕괴의 문제점이 발생하고 너무 느리게 하면 잔류물이 완벽하게 제거되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 상기 제 2용매의 공급 시간이 초임계 이산화탄소의 공급 시간보다 길어지거나 같아지면 다공성 금속-유기 골격체의 세공 안에 제 2용매가 잔존하여 표면적을 좁게 하는 문제점이 발생한다. 상기한 이유들로 인해 제 2용매는 1~ 10ml/min의 유속으로 1 ~ 6시간동안 공급되고, 바람직하게는 3 ~ 6 ml/min의 유속으로 3 ~ 4시간동안 공급된다. If the supply time of the second solvent is too long, the pore structure of the porous metal-organic framework collapses, and the residue is not completely removed. In addition, too high an hourly dose of the second solvent also causes a problem of structural collapse and too slow a problem that the residue is not completely removed. In addition, when the supply time of the second solvent is longer than or equal to the supply time of the supercritical carbon dioxide, a problem occurs in that the second solvent remains in the pores of the porous metal-organic framework to narrow the surface area. For the above reasons, the second solvent is supplied for 1 to 6 hours at a flow rate of 1 to 10 ml / min, and preferably for 3 to 4 hours at a flow rate of 3 to 6 ml / min.

상기 다공성 금속-유기 골격체로 공급되는 초임계 이산화탄소의 총공급 유속은 0.001 내지 20ml/min. 유속으로 5 내지 15시간동안 공급하며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10ml/min. 유속으로 6 내지 8 시간동안 공급한다. 상기 초임계 이산화탄소의 유속을 너무 빠르게 하면 세공 내 잔류물이 제거되면서 세공의 구조를 붕괴시키는 문제가 발생 할 수 있고, 초임계 이산화탄소의 유속이 너무 느리면 세공 내 잔류물이 완벽하게 제거되지 않으며 제 2용매가 세공 내에 잔류하여 표면적을 좁게 하는 문제가 발생한다.The total feed flow rate of supercritical carbon dioxide supplied to the porous metal-organic framework is 0.001-20 ml / min. 5 to 15 hours at a flow rate, more preferably 0.1 to 10 ml / min. Feed for 6-8 hours at flow rate. If the flow rate of the supercritical carbon dioxide is too fast, a problem may occur that removes residues in the pores and disrupts the structure of the pores. If the flow rate of the supercritical carbon dioxide is too slow, the residues in the pores may not be completely removed. The problem remains that the solvent remains in the pores to narrow the surface area.

초임계 이산화탄소와 제 2용매가 동시에 밀폐형 반응기로 공급되어 반응기 내부에서 혼합될 때 반응기로 공급되기 전의 이산화탄소의 압력 및 온도는 초임계 조건을 만족하는 압력 및 온도(31.1 내지 80 ℃, 72.9 내지 250 bar)이며, 초임계 이산화탄소와 상기 제 2용매가 반응기 내에서 혼합되는 경우 상기 반응기로 공급되기 직전의 이산화탄소 압력 및 온도, 반응기로 공급되기 직전의 제 2용매의 압력 및 온도, 반응기에서 다공성 금속-유기 골격체와 접촉한 후 배출되는 활성화 유체(제 2용매 및 초임계 이산화탄소를 함유)의 배출유량 및 반응기에 구비된 온도 조절 장치(온도센서, 히터 및 제어기를 포함함)에 의해 제어되는 반응기의 온도에 의해 다공성 금속-유기 골격체의 활성화 시의 온도 및 압력, 즉 반응기 내부의 온도 및 압력이 제어된다.
When supercritical carbon dioxide and a second solvent are simultaneously fed into a closed reactor and mixed inside the reactor, the pressure and temperature of the carbon dioxide before being fed into the reactor are the pressure and temperature (31.1 to 80 ° C., 72.9 to 250 bar) that satisfy the supercritical conditions. If supercritical carbon dioxide and the second solvent are mixed in the reactor, the carbon dioxide pressure and temperature just before feeding to the reactor, the pressure and temperature of the second solvent just before feeding to the reactor, the porous metal-organic in the reactor The discharge flow rate of the activating fluid (containing the second solvent and supercritical carbon dioxide) discharged after contact with the framework and the temperature of the reactor controlled by the temperature control device (including the temperature sensor, heater and controller) provided in the reactor. The temperature and pressure at the time of activation of the porous metal-organic framework, ie the temperature and pressure inside the reactor, are controlled.

<4단계> 고온 및 감압 건조하는 단계Step 4 drying at high temperature and reduced pressure

4) 단계는 상기 3) 단계의 연속식 혼합 초임계 처리가 끝난 다공성 금속-유기 골격체의 건조 과정으로, 2) 단계의 용매 교환과 3) 단계의 연속식 혼합 초임계 처리 후에도 완벽하게 제거되지 않은 잔류물을 제거하기 위해 고온에서 감압 하에 일정시간동안 다공성 금속-유기 골격체를 건조시키는 단계이다.Step 4) is a drying process of the porous metal-organic framework in which the continuous mixed supercritical treatment of step 3) is completed, and is not completely removed even after the solvent exchange of step 2) and the continuous mixed supercritical process of step 3). Drying the porous metal-organic framework for a period of time under reduced pressure at high temperature to remove the residues.

초임계 처리가 끝난 다공성 금속-유기 골격체를 100 내지 300℃의 온도로 가열하면서 3 내지 10시간동안 0.1 내지 0.01토르(torr)의 압력을 가하여 건조한다. 보다 바람직하게는 130 내지 200℃로 가열하면서 5 내지 6시간동안 0.05 내지 0.01토르(torr)의 압력을 가하여 건조한다. 이때 온도가 300℃ 초과할 경우 열안정성이 떨어지는 금속-유기 골격체의 구조 붕괴 현상이 발생하여 표면적이 좁아지는 현상이 발생할 수 있고, 100℃ 미만일 경우 세공 내에 잔존하는 잔류물이 완벽하게 제거되지 않는 문제점이 있다. 또한, 감압 압력이 0.1토르(torr) 초과할 경우 잔류물이 완벽하게 제거되지 않으며, 0.01토르(torr) 미만일 경우 세공의 구조가 붕괴되는 현상이 발생할 수 있다.The supercritical treated porous metal-organic framework is dried by applying a pressure of 0.1 to 0.01 torr for 3 to 10 hours while heating to a temperature of 100 to 300 ° C. More preferably, it is dried by applying a pressure of 0.05 to 0.01 torr (torr) for 5 to 6 hours while heating to 130 to 200 ℃. In this case, when the temperature exceeds 300 ° C., the structural stability of the metal-organic skeleton having poor thermal stability may occur, resulting in a narrow surface area. When the temperature is less than 100 ° C., residues remaining in pores may not be completely removed. There is a problem. In addition, when the reduced pressure exceeds 0.1 torr (torr), the residue is not completely removed, if less than 0.01 torr (torr) may cause the structure of the pores collapse.

본 발명에 따른 4 단계의 제조방법으로 제조된 다공성 금속-유기 골격체는 5000m2/g 이상의 비표면적을 가지고 있으므로, 이산화탄소, 메탄 또는 수소 등의 미세분자의 흡착제 또는 저장제에 적용할 수 있다.
Since the porous metal-organic framework prepared by the four-step manufacturing method according to the present invention has a specific surface area of 5000 m 2 / g or more, it can be applied to adsorbents or storage agents of fine molecules such as carbon dioxide, methane or hydrogen.

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 다공성 금속-유기 골격체는 유기연결기의 길이가 길어 세공의 크기가 크며(20Å 이상), 유기연결기에 존재하는 관능기를 이용하여 금속-유기 골격체와 다양한 물질의 반응이 가능하다. 또한 기존의 금속-유기 골격체의 제조 방법에 비하여 보다 높은 비표면적과 수득률을 구현할 수 있어 가스 저장, 촉매, 센서, 이온 교환 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
The porous metal-organic skeleton prepared by the production method according to the present invention has a long organic linking group having a large pore size (more than 20Å), and a metal-organic framework and various materials using functional groups present in the organic linking group. Reaction is possible. In addition, it is possible to implement a higher specific surface area and yield compared to the conventional method for producing a metal-organic framework can be useful in the field of gas storage, catalyst, sensor, ion exchange.

도 1 - 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3 및 IRMOF16의 PXRD 결과
도 2 - 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 수소흡착측정 결과
1-PXRD results of Examples 1-3, Comparative Examples 1-3 and IRMOF16
2-Hydrogen adsorption measurement results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail. However, this description is intended to be easily carried out by those skilled in the art, the scope of the present invention is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

본 발명의 실시예서 사용한 모든 화학약품 및 용매는 시약급으로 추가적인 정제 없이 사용하였다. 금속-유기 골격체의 합성은 통상적인 용매열방법(solvothermal method)으로 합성하였으며, 합성 시 수분 조절의 정확성을 위하여 수분이 없는 아르곤 기체 하의 드라이박스 안에서 합성하였다.
All chemicals and solvents used in the examples of the present invention were used as reagent grade without further purification. Synthesis of the metal-organic framework was synthesized by a conventional solvothermal method, and synthesized in a dry box under argon gas without moisture for accuracy of moisture control during synthesis.

[[ 실시예Example 1]  One] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B(0.35g)를 다이메틸포름아마이드(DMF) (200mL)에 물 (0.19g)을 첨가한 합성용 용매에 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리한 후 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 38.2%).Zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organic ligand precursor B (0.35 g) were added to dimethylformamide (DMF) (200 mL) in a 250 ml flask. After dissolving in the solvent for synthesis, it was placed in an 85 ℃ oven for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. After treating for 6 hours at a flow rate, a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield 38.2%).

Anal. Calc. for Zn4O(C20O6H12)3 : C, 54.49; H, 2.74; O, 22.99; Zn, 19.78Anal. Calc. for Zn 4 O (C 20 O 6 H 12 ) 3 : C, 54.49; H, 2. 74; 0, 22.99; Zn, 19.78

Found: C, 54.42; H, 2.71, Zn, 19.80
Found: C, 54.42; H, 2.71, Zn, 19.80

[[ 실시예Example 2]  2] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B(0.35g)를 다이메틸포름아마이드(DMF) (200mL)에 물 (0.38g)을 첨가한 합성용 용매에 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리하고 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 35.2%).
Zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organic ligand precursor B (0.35 g) were added to dimethylformamide (DMF) (200 mL) in a 250 ml flask. After dissolving in the solvent for synthesis, it was placed in an 85 ℃ oven for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. The mixture was treated for 6 hours at a flow rate and a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield: 35.2%).

[[ 실시예Example 3]  3] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B(0.35g)를 다이메틸포름아마이드(DMF) (200mL)에 물 (0.57g)을 첨가한 합성용 용매에 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리하고 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 36.6%).
Zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organoligand precursor B (0.35 g) were added to dimethylformamide (DMF) (200 mL) in a 250 ml flask. After dissolving in the solvent for synthesis, it was placed in an 85 ℃ oven for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. The mixture was treated for 6 hours at a flow rate and a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield: 36.6%).

[[ 비교예Comparative Example 1]  One] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B (0.35g)를 다이메틸포름아마이드(DMF) 200ml에 물을 첨가하지 않고 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리하고 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 11.3%).
In a 250 ml flask, zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organic ligand precursor B (0.35 g) were dissolved in 200 ml of dimethylformamide (DMF) without adding water. Placed in an oven for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. The mixture was treated for 6 hours at a flow rate and a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield: 11.3%).

[[ 비교예Comparative Example 2]  2] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B(0.35g)를 디메틸포름아마이드(DMF) 200ml에 물 0.79g을 첨가한 합성용 용매에 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리하고 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 25.7%).
Zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organic ligand precursor B (0.35 g) were dissolved in a 250 ml flask in a synthetic solvent in which 0.79 g of water was added to 200 ml of dimethylformamide (DMF). After drying, the mixture was placed in an oven at 85 ° C. for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. The mixture was treated for 6 hours at a flow rate and a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield: 25.7%).

[[ 비교예Comparative Example 3]  3] ZnZn 44 OO (( CC 2020 HH 1212 OO 66 )) 33  of 제조  Produce

250ml 플라스크에 질산 아연염(Zn(NO3)26H2O) (2.23g)과 유기리간드 전구체 B (0.35g)를 디메틸포름아마이드(DMF) 200ml에 물 0.95g을 첨가한 합성용 용매에 용해시킨 후, 85℃ 오븐에서 80시간 동안 두었다. 그 결과 갈색 고체가 형성되었고, 이들을 여과시켜 낸 다음 DMF로 세척하였다. 상기 형성된 갈색 금속-유기 골격체를 250ml 플라스크에 옮긴 후 클로로포름(CHCl3) 200ml를 주입한 후 48시간 동안 방치하여 용매 교환을 실시한 후 초임계 용기에 상기 용매교환된 금속-유기 골격체를 옮긴 후 초임계 처리(초임계 이산화 탄소+ 클로로포름 혼합)를 실시하였다. 초임계 이산화탄소를 10ml/min. 유속으로 6 시간 동안 처리하고 초임계 이산화탄소와 클로로포름의 혼합용매를 3ml/min. 유속으로 3시간 동안 처리하였다. 초임계 처리가 끝난 금속-유기 골격체를 감압 용기에 옮긴 후 200℃에서 6시간 동안 감압 처리하여 표제의 다공성 금속-유기 골격체 Zn4O(C20H12O6)3 를 제조하였다(수율: 28.0%).
Zinc nitrate salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O) (2.23 g) and organic ligand precursor B (0.35 g) were dissolved in a 250 ml flask in a synthetic solvent in which 0.95 g of water was added to 200 ml of dimethylformamide (DMF). After drying, the mixture was placed in an oven at 85 ° C. for 80 hours. As a result, a brown solid formed, which were filtered off and washed with DMF. After transferring the formed brown metal-organic framework into a 250ml flask, injecting 200ml of chloroform (CHCl 3 ), and leaving it for 48 hours for solvent exchange, and then transferring the solvent-exchanged metal-organic framework to a supercritical vessel. Supercritical treatment (supercritical carbon dioxide + chloroform mixture) was performed. Supercritical carbon dioxide 10ml / min. The mixture was treated for 6 hours at a flow rate and a mixed solvent of supercritical carbon dioxide and chloroform was 3 ml / min. Treatment was carried out for 3 hours at flow rate. The supercritical treated metal-organic framework was transferred to a reduced pressure vessel and subjected to reduced pressure at 200 ° C. for 6 hours to give the title porous metal-organic framework Zn 4 O (C 20 H 12 O 6 ) 3 Was prepared (yield: 28.0%).

상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 조건 및 결과를 하기 표 1에 정리하였다.The conditions and results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are summarized in Table 1 below.

실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 조건 및 결과Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 3 conditions and results 실시예
1
Example
One
실시예
2
Example
2
실시예
3
Example
3
비교예
1
Comparative Example
One
비교예
2
Comparative Example
2
비교예
3
Comparative Example
3
물의 함량(중량%)Water content (wt%) 0.10.1 0.20.2 0.30.3 00 0.40.4 0.50.5 용매교환Solvent exchange OO OO OO OO OO OO 혼합초임계처리 Mixed Supercritical Treatment OO OO OO OO OO OO 감압건조Decompression drying OO OO OO OO OO OO 유기리간드 전구체Organic ligand precursor BB BB BB BB BB BB 비표면적
(BET, m2/g)
Specific surface area
(BET, m 2 / g)
58505850 49004900 45004500 43004300 21802180 12001200
세공크기(Å)Pore size 21.521.5 21.521.5 21.521.5 21.521.5 21.521.5 21.521.5 수득률(%)Yield (%) 38.238.2 35.235.2 36.636.6 11.311.3 25.725.7 28.028.0 수소저장량(wt%)Hydrogen storage amount (wt%) 1.21.2 1.081.08 1.031.03 1.01.0 0.780.78 0.620.62 *BET: Brunauer-Emmett-Teller surface area
*수소저장량: 77K에서 수소 p/p0=1의 조건
* BET: Brunauer-Emmett-Teller surface area
* Hydrogen storage: hydrogen p / p0 = 1 at 77K

물성 분석Physical property analysis

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 다공성 금속-유기 골격체의 특성을 분석하기 위해 X-선 회절 분석(XRD), 비표면적 측정, 수소저장량을 측정하였다.
In order to characterize the porous metal-organic frameworks prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, X-ray diffraction analysis (XRD), specific surface area measurement, and hydrogen storage amount were measured.

X-선 X-ray 회절분석Diffraction analysis

본 발명에 따른 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 XRD 데이터를 같은 구조를 가지는 IRMOF-16의 데이터와 비교하였다. X선 회절 분석기는 Bruker D8 advanc로 range: 3~ 60 o, step: 0.02 o, step time: 1.2 s 의 조건으로 측정하였다.
The XRD data of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 according to the present invention were compared with the data of IRMOF-16 having the same structure. The X-ray diffractometer was measured on Bruker D8 advanc under the following conditions: range: 3 to 60 o , step: 0.02 o , and step time: 1.2 s.

비표면적Specific surface area 측정 Measure

제조된 금속-유기 골격체의 제조 방법에 따른 비표면적을 살펴보기 위해 비표면적 분석을 실시하였다. Autosorb-iQ (Quantachrome Instruments)를 이용하여 측정하였고, 200℃에서 3시간 동안 진공상태에서 전처리 후 측정하였다. BET(Brunauer-Emmett-Teller equation) 방법을 이용하여 비표면적은 77K에서 N2 gas isotherm을 통해 알아보았고, 이 때 P/P0의 범위는 0.01~0.1 하였다.
Specific surface area analysis was performed to examine the specific surface area of the prepared metal-organic framework. It was measured using Autosorb-iQ (Quantachrome Instruments) and after pretreatment in vacuum at 200 ° C. for 3 hours. Using the Brunauer-Emmett-Teller equation (BET) method, the specific surface area was determined by N 2 gas isotherm at 77K, and the range of P / P 0 was 0.01 ~ 0.1.

수소저장량 측정Hydrogen storage measurement

제조된 금속-유기 골격체의 제조 방법에 따른 수소흡착특성은 Autosorb-iQ (Quantachrome Instruments)를 이용하여 측정하였다. 수소흡착 곡선은 77K 에서 H2 gas isotherm을 통해 알아보았고, 이 때 P/P0의 범위는 0.1~1 하였다.
Hydrogen adsorption characteristics of the prepared metal-organic framework were measured using Autosorb-iQ (Quantachrome Instruments). Hydrogen adsorption curves were determined by H 2 gas isotherm at 77K, and the range of P / P 0 was 0.1 ~ 1.

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명에서 제시한 방법으로 물을 0.1 중량%~0.3중량%를 첨가하여 제조된 금속-유기 골격체의 경우 높은 표면적을 가지며 합성 수득률도 높음을 확인하였다. 물을 첨가하지 않은 경우(비교예 1)에는 비표면적은 높은 수준이나 합성 수득률이 현저히 떨어져 대량 생산에 알맞지 못함을 확인하였고, 물의 첨가량이 0.3중량%를 넘기는 경우(비교예 2 및 비교예 3)에는 합성 수득률은 비교적 높으나 비표면적 값이 매우 떨어짐을 확인하였다. As shown in Table 1, it was confirmed that the metal-organic framework prepared by adding 0.1 wt% to 0.3 wt% of water by the method shown in the present invention has a high surface area and a high synthesis yield. When no water was added (Comparative Example 1), it was confirmed that the specific surface area was not high for mass production due to the high level of the specific surface yield, but the synthetic yield was remarkably low (Comparative Example 2 and Comparative Example 3). The synthesis yield was relatively high, but the specific surface area value was found to be very low.

도 1(실시예 1 내지 3 과 비교예 1 내지 3 및 같은 구조를 가지는 IRMOF16의 XRD 데이터)을 통하여 금속-유기 골격체 합성시 물을 첨가하는 방법이 다공성 금속-유기 골격체 구조에 영향을 끼치지 않으며 구조손상 및 구조 붕괴를 발생시키지 않음을 확인하였다. The method of adding water in synthesizing the metal-organic framework through FIG. 1 (XRD data of IRMOF16 having the same structure as Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3) affected the structure of the porous metal-organic framework. It was confirmed that it does not cause structural damage and structural collapse.

본 발명에 따른 금속-유기 골격체의 제조 방법으로 제조된 금속-유기 골격체는 이론적으로 계산된 비표면적 값과 거의 일치하는 실험값으로 최대의 비표면적을 갖는 것을 확인하였다. 이론적인 비표면적값은 유기리간드 전구체 D 와 질산아염(Zn(NO3)26H2O)으로 제조된 금속-유기 골격체(IRMOF-16) (실험값 : 6070m2/g)의 비표면적 값을 몬테 카를로 적분 기술(Monte Carlo intergration technique)을 사용하여 비표면적값이 6225m2/g 계산한 결과가 문헌에 보고되었다. 문헌을 바탕으로 IRMOF-16과 같은 구조를 가지는 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3의 이론적인 비표면적값을 유추하였다.It was confirmed that the metal-organic framework prepared by the method for producing a metal-organic framework according to the present invention had the largest specific surface area with experimental values almost identical to the theoretically calculated specific surface area value. Theoretical specific surface area is based on the specific surface area of the metal-organic framework (IRMOF-16) (experimental value: 6070m 2 / g) prepared from organic ligand precursor D and nitrite salt (Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O). The results of calculating the specific surface area of 6225 m 2 / g using the Monte Carlo intergration technique have been reported in the literature. Based on the literature, theoretical specific surface values of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 having the same structure as IRMOF-16 were inferred.

또한 다공성 금속-유기 골격체의 가스저장능력은 도 2(실시예 1 내지 3과 비교의 1 내지 3의 수소저장측정 결과)의 결과를 통하여 확인하였다. 본 발명에 따른 방법으로 제조한 실시예 1 내지 3의 경우 비표면적이 높은 특성으로 인하여 비교적 많은 양의 수소를 흡착하는 결과를 보였고, 비교예 1 내지 3의 경우 수소저장능력이 떨어짐을 확인하였다. In addition, the gas storage capacity of the porous metal-organic framework was confirmed through the results of FIG. 2 (the hydrogen storage measurement result of 1 to 3 compared with Examples 1 to 3). Examples 1 to 3 prepared by the method according to the present invention showed a result of adsorbing a relatively large amount of hydrogen due to the high specific surface area, it was confirmed that the hydrogen storage capacity of the Comparative Examples 1 to 3 is poor.

이 결과를 통해 본 발명에서 제시한 방법에 의해 제조된 금속-유기 골격체의 세공이 규칙적으로 배열되어 비표면적 값이 매우 높고, 높은 수득률을 보임을 확인하였다. 또한 이는 가스저장능력에도 직접적으로 연관을 주어 추후에 가스저장물질로 이용하는 데 큰 장점으로 작용할 수 있다. These results confirmed that the pores of the metal-organic framework prepared by the method proposed in the present invention were regularly arranged so that the specific surface area value was very high and yield was high. In addition, it is directly related to the gas storage capacity can be a great advantage for later use as a gas storage material.

Claims (16)

1) 1 내지 16족의 금속이온과 14 내지 17족의 음이온이 결합된 금속염과 유기 리간드 전구체를 유기용매와 물의 혼합용매에 용해시켜 금속-유기 골격체를 형성하는 단계;
2) 상기 금속-유기 골격체를 제 1용매에 침지시키는 용매교환단계;
3) 초임계 이산화탄소(CO2)와 제 2용매를 이용하여 상기 용매교환된 금속-유기 골격체에 연속식 혼합 초임계 처리하는 단계; 및
4) 상기 연속식 혼합 초임계 처리된 금속-유기 골격체를 고온 감압 건조하는 단계;를 포함하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
1) dissolving a metal salt and an organic ligand precursor in which a metal ion of Group 1 to 16 and an anion of Group 14 to 17 are bonded to a mixed solvent of an organic solvent and water to form a metal-organic framework;
2) a solvent exchange step of immersing the metal-organic framework in a first solvent;
3) continuous mixed supercritical treatment of the solvent-exchanged metal-organic framework using supercritical carbon dioxide (CO 2 ) and a second solvent; And
4) drying the continuous mixed supercritical treated metal-organic skeleton at high temperature under reduced pressure.
제 1항에 있어서,
상기 유기용매는 아세톤, 아세토니트릴, 벤젠, 부탄올, 사염화탄소, 클로로포름, 메틸렌클로라이드 시클로헥산, 다이메톡시에탄, 다이메틸포름아마이드, 다이에틸포름아마이드, 다이옥세인, 메탄올, 에탄올, 에테르, 에틸아세테이트, 에틸렌글리콜, 글리세린, 펜탄, 헥산, 헵탄, 메틸 t-부틸 에테르, 염화메틸렌, 프로판올, 자일렌, t-부틸알코올, 테트라히드로푸란 및 톨루엔로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The organic solvent is acetone, acetonitrile, benzene, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride cyclohexane, dimethoxyethane, dimethylformamide, diethylformamide, dioxane, methanol, ethanol, ether, ethyl acetate, ethylene One, two or more mixed solvents selected from the group consisting of glycol, glycerin, pentane, hexane, heptane, methyl t-butyl ether, methylene chloride, propanol, xylene, t-butyl alcohol, tetrahydrofuran and toluene Method for producing a porous metal-organic framework.
제 1항에 있어서,
상기 물의 양은 혼합용매 전체에 대하여 0.01 내지 0.3중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The amount of water is 0.01 to 0.3% by weight based on the total mixed solvent, the method for producing a porous metal-organic skeleton.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 금속-유기 골격체의 세공은 소수성 또는 친수성의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The pores of the porous metal-organic framework have a hydrophobic or hydrophilic property.
제 1항에 있어서,
상기 유기 리간드 전구체는 하기 구조에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
Figure 112011097637929-pat00003

[상기 R1 내지 R46은 서로 독립적으로 H, OH, NH2, NHR', NHR'R", SH, SR', SOOH, SOOOH, PH2, POOH2, PHR' 또는 PR'R"이고; R' 및 R"는 각각 (C1-C3)알킬이나, 단 R1 내지 R4가 모두 수소인 경우는 제외된다.]
The method of claim 1,
The organic ligand precursor is a method for producing a porous metal-organic framework, characterized in that selected from the following structure.
Figure 112011097637929-pat00003

[Wherein R 1 to R 46 are independently of each other H, OH, NH 2 , NHR ', NHR'R ", SH, SR', SOOH, SOOOH, PH 2 , POOH 2 , PHR 'or PR'R"; R 'and R "are each (C1-C3) alkyl except where R 1 to R 4 are all hydrogen.]
제 5항에 있어서,
상기 유기 리간드 전구체 화합물은 하기 구조에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
Figure 112011097637929-pat00004

6. The method of claim 5,
The organic ligand precursor compound is a method for producing a porous metal-organic framework, characterized in that selected from the following structure.
Figure 112011097637929-pat00004

제 1항에 있어서,
상기 제 1용매 및 제 2용매는 각각 아세톤, 아세토니트릴, 벤젠, 부탄올, 사염화탄소, 클로로포름, 메틸렌클로라이드 시클로헥산, 다이메톡시에탄, 다이메틸포름아마이드, 다이에틸포름아마이드, 다이옥세인, 메탄올, 에탄올, 에테르, 에틸아세테이트, 에틸렌글리콜, 글리세린, 펜탄, 헥산, 헵탄, 메틸 t-부틸 에테르, 프로판올, 자일렌, t-부틸알코올, 테트라히드로푸란, 톨루엔 및 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The first solvent and the second solvent are acetone, acetonitrile, benzene, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride cyclohexane, dimethoxyethane, dimethylformamide, diethylformamide, dioxane, methanol, ethanol, One, two or more mixed solvents selected from the group consisting of ether, ethyl acetate, ethylene glycol, glycerin, pentane, hexane, heptane, methyl t-butyl ether, propanol, xylene, t-butyl alcohol, tetrahydrofuran, toluene and water Method for producing a porous metal-organic skeleton, characterized in that.
제 1항에 있어서,
상기 유기용매는 다이메틸포름아마이드이고, 제 1용매와 제 2용매는 클로로포름인 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The organic solvent is dimethylformamide, the first solvent and the second solvent is chloroform, the method for producing a porous metal-organic framework.
제 1항에 있어서,
상기 3) 단계에서 초임계 이산화탄소의 공급 개시 후 제 2용매를 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Method for producing a porous metal-organic skeleton, characterized in that at the same time supplying a second solvent after the start of supply of supercritical carbon dioxide in step 3).
제 9항에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소를 0.001 ~ 20 ml/min의 유속으로 5 내지 15시간동안, 제 2용매를 1 ~ 10 ml/min의 유속으로 1 ~ 6시간동안 공급하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 9,
The supercritical carbon dioxide is supplied at a flow rate of 0.001 to 20 ml / min for 5 to 15 hours, and the second metal is supplied at a flow rate of 1 to 10 ml / min for 1 to 6 hours. Method of preparation.
제 1항에 있어서,
상기 4)단계는 100 ~ 300℃의 온도 및 0.01 ~ 0.1 torr의 압력 하에서 3 ~ 10시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Step 4) is a method for producing a porous metal-organic skeleton, characterized in that performed for 3 to 10 hours at a temperature of 100 ~ 300 ℃ and a pressure of 0.01 ~ 0.1 torr.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 금속-유기 골격체는 20Å 이상의 세공을 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The porous metal-organic framework is a porous metal-organic skeleton manufacturing method characterized in that it has a pore of 20 or more.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되며, 비표면적이 5000m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체.
A porous metal-organic framework, prepared by the method of any one of claims 1 to 12, characterized by a specific surface area of at least 5000 m 2 / g.
제 13항에 있어서,
상기 다공성 금속-유기 골격체는 20Å 이상의 세공을 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 금속-유기 골격체.
The method of claim 13,
The porous metal-organic skeleton is characterized in that the porous metal-organic skeleton has a pore of 20 or more.
제 13항에 따른 다공성 금속-유기 골격체를 이용한 미세분자의 흡착제 또는 저장제.
Adsorbent or storage agent of fine molecules using the porous metal-organic framework according to claim 13.
제 15항에 있어서,
상기 미세분자는 이산화탄소, 메탄 또는 수소인 것을 특징으로 하는 미세분자의 흡착제 또는 저장제.
16. The method of claim 15,
The fine molecules are carbon dioxide, methane or hydrogen adsorbent or storage agent, characterized in that.
KR1020110131105A 2011-12-08 2011-12-08 The improved preparation method of porous metal organic framework KR101339846B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110131105A KR101339846B1 (en) 2011-12-08 2011-12-08 The improved preparation method of porous metal organic framework

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110131105A KR101339846B1 (en) 2011-12-08 2011-12-08 The improved preparation method of porous metal organic framework

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130064475A KR20130064475A (en) 2013-06-18
KR101339846B1 true KR101339846B1 (en) 2013-12-11

Family

ID=48861434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110131105A KR101339846B1 (en) 2011-12-08 2011-12-08 The improved preparation method of porous metal organic framework

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101339846B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190026352A (en) * 2017-09-05 2019-03-13 재단법인대구경북과학기술원 Chemical method for room-temperature activation of metal-organic framework materials and metal organic framework materials prepared therefrom

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109183063A (en) * 2018-11-23 2019-01-11 南京科技职业学院 A kind of batch electrochemistry formated device of metal-organic framework materials
KR102164437B1 (en) * 2018-11-29 2020-10-13 한국과학기술연구원 Self-assembled radioactive cesium removal complex, method for producing the same, and method for removing radioactive cesium using the same
CN114370603B (en) * 2022-01-30 2024-05-10 北京东方红升新能源应用技术研究院有限公司 High-pressure hydrogen storage method, device and system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125771A (en) * 2009-05-21 2010-12-01 한화케미칼 주식회사 Treatment method of metal-organic framework with supercritical fluid
KR20110041381A (en) * 2009-10-15 2011-04-21 한화케미칼 주식회사 The preparation method of scaffold materials-transition metal hydride complexes and intermediates therefor
KR101082832B1 (en) 2009-05-12 2011-11-17 한국화학연구원 Method for preparing organic-inorganic hybrid nano porous material, organic-inorganic hybrid nano porous materials obtained by said method and use as an absorbent

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101082832B1 (en) 2009-05-12 2011-11-17 한국화학연구원 Method for preparing organic-inorganic hybrid nano porous material, organic-inorganic hybrid nano porous materials obtained by said method and use as an absorbent
KR20100125771A (en) * 2009-05-21 2010-12-01 한화케미칼 주식회사 Treatment method of metal-organic framework with supercritical fluid
KR20110041381A (en) * 2009-10-15 2011-04-21 한화케미칼 주식회사 The preparation method of scaffold materials-transition metal hydride complexes and intermediates therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문; SCIENCE *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190026352A (en) * 2017-09-05 2019-03-13 재단법인대구경북과학기술원 Chemical method for room-temperature activation of metal-organic framework materials and metal organic framework materials prepared therefrom
KR101978050B1 (en) * 2017-09-05 2019-09-03 재단법인대구경북과학기술원 Chemical method for room-temperature activation of metal-organic framework materials and metal organic framework materials prepared therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130064475A (en) 2013-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ul Qadir et al. Structural stability of metal organic frameworks in aqueous media–controlling factors and methods to improve hydrostability and hydrothermal cyclic stability
KR101273877B1 (en) Composites comprising crystallne porous hybrid powders and a method for preparing thereof
JP4980918B2 (en) Molded body containing metal-organic framework
Hwang et al. Bifunctional 3D Cu-MOFs containing glutarates and bipyridyl ligands: selective CO 2 sorption and heterogeneous catalysis
JP2018021008A (en) Crystalline porous organic inorganic hybrid and manufacturing method therefor
JP6808172B2 (en) Manufacturing method of adsorbent material
Kim et al. Pore engineering of metal–organic frameworks: introduction of chemically accessible Lewis basic sites inside MOF channels
US20120259135A1 (en) Complex mixed ligand open framework materials
WO2014007181A1 (en) Metal complex, and absorbent, occlusion material and separation material produced therefrom
JP5965643B2 (en) Process for producing metal organic structure type crystalline porous aluminum aromatic azocarboxylate
KR101719730B1 (en) A fluorinated metal organic framework powder surface-modified with amphiphilic molecules, a canister having the same and a gas mask having the canister
KR101958997B1 (en) Porous composite having metal-organic cluster dispersed in meso-pore of support and Method for Propylene/Propane separation using the same
KR20150007484A (en) Novel Zn-MOF compounds, and carbon dioxide sorption and heterogeneous catalysts for transesterification comprising the same
KR101339846B1 (en) The improved preparation method of porous metal organic framework
CN113583252B (en) Microporous metal organic framework Cu (Qc) 2 Preparation method of (1)
Liao et al. Characterization, adsorption properties, metal ion-exchange and crystal-to-crystal transformation of Cd 3 [(Cd 4 Cl) 3 (BTT) 8 (H 2 O) 12] 2 framework, where BTT 3−= 1, 3, 5-benzenetristetrazolate
KR102156096B1 (en) Adsorbents with sulphur hexafluoride selectivity and method for gas separation using the same
EP3529252B1 (en) A crystalline metal organic framework
KR101584656B1 (en) - Treatment Method of Metal-Organic Framework with Supercritical Fluid
Kumar et al. Hydrogen-bonded microporous network, helix and 1-D zigzag chains in MOFs of Zn (II): studying the effects of ligating topologies, hydrogen bonding backbone and counter-anions
CN114096591A (en) Metal-organic framework materials comprising pyrazolyl carboxylate ligands and methods for their production
US20070219280A1 (en) Organometallic Complex Structure and Production Method Thereof; and Functional Film, Functional Composite Material, Functional Structure and Adsorption and Desorption Sensor Using the Organometallic Complex Structure
CN115209986A (en) Method for preparing metal-organic framework composite material
KR101331539B1 (en) The preparation method of porous metal organic framework
Lee et al. Adsorption isotherms of caffeine and theophylline on metal-organic frameworks

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee