KR101554325B1 - Method for Separating MethaneNitrogen Using Nanoporous materials - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노다공성 물질(Nanoporous materials)을 이용한 CH4/N2의 분리방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 금속 유기 구조체(Metal-Organic Framework, Cu3BTC2)를 이용한 CH4/N2의 분리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 소수성 및 친수성 특성을 가지는 나노다공성 금속 유기 구조체(Cu3BTC2)를 이용하여 CH4/N2 혼합가스로부터 CH4를 선택적으로 분리시킬 수 있다.
The present invention using a CH 4 / N relates to a method of separating 2, more specifically a metal organic structure (Metal-Organic Framework, Cu 3 BTC 2) having a hydrophilic pores and hydrophobic pores with nano-porous material (Nanoporous materials) And a method for separating CH 4 / N 2 .
According to the present invention, a nanoporous metal organic structure (Cu 3 BTC 2 ) having hydrophobic and hydrophilic properties is used to form CH 4 / N 2 It is possible to selectively separate CH 4 from the mixed gas.

Description

나노다공성 물질을 이용한 메탄/질소의 분리방법 {Method for Separating Methane/Nitrogen Using Nanoporous materials}[0001] METHOD FOR SEPARATING METHANE / NITROGEN WITH NANO POROUS MATERIALS [0002]

본 발명은 나노다공성 물질(Nanoporous materials)을 이용한 CH4/N2의 분리방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 나노다공성 물질을 이용한 CH4/N2의 분리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a separation method of the CH 4 / N 2, more particularly the separation of CH 4 / N 2 using a nanoporous material having a hydrophilic pores and hydrophobic pores method using a nano-porous materials (Nanoporous materials) .

국제 에너지 기구(International energy agenct)는 중국, 인도 및 중동의 발전과 함께 2035년 후 전 세계적으로 에너지 수요가 35% 증가할 것이라고 보고한 바 있다. 세계 에너지 공급의 한 부분인 천연가스는 중요한 에너지원이며, 2010년에는 21.4%를 차지하였다. CO2(>2%), N2(>4%)와 H2S(>4 ppm)을 함유하는 질 낮은 천연가스는 높은 생산비용으로 잘 사용되지 않지만, 세계적인 에너지 수요를 충족시키기 위해 많은 관심을 불러일으키고 있다. 그리고 셰일가스와 천연가스 히드라와 같은 비전통 천연가스도 광범위하게 분석 및 조사되고 있다. 그러나 그것들은 질소를 포함하며, 질소는 관로와 액화 천연가스 표준에 충족시키기 위해 분리되어야 하는 추가공정을 필요로 한다. International energy agenct has reported that with the development of China, India and the Middle East, there will be a 35% increase in energy demand worldwide after 2035. Natural gas, a part of global energy supply, is an important energy source and accounted for 21.4% in 2010. Low quality natural gas containing CO 2 (> 2%), N 2 (> 4%) and H 2 S (> 4 ppm) is not well used for high production costs, . Untapped natural gas, such as shale gas and natural gas hydra, is also being extensively analyzed and investigated. However, they contain nitrogen and nitrogen requires additional processes that must be separated to meet the pipeline and liquefied natural gas standards.

천연가스의 질을 증가시키기 위해 산업용 표준 CH4/N2 분리기술은 필수적이고 중요하다. 현재 사용되는 CH4/N2 분리는 액화증류법이 주를 이루지만, 이것은 CH4를 냉각시키는 데에 많은 에너지가 요구되는 단점이 있다. 이러한 에너지와 비용문제를 해결하기 위해 흡수, 흡착 또는 막을 사용하는 방법이 제안되었으나, 낮은 성능과 가스 선택성으로 인해 산업적인 사용에 제한적이다. 그 중 막을 이용한 방법은 높은 성능과 간단한 방법으로 주목받았으나, N2와 CH4의 비슷한 성질(동적직경 및 투과성)로 인하여 선택성이 낮은 문제점을 안고 있다. Industrial standard CH 4 / N 2 separation techniques are essential and important to increase the quality of natural gas. CH 4 / N 2 separation is now used only fulfill the liquefied distillation this week, this has the disadvantage that a lot of energy for cooling the CH 4 required. Methods of absorbing, adsorbing or using membranes have been proposed to solve these energy and cost problems, but are limited to industrial use due to low performance and gas selectivity. Among them, the method using a membrane has attracted attention as a high performance and simple method, but has a problem of low selectivity due to the similar properties (dynamic diameter and permeability) of N 2 and CH 4 .

한편, 나노다공성 물질인 금속 유기 구조체(Metal organic frameworks, MOFs)는 금속 이온이나 클러스터 및 유기물로 구성된 다공성배위중합체 네트워크이다. 현재, MOFs를 사용한 가스분리는 주로 흡착물질과의 상호작용의 기능 차이에 의해 이루어졌기 때문에, 개방된 금속 사이트(open metal site)를 이용하거나 작용기를 바꿈으로써 기능성을 도입하는데 초점을 맞추었고, 성공적인 CO2분리를 보여주었다. 그러나 MOFs를 이용한 CH4/N2 분리는 보고된 바 없다. On the other hand, metal organic frameworks (MOFs), which are nanoporous materials, are porous coordination polymer networks composed of metal ions, clusters and organic materials. At present, the gas separation using MOFs is mainly made by the functional difference of the interaction with the adsorbent material, so the focus is on introducing the functionality by using an open metal site or changing the functional group, CO 2 separation. However, CH 4 / N 2 using MOFs No separation has been reported.

이에, 본 발명자들은 효과적인 CH4/N2 분리방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 나노다공성 물질인 금속 유기 구조체(Metal organic frameworks, MOFs)를 제작하고, 이를 이용하여 CH4/N2 혼합가스에서 CH4를 효과적으로 분리할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Thus, the present inventors have found that effective CH 4 / N 2 Manners to develop a separating method sought results, making the hydrophilic pores and hydrophobic metal organic structure pore nanoporous material having a (Metal organic frameworks, MOFs), and by using this, CH 4 / N 2 effectively remove the CH 4 in a mixed gas And the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 나노다공성 물질을 이용하여 CH4/N2의 분리방법을 제공하는데 있다.
An object of the present invention is to provide a method for separating CH 4 / N 2 using a nanoporous material having hydrophilic pores and hydrophobic pores.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 나노다공성 물질을 친수성 용매로 포화시키는 단계; (b) 상기 친수성 용매로 포화된 나노다공성 물질에 CH4/N2를 접촉시켜, CH4를 상기 나노다공성 물질의 소수성 기공에 선택적으로 저장시키는 단계; 및 (c) 상기 CH4가 저장된 나노다공성 물질에서 CH4를 회수하는 단계를 포함하는 나노다공성 물질을 이용한 CH4/N2의 분리방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a nanoporous material, comprising the steps of: (a) saturating a nanoporous material having hydrophilic pores and hydrophobic pores with a hydrophilic solvent; (b) the step of selectively storing the hydrophobic pores of the nanoporous material CH 4 / N 2 into contact with the CH 4 the nanoporous material in saturated with the hydrophilic solvent; And (c) provides a separation of CH 4 / N 2 method using a nano-porous material, including the step of recovering the CH 4 in the nanoporous material is stored in the CH 4.

본 발명에 따르면, 소수성 및 친수성 특성을 가지는 나노다공성 물질을 이용하여 CH4/N2 혼합가스로부터 CH4를 선택적으로 분리시킬 수 있다.
According to the present invention, a nanoporous material having hydrophobic and hydrophilic properties can be used to form CH 4 / N 2 It is possible to selectively separate CH 4 from the mixed gas.

도 1은 합성된 Cu3BTC2의 X선 회절을 나타낸 것이다.
도 2는 Cu3BTC2의 수면 포화 양상을 나타낸 것이다.
도 3은 물로 포화된 Cu3BTC2의 가스 저장과 분리능력을 분석한 것이다 [(A): 압력에 따른 CH4와 N2 각각의 저장량; (B): CH4/N2의 등몰 이원혼합물을 다양한 압력에서 물질에 접촉시킨 후, 저장된 가스의 구성].
도 4는 물로 포화된 Cu3BTC2의 CH4 접촉 후의 HRPD(high resolution powder deffraction) 결과이다.
도 5는 물로 포화된 Cu3BTC2 내CH4의 (A) Raman과 (B) NMR 스펙트럼이다.
도 6의 CH4 접촉 후 물로 포화된 Cu3BTC2의 구조변화를 나타낸 것이다 ([A)와 (B): 친수성의 큰 기공에 대하여 물 포화 전과 후의 구조; (C): 소수성의 작은 기공의 구조; (D): 격자 구조].
도 7은 물 또는 THF로 포화된 Cu3BTC2의 Raman 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 저장된 CH4의 해리에 대한 온도의 영향을 나타낸 것이다 [(A): 라만 스펙트라; (B): XRD].
Figure 1 shows X-ray diffraction of synthesized Cu 3 BTC 2 .
Figure 2 shows the surface saturation pattern of Cu 3 BTC 2 .
FIG. 3 is an analysis of gas storage and separation capacity of Cu 3 BTC 2 saturated with water. [(A): Storage of CH 4 and N 2, respectively, according to pressure; (B): Composition of the stored gas after contacting the equimolar binary mixture of CH 4 / N 2 with the substance at various pressures].
Figure 4 is a saturated Cu 3 BTC water 2 CH 4 This is the result of high resolution powder deffraction (HRPD) after contact.
Figure 5 is a graph showing the effect of Cu 3 BTC 2 (A) Raman and (B) NMR spectra of CH 4 .
FIG. 6 shows the structural change of Cu 3 BTC 2 saturated with water after CH 4 contact ((A) and (B): structure before and after water saturation for large hydrophilic pores; (C): structure of hydrophobic small pores; (D): Grid structure].
Figure 7 shows the Raman spectrum of Cu 3 BTC 2 saturated with water or THF.
Figure 8 shows the effect of temperature on the dissociation of the stored CH 4 [(A): Raman spectra; (B): XRD].

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은, (a) 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 나노다공성 물질을 친수성 용매로 포화시키는 단계; 및 (b) 상기 친수성 용매로 포화된 나노다공성 물질에 CH4/N2를 접촉시켜, CH4를 상기 나노다공성 물질의 소수성 기공에 선택적으로 저장시키는 단계; 및 (c) 상기 CH4가 저장된 나노다공성 물질에서 CH4를 회수하는 단계를 포함하는 나노다공성 물질을 이용한 CH4/N2의 분리방법에 관한 것이다. (A) saturating a nanoporous material having hydrophilic pores and hydrophobic pores with a hydrophilic solvent; And (b) a step of contacting a CH 4 / N 2 in a nano-porous material impregnated with the hydrophilic solvent, optionally stored in the hydrophobic pores of the nanoporous material for the CH 4; And (c) the separation of CH 4 / N 2 method using a nano-porous material, including the step of recovering the CH 4 in the nanoporous material is stored in the CH 4.

본 발명에 있어서, 상기 나노다공성 물질은 금속 유기 구조체인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 금속 유기 구조체는 Cu3BTC2인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨데, 소수성 기공과 친수성 기공을 모두 가지는 나노구조체라면 제한 없이 사용이 가능하다.In the present invention, the nanoporous material may be a metal organic structure, and the metal organic structure may be Cu 3 BTC 2. However, the present invention is not limited thereto. For example, nanostructures having both hydrophobic pores and hydrophilic pores can be used without limitation.

본 발명에서는, 분자를 포함시켜 금속 유기 구조체의 내부 기공구조를 바꿀 수 있다는 아이디어로 친수성과 소수성 기공으로 이루어진 금속 유기 구조체를 제작하였다. 이러한 구조는 기공구조만을 변화시키는 것이 아니라, 물질과의 가스 친화성도 조절한다. 본 발명에서는 이러한 방법이 얼마나 효과적인지 증명하기 위하여, Cu3BTC2(BTC: 1,3,5-benzentricarboxylate)를 사용하였고, 이것은 특성화된 금속 유기 구조체 중 하나이며, 보통 HKUST-1이라 부른다. In the present invention, a metal organic structure composed of hydrophilic and hydrophobic pores was fabricated by the idea of including a molecule and changing the internal pore structure of the metal organic structure. This structure not only changes the pore structure but also controls the gas affinity with the material. In the present invention Cu 3 BTC 2 (BTC: 1,3,5-benzenetricarboxylate) was used to demonstrate how effective this method is, which is one of the characterized metal organic structures and is commonly referred to as HKUST-1.

본 발명의 일 실시예에서는 공지된 용매 열 합성법으로 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 Cu3BTC2를 합성하였다. 상기 합성된 Cu3BTC2를 이용하여 CH4/N2의 혼합가스 분리를 위해 증기 요법으로 친수성 기공을 포화시켰고, 포화 양상을 관찰한 결과, 1g의 Cu3BTC2에 0.58g의 물(36.7%)이 포함된 것을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, Cu 3 BTC 2 having hydrophilic pores and hydrophobic pores was synthesized by a known solvent thermal synthesis method. Hydrophilic pores were saturated by vapor treatment to separate the mixed gas of CH 4 / N 2 using the synthesized Cu 3 BTC 2. As a result of observation of the saturation pattern, 1 g of Cu 3 BTC 2 was added with 0.58 g of water (36.7 %) Were included.

상기 친수성 용매로는, 물 이외에 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF), 에탄올, 메탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜등의 알코올류를 사용할 수 있다.As the hydrophilic solvent, besides water, alcohols such as tetrahydrofuran (THF), ethanol, methanol, propanol, and ethylene glycol can be used.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 나노다공성 물질에 CH4/N2 혼합가스의 접촉 압력은 바람직하게 2~100bar에서, 더욱 바람직하게는 80bar에서 수행되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the contact pressure of the CH 4 / N 2 mixed gas to the nanoporous material of step (b) is preferably 2 to 100 bar, more preferably 80 bar.

본 발명의 다른 실시예에서는 물로 포화된 Cu3BTC2을 이용하여 가스 저장능력을 확인하였다. CH4/N2 혼합가스를 각기 다른 압력으로 접촉시킨 후, 1g의 Cu3BTC2에 함유된 CH4와 N2의 양을 분석한 결과, CH4의 저장량은 50bar까지 빠르게 증가하였으나, 높은 압력에서 증가추세가 감소하여 약 1.5mmol/g에서 포화정체 상태에 도달하였고, N2는 100bar에서 0.13mmol/g을 나타내었다. 또한, 물질 안에 있는 가스 분자의 구성요소를 확인한 결과, 80bar로 수행하였을 때, CH4가 50mol%에서 96mol%까지 증가하였고, 80bar에서 22.8의 선택성을 나타내었다. In another embodiment of the present invention, water-saturated Cu 3 BTC 2 was used to confirm gas storage capacity. As a result of analyzing the contents of CH 4 and N 2 contained in 1 g of Cu 3 BTC 2 after the CH 4 / N 2 mixed gas was contacted at different pressures, the storage amount of CH 4 rapidly increased to 50 bar, , The saturation stagnation was reached at about 1.5 mmol / g and N 2 was 0.13 mmol / g at 100 bar. As a result of checking the constituents of the gas molecules in the material, CH 4 increased from 50 mol% to 96 mol% at 80 bar, and showed selectivity of 22.8 at 80 bar.

한편, 상기 CH4가 Cu3BTC2 내의 소수성 기공에 함유된 것을 확인하기 위하여, 극성 작용기를 가지나, 작은 기공에 적합하지 않은 크기로 큰 기공에만 존재할 수 있는 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF)으로 Cu3BTC2을 포화시켰다. 소수성 기공을 구성하는 벤젠링은 중심부에 사면체 배열을 나타내는데, Gkionis등이 보고한 바에 따르면(Platts, J.A. and Gkionis, K., Phys . Chem . Chem. Phys ., 11:10331, 2009), C-H와 벤젠 고리의 π사이의 상호작용이 강하기 때문에 CH4의 저장에 적합하다고 할 수 있다. THF로 포화된 Cu3BTC2를 CH4로 100bar에서 감압한 후 라만분석한 결과, 피크의 강도는 유지되었으나, CH4의 파상수(wavenumber)는 높은 주파수로 변한 것을 관찰함으로써, THF의 방해 없이 소수성 기공에 CH4가 저장된 것을 확인하였다. On the other hand, when the CH 4 is Cu 3 BTC 2 , Cu 3 BTC 2 was saturated with tetrahydrofuran (THF), which may exist only in large pores with a size that is not suitable for small pores but has polar functional groups. Chem. Phys ., 11: 10331, 2009) reported that the benzene rings constituting the hydrophobic pores exhibit a tetrahedral arrangement at the center. According to Gkionis et al . (Platts, JA and Gkionis, K., Phys . The interaction between the π of the benzene ring is strong, which makes it suitable for the storage of CH 4 . As a result of Raman analysis after decompressing Cu 3 BTC 2 saturated with THF at 100 bar with CH 4 , the intensity of the peak was maintained. However, by observing that the wavenumber of CH 4 changed to high frequency, It was confirmed that CH 4 was stored in the hydrophobic pores.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 CH4 회수는 -40℃ 내지 50℃에서 수행하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 -40℃ 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -40℃ 내지 -20℃에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the CH 4 recovery in the step (c) is performed at -40 ° C to 50 ° C, preferably -40 ° C to 0 ° C, more preferably -40 ° C to -20 ° C In the first embodiment.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 Cu3BTC2로부터 저장된 CH4를 분리하기 위하여, 온도에 따른 저장된 가스의 양상을 XRD 및 라만을 이용하여 분석한 결과, -40℃ 내지 -20℃사이에서 피크가 빠르게 사라지는 것을 확인하였고, XRD분석에서도 물과 가스의 방출로 -60℃ 내지 -40℃사이에서 구조변화를 나타내었다. 두 분석결과의 차이는 관찰하는 동안 주입된 압력이 다르기 때문이며, 이러한 결과로 저장된 가스가 -40℃이상에서 회수되는 것을 확인하였다. In another embodiment of the present invention, in order to separate the stored CH 4 from Cu 3 BTC 2 , the pattern of the stored gas according to the temperature was analyzed using XRD and Raman. As a result, it was found that a peak was observed between -40 ° C. and -20 ° C. And the XRD analysis showed a structural change between -60 ° C and -40 ° C due to the release of water and gas. The difference between the two results was that the injected pressure was different during the observation, and as a result, the stored gas was recovered above -40 ° C.

상기 금속 유기 구조체(Metal organic frameworks, MOFs)의 합성은 널리 알려진 통상적인 방식을 따르며, 제 1용매 하에 금속이온 화합물 및 유기 리간드의 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 1종 또는 2종 이상이 반드시 반응에 참여한다. The synthesis of the metal organic frameworks (MOFs) follows a well-known conventional method and is prepared by the reaction of a metal ion compound and an organic ligand in a first solvent. The metal ion of the metal ion compounds used comprises 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, 3 + Re, 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 + a They must participate in the reaction.

본 발명에서, 상기 금속 유기 구조체(Metal organic frameworks, MOFs) 합성은 당 업계에 알려진 1개 이상의 벤젠고리(benzene ring)와 두 개 이상의 카복실산(carboxylic acid)으로 이루어진 유기물 종류 중에서 선택된 1종 이상이 반드시 반응에 참여한다. 바람직하게는 트리메직산(Trimersic acid)을 사용하였다.In the present invention, the synthesis of the metal organic frameworks (MOFs) is carried out by using at least one selected from the group consisting of at least one benzene ring known in the art and at least one kind of organic substance composed of two or more carboxylic acids Participate in the reaction. Trimersic acid is preferably used.

상기 제 1용매는 아세톤(acetone), 아세토니트릴 (acetonitrile), 벤젠(benzene), 부탄올(butanol), 사염화탄소(carbon tetrachloride), 클로로포름(chloroform), 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 시클로헥산(cyclohexane), 다이메톡시에탄(dimethoxyethane), 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide), 다이에틸포름아마이드(diethylformamide), 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 에탄올(ethanol)을 사용할 수 있다.
The first solvent may be at least one selected from the group consisting of acetone, acetonitrile, benzene, butanol, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, cyclohexane, Dimethylformamide, diethylformamide, dioxane, methanol, ethanol, ether, ethyl acetate, and the like. (Ethylene glycol), glycerin, pentane, hexane, heptane, methyl tertiary butyl ether (MTBE), propanol, xylene xylene, t-butyl alcohol, tetrahydrofuran, toluene and water may be used. Preferably, ethanol can be used. have.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

실시예Example 1:  One: CuCu 33 BTCBTC 22 의 합성Synthesis of

Cu3BTC2은 공지된 용매 열 합성법(solvothermal method)(Kusgens, P. et al., Micropor. Mesopor. Mat., 20:325, 2009)을 약간 변형하여 합성하였다. 질산구리 3수화물(Copper nitrate trihydrate, CuN2O6 ·3H2O) 4.35g과 트리매직산(Trimesic acid) 2.1g을 에탄올 60ml과 탈이온수 60ml로 구성된 용매에 녹였다. 상기 혼합물을 12시간 동안 혼합시킨 후, 30분 동안 초음파처리하고 스테인레스 반응기로 옮겨 12시간 동안 120℃에서 반응시켰다. 상기 방법으로 합성된 결정성 고체를 2일간 하루 2번씩 에탄올로 헹구고, 12시간 동안 상온에서 건조시킨 후 12시간 동안 200℃에 두었다. Cu 3 BTC 2 was synthesized by slightly modifying a known solvent thermal method (Kusgens, P. et al., Micropor. Mesopor. Mat., 20: 325, 2009). Copper nitrate trihydrate (Copper nitrate trihydrate, CuN 2 O 6 · 3H 2 O) 4.35g and tree magic acid (Trimesic acid) 2.1g was dissolved in a solvent consisting of 60ml of ethanol and 60ml of deionized water. The mixture was mixed for 12 hours, sonicated for 30 minutes, transferred to a stainless steel reactor, and reacted at 120 DEG C for 12 hours. The crystalline solid synthesized by the above method was rinsed with ethanol twice a day for 2 days, dried at room temperature for 12 hours, and then placed at 200 ° C for 12 hours.

그 결과, 합성된 Cu3BTC2는 3가지 타입의 기공으로 구성되어 있으며, [100]방향의 1nm의 빈공간체널(void channels)을 갖는다. 작은 기공은 소수성이고, 반대편 구리이온 사이의 가장 긴 거리는 13.3Å이며, 큰 기공 중 하나는 기공 안쪽에 노출된 불포화 구리이온에 때문에 강한 친수성으로 물과 강하게 상호작용한다. 구성된 분자들 사이에서 가장 긴 거리는 18.6Å이다. 다른 큰 기공은 친수성이 더 적지만 물분자를 포함하고, 떨어진 원자들 사이의 거리는 18.8Å이다. 구조와 기공의 성질은 맨 처음 Williams 등에 의해 보고된바 있다. (Chui, S.S. et al ., Science , 283:1148, 1999)As a result, the synthesized Cu 3 BTC 2 is composed of three types of pores and has void channels of 1 nm in the [100] direction. The small pores are hydrophobic and the longest distance between the opposite copper ions is 13.3 ANGSTROM and one of the larger pores strongly interacts with water due to the strong hydrophilic nature of the exposed uncoated copper ions. The longest distance between molecules is 18.6 Å. The other large pores are less hydrophilic but contain water molecules, and the distance between atoms is 18.8 Å. Structure and pore properties were first reported by Williams et al. (Chui, SS et al ., Science , 283: 1148,1999)

합성된 Cu3BTC2의 높은 결정도와 곡면적(1091m2/g)은 XRD와 BET로 분석하였으며, 성공적으로 합성되었음을 확인하였다(도 1).The high crystallinity and curvature area (1091 m 2 / g) of the synthesized Cu 3 BTC 2 was analyzed by XRD and BET and confirmed to be successfully synthesized (FIG. 1).

실시예Example 2: 물로  2: with water 포화된Saturated CuCu 33 BTCBTC 22

실시예 1에서 합성된 Cu3BTC2는 증기 요법에 의해 물에 포화된 상태로 준비하였다. 탈수된 Cu3BTC2를 물이 담긴 비커와 함께 진공건조기에 넣고, 4torr에서 진공처리한 후 진공 건조기를 닫았다. 상대습도는 100%에 가깝게 하고, 증발된 물이 MOFs의 기공으로 확산되어, 포화될 때까지 약 5시간 유지하였다. 그 결과, 1g의 Cu3BTC2에 0.58g의 물(36.7%)이 포함된 것을 확인하였다(도 2).
Cu 3 BTC 2 synthesized in Example 1 was prepared by being saturated with water by vapor treatment. The dehydrated Cu 3 BTC 2 was placed in a vacuum dryer with a beaker containing water, vacuum-treated at 4 torr, and then the vacuum dryer was closed. The relative humidity was close to 100% and the evaporated water was diffused into the pores of the MOFs and held for about 5 hours until saturated. As a result, it was confirmed that 1 g of Cu 3 BTC 2 contained 0.58 g of water (36.7%) (FIG. 2).

실시예Example 3: 가스 저장능력 3: Gas storage capacity

실시예 2에서 준비된 물로 포화된 Cu3BTC2의 압력에 따른 CH4 및 N2의 저장능력을 측정하였다. Cu3BTC2에 CH4/N2의 등몰 이원혼합물(equimolar binary mixture)을 15℃에서 접촉시킨 후 -30℃로 유지시키고, 1g의 Cu3BTC2에 함유된 CH4 와 N2의 양을 분석하였다. 그 결과, 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이, CH4는 저장량이 50bar까지 빠르게 증가하였으나, 높은 압력에서 증가 추세가 감소하여 약 1.5mmol/g에서 포화정체상태에 도달하였다. N2는 100bar에서 0.13 mmol/g을 나타내었다. 건조된 Cu3BTC2의 CH4 저장량이 9.4mmol.g까지 이르는 것을 고려하면, 친수성 기공이 물로 포화되어 가스가 저장되는 것을 막아 저장능력을 저하되었음을 알 수 있었다.Carried out according to Example 2, the pressure of 2 Cu 3 BTC saturated with water in the ready-CH 4 And storage capacity of N 2 were measured. Cu 3 BTC 2 was contacted with an equimolar binary mixture of CH 4 / N 2 at 15 ° C., maintained at -30 ° C., and 1 g of CH 3 contained in Cu 3 BTC 2 And N 2 were analyzed. As a result, as shown in FIG. 3 (a), the storage amount of CH 4 rapidly increased to 50 bar, but the increase tendency decreased at a high pressure to reach a saturated stagnation state at about 1.5 mmol / g. N 2 was 0.13 mmol / g at 100 bar. Considering that the amount of CH 4 stored in dried Cu 3 BTC 2 is up to 9.4 mmol g, the storage capacity is lowered because the hydrophilic pores are saturated with water to prevent gas storage.

가스저장량의 차이를 고려하면, 이 물질이 천연가스와 같은 혼합가스로부터 CH4를 분리하는 데에 응용가능할 수 있을 것이라 기대할 수 있으므로, Cu3BTC2을 CH4/N2의 혼합가스(50:50 및 90:10)에 접촉시킨 후, 물질 안에 있는 가스 분자의 구성요소를 분석하는 것으로 분리 테스트를 실시하였다. Considering the difference in gas storage amount, it can be expected that this material would be applicable for separating CH 4 from a mixed gas such as natural gas, so Cu 3 BTC 2 is mixed with CH 4 / N 2 mixed gas (50: 50 and 90:10) and then subjected to a separation test by analyzing the constituents of the gas molecules in the material.

그 결과, 도 3의 (b)와 표 1에 나타난 바와 같이, 80bar에서 CH4가 50mmol%에서 95.8mmol%까지 증가한 것을 확인하였으며, 하기 수학식 1을 바탕으로 평형 선택성을 측정하였다. As a result, as shown in FIG. 3 (b) and Table 1, it was confirmed that the CH 4 was increased from 50 mmol% to 95.8 mmol% at 80 bar, and the equilibrium selectivity was measured based on the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

(YCH4/XN2)/(YN2/XCH4) ( YCH4 / XN2 ) / ( YN2 / XCH4 )

X와 Y는 각각 피드스트림과 물질에서의 가스 구성요소를 나타내며, 선택성은 80bar에서 22.8로 나타내었다.X and Y denote the gas constituents in the feed stream and the material, respectively, and the selectivity is expressed as 22.8 at 80 bar.

Figure 112014012949060-pat00001
Figure 112014012949060-pat00001

실시예Example 4:  4: CHCH 44 의 기원과 선택성Origin and Selectivity

CH4 저장의 기원과 높은 선택성을 설명하기 위해, 포항의 엑셀러레이터 실험실에서 싱크로트론방사의 입자 고분해능 분말회절(High resolution powder diffraction, HRPD)을 이용한 구조상 분석을 하였다. HRPD 분석은 -180℃에서 포항 액셀러레이터 실험실의 싱크로트론을 사용하여 기록하였고(λ=1.54950Å), 각 하이드레이트 샘플당 0.01의 스텝 사이즈(step size)에서 3.5초의 고정된 시간으로 단계적으로 수행하였고, 물로 포화된 Cu3BTC2 및 100bar의 압력으로 CH4에 접촉된 물로 포화된 Cu3BTC2의 회절결과를 비교하였다. CH 4 In order to explain the origin and high selectivity of storage, structural analysis using high resolution powder diffraction (HRPD) of synchrotron radiation was carried out in the Pohang Accelerator Laboratory. HRPD analysis was performed using a synchrotron of the Pohang Accelerator Laboratory at -180 DEG C (lambda = 1.54950 ANGSTROM), stepwise with a fixed time of 3.5 seconds at a step size of 0.01 per hydrated sample, saturation with water The results of the diffraction of Cu 3 BTC 2 saturated with water contacted with CH 4 at a pressure of Cu 3 BTC 2 and 100 bar were compared.

그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 구조 I CH4하이드레이트(hydrate)의 (320)과 (321) 회절에 해당하는 27.2 및 28.3에서 새로운 피크를 확인하였다. 이것은 Cu3BTC2의 표면과 대공극에 존재하는 부분적인 물이 수소 결합된 물 케이지(water cage)의 빈 공간을 차지하는 게스트 분자(guest molecule), CH4하이드레이트로 이동하였기 때문이다. 또한 CH4의 접촉 후, Cu3BTC2의 격자팽창(lattice expansion)에 주목할만한 피크의 강도 변화가 없었고, Cu3BTC2의 격자정수(lattice parameter)를 높은 강도의 (222)피크를 바탕으로 계산한 결과, 26.2974Å에서 26.3333Å으로 증가하였다. 이러한 결과는 구조체의 확장과 CH4가 물로 포화된 Cu3BTC2의 기공에 존재한다는 것을 의미하는 것이다.
As a result, FIG. 4, the structure I CH 4 hydrate was confirmed (hydrate) of 320 and 321, a new peak at 27.2 and 28.3 corresponding to diffraction as shown in. This is because the partial water present on the surface of Cu 3 BTC 2 and in the large pore has migrated to the guest molecule, CH 4 hydrate, which occupies the vacant space of the hydrogen-bonded water cage. Also, there was no noticeable peak intensity change in the lattice expansion of Cu 3 BTC 2 after contact with CH 4 , and the lattice parameter of Cu 3 BTC 2 was determined on the basis of the high intensity (222) peak As a result, it was increased from 26.2974 Å to 26.3333 Å. These results indicate that the expansion of the structure and the presence of CH 4 in pores of Cu 3 BTC 2 saturated with water.

실시예Example 5:  5: RamanRaman , , 1313 C C CPCP // MASMAS NMRNMR  And HRPDHRPD 분석 analysis

5-1: Raman 분석 5 -1: Raman analysis

Raman 분석은 -180℃에서 Ar-ion laser(30mW)로부터 방출된 514.53nm 빛으로 고해상도 분산 Raman 현미경(Horiba JobinYvonLabRAM HR UV/Vis/NIR)을 이용하여 수행하였다(측정조건: 1800 그레이팅, D1 필터, 100 홀). 샘플을 포함하는 모든 가스는 77K.XRD 분석 샘플 홀더에 넣고 액체 질소로 급냉시켰다. 분말 X선 회절은 40kV 발전기와 300mA의 교류발전기에서 CuK 방사선(λ=1.5406Å)의 저온 XRD(D/MAX, Rigaku)를 사용하여 수행하였다. XRD 측정은 3°에서 40°(2θ)까지의 범위에서 0.05단계로 분석하였고, 반응온도는 -180℃로 하였다. 온도에 따른 샘플의 변화를 조사한 경우, 분당 5℃의 빠르기로 단계적으로 온도가 상승하였고, 온도의 안정화를 위해 측정에 앞서 5분의 대기시간을 가졌다. Raman analysis was performed using a high-resolution dispersive Raman microscope (Horiba Jobin YvonLabRAM HR UV / Vis / NIR) at 514.53 nm light emitted from an Ar-ion laser (30 mW) at -180 ° C. (measurement conditions: 1800 grating, D1 filter, 100 holes). All gases containing the sample were placed in a 77K.XRD analytical sample holder and quenched with liquid nitrogen. Powder X-ray diffraction was performed using a low temperature XRD (D / MAX, Rigaku) of CuK radiation (λ = 1.5406 Å) in a 40 kV generator and a 300 mA AC generator. The XRD measurement was performed in the range of 3 ° to 40 ° (2θ) in 0.05 step, and the reaction temperature was -180 ° C. When examining the change in the sample according to the temperature, the temperature rose step by step at a rate of 5 [deg.] C per minute, and had a waiting time of 5 minutes before the measurement to stabilize the temperature.

그 결과, 도 5의 (A)에 나타난 바와 같이, 자유 CH4 분자로부터 -20.2, -14.2 및 -3.2만큼 이동한 2896.8, 2902.8과 2913.8cm-1에서 C-H 대칭 스트레칭 진동모드(stretching vibration mode)를 나타내는 피크를 확인하였다. 상기 2902.8cm-1과 2913.8cm-1에서 나타난 피크는 구조 I 가스 하이드레이트내의 CH4를 나타내는 것으로 Cu3BTC2 주변의 영향으로 벌크 가스 하이드레이트로부터 -1~2의 파수 편차(deviation of wavenumber)가 나타난 것으로 예상하였다. 다양한 금속 유기 구조체(MOFs) 내 CH4 흡착에 대한 이전 라만 데이터에 따르면, 높은 이동은 구조체와의 강한 상호작용을 뜻하는 것으로, 상기 -20.2cm-1의 이동은 IRMOFs 시리즈에서 보여준 7.6~10.1cm-1 사이의 이동(Siberio-Perez, D.Y. et al ., Chem . Mater ., 19:3681, 2007)에 비해 아주 높은 것이라고 할 수 있다.
The results, as shown in (A) of Figure 5, from the free CH 4 molecule to move as much as 2896.8 -20.2, -14.2, and -3.2, at 2902.8 and 2913.8cm -1 CH symmetric stretching vibration mode (stretching vibration mode) Were identified. Peak appeared in the 2902.8cm -1 and 2913.8cm -1 is Cu 3 BTC 2 represents a CH 4 in the gas hydrate structure I It was expected that a deviation of wavenumber of -1 to 2 would be seen from the bulk gas hydrate due to the influence of the surroundings. CH 4 in various metal organic structures (MOFs) According to the previous data for the Raman absorption, high mobility is to mean a strong interaction with the structure, the movement of the moving -20.2cm -1 (Siberio-Perez between 7.6 ~ 10.1cm -1 claimed in IRMOFs series, DY meat al ., Chem . Mater ., 19 : 3681, 2007 ) .

5-2: NMR 분석 5-2: NMR analysis

NMR 분석은 400MHz solid FT-NMR 스펙트로미터 (Bruker)를 사용하여, -40℃에서 4KHz 회전속도로 분석하였으며, 모든 샘플은 MOFs 자체의 탄소 피크를 제거하기 위하여 13C 메탄을 충분히 처리하였다. NMR analysis was performed using a 400 MHz solid FT-NMR spectrometer (Bruker) at -40 ° C at 4 KHz rotation rate and all samples were sufficiently treated with 13 C methane to remove the carbon peaks of the MOFs themselves.

그 결과, 도 5의 (B)에 나타난 바와 같이, 100bar에서 CH4에 접촉된 물로 포화된 Cu3BTC2는 -4.3, -6.7, -11.2와 -12.7ppm의 4개의 피크를 나타내었고, 측정하는 동안 물질로부터 부분적으로 분리되는 CH4와 가스로부터 생기는 -11.2ppm 피크를 고려하면, Raman데이터 결과와 일치하는 3가지 피크는 CH4의 각기 다른 포함상태를 나타낸다. -4.3pm 및 -6.7pm의 디실드된(deshielded) 작은 피크는 구조 I 하이드레이트의 작고 큰 케이지(cage)안에 있는 CH4를 나타내며, 물로 포화된 Cu3BTC2에 함유된 CH4 분자의 탄소 핵은 -11.2ppm에서 -12.7ppm으로 이동한 것을 보여줌으로써, 구조체와 CH4의 상호작용을 확인하였다. As a result, Cu 3 BTC 2 saturated with water contacted with CH 4 at 100 bar showed four peaks at -4.3, -6.7, -11.2 and -12.7 ppm as shown in FIG. 5 (B) Considering the CH 4 partly separated from the material and the -11.2 ppm peak resulting from the gas during the Raman data, the three peaks corresponding to the Raman data result represent different inclusion states of CH 4 . The small deshielded peaks at -4.3 pm and -6.7 pm represent CH 4 in the small, large cage of the structure I hydrate and the carbon nuclei of CH 4 molecules contained in Cu 3 BTC 2 saturated with water Showed a shift from -11.2 ppm to -12.7 ppm, confirming the interaction of the structure with CH 4 .

Gkionis등이 보고한 CH4와 벤젠사이의 상호작용에 따르면(Platts, J.A. and Gkionis, K., Phys . Chem . Chem . Phys ., 11:10331, 2009), C-H와 벤젠 고리의 π사이의 상호작용은 CH4의 탄소에 대한 강한 실딩효과를 감소시킨다고 한다. 또한 각 피크의 영역 비율은 CH4의 양적인 비율에 대한 정보를 주는데, 비록 함유된 CH4가 부분적으로 빠져나가기 때문에 각 단계에서의 정확한 CH4의 비율을 알기는 어려우나, Cu3BTC2에 있는 CH4의 양은 도 5의 (A)에 나타난 라만 스펙트라에서 보이는 것과 마찬가지로 하이드레이트보다 많은 것을 알 수 있었다.
According to the interaction between Gkionis such as reported by CH 4 and benzene cross between (Platts, JA and Gkionis, K. , Phys Chem Chem Phys, 11.... 10331, 2009), CH of benzene ring and π Action is said to reduce the strong shielding effect of CH 4 on carbon. Also, the area ratio of each peak gives information on the quantitative ratio of CH 4 , although it is difficult to know the exact ratio of CH 4 in each step because the contained CH 4 partly escapes, but the CH in Cu 3 BTC 2 4 was found to be larger than that of hydrate as shown in the Raman spectrum shown in Fig. 5 (A).

5-3: HRPD 분석 5 -3: HRPD analysis

3가지 다른 종류의 기공을 가지는 Cu3BTC2의 두 친수성 기공(도 6의 (A)와 (B))은 습한 조건에서 물로 포화되어 기공이 가득 차기 때문에, 가스 저장에 사용될 수 없게 되는 반면, 4개의 벤젠링에 둘러싸여 강한 소수성을 띄는 작은 기공(도 6의 (B))은 물의 유입을 막는다. HRPD의 결과(도 4)에서 나타난 무시해도 될 정도의 작은 변화는 포함된 CH4가 사방에 막힌 물의 배치를 방해하지 않으며, 물로 가득 찬 큰 기공에 CH4가 포함되는 것은 어렵다는 것을 뜻한다(도 6의 (D)).
(A) and (B) of Cu 3 BTC 2 having three different kinds of pores (Fig. 6 (A) and (B)) can not be used for gas storage because they are saturated with water and filled with pores, Small pores (Figure 6 (B)), which are surrounded by four benzene rings and are highly hydrophobic, block the inflow of water. A negligible small change in the HRPD results (FIG. 4) means that the included CH 4 does not interfere with the placement of water clogged in all directions, and it is difficult to include CH 4 in large pores filled with water 6 (D)).

실시예 5-2의 NMR 결과, 샤프한 피크는 CH4가 존재한다는 것을 의미하며, 도 6의 (C)에 나타낸 것과 같이 작은 소수성 기공에 포함된 상태여야 한다. 흥미롭게도 소수성 기공을 구성하는 벤젠링은 중심부에 대하여 사면체 배열을 보여주며, 주변 4π와 4C-H간 상호작용이 강한 결합으로 CH4에 적합하여, NMR에서 보여준 핵 실딩(shielding) 및 높은 라만 이동을 야기하는 것으로 예상하였다. Example NMR result, a sharp peak of 5-2 means that the CH 4 present, and must be included in the status small hydrophobic pores, as shown in (C) of FIG. Interestingly, the benzene rings constituting the hydrophobic pores show a tetrahedral arrangement with respect to the center, and a strong interaction between 4π and 4C-H is suitable for CH 4 , and nuclear shielding and high Raman migration In the United States.

이를 입증하기 위해, 극성 작용기를 가지면서 작은 기공에 적합하지 않은 크기로 큰 기공에만 존재할 수 있으며, 구조 II 하이드레이트를 형성하여 SI 하이드레이트로부터 CH4 피크가 나타나는 것을 막는 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF)을 사용하였다. Cu3BTC2를 THF 용액에 넣은 후 크리스탈 밖의 초과된 용액을 거름종이로 제거하고, CH4로 100bar에서 감압시켜 Raman 분석하였다(도 7). THF를 첨가하여 강도는 유지되었으나, CH4의 파상수가 높은 주파수로 약간 변한 것을 확인하였는데, 이는 THF의 방해 없이 소수성 기공에 CH4가 저장된다는 것을 나타낸다.
To demonstrate this, while having a polar functional group can be present only in larger pore size that is not appropriate for the small pores to form the hydrate structure II CH 4 from SI hydrate Tetrahydrofuran (THF) was used to prevent the peak from appearing. Cu 3 BTC 2 was added to the THF solution, excess solution outside the crystal was removed with filter paper, and Raman analysis was performed by depressurizing at 100 bar with CH 4 (FIG. 7). The strength was maintained by the addition of THF, but it was found that the number of waves of CH 4 slightly changed to high frequencies, indicating that CH 4 was stored in the hydrophobic pores without interfering with THF.

실시예Example 6: 저장된 가스 분리 6: Stored gas separation

가스의 분리는 -180℃에서 0℃까지 온도에 따라 저장된 가스의 양상을 XRD와 Raman을 사용하여 분석하였다. 그 결과, 도 8의 (A)에 나타난 바와 같이, 저장된 가스의 해리로 CH4의 Raman 피크는 -40℃와 -20℃사이에서 빠르게 사라졌고, XRD 결과에서도 물과 가스의 방출 때문에 -60℃에서 -40℃사이에서 인상적인 구조변화를 보여주었다(도 8의 (B)). 이러한 결과는 저장된 가스가 -40℃이상에서 회수된다는 것을 의미한다. Raman(1bar)과 XRD(진공)사이의 해리 온도의 차이는 관찰하는 동안 주입된 압력이 다르기 때문이다.
Gas separation was analyzed by using XRD and Raman for the aspect of gas stored at -180 ℃ to 0 ℃. As a result, as shown in Fig. 8 (A), the dissociation of the stored gas quickly disappeared between -40 ° C and -20 ° C of the Raman peak of CH 4 , and the XRD result showed that at -60 ° C And showed an impressive structural change between -40 ° C (FIG. 8 (B)). This result means that the stored gas is recovered above -40 ° C. The difference in dissociation temperature between Raman (1 bar) and XRD (vacuum) is due to the different injected pressures during the observation.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (6)

다음 단계를 포함하는 금속 유기 구조체를 이용한 CH4/N2의 분리방법:
(a) 친수성 기공 및 소수성 기공을 가지는 금속 유기 구조체의 친수성 기공을 물로 포화시키는 단계;
(b) 상기 물로 포화된 금속 유기 구조체에 CH4/N2를 접촉시켜, 물로 포화된 기공을 통해 CH4만이 선택적으로 이동하고, 상기 이동된 CH4를 비어있는 금속 유기 구조체의 소수성 기공에 선택적으로 저장시키는 단계; 및
(c) 상기 CH4가 저장된 금속 유기 구조체에서 CH4를 회수하는 단계.
A method for separating CH 4 / N 2 using a metal organic structure comprising the steps of:
(a) saturating hydrophilic pores of a metal organic structure having hydrophilic pores and hydrophobic pores with water;
(b) bringing CH 4 / N 2 into contact with the water-saturated metal organic structure to selectively move only CH 4 through water-saturated pores, and transferring the transferred CH 4 to the hydrophobic pores of the empty metal organic structure ; And
(c) recovering the metal from the organic structure that the CH 4 CH 4 are stored.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 금속 유기 구조체는 Cu3BTC2인 것을 특징으로 하는 CH4/N2의 분리방법.
The method of claim 1, wherein the metal organic structure separation method of the CH 4 / N 2, characterized in that Cu 2 3 BTC.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는 2~100bar에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CH4/N2의 분리방법.
The method of claim 1 wherein the (b) step is the separation of CH 4 / N 2, characterized in that is carried out in 2 ~ 100bar.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 -40℃ 내지 50℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CH4/N2의 분리방법.The method of claim 1, wherein the step (c) separation method of the CH 4 / N 2, characterized in that is carried out at -40 ℃ to 50 ℃.
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