KR101569662B1 - Composite comprising crystalline hybrid nanoporous material powder and alumina and preparation thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MOF-알루미나 성형 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 활성 알루미나 입자를 혼합 및 성형하고 저온에서 숙성 및 건조시켜 제조되며, 전술한 알루미나 입자들은 다른 알루미나 입자 및 나노세공체 입자와의 접촉 부위가 화학적으로 연결되어 3차원 구조체를 형성한다.
본 발명에 따른 MOF-알루미나 성형체는, 형상화 조건이 온화하여 성형 단계에서 MOF 자체의 물리적 특성 및 촉매적 성능이 거의 손상되지 않으며, 활성 알루미나에서 유래하는 알루미나는 결합제로서 작용하여 우수한 기계적 강도를 제공하고 성형체 내에 혼입된 MOF의 물리적 특성 및 촉매적 성능을 제한하지 않는다. 더나가서, 알루미나의 함량에 따라 기계적 강도를 조절할 수 있으므로, 필요에 따라 적합한 기계적 강도를 갖는 성형 복합체를 제조할 수 있다.
The present invention relates to a MOF-alumina molding composite and a method for manufacturing the same, wherein hybrid nano-porous body (MOF) powders and activated alumina particles are mixed and formed and aged and dried at a low temperature, And contact sites of the nanoporous material particles are chemically connected to form a three-dimensional structure.
The MOF-alumina formed body according to the present invention is hardly affected by physical properties and catalytic performance of the MOF itself in the molding step due to the mild condition of the MOF, and alumina derived from activated alumina acts as a binder to provide excellent mechanical strength It does not limit the physical properties and catalytic performance of the MOF incorporated into the shaped body. Further, since the mechanical strength can be controlled according to the content of alumina, a molded composite having suitable mechanical strength can be produced as required.

Description

하이브리드 나노세공체 및 알루미나를 포함하는 복합체 및 이의 제조방법 {COMPOSITE COMPRISING CRYSTALLINE HYBRID NANOPOROUS MATERIAL POWDER AND ALUMINA AND PREPARATION THEREOF}Technical Field [0001] The present invention relates to hybrid nanoporous materials and composites comprising alumina and a method for producing the composite nanoporous material,

본 발명은 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 알루미나 분말을 포함하고, 알루미나 분말의 입자들이 다른 알루미나 입자 및 하이브리드 나노세공체 분말의 입자와 화학적으로 연결되어 있는 MOF-알루미나 복합체, 그리고 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 활성 알루미나 분말 및 임의의 물을 혼합, 성형 및 건조시키는 MOF-알루미나 복합체의 제조방법에 관한 것이다.  The present invention relates to a MOF-alumina composite comprising a hybrid nano-porous body (MOF) powder and an alumina powder, wherein the particles of the alumina powder are chemically bonded to particles of other alumina particles and hybrid nanoporous body powders, and a hybrid nano- (MOF) powders, activated alumina powders and optional water are mixed, molded and dried.

하이브리드 나노세공체 또는 결정성 유무기혼성 나노세공체는 중심금속이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로 정의 될 수 있으며, 골격구조 내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물을 의미한다. The hybrid nanoporous material or the crystalline organic / inorganic hybrid nanoporous material may be defined as a porous organic polymer compound formed by bonding a central metal with an organic ligand. The hybrid nanoporous material may include both organic and inorganic materials in the skeleton structure, Means a crystalline compound having a pore structure.

이러한 유무기혼성 나노세공체는 광범위한 의미의 용어로서 일반적으로 다공성 배위 고분자 (porous coordination polymers) 라고도 하며 [Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], 금속-유기 골격체 (MOF, metal-organic framework) 라고도 한다 [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003]. These organic / inorganic hybrid nanoporous materials are used in a broad sense and are generally referred to as porous coordination polymers (Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], also referred to as a metal-organic framework (MOF) [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003].

신규 재료로서의 MOF는 다음과 같은 강점을 갖고 있다: (i) 현재 사용되는 제올라이트보다 더 큰 기공 크기를 실현할 수 있고, (ii) 현재 사용되는 다공성 재료 보다 내부 표면적이 더 크며, (iii) 기공 크기 및/또는 채널 구조를 큰 범위로 맞출 수 있고, (iv) MOF의 외부 표면을 용이하게 관능화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내부 표면을 형성하는 유기 골격 성분도 용이하게 관능화시킬 수 있다 (예. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.. 3,71, 1998, Chem. Lett. 6, 624, 2000; J. Mater. Chem. 16, 1125, 2006). MOF as a novel material has the following advantages: (i) it can realize a larger pore size than currently used zeolite; (ii) has a larger internal surface area than currently used porous material; (iii) (Iv) not only can easily functionalize the outer surface of the MOF, but also make it possible to easily functionalize the organic framework components forming the inner surface (e.g., Curr Solid State Mater. Sci., 3, 71, 1998, Chem. Lett., 6, 624, 2000; J. Mater.

이처럼 MOF는 고표면적, 분자크기 또는 나노크기의 세공 및 변형에 대한 유연성으로 인해, 흡착제, 기체분리, 기체저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 및 촉매담체 등의 용도를 갖는 신규 소재로서 많이 연구되고 있다. 아울러, 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포접하거나 세공크기보다 큰 분자들을 분리하는 용도에서도 그의 응용이 활발히 연구되고 있다 (Chem. Rev. 97, 2373, 1997; J. Mater. Chem. 16, 626, 2006). As such, due to the flexibility of pores and deformation of high surface area, molecular size or nano size, MOF has been widely studied as a novel material having applications such as adsorbents, gas separation, gas storage, sensors, membranes, functional thin films, catalysts and catalyst carriers . In addition, application of guest molecules smaller than pore size to enclose guest molecules or separation of molecules larger than pore size has been actively studied (Chem. Rev. 97, 2373, 1997; J. Mater. Chem. 16, 626, 2006 ).

MOF는 결정성 골격에 극성의 금속이온 및 음이온 리간드를 함유하는 동시에 비극성의 방향족 화합물 그룹이 공존하고있기 때문에 친수성과 소수성을 동시에 지닐 수 있다. MOF가 영구적인 다공성을 가지는 경우, 다양한 분야에서 잠재적인 응용 가능성을 갖기 때문에 촉매 작용 분야, 흡수 및/또는 흡착제, 이온교환물질, 크로마토그래피용 재료, 물질의 저장 및 담수 생상 등의 분야에서 주된 관심사이다. Since MOF contains a polar metal ion and an anionic ligand in a crystalline skeleton and a non-polar aromatic compound group coexists, it can have both hydrophilicity and hydrophobicity. Since MOF has a permanent porosity, it has potential applications in a variety of fields and is therefore of primary interest in the field of catalysis, absorption and / or adsorption, ion exchange materials, chromatography materials, storage of materials and freshwater production to be.

이러한 MOF는 금속 또는 금속 전구체와 유기 리간드를 사용한 수열반응 또는 용매열반응 등으로 제조될 수 있는데, 전기적 가열원 대신 마이크로파 가열원을 채용하여 짧은 반응시간으로 더욱 미세하고 균일한 입도를 대량 생산할 수 있는 방법의 개발하기 위한 연구도 활발히 진행되고 있다 (참고: PCT/KR2007/000648). Such a MOF can be produced by a hydrothermal reaction using a metal or a metal precursor and an organic ligand, or a thermal reaction of a solvent. By adopting a microwave heating source instead of an electric heating source, it is possible to produce a finer, (See also PCT / KR2007 / 000648).

그러나, 금속-유기화합물 골격을 기초로 하는 MOF는 일반적으로 소결정, 분말 또는 페이스트로서 얻어지며, 이 형태로는 밀도가 낮고 입자의 크기가 작아 실제 응용을 하는데 불편하다. 더욱이 이러한 분말들은 회수하기 어렵고 쉽게 비활성화되며 응집되기도 한다. 따라서, 기체 및 액체의 투과성이 좋지 못하여 대부분의 분야에서 용이하게 사용할 수 없다. 따라서, MOF는 이러한 분야에서 광범위하게 사용될 수 있도록 복합체와 같은 다양한 형태를 강구하고 있는 실정이다. However, MOF based on the metal-organic compound framework is generally obtained as a brittle, powder or paste, which is low in density and small in particle size, making it inconvenient for practical applications. Moreover, these powders are difficult to recover, easily deactivated, and are also agglomerated. Therefore, the permeability of the gas and the liquid is poor, so that it can not be easily used in most fields. Therefore, MOF is trying to find various forms such as composites so that it can be widely used in these fields.

한국특허출원 10-2004-7019328호 (또는 PCT/EP2003/005546) 및 한국특허출원 10-2007-7012702호(또는 USP 7,524,444호) (출원인 REAGENT OF CALIFONIA UNIVERSITY)에는 MOF를 펠렛과 같은 복합체로 전환시키는 방법을 기술하고 있는데, 여기서는 MOF 분말을 압축 또는 압출하여 5~200 N, 바람직하게는 16~51 N의 압축강도를 갖는 MOF 성형체를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 문헌에는 결과된 성형체의 체적당 표면적 및 MOF 원료분말의 체적당 표면적의 비가 1.6:1 이상인 것으로 기재되어 있지만, 오히려 이러한 수치로부터 MOF 원료분말에 비해 표면적이 상당히 손상될 수 있음을 알 수 있으며, 또, 무기결합제로서 이산화티탄, 수화 이산화티탄, 수화 알루미나 또는 기타 알루미늄 함유 바인더, 규소 및 알루미늄 화합물의 혼합물, 규소 화합물, 점토 광물, 알콕시실란 및 양친매성 물질을 언급하고 있으나, 흑연을 소량으로 사용한 예는 기재하고 있지만 다른 결합제를 유효한 양으로 사용한 예는 제시하지 않고 있다. Korean Patent Application No. 10-2004-7019328 (or PCT / EP2003 / 005546) and Korean Patent Application No. 10-2007-7012702 (or USP No. 7,524,444) (applicant REAGENT OF CALIFONIA UNIVERSITY) disclose that MOF is converted into a complex such as pellets A method of manufacturing an MOF compact having a compressive strength of 5 to 200 N, preferably 16 to 51 N, is disclosed. It is noted in this document that the ratio of the surface area per volume of the resulting compact and the surface area per volume of MOF feedstock powder is at least 1.6: 1, but rather from these figures it can be seen that the surface area can be significantly impaired compared to the MOF feedstock powder, In addition, although titanium dioxide, hydrated titanium dioxide, hydrated alumina or other aluminum-containing binder, a mixture of silicon and aluminum compounds, a silicon compound, a clay mineral, an alkoxysilane and an amphipathic substance are mentioned as inorganic binders, examples thereof using a small amount of graphite But no examples of using other binders in an effective amount are given.

한국특허출원 10-2011-7018964호 및 한국특허출원 10-2011-7018531호 (출원인 BASF)에도 무기 결합제를 사용한 MOF의 성형이 기술되어 있지만, 흑연을 미량(0.4중량% 이하)함유하는 성형체만 기재되어 있을 뿐이고, MOF에 대비된 이들 성형체의 물성 및/또는 성형체 자체의 물성에 대해서는 어떤한 기재도 하고 있지 않다. Although Korean Patent Application No. 10-2011-7018964 and Korean Patent Application No. 10-2011-7018531 (Applicant BASF) also describe the molding of MOF using an inorganic binder, only a molded article containing a trace amount of graphite (0.4 wt% or less) And there is no description about the physical properties of the molded articles and / or the physical properties of the molded articles themselves compared with the MOF.

한국특허출원 10-2009-0111937호 (출원인 KRICT)에는 합성공정에서 얻어지는 슬러리 상태의 MOF 분말을 습윤코팅하거나 진공압출하여 성형체를 제조하고 대략 80~120℃의 온도에서 건조 및 열처리하여 기술되어 있다. 이렇게 제조된 코팅 또는 성형체는 비표면적에 대해서는 기술되어 있지만 압축강도에 대해서는 언급하고 있지 않다. In Korean Patent Application No. 10-2009-0111937 (Applicant KRICT), MOF powder in slurry state obtained in the synthesis process is wet-coated or vacuum-extruded to prepare a shaped body and dried and heat-treated at a temperature of about 80 to 120 ° C. The coating or formed body thus produced has been described for the specific surface area, but does not mention the compressive strength.

상술한 바처럼, MOF를 종래의 촉매 또는 세라믹 성형법으로 형태화시키는 경우, 고온 및/또는 고압과 같은 가혹한 성형 환경으로 인해 MOF 자체의 물성 및/또는 외형의 손상 및 이로 인한 촉매성능의 저하가 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 담체 및/또는 결합제로 인해 MOF의 성능이 방해 또는 제한될 수 있다. As described above, when the MOF is formed by a conventional catalyst or ceramic molding method, the molding environment such as high temperature and / or high pressure may cause deterioration of the physical properties and / or external shape of the MOF itself, As well as the performance of the MOF may be hampered or limited due to the carrier and / or binder.

한편, 기존의 무기계 나노세공체는 성형체 제조시 업자간 공극을 제공하기 위하여 유기물 바인더나 첨가제를 사용하고 고온에서 소성하여 제거하는 방법을 사용하고 있으나, MOF는 열적 안정성이 낮아 소성할 수 없으므로 단순히 유기물 첨가제를 사용하여 공극을 제공하기가 용이하지 않다. On the other hand, conventional inorganic nanoporous materials have been used to remove pores by using an organic binder or additives and to remove them by sintering at a high temperature in order to provide interstitial porosity in the production of molded articles. However, since MOF has low thermal stability and can not be calcined, It is not easy to provide voids using additives.

즉, MOF는 고온에서의 소성할 경우 그의 형태가 변형될 가능성이 높으므로 MOF의 형태화시에 고온에서의 소성을 하지 않아야 한다는 문제점이 있어 무기계 결합제보다는 유기계 결합제를 사용하는 경우가 많다. 하지만, 유기계 결합제는 다공성을 갖는 무기계 결합제와는 달리 다공성을 확보하기가 용이하지 않기 때문에, 유기계 결합제가 촉매물질인 MOF와 대상물의 접촉을 방해 또는 제한할 수 있고, 이로 인해 촉매성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다. In other words, MOF is likely to be deformed when it is baked at a high temperature. Therefore, there is a problem that the MOF should not be sintered at a high temperature when the MOF is formed, and an organic binder is often used rather than an inorganic binder. However, since the organic binder is not easy to secure the porosity unlike the inorganic binder having porosity, the organic binder may interfere with or restrict the contact between the MOF as the catalytic material and the object, .

또한, MOF는 금속과 유기물질로 이루어진 골격을 기초로 하여 높은 결정성과 다공성 특성을 보유하게 되는 물질이므로, 기계적 안정성이 일반적으로 낮아 비교적 낮은 압력에서도 골격구조가 쉽게 무너지고 표면적 등 다공성 물질의 특성이 감소되는 경향이 크다. 탈수나 탈용매시 구조내 불포화금속자리를 형성하는 특성을 지닌 MOF의 경우 분말의 압착에 의한 복합체의 제조는 불포화금속자리의 손실로 인해 활성표면의 감소를 유발시키게 된다. In addition, since MOF is a material having high crystallinity and porosity characteristics based on a skeleton formed of a metal and an organic material, the mechanical stability is generally low, so that the skeleton structure is easily collapsed even at a relatively low pressure and the characteristics of the porous material There is a tendency to decrease. In the case of MOF with the property of forming unsaturated metal sites in the structure during dehydration or desolvation, the production of the composite by powder compression causes the reduction of the active surface due to the loss of the unsaturated metal sites.

이에 따라, MOF 분말을 일정한 형태를 갖는 복합체 또는 성형체로 전환시킬 때 가장 중요한 점은 MOF의 특성인 표면적과 다공성 그리고 활성표면의 감소를 최소화시키는 것이다. 또, MOF의 성형체 또는 복합체의 제조시에 유의해야 할 또다른 중요한 점은 복합체의 안정성 또는 경도이다. 보통 안정성은 복합체 또는 성형체를 형성하기 위해 사용된 압력과 서로 관린된다. 성형체의 경도는 이의 안정성과 밀접하게 관련된다. 안정한 복합체는 한편으로는 바람직하지만 다른 한편으로는 성형체를 얻기 위해 가해진 압력이 표면적과 활성 표면을 감소시키므로 주의해야 한ㄷ. Accordingly, the most important point when converting the MOF powder into a composite or molded body having a certain shape is to minimize the surface area, porosity and reduction of the active surface, which are characteristics of the MOF. Another important thing to note in the production of molded articles or composites of MOF is the stability or hardness of the composite. Usually stability is dependent on the pressure used to form the composite or shaped body. The hardness of the shaped body is closely related to its stability. Stable composites are preferred on the one hand, but on the other hand care should be taken as the pressure applied to obtain the shaped body will reduce the surface area and the active surface.

한편, 제올라이트를 포함한 무기계 나노세공체의 경우, 금속 및/또는 무기물질로 이루어진 결정성 또는 비정질의 골격을 기초로 하고 있어 높은 안정성을 가지고 있는 반면에 상호 집결성이 낮아, 결합제 또는 첨가제와 혼합하고 기계적 압력을 가하는 과정이 필요한 물질이며, 현재 제올라이트 등의 압축에 의한 성형은 미국공개공보 제2009-0048092호, 미국공개공보 제2011-0105301호 등에 기술되어 있다.On the other hand, inorganic nanoporous materials containing zeolite are based on a crystalline or amorphous skeleton composed of a metal and / or an inorganic material, and have high stability, but have low mutual aggregability and are mixed with a binder or an additive Mechanical pressing is a necessary process, and molding by compression of zeolite and the like is described in U.S. Publication No. 2009-0048092 and U.S. Publication No. 2011-0105301.

결과적으로 압축방법에 의한 복합체 제조시 표면적은 첨가되는 결합제 또는 첨가제의 양에 의한 감소 뿐만 아니라 세공입구 봉쇄에 의한 감소, 결정성 저하에 의한 감소 등으로 분말의 표면적에 비해 상대적으로 크게 감소하게 된다. 나노세공체를 포함하는 재료의 전술된 유리한 효과는 상기 재료의 표면적과 밀접하게 연관되기 때문에 나노세공체를 포함하는 재료의 표면적 감소는 이들의 흡수, 저장, 촉매작용 및 기타 특성의 효율성과 관련하여 바람직하지 않다.As a result, the surface area during the production of the composite by the compression method is greatly reduced as compared with the surface area of the powder due to the decrease due to the decrease in the crystallinity and the decrease due to the pore entrance blocking as well as the decrease in the amount of the binder or additive added. Because the aforementioned beneficial effect of the material comprising the nanoporous material is closely related to the surface area of the material, the reduction of the surface area of the material comprising the nanoporous material is related to the efficiency of their absorption, storage, catalysis and other properties It is not preferable.

제올라이트 또는 MOF 등의 나노세공체 물질의 성형 시 유의할 것은 나노세공체의 활성 표면은 거의 대부분 나노세공 내부에 존재하기 때문에 게스트 분자가 흡착 또는 흡수되는 과정에서 나노세공 내부에 빠르고 원활하게 접근할 수 있도록 성형체 겉표면으로부터 내부에 존재하는 나노세공체 분말의 나노세공과의 연결 통로 및 채널 즉, 공극 부피의 확보가 중요하다. 기존에 제올라이트와 같은 무기 나노세공체에서는 유기화합물 결합제를 첨가하여 성형한 후 공기 중에서 고온으로 소성하여 나노세공체 분말 사이에 존재하는 유기 결합제가 산화됨으로써 공극을 생성시키는 방법을 주로 사용하고 있다. 그러나 MOF와 같은 결정성 하이브리드 나노세공체 물질은 골격 내에 유기 리간드가 결합되어 있어 일반적으로 열에 약하고 특히 산소가 포함된 공기 중에서 소성할 경우 물질 자체가 소실되거나 구조가 붕괴되는 문제가 있어 무기 나노세공체에서 전통적으로 사용되는 공극 생성 방법을 그대로 사용할 수가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 새로운 공극제 또는 새로운 공극 유지 또는 형성 방법이 필요하다.It is important to note when molding nanoporous material such as zeolite or MOF that the active surface of the nanoporous material is almost always present inside the nanoporous material, so that it can be quickly and smoothly accessed inside the nanoporous material during adsorption or absorption of guest molecules. It is important to secure the connection channel and the channel, that is, the void volume, with the nano-pores of the nanoporous body powder present inside the molded article from the outer surface. Conventionally, in inorganic nanoporous materials such as zeolite, an organic compound binder is added and molded, followed by calcination at a high temperature in the air to oxidize the organic binder existing between the nanoporous material powders, thereby generating voids. However, since the crystalline hybrid nano-porous material such as MOF is bound to an organic ligand in the skeleton, it is generally weak to heat. In particular, when the material is fired in air containing oxygen, there is a problem that the material itself disappears or the structure collapses. Can not be used as it is. To solve this problem, new voids or new void retaining or forming methods are needed.

따라서, 나노세공체 분말을 성형체 또는 복합체로 전환시킬 때 나노세공체 분말의 물리적 특성 및 성능을 유지하고, 공극을 확보하면서 동시에 충분한 안정성을 가지는 성형체 또는 복합체 및 이를 제조하는 방법에 대한 필요성이 여전히 남아 있다. 이를 위해, 고온소성없이 담체에 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있는, 적합한 결합제 및/또는 새로운 성형방법을 개발하고자 노력도 계속 되고 있다. Accordingly, there remains a need for a molded body or composite having sufficient stability while maintaining the physical properties and performance of the nanoporous body powder when converting the nanoporous body powder into a molded body or composite, have. To this end, efforts are also being made to develop suitable binders and / or new molding processes that can impart good mechanical properties to the carrier without high temperature firing.

한편, 고온소성없이 활성 알루미나를 성형하는 방법이 알려져 있다. 예를들면, 한국특허출원 10-1998-0054925호에는 수산화알루미늄을 급속열분해하여 얻은 비정질 알루미나 분말을 물을 바인더로하여 구형의 입상 조립품을 제조하고, 이를 수화, 건조 및 하소하여 높은 강도, 충분한 비표면적 및 큰 기공부피를 나타내는 활성 알루미나 성형체의 제조방법이 개시되어 있는데, 이 방법은 1) 수산화알루미늄을 급속열분해 및 분쇄하여 수득된 비정질 알루미나 분말에 바인더로서 물을 첨가하여 구형 성형체를 제조하는 단계, 2) 수분챔버 내에서 5∼60℃의 온도 및 50 ∼ 100%의 상대습도 조건하에 수화 겔 및 유사 베마이트 결정핵을 형성시키는 전처리 단계, 3) 70∼100℃에서 1∼5시간 수화반응시키는 수화단계, 4)건조 및 임의의 소성단계를 포함한다. On the other hand, a method of molding activated alumina without high-temperature firing is known. For example, in Korean Patent Application No. 10-1998-0054925, a spherical granular assembly is prepared by using amorphous alumina powder obtained by rapid thermal decomposition of aluminum hydroxide as a binder in water, hydrated, dried and calcined, A method of manufacturing an activated alumina compact having a surface area and a large pore volume, comprising the steps of: 1) preparing a spherical compact by adding water as a binder to the amorphous alumina powder obtained by rapid thermal decomposition and pulverization of aluminum hydroxide, 2) a pretreatment step of forming hydrated gel and pseudoboehmite crystal nuclei in a water chamber at a temperature of 5 to 60 ° C and a relative humidity of 50 to 100%, and 3) a hydration reaction at 70 to 100 ° C for 1 to 5 hours Hydration step, 4) drying and optional calcination step.

한국특허출원 10-1998-0054925Korean Patent Application 10-1998-0054925 한국특허출원 10-2009-0111937Korean Patent Application 10-2009-0111937

하이브리드 나노세공체 또는 결정성 유무기혼성 나노세공체(MOF)의 분말을 다공성 무기계 결합제를 사용하여 형상화시키는 방법에 있어서, MOF 물리적 특성 및 촉매적 성능을 손상하지 않고, 고온소성 또는 별도의 열처리 과정이 없이 담체에 우수한 기계적 물성을 부여할 수 새로운 성형방법을 개발하고자 한다. A method of forming a hybrid nanoporous material or a powder of a crystalline organic / inorganic hybrid nanocomposite material (MOF) using a porous inorganic binder, the method comprising the steps of: subjecting the MOF material to high temperature firing or a separate heat treatment process And to develop a new molding method capable of imparting excellent mechanical properties to a carrier.

본 발명자들은, MOF 분말에 결합제로서 활성 알루미나 분말 및 임의의 물을 첨가하여 수득된 혼합물을 성형 또는 코팅하고, 결과된 성형체 또는 코팅을 상온에서 수화 및 건조하여 수득한 성형 복합체는, MOF (원료 MOF)의 물리적 특성 및 성능을 거의 손상하지 않고, 무기 결합제의 특성인 높은 다공성을 가지고 있고, 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 활성 알루미나를 10중량% 이하의 소량으로 사용하여도 결과된 성형 복합체의 기계적 강도가 예상 외로 우수함을 발견하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have found that a shaped composite obtained by molding or coating a mixture obtained by adding active alumina powder and optional water as a binder to a MOF powder and hydrating and drying the resulting molded body or coating at room temperature can be obtained by using MOF ), Which has high porosity as a characteristic of an inorganic binder and has excellent mechanical strength. In addition, even when a small amount of activated alumina is used in a small amount of 10% by weight or less, the mechanical properties The strength is expected to be excellent, and the present invention has been completed.

본 발명에 따른 촉매 성형체에서 활성 알루미나에서 유래하는 알루미나는 담체 및 결합제로서 작용하여 성형 복합체에 다공성 및 우수한 기계적 강도를 제공할 뿐만 아니라 성형체 내에 혼입된 MOF의 물리적 특성 및 촉매적 성능을 거의 제한하지 않는다. Alumina derived from activated alumina in the catalyst preform according to the present invention acts as a carrier and binder to provide porous and excellent mechanical strength to the shaped composite as well as to hardly limit the physical properties and catalytic performance of the MOF incorporated into the shaped body .

본 발명에 따른 MOF-알루미나 성형체에 있어서, 형상화 조건이 온화하여 성형 단계에서 MOF 자체 (원료 MOF)의 물리적 특성 및 촉매적 성능이 거의 손상되지 않으며, 활성 알루미나에서 유래하는 알루미나는 담체 및 결합제로서 작용하여 다공성 및 우수한 기계적 강도를 제공할 뿐만 아니라 성형체 내에 혼입된 MOF의 물리적 특성 및 촉매적 성능에 거의 제한하지 않는다. 더나가서, 알루미나의 함량에 따라 기계적 강도를 조절할 수 있으므로, 필요에 따라 적합한 기계적 강도를 갖는 성형 복합체를 제조할 수 있다. In the MOF-alumina compact according to the present invention, the physical properties and the catalytic performance of the MOF itself (raw MOF) are hardly impaired in the molding step due to the mild forming condition, and alumina derived from activated alumina acts as a carrier and binder To provide porosity and excellent mechanical strength, as well as hardly to limit the physical properties and catalytic performance of the MOF incorporated into the shaped body. Further, since the mechanical strength can be controlled according to the content of alumina, a molded composite having suitable mechanical strength can be produced as required.

도 1은 MIL-100(Fe) 분말 및 이 분말을 함유하는 구형 복합체 펠렛에 대해 측정한 물리흡착등온선(N2, -196℃)을 보여주는 그래프이다.
도 2는 UiO-66(Zr)_NH2 분말 및 이 분말을 함유하는 구형 복합체 펠렛에 대해 측정한 물리흡착등온선(N2, -196℃)을 보여주는 그래프이다.
도 3은 UiO-66(Zr)_2CO2H 분말 및 이 분말을 함유하는 구형 복합체 펠렛에 대해 측정한 물리흡착등온선(N2, -196℃)을 보여주는 그래프이다.
도 4은 UiO-66(Zr)_CO2H 분말 및 이 분말을 함유하는 구형 복합체 펠렛에 대해 측정한 물리흡착등온선(N2, -196℃)을 보여주는 그래프이다.
도 5A~F는 MIL-53(Al), MIL-53(Al)_NH2, MIL-100(Fe)_NF, UiO-66(Zr)_2CO2H, UiO-66(Zr)_CO2H 및 UiO-66(Zr)_NH2 의 분말과 이들 분말을 개별적으로 함유하는 구형 성형체의 X-회절 (XRD) 분석 결과를 각각 보여주는 도면들이다.
도 6는 MIL-100(Fe)_NF 구형 성형체 단면의 주사전자현미경 (FE-SEM) 사진이다.
1 is a graph showing the physical adsorption isotherms (N 2 , -196 ° C) measured on a spherical composite pellet containing MIL-100 (Fe) powder and the powder.
Figure 2 is a graph showing the physical adsorption isotherms (N 2 , -196 ° C) measured for UiO-66 (Zr) _NH 2 powder and spherical composite pellets containing the powder.
Figure 3 is a graph showing the physical adsorption isotherms (N 2 , -196 ° C) measured for UiO-66 (Zr) _2CO 2 H powder and spherical composite pellets containing the powder.
Figure 4 is a graph showing the physical adsorption isotherms (N 2 , -196 ° C) measured for a UiO-66 (Zr) _CO 2 H powder and spherical composite pellets containing the powder.
Fig. 5A ~ F is MIL-53 (Al), MIL -53 (Al) _NH 2, MIL-100 (Fe) _NF, UiO-66 (Zr) _2CO 2 H, UiO-66 (Zr) _CO 2 H and UiO -66 (Zr) _NH 2 , and X-ray diffraction (XRD) analysis results of spherical shaped bodies containing these powders, respectively.
6 is a scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of a section of a MIL-100 (Fe) _NF spherical molded body.

본 발명의 첫 번째 목적은 하이브리드 나노세공체 (MOF) 및 알루미나를 포함하는 MOF-알루미나의 복합체 또는 성형체를 제공하는 것으로, 전술한 알루미나의 입자들은 다른 알루미나 입자 및 나노세공체 입자와 접촉 부위에서 화학적으로 연결되어 전체적으로 3차원 구조체를 형성하고 있다. A first object of the present invention is to provide a composite or molded article of MOF-alumina comprising hybrid nano-porous body (MOF) and alumina, wherein the particles of alumina described above are chemically bonded to other alumina particles and nano- To form a three-dimensional structure as a whole.

본 발명의 두 번째 목적은 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 활성 알루미나 분말을 혼합하는 것을 포함하는 하이브리드 나노세공체 및 알루미나를 포함하는 복합체 또는 성형체의 제조방법을 제공하는 것으로, 구체적으로는 하기 단계를 포함할 수 있다:A second object of the present invention is to provide a method for producing a composite or a molded article comprising hybrid nanoporous material and alumina comprising mixing hybrid nano-porous material (MOF) powder and activated alumina powder, May include:

(1) 하이브리드 나노세공체 분말 및 활성 알루미나 분말을 2:98~98:2의 중량비로 혼합하고, (1) The hybrid nanoporous material powder and activated alumina powder were mixed at a weight ratio of 2: 98 to 98: 2,

(2) 경우에 따라서는, 결과된 혼합물에 물 및/또는 알코올 등의 용매를 더욱 첨가하고, (2) In some cases, a solvent such as water and / or alcohol is further added to the resultant mixture,

(3) 상기 결과된 혼합물을 임의 형태(shape)로 형상화(forming)하거나, 성형하거나, 지지체 위에 코팅하고, (3) forming the resulting mixture into any shape, molding, coating on the support,

(4) 상기 성형체 또는 코팅을 5~80℃의 온도에서 건조시킴.(4) The molded body or coating is dried at a temperature of 5 to 80 캜.

본 발명에 있어서, "화학적 연결 (chemical link)"이란 혼합, 혼련, 압축 또는 압착 등에 의한 단순한 물리적 연결이 아니라 광의의 화학적 결합을 의미하는 것으로, 예를 들면 공유결합, 이온결합, 수소결합 또는 배위결합 등에 의한 화학적 연결을 의미할 수 있다. In the present invention, the term "chemical link" means not only a physical connection by means of mixing, kneading, compression or pressing, but also a chemical bonding of light. For example, a chemical bond such as a covalent bond, Chemical bonding by bonding or the like.

예를 들어, 알루미나 입자들 사이의 화학적 연결은 Al-O-Al 또는 Al-OH…Al 결합 등에 의해 달성될 수 있는데, 이러한 결합은 활성 알루미나에 포함된 수산화알루미늄 Al(OH)3 또는 수화된 알루미나의 탈수반응에 의해 형성될 수 있다. 알루미나의 Al-O-Al 결합은 실리카의 Si-O-Si 결합과 같이 공유결합성으로서, 통상적으로 Al-OH의 축중합에 의해 형성된다. For example, the chemical bond between alumina particles is Al-O-Al or Al-OH ... Al bonding or the like, which bond can be formed by dehydration reaction of aluminum hydroxide Al (OH) 3 or hydrated alumina contained in activated alumina. Al-O-Al bonds in alumina are covalently bonded, such as Si-O-Si bonds in silica, and are usually formed by polycondensation of Al-OH.

본 발명에 있어서, 복합체는 MOF, 알루미나 및 임의의 용매를 포함하는 물질을 의미하며, 임의의 형상으로 형태화되면 형상화된 복합체 또는 성형체로도 지칭할 수 있다. 상기 복합체는 필요에 따라 공극제, 기능성 보조 지지제, 및/또는 다른 활성 무기산화물에서 유래하는 무기산화물 입자를 더욱 함유할 수 있다. In the present invention, the composite refers to a material including MOF, alumina and any solvent, and may also be referred to as a composite or molded body that is shaped if shaped into any shape. The composite may further contain, if necessary, inorganic oxide particles derived from a void agent, a functional auxiliary coagent, and / or other active inorganic oxide.

본 발명의 명세서의 용이한 이해를 위해서, "분말"은 미소 입자들의 혼합물을 의미하며, 용매에 분산된 경우에 분산물 또는 페이스트도 포괄하는 의미로 사용되며, "입자"는 개별 입자를 구분하기 위하여 사용되고 있으나, 엄격히 구분되는 것은 아니다.
&Quot; Powder "means a mixture of microparticles, which when used in a solvent is meant to encompass a dispersion or paste, and" particles " But are not strictly classified.

이하에, 하이브리드 나노세공체(MOF), 활성 알루미나 및 성형 복합체에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the hybrid nanoporous material (MOF), activated alumina and shaped composite will be described in more detail.

1. One. 하이브리드hybrid 나노세공체Nanoporous material

본 발명에 있어서, 전술한 하이브리드 나노세공체는 유무기혼성체 또는 MOF (Metal-Organic Framework)를 의미하는데, 예를들면 CuBTC, MIL-100(Fe), MIL-101(Cr), MIL-53(Al), MIL-53(Al)_NH2 및 MIL-125(Ti), MIL-125(Ti)_NH2, UiO-66(Zr), UiO-66(Zr)_2COOH (UiO-66(Zr)-BTEC), UiO-66(Zr)_COOH (UiO-66(Zr)-BTC), UiO-66(Zr)_NH2 등으로 명명되는 하이브리드 나노세공체로 구성된 군에서 선택될 수 있다. In the present invention, the hybrid nanoporous material described above refers to a porous hybrid inorganic-organic material or MOF (Metal-Organic Framework) such as CuBTC, MIL-100 (Fe), MIL-101 (Cr), MIL- Al), MIL-53 (Al ) _NH 2 and MIL-125 (Ti), MIL -125 (Ti) _NH 2, UiO-66 (Zr), UiO-66 (Zr) _2COOH (UiO-66 (Zr) - BTEC), hybrid nanoporous materials named UiO-66 (Zr) _COOH (UiO-66 (Zr) -BTC), UiO-66 (Zr) _NH 2 and the like.

한 실시태양에서, 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체 (MOF)는 하기 화학식으로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물일 수 있다:In one embodiment, the porous organic-inorganic hybrid material or the hybrid nanoporous material (MOF) may be at least one compound selected from a compound represented by the following formula or a hydrate thereof:

M3X(H2O)2O[C6Z4 -yZ'y(CO2)2]3 (M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr 또는 Mg; X = Cl, Br, I, F 또는 OH; Z 또는 Z' = H, NH2, Br, I, NO2 또는 OH; 0 ≤ y ≤ 4); M 3 X (H 2 O) 2 O [C 6 Z 4 -y Z 'y (CO 2) 2] 3 (M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr or Mg; X = Cl, Br, I, F, or OH; Z or Z '= H, NH 2, Br, I, NO 2 or OH; 0 ≤ y ≤ 4) ;

M3O(H2O)2X[C6Z3 - yZ'y-(CO2)3]2 (M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr 또는 Mg; X = Cl, Br, I, F 또는 OH; Z 또는 Z' = H, NH2, Br, I, NO2 또는 OH; 0 ≤ y ≤ 3);M 3 O (H 2 O) 2 X [C 6 Z 3 - y Z ' y - (CO 2 ) 3 ] 2 (M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr or Mg; X = Cl, Br, I, F, or OH; Z or Z '= H, NH 2, Br, I, NO 2 or OH; 0 ≤ y ≤ 3) ;

M3O(H2O)2X1 -y(OH)y[C6H3-(CO2)3]2 (0 ≤ y ≤ 1; M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr 또는 Mg; X = Cl, Br, I 또는 F); 또는M 3 O (H 2 O) 2 X 1 -y (OH) y [C 6 H 3 - (CO 2 ) 3 ] 2 (0 ≤ y ≤ 1; M = Cu, Fe, Mn, Cr, , Ti, Zr or Mg, X = Cl, Br, I or F); or

M3X1 -y(OH)y(H2O)2O[C6H4(CO2)2]3 (0 ≤ y ≤ 1; M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr 또는 Mg; X = Cl, Br, I 또는 F). M 3 X 1 -y (OH) y (H 2 O) 2O [C 6 H 4 (CO 2) 2] 3 (0 ≤ y ≤ 1; M = Cu, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti , Zr or Mg, X = Cl, Br, I or F).

한 실시태양에서, 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체 (MOF)는 하기 화학식으로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물일 수 있다:In one embodiment, the porous organic-inorganic hybrid material or the hybrid nanoporous material (MOF) may be at least one compound selected from a compound represented by the following formula or a hydrate thereof:

M6O4(OH)4[C6Z4 -yZ'y(CO2)2]12 (M = Ti, Sn 또는 Zr; Z 또는 Z' = H, NH2, Br, I, NO2 또는 OH; 0 ≤ y ≤ 4); 또는 M 6 O 4 (OH) 4 [C 6 Z 4 -y Z 'y (CO 2) 2] 12 (M = Ti, Sn , or Zr; Z or Z' = H, NH 2, Br, I, NO 2 Or OH; 0? Y? 4); or

M2(dhtp)(H2O)2 (M = Ni, Co, Mg, Mn 및 Fe; dhtp = 2,5-디히드록시테레프탈산).M 2 (dhtp) (H 2 O) 2 (M = Ni, Co, Mg, Mn and Fe; dhtp = 2,5-dihydroxyterephthalic acid).

상기 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체로는 다음을 예시할 수 있다: 구리 테레프탈레이트, 철 테레프탈레이트, 망간 테레프탈레이트, 크롬 테레프탈레이트, 바나듐 테레프탈레이트, 알루미늄 테레프탈레이트, 티타늄 테레프탈레이트, 지르코늄 테레프탈레이트, 마그네슘 테레프탈레이트, 구리 벤젠트리카르복실레이트, 철 벤젠트리카르복실레이트, 망간 벤젠트리카르복실레이트, 크롬 벤젠트리카르복실레이트, 바나듐 벤젠트리카르복실레이트, 알루미늄 벤젠트리카르복실레이트, 티타늄 벤젠트리카르복실레이트, 지르코늄 벤젠트리카르복실레이트, 마그네슘 벤젠트리카르복실레이트, 니켈 디히드록시테레프탈레이트, 코발트 디히드록시테레프탈레이트, 마그네슘 디히드록시테레프탈레이트, 망간 디히드록시테레프탈레이트, 철 디히드록시테레프탈레이트, 철 벤젠트리벤조에이트, 크롬 벤젠트리벤조에이트, 알루미늄 벤젠트리벤조에이트, 이들의 유도체, 이들의 용매화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합.Examples of the porous organic-inorganic hybrid materials or hybrid nanoporous materials include: copper terephthalate, iron terephthalate, manganese terephthalate, chrome terephthalate, vanadium terephthalate, aluminum terephthalate, titanium terephthalate, zirconium terephthalate , Magnesium terephthalate, copper benzenetricarboxylate, iron benzenetricarboxylate, manganese benzenetricarboxylate, chromium benzenetricarboxylate, vanadium benzenetricarboxylate, aluminum benzenetricarboxylate, titanium benzene tri Magnesium dihydroxy terephthalate, manganese dihydroxy terephthalate, iron dihydroxy terephthalate, zinc dihydroxy terephthalate, zinc dihydroxy terephthalate, zinc dihydroxy terephthalate, Hydroxybenzene tribenzoate, aluminum benzene tribenzoate, derivatives thereof, solvates thereof, hydrates thereof, or combinations thereof.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체 (MOF)는 상기 언급된 것들로 한정되는 것은 아니며, 상기 언급된 선행 문헌 (예. 한국특허출원 10-2004-7019328호, 10-2007-7012702호, 10-2011-7018964호, 10-2011-7018531호, 10-2009-0111937호)에 기재된 것들을 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the porous organic-inorganic hybrid material or the hybrid nanoporous material (MOF) is not limited to the above-mentioned materials, and the above-mentioned prior art documents (e.g. Korean Patent Application No. 10-2004-7019328 10-2007-7012702, 10-2011-7018964, 10-2011-7018531, 10-2009-0111937) can be used.

본 발명에서 사용되는 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체 (MOF)는 3~1000 nm, 구체적으로는 10~800nm, 특별하게는 20~500nm의 평균 입자크기를 가질 수 있으며, 입도분포는 크게 제한되지 않지만, 가능하면 균일한 크기를 갖는 것이 바람직하다. The porous organic-inorganic hybrid material or hybrid nanoporous material (MOF) used in the present invention may have an average particle size of 3 to 1000 nm, specifically 10 to 800 nm, particularly 20 to 500 nm, Although not limited, it is preferable to have a uniform size if possible.

본 발명에서 사용되는 다공성 유무기 혼성체 또는 하이브리드 나노세공체 (MOF)의 제조방법은 많은 문헌에서 공지되어 있으며, 본 발명은 이들 문헌들을 필요에 따라 혼입할 수 있다. Methods for producing porous organic-inorganic hybrid materials or hybrid nanoporous materials (MOF) used in the present invention are well known in many documents, and the present invention can be incorporated into these documents as needed.

2. 활성 알루미나 및 이의 제조2. Activated alumina and its preparation

본 발명에 있어서, 용어 "결정질 알루미나"는 결정 형태를 갖는 산화알루미늄(Al2O3)를 의미하며, 용어 "비정질 알루미나"는 수산화 알루미늄 또는 수화된 알루미나를 의미하며 경우에 따라서는 비결정질 산화알루미늄(Al2O3)를 포함할 수 있고, 용어 "활성 알루미나"는 비정질 알루미나, 구체적으로는 Al(OH)3 (수산화알루미늄) 및 수화된 알루미나에서 선택되는 비정질 알루미나를 1원자% 이상 함유하는 알루미나를 의미한다. In the present invention, the term "crystalline alumina" means aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a crystalline form, the term "amorphous alumina" means aluminum hydroxide or hydrated alumina and optionally amorphous aluminum oxide Al 2 O 3 ), and the term "activated alumina" includes alumina containing at least 1 atomic percent of amorphous alumina selected from amorphous alumina, specifically Al (OH) 3 (aluminum hydroxide) it means.

일반적으로, 활성 알루미나는 결정질 및 비정질을 다 포함하여 큰 표면적을 갖도록 탈수 또는 부분 탈수된 알루미나(수화물)를 의미하는데, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 또는 깁사이트의 가열탈수 또는 활성화에 의해 제조될 수 있다. 활성 알루미나에 포함된 수산화 알루미늄 또는 수화된 알루미나는 탈수를 포함한 숙성단계를 거쳐 Al2O3로 전환되면서 주변의 Al2O3와 화학적으로 연결하여, 예들 들면 예를 들어 Al-O-Al 결합 및/또는 Al-OH…Al 결합을 통해 연결하여 치밀한 조직을 형성하게 된다. 활성 알루미나로 만들어진 성형체는 다공성이어서 건조용 흡착제 또는 크로마토그래피에 많이 이용된다. Generally, activated alumina refers to alumina (hydrate) that is dehydrated or partially dehydrated to have a large surface area including both crystalline and amorphous, and is produced by thermal dehydration or activation of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) . The aluminum hydroxide or hydrated alumina contained in the activated alumina is converted into Al 2 O 3 through aging including dehydration and is chemically connected with the surrounding Al 2 O 3 , for example, the Al-O-Al bond and the Al- / Or Al-OH ... Al bond to form a dense structure. Molded bodies made of activated alumina are porous and are often used for drying adsorbents or chromatography.

본 발명에서 사용되는 "활성 알루미나 (입자)"는 부분 탈수된 수산화알루미늄 (입자) 또는 부분 수화된 알루미나 (입자)로부터 선택되는 비정질 알루미나 (입자)를 의미하며, Al(OH)3 (수산화알루미늄) 또는 수화된 알루미나를 1원자% 이상 함유할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 "활성 알루미나 (입자)"는 1중량% 이상, 구체적으로는 3중량% 이상, 특별하게는 5중량% 이상, 바람직하게는 7중량% 이상의 수분함량을 가질 수 있으며, 3 내지 900 ㎚, 구체적으로는 10 내지 700 ㎚, 바람직하게는 20 내지 500 ㎚의 평균 입경을 가질 수 있다. "Activated alumina (size)" as used herein refers to an amorphous alumina (particle) is selected from the partial dehydration of aluminum hydroxide (particle) or parts hydrated alumina (particle), and, Al (OH) 3 (Aluminum Hydroxide) Or at least 1 atomic% of hydrated alumina. As used herein, "activated alumina (particle)" may have a water content of at least 1 wt%, specifically at least 3 wt%, especially at least 5 wt%, preferably at least 7 wt% And may have an average particle diameter of 900 nm, specifically 10 to 700 nm, preferably 20 to 500 nm.

본 발명에 있어서, 활성 알루미나에서 수산화알루미늄 또는 수화된 알루미나에서 선택되는 비정질 알루미나의 함량은 중요하지 않으며, 일반적으로는 1원자% 이상, 구체적으로는 2원자% 이상, 바람직하게는 5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 10원자% 이상일 수 있다. In the present invention, the content of amorphous alumina selected from aluminum hydroxide or hydrated alumina in activated alumina is not critical and is generally not less than 1 atomic%, specifically not less than 2 atomic%, preferably not less than 5% And more preferably 10 atomic% or more.

활성 알루미나에 있어서, 비정질 알루미나 성분이 활성 알루미나의 입자 전체에 골고루 분산되어 있는 형태보다는 활성 알루미나의 입자 표면에 연속적 또는 비연속적으로 존재하는 형태가 더욱 유리할 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 활성 알루미나의 입자의 표면적의 5% 이상, 구체적으로는 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상에 비정질 알루미나 성분이 존재하는 것이 바람직할 수 있다. In the activated alumina, the form in which the amorphous alumina component is continuously or discontinuously present on the particle surface of the activated alumina is more advantageous than the form in which the amorphous alumina component is uniformly dispersed throughout the particles of the activated alumina. According to one preferred embodiment of the present invention, it may be desirable for the amorphous alumina component to be present at 5% or more, specifically 10% or more, preferably 20% or more, of the surface area of particles of activated alumina.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 활성 알루미나 분말은 공지 방법(예. 한국특허출원 10-1998-0054925호, 이의 내용은 본 발명에 참고로 혼입되어 있음)으로 제조할 수 있는데, 여기서, 깁사이트인 수산화알루미늄 Al(OH)3 분말을 375 내지 830℃에서 0.05 내지 3초 이내에 급속 열분해시켜 비정질인 rho(ρ)-알루미나로 전환시킨 다음, 분쇄하여 비정질 알루미나를 포함하는 활성 알루미나를 제조하고 있다. 이렇게 제조된 활성 알루미나로 제조된 알루미나 성형체는 비표면적 270 ∼ 400 ㎡/g(BET, 질소흡착), 기공부피 0.4 내지 0.9 ㏄/g, 평균압축강도 120 내지 200 N 그리고 상대습도 100%에서 35 내지 45 중량%의 수분흡착특성을 나타내는 것으로 보고되었다. According to one embodiment of the present invention, the activated alumina powder can be prepared by known methods (e.g. Korean Patent Application No. 10-1998-0054925, the contents of which are incorporated herein by reference) Aluminum hydroxide (Al) (OH) 3 powder is rapidly pyrolyzed at 375 to 830 ° C within 0.05 to 3 seconds to convert it to amorphous rho (ρ) -alumina and then pulverized to produce activated alumina containing amorphous alumina . The alumina compact formed from the activated alumina thus produced has a specific surface area of 270 to 400 m 2 / g (BET, nitrogen adsorption), a pore volume of 0.4 to 0.9 cc / g, an average compressive strength of 120 to 200 N, And 45% by weight of water adsorption property.

본 발명에 있어서, 용어 "활성 알루미나 분말"은 분말 형태 뿐만 아니라 용매에 분산된 분산물 및 용매와 혼합된 페이스트 형태도 포괄하는 의미로 사용된다. In the present invention, the term "activated alumina powder" is used not only in powder form, but also in the form of a paste mixed with a dispersion and a solvent dispersed in a solvent.

본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 활성 알루미나로서, 알루미나 입자 표면에 수화 반응으로 형성된 수산화 알루미늄 층을 가지는 수산화 알루미늄-알루미나 복합입자(예. 한국특허출원 10-2005-0107984, 이의 내용은 본 발명에 참고로 혼입되어 있음)를 사용할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, as active alumina, aluminum hydroxide-alumina composite particles having an aluminum hydroxide layer formed by hydration reaction on the surface of alumina particles (e.g. Korean Patent Application No. 10-2005-0107984, , Incorporated herein by reference).

전술한 수산화 알루미늄 쉘-알루미나 코어로 된 복합입자는, 5 내지 300 ㎚, 바람직하게는 10 내지 200 ㎚의 평균 입경, 그리고 10 내지 480 ㎡/g, 바람직하게는 10 내지 400 ㎡/g의 비표면적을 갖는 알파(alpha), 감마(gamma), 델타(delta), 카이(chi), 에타(eta), 로(rho), 카파(kappa), 쎄타(theta) 및 이들의 복합상에서 선택되는 전이 알루미나로부터 제조될 수 있는데, 수산화 알루미늄을 400 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃의 온도 범위에서 열처리하여 수득할 수 있다. The composite particles composed of the aluminum hydroxide shell-alumina core described above have an average particle diameter of 5 to 300 nm, preferably 10 to 200 nm, and a specific surface area of 10 to 480 m 2 / g, preferably 10 to 400 m 2 / g (Alpha), gamma, delta, chi, eta, rho, kappa, theta and combinations thereof. , And aluminum hydroxide can be obtained by heat treatment at a temperature of 400 to 800 占 폚, preferably 400 to 700 占 폚.

활성 알루미나에서 수산화 알루미늄 또는 수화된 알루미나는 깁사이트(gibbsite), 뵈마이트(boehmite), 바이어라이트(bayerite), 다이아스포어(diaspore), 노드스트란다이트(nordstrandite), 의사 뵈마이트(pseudo boehmite) 또는 이들의 복합상의 형태를 가질 수 있다. In activated alumina, aluminum hydroxide or hydrated alumina can be used as a catalyst in gibbsite, boehmite, bayerite, diaspore, nordstrandite, pseudo boehmite or They may have the form of a composite phase thereof.

3. 복합체 제조 단계3. Composite manufacturing step

본 발명에 따른 MOF-알루미나 복합체는 임의의 형상, 예를들면 구형 또는 유사 구형 과립체, 입상체, 모노리스 또는 하니컴형 필터, 사출성형체, 필름 또는 코팅의 형태로 성형 또는 형태화될 수 있다. The MOF-alumina composite according to the present invention can be molded or shaped in any shape, for example in the form of spherical or pseudo spherical granules, granules, monoliths or honeycomb filters, injection-molded bodies, films or coatings.

본 발명에 따르면, 하이브리드 나노세공체 및 활성 알루미나의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 중량비로, 98:2~2:98, 구체적으로는 95:5~5:95, 특별하게는 93:7~7:93, 바람직하게는 90:10~10:90에서 선택될 수 있다. 활성 알루미나가 상기 범위보다 2중량% 보다 적게 사용되면 성형체의 기계적 강도가 부족할 수 있다. 하이브리드 나노세공체의 사용 범위는 참고로 주어진 것으로, 적용 분야 또는 적용 환경에 따라 상기 범위보다 더 적은 양으로 사용하여도 본 발명의 범주를 벗어나지 않는다. According to the present invention, the amount of the hybrid nanoporous material and activated alumina to be used is not particularly limited, but may be, for example, 98: 2 to 2:98, specifically 95: 5 to 5:95, : 7 to 7: 93, preferably 90: 10 to 10: 90. If less than 2% by weight of active alumina is used in the above range, the mechanical strength of the shaped body may be insufficient. The use range of the hybrid nanoporous material is given by reference, and it is not deviated from the scope of the present invention even if it is used in an amount smaller than the above range depending on the application field or application environment.

본 발명의 우수한 효과의 하나로서, 활성 알루미나를 MOF에 비해 소량으로, 예를들어 3~5중량%의 매우 적은 양으로 사용하여도, 결과된 복합체 또는 성형체는 다양한 분야에서 촉매 또는 흡착제 등으로 사용할 수 있을 정도로 우수한 기계적 강도를 가질 수 있다는 점이다. As one of the excellent effects of the present invention, even when a small amount of activated alumina is used in a small amount, for example, 3 to 5% by weight relative to MOF, the resulting composite or shaped body can be used as a catalyst or an adsorbent in various fields It is possible to have a sufficiently high mechanical strength.

본 발명의 또다른 효과로서, 복합체의 기계적 강도는 알루미나의 함량에 따라 조절할 수 있으므로, 필요에 따라 적합한 기계적 강도를 갖는 성형 복합체를 제조할 수 있다는 점이다. As another effect of the present invention, the mechanical strength of the composite can be adjusted according to the content of alumina, so that a molded composite having suitable mechanical strength can be produced as required.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 전술한 하이브리드 나노세공체 (MOF) 및 활성 알루미나를 포함하는 혼합물은 분산매 또는 용매로서 물, 알콜 등을 더 포함할 수 있다. 물과 알콜 등의 용매는 소량으로 첨가할 경우에는 바인더로서의 역할을 하지만, 과량으로 첨가할 경우에는 용매 또는 분산매의 역할도 하게 된다. According to one embodiment of the present invention, the above-mentioned mixture comprising the hybrid nanoporous material (MOF) and activated alumina may further contain water, alcohol or the like as a dispersion medium or a solvent. Solvents such as water and alcohols serve as binders when added in small amounts, but also act as solvents or dispersants when added in excess.

따라서, 물, 알콜 등의 용매 또는 분산매의 첨가량은 특별히 한정되지 않으며 성형방법에 따라 첨가량이 상이할 수 있다. 예를들어, 압축성형과 같은 가압성형법으로 성형체를 제조하는 경우에는 활성알루미나 분말을 기준으로, 0~20중량%의 적은 양으로 용매 또는 분산매를 첨가할 수 있지만, 단순 성형과 같은 비가압 성형법으로 성형체를 제조하는 경우에는 용매 또는 분산매를 10~100중량%의 양으로 첨가할 수 있다. 반면, 분산매 또는 용매가 과량으로 필요한 코팅법으로 필름을 제조하는 경우에는 용매 또는 분산매를 대략 50~300중량%의 과량으로 사용할 수 있다. Therefore, the amount of the solvent or dispersion medium such as water or alcohol to be added is not particularly limited and may be varied depending on the molding method. For example, when a molded body is produced by a pressure molding method such as compression molding, a solvent or a dispersion medium may be added in a small amount of 0 to 20% by weight based on the activated alumina powder. However, In the case of producing a molded article, a solvent or a dispersion medium may be added in an amount of 10 to 100% by weight. On the other hand, when the film is prepared by a coating method in which a dispersion medium or a solvent is used in an excessive amount, a solvent or a dispersion medium may be used in an amount of about 50 to 300% by weight.

예를 들면, 활성 알루미나로서 비정질 알루미나를 사용하여 단순 성형과 같은 비가압 성형법에 의해 성형체를 제조하는 경우, 분산매로서 물을 비정질 알루미나 분말을 기준으로 대략 30 ∼ 50 중량%의 양으로 첨가할 수 있는데, 이에 의해 액상가교(liquid bridge)를 통해 형상물의 형태를 유지할 수 있다. 물의 사용량이 너무 적으면 비정질 알루미나에서의 수분 함량에 따라 액상가교의 형성이 곤란할 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 과량 사용되면 성형 자체가 불가능해지는 문제가 있다. 당업자 숙련인은 비정질 알루미나의 상태 및 원하는 성형체의 유형에 따라 물의 첨가량을 적절히 조절할 수 있다. For example, when a molded body is produced by a non-pressure molding method such as simple molding using amorphous alumina as the activated alumina, water can be added as a dispersion medium in an amount of about 30 to 50% by weight based on the amorphous alumina powder , Thereby maintaining the shape of the feature through a liquid bridge. If the amount of water used is too small, it may be difficult to form the liquid crosslinking depending on the water content in the amorphous alumina. If the amount is excessively used in excess, the molding itself becomes impossible. Those skilled in the art will be able to properly adjust the amount of water added depending on the state of the amorphous alumina and the type of the desired shaped body.

그런 다음, 활성 알루미나, MOF 및 임의의 분산매를 포함하는 혼합물로부터 성형체 또는 필름을 제조하고, 이를 상온에서, 구체적으로는 5~80℃, 특별하게는 10~60℃, 바람직하게는 20~50℃에서 일반적으로 10분 ~ 48시간, 구체적으로 30분 ~ 24시간, 특별하게는 1 ~ 12 시간 동안 숙성 및 건조시켜, 우수한 기계적 강도를 갖는 MOF-알루미나 복합체 또는 성형체를 수득한다. 본 발명의 바람직한 이점 중의 하나는, 200℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상의 고온에서의 열처리를 수행하지 않고도 우수한 기계적 강도를 갖는 MOF-알루미나 복합체를 수득할 수 있다는 점이다. Then, a molded body or a film is prepared from a mixture containing activated alumina, MOF, and optional dispersion medium, and this is molded at room temperature, specifically at 5 to 80 캜, particularly at 10 to 60 캜, preferably at 20 to 50 캜 For 10 minutes to 48 hours, specifically 30 minutes to 24 hours, particularly 1 to 12 hours, to obtain a MOF-alumina composite or a molded body having excellent mechanical strength. One of the preferable advantages of the present invention is that it is possible to obtain a MOF-alumina composite having excellent mechanical strength without performing a heat treatment at a temperature of 200 DEG C or more, preferably 100 DEG C or more.

상술한 숙성 및 건조 과정은 필요에 따라 대기압, 감압 또는 가압 하에 및/또는 50 ∼ 100%의 상대습도 조건하에 수행할 수 있지만, 상술한 압력 및 습도 조건은 특별히 한정되는 것은 아니다. 활성 알루미나 입자들은, 상술한 숙성 및 건조 과정을 통해, 다른 활성 알루미나 입자 및/또는 나노세공체 분말과 접촉 부위에서 화학적 연결을 형성하고, 이러한 화학적 연결로 인해 알루미나 입자-알루미나 입자 및 알루미나 입자-나노세공체 입자로 형성된 3차원 구조체가 더욱 견고하게 형성되어, 형성된 성형체는 높은 기계적 강도를 가지는 것으로 보인다. The above-described aging and drying process can be carried out under atmospheric pressure, reduced pressure or pressure and / or relative humidity of 50 to 100%, if necessary, but the above-mentioned pressure and humidity conditions are not particularly limited. The activated alumina particles form chemical linkages at the contact sites with other activated alumina particles and / or nanoporous body powders through the above-described aging and drying processes, and due to such chemical linkage, alumina particle-alumina particles and alumina particles- The three-dimensional structure formed of the porous body particles is more firmly formed, and the formed body appears to have high mechanical strength.

본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 숙성 및 건조 과정은 50℃ 이하의 저온에서의 숙성하여 수화 겔 및 유사 베마이트 결정핵을 형성시키고, 이어서 50℃ 이상의 고온에서 수화반응 및 건조시키는 2단계로 나누어 진행시킬 수도 있다. According to one preferred embodiment of the present invention, the above-described aging and drying processes are performed by aging at a low temperature of 50 ° C or lower to form hydrated gel and pseudoboehmite crystal nuclei, followed by hydration and drying at a high temperature of 50 ° C or higher It can be divided into two stages.

본 발명에 따라 제조된 복합체는 알루미나의 함량에 따라 0.1 kgf 이상, 구체적으로는 0.2 kgf 이상, 특별하게는 0.5 kgf 이상, 바람직하게는 1 kgf 이상, 더욱 바람직하게는 2 kgf 이상, 가장 바람직하게는 4kgf 이상의 (평균)압축강도를 가질 수 있는데, 예를 들면 0.1 ~ 20 kgf, 구체적으로는 0.2 ~ 15 kgf, 특별하게는 0.5 ~ 10 kgf의 평균 압축강도를 갖는다. 알루미나 함량이 대략 5중량%일 경우에, 본 발명에 따른 복합체는 0.14 ~ 0.39 kgf, 구체적으로는 0.20 ~ 0.35 kgf의 평균압축강도를 가질 수 있었다. 하지만, 활성 알루미나의 유형 및/또는 건조 및 숙성 조건에 따라 더 이상의 압축강도를 가질 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범주에 포함된다. The composite prepared according to the present invention has a density of 0.1 kgf or more, specifically 0.2 kgf or more, particularly 0.5 kgf or more, preferably 1 kgf or more, more preferably 2 kgf or more, and most preferably, (Average) compressive strength of 4 kgf or more, and has an average compressive strength of, for example, 0.1 to 20 kgf, specifically 0.2 to 15 kgf, particularly 0.5 to 10 kgf. When the alumina content was approximately 5% by weight, the composite according to the present invention could have an average compressive strength of 0.14 to 0.39 kgf, specifically 0.20 to 0.35 kgf. However, it may have further compressive strength depending on the type of activated alumina and / or drying and aging conditions, and this is also included in the scope of the present invention.

본 발명의 방법에 따라 형성된 복합체는 화학적으로 결합된 알루미나 입자-알루미나 입자 및/또는 알루미나 입자-나노세공체 입자들의 3차원 구조를 가지며, 3차원 적으로 연결된 입자들 사이의 공간에 미연결된 MOF 입자들이 위치할 수 있어, 성형체는 전체적으로 우수한 기계적 강도를 가질 수 있다. 상기 3차원 구조체에서 알루미나 입자와 나노세공체 분말들은 항상 정형적으로 배열되는 것이 아니며, 입자들의 크기 및 량에 따라 무정형 또는 무질서하게 배열될 수 있다. The composite formed according to the method of the present invention has a three-dimensional structure of chemically bonded alumina particle-alumina particles and / or alumina particle-nanoporous material particles, and the MOF particles And the molded body can have overall excellent mechanical strength. In the three-dimensional structure, the alumina particles and the nanoporous body powders are not always regularly arranged but can be arranged amorphous or disorderly depending on the size and amount of the particles.

본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명될 수 있다. The present invention can be further illustrated by the following examples.

[실시예][Example]

하기 실시예에서는 제조예에서 수득한 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 제조예에서 수득한 활성 알루미나 바인더를 사용하여 촉매복합체를 구형 또는 유사 구형, 사출성형체, 단량체 형태, 벌집구조 형태, 또는 지지체에 코팅된 막형태로 제조하는 것을 보여준다. In the following Examples, the catalyst composite was prepared in a spherical or pseudo spherical shape, an injection molded article, a monomer shape, a honeycomb shape, or a support using a hybrid nanoporous material (MOF) powder obtained in the production example and an activated alumina binder obtained in the production example Coated film. ≪ / RTI >

제조예Manufacturing example 1:  One: 하이브리드hybrid 나노세공체Nanoporous material 분말의 합성 Synthesis of powder

공지 방법을 사용하여, HKUST-1(Cu-BTC), MIL-, UiO- 등으로 명명되는 하이브리드 나노세공체 분말을 각각 합성하였다. 본 제조예에서 얻어진 분말의 표면적, 용매 및 제조 방법 등은 하기 표 1에 나타내었다.Using the known method, hybrid nano-pore powder named HKUST-1 (Cu-BTC), MIL-, UiO-, etc. were respectively synthesized. The surface area, solvent, preparation method and the like of the powder obtained in this Production Example are shown in Table 1 below.

물질matter 화학식The 표면적
(2/g)
Surface area
( m 2 / g )
용매menstruum 방법Way
MIL-100(Fe)
(F 사용)
MIL-100 (Fe)
(Using F)
[{Fe3O(H2O)2OHxFy{C6H3(CO2)3}2] (x+y=1) [{Fe 3 O (H 2 O) 2 OH x F y {C 6 H 3 (CO 2) 3} 2] (x + y = 1) 2000-2300 2000-2300 H2OH 2 O 수열Heat
MIL-100(Fe)
(F 사용)
MIL-100 (Fe)
(Using F)
[{Fe3O(H2O)2OHxFy{C6H3(CO2)3}2] (x+y=1) [{Fe 3 O (H 2 O) 2 OH x F y {C 6 H 3 (CO 2) 3} 2] (x + y = 1) 2000-2300 2000-2300 H2OH 2 O 마이크로파microwave
MIL-100(Fe)
(F 사용안함)
MIL-100 (Fe)
(Do not use F)
[{Fe3O(H2O)2OH{C6H3(CO2)3}2] [{Fe 3 O (H 2 O) 2 OH {C 6 H 3 (CO 2 ) 3 } 2 ] 2000-2300 2000-2300 H2OH 2 O 수열Heat
MIL-101(Cr)MIL-101 (Cr) [{Cr3O(H2O)2OHxFy{C6H3(CO2)2}3] (x+y=1) [{Cr 3 O (H 2 O) 2 OH x F y {C 6 H 3 (CO 2) 2} 3] (x + y = 1) 4000-4200 4000-4200 H2OH 2 O 수열Heat HKUST-1
(Cu-BTC)
HKUST-1
(Cu-BTC)
Cu3{(C6H3(CO2)3}2}Cu 3 {(C 6 H 3 (CO 2 ) 3 } 2 } 1600-1800 1600-1800 EGEG 마이크로파microwave
MIL-127(Fe)MIL-127 (Fe) Fe3O(OH)[C16N2O8H6]1.5 Fe 3 O (OH) [C 16 N 2 O 8 H 6 ] 1.5 1200-1380 1200-1380 DMFDMF 환류reflux MIL-47(V)MIL-47 (V) V3(OH){O2C-C6H4-CO2}??x(HO2CC6H4-CO2H) (X=~0.75)V 3 (OH) {O 2 CC 6 H 4 -CO 2 } x (HO 2 CC 6 H 4 -CO 2 H) (X = - 0.75) 800-950800-950 H2OH 2 O 수열Heat MIL-53(Cr)MIL-53 (Cr) Cr(OH)[O2C(C6H4)CO2]Cr (OH) 2 [O 2 C (C 6 H 4 ) CO 2 ] 850-1000850-1000 H2OH 2 O 수열Heat MIL-53(Al)MIL-53 (Al) Al(OH)[O2C(C6H4)CO2] Al (OH) [O 2 C (C 6 H 4) CO 2] 940-1144940-1144 H2OH 2 O 수열Heat MIL-96(Al)MIL-96 (Al) Al12O(OH)18(H2O)3(Al2(OH)4)[BTC]6 Al 12 O (OH) 18 (H 2 O) 3 (Al 2 (OH) 4 ) [BTC] 6 441-532441-532 H2OH 2 O 수열Heat MIL-100(Al)MIL-100 (Al) {Al33-O)(OH)(H2O)2[C6H3(CO2)3]2 {Al 3 (? 3 -O) (OH) (H 2 O) 2 [C 6 H 3 (CO 2 ) 3 ] 2 1950-21751950-2175 H2OH 2 O 수열Heat MIL-100(V)MIL-100 (V) V3OH(H2O)2O[C6H3(CO2)3]2 V 3 OH (H 2 O) 2 O [C 6 H 3 (CO 2 ) 3 ] 2 1584-23181584-2318 H2OH 2 O 수열Heat MIL-110(Al)MIL-110 (Al) Al8(OH)16(H2O)3(BTC)3 Al 8 (OH) 16 (H 2 O) 3 (BTC) 3 1300-14501300-1450 H2OH 2 O 수열Heat MIL-125(Ti)MIL-125 (Ti) Ti8O8(OH)4(O2C-C6H4-CO2)6 Ti 8 O 8 (OH) 4 (O 2 CC 6 H 4 -CO 2 ) 6 1562-18701562-1870 DMFDMF refluxreflux MIL-125(Ti)_NH2 MIL-125 (Ti) _NH 2 Ti8O8(OH)4(O2C-C6H4N-CO2)6 Ti 8 O 8 (OH) 4 (O 2 CC 6 H 4 N-CO 2 ) 6 1229-16231229-1623 DMFDMF 수열Heat UiO-66(Zr)UiO-66 (Zr) Zr6O4(OH)4(CO2C6H4CO2)6 Zr 6 O 4 (OH) 4 (CO 2 C 6 H 4 CO 2 ) 6 1000-1400 1000-1400 DMFDMF 환류reflux UiO-66(Zr)_NH2 UiO-66 (Zr) _NH 2 Zr6O4(OH)4(CO2C6H3NH2CO2)6 Zr 6 O 4 (OH) 4 (CO 2 C 6 H 3 NH 2 CO 2 ) 6 1000-1100 1000-1100 DMFDMF 환류reflux UiO-66(Zr)_NH2 UiO-66 (Zr) _NH 2 Zr6O4(OH)4(CO2C6H3NH2CO2)6 Zr 6 O 4 (OH) 4 (CO 2 C 6 H 3 NH 2 CO 2 ) 6 1000-1100 1000-1100 H2OH 2 O 수열Heat UiO-66(Zr)_NH2
(250nm 이하 나노입자)
UiO-66 (Zr) _NH 2
(250 nm or less nanoparticles)
Zr6O4(OH)4(CO2C6H3NH2CO2)6 Zr 6 O 4 (OH) 4 (CO 2 C 6 H 3 NH 2 CO 2 ) 6 1000-1100 1000-1100 H2OH 2 O 수열Heat
UiO-66(Zr)_2CO2H UiO-66 (Zr) _2CO 2 H Zr6O4(OH)4[(O2C)-C6H2-(CO2H)2-CO2)]6 Zr 6 O 4 (OH) 4 [(O 2 C) -C 6 H 2 - (CO 2 H) 2 -CO 2 ]] 6 600-690600-690 H2OH 2 O 환류reflux UiO-66(Zr)_CO2H UiO-66 (Zr) _CO 2 H Zr6O4(OH)4[(O2C)-C6H3-(CO2H)-CO2)]6 Zr 6 O 4 (OH) 4 [(O 2 C) -C 6 H 3 - (CO 2 H) -CO 2 )] 6 580-690580-690 H2OH 2 O 환류reflux UiO-66(Zr)_SO3H UiO-66 (Zr) _SO 3 H Zr6O4(OH)4[(O2C)-C6H3-(SO3H)-CO2)]6 Zr 6 O 4 (OH) 4 [(O 2 C) -C 6 H 3 - (SO 3 H) -CO 2 )] 6 400-800400-800 H2OH 2 O 수열Heat

제조예Manufacturing example 1: ( One: ( MILMIL -100(-100 ( FeFe )의 제조)))

테프론 반응기에 16.5g의 FeCl3 및 5.6g의 1,3,5-벤젠트리카복실산(BTC)을 첨가한 후 증류수를 가하였고, 반응물의 최종 몰비는 FeCl3 : BTC : H2O = 1 : 0.66 : 54이었다. 상기 반응물을 실온에서 500rpm으로 20분간 교반하여 균일한 반응물이 되도록 하였다.FeCl 3 16.5g of the Teflon reactor And 5.6 g of 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC) were added and distilled water was added. The final molar ratio of the reactants was FeCl 3 : BTC: H 2 O = 1: 0.66: 54. The reaction product was stirred at 500 rpm for 20 minutes at room temperature to obtain a homogeneous reaction product.

상기 전처리된 반응물을 함유한 테프론 반응기를 반응온도 160℃에서 8시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각하였다. 실온으로 냉각한 생성물을 80℃ 증류수로 1회이상 정제 후 60℃ 에탄올로 한번 더 정제하고, 100℃에서 건조하여 Fe계 하이브리드 나노세공체를 얻었다. 높은 표면적을 얻기 위해 70℃에서 0.1M 농도의 암모늄플로라이드(NH4F)수용액을 이용하여 1시간 이상 반응시켜 추가로 정제하였다. X-선 회절 스펙트럼의 형태가 문헌[Chem. Comm., 2007, 2820]에 기재된 결정구조인 MIL-100의 구조와 동일함을 확인하였다.-196℃ 에서의 저온 질소 물리 흡착 실험결과 본 제조예에서 얻어진 물질의 BET 표면적이 1870 m2/g 이고, 흡착량은 P/P0=0.5에서 550mL/g임을 확인하였다. 본 제조예에서 얻어진 분말의 BET 표면적과 세공부피는 상기 표 1에 나타내었다.The Teflon reactor containing the pretreated reaction product was maintained at a reaction temperature of 160 ° C. for 8 hours to perform a crystallization reaction, followed by cooling to room temperature. The product which had been cooled to room temperature was purified at least once with distilled water at 80 DEG C and then further purified with ethanol at 60 DEG C and dried at 100 DEG C to obtain Fe-based hybrid nanoporous material. In order to obtain a high surface area, the reaction was further carried out at a temperature of 70 ° C. for 1 hour or more using a 0.1 M ammonium fluoride (NH 4 F) aqueous solution. The form of the X-ray diffraction spectrum is described in Chem. Comm., 2007, 2820]. -The low-temperature nitrogen adsorption experiment at 196 ° C showed that the BET surface area of the material obtained in this Preparation Example was 1870 m 2 / g And the adsorption amount was 550 mL / g at P / P0 = 0.5. The BET surface area of the powder obtained in this Production Example and the cut-off ratio are shown in Table 1 above.

제조예Manufacturing example 2: ( 2: ( UiOUiO -66(-66 ( ZrZr )의 제조)))

테프론 반응기에 ZrCl4,1,4-벤젠디카복실산(BDC)을 첨가한 후 DMF를 용매로 이용하여 반응물의 최종 몰비가 Zr : BDC : DMF = 1 : 1 : 1423 이 되도록 하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 전기오븐에 넣고 120℃에서 48시간 반응을 시킨 후 실온으로 서서히 식힌 후 DMF를 이용하여 세척한 뒤 건조한다. X-선 회절 스펙트럼의 형태가 문헌[J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 13850]에서 UiO-66로 명명된 결정구조와 동일함을 확인하였다. 본 제조예에서 얻어진 분말의 BET 표면적과 세공부피는 상기 표 1에 나타내었다.ZrCl4, 1,4-benzene dicarboxylic acid (BDC) was added to the Teflon reactor and DMF was used as a solvent so that the final molar ratio of the reactants was Zr: BDC: DMF = 1: 1: 1423. The Teflon reactor containing the reactants is placed in an electric oven, reacted at 120 ° C for 48 hours, slowly cooled to room temperature, washed with DMF, and dried. The morphology of the X-ray diffraction spectrum is shown in J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 13850]. The BET surface area of the powder obtained in this Production Example and the cut-off ratio are shown in Table 1 above.

제조예Manufacturing example 3: ( 3: ( UiOUiO -66(-66 ( ZrZr )_) _ NHNH 22 의 제조)Lt; / RTI &

테프론 반응기에 ZrCl4,2-아미노-1,4-벤젠디카복실산 (NH2-BDC)을 을 첨가한 후 DMF를 용매로 이용하여 반응물의 최종 몰비가 Zr : NH2-BDC:DMF = 1 : 1 : 1423 이 되도록 하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 전기오븐에 넣고 120℃에서 48시간 반응을 시킨 후 실온으로 서서히 식힌 후 DMF를 이용하여 세척한 뒤 건조한다. X-선 회절 스펙트럼의 형태가 문헌[J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 13850]의 결정구조인 UiO-66 구조와 동일함을 확인하였다. 본 제조예에서 얻어진 분말의 BET 표면적과 세공부피는 상기 표 1에 나타내었다.The final molar ratio of Zr: NH2-BDC: DMF = 1: 1: 1423 was determined by adding ZrCl4,2-amino-1,4-benzene dicarboxylic acid (NH2-BDC) Respectively. The Teflon reactor containing the reactants is placed in an electric oven, reacted at 120 ° C for 48 hours, slowly cooled to room temperature, washed with DMF, and dried. The morphology of the X-ray diffraction spectrum is shown in J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 13850]. The BET surface area of the powder obtained in this Production Example and the cut-off ratio are shown in Table 1 above.

제조예Manufacturing example 4: ( 4: ( MILMIL -101(-101 ( CrCr )의 제조)))

테프론 반응기에 0.52g의 금속 크롬 분말(Cr Metal)과 1.41g의 1,3,5-벤젠트리카복실산(BTC)를 첨가한 후, 48g의 물과 4mL의 HF를 첨가하여 반응물의 최종 몰비가 Cr : BTC : H2O : HF = 1 : 0.67 : 289 : 2이 되도록 하였다. 상기 반응물을 테프론 반응기에 넣고 상온에서 30분간 교반한 후, 스테인리스 스틸 반응시스템에 장착하고 교반이 가능한 전기 오븐에서 220℃, 2일간 결정화 반응을 수행했다. 합성 후 실온으로 냉각한 생성물을 80℃ 증류수로 1시간동안 정제 한후 60℃에서 에탄올로 2시간 동안 정제하고 100℃에서 건조하여 MIL-100(Cr)로 명명되는 하이브리드 나노세공체를 얻었다. 상기과정에 의해 얻어진 물질의X-선 회절 스펙트럼의 형태가 문헌[Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 6296]에 기재된 결정구조인 MIL-100(Cr) 구조와 동일함을 확인하였다.
After adding 0.52 g of metal chromium powder (Cr Metal) and 1.41 g of 1,3,5-benzene tricarboxylic acid (BTC) to a Teflon reactor, 48 g of water and 4 mL of HF were added to give a final molar ratio of the reactants of Cr : BTC: H 2 O: HF = 1: 0.67: 289: 2. The reaction product was placed in a Teflon reactor, stirred at room temperature for 30 minutes, mounted in a stainless steel reaction system, and crystallized at 220 ° C for 2 days in an electric oven capable of stirring. After the synthesis, the product was cooled to room temperature and purified with distilled water at 80 ° C for 1 hour, then purified with ethanol at 60 ° C for 2 hours and dried at 100 ° C to obtain a hybrid nanoporous material named MIL-100 (Cr). The form of the X-ray diffraction spectrum of the material obtained by the above procedure is described in Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 6296], which is the same as the MIL-100 (Cr) structure.

제조예Manufacturing example 5: 활성 알루미나 분말의 제조  5: Preparation of activated alumina powder

평균 입자크기가 50 ㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3, 깁사이트) 분말을 유동상(fluidized bed) 또는 로타리 킬른(rotary kiln)에서 375∼830℃의 온도로 0.05∼3초 이내에 급속열분해하여 활성 알루미나를 제조하고, 이를 볼밀(ball mill), 진동밀(vibrating mill) 또는 제트밀(jet mill) 등으로 1∼7 ㎛ 범위로 미세하게 분쇄하여 활성 알루미나 분말을 제조한다. 수득된 활성 알루미나는 수분함량이 약 5 ~ 10% 이었다.
(Al (OH) 3 , gibbsite) powder having an average particle size of 50 mu m is rapidly pyrolyzed in a fluidized bed or a rotary kiln at a temperature of 375 to 830 DEG C within 0.05 to 3 seconds Activated alumina is prepared and finely pulverized in a range of 1 to 7 mu m by using a ball mill, a vibrating mill or a jet mill to produce activated alumina powder. The obtained activated alumina had a water content of about 5 to 10%.

실시예Example 1~4: 구형 복합체의 제조  1 to 4: Preparation of spherical complex

상기 제조예 1~4에서 얻어진 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말을 상기 제조예 5에서 얻어진 활성 알루미나 분말과 중량비 20 : 1 으로 혼합하고, 직경 0.5 내지 5mm의 구형 또는 유사구형으로 과립화한 다음, 25 ℃에서 대략 12 시간동안 건조하여, MOF-알루미나 복합체로 된 성형체를 제조하였다. 수득된 복합체는 0.14~0.39 kgf (약 1.4~3.9 N에 해당)의 평균압축강도를 가졌다. The hybrid nanoporous material (MOF) powders obtained in Preparation Examples 1 to 4 were mixed with the activated alumina powders obtained in Preparation Example 5 at a weight ratio of 20: 1 and granulated into spherical or pseudolite spheres having a diameter of 0.5 to 5 mm, And dried at 25 DEG C for about 12 hours to prepare a molded article of a MOF-alumina composite. The resulting composite had an average compressive strength of 0.14 to 0.39 kgf (corresponding to about 1.4 to 3.9 N).

도 1은 상기 실시예 1에 따라 MIL-100(Fe) 분말로부터 제조된 구형 성형체 펠렛의 비표면적이 MIL-100(Fe) 분말 자체의 비표면적과 큰 차이가 없음을 보여주는데, 이로부터, 본 발명에 따른 성형체의 제조과정에서 MOF의 물성(비표면적)에는 아무런 손상이 일어나지 않았음을 알 수 있다. FIG. 1 shows that the specific surface area of spherical shaped body pellets prepared from MIL-100 (Fe) powder according to Example 1 does not greatly differ from the specific surface area of MIL-100 (Fe) powder itself, (Specific surface area) of the MOF in the process of producing the molded article according to the present invention.

도 2~4는, 도 1과 마찬가지로, 상기 실시예 2~4에 따라 UiO-66(Zr), UiO-66(Zr)_NH2 및 MIL-101(Cr) 분말로부터 각각 제조된 구형 성형체 펠렛의 비표면적이 각각의 MOF 분말 자체의 비표면적과 큰 차이가 없음을 보여주는데, 이로부터, 본 발명에 따른 성형체의 제조과정에서 MOF의 물성(비표면적)에는 아무런 손상이 일어나지 않았음을 알 수 있다.
2 to 4 are schematic cross-sectional views of spherical molded body pellets prepared from UiO-66 (Zr), UiO-66 (Zr) _NH 2 and MIL-101 The specific surface area does not show a large difference from the specific surface area of each MOF powder itself. From this, it can be seen that no damage is caused to the physical properties (specific surface area) of the MOF during the production of the molded article according to the present invention.

실시예Example 5 및 6 :  5 and 6: 성형된Molded 촉매복합체의 제조  Preparation of Catalyst Composites

상기 제조예 1~4에서 얻어진 하이브리드 나노세공체 분말, 상기 제조예 5에서 얻어진 비정질 알루미나 분말 및 물을 정해진 중량비 [(분말+바인더) : 물(용매) = 10 : 2]로 반죽하고, 수득된 반죽을 모노리쓰(monolith) 필터 및 허니컴형 구조물 등 원하는 형태와 크기의 성형체를 제조할 수 있었다. The hybrid nanoporous material powders obtained in Production Examples 1 to 4, the amorphous alumina powder obtained in Production Example 5 and water were kneaded at a predetermined weight ratio [(powder + binder): water (solvent) = 10: 2] The dough can be molded into a desired shape and size, such as a monolith filter and a honeycomb structure.

수득된 복합체는 물을 첨가하지 않고 제조된 복합체와 유사한 평균압축강도를 가졌다.
The resulting composite had an average compressive strength similar to that of the composite prepared without the addition of water.

실시예Example 7:  7: 코팅막Coating film 형태의 촉매복합체의 제조  ≪ / RTI >

상기 제조예 1~4에서 얻어진 하이브리드 나노세공체 분말, 상기 제조예 5에서 얻어진 비정질 알루미나 분말 및 물을 정해진 중량비 [(분말+바인더) : 물(용매) = 1 : 10]로 혼합하여 혼합액 또는 슬러리로 제조하고, 이를 지지체 위에 코팅하여 코팅된 막 형태로 제조하였다.
The hybrid nanoporous material powders obtained in Production Examples 1 to 4, the amorphous alumina powders obtained in Production Example 5 and water were mixed at a predetermined weight ratio [(powder + binder): water (solvent) = 1: 10] And coated on a support to form a coated film.

본 발명은 MOF의 성형분야에 적용될 수 있으며, MOF를 흡착제 또는 촉매로 사용하는 산업분야에서 이용할 수 있다. The present invention can be applied to the molding field of MOF and can be used in industrial fields where MOF is used as an adsorbent or catalyst.

Claims (10)

하이브리드 나노세공체 (MOF) 및 알루미나를 포함하는 복합체로서, 전술한 알루미나의 입자들은 다른 알루미나의 입자 및 나노세공체의 입자와 접촉 부위에서 화학적으로 연결되어 3차원 구조체를 형성하고 있고, 알루미나 입자들 사이의 화학적 연결은 Al-O-Al 또는 Al-OH…Al 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 MOF-알루미나 복합체. Hybrid nanoporous material (MOF) and alumina, wherein the alumina particles described above are chemically connected at the contact sites with other alumina particles and particles of the nanoporous material to form a three-dimensional structure, and the alumina particles Chemical bonding between Al-O-Al or Al-OH ... Al bond. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제 1 항에 있어서, 전술한 화학적 연결은 공유결합, 이온결합, 수소결합 및 배위결합으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 MOF-알루미나 복합체. 2. The MOF-alumina composite according to claim 1, wherein the chemical bond is at least one selected from the group consisting of covalent bond, ionic bond, hydrogen bond and coordination bond. 제 1 항에 있어서, 전술한 알루미나의 입자들은 3nm ~ 900nm의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 MOF-알루미나 복합체. 2. The MOF-alumina composite according to claim 1, wherein said particles of alumina have an average particle diameter of from 3 nm to 900 nm. 제 1 항에 있어서, 전술한 복합체는 구형 또는 유사 구형 과립체, 입상체, 모노리스 또는 하니컴형 필터, 사출성형체, 또는 코팅 또는 필름의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 MOF-알루미나 복합체. 2. The MOF-alumina composite according to claim 1, wherein said composite has the form of spherical or similar spherical granules, granules, monoliths or honeycomb filters, injection-molded bodies, or coatings or films. 하이브리드 나노세공체 (MOF) 분말 및 활성 알루미나 분말을 혼합하고, 형태화시키고 및 건조시키는 것을 포함하는, 제 1 항에 따른 MOF-알루미나 복합체의 제조방법. A process for producing a MOF-alumina composite according to claim 1, comprising mixing, shaping and drying the hybrid nanoporous material (MOF) powder and the activated alumina powder. 제 5 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOF-알루미나 복합체의 제조방법:
(1) 하이브리드 나노세공체 입자 및 활성 알루미나 입자들을 2:98~98:2의 중량비로 혼합하고,
(2) 상기 결과된 혼합물을 성형하거나 지지체 위에 코팅하고, 및
(3) 상기 결과된 성형체 또는 코팅을 5~80℃의 온도에서 건조시킴,
6. The method of claim 5, wherein the MOF-alumina composite comprises:
(1) Hybrid nanoporous particles and activated alumina particles were mixed at a weight ratio of 2: 98 to 98: 2,
(2) molding or coating the resulting mixture on a support, and
(3) drying the resultant shaped body or coating at a temperature of from 5 to 80 DEG C,
제 5 또는 6 항에 있어서, 전술한 활성 알루미나는 수산화알루미늄 또는 수화된 알루미나에서 선택되는 비정질 알루미나를 1 원소% 이상의 량으로 함유하는 알루미나이거나, 또는 수산화알루미늄-알루미나로 된 복합입자인 것을 특징으로 하는, MOF-알루미나 복합체의 제조방법. The activated alumina according to claim 5 or 6, wherein the activated alumina is alumina containing at least one element% of amorphous alumina selected from aluminum hydroxide or hydrated alumina, or is a composite particle composed of aluminum hydroxide-alumina , A method for producing a MOF-alumina composite. 제 5 또는 6 항에 있어서, 전술한 단계 (1)의 혼합물은 물을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 나노세공체 및 알루미나를 포함하는 MOF-알루미나 복합체의 제조방법. 6. The method according to claim 5 or 6, wherein the mixture of step (1) described above further comprises water, wherein the hybrid nanoporous material and alumina. 제 5 또는 6 항에 있어서, 전술한 복합체는 구형 또는 유사 구형 과립체, 입상체, 모노리스 또는 하니컴형 필터, 사출성형체, 필름 또는 코팅의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, MOF-알루미나 복합체의 제조방법. A process for producing a MOF-alumina composite according to claim 5 or 6, wherein said complex is in the form of a spherical or pseudo spherical granule, a granule, a monolith or a honeycomb filter, an injection-molded article, . 제 1 항에 따른 MOF-알루미나 복합체 또는 제 5 항의 방법에 따라 제조된 MOF-알루미나 복합체를 흡착제, 기체분리, 기체저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 또는 촉매담체로서 사용하는 방법. A method of using a MOF-alumina composite according to claim 1 or a MOF-alumina composite prepared according to the method of claim 5 as an adsorbent, a gas separation, a gas storage, a sensor, a membrane, a functional thin film, a catalyst or a catalyst carrier.
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