KR102002640B1 - Manufacturing method of mesoporous silica materials as CO2 adsorbent with inroduction of Amin functional group - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 증류수와 아세톤을 일정한 비율로 혼합한 용매에 전구체인 스타이렌과 열 개시제인 AIBA를 첨가하여 코어물질인 폴리스타이렌을 형성하는 단계; (b) 증류수와 에탄올을 일정비율로 혼합된 용액에 상기 (a) 단계에서 형성한 폴리스타이렌를 첨가하고, 이어 소정의 양이온 계면활성제인 cetyltrimethylammonium chloride(CTACl) 및 전구체인 tetraethylorthosilicate(TEOS)를 첨가하여 소정 시간 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하고, 이어 소정 시간과 소정 온도에서의 소성 과정을 거쳐 메조다공성 중공형 실리카 물질을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통해 소정의 아민계 전구체를 첨가하고 소정 시간 교반한 다음, 소정 시간과 소정 온도에서 건조시키는 아민작용기 도입 단계를 포함하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법을 제공할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 메조다공성 중공형 실리카 물질에 아민계 작용기를 도입하여 순수 메조다공성 중공형 실리카 물질보다 이산화탄소의 흡착량을 훨씬 증가시킬 수 있게 한다.
(A) forming polystyrene as a core material by adding styrene as a precursor and AIBA as a thermal initiator to a solvent in which distilled water and acetone are mixed at a predetermined ratio; (b) adding polystyrene formed in step (a) to a mixed solution of distilled water and ethanol at a predetermined ratio, adding cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) as a cationic surfactant and tetraethylorthosilicate (TEOS) as a precursor, Adding ammonia water to the stirred solution, and then calcining the mixture at a predetermined temperature for a predetermined time to form a mesoporous hollow silica material; And (c) introducing an amine functional group into the mesoporous hollow silica material formed in step (b) by adding a predetermined amine-based precursor through impregnation and stirring the mixture for a predetermined time, followed by drying at a predetermined temperature and at a predetermined temperature A method for producing a mesoporous hollow silica material can be provided.
Thus, the present invention permits the introduction of amine-based functional groups into the mesoporous hollow silica material to significantly increase the adsorption of carbon dioxide over the pure mesoporous hollow silica material.

Description

아민작용기를 도입하여 이산화탄소 흡착률을 향상시킨 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법{Manufacturing method of mesoporous silica materials as CO2 adsorbent with inroduction of Amin functional group}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a mesoporous hollow silica material having improved adsorption efficiency of carbon dioxide by introducing an amine functional group into a mesoporous hollow silica material,

본 발명은 메조다공성 중공형 실리카 물질 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아민작용기를 도입하여 이산화탄소의 흡착률을 보다 향상시키는 메조다공성 실리카 물질의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a mesoporous hollow silica material, and more particularly, to a method for preparing a mesoporous silica material which improves the adsorption rate of carbon dioxide by introducing an amine functional group.

메조다공성 물질(mesoporous materials)은 IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)의 정의에 의하면, 나노미터 크기의 기공을 가지는 다공성 물질 중 기공의 크기가 2 ∼ 50nm 크기의 물질을 말한다. 2nm 이하의 더 작은 기공을 가지는 물질의 경우에는 마이크로다공성 물질(microporous materials)이라고 하며, 50nm 이상의 기공 크기를 가지는 경우에는 마크로다공성 물질(macroporous materials)로 분류된다.Mesoporous materials refer to materials having pore sizes ranging from 2 to 50 nm in the porous material having nanometer-sized pores according to the definition of IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Materials with smaller pores less than 2 nm are referred to as microporous materials, and those with pore sizes greater than 50 nm are classified as macroporous materials.

이러한 나노미터 크기의 기공을 가지는 다공성 물질은 유ㆍ무기 복합재료를 만들 때 유기 고분자의 호스트(host), 크로마토그래피를 이용한 분리, 대기와 수질에서 유독물질 흡착, 큰 유기 고분자의 형태 선택적 촉매 등의 잠재적인 응용성 때문에 많은 연구가 이루어져 왔다.Porous materials with nanometer-sized pores can be used as a host or chromatographic separation of organic polymers when forming organic / inorganic composites, adsorption of toxic substances in air and water, and morphological selective catalysts of large organic polymers Much research has been done because of potential applicability.

그 중 메조다공성 중공형 실리카 나노 물질은 메조다공성 실리카와 중공형 실리카가 복합된 형태로서, 내부는 비워져 있고 껍질을 이루는 실리카 물질은 메조다공성 형태로 이루어진 구조이다. 이러한 메조다공성 중공형 실리카 나노 물질의 합성 방법은 내부 주형 물질을 만든 다음 그 위에 계면활성제와 실리카 입자를 코팅시긴 뒤 코어-쉘(Core-shell) 구조를 만든 뒤 추후에 코어를 이루는 유기물질을 제거하여 합성한다.Among them, the mesoporous hollow silica nanomaterial is a composite structure of mesoporous silica and hollow silica, the interior is empty, and the shell silica material is a mesoporous structure. The method of synthesizing mesoporous hollow silica nanomaterials is a method of forming internal core material, coating a surfactant and silica particles thereon, forming a core-shell structure, and then removing the organic material .

특히, 이산화탄소(C02) 가스 흡착의 경우에는 C02 가스를 포집할 수 있는 작용기의 종류와 그 양 뿐만이 아니라 C02 가스와 접할 수 있는 비표면적과 다량의 작용기를 함유할 수 있는 구조가 중요한 요인이 된다. 따라서, 보다 넓은 비표면적을 가지며 중공형 구조를 통해 많은 양의 작용기를 도입 가능한 메조다공성 중공형 실리카 물질을 합성하고, 이에 작용기를 손쉽게 도입하는 공정이 필요하다. In particular, carbon dioxide (C0 2) In the case of gas absorption, the C0 2 gas, as well as the type and the amount of the functional group capable of trapping a structure capable of containing C0 2 gas and the specific surface area and a large amount of functional groups that can access important factor . Accordingly, there is a need for a process for synthesizing mesoporous hollow silica materials that have a larger specific surface area and capable of introducing a large amount of functional groups through a hollow structure, and for easily introducing functional groups thereto.

한국특허공개 제10-2011-0033575호(2011년 03월31일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2011-0033575 (published on Mar. 31, 2011) 한국특허공개 제10-2011-0085363호(2011년 07월27일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2011-0085363 (published on July 27, 2011)

본 발명은 전술한 바와 같은 요구를 반영한 것으로, 메조다공성 중공형 실리카 나노 물질을 합성하고, 합성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통한 아민계 작용기를 도입하여, 이산화탄소 흡착량을 훨씬 증가시킬 수 있는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a mesoporous hollow silica nanomaterial which is capable of synthesizing a mesoporous hollow silica nanomaterial and introducing an amine- The present invention also provides a method for producing a mesoporous hollow silica material.

이를 위해, 본 발명에 따른 아민작용기를 도입한 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법은, (a) 증류수와 아세톤을 일정한 비율로 혼합한 용매에 전구체인 스타이렌과 열 개시제인 AIBA를 첨가하여 코어물질인 폴리스타이렌을 형성하는 단계; (b) 증류수와 에탄올을 일정비율로 혼합된 용액에 상기 (a) 단계에서 형성한 폴리스타이렌를 첨가하고, 이어 소정의 양이온 계면활성제인 cetyltrimethylammonium chloride(CTACl) 및 전구체인 tetraethylorthosilicate(TEOS)를 첨가하여 소정 시간 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하고, 이어 소정 시간과 소정 온도에서의 소성 과정을 거쳐 메조다공성 중공형 실리카 물질을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통해 소정의 아민계 전구체를 첨가하고 소정 시간 교반한 다음, 소정 시간과 소정 온도에서 건조시키는 아민작용기 도입 단계를 포함할 수 있다.To this end, a method for preparing a mesoporous hollow silica material having amine functional groups according to the present invention comprises: (a) adding styrene as a precursor and AIBA as a thermal initiator to a solvent in which distilled water and acetone are mixed at a predetermined ratio, Forming polystyrene as a material; (b) adding polystyrene formed in step (a) to a mixed solution of distilled water and ethanol at a predetermined ratio, adding cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) as a cationic surfactant and tetraethylorthosilicate (TEOS) as a precursor, Adding ammonia water to the stirred solution, and then calcining the mixture at a predetermined temperature for a predetermined time to form a mesoporous hollow silica material; And (c) introducing an amine functional group into the mesoporous hollow silica material formed in step (b) by adding a predetermined amine-based precursor through impregnation and stirring the mixture for a predetermined time, followed by drying at a predetermined temperature and at a predetermined temperature can do.

바람직하게, 상기 (a)단계에서, 상기 증류수와 아세톤은 3 : 0.5 ~ 2의 부피 비율로 혼합할 수 있다.Preferably, in step (a), the distilled water and acetone may be mixed in a volume ratio of 3: 0.5 to 2.

바람직하게, 상기 혼합한 용매 1L에 상기 스타이렌 1 ~ 20ml와 AIBA를 첨가하고, 상기 AIBA는 상기 스타이렌의 몰 비율에 맞춰 첨가되며, 상기 몰 비율은, 스타이렌 : AIBA = 1: 0.1 ~ 0.3 범위를 가질 수 있다.Preferably, 1 to 20 ml of the above-mentioned styrene is added to 1 L of the mixed solvent, and the AIBA is added in accordance with the molar ratio of the styrene to the AIBA, and the molar ratio is styrene: AIBA = 1: 0.1 to 0.3 Lt; / RTI >

바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 증류수와 에탄올은 1 : 1 ~ 3의 부피 비율로 혼합할 수 있다.Preferably, in step (b), the distilled water and ethanol may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 3: 1.

바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 혼합한 용매 1L에 상기 CTACl를 10~50ml 첨가하고, 이어 상기 TEOS를 10~50ml 첨가할 수 있다.In step (b), 10 to 50 ml of the CTACl may be added to 1 L of the mixed solvent, and then 10 to 50 ml of the TEOS may be added.

바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 암모니아수를 첨가하여 pH를 8~10으로 설정할 수 있다.Preferably, in step (b), the ammonia water may be added to adjust the pH to 8-10.

바람직하게, 상기 (a) 단계에서 상기 코어물질의 형성의 전단계와, 상기 (b) 단계에서 상기 소성과정의 전단계에서, 합성된 물질을 70 ~ 90℃의 온도와 15시간 내지 24시간 범위에서 건조시키는 열반응 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the synthesized material is dried at a temperature in the range of 70 to 90 ° C. and in a range of 15 to 24 hours in the pre-stage of the formation of the core material in the step (a) and in the pre-stage of the firing step in the step (b) And a thermal reaction step for heating the reaction mixture.

바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 소성 과정은 600℃에서 5시간 동안 진행할 수 있다.Preferably, in the step (b), the firing process may be performed at 600 ° C for 5 hours.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서의 상기 아민기 전구체는,Preferably, the amine group precursor in the step (c)

polyethylenimine, tetraethylenepentamine, (2-Methylbutyl)amine, Tris(2-ethylhexyl)amine, ethyl amine, hydrzine, (3-Methylpentyl)amine, melamine, ethylenediamine, 3,5-diamino-1,2,4-triazole, adenine, 2-amino-1,4-benzenedicarboxylic acid, isopropanolamine, 3-aminopropyltrimethoxysilane, ethylenediamine, traethylenepentamine, aziridine, 5-amino-tetrazole, triethylenetetramine, 3pycolylamine, monoethanolamine, 5-(4-carboxybenzoylamino)-isophthalic acid, N,N’aminopropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl-)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, poly-(L-lysine), 1.8-diazabucyclo-[5,4,0]-undec-7-ene, dodecylamine, Bis[(triethoxysilyl)propyl]ethylenediamine, tri-(2-aminoethyl)-amine, 3-(trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine, N’N,N’’’N-carboxyanhydride(NCA) of L-amine, 1,2-bis(4-pyridylmethylene)hydrazine, L-arginine, 중에서 어느 하나가 선택될 수 있다.(2-ethylhexyl) amine, ethylamine, hydrzine, (3-methylpentyl) amine, melamine, ethylenediamine, 3,5-diamino-1,2,4-triazole, adenine 5-aminotetrazine, triethylenetetramine, 3pycolylamine, monoethanolamine, 5- (4-carboxybenzoylamino) -isophthalic acid, N, N-diethylaminoethylamine, 3-aminopropyltrimethoxysilane, ethylenediamine, (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, poly- (L-lysine), 1,8-diazabicyclo- [5,4,0] -undec-7-ene, dodecylamine, Bis [(triethoxysilyl) propyl N, N'-N-carboxyanhydride (NCA) of L-amine, 1,2-bis (4-pyridylmethylene) hydrazine , And L-arginine may be selected.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 아민계 전구체는 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 구체 물질의 중량비에 맞춰 첨가되며, 상기 중량비는, 메조다공성 중공형 실리카 물질 : 아민계 전구체 = 1: 0.1 ~ 1.5 범위를 갖고, 상기 범위 내에서 중량비를 증가시켜 이산화탄소 흡착량을 증가시킬 수 있다.Preferably, in step (c), the amine-based precursor is added in accordance with the weight ratio of the mesoporous hollow silica particulate material formed in step (b), and the weight ratio of the mesoporous hollow silica material: amine-based precursor = 1: 0.1 to 1.5, and by increasing the weight ratio within the above range, the amount of carbon dioxide adsorbed can be increased.

바람직하게, 상기 아민계 전구체는 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 구체 물질의 중량비에 맞춰 첨가하고, 상온에서 1시간 교반할 수 있다.Preferably, the amine-based precursor is added in accordance with the weight ratio of the mesoporous hollow silica particles formed in the step (b), and the mixture is stirred at room temperature for 1 hour.

바람직하게, 상기 교반 후 진공 농축기를 통해 용매를 제거한 뒤, 80 ~ 100℃에서 2시간 동안 건조할 수 있다.Preferably, after the stirring, the solvent may be removed through a vacuum concentrator, followed by drying at 80 to 100 ° C for 2 hours.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질은 에탄올의 중량비에 맞춰 첨가되며, 상기 중량비는, 메조다공성 중공형 실리카 물질 : 에탄올 = 1: 100 ~ 150 범위를 가질 수 있다.Preferably, in the step (c), the mesoporous hollow silica material formed in the step (b) is added according to the weight ratio of ethanol, and the weight ratio of the mesoporous hollow silica material: ethanol is 1: 100-150 Lt; / RTI >

바람직하게, 상기 메조다공성 중공형 실리카 물질의 기공구조는 육방구조를 형성할 수 있다.Preferably, the pore structure of the mesoporous hollow silica material may form a hexagonal structure.

기존의 메조다공성 중공형 실리카 물질도 이산화탄소 흡착제로 사용되지만 이산화탄소 흡착 성능이 낮은 단점이 있다.Conventional mesoporous hollow silica materials are also used as carbon dioxide adsorbents, but they have a disadvantage of low carbon dioxide adsorption performance.

반면에, 본 발명은 합성된 메조다공성 중공형 실리카 나노 물질에 이산화탄소와 화학적 흡착을 하는 아민계 작용기를 도입하여 흡착 성능을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. On the other hand, the present invention is advantageous in that the adsorption performance can be increased by introducing amine functional groups chemically adsorbing carbon dioxide into the synthesized mesoporous hollow silica nanomaterial.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메조다공성 중공형 실리카 물질의 합성 및 아민 함침 모식도,
도 2는 도 1에서 아민작용기의 이산화탄소 흡착 메카니즘을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조과정을 보다 세분하게 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메조다공성 중공형 실리카 물질의 TEM 이미지,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메조다공성 중공형 실리카 물질의 XRD 결과를 나타낸 그래프,
도 6은 순수한 메조다공성 중공형 실리카 나노물질의 N2-sorption 분석결과를 나타낸 그래프,
도 7은 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 이산화탄소 흡착 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view of a mesoporous hollow silica material according to a preferred embodiment of the present invention,
Figure 2 shows the mechanism of the adsorption of carbon dioxide on the amine functional groups in Figure 1,
FIG. 3 is a flow chart showing a more detailed process for producing a mesoporous hollow silica material into which an amine functional group is introduced according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a TEM image of a mesoporous hollow silica material according to a preferred embodiment of the present invention,
5 is a graph showing XRD results of a mesoporous hollow silica material according to a preferred embodiment of the present invention,
6 is a graph showing N 2 -sorption analysis results of pure mesoporous hollow silica nanomaterials,
7 is a graph showing the results of measurement of carbon dioxide adsorption of a mesoporous hollow silica material into which an amine functional group is introduced.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish it, will be described with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention to those skilled in the art.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. Also, the same reference numerals denote the same components throughout the specification.

본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.The singular forms herein include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, components, steps, operations and elements referred to in the specification as " comprises "or" comprising " refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and / or devices.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메조다공성 중공형 실리카 물질의 합성 및 아민 함침 모식도이고, 도 2는 도 1에서 아민작용기의 이산화탄소 흡착 메카니즘을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조과정을 보다 세분하게 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a schematic view showing synthesis and amine impregnation of a mesoporous hollow silica material according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a mechanism of adsorption of carbon dioxide by amine functional groups in FIG. 1, and FIG. A process for producing mesoporous hollow silica materials into which an amine functional group is introduced according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 아민작용기를 도입한 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법은, (a) 증류수와 아세톤을 일정한 비율로 혼합한 용매에 전구체인 스타이렌과 열 개시제인 AIBA를 첨가하여 코어물질인 폴리스타이렌을 형성하는 단계; (b) 증류수와 에탄올을 일정비율로 혼합된 용액에 상기 (a) 단계에서 형성한 폴리스타이렌를 첨가하고, 이어 소정의 양이온 계면활성제인 cetyltrimethylammonium chloride(CTACl) 및 전구체인 tetraethylorthosilicate(TEOS)를 첨가하여 소정 시간 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하고, 이어 소정 시간과 소정 온도에서의 소성 과정을 거쳐 메조다공성 중공형 실리카 물질을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통해 소정의 아민계 전구체를 첨가하고 소정 시간 교반한 다음, 소정 시간과 소정 온도에서 건조시키는 아민작용기 도입 단계를 포함할 수 있다.1 to 3, a method for preparing a mesoporous hollow silica material having an amine functional group according to the present invention comprises the steps of: (a) mixing a mixture of distilled water and acetone in a predetermined ratio to prepare a precursor, To form polystyrene as a core material; (b) adding polystyrene formed in step (a) to a mixed solution of distilled water and ethanol at a predetermined ratio, adding cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) as a cationic surfactant and tetraethylorthosilicate (TEOS) as a precursor, Adding ammonia water to the stirred solution, and then calcining the mixture at a predetermined temperature for a predetermined time to form a mesoporous hollow silica material; And (c) introducing an amine functional group into the mesoporous hollow silica material formed in step (b) by adding a predetermined amine-based precursor through impregnation and stirring the mixture for a predetermined time, followed by drying at a predetermined temperature and at a predetermined temperature can do.

이에 대해, 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메조다공성 중공형 실리카 나노물질의 합성 과정을 보다 세분하여 살펴보면 다음과 같다. Referring to FIG. 3, the process of synthesizing the mesoporous hollow silica nanomaterial according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail as follows.

우선, 본 발명에서는, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 메조다공성 중공형 실리카 물질을 합성하기 위해 코어 물질로 사용한 폴리스타이렌(Polystyrene, PS)을 합성하였다. First, in the present invention, as shown in FIG. 3 (a), polystyrene (PS) used as a core material was synthesized to synthesize a mesoporous hollow silica material.

이때, 폴리스타이렌(PS) 합성과정을 살펴보면, 증류수(H2O)와 아세톤을 부피비로서 3 : 0.5 ~ 2 비율로 혼합한다. 이어, 혼합한 용매 1L에 폴리스타이렌(PS)의 전구체인 스타이렌 1 ~ 20ml와 열 개시제인 2,2’-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride(AIBA)를 첨가하고 교반한다. 이때, 열 개시제 AIBA는 스타이렌의 몰비율에 맞춰 첨가하는데, 즉, 스타이렌 : AIBA = 1 : 0.1 ~ 0.3 몰의 범위에 맞춰 첨가하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 구조가 부서지지 않고 균일한 크기의 구형 형태를 형성할 수 있다. 이어, 70~90℃에서, 바람직하게 80℃ 건조를 15시간에서 24시간까지 반응시켜 코어물질인 폴리스타이렌(PS)을 합성한다.At this time, when the process of synthesizing polystyrene (PS) is described, distilled water (H 2 O) and acetone are mixed at a volume ratio of 3: 0.5 to 2. To 1 liter of the mixed solvent, 1 to 20 ml of styrene, which is a precursor of polystyrene (PS), and 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (AIBA) as a thermal initiator are added and stirred. At this time, the thermal initiator AIBA is added in accordance with the molar ratio of styrene, that is, it is preferable to add it in the range of 1: 0.1 to 0.3 mol of styrene: AIBA. Thus, the structure can be formed into a spherical shape having a uniform size without breaking. Then, the core material, polystyrene (PS), is synthesized by reacting at 70 to 90 ° C, preferably at 80 ° C, for 15 to 24 hours.

다음으로, 도 3(b)를 참조하여, 상기 코어물질인 폴리스타이렌을 제거하고 메조다공성 중공형 실리카 물질을 합성한다. Next, referring to FIG. 3 (b), the core material polystyrene is removed to synthesize a mesoporous hollow silica material.

먼저, H2O과 에탄올(EtOH)을 일정 부피비로 혼합하는 데, 부피비로서 물: 에탄올 = 1: 1~3의 비율로 혼합하고, 혼합한 용매 1L에 도 3a에서 합성한 코어물질인 폴리스타이렌(PS)를 첨가한다. 이어, 양이온 계면활성제인 cetyltrimethylammonium chloride(CTACl)을 10 ~ 50ml 첨가하고, 그 후 실리카 전구체인 tetraethylorthosilicate(TEOS)를 10 ~ 50ml 첨가하여 교반한다. 이를 통해, 구조가 부서지지 않고 균일한 크기의 구형 형태를 형성할 수 있다. First, H 2 O and ethanol (EtOH) were mixed at a constant volume ratio. The volume ratio of water to ethanol was 1: 1 to 3, and the mixture was mixed with 1 L of polystyrene PS). Next, 10 to 50 ml of cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) as a cationic surfactant is added, and then 10 to 50 ml of tetraethylorthosilicate (TEOS) as a silica precursor is added and stirred. Thus, the structure can be formed into a spherical shape having a uniform size without breaking.

이어, 교반된 용액에 암모니아수(NH4OH)는 첨가하여 교반된 용액의 pH를 8~10으로 맞춘 뒤에, 70~90℃에서, 바람직하게 80℃ 건조를 15시간에서 24시간까지 반응시키면, 폴리스타이렌 코어(core)에 실리카 쉘(shell)이 씌어진 코어-쉘 형태를 이루게 된다. 이때, TEOS는 실리카 전구체로 폴리스타이렌에 쉘을 형성하는 역할을 수행하고, CTACl는 상기 쉘에 형성된 기공의 지지체 역할을 수행하며, 암모니아수는 촉매로 교반된 용액의 pH를 8~10으로 조절해주는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 CTACl 용액과 TEOS용액의 경우, 부피비 1:1로 첨가되고, 암모니아수는 교반된 용액의 pH가 8~10으로 설정되도록 적정한 양을 첨가하게 된다.Then, ammonia water (NH 4 OH) is added to the stirred solution to adjust the pH of the stirred solution to 8 to 10, and then the reaction is carried out at 70 to 90 ° C., preferably at 80 ° C. for 15 to 24 hours, And a core-shell shape in which a silica shell is placed on the core. At this time, TEOS is a silica precursor and forms a shell in polystyrene. CTACl serves as a support for pores formed in the shell, and ammonia water plays a role of controlling the pH of the stirred solution to 8 to 10 . In this case, the CTACl solution and the TEOS solution are added at a volume ratio of 1: 1, and an appropriate amount of ammonia water is added so that the pH of the stirred solution is set to 8 to 10.

이렇게 합성된 물질은 여과 후 세척과 건조의 단계를 거친 뒤, 고온에서 바람직하게는 600℃에서 소성과정을 거친 뒤 합성물질인 메조다공성 중공형 실리카 물질(중공형 실리카 구체)를 수득한다. 이때, 고온에서 소성 과정을 반응시켜 주면실리카 쉘에 형성된 기공에 침투가 용이하게 하여 결과적으로 내부 물질의 제거를 용이하게 할 수 있다.The thus synthesized material is subjected to filtration, washing and drying, and then calcined at a high temperature, preferably at 600 ° C., to obtain a synthetic mesoporous hollow silica material (hollow silica spheres). At this time, if the sintering process is performed at a high temperature, the pores formed in the silica shell can be easily penetrated, and as a result, the removal of the internal materials can be facilitated.

다음으로, 도 3c를 참조하여, 도 3b를 통해 합성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통한 아민계 작용기 도입 과정을 살펴보면, 다음과 같다.Next, referring to FIG. 3C, the process of introducing an amine-based functional group into the mesoporous hollow silica material synthesized through FIG. 3B by impregnation will be described below.

먼저, 도 2를 참조하여 아민계 작용기의 이산화탄소 흡착 메카니즘을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 일반적으로 합성한 메조다공성 중공형 실리카 물질은 고체 흡착제로 사용되지만, 흡착제 단독으로는 낮은 이산화탄소 흡착 성능을 나타낸다. 이에 따라 이러한 문제점을 보완하기 위해 이산화탄소와 화학적 흡착을 하는 아민계 작용기를 도입하면 이산화탄소 흡착성능을 증가 시킬 수 있다. First, referring to FIG. 2, the carbon dioxide adsorption mechanism of the amine-based functional group will be described below. That is, generally synthesized mesoporous hollow silica material is used as a solid adsorbent, but adsorbent alone exhibits low carbon dioxide adsorption performance. Accordingly, in order to overcome such a problem, introduction of an amine-based functional group capable of chemically adsorbing carbon dioxide can increase carbon dioxide adsorption performance.

아민계 작용기의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 이산화탄소를 만날 경우 carbamate를 형성하여 흡착하고, 수분이 존재할 시에는 hydrogen carbonate 염을 형성하여 이산화탄소를 흡착하게 된다. 즉, 아민 작용기는 기존의 MOFs 단점으로 지목되어진 수분안정성을 가지고 있다.In the case of the amine-based functional group, as shown in FIG. 2, when carbon dioxide is encountered, carbamate is formed and adsorbed. When water is present, hydrogen carbonate salt is formed to adsorb carbon dioxide. That is, the amine functional group has moisture stability that is pointed out as a disadvantage of conventional MOFs.

이어서, 함침법을 통한 아민계 작용기의 도입 과정은 다음과 같다.Next, the introduction process of the amine-based functional group through impregnation is as follows.

아민계 작용기는 단순 함침으로 메조다공성 중공형 실리카 물질을 에탄올에 중량비로, 메조다공성 중공형 실리카 물질: 에탄올 = 1: 100~150의 비율로 분산한다.The amine-based functional group is simply impregnated and the mesoporous hollow silica material is dispersed in ethanol at a weight ratio of mesoporous hollow silica material: ethanol = 1: 100-150.

이어, 아민계 전구체를 메조다공성 중공형 실리카 물질의 질량 대비 중량비로, 메조다공성 중공형 실리카 물질: 아민계 전구체 = 1 : 0.1 ~ 1. 5 비율로 첨가하여 상온에서 약 1시간 교반 시킨다. 교반 후 진공 농축기를 통해 에탄올 용매를 제거한 뒤 80 ~ 100℃에서 약 2시간 건조를 통해 흡착 물질을 수득한다.Then, the amine-based precursor is added to the mesoporous hollow silica material at a ratio by mass to mass ratio of mesoporous hollow silica material: amine precursor = 1: 0.1 to 1.5, and the mixture is stirred at room temperature for about 1 hour. After stirring, the ethanol solvent is removed through a vacuum concentrator and dried at 80 to 100 ° C for about 2 hours to obtain an adsorbent material.

여기서, 반응에 첨가되는 아민계 전구체로는 polyethylenimine, tetraethylenepentamine, (2-Methylbutyl)amine, Tris(2-ethylhexyl)amine, ethyl amine, hydrzine, (3-Methylpentyl)amine, melamine, ethylenediamine, 3,5-diamino-1,2,4-triazole, adenine, 2-amino-1,4-benzenedicarboxylic acid, isopropanolamine, 3-aminopropyltrimethoxysilane, ethylenediamine, traethylenepentamine, aziridine, 5-amino-tetrazole, triethylenetetramine, 3pycolylamine, monoethanolamine, 5-(4-carboxybenzoylamino)-isophthalic acid, N,N’aminopropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl-)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, poly-(L-lysine), 1.8-diazabucyclo-[5,4,0]-undec-7-ene, dodecylamine, Bis[(triethoxysilyl)propyl]ethylenediamine, tri-(2-aminoethyl)-amine, 3-(trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine, N’N,N’’’N-carboxyanhydride(NCA) of L-amine, 1,2-bis(4-pyridylmethylene)hydrazine, L-arginine 등과 같은 1, 2차 아민이 해당될 수 있다. 이때, 아민 작용기가 중공 구조 내부에 최대한 많이 함유하는 것이 유리하고, 본 발명에서는 tetraethylenepentamine을 사용하여 실험을 진행하였다. Examples of the amine precursor added to the reaction include polyethylenimine, tetraethylenepentamine, 2-methylbutyl amine, Tris (2-ethylhexyl) amine, ethyl amine, hydrzine, (3-methylpentyl) amine, melamine, ethylenediamine, diamino-1,2,4-triazole, adenine, 2-amino-1,4-benzenedicarboxylic acid, isopropanolamine, 3-aminopropyltrimethoxysilane, ethylenediamine, traethylenepentamine, aziridine, 5-aminotetrazine, triethylenetetramine, 3pycolylamine, monoethanolamine, 5- 4-carboxybenzoylamino) -isophthalic acid, N, N'aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, poly- (L-lysine), 1,8-diazabicyclo- [5,4,0] amine, N'N'N'-N-carboxyanhydride (NCA) of L-amine, triethoxysilylpropyl] ethylenediamine, tri- (2-aminoethyl) 1,2-bis (4-pyridylmethylene) hydrazine, L-arginine, and the like. At this time, it is advantageous that the amine functional group is contained in the hollow structure as much as possible, and the present invention uses tetraethylenepentamine.

아민 작용기의 비율이 1. 5 이상일 경우 흡착제인 메조다공성 중공형 실리카 물질의 미세기공까지 막기 때문에 이산화탄소 흡착 효율이 줄어드는 특성을 나타낸다. 또한, 비율이 0.1 이하로 떨어지면 흡착제 내부에 아민 작용기의 양이 부족하게 되면서 이산화탄소 효율이 떨어지게 된다. 그러므로, 흡착제와 아민 작용기를 적절한 질량비로 함침하는 것이 필요하다.When the ratio of amine functional groups is more than 1.5, the adsorption efficiency of carbon dioxide is decreased because it blocks the micropores of the mesoporous hollow silica material as the adsorbent. Also, if the ratio is less than 0.1, the amount of amine functional groups in the adsorbent becomes insufficient and the efficiency of carbon dioxide becomes low. Therefore, it is necessary to impregnate the adsorbent and amine functional groups at a suitable mass ratio.

가령, 메조다공성 중공형 실리카 물질과 아민계 전구체는 중량비 1: 0.1 ~ 1.5의 범위에서, 바람직하게는 아민계 전구체의 중량비를 0.5~ 1.5 M 범위에서 증가시킴에 따라 메조다공성 실리카 물질의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 가령, 상기 아민계 전구체의 중량비를 증가시킴에 따라 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 경우는 이산화탄소 흡착량이 8.7434 mmol/g, 12.1638mmol/g, 11.9824mmol/g으로 1.0에서 최대 이산화탄소 흡착성능을 확인할 수 있다. For example, the mesoporous hollow silica material and the amine-based precursor increase the specific surface area of the mesoporous silica material by increasing the weight ratio of the amine-based precursor in the range of 1: 0.1 to 1.5, preferably in the range of 0.5 to 1.5 M . For example, in the case of the mesoporous hollow silica material into which the amine functional group is introduced, the adsorption amount of carbon dioxide is 8.7434 mmol / g, 12.1638 mmol / g, and 11.9824 mmol / g, Performance can be confirmed.

결과 분석Results analysis

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에서 메조다공성 중공형 실리카 물질의 TEM 이미지 및 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.FIGS. 4 and 5 are graphs showing TEM and XRD results of a mesoporous hollow silica material in a preferred embodiment of the present invention. FIG.

도 4는 합성된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 TEM 사진을 나타낸 것으로, 메조다공성 중공형 실리카 나노물질의 TEM 사진으로 내부 및 기공이 비교적 투명하게 보임으로써, 폴리스타이렌 제거가 원활하게 진중공형태를 형성한 것을 확인 가능하다. FIG. 4 is a TEM photograph of the synthesized mesoporous hollow silica material. TEM images of mesoporous hollow silica nanomaterials show that the inside and the pores are relatively transparent, thereby forming a hollow shape with smooth polystyrene removal .

도 5는 합성된 메조다공성 중공형 실리카 나노물질의 메조기공 구조를 확인하기 위해 low angle XRD를 통해 분석한 그래프이며, 측정결과 2θ가 약 2.2o 부근에서 실리카의 메인피크인 d(100)이 나타나고 약 4.5o 부근에서 오더링된 피크가 관측됨을 통해 껍질을 이루는 실리카의 기공구조는 육방구조를 이루고 있음을 확인하였다.FIG. 5 is a graph showing the meso pore structure of the synthesized mesoporous hollow silica nanomaterial through low angle XRD. As a result, d (100), which is the main peak of silica, appears at about 2.2 o Ordered peaks were observed at around 4.5 o , confirming that the pore structure of the shell forming the shell had a hexagonal structure.

또한, 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 비표면적과 기공의 크기 및 부피를 측정하기 위하여 N2-sorption을 이용하였는데, 측정된 시료의 등온 흡ㆍ탈착 정보를 이용하여 BET 관계식으로부터 비표면적을 구하고, 기공의 크기 및 부피는 BJH 관계식으로부터 구할 수 있다.In addition, N 2 -sorption was used to measure the specific surface area and pore size and volume of the mesoporous hollow silica material to which the amine functional group was introduced. From the BET relationship, The surface area is determined, and the size and volume of the pores are obtained from the BJH relation.

도 6은 순수한 메조다공성 중공형 실리카 나노물질의 N2-sorption 분석결과를 나타낸 그래프이고, 도 7은 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 이산화탄소 흡착 측정 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the results of N 2 -sorption analysis of pure mesoporous hollow silica nanomaterials, and FIG. 7 is a graph showing the measurement results of adsorption of carbon dioxide on the mesoporous hollow silica material into which amine functional groups are introduced.

도 6을 참조하면, 전체적인 흡·탈착 곡선은 Type Ⅳ의 형태를 이루고 있으며, hysteresis loop는 H2 type으로 형성되었음을 확인하였다. BET를 통해 물질의 비표면적을 계산한 결과 순수한 메조다공성 중공형 실리카 나노물질은 1341㎡/g 으로 높은 비표면적을 가지고 있는데, 이는 코어 및 메조 기공을 이루는 유기물질 제거를 통해 높은 비표면적 값이 나옴을 간접적으로 확인할 수 있다. 또한, 아민 작용기를 담지한 후에는 비표면적이 크게 감소한 것을 확인 가능한데, 이는 메조기공의 속으로 아민 작용기가 충분히 침지되어 유지되고 있다는 것을 확인 가능하다.Referring to FIG. 6, the overall adsorption / desorption curve is of the type IV and the hysteresis loop is of the H2 type. As a result of calculation of the specific surface area of the material through BET, the pure mesoporous hollow silica nanomaterial has a high specific surface area of 1341 m 2 / g, which results in high specific surface area through removal of core and mesoporous organic substances Can be confirmed indirectly. Further, it can be confirmed that the specific surface area is greatly reduced after the amine functional group is supported, which can confirm that the amine functional group is sufficiently immersed in the mesopores.

[표 1]은 메조다공성 중공형 실리카 물질 및 아민 담지 후의 메조다공성 중공형 실리카 물질에 대한 비표면적, 기공의 부피 및 기공의 크기에 대하여 기술한 것으로, 아민작용기의 첨가량이 증가함에 따라 비표면적과 기공의 부피가 감소 되었음을 알 수 있다. 여기서, 기공의 부피에서만 차이가 나타나는데, 이는 BJH 방법의 기공 크기 분포(pore size distribution)의 결과 값이 마이크로포어, 즉 기공 크기가 2 nm이하의 기공은 무시하기 때문에 기공 부피에서만 차이가 나타나는 것으로 보인다.[Table 1] describes the specific surface area, pore volume, and pore size of the mesoporous hollow silica material and the mesoporous hollow silica material after the amine loading. As the amount of the amine functional group increases, the specific surface area It can be seen that the pore volume is reduced. Here, only the difference in the volume of the pores is shown because the result of the pore size distribution of the BJH method differs only in the pore volume because it neglects micropores, that is, pores having a pore size of 2 nm or less .

샘플명Sample name 비표면적(BET)
(㎡/g)
Specific surface area (BET)
(M < 2 > / g)
기공체적
(cc/g)
Pore volume
(cc / g)
기공 크기
(nm)
Pore size
(nm)
메조다공성 중공형 실리카
Mesoporous hollow silica
13411341 0.4500.450 3.8283.828
메조다공성 중공형 실리카 +
아민 0.5
Mesoporous hollow silica +
Amine 0.5
9898 0.1610.161 3.8153.815
메조다공성 중공형 실리카 + 아민 1.0Mesoporous hollow silica + amine 1.0 5050 0.1040.104 3.0363.036 메조다공성 중공형 실리카 +
아민 1.5
Mesoporous hollow silica +
Amine 1.5
2424 0.0490.049 3.3953.395

[표 1]에 나타낸 바와 같이, 아민작용기의 농도별로 도입된 메조다공성 중공형 실리카 물질의 이산화탄소 흡착 성능 평가 결과를 도 7에서 나타내었다. 이때, 가스 플로우 시스템의 측정조건을 살펴보면 다음과 같다. 즉, As shown in Table 1, the results of evaluating the carbon dioxide adsorption performance of the mesoporous hollow silica material introduced for each concentration of amine functional groups are shown in Fig. The measurement conditions of the gas flow system are as follows. In other words,

① 시험방법 : 이산화탄소가 혼합된 표준가스를 흘려주어 시편에 통과된 가스를 포집 후 GC를 통해 흡착된 이산화탄소의 양 계산① Test method: Calculate the amount of carbon dioxide adsorbed by GC after collecting gas passing through specimen by flowing standard gas mixed with carbon dioxide

② 시험기기: hp 6890a gc, agilent② Test equipment: hp 6890a gc, agilent

③ 가스농도: N2 70% + CO2 30%③ Gas concentration: N 2 70% + CO 2 30%

④ 유량속도: 5 ml/min④ Flow rate: 5 ml / min

⑤ 측정시간: 60 min⑤ Measurement time: 60 min

표 1 및 도 7을 참조하면, 아민 작용기가 도입되지 않은 메조다공성 중공형 실리카의 경우 이산화탄소 흡착량이 3.0446mmol/g 으로 측정되었으며, 이것은 흡착제 자체의 높은 비표면적으로 이산화탄소가 물리적 흡착으로 인해 측정된 값으로 보이며, 아민 작용기의 농도가 0.5에서 1.0, 1.5로 증가하면서 이산화탄소 흡착량은 각각 8.7434 mmol/g, 12.1638mmol/g, 11.9824 mmol/g 으로 1.0에서 최대 이산화탄소 흡착성능을 확인할 수가 있으며, 그러므로 최적의 아민 작용기 도입농도를 확인 가능하다. Referring to Table 1 and FIG. 7, the mesoporous hollow silica having no amine functional group was measured to have an adsorption amount of carbon dioxide of 3.0446 mmol / g, which is a high specific surface area of the adsorbent itself, , The maximum carbon dioxide adsorption performance can be confirmed at 1.0 with increasing concentrations of amine functional groups from 0.5 to 1.0 and 1.5, respectively. The adsorption amounts of carbon dioxide are 8.7434 mmol / g, 12.1638 mmol / g and 11.9824 mmol / The concentration of the amine functional group introduced can be confirmed.

이와 같이, 본 발명은, 순수한 메조다공성 중공형 실리카 흡착제에 비해 아민작용기가 도입된 메조다공성 중공형 실리카 흡착제의 흡착능력이 뛰어남을 확인할 수 있다. Thus, the present invention is superior to the pure mesoporous hollow silica adsorbent in that the mesoporous hollow silica adsorbent to which the amine functional group is introduced is excellent in adsorption ability.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.

Claims (14)

(a) 증류수와 아세톤을 일정한 비율로 혼합한 용매에 전구체인 스타이렌과 열 개시제인 AIBA를 첨가하여 코어물질인 폴리스타이렌을 형성하는 단계;
(b) 증류수와 에탄올을 일정비율로 혼합된 용액에 상기 (a) 단계에서 형성한 폴리스타이렌를 첨가하고, 이어 소정의 양이온 계면활성제인 cetyltrimethylammonium chloride(CTACl) 및 전구체인 tetraethylorthosilicate(TEOS)를 첨가하여 소정 시간 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하고, 이어 소정 시간과 소정 온도에서의 소성 과정을 거쳐 메조다공성 중공형 실리카 물질을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질에 함침법을 통해 소정의 아민계 전구체를 첨가하고 소정 시간 교반한 다음, 소정 시간과 소정 온도에서 건조시키는 아민작용기 도입 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계에서,
상기 아민계 전구체로서 tetraethylenepentamine을 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 구체 물질의 중량비에 맞춰 첨가되며,
상기 중량비는, 메조다공성 중공형 실리카 물질 : tetraethylenepentamine = 1: 0.5 ~ 1.5 범위를 갖고, 상기 범위 내에서 중량비를 증가시켜 이산화탄소 흡착량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
(a) forming polystyrene as a core material by adding styrene as a precursor and AIBA as a thermal initiator to a solvent in which distilled water and acetone are mixed at a predetermined ratio;
(b) adding polystyrene formed in step (a) to a mixed solution of distilled water and ethanol at a predetermined ratio, adding cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) as a cationic surfactant and tetraethylorthosilicate (TEOS) as a precursor, Adding ammonia water to the stirred solution, and then calcining the mixture at a predetermined temperature for a predetermined time to form a mesoporous hollow silica material; And
(c) introducing an amine functional group into the mesoporous hollow silica material formed in step (b) by adding a predetermined amine precursor through impregnation, stirring the mixture for a predetermined time, and drying the mesoporous hollow silica material for a predetermined time and at a predetermined temperature; ,
In the step (c)
Tetraethylenepentamine as the amine precursor is added in accordance with the weight ratio of the mesoporous hollow silica particulate material formed in the step (b)
Wherein the weight ratio is in the range of mesoporous hollow silica material: tetraethylenepentamine = 1: 0.5 ~ 1.5, and the weight ratio is increased within the range to increase the amount of carbon dioxide adsorbed.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서,
상기 증류수와 아세톤은 3 : 0.5 ~ 2의 부피 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (a)
Wherein the distilled water and acetone are mixed in a volume ratio of 3: 0.5 to 2.
제2항에 있어서,
상기 혼합한 용매 1L에 상기 스타이렌 1 ~ 20ml와 AIBA를 첨가하고,
상기 AIBA는 상기 스타이렌의 몰 비율에 맞춰 첨가되며,
상기 몰 비율은, 스타이렌 : AIBA = 1: 0.1 ~ 0.3 범위를 갖는 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
3. The method of claim 2,
1 to 20 ml of the above-mentioned styrene and AIBA were added to 1 L of the mixed solvent,
The AIBA is added in accordance with the molar ratio of the styrene,
Wherein the molar ratio is in the range of styrene: AIBA = 1: 0.1 to 0.3.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 증류수와 에탄올은 1 : 1 ~ 3의 부피 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (b)
Wherein the distilled water and ethanol are mixed in a volume ratio of 1: 1 to 3: 1.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 혼합한 용매 1L에 상기 CTACl를 10~50ml 첨가하고, 이어 상기 TEOS를 10~50ml 첨가하는 것을 특징으로하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (b)
10 to 50 ml of the CTACl is added to 1 L of the mixed solvent, and then 10 to 50 ml of the TEOS is added.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 암모니아수를 첨가하여 pH를 8~10으로 설정하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (b)
Wherein the aqueous ammonia solution is added to adjust the pH to 8-10.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 AIBA를 첨가한 후, 70 ~ 90℃의 온도와 15시간 내지 24시간 범위에서 건조시켜 상기 코어물질인 폴리스타이렌을 합성하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (a), the core material, polystyrene, is synthesized by adding the AIBA and drying at a temperature of 70 to 90 ° C and a range of 15 hours to 24 hours to prepare a mesoporous hollow silica material Way.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 소성 과정은 600℃에서 5시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calcining step is performed at 600 ° C for 5 hours in the step (b).
제1항에 있어서,
상기 아민계 전구체는, 상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 구체 물질의 중량비에 맞춰 첨가하고, 상온에서 1시간 교반하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amine-based precursor is added in accordance with the weight ratio of the mesoporous hollow silica particulate material formed in the step (b), and the mixture is stirred at room temperature for 1 hour.
제9항에 있어서,
상기 교반 후 진공 농축기를 통해 용매를 제거한 뒤, 80 ~ 100℃에서 2시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the solvent is removed through a vacuum concentrator after the stirring, and then dried at 80 to 100 ° C for 2 hours.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 (b) 단계에서 형성된 메조다공성 중공형 실리카 물질은 에탄올의 중량비에 맞춰 첨가되며,
상기 중량비는, 메조다공성 중공형 실리카 물질 : 에탄올 = 1: 100 ~ 150 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c)
The mesoporous hollow silica material formed in the step (b) is added according to the weight ratio of ethanol,
Wherein the weight ratio is in the range of mesoporous hollow silica material: ethanol = 1: 100-150.
제1항에 있어서,
상기 메조다공성 중공형 실리카 물질의 기공구조는 육방구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 메조다공성 중공형 실리카 물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pore structure of the mesoporous hollow silica material forms a hexagonal structure.
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