KR102339455B1 - Hybrid membrane comprising zeolitic imidazolate framework nanoparticles and method of gas separation using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 혼합한 하이브리드 막 및 이를 이용한 기체 분리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 하이브리드 막은 고분자 매트릭스 및 상기 고분자 매트릭스에 분산된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 포함한다.The present invention relates to a hybrid membrane in which nanoparticles having a zeolite imidazolate-based structure are mixed and a gas separation method using the same. The hybrid membrane according to the present invention includes nanoparticles including a polymer matrix and a zeolite imidazolate-based structure dispersed in the polymer matrix.

Description

제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 혼합한 하이브리드 막 및 이를 이용한 기체 분리 방법{HYBRID MEMBRANE COMPRISING ZEOLITIC IMIDAZOLATE FRAMEWORK NANOPARTICLES AND METHOD OF GAS SEPARATION USING THE SAME}Hybrid membrane containing nanoparticles containing a zeolite imidazolate-based structure and a gas separation method using the same

본원은 고분자와 상용성이 향상된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조체(zeolitic imidazolate framework, ZIF) 나노입자를 고분자 매트릭스에 고르게 분산시킨 하이브리드 막 및 상기 하이브리드 막을 이용한 기체 분리 방법에 관한 것이다.The present application relates to a hybrid membrane in which zeolitic imidazolate framework (ZIF) nanoparticles having improved compatibility with a polymer are evenly dispersed in a polymer matrix, and a gas separation method using the hybrid membrane.

금속유기구조체(metal organic frameworks, MOF)는, 금속 원자 또는 금속 클러스터들과 이들을 배위 결합으로 연결해주는 유기 리간드로 구성되는 미세 다공성(microporous) 결정 재료로서, 비교적 새로운 하이브리드 유기-무기 물질이다.Metal organic frameworks (MOFs) are relatively new hybrid organic-inorganic materials as microporous crystalline materials composed of metal atoms or metal clusters and organic ligands connecting them by coordination bonds.

MOF의 기공 크기 및 물리/화학적 성질은, 적절한 금속 원자 및 유기 리간드의 선택에 의해 조절이 가능하다.The pore size and physical/chemical properties of MOFs can be controlled by selection of appropriate metal atoms and organic ligands.

또한, MOF에 추가적인 화학적 반응을 통하여 MOF의 구성요소인 금속 원자 및 유기 리간드를 다른 금속 원자 및 유기 리간드로 치환을 통해서 하이브리드 계열의 MOF 합성이 가능하고 그 치환 정도에 따라서도 기공 크기 및 물리/화학 성질의 추가 조절이 가능하다. MOF의 이러한 특별한 성질 때문에, 가스 저장 및/또는 흡수, 촉매 작용, 및 분리막으로서의 잠재적 응용 가능성을 보여 왔다.In addition, through an additional chemical reaction on the MOF, a hybrid-type MOF can be synthesized by substituting a metal atom and an organic ligand, which are components of the MOF, with another metal atom and an organic ligand, and depending on the degree of substitution, the pore size and physical/chemical Further control of the properties is possible. Because of these special properties of MOFs, they have shown potential applications as gas storage and/or absorption, catalysis, and separation membranes.

특히, 제올라이트-이미다졸레이트 구조체(zeolitic imidazolate frameworks, ZIF)는, 금속유기구조체의 하위 개념으로서, 이미다졸레이트(또는 이미다졸레이트 유도체) 리간드에 연결된 금속 노드(일반적으로 아연 또는 코발트)로 구성된다.In particular, zeolitic imidazolate frameworks (ZIF), as a sub-concept of metalorganic frameworks, consist of metal nodes (usually zinc or cobalt) linked to imidazolate (or imidazolate derivative) ligands. .

USUS 95278729527872 B2B2

본원의 목적은, 고분자와 상용성이 향상된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조체(zeolitic imidazolate framework, ZIF) 나노입자를 고분자 매트릭스에 고르게 분산시킨 하이브리드 막 및 상기 하이브리드 막을 이용한 기체 분리 방법을 제공하는 것이다.An object of the present application is to provide a hybrid membrane in which zeolitic imidazolate framework (ZIF) nanoparticles with improved compatibility with a polymer are evenly dispersed in a polymer matrix, and a gas separation method using the hybrid membrane.

그러나 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 본 발명의 목적은 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스에 분산된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 포함하는 하이브리드 막에 의해 달성된다.An object of the present invention is a polymer matrix; And it is achieved by a hybrid membrane comprising nanoparticles comprising a zeolite imidazolate-based structure dispersed in the polymer matrix.

상기 나노입자는, 금속이온과; 상기 금속이온에 결합되어 있는 유기 리간드를 포함하며, 상기 유기 리간드는 이미다졸레이트계 유기 리간드와 알킬 아민 계열의 유기 리간드를 포함할 수 있다.The nanoparticles, metal ions and; and an organic ligand bound to the metal ion, and the organic ligand may include an imidazolate-based organic ligand and an alkylamine-based organic ligand.

상기 나노입자는, 상기 알킬아민 계열의 유기 리간드의 사용비율에 따라서 결정면의 간격, 결정면의 분포 및 결합강도 중 적어도 어느 하나가 조절되며, 상기 알킬 아민 계열의 유기 리간드는 상기 금속이온과 직접 결합될 수 있다.In the nanoparticles, at least one of the spacing of the crystal planes, the distribution of the crystal planes, and the bonding strength is controlled according to the ratio of the use ratio of the alkylamine-based organic ligand, and the alkylamine-based organic ligand is directly bonded to the metal ion. can

상기 유기 리간드에서 상기 이미다졸레이트계 유기 리간드 대 상기 알킬 아민 계열의 유기 리간드의 비율은 99.9중량%:0.1중량% 내지 80중량% 내지 20중량%일 수 있다.In the organic ligand, a ratio of the imidazolate-based organic ligand to the alkyl amine-based organic ligand may be 99.9 wt%: 0.1 wt% to 80 wt% to 20 wt%.

상기 금속이온이 코발트인 경우 상기 AZIF 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 11.9Å 내지 12.15Å이며, 상기 금속이온이 아연인 경우 상기 AZIF 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 12.0Å 내지 12.25Å일 수 있다.When the metal ion is cobalt, the spacing between the (011) crystal planes of the AZIF nanoparticles is 11.9 Å to 12.15 Å, and when the metal ion is zinc, the (011) crystal plane spacing of the AZIF nanoparticles is 12.0 Å to 12.25 Å can be

상기 나노입자는 100nm 이하의 크기이며, 기공은 0.1nm 내지 1nm일 수 있다.The nanoparticles may have a size of 100 nm or less, and the pores may be 0.1 nm to 1 nm.

상기 나노입자는 TGA 실험에서 400℃ 이내에서 3% 이하의 질량감소를 나타내며, 상기 금속이온이 코발트인 경우 상기 AZIF 나노입자의 Co-N의 IR 피크는 상기 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1 내지 3cm-1 증가하고, 상기 금속이온이 아연인 경우 상기 AZIF 나노입자의 Zn-N의 IR 피크는 상기 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1.5 내지 4cm-1 증가할 수 있다.The nanoparticles exhibit a mass reduction of 3% or less within 400° C. in the TGA experiment, and when the metal ion is cobalt, the IR peak of Co-N of the AZIF nanoparticles is 1 to 1 by the alkylamine-based organic ligand. It increases by 3 cm -1 , and when the metal ion is zinc, the IR peak of Zn-N of the AZIF nanoparticles may increase by 1.5 to 4 cm -1 by the alkylamine-based organic ligand.

상기 막에서 상기 나노입자의 함량은 15중량% 내지 60중량%일 수 있다.The content of the nanoparticles in the film may be 15% to 60% by weight.

상기 막에서 상기 나노입자의 함량은 30중량% 내지 60중량%일 수 있다.The content of the nanoparticles in the film may be 30% to 60% by weight.

상기 막의 두께는 50nm 내지 100μm일 수 있다.The thickness of the film may be 50 nm to 100 μm.

상기 고분자 매트릭스는 폴리이미드, 폴리설폰 (PSF), 폴리이써설폰 (PES), 셀룰로오스 아세테이트 (CA), polydimethylsiloxane (PDMS) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)로 이루어진 군 중에 선택되는 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.The polymer matrix may include any one selected from the group consisting of polyimide, polysulfone (PSF), polyisosulfone (PES), cellulose acetate (CA), polydimethylsiloxane (PDMS), and polyvinyl acetate (PVAc). have.

상기 막은 0.1Å 내지 5Å 의 분자 크기 차이를 갖는 기체들을 서로 분리할 수 있다.The film can separate gases having a molecular size difference of 0.1 Å to 5 Å from each other.

상기 막은 C3H6/C3H8, C2H4/C2H6, CO2/CH4, CO2/CO, CO2/N2, N2/ CH4, 및 n-C4/i-C4(n-butane/iso-butane), H2/CH4, H2/C3H8 및 H2/C3H6으로 이루어진 기체세트의 군에서 선택되는 기체 세트의 혼합 기체를 분리할 수 있다.The membrane is C 3 H 6 /C 3 H 8 , C 2 H 4 /C 2 H 6 , CO 2 /CH 4 , CO 2 /CO, CO 2 /N 2 , N 2 /CH 4 , and nC 4 /iC 4 (n-butane/iso-butane), H 2 /CH 4 , H 2 /C 3 H 8 and H 2 /C 3 H 6 It is possible to separate a mixed gas of a gas set selected from the group consisting of: have.

상기 나노입자의 중심원자가 코발트인 경우, 35℃에서 상기 나노입자의 C3H6에 대한 투과도는 200 내지 400Barrer, C3H6/C3H8선택도는 270 내지 400이며, 상기 나노입자의 중심원자가 아연인 경우, 35℃에서 상기 나노입자의 C3H6에 대한 투과도는 300 내지 600Barrer, C3H6/C3H8선택도는 140 내지 300일 수 있다.When the central atom of the nanoparticles is cobalt, the transmittance of the nanoparticles to C 3 H 6 at 35° C. is 200 to 400 Barrer, and the C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity is 270 to 400, and the nanoparticles When the central atom is zinc, the permeability of the nanoparticles to C 3 H 6 at 35° C. may be 300 to 600 Barrer, and the C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity may be 140 to 300.

상기 나노입자의 중심원자는 아연을 포함하며, 35℃에서 상기 막의 C3H6에 대한 투과도는 40 내지 80 Barrer이며 C3H6/C3H8선택도는 22 내지 40일 수 있다.The central atom of the nanoparticles and zinc, at 35 ℃ transmission rate for the film C 3 H 6 is 40 to 80 Barrer may be a C 3 H 6 / C 3 H 8 selectivity of 22 to 40.

상기 나노입자의 중심원자는 코발트를 포함하며, 35℃에서 상기 막의 C3H6에 대한 투과도는 40 내지 70Barrer 이며 C3H6/C3H8선택도는 33 내지 60일 수 있다.The central atom of the nanoparticle comprises a cobalt, is from 35 ℃ transmission rate for the film C 3 H 6 40 to 70Barrer may be a C 3 H 6 / C 3 H 8 selectivity of 33 to 60.

상기 나노입자의 중심원자는 코발트를 포함하며, 상기 막의 C3H6/C3H8 energetic 선택도는 1,000 내지 10,000일 수 있다.A central atom of the nanoparticles includes cobalt, and the C 3 H 6 /C 3 H 8 energetic selectivity of the film may be 1,000 to 10,000.

상기 본 발명의 목적은 상기 하이브리드 막을 이용하여 두 가지 이상의 기체를 포함하는 혼합 기체로부터 한 가지 이상의 기체를 분리하는 단계를 포함하는 기체 분리 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is achieved by a gas separation method comprising the step of separating one or more gases from a mixed gas including two or more gases using the hybrid membrane.

상기 막에 상기 혼합 기체를 통과시킴으로써, 상기 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이를 이용하여 상기 기체들을 서로 분리할 수 있다.By passing the mixed gas through the membrane, the gases may be separated from each other using a difference in molecular size of the gases included in the mixed gas.

상기 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이는 0.1Å 내지 5Å일 수 있다.The difference in molecular size of the gases included in the mixed gas may be 0.1 Å to 5 Å.

본원에 따른 하이브리드 막은 고분자와 나노입자 간에 상용성이 좋은 계면이 형성되어 있어, 분리하고자 하는 대상 기체에 따른 우수한 분리성능을 달성할 수 있다. 이에 따라, 하이브리드 막은 기존의 고분자 분리막의 분리성능을 향상시킬 수 있고, 특히 H2/CH4, H2/C3H6, H2/C3H8 뿐 아니라, C3H6/C3H8, C2H4/C2H6, CO2/CH4, CO2/CO, CO2/N2, N2/CH4 및 n-C4/i-C4(n-butane/iso-butane) 등과 같은 분리가 난해한 기체분자들을 효과적으로 분리할 수 있다.The hybrid membrane according to the present application has an interface with good compatibility between the polymer and the nanoparticles, so that excellent separation performance can be achieved depending on the target gas to be separated. Accordingly, the hybrid membrane can improve the separation performance of the conventional polymer membrane, in particular H 2 /CH 4 , H 2 /C 3 H 6 , H 2 /C 3 H 8 as well as C 3 H 6 /C 3 H 8 , C 2 H 4 /C 2 H 6 , CO 2 /CH 4 , CO 2 /CO, CO 2 /N 2 , N 2 /CH 4 and n-C4/i-C4 (n-butane/iso- It can effectively separate gas molecules that are difficult to separate, such as butane).

도 1은, 본원의 실시예에 있어서 AZIF-67 입자의 합성과정을 시간에 따른 반응 온도 변화로 표현하고 이때 각 단계에서의 용액의 색깔 및 이때의 입자의 크기변화를 동적 광산란(dynamic light scattering, DLS)분광법으로 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, AZIF-67 나노입자를 다양한 알킬아민을 이용하여 합성하였을 때 나타낼 수 있는 기본구조식이다.
도 3은, 본원의 실시예에 있어서, 나노입자의 구조인 롬빅옥타헤드론의 구조 및 (110) 그리고 (200) 결정면 및 결정면간 간격을 표시한 그림이며 AZIF-67 나노입자를 합성 시 반응 용액에 도입된 Bu3N의 양에 따라 얻어진 AZIF-67 나노입자의 XRD그래프이다.
도 4는, 본원의 실시예에 따라 합성된 다양한 알킬아민이 도입된 AZIF-67의 XRD 그래프이다.
도 5는, 본원의 실시예에 따라 합성된 AZIF-8의 XRD 그래프이다.
도 6은, 본원의 실시예에 따라 합성된 다양한 알킬아민이 도입된 ZIF-67 나노입자와 일반적인 ZIF-67 나노입자의 SEM이미지이다.
도 7은, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-8-Bu3N5와 일반적인 ZIF-8 그리고 AZIF-67-Bu3N5와 일반적인 ZIF-67을 NMP용매에 농도 별로 분산시킨 각 샘플들의 시간에 따른 분산 정도를 나타내는 사진이다.
도 8은, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-67-Bu3N5와 일반적인 ZIF-67을 NMP용매에 농도 별로 분산시킨 후 3일 후, 분산안정성을 보여주는 사진이다.
도 9 는, 본원의 실시예에 있어서, 6FDA-DAM polyimide (PI) 고분자에 AZIF-67과 일반적인 ZIF-67 나노입자를 고농도로 분산시켰을 때 제조된 하이브리드 막 사진이다.
도 10은, 본원의 실시예에 있어서, PSF그리고 PI 계열의 고분자를 포함하는 다양한 고분자에 고농도로 AZIF-67과 AZIF-8 나노입자를 분산시켜 제조된 하이브리드 막 사진이다.
도 11은, 본원의 실시예에 있어서, 다양한 고분자재료에 AZIF-67 나노입자를 분산시켜 제조된 하이브리드 막의 단면을 SEM을 통해서 분석한 이미지이다.
도 12는, 본원의 실시예에 있어서, 다양한 알킬아민이 도입된 AZIF-67 나노입자와 AZIF-8의 TGA 분석결과이다.
도 13은, 본원의 실시예에 있어서, 알킬아민 그룹이 AZIF-67 반응용액에 도입되었을 때 입자들이 뭉쳐져 청크로 만든 것을 현상을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 이미지이다.
도 14는, 본원의 실시예에 따라 합성된 다양한 량 및 종류의 부틸아민이 도입된 AZIF-67 나노입자를 산으로 분해하여 얻은 1H NMR 스펙트라이다.
도 15는, 본원의 실시예에 있어서, 대용량 반응을 통해서 한번에 얻어진 AZIF-67-Bu3N5 나노입자의 사진이다.
도 16은, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-67 나노입자 합성 시 반응에 도입된 트리부틸아민의 양에 따라 수득된 AZIF-67 나노입자를 산으로 분해하여 얻은 1H NMR 스펙트라이다.
도 17은, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-8-Bu3N5 나노입자를 산으로 분해하여 얻은 1H NMR 스펙트라이다.
도 18은, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-67 그리고 AZIF-8 나노입자의 BET 등온 그래프이다.
도 19는, 본원의 실시예에 있어서, AZIF-8 그리고 AZIF-67의 금속과 유기 리간드 간 이온성 결합강도를 분석한 FT-IR 그래프이다.
도 20은, 본원의 실시예에 따라 합성된 AZIF-67 나노입자를 이용해 제조한 하이브리드 막 내 AZIF-67 나노입자의 중량%를 열중량분석을 통해 나타낸 그래프이다.
도 21은, 본원의 실시예에 따라 6FDA-DAM polyimide (PI)고분자 막, 알킬아민이 처리되지 않은 ZIF-67 나노입자를 20wt% 혼합한 하이브리드 막, 그리고 합성된 알킬아민 그룹이 도입된 AZIF-67 나노입자를 20wt% 혼합하여 제조한 하이브리드 막의 온도에 따른 C3H6/C3H8 단일기체 분리성능을 나타낸 그래프이다.
1, in the Example of the present application, the synthesis process of AZIF-67 particles is expressed as a change in reaction temperature with time, and at this time, the color of the solution at each step and the size change of the particles at this time are dynamic light scattering (dynamic light scattering, This is a graph showing the results of analysis by DLS) spectroscopy.
2 is a basic structural formula that can be shown when AZIF-67 nanoparticles are synthesized using various alkylamines.
3 is a diagram showing the structure of rombic octahedron, which is the structure of nanoparticles, and (110) and (200) crystal planes and inter-crystal spacing in the Example of the present application, and the reaction solution when synthesizing AZIF-67 nanoparticles It is an XRD graph of the AZIF-67 nanoparticles obtained according to the amount of Bu3N introduced into the
4 is an XRD graph of AZIF-67 into which various alkylamines synthesized according to the Examples of the present application are introduced.
5 is an XRD graph of AZIF-8 synthesized according to an embodiment of the present application.
6 is a SEM image of ZIF-67 nanoparticles and general ZIF-67 nanoparticles into which various alkylamines synthesized according to the examples of the present application are introduced.
Figure 7, in the embodiment of the present application, AZIF-8-Bu 3 N5 and general ZIF-8 and AZIF-67-Bu 3 N5 and general ZIF-67 according to the concentration of each sample dispersed in the NMP solvent according to time A photograph showing the degree of dispersion.
8 is a photograph showing dispersion stability after 3 days after dispersing AZIF-67-Bu 3 N5 and general ZIF-67 in the NMP solvent for each concentration in the Example of the present application.
9 is a photograph of a hybrid film prepared when AZIF-67 and general ZIF-67 nanoparticles are dispersed in high concentration in 6FDA-DAM polyimide (PI) polymer in Example of the present application.
10 is a photograph of a hybrid membrane prepared by dispersing AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles at high concentrations in various polymers including PSF and PI-based polymers in an example of the present application.
11 is an image analyzed through SEM of a cross-section of a hybrid membrane prepared by dispersing AZIF-67 nanoparticles in various polymer materials in an example of the present application.
12 is a TGA analysis result of AZIF-67 nanoparticles and AZIF-8 introduced with various alkylamines according to an example of the present application.
13 is an image analyzed by a scanning electron microscope (SEM) of a phenomenon in which particles are agglomerated and formed into chunks when an alkylamine group is introduced into the AZIF-67 reaction solution in the Example of the present application.
FIG. 14 is 1 H NMR spectra obtained by decomposing AZIF-67 nanoparticles into which butylamines of various amounts and types were introduced, synthesized according to Examples of the present application, with acid.
15 is a photograph of AZIF-67-Bu 3 N5 nanoparticles obtained at one time through a large-capacity reaction in an example of the present application.
16 is a 1 H NMR spectra obtained by decomposing AZIF-67 nanoparticles with acid according to the amount of tributylamine introduced into the reaction during synthesizing AZIF-67 nanoparticles in an Example of the present application.
17 is a 1 H NMR spectra obtained by decomposing AZIF-8-Bu 3 N5 nanoparticles with an acid according to an example of the present application.
18 is a BET isothermal graph of AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles according to an example of the present application.
19 is an FT-IR graph analyzing the ionic bond strength between metals and organic ligands of AZIF-8 and AZIF-67 in Examples of the present application.
20 is a graph showing the weight % of AZIF-67 nanoparticles in a hybrid membrane prepared using AZIF-67 nanoparticles synthesized according to an example of the present application through thermogravimetric analysis.
21 is a 6FDA-DAM polyimide (PI) polymer film, a hybrid film in which 20 wt% of ZIF-67 nanoparticles not treated with alkylamine are mixed, and AZIF- into which the synthesized alkylamine group is introduced, according to an example of the present application. It is a graph showing the C 3 H 6 /C 3 H 8 single gas separation performance according to the temperature of the hybrid membrane prepared by mixing 20wt% of 67 nanoparticles.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments and examples of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another member interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.As used throughout this specification, the term “step of doing” or “step of” does not mean “step for”.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination(s) of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A or B, or A and B”.

본원 명세서 전체에서, "제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자"는 "ZIF 구조를 갖는 나노입자" 또는 "ZIF 나노입자"로 약칭될 수 있다. 또한 "제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하고 이미다졸레이트계 유기 리간드와 이종의 비 이미다졸레이트계인 알킬 아민 계열의 유기 리간드를 동시에 포함하면서 결정구조에 있어서 제어된 나노입자"는 "AZIF 구조를 갖는 나노입자", "AZIF 나노입자" 또는 경우에 따라 "나노입자"로 약칭될 수 있다.Throughout this specification, “nanoparticles comprising a zeolite imidazolate-based structure” may be abbreviated as “nanoparticles having a ZIF structure” or “ZIF nanoparticles”. In addition, "Nanoparticles having a controlled crystal structure while simultaneously including an imidazolate-based organic ligand and an alkylamine-based organic ligand that is a heterogeneous non-imidazolate-based structure having a zeolite imidazolate-based structure” means “a nanoparticle having an AZIF structure” may be abbreviated as “nanoparticles”, “AZIF nanoparticles” or, where appropriate, “nanoparticles”.

본원 명세서에서 ZIF-67 및 AZIF-67은 금속이온이 코발트인 경우를 나타내며, ZIF-8 및 AZIF-8은 금속이온이 아연인 경우를 나타낸다. 예를 들어, AZIF-67-Bu3N5는 알킬아민으로 3차 부틸 아민을 금속이온 전구체의 5배 몰비로 넣어 제조한 금속이온이 코발트인 AZIF나노입자를 나타낸다. 이외에 다른 AZIF나노입자 표시는 위 예시를 통해 이해될 수 있다.In the present specification, ZIF-67 and AZIF-67 indicate a case in which the metal ion is cobalt, and ZIF-8 and AZIF-8 indicate a case in which the metal ion is zinc. For example, AZIF-67-Bu3N5 represents AZIF nanoparticles in which the metal ion is cobalt, prepared by adding tertiary butylamine as an alkylamine in a molar ratio 5 times that of the metal ion precursor. In addition, the display of other AZIF nanoparticles can be understood through the example above.

이하의 설명에서는 하이브리드 막이 주로 기체의 분리막으로 사용되는 경우를 예시하여 설명하지만, 본원의 하이브리드 막의 용도는 이에 한정되지 않는다.In the following description, a case in which the hybrid membrane is mainly used as a gas separation membrane is exemplified, but the use of the hybrid membrane of the present application is not limited thereto.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments and examples of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 일 구현예에 따른 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 이미다졸레이트계 유기 리간드와 이종의 비 이미다졸레이트계인 알킬 아민계열의 유기 리간드를 동시에 포함하는 AZIF 나노입자는, 이종의 비 이미다졸레이트계인 알킬 아민 종류에 있어서 에틸 아민, 프로필 아민, 부틸 아민, 다이 에틸 아민, 다이 프로필 아민, 다이 부틸 아민, 다이 에틸 아민, 트리 프로필 아민, 트리 부틸 아민 등이 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.AZIF nanoparticles including an imidazolate-based organic ligand including a zeolite imidazolate-based structure and a heterogeneous non-imidazolate-based alkylamine-based organic ligand according to an exemplary embodiment of the present application include, In the rate-based alkyl amine type, there may be ethyl amine, propyl amine, butyl amine, diethyl amine, dipropyl amine, dibutyl amine, diethyl amine, tripropyl amine, tributyl amine, etc., but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 알킬 아민은 1차, 2차 및/또는 3차 아민을 포함하고 다양한 길이에 알킬 체인을 포함한다(도 2). 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 엡틸, 옥틸, 노닐, 데실, 언데실, 도데실, 프로파데실, 부타데실, 펜타데실, 헥사데실, 엡타데실, 옥타데실, 노다데실 중에 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the alkyl amine includes primary, secondary and/or tertiary amines and includes alkyl chains of various lengths (FIG. 2). For example, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, eptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, propadecyl, butadecyl, pentadecyl, hexadecyl, eptadecyl, octadecyl, noda One or more of decyl may be used, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자에서 이미다졸레이트계 유기 리간드와 알킬아민 계열의 유기 리간드의 비율은 99.9 중량% : 0.1 중량% 내지 80 중량% : 20 중량% 일 수 있다(표 1).In one embodiment of the present application, the ratio of the imidazolate-based organic ligand to the alkylamine-based organic ligand in the AZIF nanoparticles may be 99.9 wt%: 0.1 wt% to 80 wt%: 20 wt% (Table 1) .

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자의 결정구조에 있어서 결정면간의 간격이 ZIF 나노입자에 비해 감소하게 된다. 좀 더 구체적으로, AZIF-67 나노입자의 (011) 결정면에 있어서 ZIF-67 나노입자와 비교하였을 때 (011) 면 간 간격이 (D) 12.30Å에서 최대 12.15Å로 약 0.2Å 만큼 감소하였으며(도 3), 그 간격은 트리부틸아민이 도입되는 정도에 따라 조절될 수 있다. 하지만, 합성 시 도입되는 트리부틸아민의 몰비율이 5이상에서 최대로 감소하게 되고 그 이상 도입하여도 결정면 간의 간격은 더 이상 변하지 않았다. 결정면 간의 변화는 금속이온과 유기 리간드 간의 화학적 결합강도 및 유기 리간드 간의 상호작용에너지 및 유기 리간드의 크기로 인한 기울기변화에 의해서 변화할 수 있으며 특정 재료가 고유로 가지게 되는 특성인 결합 물질 간에 기계적 결합강도 영향을 받게 된다. 제 2의 유기 리간드가 도입되었을 때 이러한 결정구조 및 특성의 변화는 결국 AZIF 나노입자의 포어 구조에 영향을 미치게 된다. 하지만, 결정면 간의 간격의 변화 자체가 직접적으로 AZIF 나노입자의 포어구조의 변화에 특정 경향성을 부여하는 것은 아니며 앞서 언급한 금속이온과 유기 리간드와의 화학적 기계적 결합강도 및 유기 리간드의 상호작용 에너지 및 공간적인 조건 하에서 기울기 정도에 따라 포어 구조 및 그 크기가 다르게 변화할 수 있다.In one embodiment of the present application, the spacing between the crystal planes in the crystal structure of the AZIF nanoparticles is reduced compared to the ZIF nanoparticles. More specifically, in the (011) crystal plane of the AZIF-67 nanoparticles, the (011) interplanar spacing was decreased by about 0.2 Å from (D) 12.30 Å to a maximum of 12.15 Å when compared with ZIF-67 nanoparticles ( 3), the interval can be adjusted according to the degree to which tributylamine is introduced. However, the molar ratio of tributylamine introduced during synthesis was reduced to a maximum at 5 or more, and the spacing between crystal planes did not change any more even if introduced more. The change between the crystal planes can be changed by the chemical bond strength between the metal ion and the organic ligand, the interaction energy between the organic ligand and the gradient change due to the size of the organic ligand, and the mechanical bond strength between the bonding materials, which is a characteristic inherent to a specific material. will be affected When the second organic ligand is introduced, such a change in crystal structure and properties will eventually affect the pore structure of the AZIF nanoparticles. However, the change in the spacing between crystal planes does not directly give a specific tendency to the change in the pore structure of AZIF nanoparticles, and the aforementioned chemical mechanical bond strength between metal ions and organic ligands and the interaction energy and space of organic ligands Under normal conditions, the pore structure and its size may change differently depending on the degree of inclination.

AZIF-67에서 AZIF 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 11.9 Å 내지 12.15 Å일 수 있으며, AZIF-8에서 AZIF 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 12.0 Å 내지 12.25 Å일 수 있다.The spacing of the (011) crystal planes of the AZIF nanoparticles in AZIF-67 may be 11.9 Å to 12.15 Å, and the spacing between the (011) crystal planes of the AZIF nanoparticles in AZIF-8 may be 12.0 Å to 12.25 Å.

본원의 일 구현예에 있어서 합성 시 과량의 트리부틸아민을 도입하였을 경우 (011) 결정면 대비 (022) 그리고 (112) 결정면이 좀 더 크게 성장하게 된다 (도 3). 또한 금속 전구체 대비 트리부틸아민의 몰비율이 2에서 5까지 각 결정면들의 비율이 유사하나 몰비율이 10일 경우 (011) 면 대비 (022) 그리고 (112) 결정면이 좀 더 크게 성장하게 된다(도 3). 이러한 현상은 AZIF-67 나노입자에 성장 시 용액에서 알킬아민의 phase가 메탄올만큼 커져서 이때 (011) 결정면과의 상호작용의 극대화로 인하여 AZIF-67 나노입자의 성장이 (022) 그리고 (112) 결정면에서 좀 더 지배적인 성장을 하게 될 수 있다. 이러한 경향은 본원에 일 구현예에 있어서 메탄올과 상용성이 낮은 트리헥실아민을 제2의 유기 리간드로 사용할 경우 금속 전구체 대비 5 몰비율을 사용함에도 불구하고 (022) 그리고 (112)면이 크게 성장하는 것을 통해서 확인할 수 있다(도 4). 반면에 트리부틸아민과 같이 메탄올 용매와 상용성이 좋은 트리에틸아민 그리고 트리프로필아민을 사용할 경우 트리부틸아민을 사용할 때와 유사한 경향을 보이게 된다.In one embodiment of the present application, when an excess of tributylamine is introduced during synthesis, (022) and (112) crystal planes grow larger compared to (011) crystal planes (FIG. 3). In addition, when the molar ratio of tributylamine to the metal precursor is 2 to 5, the ratio of each crystal plane is similar, but when the molar ratio is 10, the (022) and (112) crystal planes grow larger compared to the (011) plane (Fig. 3). This phenomenon is due to the fact that when growing on AZIF-67 nanoparticles, the phase of alkylamine in solution becomes as large as methanol, at this time (011), due to maximization of interaction with the crystal plane, the growth of AZIF-67 nanoparticles is (022) and (112) crystal planes may lead to more dominant growth in In this case, when trihexylamine, which has low compatibility with methanol, is used as the second organic ligand in one embodiment, the (022) and (112) planes grow significantly despite using a 5 molar ratio compared to the metal precursor. It can be confirmed by doing (FIG. 4). On the other hand, when triethylamine and tripropylamine, which have good compatibility with a methanol solvent, such as tributylamine, are used, a tendency similar to that when tributylamine is used is shown.

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF-8 나노입자의 결정구조에 있어서 일반적인 ZIF-8 나노입자와 비교 시 AZIF-67 나노입자와 유사한 경향의 결정특성 변화를 보였다(도 5).In one embodiment of the present application, the crystal structure of the AZIF-8 nanoparticles showed a change in crystal properties similar to that of the AZIF-67 nanoparticles when compared to the general ZIF-8 nanoparticles (FIG. 5).

본원의 일 구현예에 있어서, 나노입자의 크기는 100nm 이하일 수 있고, 5nm 내지 100nm 또는 5nm 내지 50nm일 수 있으나(도 1 및 도 6), 이에 제한되는 것은 아니다. 나노입자의 크기는 상기 금속 전구체의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 혼합 매트릭스 멤브레인(mixed matrix membrane, MMM) 제조에 적합하면서도 높은 가스 분리 성능을 나타낼 수 있는 입자 크기인 100nm 이하일 수 있다. 일반적으로, 입자의 크기가 작을수록 고분자에 접촉되는 비표면적이 증가하여 고분자와의 상용성을 향상시키는데 기여한다. 예를 들어, 상기 나노입자의 크기는 약 100 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 30 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present application, the size of the nanoparticles may be 100 nm or less, 5 nm to 100 nm or 5 nm to 50 nm ( FIGS. 1 and 6 ), but is not limited thereto. The size of the nanoparticles may vary depending on the type of the metal precursor, but may be 100 nm or less, which is a particle size suitable for manufacturing a mixed matrix membrane (MMM) and exhibiting high gas separation performance. In general, as the particle size decreases, the specific surface area in contact with the polymer increases, contributing to improving compatibility with the polymer. For example, the size of the nanoparticles is about 100 nm or less, about 80 nm or less, about 60 nm or less, about 50 nm or less, about 40 nm or less, about 30 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less, about 1 nm to about 100 nm, about 5 nm to about 50 nm, or about 10 nm to about 30 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자는 유기 용매, 특히 양친성 용매에 향상된 분산성을 가질 수 있다(도 7). 유기 용매는 N-메틸 피롤리돈(NMP), 다이메틸포름아마이드 (DMF) 등의 양친성 용매일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the nanoparticles may have improved dispersibility in an organic solvent, particularly an amphiphilic solvent (FIG. 7). The organic solvent may be an amphiphilic solvent such as N-methyl pyrrolidone (NMP) or dimethylformamide (DMF), but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF-67 그리고 AZIF-8 나노입자는 상기 유기 용매에 대하여 약 110 mg/mL의 농도까지 분산될 수 있으나(도 7), 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기 용매에 대한 상기 나노입자의 분산 농도는 약 10 mg/mL 내지 약 110 mg/mL, 약 10 mg/mL 내지 약 90 mg/mL, 약 10 mg/mL 내지 약 70 mg/mL, 약 10 mg/mL 내지 약 50 mg/mL, 약 10 mg/mL 내지 약 30 mg/mL, 약 10 mg/mL 내지 약 20 mg/mL, 약 20 mg/mL 내지 약 100 mg/mL, 약 20 mg/mL 내지 약 80 mg/mL, 약 20 mg/mL 내지 약 60 mg/mL, 약 20 mg/mL 내지 약 40 mg/mL, 약 30 mg/mL 내지 약 100 mg/mL, 약 30 mg/mL 내지 약 80 mg/mL, 약 30 mg/mL 내지 약 60 mg/mL, 또는 약 30 mg/mL 내지 약 40 mg/mL일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분산 농도는 약 110 mg/mL 이상도 가능하나, 뭉침 현상이 발생할 수 있다.In one embodiment of the present application, AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles may be dispersed to a concentration of about 110 mg/mL with respect to the organic solvent ( FIG. 7 ), but is not limited thereto. For example, the dispersion concentration of the nanoparticles in the organic solvent is about 10 mg/mL to about 110 mg/mL, about 10 mg/mL to about 90 mg/mL, about 10 mg/mL to about 70 mg/mL mL, about 10 mg/mL to about 50 mg/mL, about 10 mg/mL to about 30 mg/mL, about 10 mg/mL to about 20 mg/mL, about 20 mg/mL to about 100 mg/mL, about 20 mg/mL to about 80 mg/mL, about 20 mg/mL to about 60 mg/mL, about 20 mg/mL to about 40 mg/mL, about 30 mg/mL to about 100 mg/mL, about 30 mg/mL to about 80 mg/mL, about 30 mg/mL to about 60 mg/mL, or It may be about 30 mg/mL to about 40 mg/mL, but is not limited thereto. The dispersion concentration may be about 110 mg/mL or more, but agglomeration may occur.

본원의 일 구현예에 있어서, 소니케이션을 통하여 NMP에 분산시켰을 때 AZIF-67-Bu3N5 입자 또는 AZIF-8-Bu3N5 입자의 경우 110 mg/mL의 고농도에서도 1분 이하의 수조식 소니케이션 처리에도 분산이 가능하며 바람직하게는 30초 이하에도 고농도 분산이 가능하고 저농도인 10 mg/mL에서는 10초 이하의 시간에서도 분산이 가능한 장점이 있다. 반면에 ZIF-67 그리고 ZIF-8의 경우 AZIF-67 입자 및 AZIF-8 입자와 동일한 시간 동안 수조식 소니케이션을 처리하였을 때 입자들이 분산되지 않는 것을 확인하였으며 10 mg/mL의 저농도임에도 불구하고 완전한 분산이 이루어지지 않고 소니케이션이 멈춤과 동시에 바닥에 침전물이 생기는 것을 확인하였다 (도 7). 도 7에 각 시료의 농도 및 소니케이션 시간이 표시되어 있다.In one embodiment of the present application, when dispersed in NMP through sonication, in the case of AZIF-67-Bu 3 N5 particles or AZIF-8-Bu 3 N5 particles, even at a high concentration of 110 mg/mL, water bath sonication in less than 1 minute Dispersion is possible even in treatment, and preferably, high concentration dispersion is possible even in 30 seconds or less, and at a low concentration of 10 mg/mL, dispersion is possible even in a time of 10 seconds or less. On the other hand, in the case of ZIF-67 and ZIF-8, it was confirmed that particles were not dispersed when water bath sonication was treated for the same time as AZIF-67 particles and AZIF-8 particles, and complete dispersion despite the low concentration of 10 mg/mL This was not done, and it was confirmed that the sonication was stopped and a sediment was formed on the floor at the same time (FIG. 7). 7 shows the concentration and sonication time of each sample.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 AZIF-67-Bu3N5 그리고 AZIF-8-Bu3N5 나노입자는 상기 유기 용매에 대하여 장기 분산 안정성을 보이고 그 기간은 3일 또는 7일 일 수 있으나(도 8), 이에 제한되는 것은 아니다. 도 8은 도 7의 실험샘플을 3일 동안 방치한 상태의 사진이다. 좀 더 구체적으로 AZIF-67-Bu3N5 그리고 AZIF-8-Bu3N5 나노입자의 경우 40 초의 수조식 소니케이션 처리 이후 110 mg/mL의 고 농도 분산에도 불구하고 3일 이후에도 그 분산성을 유지하고 침전물이 발생하지 않은 반면 ZIF-67과 ZIF-8의 경우 20분의 수조식 소니케이션 처리 이후 3일 뒤 10 mg/mL의 저농도에서도 거의 모든 입자가 침전되는 현상이 발견되었다. 이를 통하여 개발된 AZIF-67과 AZIF-8 나노입자의 장기분산 안정성을 확인할 수 있었다(도 8).In one embodiment of the present application, the AZIF-67-Bu 3 N5 and AZIF-8-Bu 3 N5 nanoparticles show long-term dispersion stability in the organic solvent and the period may be 3 days or 7 days (Fig. 8), but is not limited thereto. 8 is a photograph of a state in which the experimental sample of FIG. 7 was left for 3 days. More specifically, in the case of AZIF-67-Bu 3 N5 and AZIF-8-Bu 3 N5 nanoparticles, their dispersibility was maintained even after 3 days despite high concentration dispersion of 110 mg/mL after 40 seconds of water bath sonication treatment. On the other hand, in the case of ZIF-67 and ZIF-8, almost all particles were found to be precipitated even at a low concentration of 10 mg/mL 3 days after the 20-minute water bath sonication treatment. Through this, it was possible to confirm the long-term dispersion stability of the developed AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles (FIG. 8).

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자의 기공 크기는 약 1 nm 이하 또는 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자의 기공 크기는 약 0.1 nm 내지 약 1 nm, 약 0.1 nm 내지 약 0.9 nm, 약 0.1 nm 내지 약 0.8 nm, 약 0.1 nm 내지 약 0.7 nm, 약 0.1 nm 내지 약 0.6 nm, 약 0.1 nm 내지 약 0.5 nm, 약 0.2 nm 내지 약 1 nm, 약 0.2 nm 내지 약 0.9 nm, 약 0.2 nm 내지 약 0.8 nm, 약 0.2 nm 내지 약 0.7 nm, 약 0.2 nm 내지 약 0.6 nm, 또는 약 0.2 nm 내지 약 0.5 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the pore size of the AZIF nanoparticles may be about 1 nm or less or less. For example, the pore size of the nanoparticles including the zeolite imidazolate-based structure is about 0.1 nm to about 1 nm, about 0.1 nm to about 0.9 nm, about 0.1 nm to about 0.8 nm, about 0.1 nm to about 0.7 nm, about 0.1 nm to about 0.6 nm, about 0.1 nm to about 0.5 nm, about 0.2 nm to about 1 nm, about 0.2 nm to about 0.9 nm, about 0.2 nm to about 0.8 nm, about 0.2 nm to about 0.7 nm, It may be about 0.2 nm to about 0.6 nm, or about 0.2 nm to about 0.5 nm, but is not limited thereto.

XRD 분석을 기반으로 ZIF-7은 0.29 nm, ZIF-67은 0.33 nm, ZIF-8은 0.34 nm의 기공크기를 가지는 것으로 알려져 있으나, 본원의 구현예들에 의하여, 금속 및 리간드의 종류를 치환함으로써 다양한 기공 크기 조절이 가능하다. Based on XRD analysis, it is known that ZIF-7 has a pore size of 0.29 nm, ZIF-67 has a pore size of 0.33 nm, and ZIF-8 has a pore size of 0.34 nm. Various pore sizes can be adjusted.

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF-67 및/또는 AZIF-8 나노입자를 고분자 매트릭스에 고농도로 분산시킨 하이브리드 막(복합체 필름, 복합체 막, 하이브리드 필름, 분리막)을 제공한다.(도 9 및 도 10).In one embodiment of the present application, a hybrid membrane (composite film, composite membrane, hybrid film, separator) in which AZIF-67 and/or AZIF-8 nanoparticles are dispersed in a high concentration in a polymer matrix is provided. (FIGS. 9 and FIG. 10).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막에 있어서 고분자 매트릭스에 분산된 AZIF 나노입자의 함량은, 분리막의 전체 중량을 기준으로 약 15% 중량%, 약 20중량% 또는 30 중량% 이상일 수 있다(도 9). 예를 들어, AZIF 나노입자의 함량은, 분리막의 전체 중량을 기준으로 15중량%, 20중량%, 30중량%, 40중량% 또는 50중량% 이상일 수 있다. 함량의 상한은, 이에 제한되지는 않으나 60중량%, 70중량% 또는 80중량%일 수 있다. 반면에 ZIF-67 그리고 ZIF-8의 경우 30중량% 도입에도 불균일한 필름이 제조되고 그 이상인 40 중량%에서는 하이브리드 막이 만들어지지 않았다.In one embodiment of the present application, the content of AZIF nanoparticles dispersed in the polymer matrix in the hybrid membrane may be about 15% by weight, about 20% by weight, or 30% by weight or more based on the total weight of the separator ( Fig. 9). For example, the content of the AZIF nanoparticles may be 15% by weight, 20% by weight, 30% by weight, 40% by weight, or 50% by weight or more based on the total weight of the separator. The upper limit of the content may be, but is not limited to, 60% by weight, 70% by weight or 80% by weight. On the other hand, in the case of ZIF-67 and ZIF-8, a non-uniform film was produced even when 30 wt% was introduced, and a hybrid film was not formed at 40 wt% or more.

본원의 일 구현예에 있어서, 하이브리드 막은 flexible한 특성을 가지고 있다(도 9). 예를 들어, 40 중량%의 AZIF-67를 포함하는 하이브리드 막은 원래의 형태에 변형없이 접히는 특성을 보인다. 반면에 ZIF-67의 경우 40 중량%가 포함된 하이브리드 막의 경우 쉽게 부서지는 현상을 보였다.In one embodiment of the present application, the hybrid membrane has flexible properties (FIG. 9). For example, a hybrid membrane containing 40% by weight of AZIF-67 exhibits folding properties without deformation to its original shape. On the other hand, in the case of ZIF-67, in the case of a hybrid membrane containing 40 wt%, it was easily broken.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막에 있어서 도입된 AZIF-67 및 AZIF-8의 경우 나노입자는 폴리이미드계열의 고분자 매트릭스 뿐만 아니라 다양한 엔지니어링 고분자 재료에서도 AZIF 나노입자가 고농도로 도입된 하이브리드 막화가 가능하다(도 10). 예를 들어 폴리설폰 고분자재료에 있어서도 40중량%의 AZIF 나노입자가 도입되었을 때 하이브리드 막 제조가 가능하고 이 역시도 flexible한 특성을 보였다(도 10).In one embodiment of the present application, in the case of AZIF-67 and AZIF-8 introduced in the hybrid membrane, the nanoparticles are a hybrid membrane in which AZIF nanoparticles are introduced at a high concentration not only in a polyimide-based polymer matrix but also in various engineering polymer materials. painting is possible (FIG. 10). For example, in the case of polysulfone polymer material, when 40 wt% of AZIF nanoparticles were introduced, a hybrid membrane could be prepared, which also showed flexible properties (FIG. 10).

본원의 하이브리드 막에 사용되는 고분자는 일반적인 유리질 또는 고무질 재질을 사용할 수 있다. 구체적으로, 폴리이미드, 폴리설폰 (PSF), 폴리이써설폰 (PES), 셀룰로오스 아세테이트 (CA), polydimethylsiloxane (PDMS) 및 polyvinyl acetate (PVAc) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 고분자는 polymer of intrinsic microporosity (고유 미세 다공성 중합체)를 사용할 수도 있다.As the polymer used in the hybrid membrane of the present application, a general glassy or rubbery material may be used. Specifically, at least one of polyimide, polysulfone (PSF), polyisosulfone (PES), cellulose acetate (CA), polydimethylsiloxane (PDMS), and polyvinyl acetate (PVAc) may be used, but is not limited thereto. Polymers may also use a polymer of intrinsic microporosity.

본원의 일 구현예에 있어서, 하이브리드 막에 도입된 AZIF 나노입자는 고농도에서도 고분자 내부에서 균일한 분산이 가능하다. 예를 들어, 40중량%의 AZIF 나노입자가 도입된 하이브리드 막의 경우에도 필름 표면의 상 분리 현상이 없이 균일한 표면을 가지며(도 9 및 도 10), 막의 단면에서도 AZIF 나노입자가 다양한 고분자 종류에서도 균일하게 분산이 된다 (도 11). 반면에 일반적인 ZIF-67 나노입자의 경우 30중량%가 도입되었을 때 입자끼리 뭉치는 현상을 발견하였다.In one embodiment of the present application, the AZIF nanoparticles introduced into the hybrid membrane can be uniformly dispersed in the polymer even at a high concentration. For example, even in the case of a hybrid membrane in which 40 wt% of AZIF nanoparticles are introduced, it has a uniform surface without phase separation on the film surface ( FIGS. 9 and 10 ). It becomes uniformly dispersed (FIG. 11). On the other hand, in the case of general ZIF-67 nanoparticles, when 30 wt% was introduced, it was found that the particles agglomerate.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막에 도입된 AZIF 나노입자는 폴리이미드계 고분자 재료를 포함하는 다양한 엔지니어링 고분자재료와 높은 계면 접착성(또는 상용성)을 가진다 (도 11). 예를 들어, 6FDA-DAM, Ultem®, Matrimid 5218®, 그리고 PSF 등의 고분자 재료와 좋은 계면 접착성을 보이나, 이에 한정하는 것은 아니다. 반면에 ZIF 나노입자의 경우 입자들끼리의 뭉침현상에 의한 cluster들이 형성되고 고분자와의 계면에 void가 형성됨을 발견하였다 (도 11).In one embodiment of the present application, the AZIF nanoparticles introduced into the hybrid membrane have high interfacial adhesion (or compatibility) with various engineering polymer materials including polyimide-based polymer materials ( FIG. 11 ). For example, 6FDA-DAM, Ultem ® , Matrimid 5218 ® , and shows good interfacial adhesion with polymer materials such as PSF, but is not limited thereto. On the other hand, in the case of ZIF nanoparticles, it was found that clusters were formed due to aggregation of particles and voids were formed at the interface with the polymer (FIG. 11).

본원에 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자를 고분자 매트릭스에 고농도로 분산시켜 제조된 하이브리드 막의 두께는 50nm 이상이거나, 100nm 이상일 수 있다. 두께의 상한은, 이에 한정되지 않으나, 10μm, 50μm, 100μm, 200μm 또는 500μm 일 수 있다. 복합체필름 프리스텐딩 필름의 경우 10μm 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment herein, the thickness of the hybrid film prepared by dispersing AZIF nanoparticles in a high concentration in a polymer matrix may be 50 nm or more, or 100 nm or more. The upper limit of the thickness is not limited thereto, but may be 10 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, or 500 μm. In the case of a composite film pre-standing film, it may be 10 μm or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 하이브리드 막은 분리막으로 사용되어 두 가지 이상의 기체를 포함하는 혼합 기체로부터 한 가지 이상의 기체를 분리할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 막에 상기 혼합 기체를 통과시킴으로써, 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이를 이용하여 상기 기체들을 서로 분리하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hybrid membrane may be used as a separation membrane to separate one or more gases from a mixed gas including two or more gases. For example, by passing the mixed gas through the hybrid membrane, the gases may be separated from each other using a difference in molecular size of gases included in the mixed gas.

본원의 일 구현예에 있어서, 하이브리드 막은 나노입자로서 AZIF 나노입자만을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, AZIF 나노입자와 ZIF 나노입자를 혼합하여 사용할 수 있으며, AZIF 나노입자를 2가지 종류 이상 사용할 수도 있다.In one embodiment of the present application, the hybrid film may be formed using only AZIF nanoparticles as nanoparticles, but is not limited thereto. For example, AZIF nanoparticles and ZIF nanoparticles may be mixed and used, and two or more types of AZIF nanoparticles may be used.

본원의 일 구현예에 있어서, 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이는 약 0.1Å 내지 약 5Å 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the difference in molecular size of the gases included in the mixed gas may be about 0.1 Å to about 5 Å, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혼합 기체는 H2/CH4, H2/C3H6, H2/C3H8 뿐 아니라, C3H6/C3H8, C2H4/C2H6, CO2/CH4, CO2/CO, CO2/N2, N2/CH4 및 n-C4/i-C4(n-butane/iso-butane)로 이루어진 기체 세트의 군에서 선택되는 기체 세트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the mixed gas is H 2 /CH 4 , H 2 /C 3 H 6 , H 2 /C 3 H 8 as well as C 3 H 6 /C 3 H 8 , C 2 H 4 of the gas set consisting of /C 2 H 6 , CO 2 /CH 4 , CO 2 /CO, CO 2 /N 2 , N 2 /CH 4 and n-C4/i-C4 (n-butane/iso-butane). It may include a gas set selected from the group, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막에 포함된 AZIF 나노입자는 H2/CH4, H2/C3H6, H2/C3H8 뿐 아니라, C3H6/C3H8, C2H4/C2H6, CO2/CH4, CO2/CO, CO2/N2, N2/CH4 및 n-C4/i-C4(n-butane/iso-butane)의 기체 세트 내에서 향상된 분리 선택도를 갖는다.In one embodiment of the present application, the AZIF nanoparticles included in the hybrid membrane are H 2 /CH 4 , H 2 /C 3 H 6 , H 2 /C 3 H 8 as well as C 3 H 6 /C 3 H 8 , C 2 H 4 /C 2 H 6 , CO 2 /CH 4 , CO 2 /CO, CO 2 /N 2 , N 2 /CH 4 and n-C4/i-C4 (n-butane/iso-butane ) has improved separation selectivity within the gas set of

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자는 C3H6/C3H8 가스에 대한 향상된 C3H6 투과도 및 C3H6/C3H8 선택도를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the AZIF nanoparticles may have improved C 3 H 6 permeability and C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity for C 3 H 6 /C 3 H 8 gas, but limited thereto it is not going to be

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막은 상기 C3H6 가스에 대한 투과도가 약 1 Barrer이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 하이브리드 막은 상기 C3H6 가스에 대한 투과도가 약 1 Barrer이상, 약 10 Barrer이상, 약 20 Barrer이상, 약 30 Barrer이상, 약 40 Barrer이상, 또는 약 50 Barrer이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the hybrid membrane may have a transmittance of about 1 Barrer or more to the C 3 H 6 gas, but is not limited thereto. For example, the hybrid membrane may have a permeability of about 1 Barrer or more, about 10 Barrer or more, about 20 Barrer or more, about 30 Barrer or more, about 40 Barrer or more, or about 50 Barrer or more, for the C 3 H 6 gas, However, the present invention is not limited thereto.

본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막은 상기 C3H6 가스에 대한 투과도가 약 10 Barrer 내지 약 100 Barrer일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 하이브리드 막은 상기 C3H6 가스에 대한 투과도가 약 10 Barrer내지 약 100 Barrer, 약 10 Barrer내지 약 80 Barrer, 약 10 Barrer내지 약 60 Barrer, 약 10 Barrer내지 약 40 Barrer, 약 10 Barrer내지 약 20 Barrer, 약 30 Barrer내지 약 100 Barrer, 약 50 Barrer 내지 약 100 Barrer, 약 70 Barrer 내지 약 100 Barrer, 또는 약 90 Barrer 내지 약 100 Barrer일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present application, the hybrid membrane may have a permeability of about 10 Barrer to about 100 Barrer for the C 3 H 6 gas, but is not limited thereto. For example, the hybrid membrane is the C 3 H 6 The gas permeability is about 10 Barrer to about 100 Barrer, about 10 Barrer to about 80 Barrer, about 10 Barrer to about 60 Barrer, about 10 Barrer to about 40 Barrer, about 10 Barrer to about 20 Barrer, about 30 Barrer to about 100 Barrer, about 50 Barrer to about 100 Barrer, about 70 Barrer to about 100 Barrer, or about 90 Barrer to about 100 Barrer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막은 C3H6/C3H8 가스에 대한 선택도가 약 1 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 하이브리드 막은 C3H6/C3H8 가스에 대한 선택도가 약 1 이상, 약 10 이상, 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 또는 약 50 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the hybrid film may have a selectivity of about 1 or more to the C 3 H 6 /C 3 H 8 gas, but is not limited thereto. For example, the hybrid membrane may have a selectivity for C 3 H 6 /C 3 H 8 gas of about 1 or more, about 10 or more, about 20 or more, about 30 or more, about 40 or more, or about 50 or more, It is not limited.

본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 막은 C3H6/C3H8 가스에 대한 분리 선택도가 약 10 내지 약 100일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 하이브리드 막은 C3H6/C3H8 가스에 대한 분리 선택도가 약 10 내지 약 100, 약 10 내지 약 80, 약 10 내지 약 60, 약 10 내지 약 40, 약 10 내지 약 20, 약 30 내지 약 100, 약 50 내지 약 100, 약 70 내지 약 100, 또는 약 90 내지 약 100일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present application, the hybrid membrane may have a separation selectivity for C 3 H 6 /C 3 H 8 gas of about 10 to about 100, but is not limited thereto. For example, the hybrid membrane may have a separation selectivity for C 3 H 6 /C 3 H 8 gas of about 10 to about 100, about 10 to about 80, about 10 to about 60, about 10 to about 40, about 10 to about 20, about 30 to about 100, about 50 to about 100, about 70 to about 100, or about 90 to about 100, but is not limited thereto.

AZIF-67 나노입자는 35℃에서 C3H8에 대한 투과도가 200 내지 400Barrer, C3H6/C3H8 선택도는 270 내지 400일 수 있다. AZIF-8 나노입자는, 35℃에서 C3H8에 대한 투과도는 300 내지 600Barrer, C3H6/C3H8선택도는 140 내지 300일 수 있다.AZIF-67 nanoparticles may have a transmittance of 200 to 400 Barrer for C 3 H 8 at 35° C., and a selectivity of C 3 H 6 /C 3 H 8 of 270 to 400. AZIF-8 nanoparticles may have a transmittance of 300 to 600 Barrer for C 3 H 8 at 35° C., and a selectivity of C 3 H 6 /C 3 H 8 of 140 to 300.

AZIF-8 나노입자를 포함하는 하이브리드 막은 35℃에서 C3H8에 대한 투과도는 40 내지 50, 40 내지 80 또는 70 내지 80Barrer이며 C3H6/C3H8 선택도는 22 내지 30, 22 내지 40 또는 30 내지 40일 수 있다. 특히 AZIF-8 나노입자를 40중량% 또는 그 이상 포함할 경우 C3H8에 대한 투과도는 70 내지 80Barrer이며 C3H6/C3H8 선택도는 30 내지 40일 수 있다.The hybrid membrane containing AZIF-8 nanoparticles has a transmittance of 40 to 50, 40 to 80, or 70 to 80 Barrer for C 3 H 8 at 35° C. and a selectivity of C 3 H 6 /C 3 H 8 of 22 to 30, 22 to 40 or 30 to 40. In particular, when 40 wt% or more of AZIF-8 nanoparticles are included , the transmittance for C 3 H 8 is 70 to 80 Barrer, and C 3 H 6 /C 3 H 8 The selectivity may be between 30 and 40.

AZIF-67 나노입자를 포함하는 하이브리드 막은 35℃에서 C3H8에 대한 투과도는 40 내지 50, 40 내지 70 또는 60 내지 80Barrer이며 C3H6/C3H8 선택도는 33 내지 40, 33 내지 60 또는 50 내지 60일 수 있다. 특히 AZIF-67 나노입자를 40중량C3H6/C3H8 선택도는 50 내지 60일 수 있다.The hybrid membrane containing AZIF-67 nanoparticles has a transmittance of 40 to 50, 40 to 70, or 60 to 80 Barrer for C 3 H 8 at 35° C., and C 3 H 6 /C 3 H 8 The selectivity may be from 33 to 40, from 33 to 60 or from 50 to 60. In particular, the selectivity of AZIF-67 nanoparticles by 40 weight C 3 H 6 /C 3 H 8 may be 50 to 60.

AZIF-67 나노입자를 포함하는 하이브리드 막의 C3H6/C3H8 energetic 선택도는 1,000 내지 5,000 또는 1,000 내지 10,000일 수 있다. The C 3 H 6 /C 3 H 8 energetic selectivity of the hybrid membrane including the AZIF-67 nanoparticles may be 1,000 to 5,000 or 1,000 to 10,000.

본원의 일 구현예에 있어서, AZIF 나노입자는 높은 고순도의 특성을 가지고 있다. 순도는 99%이상 또는 99.5%이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 불순물일 수 있는 미반응물인 유기 리간드의 경우 저온에서 분해가 되며 반면에 AZIF 나노입자는 약 400℃까지 열적으로 안정하다 (도 12). AZIF 나노입자와 ZIF 나노입자의 TGA 그래프를 비교하였을 때 AZIF의 경우 400℃가 넘는 고온에서까지 무게변화가 없으나 일반적인 ZIF-67 그리고 ZIF-8의 경우 300℃ 아래에서부터 무게변화가 생기고 특히 ZIF-8의 경우는 유기 리간드의 분해온도인 약 180℃에서부터 무게변화가 생기는 것을 통해서 개발된 AZIF-67과 AZIF-8이 상대적으로 높은 순도를 가지는 것을 확인하였다 (도 12).In one embodiment of the present application, the AZIF nanoparticles have a characteristic of high purity. The purity may be 99% or more or 99.5% or more, but is not limited thereto. For example, in the case of an unreacted organic ligand that may be an impurity, it is decomposed at a low temperature, whereas AZIF nanoparticles are thermally stable up to about 400°C (FIG. 12). Comparing the TGA graphs of AZIF nanoparticles and ZIF nanoparticles, AZIF does not show any weight change at high temperatures over 400℃, but in general ZIF-67 and ZIF-8, the weight changes from below 300℃, especially for ZIF-8. In the case of AZIF-67 and AZIF-8, it was confirmed that the developed AZIF-67 and AZIF-8 had relatively high purity through the change in weight from about 180°C, which is the decomposition temperature of the organic ligand (FIG. 12).

AZIF 나노입자는 본원의 TGA 실험조건에서 400℃에서 3% 이하의 질량감소, 구체적으로는 0.01% 내지 3%, 0.01% 내지 2% 또는 0.1% 내지 2%의 질량감소를 나타낼 수 있다.AZIF nanoparticles may exhibit a mass reduction of 3% or less at 400° C. under the TGA experimental conditions of the present application, specifically, a mass reduction of 0.01% to 3%, 0.01% to 2%, or 0.1% to 2%.

본원의 제 2 측면은, AZIF 나노입자의 제조 방법으로서, 금속 전구체, 이미다졸계 리간드 화합물과 제 1 극성 용매를 포함하는 전구체 용액을 교반 하에서 가열하고, 교반 하에서 가열되는 상기 전구체 용액에 유기계 염기 용액을 첨가하여 상기 결정 구조가 조절된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 마이크로 크기의 청크(chunk)를 포함하는 현탁액을 수득하고, 교반 하에서 가열되는 상기 현탁액에 제2 극성 용매를 추가하여 상기 현탁액을 희석시키고, 상기 희석된 현탁액을 필터하여 상기 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 수득하는 것을 포함하는, AZIF 나노입자의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present application is a method for producing AZIF nanoparticles, wherein a precursor solution including a metal precursor, an imidazole-based ligand compound and a first polar solvent is heated under stirring, and an organic base solution is added to the precursor solution heated under stirring was added to obtain a suspension containing micro-sized chunks containing a zeolite imidazolate-based structure whose crystal structure was controlled, and a second polar solvent was added to the suspension heated under stirring to prepare the suspension. It provides a method for producing AZIF nanoparticles, comprising diluting and filtering the diluted suspension to obtain nanoparticles comprising the zeolite imidazolate-based structure.

본원의 일 구현예에 따른 AZIF 나노입자를 제조하기 위해, 먼저, 금속 전구체, 이미다졸계 리간드 화합물과 제 1 극성 용매를 포함하는 전구체 용액을 교반 하에서 가열한다.In order to prepare AZIF nanoparticles according to an embodiment of the present application, first, a precursor solution including a metal precursor, an imidazole-based ligand compound, and a first polar solvent is heated under stirring.

본원의 일 구현예에 따른 AZIF 나노입자의 제조 방법은, ZIF 입자 합성법과 달리 상기 금속 전구체와 상기 이미다졸계 리간드 화합물을 동시에 넣어 함께 용해시키거나, 상기 금속 전구체와 상기 이미다졸계 리간드 화합물을 별도로 용해시킨 후 혼합하는 것을 포함한다.In the method for producing AZIF nanoparticles according to an embodiment of the present application, unlike the ZIF particle synthesis method, the metal precursor and the imidazole-based ligand compound are simultaneously put and dissolved together, or the metal precursor and the imidazole-based ligand compound are separately prepared. It involves mixing after dissolving.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 전구체는 아세테이트계 금속 염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 전구체는 코발트(Co) 아세테이트 테트라하이드레이트 금속 염, 징크(Zn) 아세테이트 다이하이드레이트 금속 염 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the metal precursor may include an acetate-based metal salt, but is not limited thereto. For example, the metal precursor may include, but is not limited to, cobalt (Co) acetate tetrahydrate metal salt, zinc (Zn) acetate dihydrate metal salt, and the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 금속 전구체는 Co, Zn, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 아세테이트염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the metal precursor is Co, Zn, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd , Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg and at least one metal selected from the group consisting of Uub It may include an acetate salt, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이미다졸계 리간드 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 이미다졸계 화합물에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:In one embodiment of the present application, the imidazole-based ligand compound may include one or more selected from imidazole-based compounds represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2, but is not limited thereto:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019106285499-pat00001
;
Figure 112019106285499-pat00001
;

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019106285499-pat00002
;
Figure 112019106285499-pat00002
;

상기 화학식 1 및 화학식 2 각각에 있어서,In each of Formula 1 and Formula 2,

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, 및 R8 는 각각 독립적으로 H, C1 내지 C10 선형 또는 분지형 알킬기, 할로겐, 하이드록시, 시아노, 니트로 또는 알데히드기이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are each independently H, a C1 to C10 linear or branched alkyl group, halogen, hydroxy, cyano, nitro or aldehyde group ego,

상기 A1, A2, A3, 및 A4 는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, 단, 상기 R5, R6, R7, 및 R8는 상기 A1 와 A4가 C일때만 존재함.A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are each independently C or N, provided that R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are present only when A 1 and A 4 are C .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 전구체와 상기 이미다졸계 리간드 화합물의 몰비는 약 1:1 내지 약 1:10일 수 있고, 1:2 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 전구체와 상기 이미다졸계 리간드 화합물의 몰비는 약 1:1 내지 약 1:10, 약 1:1 내지 약 1:8, 약 1:1 내지 약 1:6, 약 1:1 내지 약 1:4, 약 1:1 내지 약 1:2, 약 1:2 내지 약 1:10, 약 1:2 내지 약 1:8, 약 1:2 내지 약 1:6, 약 1:2 내지 약 1:4, 또는 약 1:1 내지 약 1:2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the molar ratio of the metal precursor and the imidazole-based ligand compound may be from about 1:1 to about 1:10, and may be 1:2, but is not limited thereto. For example, the molar ratio of the metal precursor and the imidazole-based ligand compound is about 1:1 to about 1:10, about 1:1 to about 1:8, about 1:1 to about 1:6, about 1: 1 to about 1:4, about 1:1 to about 1:2, about 1:2 to about 1:10, about 1:2 to about 1:8, about 1:2 to about 1:6, about 1: 2 to about 1:4, or about 1:1 to about 1:2, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 제 1 극성 용매는 알코올, 에틸렌글라이콜, 물, 다이메틸포름아마이드, 다이메틸설폭사이드, 아세트나이트릴 및 다이메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 단, 제 1 극성 용매로서, 염기도가 높아 사용된 리간드에 탈수소화반응을 일으킬 수 있는 용매는 사용될 수 없다.In one embodiment of the present application, the first polar solvent comprises at least one selected from the group consisting of alcohol, ethylene glycol, water, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile and dimethylacetamide. may be, but is not limited thereto. However, as the first polar solvent, a solvent capable of causing a dehydrogenation reaction to the ligand used due to its high basicity cannot be used.

본원의 일 구현예에 있어서, 전구체 용액 중 금속 전구체의 농도는 약 0.01 M 내지 약 0.4 M일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전구체 용액 중 상기 금속 전구체의 농도는 약 0.01 M 내지 약 0.4 M, 약 0.01 M 내지 약 0.3 M, 약 0.01 M 내지 약 0.2 M, 약 0.01 M 내지 약 0.1 M, 약 0.01 M 내지 약 0.05 M, 약 0.05 M 내지 약 0.4 M, 약 0.08 M 내지 약 0.4 M, 약 0.08 M 내지 약 0.3 M, 약 0.08 M 내지 약 0.2 M, 약 0.1 M 내지 약 0.4 M, 약 0.1 M 내지 약 0.3 M, 또는 약 0.1 M 내지 약 0.2 M일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the concentration of the metal precursor in the precursor solution may be about 0.01 M to about 0.4 M, but is not limited thereto. For example, the concentration of the metal precursor in the precursor solution is from about 0.01 M to about 0.4 M, from about 0.01 M to about 0.3 M, from about 0.01 M to about 0.2 M, from about 0.01 M to about 0.1 M, from about 0.01 M to about 0.05 M, about 0.05 M to about 0.4 M, about 0.08 M to about 0.4 M, about 0.08 M to about 0.3 M, about 0.08 M to about 0.2 M, about 0.1 M to about 0.4 M, about 0.1 M to about 0.3 M, or about 0.1 M to about 0.2 M, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전구체 용액의 가열 온도는 약 30℃ 내지 약 90℃의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전구체 용액의 가열 온도는 약 30℃ 내지 약 80℃, 약 30℃ 내지 약 70℃, 약 30℃ 내지 약 65℃, 약 30℃ 내지 약 60℃, 또는 약 30℃ 내지 약 50℃ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the heating temperature of the precursor solution may be in the range of about 30 °C to about 90 °C, but is not limited thereto. For example, the heating temperature of the precursor solution may be from about 30°C to about 80°C, from about 30°C to about 70°C, from about 30°C to about 65°C, from about 30°C to about 60°C, or from about 30°C to about 50°C. ℃ may be, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전구체 용액의 가열 온도는 등온으로 유지되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전구체 용액은 투명한 상태의 용액으로서, 결정성 ZIF 입자가 형성되지 않은 상태일 수 있다. 이때, 상기 금속 전구체의 금속(M) 염 중 하나와 상기 이미다졸계 리간드 화합물의 리간드(L)가 결합된 상태로 존재하며, 하기 화학식 4와 같은 구조를 가진다. 하기 화학식 4에 나타낸 바와 같이, 기본구조는 L-M-L이고, 상기 리간드의 아민은 탈수소화가 거의 진행되지 않은 상태로서, 한 개 이상의 금속 이온과는 결합이 어려운 상태이다. 그러나 이미다졸계 리간드 화합물의 아민이 탈수소화가 진행되어 ZIF 나노입자를 형성하였다고 해도 그 크기가 결정성 물질이라고는 정의할 수 없을 정도로 작은 단위의 전구체 집합체이다. 상기 가열 온도가 등온이 아니면 수득된 ZIF 입자의 구성요소에 차이가 생기게 되며, 입자 크기의 균일성이 저하되고, 이에 따라 상기 전구체 용액에서 석출물이 발견되거나 불투명한 상태가 되는데, 이는 환원 금속이 발생했거나, 이미 ZIF 입자가 생성된 것으로서, 최종 단계에서 수득되는 AZIF 나노입자의 크기 및 조성 등에서 차이가 생기게 된다.In one embodiment of the present application, the heating temperature of the precursor solution may be maintained isothermal, but is not limited thereto. The precursor solution is a solution in a transparent state, and may be in a state in which crystalline ZIF particles are not formed. In this case, one of the metal (M) salts of the metal precursor and the ligand (L) of the imidazole-based ligand compound are present in a bonded state, and have a structure as shown in Chemical Formula 4 below. As shown in Chemical Formula 4 below, the basic structure is L-M-L, and the amine of the ligand is in a state in which dehydrogenation is hardly progressed, and binding to one or more metal ions is difficult. However, even if the amine of the imidazole-based ligand compound is dehydrogenated to form ZIF nanoparticles, it is a precursor aggregate whose size is so small that it cannot be defined as a crystalline material. If the heating temperature is not isothermal, there is a difference in the components of the obtained ZIF particles, and the uniformity of the particle size is lowered, and accordingly, precipitates are found in the precursor solution or become opaque, which causes reduced metals to be generated Or, as ZIF particles have already been generated, there will be differences in the size and composition of the AZIF nanoparticles obtained in the final step.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112019106285499-pat00003
Figure 112019106285499-pat00003

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 데이터이다. AZIF-67-Bu3N5 입자의 합성에 있어서 시간에 따른 반응 온도변화 추이에 따른 변화를 S1에서 S4로 총 4 단계로 나누어 용액의 색깔과 각 용액을 NMP로 희석하여 동적 광산란(dynamic light scattering, DLS) 분광법에 의하여 분석한 결과이다. DLS분석 결과에 의하면, S1과 S2에서는 입자가 검출되지 않았다.1 is data according to Example 1 of the present invention. In the synthesis of AZIF-67-Bu 3 N 5 particles, the change according to the time-dependent reaction temperature change was divided into a total of 4 steps from S1 to S4, and the color of the solution and each solution were diluted with NMP to obtain dynamic light scattering (dynamic light scattering). , DLS) are the results analyzed by spectroscopy. According to the results of DLS analysis, no particles were detected in S1 and S2.

도 1을 참조하면, 유기계 염기용액을 넣기 전까지는 용액의 초기 색깔인 투명한 핑크색을 띄며 유기계 염기용액을 넣은 후에는 보라색으로 그 색깔이 변하게 된다.Referring to FIG. 1 , the initial color of the solution is transparent pink until the organic base solution is added, and the color changes to purple after the organic base solution is added.

상기 총 4 단계에서 얻어진 용액의 DLS 분석 결과를 통해서 핑크색 용액을 가지는 S1과S2 단계에서는 AZIF-67 입자가 합성되지 않고 유기계 염기용액을 넣는 단계인 S3 단계부터 입자가 합성되게 된다. According to the results of DLS analysis of the solutions obtained in the above 4 steps, AZIF-67 particles are not synthesized in steps S1 and S2 having a pink solution, but particles are synthesized from step S3, in which an organic base solution is added.

합성된 입자의 결합 구조는 화학식 5에 나타낸 바와 같이, 기본구조는 L-M-L이고, 상기 리간드의 아민은 탈수소화가 진행된 상태로서 다른 금속 전구체와 결합이 가능한 상태가 되고, 추가적으로 알킬아민이 제 2의 유기 리간드로 포함된 구조를 가질 수 있다 (화학식 5).As shown in Chemical Formula 5, the basic structure of the synthesized particles is LML, and the amine of the ligand is in a state in which dehydrogenation is in progress and is in a state capable of binding to other metal precursors, and additionally, an alkylamine is a second organic ligand It may have a structure included as (Formula 5).

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112019106285499-pat00004
Figure 112019106285499-pat00004

S3 단계에서 합성된 ZIF-67 입자는 ~30nm 정도와 ~2μm크기의 두 종류의 입자 크기 군을 가지게 된다.The ZIF-67 particles synthesized in step S3 have two types of particle size groups: ~30nm and ~2μm.

도 6 및 도 11은 도 1에서 S4에 해당하는 샘플을 정제 전에 간단한 초음파 처리 후에 찍은 SEM 이미지와 정제 후에 NMP에 잘 분산시켜 찍은 SEM 이미지이다. 도 6 및 도 11을 참조하면, 초기에 합성된 AZIF-67 입자는 마이크로 크기의 청크(chunk) 형태로 존재하며, 이것을 정제한 후 NMP에 분산시키면 나노크기의 입자 크기로 분산될 수 있다.6 and 11 are SEM images taken after simple sonication before purification of the sample corresponding to S4 in FIG. 1 and SEM images taken after being well dispersed in NMP after purification. 6 and 11 , the initially synthesized AZIF-67 particles exist in the form of micro-sized chunks, and when they are purified and dispersed in NMP, they can be dispersed into nano-sized particles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 전구체 용액의 교반 시간은 약 10 분 내지 약 36 시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기 전구체 용액의 교반 시간은 약 10 분 내지 약 36 시간, 약 10 분 내지 약 24 시간, 약 10 분 내지 약 12 시간, 약 10 분 내지 약 6 시간, 약 10 분 내지 약 1 시간, 약 10 분 내지 약 30 분, 약 30 분 내지 약 36 시간, 약 1 시간 내지 약 36 시간, 약 12 시간 내지 약 36 시간, 또는 약 24 시간 내지 약 36 시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 교반 시간이 약 36 시간을 초과하는 경우, 상기 금속 염이 환원되어 환원 금속이 포함된 AZIF 나노입자가 생성될 수 있으며, 적합한 온도 범위를 벗어나는 경우에는 상기 교반 시간을 줄이거나 늘릴 수도 있다.In one embodiment of the present application, the stirring time of the organic precursor solution may be about 10 minutes to about 36 hours, but is not limited thereto. For example, the stirring time of the organic precursor solution is about 10 minutes to about 36 hours, about 10 minutes to about 24 hours, about 10 minutes to about 12 hours, about 10 minutes to about 6 hours, about 10 minutes to about 1 hours, from about 10 minutes to about 30 minutes, from about 30 minutes to about 36 hours, from about 1 hour to about 36 hours, from about 12 hours to about 36 hours, or from about 24 hours to about 36 hours, but is not limited thereto no. When the stirring time exceeds about 36 hours, the metal salt is reduced to produce AZIF nanoparticles containing a reduced metal, and when the stirring time is out of a suitable temperature range, the stirring time may be reduced or increased.

이어서, 상기 교반 하에서 가열되는 상기 전구체 용액에 유기계 염기 용액을 첨가하여 마이크로 크기의 청크(chunk)를 포함하는 현탁액을 수득한다.Then, an organic base solution is added to the precursor solution heated under the stirring to obtain a suspension including micro-sized chunks.

유기계 염기 용액은 5초 내지 5분 사이에 첨가될 수 있으며, 30초 이내에 첨가될 수 있다. 유기계 염기 용액의 첨가 시간이 약 5분을 초과하는 경우, 최종 결과물의 조성 및 성능에 영향을 미칠 수 있으며, AZIF 나노입자의 수득률이 감소되는 영향을 미치게 된다. 또한, 첨가 속도에 있어서 가능하면 일정량을 지속적으로 첨가하는 것이 바람직하다.The organic base solution may be added between 5 seconds and 5 minutes, and may be added within 30 seconds. If the addition time of the organic base solution exceeds about 5 minutes, the composition and performance of the final product may be affected, and the yield of AZIF nanoparticles will be reduced. In addition, it is preferable to continuously add a certain amount if possible in terms of the addition rate.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 마이크로 크기의 청크(chunk)는 약 1 μm 내지 약 10 μm의 크기를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 마이크로 크기의 청크의 크기는 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 9 μm, 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 7 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 3 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 3 μm 내지 약 10 μm, 약 4 μm 내지 약 10 μm, 약 5 μm 내지 약 10 μm, 약 6 μm 내지 약 10 μm, 약 7 μm 내지 약 10 μm, 약 8 μm 내지 약 10 μm, 약 9 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 9 μm, 약 3 μm 내지 약 8 μm, 약 4 μm 내지 약 7 μm, 또는 약 5 μm 내지 약 6 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the micro-sized chunk including the zeolite imidazolate-based structure may have a size of about 1 μm to about 10 μm, but is not limited thereto. For example, the size of the micro-sized chunks comprising the zeolite imidazolate-based structure is from about 1 μm to about 10 μm, from about 1 μm to about 9 μm, from about 1 μm to about 8 μm, from about 1 μm to about 7 μm, about 1 μm to about 6 μm, about 1 μm to about 5 μm, about 1 μm to about 4 μm, about 1 μm to about 3 μm, about 1 μm to about 2 μm, about 2 μm to about 10 μm , about 3 μm to about 10 μm, about 4 μm to about 10 μm, about 5 μm to about 10 μm, about 6 μm to about 10 μm, about 7 μm to about 10 μm, about 8 μm to about 10 μm, about 9 μm to about 10 μm, about 2 μm to about 9 μm, about 3 μm to about 8 μm, about 4 μm to about 7 μm, or about 5 μm to about 6 μm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기계 염기 용액은 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유기계 염기를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, the organic base solution may include one or more organic bases selected from the group consisting of a primary amine, a secondary amine, and a tertiary amine.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민은 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 아민 화합물일 수 있다:In one embodiment of the present application, the primary amine, the secondary amine and the tertiary amine may each independently be an amine compound represented by the following Chemical Formula 3:

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019106285499-pat00005
Figure 112019106285499-pat00005

상기 화학식 3에서,In Formula 3,

R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 H, 또는 C1 내지 C18 의 선형 또는 분지형 알킬기임.R 9 , R 10 and R 11 are each independently H or a C1 to C18 linear or branched alkyl group.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기계 염기 용액의 pKa는 약 7 초과 일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기계 염기 용액의 pKa 값이 약 7 초과, 약 7.5 이상, 7.8 이상, 약 8 이상, 약 9 이상, 약 10 이상, 약 11 이상, 약 12 이상, 약 13 이상 또는 약 14일 수 있다. 또 예를 들면, pKa는 7 내지 10, 7 내지 12 또는 7 내지 14일 수 있다. pKa 값이 7 이하로 작을 경우 결정성 AZIF입자 형성이 안되거나, 결정성 AZIF입자 수득률이 큰 폭으로 감소하게 된다.In one embodiment of the present application, the pKa of the organic base solution may be greater than about 7. For example, the pKa value of the organic base solution is greater than about 7, greater than about 7.5, greater than 7.8, greater than about 8, greater than about 9, greater than about 10, greater than about 11, greater than about 12, greater than about 13, or greater than about 14 days. can Also for example, pKa may be 7 to 10, 7 to 12, or 7 to 14. If the pKa value is less than 7, crystalline AZIF particles cannot be formed or the yield of crystalline AZIF particles is greatly reduced.

또한, 상기 교반 하에서 가열되는 상기 현탁액에 제 2 극성 용매를 추가하여 상기 현탁액을 희석시킨다.Further, the suspension is diluted by adding a second polar solvent to the suspension heated under stirring.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 극성 용매는 pH 5를 초과하며 반응에 사용된 금속염과 리간드에 좋은 용해도를 가지는 용매가 바람직하다. 제2극성 용매의 pH는 5 내지 7, 5 내지 9 또는 5 내지 11일 수 있다. 예를 들어, 알코올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸렌글라이콜, 물, 다이메틸포름아마이드, 다이메틸설폭사이드, 아세트나이트릴 및 다이메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 극성 용매의 pH가 5 이하인 경우 합성하고자 하는 나노입자의 제올라이트 이미다졸레이트계 구조가 망가질 수 있다. 또한, 상기 제 2 극성 용매는 미반응 반응물 즉, 금속 전구체와 리간드 등에 대한 좋은 용해도를 가지는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present application, the second polar solvent is preferably a solvent having a pH exceeding 5 and good solubility in the metal salt and ligand used in the reaction. The pH of the second polar solvent may be 5 to 7, 5 to 9, or 5 to 11. For example, it may include one or more selected from the group consisting of alcohol, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, water, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile and dimethylacetamide. However, the present invention is not limited thereto. When the pH of the second polar solvent is 5 or less, the zeolite imidazolate-based structure of the nanoparticles to be synthesized may be damaged. In addition, the second polar solvent preferably has good solubility for unreacted reactants, that is, a metal precursor and a ligand.

또한, 현탁액을 희석한 뒤 추가 교반 시간은 약 1 분에서 약 10 분 일 수 있으며 10분을 넘길 경우 마이크로 크기였던 청크의 크기가 감소하여 필터를 통한 정제에 적용이 어렵거나 수득률이 크게 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 마지막으로, 상기 희석된 현탁액을 필터링하여 AZIF 나노입자를 수득한다.In addition, the additional stirring time after diluting the suspension may be from about 1 minute to about 10 minutes, and if it exceeds 10 minutes, the size of the micro-sized chunks decreases, making it difficult to apply to purification through a filter or the yield may be greatly reduced. However, the present invention is not limited thereto. Finally, the diluted suspension is filtered to obtain AZIF nanoparticles.

본원의 일 구현예에 있어서, 필터링 시 필터는 진공 필터를 사용할 수 있으며, 상기 필터의 종류는 종이, 금속, 유리, 플라스틱, 세라믹 등이 사용 가능하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 단, 용매로서 물을 사용하는 경우 종이 또는 테프론 계열의 필터 페이퍼 사용은 부적합하며, 플라스틱을 녹일 수 있는 용매를 사용하는 경우 플라스틱 또한 사용이 불가하다.In one embodiment of the present application, the filter may use a vacuum filter during filtering, and the type of the filter may be paper, metal, glass, plastic, ceramic, etc., but is not limited thereto. However, when water is used as a solvent, it is not suitable to use paper or Teflon-based filter paper, and when a solvent capable of dissolving plastic is used, plastic cannot be used either.

본원의 일 구현예에 있어서, 필터의 기공 크기는 약 1 μm 내지 약 8 μm일 수 있다. 예를 들어, 필터의 기공 크기는 크기는 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 7 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 3 μm, 약 1 μm 내지 약 2μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 필터의 기공 크기가 약 1 μm보다 작을 경우 필터링에 소요되는 시간이 상당히 길어질 수 있고, 약 8 μm 이상일 경우 필터링이 안되거나 수득률이 현저히 감소할 수 있다.In one embodiment of the present application, the pore size of the filter may be about 1 μm to about 8 μm. For example, the pore size of the filter may be between about 1 μm and about 8 μm, between about 1 μm and about 7 μm, between about 1 μm and about 6 μm, between about 1 μm and about 5 μm, between about 1 μm and about 4 μm in size. , may be from about 1 μm to about 3 μm, from about 1 μm to about 2 μm, but is not limited thereto. If the pore size of the filter is smaller than about 1 μm, the time required for filtering may be considerably longer, and if the pore size is about 8 μm or more, filtering may not be possible or the yield may be significantly reduced.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 희석된 현탁액을 상기 필터링 전에 약 10 분 이하의 시간 동안 교반하거나 교반 없이 정지시키는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the method may further include stirring the diluted suspension for about 10 minutes or less before the filtering or stopping without stirring, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따른 제조 방법은, 상기 수득된 AZIF 나노입자를 건조시키는 것을 추가 포함할 수 있다.The manufacturing method according to an embodiment of the present application may further include drying the obtained AZIF nanoparticles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 건조는 약 30℃ 내지 약 110℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 상기 건조 온도는 약 80℃가 가장 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 건조 온도는 약 30℃ 내지 약 110℃, 약 40℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 60℃ 내지 약 80℃, 약 70℃ 내지 약 80℃, 약 80℃ 내지 약 90℃, 또는 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the drying may be performed at a temperature of about 30° C. to about 110° C., and the drying temperature is most preferably about 80° C., but is not limited thereto. For example, the drying temperature may be from about 30°C to about 110°C, from about 40°C to about 100°C, from about 50°C to about 90°C, from about 60°C to about 80°C, from about 70°C to about 80°C, about 80 ℃ to about 90 ℃, or about 70 ℃ to about 90 ℃ may be, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따른 AZIF 나노입자의 제조 방법은, 높은 수득률(yield)을 나타내어 및 대량 합성이 가능하다. 여기서, 높은 수득률(yield)이란, AZIF구조에 포함된 금속 및 리간드 전구체의 무게를 기준으로 수득된 AZIF 나노입자의 무게 비율이 약 80%보다 높은 것을 의미하는 것한다. 상기 ZIF 구조를 포함하는 나노입자는 상기 유기계 염기 용액의 첨가 비율에 따라 약 30% 내지 약 97%의 비율로 수득될 수 있으나, 상기 수득된 AZIF 나노입자의 수득률은 약 85% 내지 약 95%인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The method for preparing AZIF nanoparticles according to an embodiment of the present application exhibits a high yield and enables mass synthesis. Here, the high yield means that the weight ratio of the AZIF nanoparticles obtained based on the weight of the metal and ligand precursor included in the AZIF structure is higher than about 80%. The nanoparticles comprising the ZIF structure may be obtained in a ratio of about 30% to about 97% depending on the addition ratio of the organic base solution, but the yield of the obtained AZIF nanoparticles is about 85% to about 95% It is preferred, but not limited thereto.

이하, 실시예를 참조하여 본원을 좀더 자세히 설명하지만, 본원은 이에 제한되는 것은 아니다. 앞에서 설명한 실험데이터는 아래 실시예에서 얻은 시료에 대해 실험하여 얻은 것이다.Hereinafter, the present application will be described in more detail with reference to Examples, but the present application is not limited thereto. The experimental data described above were obtained by experimenting with the samples obtained in Examples below.

[실시예 1] [Example 1]

2-methylimidazole (39.55 g) 과 Cobalt(II) acetate tetrahydrate(60 g)을 3 L RB플라스크에 넣고 1416.8 mL 의 메탄올을 넣어서 10 분간 스터링을 통해서 잘 녹였다. Heating mantle을 이용해서 60℃ 등온을 유지한 상태에서 10 분간 스터링을 돌렸다. 이후에 강한 스터링 상태에서 tributylamine(Bu3N, 286.2 mL)을 빠르게 넣어주고 1분간 스터링을 유지시켰다. 이후에 1 L 메탄올을 추가로 넣어주고 스터링을 1 분간 더 진행하고 스터링을 멈추었다. 셀룰로스 필터 페이퍼를 이용해 필터링를 진행하였고 추가적인 메탄올 1.5 L를 사용해서 필터된 고체물질을 정제하였다. 정제과정 이후에 얻어진 고체물질을 80℃ 진공 오븐에 넣고 24 시간 동안 건조 시켰다. 얻어진 ZIF-67-Bu3N-5의 무게는 51.5 g 이였고 ZIF-67의 구성요소인 Co2 +와 2-methylimidazole의 합성에 도입된 무게(53.8 g) 대비 약 95.7% 정도에 해당되는 합성 수득률을 보였다.2-methylimidazole (39.55 g) and Cobalt(II) acetate tetrahydrate (60 g) were placed in a 3 L RB flask, 1416.8 mL of methanol was added, and dissolved well through stirring for 10 minutes. Stirring was rotated for 10 minutes while maintaining isothermal temperature at 60°C using a heating mantle. After that, tributylamine (Bu 3 N, 286.2 mL) was quickly added under strong stirring and stirring was maintained for 1 minute. After that, 1 L methanol was additionally added, stirring was continued for 1 minute, and stirring was stopped. Filtering was carried out using cellulose filter paper, and the filtered solid material was purified using an additional 1.5 L of methanol. The solid material obtained after the purification process was placed in a vacuum oven at 80° C. and dried for 24 hours. The weight of the obtained ZIF-67-Bu 3 N-5 was 51.5 g, which corresponds to about 95.7% of the weight (53.8 g) introduced in the synthesis of Co 2 + and 2-methylimidazole, which are components of ZIF-67. yield was shown.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1과 동일한 방법 및 몰비율(Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5)을 사용하되, 다른 유기계 베이스인 dibutylamine(Bu2N)을 사용하여 Bu2N이 포함된 ZIF-67입자(AZIF-67-Bu2N5)를 수득하였다.ZIF-67 particles containing Bu 2 N using the same method and molar ratio as in Example 1 (Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5), but using a different organic base, dibutylamine (Bu 2 N). (AZIF-67-Bu 2 N5) was obtained.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 1과 동일한 방법 및 몰비율(Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5)을 사용하되, 다른 유기계 베이스인butylamine(Bu1N)을 사용하여 Bu1N이 포함된 ZIF-67입자(AZIF-67-Bu1N5)를 수득하였다.ZIF-67 particles containing Bu 1 N using the same method and molar ratio as in Example 1 (Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5), but using a different organic base, butylamine (Bu 1 N). (AZIF-67-Bu 1 N5) was obtained.

이 외에 위 실시예와 동일한 방식으로 알킬 아민의 종류와 사용량을 변경하면서 다양한 AZIF-67 및 AZIF-8 나노입자를 수득하였다.In addition, various AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles were obtained while changing the type and amount of alkylamine in the same manner as in the above example.

도 14는 실시예에서 마련된 AZIF 나노입자들을 합성 후 산을 이용하여 결정 구조를 붕괴 후 얻은 1H NMR 분석 결과이다. 도 14에는 분석된 1H NMR 스펙트럼과 함께 구성요소인 2-methylimidazole과 유기계 베이스의 구조를 표시해 두었다. 또한 각 peak와 일치하는 화학구조에 같은 표시해 두었다. 1H NMR 분석을 통해서 유기계 베이스가 AZIF-67 구조에 포함되어 있음을 확인할 수 있었고 관찰된 유기계 베이스의 peak의 크기가 합성 시 적용된 그 양의 증가에 따라 증가하는 현상을 통해서 유기계 베이스의 도입량이 조절이 가능함을 확인할 수 있었다. 14 is a 1 H NMR analysis result obtained after synthesizing the AZIF nanoparticles prepared in Example and then disintegrating the crystal structure using an acid. 14 shows the structures of the components 2-methylimidazole and the organic base along with the analyzed 1 H NMR spectrum. In addition, the same mark was placed on the chemical structure corresponding to each peak. Through 1 H NMR analysis, it was confirmed that the organic base was included in the AZIF-67 structure, and the amount of organic base introduced was controlled through the phenomenon that the size of the observed peak of the organic base increased with the increase in the amount applied during synthesis. I was able to confirm that this is possible.

하기 표 1에 상기 실시예를 통해서 합성한 AZIF-67 나노입자들의 합성 시 도입된 반응물들에 몰비율과 얻어진 입자에서 리간드와 유기계 베이스의 비율을 정리하였다. 특히 Bu3N이 도입된 AZIF-67에서 도입된 Bu3N의 몰비율이 코발트 전구체 대비 5에서 10으로 크게 향상되어 적용되었음에도 불구하고 도입된 Bu3N의 비율이 큰 차이를 보이지 않는 것을 확인하였다.Table 1 below summarizes the molar ratios of the reactants introduced during the synthesis of the AZIF-67 nanoparticles synthesized in the above Examples and the ratios of the ligand and the organic base in the obtained particles. Confirming that the particular Bu 3 N is the molar ratio of the introduced in AZIF-67 introduced Bu 3 N is improved greatly from 5 to 10 compared to the cobalt precursor probes even though the ratio of the introduced Bu 3 N applied does not significantly different .

Co: 2mim: Bu1NCo: 2 mim: Bu 1 N 2mim/ Bu1N
(wt%)
2mm/ Bu 1 N
(wt%)
AZIF-67-Bu1N1AZIF-67-Bu 1 N1 1: 2: 11: 2: 1 98.9/1.198.9/1.1 AZIF-67-Bu1N2AZIF-67-Bu 1 N2 1: 2: 21: 2: 2 97.9/2.197.9/2.1 AZIF-67-Bu1N3AZIF-67-Bu 1 N3 1: 2: 31: 2: 3 97.0/3.097.0/3.0 AZIF-67-Bu1N5AZIF-67-Bu 1 N5 1: 2: 51: 2: 5 95.6/4.495.6/4.4 Co: 2mim: Bu2N Co: 2 mim: Bu 2 N 2mim/ Bu2N
(wt%)
2mm/ Bu 2 N
(wt%)
AZIF-67-Bu2N1AZIF-67-Bu 2 N1 1: 2: 11: 2: 1 98.8/1.298.8/1.2 AZIF-67-Bu2N2AZIF-67-Bu 2 N2 1: 2: 21: 2: 2 97.2/2.897.2/2.8 AZIF-67-Bu2N3AZIF-67-Bu 2 N3 1: 2: 31: 2: 3 95.2/4.895.2/4.8 AZIF-67-Bu2N5AZIF-67-Bu 2 N5 1: 2: 51: 2: 5 93.5/6.593.5/6.5 Co: 2mim: Bu3NCo: 2 mim: Bu 3 N 2mim/ Bu3N
(wt%)
2mm/ Bu 3 N
(wt%)
AZIF-67-Bu3N1AZIF-67-Bu 3 N1 1: 2: 11: 2: 1 91.6/8.491.6/8.4 AZIF-67-Bu3N2AZIF-67-Bu 3 N2 1: 2: 21: 2: 2 85.8/14.285.8/14.2 AZIF-67-Bu3N3AZIF-67-Bu 3 N3 1: 2: 31: 2: 3 84.7/15.384.7/15.3 AZIF-67-Bu3N5AZIF-67-Bu 3 N5 1: 2: 51: 2: 5 81.6/18.481.6/18.4 AZIF-67-Bu3N5(Scale-up)AZIF-67-Bu 3 N5 (Scale-up) 1: 2: 51: 2: 5 81.6/18.481.6/18.4 AZIF-67-Bu3N10AZIF-67-Bu 3 N10 1: 2: 101: 2: 10 80.3/19.780.3/19.7

[실시예 4][Example 4]

실시예 1과 동일한 방법 및 몰비율(Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5)을 사용하되, 적용된 Cobalt(II) acetate tetrahydrate를 180 g 사용하여 Bu3N5를 포함하는 ZIF-67 나노입자(AZIF-67-Bu3N5)를 수득하였다. 최종적으로 얻어진 나노입자의 양은 155 g으로 코발이트 이온과 2-methylimidazole의 적용된 100%의 무게인 161.1 g 대비 96.2%에 수득률을 보였다 (도 15). Using the same method and molar ratio as in Example 1 (Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5), but using 180 g of applied Cobalt(II) acetate tetrahydrate, ZIF-67 nanoparticles containing Bu 3 N5 ( AZIF-67-Bu 3 N5) was obtained. The amount of nanoparticles finally obtained was 155 g, which showed a yield of 96.2% compared to 161.1 g, which is the weight of 100% of cobalite ions and 2-methylimidazole applied (FIG. 15).

또한, 표 1에 표시된 2 mim/ Bu3N의 무게비율이 81.6/ 18.4로 낮은 scale로 합성된 AZIF-67-Bu3N의 나노입자와 거의 같은 비율을 나타내는 것을 통해서 재현성이 높음을 확인할 수 있었다 (표 1).In addition, it was confirmed that the reproducibility was high as the weight ratio of 2 mim/Bu 3 N shown in Table 1 was 81.6/18.4, which was approximately the same as that of AZIF-67-Bu 3 N nanoparticles synthesized on a low scale. (Table 1).

[실시예 5][Example 5]

실시예 1과 동일한 방법을 사용하되, 다른 유기계 베이스인 triethylamine(Et3N)을 사용하여 Et3N이 포함된 ZIF-67 나노입자를 Et3N의 몰비율을 1부터 9까지 바꾸어 합성한 나노입자(AZIF-67-Et3NX, X = 1, 3, 5, 7, 9)를 수득하였다.Using the same method as in Example 1, but using another organic base, triethylamine (Et 3 N), ZIF-67 nanoparticles containing Et 3 N were synthesized by changing the molar ratio of Et 3 N from 1 to 9. Particles (AZIF-67-Et 3 NX, X = 1, 3, 5, 7, 9) were obtained.

합성된 AZIF-67-Et3NX 나노입자를 도 16에 있는 1H NMR 결과 분석을 통하여Et3N을 포함하는 것을 확인하였다. 그리고 합성에 적용된 Et3N의 비율이 증가할수록 Et3N의 도입량이 증가하는 것을 Et3N 1H NMR peak의 증가를 통해서 확인할 수 있었다. 또한, AZIF-67-Et3N5의 결정구조를 확인하기 위하여 XRD 분석을 진행하였고 그 결과가 도 4에 있다. 일반적인 ZIF-67 나노입자와 비교할 때 실시예 1에 의해서 합성된 AZIF-67-Bu3N5와 유사한 경향에 결정구조 변화를 보였다.It was confirmed that the synthesized AZIF-67-Et 3 NX nanoparticles contained Et 3 N through 1 H NMR analysis in FIG. 16 . And the more the ratio of the Et 3 N is applied to synthesizing increase could be confirmed that the introduced amount of Et 3 N increases Et 3 N 1 through an increase in the H NMR peak. In addition, XRD analysis was performed to confirm the crystal structure of AZIF-67-Et 3 N5, and the results are shown in FIG. 4 . Compared with general ZIF-67 nanoparticles, the crystal structure change was shown in a similar trend to that of AZIF-67-Bu 3 N5 synthesized in Example 1.

[실시예 6][Example 6]

상기 실시예 1과 동일한 방법 및 몰비율(Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5)을 사용하되, 다른 금속 전구체인 Zinc(II) acetate dihydrate를 사용하여 AZIF-8 나노입자를 수득하였다.AZIF-8 nanoparticles were obtained using the same method and molar ratio as in Example 1 (Metal: Ligand: Base = 1: 2: 5), but using another metal precursor, Zinc(II) acetate dihydrate.

합성된 AZIF-8-Bu3N5 나노입자를 도 5 그리고 도 17에 있는 각 XRD 및 1H NMR 결과 분석을 통하여 AZIF-8- Bu3N5 나노입자가 Bu3N을 포함하는 것을 확인하였고 일반적인 ZIF-8의 결정구조와 비교하였을 때 실시예 1에서 수득한 AZIF-67-Bu3N5 결정구조의 변화와 유사한 결정구조 변화를 보이는 것을 확인하였다.It was confirmed that the synthesized AZIF-8-Bu 3 N5 nanoparticles contained Bu3N in AZIF-8-Bu 3 N5 nanoparticles through the analysis of each XRD and 1 H NMR result in FIGS. 5 and 17 , and it was confirmed that the general ZIF-8 It was confirmed that the crystal structure change similar to the change in the AZIF-67-Bu 3 N5 crystal structure obtained in Example 1 was compared with the crystal structure of .

[막-실시예 1][Membrane-Example 1]

서로 다른 AZIF-67 나노입자 함량을 갖는 하이브리드 막을 제조하기 위해 유리병 안에 AZIF-67-Bu3N5 나노입자와 NMP를 섞고 초음파 분쇄기를 통해 30분간 AZIF-67-Bu3N5 나노입자를 용매 내에 균일하게 분산시켰다. 뿔 형태 초음파 분쇄기를 이용하여 2분 동안 AZIF-67-Bu3N5 나노입자를 용매 내에 균일하게 분산시켰다. AZIF-67-Bu3N5 나노입자가 균일하게 분산된 용매에 6FDA-DAM 고분자를 섞어 12시간 동안 롤러를 통해 교반시킨 후 균일하게 용해된 고분자 용액이 담긴 유리병을 초음파 분쇄기에 30분 동안 넣어 용액 내 미세 기포를 제거한 후 유리판 위에 주조 칼날을 이용하여 고분자 용액을 150 ㎛ 두께의 얇은 층으로 펴 12시간 동안 120℃ 진공 조건에서 건조하였다. 12시간 후 유리화된 하이브리드 막은 잔여 용매 제거를 위해 12시간 동안 120℃ 진공 조건에서 다시 한 번 건조하였다. 이때 얻어진 하이브리드 막을 도 9 및 도 10에 나타내었으며 Polysulfone (PSF), Matrimid 5215® 등 고분자의 종류를 다양하게 적용하고 고농도의 AZIF-67를 적용하여도 균일함과 유연성을 보였다 (도 10). 하이브리드 막 제조과정에 NMP의 사용량은, 하이브리드 막의 질량의 9배 질량의 NMP를 사용하였다. 이와 같은 방법으로 다양한 AZIF-67 함량을 가지는 하이브리드 막을 제조하였다.Different AZIF-67 Nano AZIF-67-Bu in a glass bottle to prepare a hybrid film having a particle content of 3 N 5 nm 30 minutes AZIF-67-Bu 3 N 5 nanoparticles solvent through sonicator mixing the particles with NMP uniformly dispersed in it. AZIF-67-Bu 3 N 5 nanoparticles were uniformly dispersed in the solvent using a cone-shaped ultrasonicator for 2 minutes. After mixing the 6FDA-DAM polymer in a solvent in which AZIF-67-Bu 3 N 5 nanoparticles are uniformly dispersed and stirring it through a roller for 12 hours, a glass bottle containing the uniformly dissolved polymer solution is placed in a sonicator for 30 minutes. After removing the microbubbles in the solution, the polymer solution was spread in a thin layer of 150 μm using a casting knife on a glass plate and dried under vacuum conditions at 120° C. for 12 hours. After 12 hours, the vitrified hybrid membrane was dried again under vacuum conditions at 120° C. for 12 hours to remove residual solvent. The hybrid membrane obtained at this time is shown in FIGS. 9 and 10, and showed uniformity and flexibility even when various types of polymers such as Polysulfone (PSF) and Matrimid 5215 ® were applied and high concentration of AZIF-67 was applied (FIG. 10). The amount of NMP used in the hybrid membrane manufacturing process was 9 times the mass of NMP of the hybrid membrane. Hybrid membranes having various AZIF-67 contents were prepared in this way.

[막-실시예 2][Membrane-Example 2]

상기 막-실시예 1과 동일한 방법 및 중량 비율을 사용하되, 다른 나노입자(AZIF-8-Bu3N5)를 사용하여 하이브리드 막을 제조하였다 (도 10). 이때 사용한 고분자는Polyetherimide (Ultem®)이라는 PI 계열 고분자를 사용하였고, 막-실시예 1에서 수득한 하이브리드 막과 같이 균일함과 유연성을 보이는 것을 확인하였다 (도 10). The membrane-a hybrid membrane was prepared using the same method and weight ratio as in Example 1, but using different nanoparticles (AZIF-8-Bu 3 N5) ( FIG. 10 ). Polyetherimide (Ultem ® ), a PI-based polymer, was used as the polymer used, and it was confirmed that the film-like the hybrid film obtained in Example 1 showed uniformity and flexibility ( FIG. 10 ).

[막-비교예 1][Membrane-Comparative Example 1]

막-비교예 1은 AZIF 나노입자 및 ZIF 나노입자를 포함하지 않은 단일 고분자 막이다. 유리병 안에 6FDA-DAM 고분자 10 중량%와 NMP 90 중량%를 섞고 12시간 동안 롤러를 통해 교반시킨 후 균일하게 용해된 고분자 용액이 담긴 유리병을 초음파 분쇄기에 30분 동안 넣어 용액 내 미세 기포를 제거한 후 유리판 위에 주조 칼날을 이용하여 고분자 용액을 150㎛ 두께의 얇은 층으로 펴 12시간 동안 120℃ 진공 조건에서 건조하였다. 12시간 후 유리화된 막은 잔여 용매 제거를 위해 12시간 동안 120℃ 진공 조건에서 다시 한 번 건조하였다.Membrane-Comparative Example 1 is a single polymer membrane containing no AZIF nanoparticles and no ZIF nanoparticles. After mixing 10% by weight of 6FDA-DAM polymer and 90% by weight of NMP in a glass bottle and stirring through a roller for 12 hours, a glass bottle containing a uniformly dissolved polymer solution is placed in an ultrasonic grinder for 30 minutes to remove microbubbles in the solution. Then, the polymer solution was spread in a thin layer with a thickness of 150 μm using a casting knife on a glass plate and dried under vacuum conditions at 120° C. for 12 hours. After 12 hours, the vitrified membrane was dried again under vacuum conditions at 120° C. for 12 hours to remove residual solvent.

[막-비교예 2] [Membrane-Comparative Example 2]

AZIF-67 나노입자를 ZIF-67 나노입자로 대체하고 막-실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드막을 제조하였다.AZIF-67 nanoparticles were replaced with ZIF-67 nanoparticles, and a hybrid membrane was prepared in the same manner as in Membrane-Example 1.

[막-비교예 3][Membrane-Comparative Example 3]

AZIF-8 입자를 ZIF-8 입자로 대체하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 막을 제조하였다.A hybrid membrane was prepared in the same manner as in Example 1, replacing AZIF-8 particles with ZIF-8 particles.

[비교예 1: ZIF-67제조][Comparative Example 1: Preparation of ZIF-67]

상온 조건 하, 100 mL의 유리 바이알에 2-methylimidazole (22.70g)과 증류수 (80g)을 섞어 300 rpm의 속도로 5분간 스터링을 통해 잘 녹였다. 100mL의 유리 바이알에 Cobalt(II) nitrate hexahydrate (1.17 g)과 증류수 (8g)을 섞어 300 rpm의 속도로 5분간 스터링을 통해 잘 녹였다. 이후 400mL 플라스크에 두 용액을 섞고 상온 조건 하 12시간 동안 침전을 잡았다. 침전 용액을 50mL 원심분리기용 플라스틱 용기에 18mL 씩 담아 총 6개의 플라스틱 용기를 준비하고 8000 rpm의 속도로 30 분간 원심분리를 진행하였다. 원심분리 이후 수득한 ZIF-67 입자의 정제를 위해, 셀룰로스 필터 페이퍼를 이용해 필터링을 진행하였고 500 mL 의 메탄올을 이용해 필터된 고체물질을 3회 정제하였다. 정제가 끝난 ZIF-67 입자는 진공 조건 하 100℃에서 12시간 동안 건조하였다. 얻어진 ZIF-67 입자의 무게는 약 0.6 g 이었다.Under room temperature conditions, 2-methylimidazole (22.70 g) and distilled water (80 g) were mixed in a 100 mL glass vial and well dissolved by stirring at a speed of 300 rpm for 5 minutes. Cobalt(II) nitrate hexahydrate (1.17 g) and distilled water (8 g) were mixed in a 100 mL glass vial and well dissolved through stirring at a speed of 300 rpm for 5 minutes. Then, the two solutions were mixed in a 400 mL flask and the precipitate was captured for 12 hours at room temperature. A total of 6 plastic containers were prepared by putting the precipitation solution in a plastic container for a 50mL centrifuge at 18mL each, and centrifugation was performed at a speed of 8000 rpm for 30 minutes. For purification of the ZIF-67 particles obtained after centrifugation, filtering was performed using cellulose filter paper, and the filtered solid material was purified three times using 500 mL of methanol. The purified ZIF-67 particles were dried at 100° C. under vacuum conditions for 12 hours. The weight of the obtained ZIF-67 particles was about 0.6 g.

[비교예 2: ZIF-8 제조] [Comparative Example 2: Preparation of ZIF-8]

상온 조건 하, 100mL의 유리 바이알에 2-methylimidazole(22.70g)과 증류수(80 g)을 섞어 300 rpm의 속도로 5 분간 스터링을 통해 잘 녹였다. 100mL의 유리 바이알에 Zinc(II) nitrate hexahydrate (1.90 g)과 증류수(8g)을 섞어 300 rpm의 속도로 5분간 스터링을 통해 잘 녹였다. 이후의 합성방법은 ZIF-67 합성방법과 동일하게 진행하였으며, 얻어진 ZIF-8 입자의 무게는 약 0.8 g이었다.Under room temperature conditions, 2-methylimidazole (22.70 g) and distilled water (80 g) were mixed in a 100 mL glass vial and well dissolved by stirring at a speed of 300 rpm for 5 minutes. Zinc(II) nitrate hexahydrate (1.90 g) and distilled water (8 g) were mixed in a 100 mL glass vial and well dissolved through stirring at a speed of 300 rpm for 5 minutes. The subsequent synthesis method was carried out in the same manner as the ZIF-67 synthesis method, and the weight of the obtained ZIF-8 particles was about 0.8 g.

[실험예 1] [Experimental Example 1]

AZIF-67 나노입자의 결정 구조 분석을 위해 X선 회절 분석법 (X-ray Diffraction, XRD)을 사용하여 일반적인 ZIF-67 입자와 비교하였다. 측정은 Rigaku Dmax2500 회절측정계를 이용하여 상온에서 CuKα λ = 1.5406 A° 조건 하에서 2θ 기준 5°에서 30°까지 0.01° 간격으로 측정되었다. For the crystal structure analysis of AZIF-67 nanoparticles, X-ray diffraction analysis (X-ray Diffraction, XRD) was used and compared with general ZIF-67 particles. Measurements were made at intervals of 0.01° from 5° to 30° based on 2θ under CuKα λ = 1.5406 A° at room temperature using a Rigaku Dmax2500 diffractometer.

도 3 내지 도 5에 나타난 바와 같이, AZIF-8 그리고 AZIF-67 나노입자의 경우 그 결정 구조가 일반적인 ZIF-8 그리고 ZIF-67 입자와 비교할 때 상대적으로 감소된 결정면 간격을 보였고 Bu3N을 금속전구체 대비 10 몰비율을 사용한 경우 (002) 그리고 (112) 결정면이 크게 성장하는 현상을 보였고 Hx3N의 경우는 그 몰비율을 5만 사용하여도 같은 경향을 보였다. 이를 통해서 결정면의 간격 및 특정결정면의 성정에 있어서의 변화를 제외하고는, 기본적인 ZIF-67 그리고 ZIF-8 구조인 sodalite (SOD) 구조를 유지하고 있음을 확인하였다 (도 3 그리고 도 4). 또한 AZIF-8 나노입자의 경우도 AZIF-67 나노입자의 결정구조변화와 유사한 변화가 있음을 확인하였다 (도 5).3 to 5, in the case of AZIF-8 and AZIF-67 nanoparticles, their crystal structures showed a relatively reduced interplanar spacing compared to general ZIF-8 and ZIF-67 particles, and Bu 3 N was When a molar ratio of 10 to the precursor was used, the (002) and (112) crystal planes grew significantly, and in the case of Hx3N, the same trend was observed even when only the molar ratio of 5 was used. Through this, it was confirmed that the sodalite (SOD) structure, which is the basic ZIF-67 and ZIF-8 structure, was maintained except for changes in the spacing of the crystal planes and the growth of specific crystal planes ( FIGS. 3 and 4 ). In addition, in the case of AZIF-8 nanoparticles, it was confirmed that there was a change similar to the crystal structure change of AZIF-67 nanoparticles (FIG. 5).

[실험예 2][Experimental Example 2]

다양한 알킬아민 그룹이 도입된 AZIF-67 및 AZIF-8 입자의 열적 안정성을 평가하기 위해 열중량분석(Thermogravimetric Analysis, TGA)을 진행하였다. 측정은 Mettler Toledo TGA1 장비를 이용하여 N2 기체 조건 하 50cc/min의 유량을 흘려주며 25℃부터 800℃까지 5℃/min의 승온속도로 온도 변화에 따른 각 입자의 무게 변화를 기록하였다.Thermogravimetric Analysis (TGA) was performed to evaluate the thermal stability of the AZIF-67 and AZIF-8 particles introduced with various alkylamine groups. The measurement was performed using Mettler Toledo TGA1 equipment at a flow rate of 50 cc/min under N 2 gas condition, and the change in weight of each particle according to temperature change was recorded from 25°C to 800°C at a temperature increase rate of 5°C/min.

도 12에 나타난 바와 같이, ZIF-67 입자의 경우, 약 250℃ 부근부터 입자의 무게가 감소하기 시작하여 500℃ 부근에서는 약 15wt%의 입자 무게가 감소한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 12 , in the case of ZIF-67 particles, the weight of the particles started to decrease from around 250° C., and it was confirmed that the particle weight decreased by about 15 wt% at around 500° C.

[실험예 3] [Experimental Example 3]

알킬아민 그룹이 도입된 AZIF-67 그리고 AZIF-8 나노입자의 표면적 분석을 위해 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 장비를 이용하여 ZIF-67 그리고 ZIF-8 나노입자와 비교하였다. 측정은 Micromeritics ASAP 2020를 이용하여 N2 77K 조건 하에서 진행되었으며, 입자들은 BET 측정 전 120℃ 진공 조건 하에서 3 시간 동안 전처리 후 사용되었다. For surface area analysis of AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles introduced with alkylamine groups, Brunauer-Emmett-Teller (BET) was used and compared with ZIF-67 and ZIF-8 nanoparticles. The measurement was carried out under N 2 77K conditions using Micromeritics ASAP 2020, and the particles were used after pretreatment for 3 hours under vacuum conditions at 120° C. before BET measurement.

도 18에 나타낸 바와 같이, 알킬아민 그룹이 도입된 AZIF-67 와 AZIF-8 나노입자의 압력 변화에 따른 등온 분석 그래프에서 일반적인 ZIF-67과 AZIF-8를 비교하였을 때 유사한 경향을 보였으나 알킬아민을 금속전구체 대비 10 몰비율을 사용한 경우 N2 흡착 커브가 감소하는 현상을 보였다. As shown in FIG. 18, when comparing general ZIF-67 and AZIF-8 in the isothermal analysis graph according to the pressure change of AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles introduced with an alkylamine group, a similar trend was shown, but When a molar ratio of 10 to that of the metal precursor was used, the N 2 adsorption curve decreased.

[실험예 4] [Experimental Example 4]

AZIF-67 그리고 AZIF-8 나노입자에 있어서 유기 리간드와 금속(금속이온)간의 기계적 결합강도변화를 푸리에 변환 적외선 분광장치 (FT-IR)를 통해서 분석하였다(도 19). 측정은 상온에서 Thermo Fisher Scientific Inc. 의 Nicolet iS50을 사용하여 400 cm-1에서 4000 cm-1까지의 wave number범위를 1.9285 cm/sec의 속도로 스캔하였다. 각 측정 샘플은 Sigma Aldrich에서 구매한 potassium bromide (KBr, ≥99% FT-IR grade)을 이용해 입자와 KBr을 중량% 기준 1 : 100의 비율로 섞은 뒤 지름 1 cm의 원형 펠렛으로 압착해 준비하였다.Changes in mechanical bond strength between organic ligands and metals (metal ions) in AZIF-67 and AZIF-8 nanoparticles were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) (FIG. 19). Measurements were carried out at room temperature by Thermo Fisher Scientific Inc. The wave number range from 400 cm -1 to 4000 cm -1 was scanned at a speed of 1.9285 cm/sec using Nicolet iS50 of . Each measurement sample was prepared by mixing particles and KBr in a ratio of 1:100 by weight using potassium bromide (KBr, ≥99% FT-IR grade) purchased from Sigma Aldrich, and then pressing into circular pellets with a diameter of 1 cm. .

도 19에 나타낸 바와 같이, AZIF 나노입자의 경우 ZIF 나노입자와 비교 시 상대적으로 높은 wavenumber로 픽이 이동하는 현상을 확인하였다. 이를 통해서 알킬아민 도입으로 금속과 유기 리간드의 결합강도가 상대적으로 더 높아졌음을 확인하였고 그 변화가 AZIF-8에 있어서 더 큰 변화가 일어나는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 19 , in the case of the AZIF nanoparticles, a phenomenon in which the pick moves at a relatively high wavenumber compared to the ZIF nanoparticles was confirmed. Through this, it was confirmed that the bond strength between the metal and the organic ligand was relatively higher due to the introduction of alkylamine, and it was confirmed that the change occurred more significantly in AZIF-8.

좀 더 구체적으로, 일반적인 ZIF-67의 경우 424.4 cm-1에서 유기연결체의 아민과 금속이온과의 결합 (N-Co) 관련 픽이 나타나게 되는데 AZIF-67-Bu3N5의 경우 그 픽이 426.2 cm-1로 이동하게 되어 대략 1.8 cm-1 정도의 차이를 보이게 되며, ZIF-8의경우 419.1 cm-1에서 N-Zn 관련 픽이 나오게 되고 AZIF-8-Bu3N5의 경우 421.6 cm-1에서 픽이 나타나 대략 2.5cm-1 정도에 차이를 보이게 된다. 또한, AZIF의 경우 좀 더 좁은 분산도를 보이는 것을 통해서 금속이온 그리고 리간드의 아민 결합 정도가 좀더 일정해진 것으로 보인다. 예를 들어 ZIF 나노입자의 경우 defect의 일종인 metal vacancy, dangling linker, 또는 linker vacancy와 같은 부분들이 존재해 기본 유닛셀 내에서의 M-N 결합 개수 및 종류가 다양하게 존재하여 M-N 결합강도가 다양하게 존재할 수 있으나. AZIF의 경우 알킬아민이 유기결합체의 탈수소화를 촉진시켜 결정 성을 촉진시키고 또한 Linker vacancy 같은 곳에 알킬아민이 결합이 가능하여 좀 더 균일한 M-N 결합강도를 가지는 것으로 보인다. 이를 통해서 알킬아민이 금속과의 직접적인 결합이 이루어져 있음을 확인할 수 있었다.More specifically, in the case of general ZIF-67, a pick related to the binding (N-Co) between the amine and metal ion of the organic linkage at 424.4 cm -1 appears. In the case of AZIF-67-Bu 3 N 5 , the pick is It moves to 426.2 cm -1 and shows a difference of about 1.8 cm -1 . In the case of ZIF-8 , an N-Zn related pick comes out at 419.1 cm -1 , and in the case of AZIF-8-Bu 3 N 5 , 421.6 cm. The pick appears at -1 , and the difference is about 2.5cm -1. In addition, in the case of AZIF, it seems that the degree of amine bonding between the metal ion and the ligand became more constant through the narrower dispersion. For example, in the case of ZIF nanoparticles, there are parts such as metal vacancy, dangling linker, or linker vacancy, which are a type of defect. can, but In the case of AZIF, alkylamine promotes dehydrogenation of organic binders to promote crystallinity, and alkylamines can be bound in places such as linker vacancy, so it seems to have more uniform MN bond strength. Through this, it was confirmed that the alkylamine had a direct bond with the metal.

AZIF-67 나노입자의 Co-N의 IR 피크는 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1 내지 3cm-1 증가할 수 있다. 즉 ZIF-67 나노입자에 비해 Co-N의 IR 피크가 1 내지 3cm-1 증가하는 것이다. 마찬가지로, AZIF-8 나노입자의 Zn-N의 IR 피크는 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1.5 내지 4cm-1 증가할 수 있다.The IR peak of Co-N of AZIF-67 nanoparticles can be increased by 1 to 3 cm -1 by an organic ligand of an alkylamine series. That is, the IR peak of Co-N is increased by 1 to 3 cm -1 compared to the ZIF-67 nanoparticles. Similarly, the IR peak of Zn-N of AZIF-8 nanoparticles can be increased by 1.5 to 4 cm -1 by an organic ligand of an alkylamine series.

[실험예 5] [Experimental Example 5]

AZIF-67 나노입자 및 하이브리드 막을 대상으로 막의 단면을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 촬영하였다. 촬영은 상온, 진공 조건 하에서 Inspect F FEG-SEM 장비를 이용하였다. Cross-sections of AZIF-67 nanoparticles and hybrid membranes were photographed using a scanning electron microscope (SEM). Filming was performed using Inspect F FEG-SEM equipment at room temperature and under vacuum conditions.

도 6에 나타낸 바와 같이, AZIF-67 입자의 크기는 약 50 nm 로 확인되었으나 도 1의 DLS 결과와 조합할 때 그 크기가 50 nm에 제한되지 않고 더 작을 수도 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 실시예 7의 AZIF-67 기반 하이브리드 막의 경우 고농도로 나노 입자가 도입되었을 때에도 나노입자가 뭉침 현상 없이 고분자 매트릭스에 고루 분산되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 고분자와 입자 간 상용성이 매우 좋은 것을 확인하였다. As shown in FIG. 6 , the size of the AZIF-67 particles was confirmed to be about 50 nm, but when combined with the DLS result of FIG. 1 , the size is not limited to 50 nm and may be smaller. As shown in FIG. 11 , in the case of the AZIF-67-based hybrid membrane of Example 7, it was confirmed that the nanoparticles were evenly dispersed in the polymer matrix without agglomeration even when nanoparticles were introduced at a high concentration. In addition, it was confirmed that the compatibility between the polymer and the particles was very good.

[실험예 6] [Experimental Example 6]

막-실시예 1에서 제조된 하이브리드 막 내 AZIF-67 입자의 중량%를 확인하기 위해 열량중량분석(Thermogravimetric analysis, TGA)을 진행하였다. 측정은 METTLER TOLED TGA1 장비를 이용하여 25℃부터 800℃까지 5℃/min의 가열 속도로 Air 조건에서 50 cm3/sec의 유량을 주입하여 진행하였다.Membrane - Thermogravimetric analysis (TGA) was performed to confirm the weight % of AZIF-67 particles in the hybrid membrane prepared in Example 1. The measurement was carried out by injecting a flow rate of 50 cm 3 /sec in the air condition at a heating rate of 5 °C/min from 25 °C to 800 °C using the METTLER TOLED TGA1 equipment.

도 20에 나타난 바와 같이 6FDA-DAM 고분자는 800℃까지의 TGA 분석 후 무게가 100 중량%에서 0 중량%로 감소하였고, AZIF-67 나노입자는 800℃까지의 TGA 분석 후 무게가 100 중량%에서 35.5 중량%로 감소하였다. 20 중량%의 AZIF-67 나노입자를 포함하는 하이브리드 막은 100 중량%에서 7.0 중량%로 감소하였고, 30중량%의 AZIF-67 나노입자를 포함하는 하이브리드 막은 100 중량%에서 10.8 중량%으로 감소하였다. 마지막으로 40 중량%의 AZIF-67 나노입자를 포함하는 하이브리드 막은 100 중량%에서 15.9 중량%으로 감소하였다. AZIF-67 나노입자와 이를 포함하는 하이브리드 막의 TGA 분석 후 남은 잔여물은 모두 cobalt oxide(CoO)를 의미하며, CoO 내 Co와 O 간 분자량 비율을 이용하여 순수한 Co의 중량%를 계산할 수 있다. 따라서 서로 다른 중량%를 나타내는 하이브리드 막의 Co 중량%를 AZIF-67의 Co 중량%로 모두 나눠주면 하이브리드 막 내 AZIF-67 나노입자의 실제 중량%를 계산할 수 있으며 그 결과, 막-실시예 1에서 제조한 하이브리드 막 내 AZIF-67 나노입자의 실제 중량%가 이론적인 중량%와 거의 동일한 것을 확인하였고 이를 표 2에 나타냈다.As shown in FIG. 20, the weight of 6FDA-DAM polymer was reduced from 100% by weight to 0% by weight after TGA analysis up to 800°C, and AZIF-67 nanoparticles after TGA analysis up to 800°C, the weight decreased from 100% by weight. decreased to 35.5 wt%. The hybrid membrane containing 20% by weight of AZIF-67 nanoparticles decreased from 100% by weight to 7.0% by weight, and the hybrid membrane containing 30% by weight of AZIF-67 nanoparticles decreased from 100% by weight to 10.8% by weight. Finally, the hybrid membrane containing 40 wt% of AZIF-67 nanoparticles was reduced from 100 wt% to 15.9 wt%. All residues remaining after TGA analysis of AZIF-67 nanoparticles and hybrid membranes containing them refer to cobalt oxide (CoO), and the weight percent of pure Co can be calculated using the molecular weight ratio between Co and O in CoO. Therefore, if the weight% of Co of the hybrid membrane representing different weight% is all divided by the weight% of Co of AZIF-67, the actual weight% of AZIF-67 nanoparticles in the hybrid membrane can be calculated, and as a result, the membrane-prepared in Example 1 It was confirmed that the actual weight % of AZIF-67 nanoparticles in one hybrid membrane was almost equal to the theoretical weight %, which is shown in Table 2.

CoO 중량%CoO wt% Co 중량%Co wt% 실제 ZIF-67-Bu3N5 중량%Actual ZIF-67-Bu 3 N5 wt% ZIF-67-Bu3N5ZIF-67-Bu 3 N5 35.535.5 27.927.9 -- 막-실시예 1
(20중량%)
Membrane-Example 1
(20% by weight)
7.07.0 5.55.5 19.719.7
막-실시예 1
(30중량%)
Membrane-Example 1
(30% by weight)
10.810.8 8.58.5 30.530.5
막-실시예 1
(40중량%)
Membrane-Example 1
(40% by weight)
15.915.9 12.512.5 45.545.5

[실험예 7] [Experimental Example 7]

막-실시예 및 막-비교예에서 제조한 하이브리드 막 또는 막의 단일 C3H6 및 C3H8 투과도와 C3H6/C3H8 선택도를 측정하였다. 구체적으로, 2 atm, 35℃ 조건에서 일정한 부피를 갖고 있는 투과도 장치를 사용하여 각 기체의 투과도 및 선택도를 측정하였다. 각 하이브리드 막을 투과도 장치 안에 넣고 24시간 이상 진공상태로 유지한 뒤 측정 전 leak test를 거쳐 투과도 및 선택도를 측정하였다. 하이브리드 막을 통과하는 기체의 정상상태의 투과 속도와 leak rate을 이용하여 투과도 및 선택도 계산에 사용하였다. 선택도는 각 하이브리드 막의 C3H6 투과도와 C3H8 투과도의 비를 이용하여 계산하였다. Single C 3 H 6 and C 3 H 8 permeability and C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity of the hybrid membranes or membranes prepared in Membrane-Example and Membrane-Comparative Example were measured. Specifically, the permeability and selectivity of each gas were measured using a permeability device having a constant volume at 2 atm and 35°C conditions. Each hybrid membrane was placed in a permeability device and maintained in a vacuum state for at least 24 hours, and then the permeability and selectivity were measured through a leak test before measurement. The steady-state permeation rate and leak rate of the gas passing through the hybrid membrane were used to calculate the permeability and selectivity. Selectivity was calculated using the ratio of C 3 H 6 permeability to C 3 H 8 permeability of each hybrid membrane.

표 3에 나타난 바와 같이 AZIF-67 입자를 포함하여 제조한 하이브리드 막은(막-실시예 1) 막-비교예 2의 동일량의 ZIF-67 입자를 포함한 하이브리드 막에 비해 C3H6 투과도와 C3H6/C3H8 선택도가 모두 증가함을 확인하였다. 막-실시예 1의 입자 20 중량% 하이브리드 막의 경우, 막-비교예 2의 하이브리드 막과 동일한 나노 입자 함량을 갖고 있음에도 불구하고 더 높은 C3H6 투과도와 C3H6/C3H8 선택도를 나타내었다. 또한, AZIF-67 입자(막-실시예 1)가 30 중량% 포함된 하이브리드 막과 달리, ZIF-67 입자는 30 중량% 이상을 6FDA-DAM 고분자에 포함시킬 때, 내부에서 높은 입자 함량으로 인한 뭉침 현상이 관찰되었고 이로 인한 하이브리드 막의 낮은 기계적 물성으로 투과도 측정이 불가능하였다.As shown in Table 3, the hybrid membrane prepared including the AZIF-67 particles (membrane-Example 1) showed C 3 H 6 permeability and C compared to the hybrid membrane including the same amount of ZIF-67 particles of Comparative Example 2 It was confirmed that all 3 H 6 /C 3 H 8 selectivities were increased. In the case of the 20 wt% hybrid membrane of particles of Membrane-Example 1, higher C 3 H 6 permeability and C 3 H 6 /C 3 H 8 selection despite having the same nanoparticle content as the hybrid membrane of Membrane-Comparative Example 2 shown in the figure. In addition, unlike the hybrid membrane containing 30% by weight of AZIF-67 particles (membrane-Example 1), ZIF-67 particles contain 30% by weight or more in the 6FDA-DAM polymer due to the high particle content inside. Agglomeration was observed, and it was impossible to measure the transmittance due to the low mechanical properties of the hybrid membrane.

샘플Sample C3H6 투과도
(Barrer)
C 3 H 6 Permeability
(Barrer)
C3H8 투과도
(Barrer)
C 3 H 8 permeability
(Barrer)
C3H6/C3H8 선택도 (-)C 3 H 6 /C 3 H 8 Selectivity (-)
막-비교예 1 6FDA-DAMMembrane-Comparative Example 1 6FDA-DAM 16.6316.63 1.471.47 11.311.3 막-비교예 2
(20중량%)
Membrane-Comparative Example 2
(20% by weight)
34.1434.14 1.141.14 29.929.9
막-실시예 1
(20중량%)
Membrane-Example 1
(20% by weight)
41.8041.80 1.151.15 36.536.5
막-실시예 2
(30중량%)
Membrane-Example 2
(30% by weight)
49.7849.78 1.061.06 47.047.0
막-실시예 3
(40중량%)
Membrane-Example 3
(40% by weight)
62.0862.08 1.071.07 58.258.2

AZIF-67 입자의 경우, 입자뭉침 현상 없이 40 중량%의 입자를 포함하는 하이브리드 막의 제조가 가능하였으며, 62 Barrer에 해당하는 높은 C3H6 투과도와 58.2에 해당하는 높은 C3H6/C3H8 선택도가 가능함을 확인하였다.In the case of AZIF-67 particles, it was possible to prepare a hybrid membrane containing 40% by weight of particles without particle agglomeration, and high C 3 H 6 permeability of 62 Barrer and high C 3 H 6 /C 3 of 58.2. It was confirmed that H 8 selectivity is possible.

표 4에 나타난 바와 같이 막-실시예 2에서 제조된 AZIF-8-Bu3N5 입자를 20 중량% 포함하는 하이브리드 막의 경우, 비교예 3의 동일량의 ZIF-8 입자를 이용해 제막한 하이브리드 막 보다 35℃에서 높은 C3H6 투과도 및 C3H6/C3H8 선택도를 확인하였다As shown in Table 4, in the case of the hybrid membrane containing 20% by weight of the AZIF-8-Bu 3 N5 particles prepared in Membrane-Example 2, the hybrid membrane formed using the same amount of ZIF-8 particles of Comparative Example 3 was higher than that of the hybrid membrane. High C 3 H 6 permeability and C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity at 35° C. were confirmed.

샘플Sample C3H6 투과도
(Barrer)
C 3 H 6 Permeability
(Barrer)
C3H8 투과도
(Barrer)
C 3 H 8 permeability
(Barrer)
C3H6/C3H8 선택도 (-)C 3 H 6 /C 3 H 8 Selectivity (-)
막-비교예 1Membrane-Comparative Example 1 16.6316.63 1.471.47 11.311.3 막-비교예 3
(20 중량%)
Membrane-Comparative Example 3
(20% by weight)
37.7337.73 1.821.82 20.720.7
막-실시예 2
(20 중량%)
Membrane-Example 2
(20% by weight)
41.0541.05 1.641.64 25.025.0

샘플Sample 측정 온도
(oC)
measurement temperature
( o C)
C3H6 투과도
(Barrer)
C 3 H 6 Permeability
(Barrer)
C3H8 투과도
(Barrer)
C 3 H 8 permeability
(Barrer)
C3H6/C3H8 선택도 (-)C 3 H 6 /C 3 H 8 Selectivity (-)
막-비교예 1Membrane-Comparative Example 1 3535 16.6316.63 1.471.47 11.311.3 5050 19.4019.40 1.921.92 10.110.1 7070 22.3122.31 2.452.45 9.19.1 막-비교예 2
(20 중량%)
Membrane-Comparative Example 2
(20% by weight)
3535 34.1434.14 1.141.14 29.929.9
5050 37.1637.16 1.581.58 23.623.6 7070 40.8240.82 2.232.23 18.318.3 막-실시예 1
(20 중량%)
Membrane-Example 1
(20% by weight)
3535 41.8041.80 1.151.15 36.536.5
5050 43.7443.74 1.351.35 27.227.2 7070 46.9746.97 1.561.56 20.520.5

위 실험과 동일한 측정 방법을 사용하여 2 atm 조건에서 35℃, 50℃ 및 70℃의 측정 온도 변화에 다양한 입자 및 농도를 포함하는 하이브리드 막의 C3H6/C3H6 단일기체 분리성능을 확인하였다. 도 21과 표 5에 나타난 바와 같이, 제조된 모든 하이브리드 막 또는 막은 측정 온도가 증가함에 따라 C3H6의 투과도는 증가하고 C3H6/C3H8 선택도는 감소하는 경향성을 나타내었으며, AZIF-67 입자(i.e., ZIF-67-Bu3N5)를 포함하는 하이브리드 막의 분리성능은 ZIF-67 입자를 함유한 하이브리드 막의 분리성능보다 모든 동일 조건에서 더 높은 C3H6 투과도 및 C3H6/C3H8 선택도를 나타내었다. Using the same measurement method as in the above experiment, the C 3 H 6 /C 3 H 6 single gas separation performance of the hybrid membrane containing various particles and concentrations at the measurement temperature change of 35℃, 50℃ and 70℃ at 2 atm was confirmed. did As it is shown in Figure 21 and Table 5, as the all the produced hybrid film or film measured temperature increase permeability of the C 3 H 6 is increased, and C 3 H 6 / C 3 H 8 selectivity showed a tendency to decrease , AZIF-67 particles (ie, ZIF-67-Bu 3 N5) hybrid membrane separation performance is higher at all under the same conditions than the hybrid membranes separating efficiency containing a ZIF-67 particles C containing 3 H 6 permeability and C 3 H 6 /C 3 H 8 It showed selectivity.

SampleSample GasGas DD aa SS bb P
(Barrer)
P
(Barrer)
C3H6/C3H8 (-)C 3 H 6 /C 3 H 8 (-)

Figure 112019106285499-pat00006
Figure 112019106285499-pat00006
Figure 112019106285499-pat00007
Figure 112019106285499-pat00007
Figure 112019106285499-pat00008
Figure 112019106285499-pat00008
막-비교예 1
Membrane-Comparative Example 1
C3H6 C 3 H 6 5.29E-095.29E-09 3.17E-013.17E-01 16.6316.63 10.410.4 1.11.1 11.311.3
C3H8 C 3 H 8 5.16E-105.16E-10 2.78E-012.78E-01 1.471.47 막-비교예 1
50oC
Membrane-Comparative Example 1
50 o C
C3H6 C 3 H 6 7.99E-097.99E-09 2.43E-012.43E-01 19.4019.40 9.59.5 1.11.1 10.110.1
C3H8 C 3 H 8 8.44E-108.44E-10 2.28E-012.28E-01 1.921.92 막-비교예 1
70oC
Membrane-Comparative Example 1
70 o C
C3H6 C 3 H 6 1.17E-081.17E-08 1.90E-011.90E-01 22.3122.31 8.68.6 1.11.1 9.19.1
C3H8 C 3 H 8 1.37E-091.37E-09 1.79E-011.79E-01 2.452.45 막-비교예 2
20wt%_35oC
Membrane-Comparative Example 2
20wt%_35 o C
C3H6 C 3 H 6 7.72E-097.72E-09 4.40E-014.40E-01 34.1434.14 24.824.8 1.21.2 29.929.9
C3H8 C 3 H 8 3.11E-103.11E-10 3.70E-013.70E-01 1.141.14 막-비교예 2
20wt%_50oC
Membrane-Comparative Example 2
20wt%_50 o C
C3H6 C 3 H 6 1.08E-081.08E-08 3.35E-013.35E-01 37.1637.16 20.420.4 1.11.1 23.623.6
C3H8 C 3 H 8 5.29E-105.29E-10 2.92E-012.92E-01 1.581.58 막-비교예 2
20wt%_70oC
Membrane-Comparative Example 2
20wt%_70 o C
C3H6 C 3 H 6 1.52E-081.52E-08 2.66E-012.66E-01 40.8240.82 16.516.5 1.11.1 18.318.3
C3H8 C 3 H 8 9.20E-109.20E-10 2.41E-012.41E-01 2.232.23 막-실시예 1
20wt%_35oC
Membrane-Example 1
20wt%_35 o C
C3H6 C 3 H 6 1.20E-081.20E-08 3.48E-013.48E-01 41.8041.80 36.136.1 1.01.0 36.536.5
C3H8 C 3 H 8 3.32E-103.32E-10 3.45E-013.45E-01 1.151.15 막-실시예 1
20wt%_50oC
Membrane-Example 1
20wt%_50 o C
C3H6 C 3 H 6 1.63E-081.63E-08 2.69E-012.69E-01 43.7443.74 27.127.1 1.01.0 27.227.2
C3H8 C 3 H 8 6.01E-106.01E-10 2.68E-012.68E-01 1.351.35 막-실시예 1
20wt%_70oC
Membrane-Example 1
20wt%_70 o C
C3H6 C 3 H 6 2.28E-082.28E-08 2.06E-012.06E-01 46.9746.97 20.420.4 1.01.0 20.520.5
C3H8 C 3 H 8 1.12E-091.12E-09 2.05E-012.05E-01 1.561.56

*a: Diffusivity (확산도, D , cm2/sec)*a: Diffusivity (diffusivity, D , cm 2 /sec)

*b: Solubility (용해도, S , cc (STP)/cc Poly/cmHg)*b: Solubility (solubility, S , cc (STP)/cc Poly/cmHg)

표 6은 본원의 실시예에 따라 AZIF-67 나노입자를 이용해 제조한 하이브리드 막의 온도에 따른 C3H6/C3H8 단일기체 분리성능 확산도, 용해도, 확산도 선택도, 그리고 용해도 선택도를 나타낸 도표이다. 표 6에 나타난 수치들을 바탕으로 Arrhenius 방정식을 이용해 각 하이브리드 막 들의 기체별 투과도 activation energy (E P ), 확산도 activation energy (E D ), 및 heat of sorption (H S ) 값을 계산하였고 이를 표 8에 나타내었다. Table 6 shows C 3 H 6 /C 3 H 8 single gas separation performance diffusivity, solubility, diffusivity selectivity, and solubility selectivity according to the temperature of the hybrid membrane prepared using AZIF-67 nanoparticles according to the example of the present application is a diagram showing The numbers shown in Table 6, using the Arrhenius equation based on the gas-specific transmission rate of each of the hybrid film activation energy (E P), diffusivity activation energy (E D), and the heat of sorption table it was calculated on the (H S) value of 8 shown in

샘플Sample GasGas E P (kJ/mol) E P (kJ/mol) E D (kJ/mol) E D (kJ/mol) H S (kJ/mol) H S (kJ/mol) 막-비교예 1 Membrane-Comparative Example 1 C3H6 C 3 H 6 7.37.3 20.420.4 -13.1-13.1 C3H8 C 3 H 8 12.212.2 24.424.4 -12.2-12.2 막-비교예 2 20wt%Membrane-Comparative Example 2 20wt% C3H6 C 3 H 6 4.94.9 16.816.8 -11.9-11.9 C3H8 C 3 H 8 16.716.7 31.631.6 -14.6-14.6 막-실시예 1 20wt%Membrane-Example 1 20wt% C3H6 C 3 H 6 2.92.9 16.116.1 -13.2-13.2 C3H8 C 3 H 8 17.317.3 34.234.2 -16.9-16.9

표 7에 나타난 바와 같이, C3H6에 대한 6FDA-DAM 고분자 막의 E P 값에 비해 ZIF-67 입자 및 AZI-67F 나노입자를 함유한 하이브리드 막의 E P 값이 낮아진 것을 확인할 수 있고, 특히 AZIF-67 나노입자를 함유한 하이브리드 막의 E P 값이 가장 낮은 것을 확인할 수 있다 (i.e., 2.9). 반면 C3H8에 대한 6FDA-DAM 고분자막의 E P 값은 ZIF-67 입자 및 AZIF-67 나노입자를 함유한 하이브리드 막의 E P 값에 비해 증가한 것을 확인할 수 있고, 특히 AZIF-67 나노입자를 함유한 하이브리드 막의 E P 값이 가장 높은 것을 확인할 수 있다 (i.e., 17.3). 이를 통해 ZIF-67 나노입자 및 AZIF-67 나노입자가 C3H6/C3H8 기체 분리에 효과적이라는 것을 알 수 있으며, AZIF-67 나노입자의 경우 ZIF-67 입자에 비해 더 효과적인 C3H6/C3H8 분리성능을 나타낸다는 것을 알 수 있다.As shown in Table 7, C 3 H 6 6FDA- DAM may be confirmed that the polymer film is a lower hybrid film E P value containing a ZIF-67 particles and AZI-67F nanoparticles compared to E P value, especially AZIF for It can be seen that the E P value of the hybrid membrane containing -67 nanoparticles is the lowest (ie, 2.9). On the other hand, it can be seen that the E P value of the 6FDA-DAM polymer membrane for C 3 H 8 increased compared to the E P value of the hybrid membrane containing ZIF-67 particles and AZIF-67 nanoparticles. It can be seen that one hybrid membrane had the highest E P value (ie, 17.3). This is ZIF-67 nanoparticles and AZIF-67 nanoparticles, C 3 H 6 / C 3 H 8 can be seen to be effective in the gas separation, in the case of AZIF-67 nano particles more effectively as compared to ZIF-67 particles C 3 through It can be seen that H 6 /C 3 H 8 shows separation performance.

샘플Sample Energetic 선택도
(-)
Energetic selectivity
(-)
Entropic 선택도
(-)
Entropic selectivity
(-)
확산도 선택도
(-)
diffusivity selectivity
(-)
막-비교예 1Membrane-Comparative Example 1 4.84.8 2.12.1 10.110.1 막-비교예 2
20wt%
Membrane-Comparative Example 2
20 wt%
322.7322.7 0.080.08 24.824.8
막-실시예 1
20wt%
Membrane-Example 1
20 wt%
1170.21170.2 0.030.03 36.136.1

일반적으로 C3H6/C3H8 기체 분리에서의 선택도는 확산도 선택도에 의해 결정된다. 확산도 선택도는 다시 막의 기공을 통과하는 기체 분자들 또는 막의 크기와 관련있는 energetic 선택도와 막의 기공을 통과하는 기체 분자들의 모양 또는 막 기공구조와 관련 있는 entropic 선택도의 곱으로 나타낼 수 있으며, 실시예에 따른 6FDA-DAM 고분자 막, ZIF-67 입자 및 AZIF-67-Bu3N5 입자를 20중량%씩 함유하는 하이브리드 막의 각 energetic 선택도와 entropic 선택도를 표 9에 나타냈다.In general, selectivity in C 3 H 6 /C 3 H 8 gas separation is determined by diffusivity selectivity. The diffusivity selectivity can be expressed as the product of the energetic selectivity related to the size of gas molecules or membrane passing through the membrane pores and the entropic selectivity related to the shape or membrane pore structure of the gas molecules passing through the membrane pores. Table 9 shows the energetic selectivity and entropic selectivity of each of the 6FDA-DAM polymer membrane, the ZIF-67 particle, and the hybrid membrane containing 20% by weight of the AZIF-67-Bu 3 N5 particle according to the example.

표 8에 나타낸 바와 같이, C3H6/C3H8의 energetic 선택도는 6FDA-DAM 고분자 막에 비해 ZIF-67 혹은 AZIF-67 입자(i.e., ZIF-67-Bu3N5)를 포함하는 하이브리드 막에서 현저하게 증가한 것을 알 수 있다. 특히 AZIF-67-Bu3N5 입자를 포함하는 하이브리드 막의 경우, ZIF-67 입자를 포함하는 하이브리드 막에 비해 향상된 energetic 선택도를 나타내는 것을 확인하였다 (i.e., 1170.2). 반면 C3H6/C3H8의 entropic 선택도의 경우, 6FDA-DAM 고분자 막에 비해 ZIF-67 혹은 AZIF-67 입자(i.e., AZIF-67-Bu3N5)를 포함하는 하이브리드 막에서 훨씬 감소한 것을 알 수 있다. 특히 AZIF-67-Bu3N5 입자를 포함하는 하이브리드 막의 경우, ZIF-67 입자를 포함하는 하이브리드 막에 비해 매우 낮은 energetic 선택도를 나타내는 것을 확인하였다 (i.e., 0.03).As shown in Table 8, the energetic selectivity of C 3 H 6 /C 3 H 8 was higher than that of the 6FDA-DAM polymer film containing ZIF-67 or AZIF-67 particles (ie, ZIF-67-Bu 3 N5). It can be seen that the hybrid membrane significantly increased. In particular, it was confirmed that the hybrid membrane containing AZIF-67-Bu 3 N5 particles exhibited improved energetic selectivity compared to the hybrid membrane containing ZIF-67 particles (ie, 1170.2). On the other hand , in the case of the entropic selectivity of C 3 H 6 /C 3 H 8 , the hybrid membrane containing ZIF-67 or AZIF-67 particles (ie, AZIF-67-Bu 3 N5) was significantly higher than that of the 6FDA-DAM polymer membrane. It can be seen that a decrease In particular, it was confirmed that the hybrid membrane containing AZIF-67-Bu3N5 particles exhibited very low energetic selectivity compared to the hybrid membrane containing ZIF-67 particles (ie, 0.03).

이와 같은 결과는, ZIF-67 입자가 C3H6 및 C3H8 기체를 크기에 따라 효과적으로 분리할 수 있다는 것을 보여줌과 동시에 AZIF-67-Bu3N5 입자가 하이브리드 막 안에서 ZIF-67 입자보다 C3H6 및 C3H8 기체를 크기에 따라 더욱 효과적으로 분리할 수 있다는 것을 나타낸다. 이는 ZIF-67-Bu3N5 입자의 FT-IR 결과를 보여주는 도 19에서 확인할 수 있듯이, Co-N간의 이온성 결합이 강해지면서 C3H6/C3H8 분리를 위한 체거름 기능이 현저히 증가함으로 인해 발생한 결과로 해석할 수 있다.These results show that ZIF-67 particles can effectively separate C 3 H 6 and C 3 H 8 gases according to their size, while AZIF-67-Bu 3 N5 particles are superior to ZIF-67 particles in the hybrid membrane. This indicates that C 3 H 6 and C 3 H 8 gases can be separated more effectively according to size. As can be seen in FIG. 19 showing the FT-IR results of ZIF-67-Bu 3 N5 particles, the sieving function for C 3 H 6 /C 3 H 8 separation is significantly improved as the ionic bond between Co-N is strengthened. It can be interpreted as a result of the increase.

이와 같은 결과를 통해 C3H6/C3H8 기체 분리막 제조시 AZIF-67 입자 및 AZIF-8 입자를 이용할 경우, ZIF-67 입자 및 ZIF-8 입자에 비해 우수한 C3H6/C3H8 분리성능을 지닌 하이브리드 막 제조가 가능함을 확인하였다.According to these results, when AZIF-67 particles and AZIF-8 particles are used in manufacturing a C 3 H 6 /C 3 H 8 gas separation membrane, C 3 H 6 /C 3 is superior to ZIF-67 particles and ZIF-8 particles. It was confirmed that it is possible to prepare a hybrid membrane having H 8 separation performance.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application.

Claims (20)

고분자 매트릭스; 및
상기 고분자 매트릭스에 분산된 제올라이트 이미다졸레이트계 구조를 포함하는 나노입자를 포함하며,
상기 나노입자는,
금속이온과;
상기 금속이온에 결합되어 있는 유기리간드를 포함하며,
상기 유기 리간드는 이미다졸레이트계 유기 리간드와 알킬 아민 계열의 유기 리간드를 포함하며,
상기 유기 리간드에서 상기 이미다졸레이트계 유기 리간드 대 상기 알킬 아민 계열의 유기 리간드의 비율은 99.9중량%:0.1중량% 내지 80중량%:20중량%인 하이브리드 막.
polymer matrix; and
It contains nanoparticles comprising a zeolite imidazolate-based structure dispersed in the polymer matrix,
The nanoparticles are
metal ions;
It contains an organic ligand bound to the metal ion,
The organic ligand includes an imidazolate-based organic ligand and an alkylamine-based organic ligand,
In the organic ligand, a ratio of the imidazolate-based organic ligand to the alkyl amine-based organic ligand is 99.9% by weight: 0.1% by weight to 80% by weight:20% by weight.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나노입자는,
상기 알킬아민 계열의 유기 리간드의 사용비율에 따라서 결정면의 간격, 결정면의 분포 및 결합강도 중 적어도 어느 하나가 조절되며,
상기 알킬 아민 계열의 유기 리간드는 상기 금속이온과 직접 결합되는 하이브리드 막.
According to claim 1,
The nanoparticles are
At least one of the spacing of the crystal planes, the distribution of the crystal planes, and the bonding strength is controlled according to the ratio of the alkylamine-based organic ligands used,
wherein the alkylamine-based organic ligand is directly bonded to the metal ion.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속이온이 코발트인 경우 상기 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 11.9Å 내지 12.15Å이며,
상기 금속이온이 아연인 경우 상기 나노입자의 (011) 결정면의 간격은 12.0Å 내지 12.25Å인 하이브리드 막.
According to claim 1,
When the metal ion is cobalt, the spacing between the (011) crystal planes of the nanoparticles is 11.9 Å to 12.15 Å,
When the metal ion is zinc, the spacing between the (011) crystal planes of the nanoparticles is 12.0 Å to 12.25 Å.
제1항에 있어서,
상기 나노입자는 100nm이하의 크기이며, 기공은 0.1nm 내지 1nm인 하이브리드 막.
According to claim 1,
The nanoparticles have a size of 100 nm or less, and the pores are 0.1 nm to 1 nm.
제1항에 있어서,
상기 나노입자는 TGA 실험에서 400℃ 이내에서 3%이하의 질량감소를 나타내며,
상기 금속이온이 코발트인 경우 상기 나노입자의 Co-N의 IR 피크는 상기 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1 내지 3cm-1 증가하고,
상기 금속이온이 아연인 경우 상기 나노입자의 Zn-N의 IR 피크는 상기 알킬아민 계열의 유기 리간드에 의해 1.5 내지 4cm-1 증가하는 하이브리드 막.
According to claim 1,
The nanoparticles show a mass reduction of 3% or less within 400 ° C in the TGA experiment,
When the metal ion is cobalt, the IR peak of Co-N of the nanoparticles increases by 1-3 cm -1 by the organic ligand of the alkylamine series,
When the metal ion is zinc, the IR peak of Zn-N of the nanoparticles increases by 1.5 to 4 cm -1 by the alkylamine-based organic ligand.
제1항에 있어서,
상기 막에서 상기 나노입자의 함량은 15중량% 내지 60중량%인 하이브리드 막.
According to claim 1,
The hybrid membrane wherein the content of the nanoparticles in the membrane is 15% to 60% by weight.
제1항에 있어서,
상기 막에서 상기 나노입자의 함량은 30중량% 내지 60중량%인 하이브리드 막.
According to claim 1,
The hybrid membrane wherein the content of the nanoparticles in the membrane is 30% to 60% by weight.
제1항에 있어서,
상기 막의 두께는 50nm 내지 100μm인 하이브리드 막.
According to claim 1,
A hybrid film having a thickness of 50 nm to 100 µm.
제1항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스는 폴리이미드, 폴리설폰 (PSF), 폴리이써설폰 (PES), 셀룰로오스 아세테이트 (CA), polydimethylsiloxane (PDMS) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)로 이루어진 군 중에 선택되는 어느 하나를 포함하여 이루어진 하이브리드 막.
According to claim 1,
The polymer matrix is a hybrid comprising any one selected from the group consisting of polyimide, polysulfone (PSF), polyisosulfone (PES), cellulose acetate (CA), polydimethylsiloxane (PDMS), and polyvinyl acetate (PVAc). membrane.
제1항에 있어서,
상기 막은 0.1Å 내지 5Å 의 분자 크기 차이를 갖는 기체들을 서로 분리하는 하이브리드 막.
According to claim 1,
The membrane is a hybrid membrane that separates gases having a molecular size difference of 0.1 Å to 5 Å from each other.
제1항에 있어서,
상기 막은 C3H6/C3H8, C2H4/C2H6, CO2/CH4, CO2/CO, CO2/N2, N2/ CH4, n-C4/i-C4(n-butane/iso-butane), H2/CH4, H2/C3H8 및 H2/C3H6으로 이루어진 기체세트의 군에서 선택되는 기체 세트의 혼합 기체를 분리하는 하이브리드 막
According to claim 1,
The membrane is C 3 H 6 /C 3 H 8 , C 2 H 4 /C 2 H 6 , CO 2 /CH 4 , CO 2 /CO, CO 2 /N 2 , N 2 /CH 4 , nC 4 /iC 4 (n-butane/iso-butane), H 2 /CH 4 , H 2 /C 3 H 8 , and H 2 /C 3 H 6 A hybrid membrane for separating a mixed gas of a gas set selected from the group consisting of
제1항에 있어서,
상기 나노입자의 중심원자가 코발트인 경우,
35℃에서 상기 나노입자의 C3H6에 대한 투과도는 200 내지 400Barrer, C3H6/C3H8선택도는 270 내지 400이며,
상기 나노입자의 중심원자가 아연인 경우,
35℃에서 상기 나노입자의 C3H6에 대한 투과도는 300 내지 600Barrer, C3H6/C3H8선택도는 140 내지 300인 하이브리드 막.
According to claim 1,
When the central atom of the nanoparticles is cobalt,
And at 35 ℃ permeability for C 3 H 6 of the nanoparticles 200 to 400Barrer, C 3 H 6 / C 3 H 8 selectivity of 270 to 400,
When the central atom of the nanoparticles is zinc,
The permeability of the nanoparticles to C 3 H 6 at 35° C. is 300 to 600 Barrer, and the C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity is 140 to 300 hybrid membrane.
제1항에 있어서,
상기 나노입자의 중심원자는 아연을 포함하며,
35℃에서 상기 막의 C3H6에 대한 투과도는 40 내지 80 Barrer이며 C3H6/C3H8선택도는 22 내지 40인 하이브리드 막.
According to claim 1,
The central atom of the nanoparticles contains zinc,
A hybrid membrane wherein the membrane has a C 3 H 6 permeability of 40 to 80 Barrer and a C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity of 22 to 40 at 35°C.
제1항에 있어서,
상기 나노입자의 중심원자는 코발트를 포함하며,
35℃에서 상기 막의 C3H6에 대한 투과도는 40 내지 70Barrer 이며 C3H6/C3H8선택도는 33 내지 60인 하이브리드 막.
According to claim 1,
The central atom of the nanoparticles contains cobalt,
A hybrid membrane wherein the membrane has a C 3 H 6 permeability of 40 to 70 Barrer and a C 3 H 6 /C 3 H 8 selectivity of 33 to 60 at 35°C.
제1항에 있어서,
상기 나노입자의 중심원자는 코발트를 포함하며,
상기 막의 C3H6/C3H8 energetic 선택도는 1,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 하이브리드 막.
According to claim 1,
The central atom of the nanoparticles contains cobalt,
Hybrid membrane, characterized in that the C 3 H 6 /C 3 H 8 energetic selectivity of the membrane is 1,000 to 10,000.
제1항, 제3항 및 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 막을 이용하여 두 가지 이상의 기체를 포함하는 혼합 기체로부터 한 가지 이상의 기체를 분리하는 단계를 포함하는 기체 분리 방법.18. A gas separation method comprising the step of separating one or more gases from a mixed gas comprising two or more gases using the hybrid membrane according to any one of claims 1, 3 and 5 to 17. 제18항에 있어서,
상기 막에 상기 혼합 기체를 통과시킴으로써, 상기 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이를 이용하여 상기 기체들을 서로 분리하는 기체 분리 방법.
19. The method of claim 18,
A gas separation method for separating the gases from each other by passing the mixed gas through the membrane, using a difference in molecular size of the gases included in the mixed gas.
제18항에 있어서,
상기 혼합 기체에 포함된 기체들의 분자 크기 차이는 0.1Å 내지 5Å인 기체 분리 방법.
19. The method of claim 18,
The difference in molecular size of the gases included in the mixed gas is 0.1 Å to 5 Å.
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