KR102389822B1 - Organic-Inorganic Hybrid nanoporous materials and applications thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 일 실시예에 따르면, 정방정계 구조를 갖는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고, 상기 결정격자와 상기 리간드 링커는 상기 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 상기 기공 내에 분자를 흡착하고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 복수 개의 상기 결정 격자가 연결되고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 연결된 상기 복수 개의 결정격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결되는, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a central metal ion provided in a crystal lattice having a tetragonal structure; and a ligand linker connecting the crystal lattice containing the central metal ion to the adjacent crystal lattice in a plane, wherein the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane, and within the pores An organic-inorganic hybrid that adsorbs molecules, a plurality of the crystal lattices are connected in a direction penetrating the plane, and the plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane are connected in a cis-helix structure A nanoporous body is provided.

Description

유무기 하이브리드 나노세공체 및 이의 응용{Organic-Inorganic Hybrid nanoporous materials and applications thereof}Organic-inorganic hybrid nanoporous body and its application {Organic-Inorganic Hybrid nanoporous materials and applications thereof}

본 발명은 유무기 하이브리드 나노세공체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 활용성이 우수하여 수분 흡착제, 가스 분리 또는 저장을 위한 흡착제 등으로 사용될 수 있다.The present invention relates to an organic-inorganic hybrid nanoporous body, and the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention has excellent usability and can be used as a moisture adsorbent, an adsorbent for gas separation or storage, and the like.

유무기 하이브리드 나노세공체는 일반적으로 "다공성 배위고분자 (porous coordination polymers)" 라고도 하며, 또는 "금속-유기 골격체(metal-organic frameworks)" 라고도 한다. 유무기 하이브리드 나노세공체는 분자배위결합과 재료 과학의 접목에 의해 최근에 새롭게 발전하기 시작하였다. Organic-inorganic hybrid nanoporous bodies are generally referred to as "porous coordination polymers", or "metal-organic frameworks". Organic-inorganic hybrid nanoporous bodies have recently begun to develop anew by combining molecular coordination and materials science.

유무기 하이브리드 나노세공체는 고표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장 물질, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 약물전달 물질, 촉매 및 촉매 담체 등에 사용될 뿐만 아니라, 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공을 이용하여 분자들의 크기에 따라 분자들을 분리하는데 사용될 수 있기 때문에 최근에 활발히 연구되어 왔다. 특히, 유무기 하이브리드 나노세공체는 결정성 골격에 극성의 금속이온 및 카르복실산 산소 음이온을 함유하는 동시에 비극성의 방향족 화합물 그룹이 공존하기 때문에 친수성과 소수성을 동시에 지닐 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body has a high surface area and molecular or nano-sized pores, so it is used for adsorbents, gas storage materials, sensors, membranes, functional thin films, drug delivery materials, catalysts and catalyst carriers, etc. Recently, it has been actively studied because it can be used to trap guest molecules or to separate molecules according to their size using pores. In particular, since the organic-inorganic hybrid nanoporous body contains a polar metal ion and a carboxylate oxygen anion in the crystalline backbone, and a non-polar aromatic compound group coexists, it can have both hydrophilicity and hydrophobicity.

이러한 유무기 하이브리드 나노세공체의 응용 분야 중 하나는 수분 흡착 및 수분 흡착을 이용한 냉난방 장치이다. 예를 들면, 밀폐형 시스템에 장착된 흡착제의 수분 흡탈착 시 발생하거나 흡수되는 열에너지를 산업용, 중대형 건물 및 가정용 난방 및 냉방에 활용하는 수분 흡착식 히트펌프에 흡착제로 활용할 수 있다. 또한, 냉난방 장치에 흡착제를 활용하면 난방 시에는 낮은 온도의 실외의 습기를 흡착한 후 실내로 유입하여 고온의 실내에서 탈착하여 가습기 역할을 대신할 수도 있고 냉방 시에는 낮은 온도의 실내의 습기를 흡착하여 높은 온도의 실외에서 탈착하여 실외로 보낼 수도 있어 쾌적한 실내 분위기를 얻을 수 있다.One of the application fields of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is a cooling and heating device using moisture adsorption and moisture adsorption. For example, heat energy generated or absorbed during moisture adsorption/desorption of an adsorbent installed in an enclosed system can be used as an adsorbent in a moisture adsorption type heat pump used for heating and cooling industrial, medium-large buildings, and households. In addition, if an adsorbent is used in a heating and cooling system, it can absorb moisture from outside at a low temperature during heating and then flow into the room and desorb from the inside of a high temperature room to act as a humidifier. Therefore, it can be detached from the outdoors at a high temperature and sent outdoors, so that a pleasant indoor atmosphere can be obtained.

유무기 하이브리드 나노세공체의 다른 활용 예는 정유 공정에서 유기 화합물을 분리하기 위한 흡착제이다. 현재, 정유 및 석유화학 산업에서 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등의 탄소수 2개에서 4개짜리 올레핀 분자들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 합성수지와 에틸벤젠, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등의 화학제품 생산에 가장 중요한 원료 가운데 하나로서 석유화학 산업에서 생산량이 가장 많은 화합물로 알려져 있다. 특히 에틸렌과 프로필렌 모노머는 석유화학 및 가스화학 산업에서 전세계적으로 연간 2억톤 규모로 생산되고 있으며, 이들은 현대 산업사회를 지탱하는 가장 중요한 화학제품 가운데 하나로 인식되고 있다. 이러한 올레핀 화합물들은 납사의 열분해 및 촉매분해, 에탄 크랙킹, 프로판 탈수소화, 셰일가스의 에탄/프로판 크랙킹 및 탈수소화, 메탄올의 올레핀 전환반응, 중질유의 유동층 접촉분해 반응 등의 다양한 원료와 공정에 의해 생산되고 있다. 그러나 고분자 합성수지의 원료로 사용되기 위해서는 99.5% 이상의 순도를 갖는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 모노머가 제조되어야 하기 때문에 반응 공정 이외에도 올레핀, 파라핀 혼합물로부터 고순도 올레핀 모노머를 얻기 위한 분리정제 공정이 매우 중요하다. 현재 사용되고 있는 올레핀 분리정제 공정은 탄화수소의 탄소수별 분리와 동일 탄소수의 올레핀/파라핀 분리로서 각 탄화수소의 끓는 점 차이를 이용한 다단계 증류법에 의해서 이루어지고 있다. 현재 에틸렌, 프로필렌 생산 공정에서 분리정제 공정의 문제점은 분리하려는 에틸렌/에탄, 프로필렌/프로판 분자의 끓는 점이 매우 유사해서 증류로 분리하기 위해서 많은 에너지가 소모되고 증류탑의 단수가 커서 장치비가 많이 소요된다는 점이다.Another application example of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is an adsorbent for separating organic compounds in an oil refining process. Currently, in the oil refining and petrochemical industries, olefin molecules with 2 to 4 carbon atoms such as ethylene, propylene, and butylene are used to produce synthetic resins such as polyethylene, polypropylene, and polybutene, and chemical products such as ethylbenzene, ethylene glycol, and propylene glycol. It is known as one of the most important raw materials in the petrochemical industry as the compound with the highest production volume. In particular, ethylene and propylene monomers are produced annually in the petrochemical and gas chemical industries at an annual scale of 200 million tons, and they are recognized as one of the most important chemical products supporting the modern industrial society. These olefin compounds are produced by various raw materials and processes such as pyrolysis and catalytic cracking of naphtha, ethane cracking, propane dehydrogenation, ethane/propane cracking and dehydrogenation of shale gas, olefin conversion of methanol, and fluidized bed catalytic cracking of heavy oil. is becoming However, in order to be used as a raw material for a synthetic polymer resin, ethylene, propylene, and butylene monomers having a purity of 99.5% or more must be prepared. The currently used olefin separation and purification process is the separation of hydrocarbons by carbon number and olefin/paraffin separation of the same carbon number, and is performed by a multi-step distillation method using the difference in boiling point of each hydrocarbon. The problem with the separation and purification process in the current ethylene and propylene production process is that the boiling points of the ethylene/ethane and propylene/propane molecules to be separated are very similar. am.

상술한 것과 같이 유무기 하이브리드 나노세공체는 활용 분야가 다양하다. 본 발명에서는 상술한 다양한 기술분야에 응용될 수 있는 성능이 우수한 유무기 하이브리드 나노세공체를 제공하고자 한다.As described above, the organic-inorganic hybrid nanoporous body has various application fields. An object of the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid nanoporous body having excellent performance that can be applied to the various technical fields described above.

de Lange MF, Verouden KJ, Vlugt TJ, Gascon J, Kapteijn F. Adsorption-Driven Heat Pumps: The Potential of Metal-Organic Frameworks. Chem Rev 115, 12205-12250 (2015)de Lange MF, Verouden KJ, Vlugt TJ, Gascon J, Kapteijn F. Adsorption-Driven Heat Pumps: The Potential of Metal-Organic Frameworks. Chem Rev 115, 12205-12250 (2015)

본 발명은 활용도가 우수한 유무기 하이브리드 나노세공체를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid nanoporous body having excellent utility.

또한 본 발명에 따르면, 수분 흡착제로 이용 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다. 수분 흡착제로 이용 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체는 수분의 흡탈착을 이용하는 냉난방 장치, 제습 장치, 열 전지(Thermal Battery), 공기 중의 수증기를 응집하여 물을 생산하는 수분 수확장치(Water Harvesting Device), 해수 담수화 장치(Desalination) 등으로 사용될 수 있고, 우수한 효율을 나타낸다.In addition, according to the present invention, there is provided an organic-inorganic hybrid nanoporous body that can be used as a moisture adsorbent. Organic/inorganic hybrid nanoporous materials that can be used as moisture adsorbents include air conditioning and dehumidification devices, dehumidifying devices, thermal batteries, and water harvesting devices that produce water by condensing water vapor in the air. It can be used as a seawater desalination device (desalination), etc., and exhibits excellent efficiency.

또한, 본 발명에 따르면, 가스 화합물 흡착제로 이용 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다. 가스 화합물 흡착제를 포함하는 가스처리 장치는 가스 화합물의 분리 및 저장을 수행하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 올레핀/파라핀 혼합물의 분리, 천연가스 분리, 이산화탄소 포집, 암모니아 포집, 황산화물 포집, 질소산화물 포집, VOC 포집, CWA 포집할 수 있는 장치일 수 있다.In addition, according to the present invention, there is provided an organic-inorganic hybrid nanoporous body that can be used as a gaseous compound adsorbent. A gas processing apparatus including a gaseous compound adsorbent may be an apparatus for performing separation and storage of a gaseous compound. For example, it may be a device capable of separating olefin/paraffin mixture, natural gas separation, carbon dioxide capture, ammonia capture, sulfur oxide capture, nitrogen oxide capture, VOC capture, and CWA capture.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정방정계 구조를 갖는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고, 상기 결정격자와 상기 리간드 링커는 상기 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 상기 기공 내에 분자를 흡착하고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 복수 개의 상기 결정 격자가 연결되고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 연결된 상기 복수 개의 결정격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결되는, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a central metal ion provided in a crystal lattice having a tetragonal structure; and a ligand linker connecting the crystal lattice containing the central metal ion to the adjacent crystal lattice in a plane, wherein the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane, and within the pores An organic-inorganic hybrid that adsorbs molecules, a plurality of the crystal lattices are connected in a direction penetrating the plane, and the plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane are connected in a cis-helix structure A nanoporous body is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 나노세공체는 1종 이상의 상기 리간드 링커를 포함하고, 서로 다른 종류의 상기 리간드 링커는 상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하여 상기 평면 상에서 기공을 형성하는 형태로 제공되는, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the organic-inorganic hybrid nanoporous body includes one or more kinds of the ligand linkers, and the different kinds of the ligand linkers are adjacent to the crystal lattice including the central metal ion. and an organic-inorganic hybrid nanoporous body provided in the form of forming pores on the plane by connecting on the plane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리간드 링커는 2,5-퓨란다이카복실릭산(2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-티오펜다이카복실릭산(2,5-thiophenedicarboxylic acid), 2,5-피롤다이카복실릭산(2,5-pyrrole dicarboxylic acid), 아이소프탈릭산(isophthalic acid), 3,5-피리딘다이카복실릭산(3,5-Pyridinedicarboxylic acid)에서 유래되는 물질인, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the ligand linker is 2,5-furanedicarboxylic acid (2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-thiophenedicarboxylic acid (2,5-thiophenedicarboxylic acid), 2, 5-pyrrole dicarboxylic acid (2,5-pyrrole dicarboxylic acid), isophthalic acid (isophthalic acid), a material derived from 3,5-pyridine dicarboxylic acid (3,5-Pyridinedicarboxylic acid), organic-inorganic hybrid A nanoporous body is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 나노세공체는 하기 화학식 1의 구조를 갖고,According to an embodiment of the present invention, the organic-inorganic hybrid nanoporous body has a structure of the following formula (1),

[화학식 1-1] [Formula 1-1]

Al(OH)2-x-y(PyDC)x(L2)y·nH2OAl(OH) 2-xy (PyDC) x (L2) y nH2O

상기 화학식 1-1의 x는 0.1 내지 1의 수이고, PyDC는 피롤다이카복실레이트를 의미하고, L2는 PyDC와 상이한 종류의 링커 리간드를 의미하고, 0<x+y<1을 만족하고, n은 0 내지 5의 수인, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.In Formula 1-1, x is a number from 0.1 to 1, PyDC means pyrrole dicarboxylate, L2 means a linker ligand different from PyDC, and satisfies 0<x+y<1, n is a number of 0 to 5, the organic-inorganic hybrid nanoporous body is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기공 내에 흡착되는 상기 분자는 물, 파라핀 화합물에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 유무기 하이브리드 나노세공체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an organic-inorganic hybrid nanoporous body, wherein the molecules adsorbed into the pores include at least one selected from water and a paraffin compound.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정방정계 구조를 갖는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고, 상기 결정격자와 상기 리간드 링커는 상기 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 상기 기공 내에 분자를 흡착하고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 복수 개의 상기 결정 격자가 연결되고, 상기 평면을 관통하는 방향으로 연결된 상기 복수 개의 결정격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결되는, 흡착제가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a central metal ion provided in a crystal lattice having a tetragonal structure; and a ligand linker connecting the crystal lattice containing the central metal ion to the adjacent crystal lattice in a plane, wherein the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane, and within the pores Adsorbing molecules, a plurality of the crystal lattices are connected in a direction penetrating the plane, and the plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane are connected in a cis-helix structure, the adsorbent is provided do.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡착제를 갖는 수분 흡탈착부를 포함하는, 수처리 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a water treatment device comprising a moisture adsorption/desorption unit having an adsorbent.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡착제를 갖는 가스 흡탈착부를 포함하고, 상기 가스 흡탈착부는 가스 화합물의 분리 및 저장을 수행하는, 가스처리 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a gas processing apparatus comprising a gas adsorption/desorption unit having an adsorbent, wherein the gas adsorption/desorption unit performs separation and storage of gas compounds.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 화합물은 올레핀 화합물, 파라핀 화합물, 천연가스, 이산화탄소, 암모니아, 황산화물, 질소산화물, VOC, CWA(Chemical Warfare Agent)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 가스 화합물을 포함하고, 상기 가스 흡탈착부를 통한 상기 가스 화합물의 분리 및 저장은 올레핀/파라핀 혼합물의 분리, 천연가스 분리, 이산화탄소 포집, 암모니아 포집, 황산화물 포집, 질소산화물 포집, VOC 포집, CWA 포집 중 적어도 하나를 포함하는, 가스처리 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the gas compound is at least one gas compound selected from the group consisting of olefin compounds, paraffin compounds, natural gas, carbon dioxide, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, VOC, and CWA (Chemical Warfare Agent). Including, separation and storage of the gas compound through the gas adsorption/desorption unit is at least one of separation of olefin/paraffin mixture, natural gas separation, carbon dioxide capture, ammonia capture, sulfur oxide capture, nitrogen oxide capture, VOC capture, and CWA capture A gas processing apparatus comprising one is provided.

본 발명에 따르면, 활용성이 높고 수분 또는 가스 화합물 흡착 능력이 우수한 올레핀 하이브리드 나노세공체가 제공될 수 있다.According to the present invention, an olefin hybrid nanoporous body having high utility and excellent ability to adsorb moisture or gas compounds can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체가 수화되었을 때의 구조를 나타내는 X-선 회절분석 패턴이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체가 탈수화되었을 때의 구조를 나타내는 X-선 회절분석 패턴이다. 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 주사현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 질소 흡착 등온선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 열 중량 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 승온 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수열 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 산염기 수용액에서의 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착 등온선 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착탈착 장기 안정성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 에탄/에틸렌 흡착 분리 성능을 평가한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 냉난방 장치를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 올레핀/파라핀 분리 장치를 나타낸 단면도이다.
1 shows the structure of an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is an X-ray diffraction analysis pattern showing the structure when the organic-inorganic hybrid nanoporous body is hydrated according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention dehydration It is an X-ray diffraction analysis pattern showing the structure when it is formed. Figure 2c is a scanning microscope image of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the nitrogen adsorption isotherm of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis at elevated temperature of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the hydrothermal stability test result of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the stability test results of the organic-inorganic hybrid nanoporous body in an acid-based aqueous solution according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the measurement result of the moisture adsorption isotherm of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the long-term stability evaluation results of moisture adsorption and desorption of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph evaluating the ethane/ethylene adsorption separation performance of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating a heating and cooling device including an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view illustrating an olefin/paraffin separation device including an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조를 나타낸 것이다.1 shows the structure of an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 중심금속이온을 포함하는 결정격자를 인접한 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함한다. 또한, 결정격자와 리간드 링커는 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 기공 내에 분자가 흡착될 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention includes a central metal ion provided in a crystal lattice; and a ligand linker connecting the crystal lattice including the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane. In addition, the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on a plane, and molecules may be adsorbed into the pores.

중심금속이온은 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 그리고 란탄 계열 금속과 같은 3가(trivalent)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 이온일 수 있다. The central metal ion is selected from the group consisting of trivalent such as vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and lanthanum-based metals. It may be an ion of one or more metals.

중심금속이온은 결정격자 내에 제공될 수 있다. 결정격자는 중심금속이온과 산소 또는 질소로 구성될 수 있으며, 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 결정격자는 정방정계 구조를 가질 수 있다. 결정격자는 이 경우 중심금속이온 알루미늄이 정방정계 구조의 결정격자 중심에 위치하고, 산소가 정방정계 구조의 결정격자의 각 꼭지점에 위치하는 형태를 가질 수 있다.The central metal ion may be provided in the crystal lattice. The crystal lattice may be composed of a central metal ion and oxygen or nitrogen, and may have various shapes. For example, the crystal lattice may have a tetragonal structure. In this case, the crystal lattice may have a form in which the central metal ion aluminum is located at the center of the crystal lattice of the tetragonal structure, and oxygen is located at each vertex of the crystal lattice of the tetragonal structure.

중심금속이온은 상술한 형태로 제공되어, 평면상에서 결정격자-리간드 링커-결정격자간의 결합을 이루거나, 평면을 관통하는 방향으로 결정격자-결정격자간 결합을 이룬다. 이에 따라, 유무기 하이브리드 나노세공체가 기공을 포함하는 형태로 제공되고, 기공 내에 제공된 분자는 결정격자 및 리간드 링커에 의한 정전기적 인력을 받아 흡착될 수 있다. 이때 흡착되는 분자는 물, 파라핀으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The central metal ion is provided in the form described above to form a bond between the crystal lattice-ligand linker-crystal lattice on a plane or crystal lattice-to-crystal lattice bond in a direction penetrating the plane. Accordingly, the organic-inorganic hybrid nanoporous body is provided in a form including pores, and molecules provided in the pores may be adsorbed by receiving electrostatic attraction by the crystal lattice and the ligand linker. In this case, the adsorbed molecule may include at least one selected from the group consisting of water and paraffin.

링커 리간드는 중심금속이온을 포함하는 결정격자와 결합하며, 결정격자를 인접한 결정격자와 연결시킨다. 링커 리간드는 유기 리간드일 수 있다. 예를 들어, 링커 리간드는 피롤다이카복실레이트(Pyrroledicarboxylate)일 수 있다. 상술한 헤테로아릴을 포함하는 링커 리간드는 리간드 내부에서 극성을 갖고, 이에 따라 링커 리간드를 포함하는 유무기 하이브리드 나노세공체의 친수성 및 저온 재생특성이 향상될 수 있다.The linker ligand binds to a crystal lattice containing a central metal ion, and connects the crystal lattice to an adjacent crystal lattice. The linker ligand may be an organic ligand. For example, the linker ligand may be Pyrroledicarboxylate. The linker ligand including the above-described heteroaryl has polarity inside the ligand, and thus the hydrophilicity and low-temperature regeneration characteristics of the organic-inorganic hybrid nanoporous body including the linker ligand may be improved.

링커 리간드는 인접한 결정격자들 사이에 복수 개 제공될 수 있다. 예를 들어, 인접한 2개의 결정격자 사이에 2개의 링커 리간드가 제공되어 인접한 결정격자들을 연결할 수 있다. 링커 리간드의 수는 결정격자의 형태 등에 따라 달라질 수 있다.A plurality of linker ligands may be provided between adjacent crystal lattices. For example, two linker ligands may be provided between two adjacent crystal lattices to connect the adjacent crystal lattices. The number of linker ligands may vary depending on the shape of the crystal lattice.

링커 리간드와 결정격자는 평면 상에서 결정격자-링커 리간드-결정격자의 결합 구조를 이룬다. 이에 따라, 평면 상에서 보았을 때, 복수 개의 결정격자와 복수 개의 링커 리간드는 기공을 형성하는 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 결정 격자는 바둑판 모양의 꼭지점을 형성하고 링커 리간드가 각 꼭지점을 잇는 선분과 같이 제공됨으로써 복수 개의 기공이 제공될 수 있다. 다만, 상술한 것과 도면에 도시된 것은 링커 리간드와 결정격자의 예시적인 배열형태이며, 기공이 다른 형태, 예를 들어 마름모, 육각형, 팔각형 등의 형태를 갖도록 배열될 수도 있다. 상술한 내용에서 평면은 수학적 의미의 평면 및 동일 계층을 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다.The linker ligand and the crystal lattice form a bonding structure of the crystal lattice-linker ligand-crystal lattice on a plane. Accordingly, when viewed in a plan view, the plurality of crystal lattices and the plurality of linker ligands may be arranged in a form to form pores. For example, a plurality of crystal lattices may form checkered vertices, and a plurality of pores may be provided by providing a linker ligand as a line segment connecting each vertex. However, the above and those shown in the drawings are exemplary arrangements of the linker ligand and the crystal lattice, and the pores may be arranged to have other forms, for example, rhombic, hexagonal, octagonal, and the like. In the above description, a plane may be interpreted in a broad sense including a plane in a mathematical sense and the same layer.

링커 리간드와 결정격자가 이루는 평면을 통과하는 방향으로 인접한 결정격자들은 결합될 수 있다. 이때 결정격자들끼리 직접 결합될 수 있다. 평면을 관통하는 방향으로 연결된 복수 개의 결정 격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결될 수 있다. 이에 따라 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 산성 조건, 염기성 조건, 또는 고온 조건에서도 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조가 유지되고, 표면적 및 기공부피가 유지될 수 있다. 이에 따라, 가혹 조건에서 공정이 수행되어도 유무기 하이브리드 나노세공체의 기능이 저하되지 않을 수 있다.Crystal lattices adjacent to each other in a direction passing through the plane formed by the linker ligand and the crystal lattice may be bonded. In this case, the crystal lattices may be directly coupled to each other. A plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane may be connected in a cis-helix structure. Accordingly, the structural stability of the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be improved. Accordingly, the structure of the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be maintained even under acidic conditions, basic conditions, or high temperature conditions, and the surface area and pore volume may be maintained. Accordingly, even if the process is performed under severe conditions, the function of the organic-inorganic hybrid nanoporous body may not be deteriorated.

상술한 유무기 하이브리드 나노세공체는 하기 화학식 1의 구조를 갖고,The organic-inorganic hybrid nanoporous body described above has a structure of the following formula (1),

[화학식 1][Formula 1]

Al(OH)2-x(PyDC)x·nH2OAl(OH) 2-x (PyDC) x nH2O

화학식 1의 x는 0.8 내지 1의 수이고, n은 0 내지 4.5의 수일 수 있다. 상술한 화학식 1의 구조를 갖는 유무기 하이브리드 나노세공체는 수분 흡착률 및 올레핀/파라핀 혼합물 중 파라핀 화합물의 선택적 흡착률이 매우 높다. 또한, 수분 흡착 후 저온에서 재생이 가능하기 때문에 에너지 절약형 냉난방 장치를 구현하는데 이용될 수 있다. 아울러, 수열 안정성, 산염기 화학 안정성, 및 장기 안정성이 우수하다.In Formula 1, x may be a number from 0.8 to 1, and n may be a number from 0 to 4.5. The organic-inorganic hybrid nanoporous body having the structure of Formula 1 as described above has very high moisture adsorption rate and selective adsorption rate of paraffin compounds in the olefin/paraffin mixture. In addition, since it is possible to regenerate at a low temperature after adsorption of moisture, it can be used to implement an energy-saving heating and cooling device. In addition, it has excellent hydrothermal stability, acid-base chemical stability, and long-term stability.

링커 리간드는 1종 이상이 포함될 수 있다. 예를 들어, 유무기 하이브리드 나노세공체를 구성함에 있어서, 2종 이상의 서로 다른 종류의 리간드 링커가 제공될 수 있다. 서로 다른 종류의 리간드 링커들은 중심금속이온을 포함하는 결정격자를 인접한 결정격자와 평면 상에서 연결하여 기공을 형성하는 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라 유무기 하이브리드 나노세공체는 Ma(L1)x(L2)y 형태를 가질 수 있다. 이때 M은 중심금속이온을, L1과 L2는 서로 다른 리간드 링커를 의미한다. 상기 화학식에서 a는 0보다 큰 유리수를 의미하고, x와 y는 각각 0 이상의 유리수를 의미할 수 있다. 다만, x와 y가 동시에 0이 되지는 않는다.One or more linker ligands may be included. For example, in configuring the organic-inorganic hybrid nanoporous body, two or more different types of ligand linkers may be provided. Different types of ligand linkers may be provided in the form of forming pores by linking a crystal lattice including a central metal ion with an adjacent crystal lattice on a plane. Accordingly, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may have a M a (L1) x (L2) y shape. In this case, M denotes a central metal ion, and L1 and L2 denote different ligand linkers. In the above formula, a may mean a rational number greater than 0, and x and y may each mean a rational number greater than or equal to 0. However, x and y do not become 0 at the same time.

링커 리간드가 상술한 것과 같이 1종 이상 포함되는 때, 유무기 하이브리드 나노세공체는 아래의 화학식 1-1과 같은 형태를 나타낼 수 있다.When one or more linker ligands are included as described above, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may have a form as shown in Formula 1-1 below.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Al(OH)2-x-y(PyDC)x(L2)y·nH2OAl(OH) 2-xy (PyDC) x (L2) y nH2O

상기 화학식 1-1의 x는 0.1 내지 1의 수이고, PyDC는 피롤다이카복실레이트를 의미하고, L2는 PyDC와 상이한 종류의 링커 리간드를 의미하고, 0<x+y<1을 만족하고, n은 0 내지 5의 수임.In Formula 1-1, x is a number from 0.1 to 1, PyDC means pyrrole dicarboxylate, L2 means a linker ligand different from PyDC, and satisfies 0<x+y<1, n is a number from 0 to 5.

링커 리간드는 상술한 것과 같이 적어도 2종이 함께 사용될 때 2,5-퓨란다이카복실릭산(2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-티오펜다이카복실릭산(2,5-thiophenedicarboxylic acid), 2,5-피롤다이카복실릭산(2,5-pyrrole dicarboxylic acid), 아이소프탈릭산(isophthalic acid), 3,5-피리딘다이카복실릭산(3,5-Pyridinedicarboxylic acid)에서 선택된 것일 수 있다.The linker ligand is 2,5-furanedicarboxylic acid (2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-thiophenedicarboxylic acid (2,5-thiophenedicarboxylic acid), 2, 5-pyrrole dicarboxylic acid (2,5-pyrrole dicarboxylic acid), isophthalic acid (isophthalic acid), may be selected from 3,5-pyridine dicarboxylic acid (3,5-Pyridinedicarboxylic acid).

링커 리간드가 상술한 것과 같이 2종 이상의 서로 다른 종류의 화합물을 포함하는 때, 서로 다른 종류의 링커 리간드는 단일 공정 내에 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 전구체를 제조한 후, 금속 전구체의 서로 다른 종류의 링커 리간드 각각의 전구체 용액을 한번에 첨가하여 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 수 있다. 상술한 것과 같이 2종 이상의 링커 리간드를 함께 사용함으로써 서로 다른 링커 리간드가 나타내는 유리한 효과, 예를 들어 흡착 능력 향상을 얻을 수 있다.When the linker ligand includes two or more different kinds of compounds as described above, the different kinds of linker ligands may be used together in a single process. For example, after preparing the metal precursor, each precursor solution of different types of linker ligands of the metal precursor may be added at once to prepare an organic-inorganic hybrid nanoporous body. As described above, by using two or more types of linker ligands together, advantageous effects exhibited by different linker ligands, for example, adsorption capacity improvement can be obtained.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 표면적 및 기공부피가 크고, 이에 따라 흡착제로 사용될 경우 흡착량이 매우 우수하다. 예를 들어, 유무기 하이브리드 나노세공체는 표면적이 1000 m2/g 이상이고, 기공부피가 0.4 cm3/g 이상일 수 있다. 유무기 하이브리드 나노세공체가 상술한 것과 같이 넓은 표면적과 큰 기공부피를 갖기 때문에 많은 양의 분자가 유무기 하이브리드 나노세공체에 흡착될 수 있다. 흡착되는 분자는 예를 들어, 물 분자(수분) 또는 파라핀 화합물일 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention has a large surface area and a large pore volume, and thus, when used as an adsorbent, the adsorption amount is very excellent. For example, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may have a surface area of 1000 m 2 /g or more and a pore volume of 0.4 cm 3 /g or more. Since the organic-inorganic hybrid nanoporous body has a large surface area and large pore volume as described above, a large amount of molecules can be adsorbed to the organic-inorganic hybrid nanoporous body. The adsorbed molecule may be, for example, a water molecule (moisture) or a paraffinic compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 물 분자(수분)에 대한 흡착력이 매우 우수하다. 구체적으로, 유무기 하이브리드 나노세공체는 P/P0 < 0.20에서 수분 흡착이 거의 포화될 수 있으며, 이 범위에서 유무기 하이브리드 나노세공체 약 1g당 0.3g 이상의 수분 흡착량을 가질 수 있다. 또한, 수분을 흡착한 유무기 하이브리드 나노세공체는 약 100℃ 이하의 온도에서 흡착한 수분을 탈착시킬 수 있다. 이는 종래 기술에 따른 흡착제들이 P/P0 < 0.05 조건에서 약 150℃ 이상의 탈착 온도를 필요로 하는 것에 비해 매우 우수한 것이다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention has very excellent adsorption power to water molecules (moisture). Specifically, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be almost saturated with moisture adsorption at P/P 0 < 0.20, and in this range, the organic/inorganic hybrid nanoporous body may have a moisture adsorption amount of 0.3 g or more per 1 g of the organic/inorganic hybrid nanoporous body. In addition, the organic-inorganic hybrid nanoporous body to which moisture is adsorbed can desorb the adsorbed moisture at a temperature of about 100° C. or less. This is very good compared to the prior art adsorbents that require a desorption temperature of about 150° C. or higher under the condition of P/P 0 < 0.05.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 탄소수가 3 이하인 올레핀 화합물 흡착량과 탄소수가 3 이하인 파라핀 화합물 흡착량의 차이가 올레핀 화합물의 액화 압력 이하에서 3.5 mmol/g 이상일 수 있다. 상술한 것과 같이 탄소수가 3이하인 올레핀 화합물과/파라핀 화합물에 대한 흡착량 차이가 크기 때문에, 유무기 하이브리드 나노세공체를 올레핀/파라핀 분리에 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 올레핀/파라핀 혼합물 중 파라핀에 대한 흡착력이 올레핀에 대한 흡착력보다 상대적으로 크다.In the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention, the difference between the adsorption amount of the olefin compound having 3 or less carbon atoms and the paraffin compound adsorption amount having 3 or less carbon atoms may be 3.5 mmol/g or more under the liquefaction pressure of the olefin compound. As described above, since the difference in the adsorption amount for the olefin compound and/or paraffin compound having 3 or less carbon atoms is large, the organic/inorganic hybrid nanoporous body may be used for olefin/paraffin separation. In particular, in the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention, the adsorption power to paraffin in the olefin/paraffin mixture is relatively greater than the adsorption power to the olefin.

종래 기술에 따른 흡착제는 대부분 올레핀/파라핀 혼합물 중 올레핀을 더 많이 흡착한다. 하지만, 피드로부터 공급되는 올레핀/파라핀 혼합물 중 올레핀 화합물이 파라핀 화합물보다 많이 포함되어 있는 것이 일반적이다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 흡착제를 이용하면, 올레핀/파라핀을 분리하기 위한 PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정에서 고순도 올레핀을 제조하기 위해 매우 복잡한 단계의 공정이 필요하다. 또한, 분리 공정 중 올레핀이 손실되는 것을 막기 위해 많은 양의 흡착제가 요구된다. 아울러, 올레핀 회수 과정에서 흡착제에 흡착된 올레핀을 탈착시키기 위해 고진공의 감압이 필요하고, 이에 따라 에너지 소비가 큰 단점이 있다. 하지만, 본 발명과 같이 파라핀 선택적인 흡착제를 이용할 경우 저농도의 파라핀 화합물을 올레핀/파라핀 혼합물로부터 선택적으로 제거할 수 있기 때문에 분리 공정이 간단해지며 흡착제의 소모량도 획기적으로 낮출 수 있는 장점이 있다.Adsorbents according to the prior art mostly adsorb more olefins in the olefin/paraffin mixture. However, it is common that the olefin compound is contained more than the paraffin compound in the olefin/paraffin mixture supplied from the feed. Accordingly, when using the adsorbent according to the prior art, a very complex process is required to produce high-purity olefins in a PSA (Pressure Swing Adsorption) process for separating olefins/paraffins. In addition, a large amount of adsorbent is required to prevent loss of olefins during the separation process. In addition, high vacuum pressure reduction is required to desorb the olefin adsorbed to the adsorbent during the olefin recovery process, and thus energy consumption is large. However, when a paraffin-selective adsorbent is used as in the present invention, a low-concentration paraffin compound can be selectively removed from the olefin/paraffin mixture, thereby simplifying the separation process and remarkably reducing the consumption of the adsorbent.

이하에서는 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조에 대하여 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체 구조 분석을 통해 더 자세히 살펴보고자 한다.Hereinafter, the structure of the organic-inorganic hybrid nanoporous body will be looked at in more detail through the structure analysis of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the embodiment.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체가 수화되었을 때의 구조를 나타내는 X-선 회절분석 패턴이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체가 탈수화되었을 때의 구조를 나타내는 X-선 회절분석 패턴이다. 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 주사현미경 이미지이다.Figure 2a is an X-ray diffraction analysis pattern showing the structure when the organic-inorganic hybrid nanoporous body is hydrated according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention dehydration It is an X-ray diffraction analysis pattern showing the structure when it is formed. Figure 2c is a scanning microscope image of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

실시예 1. 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조 Example 1. Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body

Al-Pyrroledicarboxylate 결정구조를 갖는 Al 기반의 유무기하이브리드 나노세공체 합성을 위해서, 135 g의 증류수에 16.663 g의 Al2(SO4)3·18H2O를 용해시켜 금속전구체 용액을 제조하였다. 그 후, 135 g의 증류수에 5.0 g의 가성소다(NaOH)를 용해한 후 7.755 g의 2,5-Pyrroledicarboxylic acid를 추가 투입하여 리간드 전구체 용액을 제조하였다. 상기 금속전구체 용액을 둥근 플라스크에 넣은 후 리간드 전구체 용액을 천천히 첨가하여 합성용액을 제조하였다. 이후, 환류냉각장치가 구비된 오일베스에 둥근플라스크를 장착한 후 120도로 승온 한 후 15시간 동안 유지시킨 후 반응을 완료하였다. 반응용액을 냉각한 후 상기 둥근플라스크에 생성된 Al-Pyrroledicarboxylate 유무기하이브리드 나노세공체 결정을 증류수와 에탄올로 각각 1회 세척한 후 100도 온도에서 12시간 건조하여 결정분말을 수득하였다.For the synthesis of an Al-based organic-inorganic hybrid nanoporous body having an Al-Pyrroledicarboxylate crystal structure, 16.663 g of Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O was dissolved in 135 g of distilled water to prepare a metal precursor solution. Thereafter, 5.0 g of caustic soda (NaOH) was dissolved in 135 g of distilled water, and then 7.755 g of 2,5-Pyrroledicarboxylic acid was additionally added to prepare a ligand precursor solution. After putting the metal precursor solution in a round flask, the ligand precursor solution was slowly added to prepare a synthesis solution. Thereafter, a round flask was mounted on an oil bath equipped with a reflux cooling device, the temperature was raised to 120°C, and the reaction was completed after maintaining for 15 hours. After cooling the reaction solution, the Al-Pyrroledicarboxylate organic-inorganic hybrid nanoporous crystals produced in the round flask were washed once with distilled water and ethanol, respectively, and dried at 100°C for 12 hours to obtain a crystal powder.

투입된 원료대비 수득률은 93%였으며, Space-time-yield 생산성(STY)은 68kg/m3·day의 생산성을 나타냈다.The yield compared to the input raw material was 93%, and the space-time-yield productivity (STY) was 68kg/m 3 ·day.

실험예 1. 구조분석Experimental Example 1. Structural Analysis

상기 합성방법으로부터 수득된 다양한 종류의 Al 기반의 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정구조 분석은 X-선 회절 분석을 이용하여 용이하게 수행할 수 있다. 본 발명에서 합성한 유무기 하이브리드 나노세공체는 포항가속기 연구소의 Synchrotron radiation을 이용하여 분석하였다. 분석에 사용한 빔라인 설비는 9B와 2D 빔라인을 이용하였으며, 빔라인의 파장은 각각 λ=1.5225

Figure 112020048727363-pat00001
과 λ=0.9000
Figure 112020048727363-pat00002
이었다. 유무기 하이브리드 나노세공체가 수분으로 포화된 상태와 탈수된 상태 각각의 구조로부터 얻은 X-선 회절패턴을 DICVOL06 및 Fullprof 프로그램을 이용하여 인덱싱하였다. 또한 해당 회절 패턴을 JANA2006 package 및 GSAS 프로그램을 이용하여 Rietveld refinement를 수행하였으며, pseudo-Voigt function, microscopic broadening 및 manual interpolation 방법을 통한 background 보정법을 부수적으로 이용하였다.The crystal structure analysis of various types of Al-based organic-inorganic hybrid nanoporous bodies obtained from the above synthesis method can be easily performed using X-ray diffraction analysis. The organic-inorganic hybrid nanoporous body synthesized in the present invention was analyzed using Synchrotron radiation of the Pohang Accelerator Laboratory. The beamline equipment used for analysis used 9B and 2D beamlines, and the wavelength of the beamline was λ=1.5225, respectively.
Figure 112020048727363-pat00001
and λ=0.9000
Figure 112020048727363-pat00002
it was The X-ray diffraction patterns obtained from the structures of the organic-inorganic hybrid nanoporous body in a saturated and dehydrated state were indexed using DICVOL06 and Fullprof programs. In addition, Rietveld refinement was performed on the diffraction pattern using the JANA2006 package and GSAS program, and the background correction method through the pseudo-Voigt function, microscopic broadening and manual interpolation method was used incidentally.

상기 실시예 1로부터 수득된 유무기 하이브리드 나노세공체의 Synchrotron 빔라인을 이용한 X-선 회절 분석 결과를 통해 구조분석을 실시하였으며, 결정 구조를 규명하였다. 도 2a, 도 2b, 및 표 1에 제시된 바와 같이 상기 유무기 하이브리드 나노세공체를 상온에서 측정한 X-선 회절분석 시료의 경우 유무기 하이브리드 나노세공체 기공 내부에 수분이 흡착된 상태로 본 발명에서는 hydrated 구조로 표현하였으며, 150도 진공 조건에서 측정한 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우 기공 내부에 흡착된 수분 및 가스를 모두 제거한 상태의 시료로 dehydrated 구조로 표현하였다. hydrated 구조와 dehydrated 구조의 경우 정방정계 구조를 갖는 것으로 확인되었으며, 수분의 유무에 따라서 공간군(Space group)의 차이가 있었다. hydrated 구조의 경우 I41md 공간군을 가지며, dehydrated 구조의 경우 I4 1 /amd 공간군을 나타냈다(표 1). 결정격자 상수는 약간의 차이가 있었으나 유사하게 관찰되었다. 이러한 원인은 기공 내부에 존재하는 수분의 유무에 따라서 PyDC 링커의 heterocylce의 rotation이 발생하고 이에 따른 구조 변화가 미세하게 발생되기 때문이다. The structure of the organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Example 1 was analyzed through X-ray diffraction analysis using Synchrotron beamline, and the crystal structure was identified. As shown in Figs. 2a, 2b, and Table 1, in the case of an X-ray diffraction analysis sample measured at room temperature of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, moisture is adsorbed inside the pores of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention In the case of the organic-inorganic hybrid nanoporous body measured in a vacuum condition of 150 degrees, it was expressed as a hydrated structure, and it was expressed as a dehydrated structure as a sample in a state in which all of the moisture and gas adsorbed inside the pores were removed. The hydrated and dehydrated structures were confirmed to have a tetragonal structure, and there was a difference in the space group according to the presence or absence of moisture. The hydrated structure had an I4 1 md space group, and the dehydrated structure had an I4 1 /amd space group (Table 1). The crystal lattice constants were slightly different, but similarly observed. This is because, depending on the presence or absence of moisture present inside the pores, rotation of the heterocyle of the PyDC linker occurs, and the structural change occurs minutely accordingly.

시료sample 수화된 유무기 하이브리드 나노세공체(KMF-1 hydrated)Hydrated organic-inorganic hybrid nanoporous body (KMF-1 hydrated) 탈수화된 유무기 하이브리드 나노세공체(KMF-1 dehydrated)Dehydrated organic-inorganic hybrid nanoporous body (KMF-1 dehydrated) 단위 셀 조성(Unit Cell Composition)Unit Cell Composition C96 Al16 N16 O152 C 96 Al 16 N 16 O 152 C96 Al16 N16 O80 C 96 Al 16 N 16 O 80 대칭성(symmetry)symmetry TetragnoalTetragnoal TetragnoalTetragnoal 공간 그룹(space group)space group I4I4 1One mdmd I4I4 1One /amd/amd a,

Figure 112020048727363-pat00003
a,
Figure 112020048727363-pat00003
21.1772(2)21.1772(2) 21.225(2)21.225(2) c,
Figure 112020048727363-pat00004
c,
Figure 112020048727363-pat00004
10.70115(17)10.70115(17) 10.6424(16)10.6424(16)
셀 부피(cell volume,
Figure 112020048727363-pat00005
3)
cell volume (cell volume,
Figure 112020048727363-pat00005
3 )
4799.18(10)4799.18(10) 4794.5(10)4794.5(10)
파장(Wavelength/
Figure 112020048727363-pat00006
)
Wavelength
Figure 112020048727363-pat00006
)
1.52251.5225 0.90000.9000
방사 형태(Radiation type)Radiation type Synchrotron RadiationSynchrotron Radiation Synchrotron RadiationSynchrotron Radiation No. ObservationNo. Observation 11341134 10711071 No. ParametersNo. Parameters 7474 4444 No. RestraintsNo. Restraints 00 00 No. ConstraintsNo. Constraints 22 1One Max Change/s.u.Max Change/s.u. 0.03890.0389 0.03420.0342 Largest PeakLargest Peak 0.590.59 0.490.49 Deepest HoleDeepest Hole -0.57-0.57 -0.62-0.62 Rp, %R p, % 8.218.21 4.094.09 Rwp, %R wp, % 10.7110.71 5.975.97 RF, %R F, % 7.907.90 7.627.62 GOFGOF 0.520.52 1.021.02

실험예 2. 입자크기 및 결정 모양 분석Experimental Example 2. Particle size and crystal shape analysis

주사전자현미경 이미지는 고진공 챔버에서 Pt 코팅 후 Carl Zeiss, Sigma HD를 사용하여 측정하였다. 정량 분석은 Thermo Scientific FLASH 2000 series를 이용하여 시료의 C, H, N 성분의 함량을 측정하였다.Scanning electron microscope images were measured using Carl Zeiss, Sigma HD after Pt coating in a high vacuum chamber. For quantitative analysis, the contents of C, H, and N components of the sample were measured using the Thermo Scientific FLASH 2000 series.

도 2c에 제시된 주사전자현미경 이미지는 상기 발명으로부터 제조한 유무기 하이브리드 나노세공체가 매우 높은 결정성을 나타내는 것을 의미하며 마이크로미터 수준의 크기로 입자가 생성된 것을 확인할 수 있다. 상기 시료의 화학식은 표 2의 성분분석을 통해 계산하였으며, 표 2에 계산 값과 성분분석으로부터 얻은 측정값으로부터 계산하였다. 그 결과, 화학식은 Al(OH)(PyDC)0.93(H2O2)0.23 화학식을 계산되었으며, 이론적인 값에 거의 근접한 값으로 합성방법에 따라서 Al(OH)(PyDC)nH2O의 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 x는 링커의 defect의 농도에 따라서 0.8내지 1.0의 범위일 수 있으며, n의 경우 수분의 정도에 따라서 0내지 또는 4.5 일 수 있다.The scanning electron microscope image shown in FIG. 2c means that the organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared according to the present invention exhibits very high crystallinity, and it can be confirmed that the particles are generated with a size of a micrometer level. The chemical formula of the sample was calculated through the component analysis in Table 2, and it was calculated from the calculated values in Table 2 and the measured values obtained from the component analysis. As a result, the chemical formula is Al(OH)(PyDC) 0.93 (H2O2) 0.23 The chemical formula was calculated, and it is a value close to the theoretical value. Depending on the synthesis method, it can have a formula of Al(OH)(PyDC) x nH2O, where x is in the range of 0.8 to 1.0 depending on the concentration of the linker defect. In the case of n, it may be 0 to 4.5 depending on the degree of moisture.

탄소 중량비 (wt %)Carbon weight ratio (wt %) 질소 중량비 (wt %)Nitrogen weight ratio (wt %) 수소 중량비 (wt %)Hydrogen weight ratio (wt %) 정의되는 화학 구조식defined chemical formulas 계산 수치calculation figure 35.7835.78 6.966.96 2.222.22 Al(OH)(PyDC)(H2O)0.23 Al(OH)(PyDC)(H 2 O) 0.23 관측 수치observed figures 33.2733.27 6.646.64 2.222.22 Al(OH)(PyDC)0.93(H2O)0.23 Al(OH)(PyDC) 0.93 (H 2 O) 0.23

실험예 3. 유무기 하이브리드 나노세공체의 기공성 분석Experimental Example 3. Analysis of porosity of organic-inorganic hybrid nanoporous body

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 질소 흡착 등온선을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the nitrogen adsorption isotherm of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

질소 흡착 등온선은 약 0.15g의 시료를 150 내지 200도의 온도의 고진공 (~10-6torr) 조건에서 150도 12시간 전처리 한 후 Tristar 3020 (Micromeritics) 장비를 이용하여 -196도의 액체질소 온도에서 측정하였으며, 시료의 표면적을 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 식을 이용하여 계산하였다.Nitrogen adsorption isotherm is measured at a liquid nitrogen temperature of -196 degrees using Tristar 3020 (Micromeritics) equipment after pre-treating about 0.15 g of a sample in a high vacuum (~10 -6 torr) condition at a temperature of 150 to 200 degrees at 150 degrees for 12 hours. and the surface area of the sample was calculated using the BET (Brunauer-Emmett-Teller) equation.

도 3의 질소 흡착 등온선 결과로부터 상기 발명으로부터 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 기공성이 높은 것을 확인 할 수 있었다. 질소 흡착 등온선으로부터 계산한 표면적 및 기공부피는 각각 약 1130 m2/g 및 약 0.473 cm3/g 으로 높은 값을 나타냈다.From the nitrogen adsorption isotherm result of FIG. 3, it was confirmed that the organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared according to the present invention had high porosity. The surface area and pore volume calculated from the nitrogen adsorption isotherm showed high values of about 1130 m 2 /g and about 0.473 cm 3 /g, respectively.

실험예 4. 유무기 하이브리드 나노세공체의 열 안정성 테스트Experimental Example 4. Thermal stability test of organic-inorganic hybrid nanoporous body

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 열 중량 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 승온 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention. 5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis at elevated temperature of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

시료의 열 안정성 분석은 열 중량분석기 (N-1000, 신코(주)) 장비를 이용하여 30 ml/min의 질소 흐름 하에서 5 oC/min의 속도로 온도를 올려주면서 무게 변화를 계측하였다. 또한, 승온 X-선 회절분석을 통해 온도에 따른 X-선 회절 패턴 변화를 통해 구조 붕괴 온도를 측정하였다.For thermal stability analysis of the sample, the weight change was measured while raising the temperature at a rate of 5 o C/min under a nitrogen flow of 30 ml/min using a thermogravimetric analyzer (N-1000, Shinko Co., Ltd.). In addition, the structure collapse temperature was measured through the change of the X-ray diffraction pattern according to the temperature through the elevated temperature X-ray diffraction analysis.

또한 유무기 하이브리드 나노세공체의 열 안정성 분석을 위해서 도 4에서 제시한 바와 같이 열 중량 분석을 실시하였다. 100도 이하의 온도에서의 무게 감소는 흡착된 수분의 탈착으로부터 관찰되는 무게 감소이며, 300-400도 사이에서의 무게 감소는 Al 금속과 배위 결합하고 있는 PyDC 링커의 분해에 의한 무게 감소로 상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 3차원 골격 구조가 붕괴되는 시점을 의미한다.In addition, as shown in FIG. 4 for thermal stability analysis of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, thermogravimetric analysis was performed. The weight reduction at a temperature of 100 degrees or less is a weight reduction observed from the desorption of adsorbed water, and a weight reduction between 300-400 degrees is a weight reduction due to the decomposition of the PyDC linker coordinated with the Al metal. It means the point at which the three-dimensional framework structure of the group hybrid nanoporous body collapses.

또한, 도 5에서 측정한 승온 X-선 회절 분석 결과에서 알 수 있듯이 300도 온도까지 고유 회절 패턴이 관찰되는 반면에 350도에서 측정한 X-선 회절 패턴의 경우 고유 회절 피크의 강도가 매우 낮아졌음을 알 수 있다. 따라서, 상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우 300도까지 열 내구성이 있는 것으로 확인되었다. In addition, as can be seen from the result of the elevated temperature X-ray diffraction analysis measured in FIG. 5 , an intrinsic diffraction pattern was observed up to a temperature of 300°C, whereas in the case of the X-ray diffraction pattern measured at 350°C, the intensity of the intrinsic diffraction peak was very low. It can be seen that lost Therefore, it was confirmed that the organic-inorganic hybrid nanoporous body had thermal durability up to 300 degrees.

실험예 5. 수열 안정성 및 화학 안정성 테스트Experimental Example 5. Hydrothermal stability and chemical stability test

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수열 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 산염기 수용액에서의 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the hydrothermal stability test result of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention. 7 is a graph showing the stability test results of the organic-inorganic hybrid nanoporous body in an acid-based aqueous solution according to an embodiment of the present invention.

시료의 수열 안정성 테스트를 위하여 0.3g의 유무기 하이브리드 나노세공체와 20ml의 DI water를 테프론 반응기에 혼합한 후 오토클레이브 반응기에 장착하여 100도 오븐에서 24 시간 유지하였으며, 수열처리 전후의 시료의 물성변화를 측정하였다.For the hydrothermal stability test of the sample, 0.3 g of organic-inorganic hybrid nanoporous body and 20 ml of DI water were mixed in a Teflon reactor, installed in an autoclave reactor, and maintained in an oven at 100° C. for 24 hours. Physical properties of the sample before and after hydrothermal treatment The change was measured.

또한, 유무기 하이브리드 나노세공체의 수열 안정성 평가를 진행하였으며, 그 결과를 도 6에 나타냈다. 수열처리 후 X-선 회절패턴의 변화는 거의 관찰되지 않았으며, 질소 흡착 등온선으로부터 계산된 표면적 및 기공 부피의 변화도 미미한 수준으로 감소되었다. 이러한 특성은 유무기 하이브리드 나노세공체가 높은 수열 안정성을 갖는 다는 것을 의미한다. In addition, hydrothermal stability evaluation of the organic-inorganic hybrid nanoporous body was performed, and the results are shown in FIG. 6 . After hydrothermal treatment, almost no change in X-ray diffraction pattern was observed, and changes in surface area and pore volume calculated from nitrogen adsorption isotherms were also reduced to insignificant levels. These characteristics mean that the organic-inorganic hybrid nanoporous body has high hydrothermal stability.

또한, 산성-염기성 수용액에서의 화학 안정성 테스트를 위해서 HCl과 NaOH로 pH가 조절된 수용액 20ml에 0.3g 유무기 하이브리드 나노세공체를 분산시킨 후 상온에서 교반하여 24시간 유지 후 시료의 물성변화를 측정하였다. 결정성 변화 관찰을 위해 사용한 장비는 X-선 회절분석기(Rigaku Diffractometer D/MAX IIIB, Ni-filtered Cu Kα-radiation)를 이용하여 측정하였고, 질소 흡착 등온선을 측정을 통해 시료의 기공성 변화를 측정하였다.In addition, for chemical stability test in acid-basic aqueous solution, 0.3 g organic-inorganic hybrid nanoporous body was dispersed in 20 ml of an aqueous solution whose pH was adjusted with HCl and NaOH, stirred at room temperature, and maintained for 24 hours, then the change in physical properties of the sample was measured. did The equipment used to observe the crystallinity change was measured using an X-ray diffractometer (Rigaku Diffractometer D/MAX IIIB, Ni-filtered Cu Kα-radiation), and the porosity change of the sample was measured by measuring the nitrogen adsorption isotherm. did

또한, 도 7 및 표 3에 제시한 결과는 산성 또는 염기성 수용액에서의 구조 안정 실험을 통해 수득한 시료의 X-선 회절 분석 및 질소 흡착 등온선으로부터 계산된 기공성 데이터이다. pH 1의 산성 용액에서 처리된 시료의 표면적 값이 1060 m2/g으로 높은 수준을 유지하였으며, pH 12의 염기성 조건에서도 1100 m2/g의 높은 값을 나타냈다. pH 13 염기성 용액으로 처리된 시료의 경우 980 m2/g 으로 표면적 감소가 많이 관찰되었지만, 어느 정도 높은 수준의 기공성을 유지하였다. 따라서, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체가 수열 안정성 및 산염기 화학 안정성이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. In addition, the results presented in FIGS. 7 and 3 are porosity data calculated from X-ray diffraction analysis and nitrogen adsorption isotherms of samples obtained through structural stability experiments in acidic or basic aqueous solutions. The surface area value of the sample treated in an acidic solution of pH 1 was maintained at a high level of 1060 m 2 /g, and showed a high value of 1100 m 2 /g even under a basic condition of pH 12. In the case of the sample treated with the pH 13 basic solution, a large decrease in the surface area was observed at 980 m 2 /g, but a somewhat high level of porosity was maintained. Therefore, it was confirmed that the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention had very high hydrothermal stability and acid-base chemical stability.

유무기 하이브리드 나노세공체 시료Sample of organic-inorganic hybrid nanoporous body BET area SBET
(m2 g-1)
BET area SBET
(m 2 g -1 )
Total pore volume, Vp
(cm3 g-1)
Total pore volume, Vp
(cm 3 g -1 )
처리되지 않은 시료untreated sample 11301130 0.4720.472 수열(hydrothermal) 처리 후After hydrothermal treatment 10901090 0.4380.438 pH 1 처리 후After pH 1 treatment 10601060 0.4520.452 pH 3 처리 후After pH 3 treatment 11001100 0.4510.451 pH 10 처리 후After pH 10 treatment 11001100 0.4510.451 pH 12 처리 후After pH 12 treatment 11001100 0.4770.477 pH 13 처리 후After pH 13 treatment 980980 0.5050.505

실험예 6. 수분 흡착 등온선 측정Experimental Example 6. Moisture adsorption isotherm measurement

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착 등온선 측정 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the measurement result of the moisture adsorption isotherm of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

수분 흡착 등온선은 HIDEN 사의 Intelligent gravimetric analyzer를 이용하여 분석하였으며, 흡착 온도 및 포화 수증기압을 정밀하게 분석할 수 있는 장비이다. 수분 흡착 등온선을 측정하기 전에 시료를 분석 챔버 내의 전자저울에 장착한 후 챔버 외부의 히팅 퍼니스를 이용하여 150도 온도 및 고진공 (<10-6 torr) 조건에서 시료에 흡착된 가스 및 수분을 제거하여 건조 중량을 측정하였으며, 흡착 온도조건에서 수증기의 상대 압력에 따른 무게 증가로부터 흡착량을 측정하였다. The moisture adsorption isotherm was analyzed using HIDEN's Intelligent gravimetric analyzer, and it is an equipment that can precisely analyze the adsorption temperature and saturated water vapor pressure. Before measuring the moisture adsorption isotherm, the sample is mounted on the electronic balance in the analysis chamber, and then the gas and moisture adsorbed to the sample are removed using a heating furnace outside the chamber at 150°C and high vacuum (<10 -6 torr) conditions. The dry weight was measured, and the adsorption amount was measured from the weight increase according to the relative pressure of water vapor under the adsorption temperature condition.

상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분흡착 결과를 도 8에 나타낸 바와 같이 수분 흡탈착 등온선의 특징은 S자형 모양에 P/P0 < 0.20에서 거의 포화된 형태의 가역적인 등온선을 가진다는 점이며, 이 범위에서 1 g당 0.393 g에 가까운 높은 흡착량 수치를 나타내었다. 친수성이 지나치게 강한 알루미노실리케이트 제올라이트, 대표적으로 NaX 제올라이트는 P/P0 < 0.05의 조건에서 Type-I형 수분 흡착등온선을 나타내기 때문에 탈착이 어려워 일반적으로 150

Figure 112020048727363-pat00007
이상의 탈착 온도를 필요로 하는 반면에 수분에 의해 포화된 상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우 100
Figure 112020048727363-pat00008
이하의 저온에서 탈수된다는 것을 의미한다. 이러한 특성은 유무기 하이브리드 나노세공체 내 Al-OH 그룹의 존재와 극성의 헤테로고리화 유기 리간드가 유무기 하이브리드 나노세공체의 친수성을 높일 뿐 아니라 물분자와 적절한 세기의 상호작용을 갖기 때문에 제올라이트보다 훨씬 낮은 온도에서 재생이 가능한 특징을 나타내었다. As the moisture adsorption result of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is shown in FIG. 8, the characteristic of the moisture adsorption and desorption isotherm is that it has an S-shaped reversible isotherm of a substantially saturated form at P/P 0 < 0.20. In this range, it showed a high adsorption amount value close to 0.393 g per 1 g. Aluminosilicate zeolite with excessively strong hydrophilicity, typically NaX zeolite, shows Type-I water adsorption isotherm under the condition of P/P 0 < 0.05, so desorption is difficult, so it is generally 150
Figure 112020048727363-pat00007
In the case of the organic-inorganic hybrid nanoporous body saturated with moisture, while requiring a desorption temperature of 100 or more
Figure 112020048727363-pat00008
It means that it is dehydrated at a low temperature below. These characteristics are superior to zeolite because the presence of Al-OH groups in the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the polar heterocyclic organic ligand not only increase the hydrophilicity of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, but also have an appropriate strength interaction with water molecules. It exhibited the characteristics of being able to regenerate at a much lower temperature.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 에너지 절약형 수분흡착제로서의 특징은 종래의 다른 상업용 수분흡착제인 실리카겔, 실리코알루미노포스페이트 SAPO-34 등에 비해 높은 수분 흡착 특성을 나타냈다. 기존 선행문헌에서 제시된 수분 흡착량은 SAPO-34 (0.282 gH2O/g at P/P°=0.2), MOF-303 (0.373 gH2O/gMOF at P/P°=0.2), CAU-23 (0.334 gH2O/gMOF at P/P°=0.3), CAU-10 (0.293 gH2O/gMOF at P/P°=0.2), MIP-200 (0.360 gH2O/gMOF at P/P°=0.2) 그리고 Co-CUK-1 (0.263 gH2O/gMOF at P/P°=0.2) 으로 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 흡착량이 가장 높은 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 선행문헌 (de Lange MF, Verouden KJ, Vlugt TJ, Gascon J, Kapteijn F. Adsorption-Driven Heat Pumps: The Potential of Metal-Organic Frameworks. Chem Rev 115, 12205-12250 (2015)에서 제시된 방법으로 계산한 냉방 목적의 성능계수 COPC (Coefficient of Performance for Cooling Purposes)와 난방 목적의 성능계수 COPH (Coefficient of Performance for Heating Purposes)는 각각 0.75 및 1.75 이상으로 매우 높은 값을 나타냈다. 또한, 냉방 및 난방 적용 시 출력을 의미하는 SCP (Specific cooling power, kW/kg) 및 SHP (Specific heating power, kW/kg) 값은 3.74 kW/kg 및 5.34 kW/kg으로 측정되었다. 이러한 성능은 수분 흡착식 냉방 및 난방 적용에 있어서 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 성능이 매우 우수하다는 것을 의미하며 응용 가능성이 크다는 것을 의미한다. The characteristics of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention as an energy-saving moisture adsorbent showed high moisture adsorption properties compared to silica gel, silicoaluminophosphate SAPO-34, and the like, which are other conventional commercial moisture adsorbents. The moisture adsorption amount suggested in the previous literature is SAPO-34 (0.282 gH2O/g at P/P°=0.2), MOF-303 (0.373 gH2O/gMOF at P/P°=0.2), CAU-23 (0.334 gH2O/ gMOF at P/P°=0.3), CAU-10 (0.293 gH2O/gMOF at P/P°=0.2), MIP-200 (0.360 gH2O/gMOF at P/P°=0.2) and Co-CUK-1 ( It was confirmed that the adsorption amount of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention was the highest as 0.263 gH2O/gMOF at P/P°=0.2). In addition, it is calculated by the method presented in the prior literature (de Lange MF, Verouden KJ, Vlugt TJ, Gascon J, Kapteijn F. Adsorption-Driven Heat Pumps: The Potential of Metal-Organic Frameworks. Chem Rev 115, 12205-12250 (2015)) The COP C (Coefficient of Performance for Cooling Purposes) and COP H (Coefficient of Performance for Heating Purposes) for cooling purpose showed very high values, respectively, above 0.75 and 1.75. SCP (Specific cooling power, kW/kg) and SHP (Specific heating power, kW/kg) values, which mean output when applied, were measured as 3.74 kW/kg and 5.34 kW/kg. In application, it means that the performance of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention is very excellent, and it means that the application possibility is large.

실험예 7. 수분 흡착탈착 안정성 측정Experimental Example 7. Measurement of moisture adsorption and desorption stability

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착, 탈착 장기 안정성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the long-term stability evaluation results of moisture adsorption and desorption of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

수분 흡착 탈착 반복실험을 통해 상기 발명으로부터 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분흡착제로서의 장기 안정성 테스트를 수행하였다. TA instruments사의 Q600 SDT 장비를 이용하여 수분 흡착, 탈착 반복 실험을 수행하였으며, 수분 흡착 시에는 내부 온도를 30도로 고정하고 35% 상대습도를 포함하는 질소가스를 유무기 하이브리드 나노세공체가 로딩된 챔버 내부로 흘려주며 수분 흡착에 따른 무게 증가를 데이터로 수집하였으며, 탈착 시에는 70도 또는 100도의 온도로 챔버를 승온하여 무게 감소량을 측정하였다. 탈착 시 70도에서는 상대습도 4.8%의 포함된 질소를 흘려주었으며, 100도에서는 상대습도 1.4 %의 질소를 흘려주었다. 상기 제시된 흡착 탈착 조건에서 20회 또는 30회 반복실험을 진행하여 수분 흡착량의 변화를 계측하였다.A long-term stability test of the organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared according to the present invention as a moisture adsorbent was performed through repeated moisture adsorption and desorption experiments. Moisture adsorption and desorption repeated experiments were performed using Q600 SDT equipment from TA Instruments, and during moisture adsorption, the internal temperature was fixed at 30 degrees and nitrogen gas containing 35% relative humidity was applied inside the chamber loaded with the organic/inorganic hybrid nanoporous body. The weight increase due to moisture adsorption was collected as data, and the weight loss was measured by heating the chamber to a temperature of 70°C or 100°C during desorption. During desorption, nitrogen with a relative humidity of 4.8% was flowed at 70°C, and nitrogen with a relative humidity of 1.4% was flowed at 100°C. The change in the amount of moisture adsorption was measured by repeating the experiment 20 or 30 times under the adsorption and desorption conditions presented above.

도 9는 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착 탈착 반복 사이클을 통해 안정성을 평가한 결과이다. 70도의 저온 탈착 조건에서도 상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 초기 흡착 용량인 0.37g/g 의 수준을 20 사이클까지 동일하게 유지되었으며, 100도의 탈착 온도에서는 0.39 g/g의 흡착 용량을 30 사이클까지 유지하였다. 상기 측정 조건에서 유무기 하이브리드 나노세공체의 수분 흡착 용량은 매우 높게 나타났으며, 성능 변화가 관찰되지 않은 점은 유무기 하이브리드 나노세공체의 내구성이 매우 우수하다는 것을 의미한다. 유무기 하이브리드 나노세공체가 상업적으로 응용되기 위해서는 수분흡착 탈착의 반복적인 사이클에서 흡착제가 갖는 흡착용량이 장시간 유지되어야 한다. 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 내구성이 매우 우수하므로 상업적으로 응용되기 적합하다.9 is a result of evaluating the stability of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention through repeated cycles of moisture adsorption and desorption. The level of 0.37 g/g, the initial adsorption capacity of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, was maintained at the same low temperature desorption condition at 70° C. until 20 cycles, and at the desorption temperature of 100° C., the adsorption capacity of 0.39 g/g was maintained up to 30 cycles. did The moisture adsorption capacity of the organic-inorganic hybrid nanoporous body was very high under the measurement conditions, and no performance change was observed, which means that the organic-inorganic hybrid nanoporous body had very good durability. In order for the organic-inorganic hybrid nanoporous body to be commercially applied, the adsorption capacity of the adsorbent must be maintained for a long time in repeated cycles of water adsorption/desorption. The organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention is suitable for commercial application because it has very excellent durability.

실험예 8. 가스 흡착 등온선 측정Experimental Example 8. Gas adsorption isotherm measurement

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 올레핀/파라핀 흡착 분리 성능을 평가한 그래프이다.10 is a graph evaluating the olefin/paraffin adsorption separation performance of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

유무기 하이브리드 나노세공체의 올레핀/파라핀 흡착 분리 성능을 평가하기 위하여, 에탄과 에틸렌 각각에 대한 흡착 등온선을 측정하였다. 에탄 및 에틸렌의 흡착 등온선은 약 0.15g의 시료를 150도 온도 및 고진공 (~10-6torr) 조건에서 150도 12시간 전처리 한 후 Micromeritics사의 Tristar 3020 장비를 이용하여 측정하였다.In order to evaluate the olefin/paraffin adsorption separation performance of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, adsorption isotherms for ethane and ethylene, respectively, were measured. The adsorption isotherms of ethane and ethylene were measured using Micromeritics' Tristar 3020 equipment after pre-treating about 0.15 g of a sample at 150 °C and high vacuum (~10 -6 torr) for 12 hours at 150 °C.

도 10의 에탄/에틸렌 흡착 실험 결과로부터 유무기 하이브리드 나노세공체를 올레핀/파라핀 분리용 흡착제로 응용할 수 있음을 확인하였다. 일반적인 크래킹 공정으로부터 생산되는 화합물은 올레핀/파라핀 혼합물이므로, 올레핀 생산을 위한 분리 공정이 필요하다. 올레핀/파라핀의 분리, 예를 들어, 에탄/에틸렌 분리를 위해서는 심냉증류 방법이 사용되며 에너지 소비가 큰 공정 중 하나이다.From the ethane/ethylene adsorption experiment result of FIG. 10, it was confirmed that the organic-inorganic hybrid nanoporous body could be applied as an adsorbent for olefin/paraffin separation. Since the compound produced from the general cracking process is an olefin/paraffin mixture, a separation process for olefin production is required. For separation of olefins/paraffins, for example, separation of ethane/ethylene, a deep cold distillation method is used and is one of the energy-consuming processes.

기존에 알려진 다양한 흡착 분리 소재는 제올라이트 또는 Ag 또는 Cu로 개질한 흡착제가 대부분이며 이러한 흡착제는 대부분 올레핀을 더 많이 흡착하는 올레핀 선택적인 흡착제이다. 하지만, 크래킹 공정에서 공급되는 올레핀/파라핀 혼합물의 조성은 올레핀이 훨씬 많이 포함되어 있기 때문에 PSA 공정에서 고순도 올레핀 화합물을 제조하기 위해서는 매우 복잡한 단계의 공정이 필요하다. 또한, 분리 공정 중 올레핀 손실을 막기 위해서는 상당히 많은 양의 흡착제가 요구된다. 또한 올레핀 회수 과정에서 흡착제에 흡착된 올레핀을 탈착시키기 위해서는 고진공의 감압이 필요하기 때문에 에너지 소비가 크다는 단점이 있다. Most of the previously known adsorption separation materials are zeolite or adsorbents modified with Ag or Cu, and these adsorbents are mostly olefin-selective adsorbents that adsorb more olefins. However, since the composition of the olefin/paraffin mixture supplied from the cracking process contains much more olefins, a very complicated process is required to prepare a high-purity olefin compound in the PSA process. In addition, a fairly large amount of adsorbent is required to prevent olefin loss during the separation process. In addition, in order to desorb the olefin adsorbed to the adsorbent during the olefin recovery process, high vacuum pressure reduction is required, and thus energy consumption is high.

이에 비하여, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 파라핀 선택적 흡착제로 기능할 수 있기 때문에, 상술한 문제가 없다. 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체와 같은 파라핀 선택적인 흡착제를 이용할 경우 저농도의 파라핀 화합물을 올레핀/파라핀 혼합물로부터 선택적으로 제거할 수 있기 때문에 분리 공정이 간단해지며 흡착제의 소모량도 획기적으로 낮출 수 있는 장점이 있다. In contrast, since the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention can function as a paraffin-selective adsorbent, there is no above-mentioned problem. When a paraffin-selective adsorbent such as an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention is used, a low-concentration paraffin compound can be selectively removed from the olefin/paraffin mixture, thereby simplifying the separation process and dramatically reducing the consumption of the adsorbent. there are advantages to

도 10에 제시된 에탄 및 에틸렌의 흡착 등온선을 보면, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체에 10-30도 범위의 흡착 온도에서 에탄이 에틸렌보다 더 많이 흡착하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 압력에 따른 흡착 곡선의 형태가 0.4bar 이하의 저압영역에서 급격하게 증가하다가 0.4 bar 이상에서 완만한 형태로 증가하는 것을 확인할 수 있는데 이러한 특성은 에탄 및 에틸렌에 대한 상호작용 세기가 적절하여 재생도 용이하다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체는 30도, 1 bar 에서 에탄의 흡착 용량이 약 3.6 mmol/g으로 기존에 알려진 에탄 선택적 흡착제인 ZIF-7(1.7 mmol/g), ZIF-8(2.5mmol/g), MAF-49 (2.6 mmol/g), UTSA-35(2.43 mmol/g), Cu(Qc)2 (1.9 mmol/g), MIL-53(2.5 mmol/g), MOF-74(Fe)-peroxo (3.3 mmol/g) 흡착제의 에탄 흡착량 보다 높은 것을 확인할 수 있다.Looking at the adsorption isotherms of ethane and ethylene shown in FIG. 10, it can be seen that ethane adsorbs more than ethylene at the adsorption temperature in the range of 10-30 degrees to the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention. In addition, it can be seen that the shape of the adsorption curve according to the pressure increases rapidly in the low pressure region of 0.4 bar or less and then gradually increases at 0.4 bar or more. It also means easy. The organic-inorganic hybrid nanoporous body according to the present invention has an ethane-selective adsorbent ZIF-7 (1.7 mmol/g), ZIF-8 (2.5 mmol/g), MAF-49 (2.6 mmol/g), UTSA-35 (2.43 mmol/g), Cu(Qc) 2 (1.9 mmol/g), MIL-53 (2.5 mmol/g), MOF-74 It can be seen that (Fe)-peroxo (3.3 mmol/g) is higher than the ethane adsorption amount of the adsorbent.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조 및 기능에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 응용 장치에 대하여 살펴보고자 한다.In the above, the structure and function of the organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention has been examined. Hereinafter, an application device including an organic-inorganic hybrid nanoporous body will be examined.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 냉난방 장치를 나타낸 단면도이다.11 is a cross-sectional view illustrating a heating and cooling device including an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

냉난방 장치는 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)를 포함하는 수분 흡착제 베드(AB); 수분 응축기(CP); 및 수분 증발기(EV)를 포함하고, 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 중심금속이온을 포함하는 결정격자를 인접한 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고, 결정격자와 리간드 링커는 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 기공 내에서 수분을 흡착할 수 있다.The air conditioning unit includes a moisture adsorbent bed (AB) comprising an organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP); moisture condenser (CP); and a moisture evaporator (EV), wherein the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) includes a central metal ion provided in a crystal lattice; and a ligand linker connecting the crystal lattice containing the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane, wherein the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane, and moisture can be adsorbed in the pores .

도 11에 따른 냉난방 장치에 있어서, 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)에 관한 사항은 앞서 서술한 바와 같으며, 여기에서는 내용의 중복을 피하기 위하여 설명을 생략하고자 한다.In the air conditioning system according to FIG. 11, the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) is the same as described above, and the description will be omitted here to avoid duplication of content.

냉난방 장치는 수분 증발기(EV)에서 증발된 수분을 수분 흡착제 베드(AB)에서 흡착할 수 있으며, 수분 흡착제 베드(AB)로부터 탈착된 수분을 수분 응축기(CP)로 보내 응축시키는 기능을 수행할 수 있다. 수분의 응축과 증발 과정에서 기화열이 출입하게 되며, 이를 이용하여 냉난방을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수분 증발기(EV)에서 수분이 증발되면서 필요한 열을 주변으로부터 흡수할 수 있다. 이에 따라 냉각 효과가 제공될 수 있다. 또한, 수분 흡착제 베드(AB)는 수분을 흡착/탈착함으로써 수분 증발기(EV)로부터 공급되는 수분을 제거하거나, 수분 응축기(CP)로 수분을 공급할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)가 저온 범위에서 수분을 흡탈착할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 냉난방 장치는 적은 에너지로도 구동될 수 있다.The air conditioning unit can adsorb the moisture evaporated from the moisture evaporator (EV) in the moisture adsorbent bed (AB), and send the moisture desorbed from the moisture absorbent bed (AB) to the moisture condenser (CP) to condense it. there is. In the process of condensation and evaporation of moisture, heat of vaporization enters and exits, and cooling and heating can be performed using this. For example, as moisture is evaporated in the moisture evaporator (EV), necessary heat may be absorbed from the surroundings. A cooling effect can thus be provided. In addition, the moisture adsorbent bed AB may remove moisture supplied from the moisture evaporator EV by adsorbing/desorbing moisture, or may supply moisture to the moisture condenser CP. In particular, since the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) according to an embodiment of the present invention can adsorb and desorb moisture in a low temperature range, the air conditioner according to the present invention can be driven with little energy.

상술한 것과 같이 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 수분을 흡탈착하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 수분 흡탈착을 수행하는 수분 흡탈착부에 제공될 수 있다. 또한, 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)를 갖는 수분 흡탈착부를 포함하는 수처리 장치가 제공될 수 있다. 수처리 장치는 예를 들어, 수분의 흡탈착을 이용하는 냉난방 장치, 제습 장치, 열 전지(Thermal Battery), 공기 중의 수증기를 응집하여 물을 생산하는 수분 수확장치(Water Harvesting Device), 해수 담수화 장치(Desalination) 등일 수 있다. 다만 상술한 수처리 장치의 종류는 예시적인 것에 불과하며 더 다양한 종류의 수처리 장치가 제공될 수 있다. 수처리 장치는 상술한 냉난방 장치와 유사한 구조를 가질 수 있다.As described above, the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) may be used to adsorb and desorb moisture. According to an embodiment of the present invention, the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) may be provided to a moisture adsorption/desorption unit that performs moisture adsorption/desorption. In addition, a water treatment device including a moisture adsorption/desorption unit having an organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) may be provided. The water treatment device includes, for example, an air-conditioning device using adsorption/desorption of moisture, a dehumidifying device, a thermal battery, a water harvesting device that produces water by condensing water vapor in the air, and a seawater desalination device. ) and so on. However, the above-described types of water treatment devices are merely exemplary, and more various types of water treatment devices may be provided. The water treatment apparatus may have a structure similar to the above-described air conditioning apparatus.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 올레핀/파라핀 분리 장치를 나타낸 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating an olefin/paraffin separation device including an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to an embodiment of the present invention.

올레핀/파라핀 분리 장치는 흡착제 베드를 포함하는 분리 컬럼(SC); 및 올레핀 화합물과 파라핀 화합물의 혼합물을 분리 컬럼(SC)으로 공급하는 피드 배관(FL)을 포함하고, 흡착제 베드는 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)를 포함하고, 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및 중심금속이온을 포함하는 결정격자를 인접한 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고, 결정격자와 리간드 링커는 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고, 기공 내에서 파라핀 화합물을 선택적으로 흡착한다.The olefin/paraffin separation apparatus comprises a separation column (SC) comprising an adsorbent bed; and a feed pipe (FL) for supplying a mixture of olefin compound and paraffin compound to the separation column (SC), wherein the adsorbent bed includes an organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP), and an organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) ) is the central metal ion provided in the crystal lattice; and a ligand linker connecting the crystal lattice containing the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane, wherein the crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane, and the paraffin compound is selectively adsorbed in the pores do.

분리 컬럼(SC)은 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있으며, 분리 컬럼 내에는 복수 개의 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)가 제공된다. 복수 개의 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 흡착제 베드 형태로 제공될 수 있으며, 흡착제 베드는 예를 들어, 유동 베드 형태로 제공될 수 있다.The separation column SC may have a shape extending in one direction, and a plurality of organic-inorganic hybrid nanoporous bodies NP are provided in the separation column. The plurality of organic-inorganic hybrid nanoporous bodies (NP) may be provided in the form of an adsorbent bed, and the adsorbent bed may be provided in the form of, for example, a fluidized bed.

분리 컬럼(SC) 내에서 압력이 제어될 수 있다. 분리 컬럼(SC) 내 압력에 따라 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)에 파라핀 화합물이 흡착되거나 탈착될 수 있다. 따라서 분리 컬럼(SC) 내의 압력을 변화시키면서 파라핀 화합물을 올레핀/파라핀 혼합물로부터 분리할 수 있다.The pressure in the separation column SC can be controlled. Depending on the pressure in the separation column SC, the paraffin compound may be adsorbed or desorbed to the organic-inorganic hybrid nanoporous body NP. Accordingly, the paraffin compound can be separated from the olefin/paraffin mixture while changing the pressure in the separation column SC.

상술한 것과 같이 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 기체 상의 화합물을 흡탈착하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)는 가스 화합물을 흡탈착하는 가스 흡탈착부에 제공될 수 있다. 또한, 유무기 하이브리드 나노세공체(NP)를 갖는 가스 흡탈착부를 포함하는 가스처리 장치가 제공될 수 있다. 가스처리 장치는 가스 화합물의 분리 및 저장을 수행하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 올레핀/파라핀 혼합물의 분리, 천연가스 분리, 이산화탄소 포집, 암모니아 포집, 황산화물 포집, 질소산화물 포집, VOC 포집, CWA 포집할 수 있는 장치일 수 있다. 다만 상술한 가스처리 장치의 종류 및 가스 화합물의 종류는 예시적인 것에 불과하며 더 다양한 종류의 가스 화합물을 제거하기 위한 가스처리 장치가 제공될 수 있다. 가스처리 장치는 상술한 올레핀/파라핀 분리 장치와 유사한 구조를 가질 수 있다.As described above, the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) can be used to adsorb and desorb gas-phase compounds. According to an embodiment of the present invention, the organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) may be provided in a gas adsorption/desorption unit for adsorption/desorption of a gas compound. In addition, a gas processing apparatus including a gas adsorption/desorption unit having an organic-inorganic hybrid nanoporous body (NP) may be provided. The gas processing apparatus may be an apparatus for performing separation and storage of gaseous compounds. For example, it may be a device capable of separating olefin/paraffin mixture, natural gas separation, carbon dioxide capture, ammonia capture, sulfur oxide capture, nitrogen oxide capture, VOC capture, and CWA capture. However, the above-described types of gas processing apparatuses and types of gas compounds are merely exemplary, and a gas processing apparatus for removing more various types of gas compounds may be provided. The gas treatment apparatus may have a structure similar to the above-described olefin/paraffin separation apparatus.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary skill in the art will not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (8)

정방정계 구조를 갖는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및
상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고,
상기 결정격자와 상기 리간드 링커는 상기 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고,
상기 기공 내에 분자를 흡착하고,
상기 평면을 관통하는 방향으로 복수 개의 상기 결정격자가 연결되고,
상기 평면을 관통하는 방향으로 연결된 상기 복수 개의 결정격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결되고,
상기 리간드 링커는 2,5-피롤다이카복실릭산(2,5-pyrrole dicarboxylic acid)에서 유래되는 물질을 포함하는, 유무기 하이브리드 나노세공체.
a central metal ion provided in a crystal lattice having a tetragonal structure; and
and a ligand linker connecting the crystal lattice including the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane,
The crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane,
adsorbing molecules in the pores,
A plurality of the crystal lattices are connected in a direction penetrating the plane,
The plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane are connected in a cis-helix structure,
The ligand linker is an organic-inorganic hybrid nanoporous body comprising a material derived from 2,5-pyrrole dicarboxylic acid.
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는 1종 이상의 상기 리간드 링커를 포함하고,
서로 다른 종류의 상기 리간드 링커는 상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하여 상기 평면 상에서 기공을 형성하는 형태로 제공되는, 유무기 하이브리드 나노세공체.
The method of claim 1,
The organic-inorganic hybrid nanoporous body includes at least one ligand linker,
The different types of the ligand linkers are provided in the form of forming pores on the plane by connecting the crystal lattice including the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane.
제2항에 있어서,
상기 리간드 링커는 2,5-퓨란다이카복실릭산(2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-티오펜다이카복실릭산(2,5-thiophenedicarboxylic acid), 아이소프탈릭산(isophthalic acid), 3,5-피리딘다이카복실릭산(3,5-Pyridinedicarboxylic acid)에서 유래되는 물질을 더 포함하는, 유무기 하이브리드 나노세공체.
3. The method of claim 2,
The ligand linker is 2,5-furanedicarboxylic acid (2,5-Furanedicarboxylic acid), 2,5-thiophenedicarboxylic acid (2,5-thiophenedicarboxylic acid), isophthalic acid (isophthalic acid), 3, The organic-inorganic hybrid nanoporous body further comprising a material derived from 5-pyridinedicarboxylic acid (3,5-Pyridinedicarboxylic acid).
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는 하기 화학식 1의 구조를 갖고,
[화학식 1-1]
Al(OH)2-x-y(PyDC)x(L2)y·nH2O
상기 화학식 1-1의 x는 0.1 내지 1의 수이고, PyDC는 피롤다이카복실레이트를 의미하고, L2는 PyDC와 상이한 종류의 링커 리간드를 의미하고, 0<x+y<1을 만족하고, n은 0 내지 5의 수인, 유무기 하이브리드 나노세공체.
The method of claim 1,
The organic-inorganic hybrid nanoporous body has a structure of the following formula (1),
[Formula 1-1]
Al(OH) 2-xy (PyDC) x (L2) y nH2O
In Formula 1-1, x is a number from 0.1 to 1, PyDC means pyrrole dicarboxylate, L2 means a linker ligand different from PyDC, and satisfies 0<x+y<1, n is a number of 0 to 5, organic-inorganic hybrid nanoporous body.
정방정계 구조를 갖는 결정격자 내에 제공되는 중심금속이온; 및
상기 중심금속이온을 포함하는 상기 결정격자를 인접한 상기 결정격자와 평면 상에서 연결하는 리간드 링커를 포함하고,
상기 결정격자와 상기 리간드 링커는 상기 평면 상에서 기공을 포함하는 형태로 연결되고,
상기 기공 내에 분자를 흡착하고,
상기 평면을 관통하는 방향으로 복수 개의 상기 결정격자가 연결되고,
상기 평면을 관통하는 방향으로 연결된 상기 복수 개의 결정격자들은 시스 헬릭스(cis-helix) 구조로 연결되고,
상기 리간드 링커는 2,5-피롤다이카복실릭산(2,5-pyrrole dicarboxylic acid)에서 유래되는 물질을 포함하는, 흡착제.
a central metal ion provided in a crystal lattice having a tetragonal structure; and
and a ligand linker connecting the crystal lattice including the central metal ion to the adjacent crystal lattice on a plane,
The crystal lattice and the ligand linker are connected in a form including pores on the plane,
adsorbing molecules in the pores,
A plurality of the crystal lattices are connected in a direction penetrating the plane,
The plurality of crystal lattices connected in a direction penetrating the plane are connected in a cis-helix structure,
The ligand linker is an adsorbent comprising a material derived from 2,5-pyrrole dicarboxylic acid (2,5-pyrrole dicarboxylic acid).
제5항에 따른 흡착제를 갖는 수분 흡탈착부를 포함하는, 수처리 장치.A water treatment device comprising a moisture adsorption/desorption unit having the adsorbent according to claim 5 . 제5항에 따른 흡착제를 갖는 가스 흡탈착부를 포함하고,
상기 가스 흡탈착부는 가스 화합물의 분리 및 저장을 수행하는, 가스처리 장치.
A gas adsorption/desorption unit having the adsorbent according to claim 5,
The gas adsorption/desorption unit performs separation and storage of the gas compound, a gas processing device.
제7항에 있어서,
상기 가스 화합물은 올레핀 화합물, 파라핀 화합물, 천연가스, 이산화탄소, 암모니아, 황산화물, 질소산화물, VOC, CWA(Chemical Warfare Agent)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 가스 화합물을 포함하고,
상기 가스 흡탈착부를 통한 상기 가스 화합물의 분리 및 저장은 올레핀/파라핀 혼합물의 분리, 천연가스 분리, 이산화탄소 포집, 암모니아 포집, 황산화물 포집, 질소산화물 포집, VOC 포집, CWA 포집 중 적어도 하나를 포함하는, 가스처리 장치.
8. The method of claim 7,
The gas compound includes at least one gas compound selected from the group consisting of olefin compounds, paraffin compounds, natural gas, carbon dioxide, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, VOC, and CWA (Chemical Warfare Agent),
Separation and storage of the gas compound through the gas adsorption/desorption unit includes at least one of separation of olefin/paraffin mixture, natural gas separation, carbon dioxide capture, ammonia capture, sulfur oxide capture, nitrogen oxide capture, VOC capture, and CWA capture , gas processing equipment.
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