KR20100122300A - Method for preparing organic-inorganic hybrid nano porous material, organic-inorganic hybrid nano porous materials obtained by said method and use as an absorbent - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of an organic-inorganic hybrid nanoporous material, the organic-inorganic hybrid nanoporous material manufactured therefrom, and the use thereof as an adsorber are provided to synthesize the nanoporous material using a microwave irradiation method. CONSTITUTION: A manufacturing method of an organic-inorganic hybrid nanoporous material comprises the following steps: stirring a divalent metal ion, dihydroxy-terephthalate organic ligand, and solvent, or ultrasonic wave processing the mixture to form a crystal nucleus with an organic ligand covalent-bonded with metals; and irradiating microwaves to a reaction solution including the crystal nucleus.

Description

유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법, 상기 방법에 의하여 수득되는 유무기 하이브리드 나노세공체 및 이의 흡착제로서의 용도 {METHOD FOR PREPARING ORGANIC-INORGANIC HYBRID NANO POROUS MATERIAL, ORGANIC-INORGANIC HYBRID NANO POROUS MATERIALS OBTAINED BY SAID METHOD AND USE AS AN ABSORBENT}Method for producing organic-inorganic hybrid nanoporous body, organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained by the above method and use as adsorbent thereof AND USE AS AN ABSORBENT}

유무기 하이브리드 나노세공체는 중심금속이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로 정의 될 수 있으며, 골격구조 내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물을 의미한다. 유무기 하이브리드 나노세공체는 광범위한 의미의 용어로서 일반적으로 다공성 배위 고분자 (porous coordination polymers) 라고도 하며 [Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], 금속-유기 골격체 (MOF, metal-organic framework) 라고도 한다 [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003]. 이러한 물질에 대한 연구는 분자 배위결합과 재료과학의 접목에 의해 최근에 활발히 연구되어 왔다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body may be defined as a porous organic-inorganic polymer compound formed by combining a central metal with an organic ligand, and a crystalline compound containing both organic and inorganic substances in a skeletal structure and having a molecular size or a nano-sized pore structure. Means. Organic-inorganic hybrid nanoporous body is a term in a broad sense, commonly referred to as porous coordination polymers [Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], also called metal-organic framework (MOF) [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003]. Research into these materials has been actively studied in recent years by combining molecular coordination and material science.

본 발명은 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트를 반응시키는 다공성 배위고분자인 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조 방법 및 상기 유무기 하이브리드 나노세공체의 흡착제 응용에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2가 금속이온과 디 하이드록시테레프탈레이트를 반응시켜 유무기 하이브리드 나노세공체인 MOF (Metal-organic framework) 를 제조하는데 있어 마이크로파 조사방식을 사용하여 합성시간을 줄이고, 입자분포를 균일화한 유무기 하이브리드 나노세공체를 합성하는 효과적인 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본원에 의해 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체는 높은 표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 및 촉매 담체, 가스 및 수분의 흡착제 등에 사용될 수 있으며 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공크기를 이용하여 분자들을 분리하는데 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for preparing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, which is a porous coordination polymer that reacts divalent metal ions with dihydroxyterephthalate, and more specifically, to an adsorbent application of the organic-inorganic hybrid nanoporous body. In the preparation of MOF (Metal-organic framework), which is an organic-inorganic hybrid nanoporous body by reacting divalent metal ions with dihydroxyterephthalate, the organic-inorganic hybrid nanopore is reduced by using a microwave irradiation method and uniform particle distribution. An effective method for synthesizing a sieve is provided. In particular, the organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared by the present invention has a high surface area and molecular size or nano-sized pores, so as to adsorbents, gas storage, sensors, membranes, functional thin films, catalysts and catalyst carriers, and adsorbents of gases and moisture, etc. It can be used to capture guest molecules smaller than pore size or to separate molecules using pore size.

본 발명에 따라 제조되는 유무기 하이브리드 나노세공체는 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트의 배위 결합에 의하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로 정의될 수 있으며, 골격 구조내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물을 의미한다. 유무기 하이브리드 나노세공체는 고표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 및 촉매 담체 등에 사용될 뿐만 아니라, 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공을 이용하여 분자들의 크기에 따라 분자들을 분리하는데 사용될 수 있다. The organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared according to the present invention may be defined as a porous organic-inorganic polymer compound formed by the coordination bond of divalent metal ions and dihydroxyterephthalate, and includes both organic and inorganic substances in the skeleton structure. It means a crystalline compound having a molecular size or nano-sized pore structure. Organic-inorganic hybrid nanoporous materials have a high surface area and molecular or nano-sized pores, which are used in adsorbents, gas storage, sensors, membranes, functional thin films, catalysts and catalyst carriers, as well as trapping guest molecules smaller than pore sizes. Pores can be used to separate molecules according to their size.

이와 관련하여 수소저장물질로 Ni2+ 금속이온과 2,5-디하이드록시테레프탈레 이트를 이용한 유무기 하이브리드 나노세공체인 Ni-MOF 는 일반적으로 전기히팅 방식의 수열합성에 의해서 합성되었다 (Chem. Commun. 959-961, 2006). 또한 전기히팅 방식의 수열합성에 의하여 이산화탄소의 흡착물질로서 응용이 가능한 Co, Ni, Zn 및 Mg 등의 2가 양이온과 2,5-디하이드록시테레프탈레이트 (DOT) 으로 제조된 다공성 배위고분자 물질이 보고되었다 (J. Am. Chem. Soc., 130, 10870-10871, 2008). 최근 80℃ 의 고온에서도 이산화탄소를 흡착할 수 있는 Ni-MOF가 보고되었다 (Chem. Commun. 5125-5127, 2008). In this regard, Ni-MOF, an organic-inorganic hybrid nanoporous body using Ni 2+ metal ions and 2,5-dihydroxyterephthalate as a hydrogen storage material, was generally synthesized by hydrothermal synthesis using an electric heating method (Chem. Commun. 959-961, 2006). In addition, porous coordination polymers made of divalent cations such as Co, Ni, Zn and Mg and 2,5-dihydroxyterephthalate (DOT), which can be applied as adsorption material of carbon dioxide by electrothermal synthesis, (J. Am. Chem. Soc., 130, 10870-10871, 2008). Recently, Ni-MOF, which can adsorb carbon dioxide even at a high temperature of 80 ° C, has been reported (Chem. Commun. 5125-5127, 2008).

유무기 하이브리드 나노세공체는 다양한 방법으로 제조되며 대표적으로는 실온 근방에서 용매확산 (solvent diffusion) 을 이용하거나 물을 용매로 사용하여 고온에서 반응시키는 수열 합성 (hydrothermal synthesis) 또는 유기물을 용매로 사용하는 솔보써멀합성 (solvothermal synthesis) 을 통해 제조된다 [Microporous Mesoporous Mater., vol73, p.15(2004)]. 이러한 유무기 하이브리드 나노세공체는 제올라이트나 메조세공체 화합물과 같은 다른 무기 다공성 물질의 제조방법과 유사하게 물이나 적당한 유기용매를 사용하여, 용매나 혼합용액의 비점이상의 합성온도와 자연 증기압 (autogeneous pressure) 상태하에서 결정화 과정을 거쳐 일반적으로 제조된다. 그러나 상기 제조방법은 핵형성이나 결정화 과정이 매우 느려 완전한 결정성 유무기 혼성체를 얻는데 보통 며칠이상의 반응시간이 요구되므로 에너지가 과도하게 소모되고 특히 회분식으로만 반응이 진행될 수밖에 없어 효율성이 매우 떨어지는 문제점이 있었다 (Angew. Chem. Intl. Ed. Vol. 42, p.5314(2003); Angew. Chem. Intl. Ed. Vol. 43, p. 6296 (2004)). 즉, 유무기 하이브리드 나노세공체의 기존의 비효율적인 합성 방법은 제조비용을 크게 하기 때문에 산업적인 응용에 걸림돌로 지적되고 있다. 이에, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트, 바람직하게는, 2가 금속이온과 2,5-디하이드록시테레프탈레이트에 의해 형성된 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조함에 있어 마이크로파를 사용한 신규 제조공정을 통하여 상대적으로 작고 균일한 입도 분포를 갖는 결정성 유무기 혼성 나노세공체의 제조 방법을 개발하고자 하였다. 또한, 본 발명자들은 상기 신규 제조 방법에 의하여 수득되는 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 흡착제로서, 특히 수소, 올레핀/파라핀 및 이산화탄소의 흡탈착이 용이한 흡착제를 개발하고자 하였다. Organic-inorganic hybrid nanoporous bodies are manufactured by various methods, and typically, by using a solvent diffusion or near water at room temperature using hydrothermal synthesis or an organic material as a solvent. Prepared by solvothermal synthesis [Microporous Mesoporous Mater., Vol73, p. 15 (2004)]. The organic-inorganic hybrid nanoporous body uses water or a suitable organic solvent, similar to other inorganic porous materials such as zeolites or mesoporous compounds, to synthesize boiling point of solvent or mixed solution and autogeneous pressure. It is generally prepared through a crystallization process under). However, the preparation method is very slow in the nucleation or crystallization process to obtain a complete crystalline organic-inorganic hybrid usually requires a reaction time of more than a few days, so excessive energy is consumed, and in particular, the reaction proceeds only in batch form, so the efficiency is very low. Angew. Chem. Intl. Ed. Vol. 42, p. 5314 (2003); Angew. Chem. Intl. Ed. Vol. 43, p. 6296 (2004)). That is, the existing inefficient synthesis method of the organic-inorganic hybrid nanoporous body has been pointed out as an obstacle to industrial applications because it increases the manufacturing cost. Thus, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors are organic-inorganic hybrid formed by divalent metal ions and dihydroxy terephthalate, preferably, divalent metal ions and 2,5-dihydroxy terephthalate In the preparation of nanoporous bodies, a new manufacturing process using microwaves was developed to develop a method for preparing crystalline organic-inorganic hybrid nanoporous bodies having a relatively small and uniform particle size distribution. In addition, the inventors of the present invention have attempted to develop an adsorbent including an organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained by the novel manufacturing method, and in particular, an adsorbent that is easy to adsorb and desorb hydrogen, olefin / paraffin and carbon dioxide.

따라서, 본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트를 물 또는 유기용매 등의 용매 존재 하에서 일정시간 교반하여 유기물이 금속과 배위 결합하여 결정핵을 형성시킬 수 있으며, 상기와 같은 결정핵이 형성된 반응액에 마이크로파를 조사 (照射) 하여 결정화 반응을 수행할 경우 마이크로파의 빠른 반응 특성이 충분히 발현됨을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 본 발명에 의하면 짧은 반응시간에 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 수 있어 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제적 및 환경적으로 유용하고, 짧은 시간의 반응으로 회분식 뿐만 아니라 연속식으로 제조할 수 있으며, 또한 유무기 하이브리드 나노세공체를 단시간에 제조할 수 있으며, 기존의 장시간이 소요되던 일반적인 전기가열로는 얻어지지 않는 고표면적의 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 현재까지 보고되지 않았던 2가 금속이온 (Co, Ni, Cu, Zn, Fe, Mg, Ca, Mn) 과 2,5-디하이드록시테레프탈레이트 (DHT) 혼합물을 마이크로파 조사에 의해 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법을 제공하고, 제조된 다공성 배위고분자의 올레핀/파라핀 및 이산화탄소 흡착제로서 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention, in order to solve the problems of the prior art, by stirring a divalent metal ion and dihydroxy terephthalate in the presence of a solvent such as water or an organic solvent for a certain time, the organic material coordinates with the metal to crystallize nuclei When the crystallization reaction is carried out by irradiating microwaves to the reaction solution in which the crystal nuclei are formed as described above, the rapid reaction characteristics of the microwaves are sufficiently expressed, thereby completing the present invention. According to the present invention, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be manufactured in a short reaction time, and thus energy consumption can be reduced, which is economically and environmentally useful, and it can be produced in batch as well as continuously in a short time reaction. The organic-inorganic hybrid nanoporous body can be manufactured in a short time, and a high surface area organic-inorganic hybrid nanoporous body which can not be obtained by conventional electric heating, which has been required for a long time, can be manufactured. Accordingly, the present invention provides a mixture of divalent metal ions (Co, Ni, Cu, Zn, Fe, Mg, Ca, Mn) and 2,5-dihydroxyterephthalate (DHT) that has not been reported to date by microwave irradiation. It is an object of the present invention to provide a method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous material, and to provide a use as an olefin / paraffin and carbon dioxide adsorbent of the prepared porous coordination polymer.

본 발명은 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트 유기리간드를 반응원료로 하고 용매가 존재하는 상태에서 열처리하여 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 금속이온과 유기물 및 용매 존재 하에서 교반하거나, 초음파를 조사하여 결정핵을 형성시키는 전처리 단계와, 상기 결정핵이 형성된 반응액에 1 ~ 30 GHz 의 마이크로파를 조사하여 60 ~ 250℃ 범위에서 결정화 반응을 수행하는 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법을 특징으로 한다. The present invention provides a method for preparing an organic-inorganic hybrid nanoporous body by heat-treating a divalent metal ion and a dihydroxyterephthalate organic ligand as a reaction raw material in the presence of a solvent, and in the presence of the metal ion, an organic substance, and a solvent. Pre-treatment step of stirring or irradiating with ultrasonic waves to form crystal nuclei, and organic-inorganic hybrid nanoporous body for performing crystallization reaction in the range of 60 ~ 250 ℃ by irradiating microwave of 1 ~ 30 GHz to the reaction liquid formed with the crystal nuclei Characterized in that the manufacturing method.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.      Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 유무기 하이브리드 나노세공체 (MOF) 의 제조방법에 관한 것으로 서, 더욱 상세하게는 금속물질과 유기물을 용매 존재 하에서 소정의 전처리 조작으로 결정핵을 형성시킨 후 수열 (hydrothermal) 또는 솔보써멀 (solvothermal) 합성 반응의 열원으로 전통적인 전기 가열 등의 열처리 대신에 마이크로파를 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조함으로써, 2가 금속이온과 하이드록시테레프탈레이트가 결합되며, 상기 제조 방법에 의하여 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체 및 이의 흡착제 응용에 관한 것이다. 상기 유무기 하이브리드 나노세공체는 높은 표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 및 촉매 담체, 가스 및 수분의 흡착제 등에 사용될 수 있으며 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공크기를 이용하여 분자들을 분리하는데 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous material (MOF), and more particularly, hydrothermal or solvo thermal after forming a crystal nucleus by a predetermined pretreatment operation in the presence of a metal material and an organic material in a solvent. (solvothermal) As a heat source of the synthesis reaction, instead of the conventional heat treatment such as electric heating to produce an organic-inorganic hybrid nanoporous by irradiating microwave, divalent metal ions and hydroxy terephthalate is bonded, prepared by the method Organic-inorganic hybrid nanoporous body and its adsorbent application. The organic-inorganic hybrid nanoporous body has high surface area and molecular size or nano size pores, so it can be used in adsorbents, gas storage, sensors, membranes, functional thin films, catalysts and catalyst carriers, gas and moisture adsorbents, and more. It can be used to capture small guest molecules or to separate molecules using pore sizes.

즉, 본 발명은, 하기 단계를 포함하는, 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법에 관한 것이다:That is, the present invention relates to a method for preparing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, comprising the following steps:

1) 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트 유기 리간드 및 용매1) Divalent Metal Ion and Dihydroxyterephthalate Organic Ligand and Solvent

를 교반하거나, 초음파로 처리하여, 유기 리간드가 금속과 배위 결합한 결정핵을 형성하는 전처리 단계; 및Stirring or treating with ultrasonic waves to form crystal nuclei in which the organic ligands are coordinated with the metal; And

2) 상기 결정핵이 형성된 반응액에 1~30 GHz 의 마이크로파를 조사 (照射) 하여 60 ~ 250 ℃ 에서 결정화 반응을 수행하는 단계.2) performing a crystallization reaction at 60 ~ 250 ℃ by irradiating microwave of 1 ~ 30 GHz to the reaction solution in which the crystal nucleus is formed.

이하 본 발명의 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조단계와 구성 성분별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter will be described in detail for each step and the manufacturing step of the organic-inorganic hybrid nanoporous body of the present invention.

본 발명은 고온 반응의 열원으로 일반적으로 사용되는 전기 가열 대신에 마이크로파를 적용할 수 있도록 한 것에 그 기술구성의 특징이 있으며, 이러한 마이크로파 조사에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 수 있도록 하기 위하여 금속물질과 유기물을 용매 존재 하에서 소정의 전처리 단계를 거친다. The present invention is characterized in that the technology can be applied to the microwave instead of the electric heating generally used as a heat source of high temperature reaction, in order to be able to manufacture the organic-inorganic hybrid nanoporous body by the microwave irradiation The metal material and the organic material go through a predetermined pretreatment step in the presence of a solvent.

먼저, 금속물질로서 2가 금속이온과 유기물 및 용매 존재 하에서 교반 또는 초음파를 조사하여 결정핵을 형성시키는 전처리 단계를 거친다.First, a pretreatment step is performed to form crystal nuclei by irradiating with stirring or ultrasonic waves in the presence of a divalent metal ion, an organic material, and a solvent as a metal material.

본 발명의 유무기 하이브리드 나노세공체를 구성하는 성분으로서, 금속물질은 2가 금속이온으로서 Ni2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Ca2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ 등이 사용될 수 있다.As a component constituting the organic-inorganic hybrid nanoporous body of the present invention, the metal material is a divalent metal ion Ni 2+ , Fe 2+ , Mg 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ and the like can be used.

유무기 하이브리드 나노세공체를 구성하는 또 하나의 성분인 유기물은 링커 (linker) 라고도 하며, 상기 제시된 금속물질과 디하이드록시테레프탈레이트 및 이의 유도체를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 2,5-디하이드록시테레프탈레이트를 사용한다. 디하이드록시테레프탈레이트 유도체로는 벤젠고리에 Cl, Br, I, NO3, NH2, COOH, SO3H 등이 포함된 디하이드록시테레프탈레이트를 사용할 수 있다. The organic material, which is another component of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, is also called a linker, and the above-described metal material, dihydroxyterephthalate, and derivatives thereof may be used. Preferably, 2,5-dihydroxyterephthalate is used. As the dihydroxy terephthalate derivative, dihydroxy terephthalate containing Cl, Br, I, NO 3 , NH 2 , COOH, SO 3 H, or the like in the benzene ring may be used.

유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 경우 상기 금속물질과 유기물 외에 적당한 용매가 필요하다. 상기 용매로는 물, 탄소수 1~10 개의 모노 또는 폴리 알코올 (예를 들어, EG (에틸렌 글리콜 (ethylene glycol)), 글리세롤과 같은 알킬렌 폴리올, 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 폴리올), DMF (디메틸포름아마이드 (Dimethylformamide)), DEF (디에틸포름아마이드 (Diethylformamide)), DMAc (N,N-디메틸아세트아마이드 (N,N-dimethylacetamide)), 아세토니트릴, 디옥산, 클로로벤젠, 피리딘, NMP (N-메틸 피롤리돈), 설포란, THF (테트라하이드로퓨란 (Tetrahydrofurane)), 감마-부티로락톤, 시클로헥산올과 같은 지환족 알코올, 탄소수 2~10개의 케톤 (예를 들어, 메틸 에틸 케톤 (MEK), 아세톤 또는 아세틸아세톤 등) 및 탄소수 4~20 개의 탄화수소 (바람직하게는, 탄소수 4 내지 10 사이의 선형 및 환형 알칸, 예를 들어 톨루엔 등) 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 물, EG , DMF, THF 를 사용하는 것이 좋다.When preparing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, a suitable solvent is required in addition to the metal material and the organic material. The solvent may be water, mono or polyalcohol having 1 to 10 carbon atoms (for example, EG (ethylene glycol), alkylene polyol such as glycerol, polyalkylene polyol such as polyethylene glycol), DMF (dimethyl) Formamide (Dimethylformamide), DEF (Diethylformamide), DMAc (N, N-dimethylacetamide), Acetonitrile, Dioxane, Chlorobenzene, Pyridine, NMP (N -Methyl pyrrolidone), sulfolane, THF (tetrahydrofurane), gamma-butyrolactone, cycloaliphatic alcohols such as cyclohexanol, ketones having 2 to 10 carbon atoms (e.g., methyl ethyl ketone ( MEK), acetone or acetylacetone, and the like) and hydrocarbons having 4 to 20 carbon atoms (preferably, linear and cyclic alkanes having 4 to 10 carbon atoms, such as toluene, etc.), etc., may be used. Can and Desirable is supposed to water, EG, DMF, it is better to use a THF.

상기 금속물질과 유기물은 1 : 0.1 ~ 500 의 비율 (몰비) 로 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기한 비율은 각 금속물질 및 유기물의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다. The metal material and the organic material may be mixed and used in a ratio (molar ratio) of 1: 0.1 to 500, and the ratio may be appropriately adjusted according to the type of each metal material and the organic material.

또한 본 발명은 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조하기 위하여 마이크로파를 사용하여 합성시, 합성시간을 수 분내로 완료할 수 있는 놀라운 효과를 가지는 것을 알게 되었다. 특히 전기 가열 방식을 사용한 합성에 비해, 매우 짧은 반응시간 (10분 이내) 에도 불구하고 높은 결정성과 동일한 수율을 갖는 효과를 확인하였다. 바람직하게는 전처리 온도를 100℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하 며 더욱 바람직하게는 50℃ 이하로 유지하는 것이 좋다. 마이크로파를 이용한 반응은 매우 빠른 속도로 일어나므로 본 발명에서는 반응물의 균일성과 용해도를 높이고, 결정핵을 일부 생성되도록 전처리 단계를 거친 후 결정화 단계를 수행한다. 상기한 전처리 단계를 거치지 않은 상태에서 마이크로파를 조사할 경우 유무기 혼성체의 결정화 반응이 속도가 느리게 진행되며, 반응 중 불순물이 혼입되기가 쉽다. In addition, the present invention was found to have an amazing effect that can be completed in a few minutes when synthesized using microwave to prepare the organic-inorganic hybrid nanoporous body. In particular, compared to the synthesis using the electric heating method, despite the very short reaction time (within 10 minutes), the effect of having the same high crystallinity and yield was confirmed. Preferably, the pretreatment temperature is preferably maintained at 100 ° C. or lower, and more preferably 50 ° C. or lower. Since the reaction using microwave occurs at a very high speed, in the present invention, the uniformity and solubility of the reactants are increased, and the crystallization step is performed after the pretreatment step to generate some crystal nuclei. When microwave is irradiated without the above pretreatment step, the crystallization reaction of the organic-inorganic hybrid proceeds slowly, and impurities are easily mixed during the reaction.

상기한 전처리 단계는 예를 들면 10 ~ 2000 rpm 에서 교반하거나, 초음파를 조사하는 것으로 수행되며, 상기 전처리 온도는 실온 (대략 20 ~ 25℃) 결정화 반응 온도 범위가 바람직하다. 전처리 온도가 낮으면 전처리 효과가 미약하여 충분한 결정핵이 생성되지 않으며, 전처리 온도가 높으면 불순물이 생성되기 쉬울 뿐만 아니라 전처리 설비가 복잡해져야 하는 단점이 있다.The above pretreatment step is carried out, for example, by stirring at 10 to 2000 rpm, or by irradiating with ultrasonic waves, and the pretreatment temperature is preferably a room temperature (approximately 20 to 25 ° C.) crystallization reaction temperature range. When the pretreatment temperature is low, the pretreatment effect is weak, and sufficient crystal nuclei are not generated. When the pretreatment temperature is high, impurities are easily generated, and the pretreatment facility has to be complicated.

상기와 같은 전처리 단계를 수행한 후 상기 결정핵이 형성된 반응액에 마이크로파를 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체를 형성시키는 결정화 단계를 수행한다.After performing the pretreatment step as described above, the crystallization step of forming an organic-inorganic hybrid nanoporous body is performed by irradiating microwaves to the reaction solution in which the crystal nuclei are formed.

상기 결정화 단계에서 마이크로파는 1 ~ 30 GHz의 마이크로파를 조사할 수 있으며, 바람직하기로는 공업적으로 많이 사용되고 있는 주파수인 2.54 GHz의 마이크로파를 이용하는 것이 간편하고 효율적이다.In the crystallization step, the microwave can be irradiated with a microwave of 1 ~ 30 GHz, preferably using a microwave of 2.54 GHz, which is a frequency commonly used industrially, is easy and efficient.

상기 결정화 단계에서 반응 온도는 실제적으로 제한되지는 않으나 60 ~ 250 ℃ 범위로 수행될 수 있으며, 바람직하기로는 80 ~ 220℃ 범위에서 수행되는 것이 좋다. 이 때, 상기 반응 온도가 60℃ 미만이면 결정화 반응 속도가 느려 효과 적이지 못하고, 반응 온도가 250℃ 를 초과하면 세공이 없는 물질이 얻어지기 쉽고 반응 속도가 너무 빨라 불순물이 혼입되기 쉬우며, 반응기 내부 압력이 높아져 반응기의 구성이 비경제적이다.In the crystallization step, the reaction temperature is not actually limited, but may be performed in a range of 60 to 250 ° C., preferably, 80 to 220 ° C. At this time, if the reaction temperature is less than 60 ℃ the crystallization reaction rate is slow and ineffective, if the reaction temperature exceeds 250 ℃ is easy to obtain a material without pores and the reaction rate is too fast, it is easy to mix impurities, reactor High internal pressures make the construction of the reactor uneconomical.

상기 결정화 반응 수행시 반응기 내의 압력은 실제적으로 제한되지 않으며, 반응 온도에서의 반응물의 자동 압력 (autogeneous pressure) 에서 합성하는 것이 간단하다. 또한, 질소, 헬륨 같은 불활성 기체를 추가하여 고압에서 반응을 수행할 수도 있다.The pressure in the reactor when performing the crystallization reaction is not practically limited, it is simple to synthesize at the autogeneous pressure of the reactants at the reaction temperature. In addition, an inert gas such as nitrogen or helium may be added to carry out the reaction at a high pressure.

상기한 바와 같이 전처리 반응과 결정화 반응을 포함하여 구성되는 본 발명은 기존의 전기 가열에 의한 방법과는 달리 회분식은 물론이고 연속식으로도 수행 가능하다. 회분식 반응기는 시간당 생산량이 낮아 소량의 유무기 하이브리드 나노세공체를 생산하는데 적합하며, 연속식 반응기는 투자비가 많이 들어가나 대량 생산에 적합하다. 반응 시간은 회분식의 경우 1분 ~ 8시간, 바람직하기로는 1분 ~ 1시간 정도가 적합하며, 너무 반응 시간이 길면 불순물의 혼입이 쉽게 된다. 연속식 반응기의 체류시간은 1분 ~ 1 시간, 바람직하기로는 1분 ~ 20분이 적합한데, 체류시간이 너무 길면 생산성이 낮고 체류시간이 너무 짧으면 반응 전환율이 낮다. 회분식 반응기를 사용할 경우는 반응 중에 반응물을 교반할 수도 있으며, 교반 속도는 10 ~ 2000 rpm 이 적당하나, 교반 과정 없이도 수행 가능하며, 교반을 하지 않는 것이 반응기 구성이나 운전에 있어 간편하며 적용하기가 쉽다. As described above, the present invention, which includes a pretreatment reaction and a crystallization reaction, can be performed in a continuous manner as well as a batch unlike a conventional electric heating method. Batch reactors are suitable for producing small amounts of organic-inorganic hybrid nanoporous materials with low output per hour, while continuous reactors are expensive and are suitable for mass production. In the case of a batch type, the reaction time is suitably 1 minute to 8 hours, preferably 1 minute to 1 hour, and when the reaction time is too long, impurities are easily mixed. The residence time of the continuous reactor is suitable for 1 minute to 1 hour, preferably 1 minute to 20 minutes. If the residence time is too long, the productivity is low, and if the residence time is too short, the reaction conversion rate is low. In the case of using a batch reactor, the reactants may be stirred during the reaction. The stirring speed may be 10 to 2000 rpm, but it may be performed without stirring, and the stirring is simple and easy to apply in the reactor configuration or operation. .

상기의 유무기 하이브리드 나노세공체인 MOF는 분말 또는 성형체로 사용할 수 있다. 성형체의 형태는 펠렛, 비드, 하니컴, 메쉬 또는 막 형태가 바람직하 다. 펠렛, 비드, 하니컴, 메쉬 및 막 등의 성형체를 제조하기 위해서는 적정한 유기 또는 무기 바인더를 사용할 수 있으며 첨가된 유, 무기 바인더는 분말 무게의 50% 를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 무기바인더로는 실리카, 알루미나, 층상구조화합물, 금속알콕사이드, 금속할라이드 등이 가능하며, 유기 바인더로는 1종 이상의 알콜 및 셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트 등이 바람직하다. The organic-inorganic hybrid nanoporous body MOF can be used as a powder or a molded body. The shape of the shaped body is preferably in the form of pellets, beads, honeycomb, mesh or membrane. In order to produce shaped articles such as pellets, beads, honeycombs, meshes and membranes, suitable organic or inorganic binders can be used and the added oil and inorganic binders preferably do not exceed 50% of the weight of the powder. As the inorganic binder, silica, alumina, layered compounds, metal alkoxides, metal halides, and the like can be used. As the organic binder, at least one alcohol and cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylate, and the like are preferable.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면 높은 표면적, 규칙성이 매우 높은 결정구조 및 비교적 높은 열안정성 등의 특성을 가지는 유무기 하이브리드 나노세공체를 단시간 내에 제조할 수 있으며, 또한, 결정화 반응시간의 획기적인 단축으로 인하여 기존의 전기 가열을 적용할 경우 얻어지지 않던 비교적 높은 표면적의 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조할 수 있다. 또한, 상기의 유무기 하이브리드 나노세공체는 기체, 액체 및 고체 물질의 저장, 분리 및 화학반응을 위한 흡수물질로 사용이 가능하며, 기체로는 수소, 산소, 질소, 메탄, 파라핀, 올레핀등의 탄화수소 및 일산화탄소, 황화수소, 암모니아, 포름알데히드, 아민등이 가능하며, 액체로는 냄새물질로 VOC (휘발성 유기 화합물, Volatile Organic Compounds) 및 살균제등과 가솔린, 디젤, 오일, 알코올 등이 가능하다. 고체로는 Pt, Pd 등의 귀금속 이온 및 1nm 이하의 서브나노입자 또는 Hg, Cr 등의 유해물질을 흡착할 수 있다. 특히 수소, 이산화탄소 흡착/분리 및 올레핀/파라핀 등의 유용한 흡착제로 사용이 가능하다.According to the present invention configured as described above, organic-inorganic hybrid nanoporous bodies having characteristics such as high surface area, highly regular crystal structure, and relatively high thermal stability can be produced in a short time, and also drastically shorten the crystallization reaction time. Due to this, organic-inorganic hybrid nanoporous bodies having a relatively high surface area, which are not obtained when conventional electric heating is applied, can be manufactured. In addition, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be used as an absorbent material for the storage, separation and chemical reaction of gas, liquid and solid materials, and the gas is hydrogen, oxygen, nitrogen, methane, paraffin, olefin, etc. Hydrocarbons, carbon monoxide, hydrogen sulfide, ammonia, formaldehyde, amines, etc. are available. Liquids include odorous substances such as VOCs (volatile organic compounds, volatile organic compounds) and fungicides, gasoline, diesel, oils and alcohols. As a solid, it is possible to adsorb noble metal ions such as Pt and Pd and sub-nanoparticles of 1 nm or less or harmful substances such as Hg and Cr. In particular, it can be used as a useful adsorbent such as hydrogen, carbon dioxide adsorption / separation and olefin / paraffin.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.

비교예 1. 전기가열방식에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ni-MOF) 의 제조 Comparative Example 1. Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (Ni-MOF) by electric heating method

테프론 반응기에 Ni(CH3COO)2·4H2O, 및 2,5-디하이드록시테레프탈레이트 (DHT) 를 첨가한 후 증류수와 THF 를 첨가하여 반응물의 최종 몰비가 Ni:DOBDC:H2O:THF=1:0.5:367:140이 되도록 하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 전기오븐에 넣고 110℃ 에서 3일간 반응을 시킨 후 실온으로 냉각 후, 증류수를 이용한 세척, 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ni-MOF) 를 얻었다. XRD 패턴의 FWHM의 반측폭으로부터 계산된 입자사이즈는 ~ 37nm 로 측정되었다. 본 비교예에서 얻어진 결정의 XRD 패턴은 문헌 값과 일치하는 것을 확인하였다 [J. AM. CHEM. SOC. 130, 10870, 2008].Ni (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O, and 2,5-dihydroxyterephthalate (DHT) were added to the Teflon reactor, followed by distilled water and THF to add a final molar ratio of Ni: DOBDC: H 2 O. : THF = 1: 0.5: 367: 140. The Teflon reactor containing the reactant was placed in an electric oven, reacted at 110 ° C. for 3 days, cooled to room temperature, washed with distilled water, and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous material (Ni-MOF). The particle size calculated from the half-width of the FWHM of the XRD pattern was measured at ˜37 nm. It was confirmed that the XRD pattern of the crystals obtained in this comparative example was consistent with the literature values [J. AM. CHEM. SOC. 130, 10870, 2008].

실시예 1 : 전자기파에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ni-MOF) 의 제 Example 1 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Material (Ni-MOF) by Electromagnetic Waves

테프론 반응기에 Ni(CH3COO)2·4H2O, 및 2,5-디하이드록시테레프탈레이트 (DHT)를 첨가한 후 증류수와 THF를 첨가하여 반응물의 최종 몰비가 Ni:DHT:H2O:THF=1:0.5:367:140이 되도록 하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (CEM사, 모델 Mars-5) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 110℃ 로 승온 시킨 후 110℃ 에서 10분 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ni-MOF) 를 얻었다. 본 실시예에서 얻어진 결정의 XRD 패턴은 문헌 값과 일치하는 것을 확인하였다 [J. AM. CHEM. SOC. 130, 10870, 2008]. 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 전기히팅방식과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다. 특히 XRD 패턴의 FWHM의 반측폭으로부터 계산된 입자사이즈는 28nm 로 비교예 1의 입자사이즈 ~ 37nm 보다 적은 것을 확인하였다. 또한 전자현미경 분석결과 마이크로파 방식으로 제조된 Ni-MOF의 경우 이차입자 사이즈는 200nm 로 비교예 1의 전기히팅 방식의 500nm 보다 2.5 배 적은 것을 확인할 수 있었다. Ni (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O, and 2,5-dihydroxyterephthalate (DHT) were added to the Teflon reactor, followed by distilled water and THF to add a final molar ratio of Ni: DHT: H 2 O. : THF = 1: 0.5: 367: 140. The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (CEM Co., Model Mars-5) and irradiated with microwave (2.54 GHz) to raise the temperature to 110 ° C., and then maintained at 110 ° C. for 10 minutes to perform a crystallization reaction. It cooled to room temperature, wash | cleaned (distilled water), and dried, and obtained the organic-inorganic hybrid nanoporous body (Ni-MOF). It was confirmed that the XRD pattern of the crystals obtained in this example is consistent with the literature values [J. AM. CHEM. SOC. 130, 10870, 2008]. The crystal structure of the prepared organic-inorganic hybrid nanoporous body was confirmed that the diffraction pattern was obtained at the same position as the electric heating method, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis. In particular, it was confirmed that the particle size calculated from the half-width of the FWHM of the XRD pattern was 28 nm, which was smaller than the particle size of the comparative example 1 to 37 nm. In addition, as a result of the electron microscope analysis, the size of the secondary particles of the Ni-MOF prepared by the microwave method was 200 nm, which was 2.5 times less than that of the 500 nm electric heating method of Comparative Example 1.

실시예 2 : 전자기파에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체 (Mg-MOF) 의 제 Example 2 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Material (Mg-MOF) by Electromagnetic Waves

테프론 반응기에 Mg(NO3)·6H2O 1.85 mmol, 및 2,5-디하이드록시테레프탈레 이트(DHT) 0.559 mmol를 첨가한 후, DMF-에탄올 (ethanol) -물 (water) 을 15:1:1(v/v/v)로 50 ml 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (CEM사, 모델 Mars-5) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 125℃ 로 승온 시킨 후 125℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Mg-MOF) 를 얻었다. 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 1 과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다.1.85 mmol of Mg (NO 3 ) .6H 2 O, and 0.559 mmol of 2,5-dihydroxyterephthalate (DHT) were added to the Teflon reactor, and then DMF-ethanol-water was added to 15: 50 ml was added at 1: 1 (v / v / v). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (CEM Co., Model Mars-5), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 125 ° C., and maintained at 125 ° C. for 1 hour to carry out a crystallization reaction. It cooled to room temperature, wash | cleaned (distilled water), and dried and obtained the organic-inorganic hybrid nanoporous body (Mg-MOF). The crystal structure of the prepared organic-inorganic hybrid nanoporous body was confirmed that the diffraction pattern was obtained at the same position as Example 1, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis.

실시예 3 : 전자기파에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체 (Co-MOF) 의 제 Example 3 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Material (Co-MOF) by Electromagnetic Waves

테프론 반응기에 Co(NO3)·6H2O 8.67 mmol, 및 2,5-디하이드록시테레프탈레이트(DHT) 2.43 mmol를 첨가한 후, DMF-에탄올(ethanol)-물(water) 을 1:1:1 (v/v/v) 로 50 ml 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (CEM사, 모델 Mars-5) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 100℃ 로 승온 시킨 후 100℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수 행한 후 실온으로 냉각, 세척(증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Co-MOF) 를 얻었다. 제조된 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 1 과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다.8.67 mmol of Co (NO 3 ) .6H 2 O, and 2.43 mmol of 2,5-dihydroxyterephthalate (DHT) were added to the Teflon reactor, and then DMF-ethanol-water was 1: 1. 50 ml was added at 1: 1 (v / v / v). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (CEM Co., Model Mars-5), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 100 ° C., and maintained at 100 ° C. for 1 hour to perform a crystallization reaction. It cooled to room temperature, wash | cleaned (distilled water), and dried, and obtained the organic-inorganic hybrid nanoporous body (Co-MOF). The crystal structure of the prepared organic-inorganic hybrid nanoporous body was confirmed that the diffraction pattern is obtained at the same position as Example 1, although the relative intensity of the peak is different from the XRD analysis.

실시예 4. (Ni-CPO) 마이크로파 조사를 통하여 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체 이산화탄소 흡착제 Example 4 (Ni-CPO) Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Carbon Dioxide Adsorbent Prepared by Microwave Irradiation

실시예 1 에서 얻어진 유무기 하이브리드 나노세공체 Ni-MOF의 기체 흡착특성을 분석하기 위하여 저온 및 상온에서 확산펌프가 장착된 유리 진공 매니폴드에서 기체 흡착실험을 수행하였다. 표준 부피측정 기술을 사용하여 5 내지 760토르 (Torr) 의 압력범위에서 작은 기체분자의 흡착 데이터를 얻었다. 기체 흡착 실험 전에, Ni-MOF 를 진공 하에서 1시간 동안 실온에서 유지한 후, 298K에서 523K사이의 지정된 온도로 가열하여 천천히 활성화시켰다. 배기온도는 523K였다. 고도로 순수한 기체를 흡착 측정을 위해 사용하였다. 대략 760토르에서 흡착 후 압력을 감소시킴으로서 탈착 등온선을 얻었다. 0.2g을 250℃에서 5시간 진공 건조한 후 CO2 흡착실험을 실시하였다. 또한 촉매에 3%의 그라파이터와 3% 활성화 탄소를 함께 테프론 통에 넣고 볼 밀링기로 섞어준 후, 랩 프레스를 사용하여 압력을 가하여 준 후 성형했다. 흡착제의 코팅은 10% 알루미나 졸을 사용하여 촉매와 섞거나, 1~5% 카본을 사용하여 촉매와 섞은 다음 딥코팅기를 사용하여 속도를 5mm/min으로 하여 코팅하였다. 전기히팅 방식에 의해서 제조된 Ni-MOF 와 비교하여 마이크로웨이브 조사방식에 의해서 제조된 Ni-MOF의 경우 상온 및 75℃에서 높은 이산화탄소 흡착량을 보여주었다. In order to analyze the gas adsorption characteristics of the organic-inorganic hybrid nanoporous body Ni-MOF obtained in Example 1, gas adsorption experiments were performed in a glass vacuum manifold equipped with a diffusion pump at low temperature and room temperature. Adsorption data of small gas molecules in the pressure range of 5 to 760 Torr was obtained using standard volumetric techniques. Prior to the gas adsorption experiment, Ni-MOF was maintained at room temperature under vacuum for 1 hour and then slowly activated by heating to a specified temperature between 298K and 523K. The exhaust temperature was 523 K. Highly pure gas was used for the adsorption measurement. Desorption isotherms were obtained by reducing the pressure after adsorption at approximately 760 Torr. 0.2 g was vacuum dried at 250 ° C. for 5 hours and then subjected to CO 2 adsorption experiment. In addition, 3% graphite and 3% activated carbon were added to the catalyst together in a Teflon barrel, mixed with a ball mill, and pressed using a lab press to form. The coating of the adsorbent was mixed with the catalyst using 10% alumina sol, or mixed with the catalyst using 1-5% carbon and then coated at a speed of 5 mm / min using a dip coater. Compared to the Ni-MOF prepared by the electric heating method, the Ni-MOF produced by the microwave irradiation method showed high carbon dioxide adsorption at room temperature and 75 ° C.

실시예 5. (Ni-MOF) 마이크로파 조사를 통하여 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 프로판/프로필렌 흡착 Example 5. Propane / propylene adsorption of organic-inorganic hybrid nanocomposites prepared by (Ni-MOF) microwave irradiation

표준 부피측정 기술을 사용하여 5내지 760토르의 압력 범위에서 작은 기체 분자의 흡착 데이터를 얻었다. 기체 흡착 실험 전에, Ni-CPO 0.2g을 진공하에서 (< 10~5 토르) 실온에서 유지한 후, 250℃의 온도로 가열하여 천천히(1 K/min) 활성화시켰다. 고도의 순수한 기체를 흡착 측정을 위해 사용하였다. 760토르에서 흡착 후 압력을 감소시키면서 탈착 등온선을 얻었다. 40℃에서 얻은 프로판/프로필렌 흡착-탈착 등온선은 도 4 에 비교하였다. 100토르에서 Ni-MOF 에 흡착된 프로필렌의 양 (137ml/g) 은 흡착된 프로판의 흡착된 양 (105ml/g) 보다 1.3배 더 높았다. Adsorption data of small gas molecules in the pressure range of 5 to 760 Torr was obtained using standard volumetric techniques. Prior to the gas adsorption experiment, 0.2 g of Ni-CPO was maintained at room temperature under vacuum (<10 to 5 Torr), then heated to a temperature of 250 ° C. to activate slowly (1 K / min). Highly pure gas was used for the adsorption measurement. Desorption isotherm was obtained at 760 Torr with decreasing pressure after adsorption. Propane / propylene adsorption-desorption isotherms obtained at 40 ° C. were compared to FIG. 4. At 100 Torr the amount of propylene adsorbed to Ni-MOF (137 ml / g) was 1.3 times higher than the amount adsorbed (105 ml / g) of adsorbed propane.

상기 실시예 및 비교예의 결과로부터, 본원과 같이 2 가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트로부터 마이크로파에 의해 유무기 하이브리드 나노세공체를 제조하는 경우, 종래 가열방식에 의하는 경우보다 유무기 하이브리드 나노세공체는 입자 사이즈가 2.5 배 적은 것을 확인할 수 있었다. 또한 입도 분포가 매우 균일함을 확인할 수 있었다.From the results of the above examples and comparative examples, when preparing the organic-inorganic hybrid nanoporous body by microwave from divalent metal ions and dihydroxy terephthalate as in the present application, the organic-inorganic hybrid nanopore than the case of the conventional heating method The sieve confirmed that the particle size was 2.5 times smaller. It was also confirmed that the particle size distribution was very uniform.

또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우 흡탈착능이 우수한 흡착제로서, 특히, 올레핀의 흡착제 및 이산화탄소의 흡착제로서 사용될 수 있다.In addition, in the case of the organic-inorganic hybrid nanoporous body produced by the production method of the present invention, it can be used as an adsorbent having excellent adsorption and desorption capacity, in particular, as an adsorbent of olefins and an adsorbent of carbon dioxide.

도 1 은 니켈 하이드록시테레프탈레이트 유무기 하이브리드 나노세공체의 X-선 회절 형태 및 광학현미경 이미지이다.      1 is an X-ray diffraction pattern and optical microscope image of a nickel hydroxy terephthalate organic-inorganic hybrid nanoporous body.

도 2 는, 니켈 하이드록시테레프탈레이트 유무기 하이브리드 나노세공체의 합성 시간에 따른 X-선 회절 형태이다. 2 is an X-ray diffraction pattern according to the synthesis time of the nickel hydroxy terephthalate organic-inorganic hybrid nanoporous body.

도 3 은, 본 발명의 실시예 1 (a) 및 비교예 1 (b) 에 의해 얻어진 유무기 하이브리드 나노세공체인 니켈 하이드록시테레프탈레이트에서의 CO2 흡착 등온선 결과이다.FIG. 3 is a result of CO 2 adsorption isotherm in nickel hydroxy terephthalate which is an organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Example 1 (a) and Comparative Example 1 (b) of the present invention.

도 4는 실시예 1 에 의해서 얻어진 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 프로필렌-프로판 흡탈착 등온선이다.4 is a propylene-propane adsorption-desorption isotherm using the organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Example 1. FIG.

Claims (11)

하기 단계를 포함하는, 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법:Method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, comprising the following steps: 1) 2가 금속이온과 디하이드록시테레프탈레이트 유기 리간드 및 용매를 교반하거나, 초음파로 처리하여 유기 리간드가 금속과 배위 결합한 결정핵을 형성하는전처리 단계; 및1) a pretreatment step of stirring or ultrasonically treating a divalent metal ion with a dihydroxyterephthalate organic ligand and a solvent to form crystal nuclei in which the organic ligand is coordinated with the metal; And 2) 상기 결정핵이 형성된 반응액에 1~30 GHz 의 마이크로파를 조사 하여 60 ~ 250 ℃ 에서 결정화 반응을 수행하는 단계.2) performing a crystallization reaction at 60 ~ 250 ℃ by irradiating a microwave of 1 ~ 30 GHz to the reaction solution in which the crystal nucleus is formed. 제 1 항에 있어서, 상기 금속이온이 Ni2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Ca2+, Co2+, Mn2+ 및 Zn2+ 로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이온인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법.The metal ion of claim 1, wherein the metal ion is selected from the group consisting of Ni 2+ , Fe 2+ , Mg 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Mn 2+ and Zn 2+ . Method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, characterized in that the ion. 제 1 항에 있어서, 상기 디하이드록시테레프탈레이트 유기 리간드가 2,5-디하이드록시테레프탈레이트 유기 리간드인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the dihydroxyterephthalate organic ligand is a 2,5-dihydroxyterephthalate organic ligand. 제 1 항에 있어서, 상기 디하이드록시테레프탈레이트 유기 리간드가 Cl, Br, I, NO3, NH2, COOH, 또는 SO3H 로 치환된 디하이드록시테레프탈레이트 유도체 유기 리간드인 유무기 혼성 나노세공체의 제조방법.The organic-inorganic hybrid nanopore according to claim 1, wherein the dihydroxyterephthalate organic ligand is a dihydroxyterephthalate derivative organic ligand substituted with Cl, Br, I, NO 3 , NH 2 , COOH, or SO 3 H. Method of making sieves. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 물, 탄소수 1 ~ 10 개의 모노 또는 폴리 알코올, DMF (디메틸포름아마이드), DEF (디에틸포름아마이드), DMAc (N,N-디메틸포름아마이드), 아세토니트릴, 디옥산, 클로로벤젠, 피리딘, NMP (N-메틸 피롤리돈), 설포란, THF (테트라하이드로퓨란), 감마-부티로락톤, 지환족 알코올, 탄소수 2 ~ 10개의 케톤 및 탄소수 4 ~ 20 개 의 탄화수소로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유무기 혼성 나노세공체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the solvent is water, mono or polyalcohol having 1 to 10 carbon atoms, DMF (dimethylformamide), DEF (diethylformamide), DMAc (N, N-dimethylformamide), acetonitrile, Dioxane, chlorobenzene, pyridine, NMP (N-methyl pyrrolidone), sulfolane, THF (tetrahydrofuran), gamma-butyrolactone, cycloaliphatic alcohol, 2-10 ketones and 4-20 carbon atoms A method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous body, characterized in that one or a mixture of two or more selected from the group consisting of hydrocarbons. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 2) 에서 마이크로파 조사 방법을 이용함으로써 합성하는 것을 특징으로 하는 유무기 혼성 나노세공체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid nanoporous body is synthesized by using the microwave irradiation method in step 2). 제 1 항에 있어서, 회분식 반응기 혹은 연속식 반응기를 사용하는 것을 특징으로 하는 유무기 혼성 나노세공체의 제조방법.The method for producing an organic-inorganic hybrid nanoporous body according to claim 1, wherein a batch reactor or a continuous reactor is used. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 유무기 혼성 나노세공체.An organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared by the method of any one of claims 1 to 7. 제 8 항의 유무기 혼성 나노세공체를 함유하는 분말, 펠렛, 비드, 하니컴, 메쉬 또는 막의 형태인 흡착제.An adsorbent in the form of a powder, pellet, bead, honeycomb, mesh or membrane containing the organic-inorganic hybrid nanoporous body of claim 8. 제 8 항의 유무기 혼성 나노세공체를 함유하는 올레핀을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제.An adsorbent capable of selectively adsorbing olefins containing the organic-inorganic hybrid nanoporous material of claim 8. 제 8 항의 유무기 혼성 나노세공체를 함유하는 이산화탄소 흡착제.Carbon dioxide adsorbent containing the organic-inorganic hybrid nanoporous body of claim 8.
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