KR20160001279A - Hollow porous carbon particles and their synthetic method - Google Patents

Hollow porous carbon particles and their synthetic method Download PDF

Info

Publication number
KR20160001279A
KR20160001279A KR1020140079521A KR20140079521A KR20160001279A KR 20160001279 A KR20160001279 A KR 20160001279A KR 1020140079521 A KR1020140079521 A KR 1020140079521A KR 20140079521 A KR20140079521 A KR 20140079521A KR 20160001279 A KR20160001279 A KR 20160001279A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hpc
particles
shell
porous carbon
core
Prior art date
Application number
KR1020140079521A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101608850B1 (en
Inventor
오문현
이희정
최소라
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020140079521A priority Critical patent/KR101608850B1/en
Publication of KR20160001279A publication Critical patent/KR20160001279A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101608850B1 publication Critical patent/KR101608850B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30Active carbon
    • C01B32/306Active carbon with molecular sieve properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

The present invention relates to hollow and porous carbon particles having low density, large specific surface area, and micro-sized pores. The hollow and porous carbon particles having excellent dispersibility and dispersion stability with great absorption can be widely used for catalysts; adsorbents; sensors; electrode materials; separation and purification material; and hydrogen and drug carriers. In addition, a manufacturing method of the hollow and porous carbon particles according to the present invention has excellent efficiency of processing by manufacturing the carbon particles through a single-step heat treatment of core-shell precursor particles having polymer particles as cores, and metal-organic frameworks as shells.

Description

중공형 다공성 탄소입자 및 이의 제조방법{Hollow porous carbon particles and their synthetic method}[0001] Hollow porous carbon particles and their synthetic methods [0002]

본 발명은 중공형 다공성 탄소입자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면적이 크고, 분산도 및 분산 안정성이 우수하여 촉매, 가스 저장, 분리 및 광학용도 등으로 활용이 가능한 중공형 다공성 탄소입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a hollow porous carbon particle which has a large surface area, is excellent in dispersion degree and dispersion stability and can be utilized for catalyst, gas storage, separation, and optical use, ≪ / RTI >

다공성 탄소입자는 흡착제, 촉매, 수소 저장 물질, 약물 전달 시스템 및 분리 시스템 등을 비롯한 다양한 분야에서 이용될 수 있는 흥미로운 물질로 최근 주목을 받고 있다.Porous carbon particles are attracting attention as interesting materials that can be used in various fields including adsorbents, catalysts, hydrogen storage materials, drug delivery systems, and separation systems.

상기 다공성 탄소입자를 제조하기 위하여, 종래에는 전구체의 사용이 제안된 바 있었으며, 상기 전구체로는 최근 유기-금속 골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)에 기초한 방법이 높은 표면적과 다공도를 갖는 다공성 탄소입자를 효과적으로 제조할 수 있어 많은 관심을 받고 있다.Conventionally, the use of precursors has been proposed for producing the porous carbon particles. Recently, as a precursor, a method based on metal-organic frameworks (MOFs) has been used to produce porous carbon particles having high surface area and porosity The particles can be efficiently produced and thus attracting much attention.

일 예로, 대한민국 등록특허 10-0644501호에는 넓은 비표면적과 다중의 기공을 갖는 중공형 다공성 구조체(탄소-알루미노실리케이트 복합 구조체)를 제조하기 위한 방법이 공지되어 있으나, 계면활성제를 이용하여 제조하는 것으로 BET 표면적이 작고, 기공의 크기가 클 뿐만 아니라, 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.For example, Korean Patent Registration No. 10-0644501 discloses a method for producing a hollow porous structure (carbon-aluminosilicate composite structure) having a wide specific surface area and multiple pores, There is a problem that the BET surface area is small, the pore size is large, and the manufacturing process is complicated.

또한, MOF-5를 전구체로 하고, 이를 열처리하여 다공성 탄소를 제조하거나(비특허 문헌 1), 메조기공 및 매크로기공를 갖는 ZIF-8 입자를 초음파처리하고, 탄화하여 마이크로, 메조기공 및 매크로기공을 갖는 다공성 탄소 전극으로 제조하는 방법(비특허 문헌 2)이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 방법들 모두 메조 기공를 갖는 벌크한 탄소소재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 아직까지 균일하고, 분산도가 좋은 중공형 탄소입자 개발이 필요하다.In addition, porous carbon is prepared by using MOF-5 as a precursor and heat treatment thereof (Non-Patent Document 1). ZIF-8 particles having mesopores and macropores are ultrasonicated and carbonized to form micro-, mesopores and macropores (Non-Patent Document 2) is known. However, all of these methods relate to methods for producing bulk carbonaceous materials having mesopores, and there is a need to develop hollow carbon particles that are uniform and have good dispersion.

(비특허 문헌 1) B. Liu, et. al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 5390-5391(Non-Patent Document 1) B. Liu, et. al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 5390-5391 (비특허 문헌 2) A. J. Amali, et, al., Chem. Commun., 2014, 50, 1519-1522(Non-Patent Document 2) A. J. Amali, et al., Chem. Commun., 2014, 50, 1519-1522

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 코어-쉘 형태 유기-금속 골격체의 질소하에서 열처리를 통한 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a hollow porous carbon particle by heat treatment under nitrogen of a core-shell type organic-metal skeleton.

또한, 본 발명은 분산력 및 분산 안정성이 우수한 마이크로 기공을 갖는 중공형 다공성 탄소입자를 제공하고자 한다.The present invention also provides a microporous membrane having micropores having excellent dispersing ability and dispersion stability To provide hollow porous carbon particles.

본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 하기 단계를 포함하는 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing hollow porous carbon particles comprising the steps of:

Ⅰ) 카르복실기로 표면처리된 고분자 코어 입자;에 유기-금속 골격체 쉘을 형성할 수 있는 아연금속과 2-메틸이미다졸 전구체 용액을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계,(I) preparing a reaction mixture by mixing a zinc metal and a 2-methylimidazole precursor solution capable of forming an organic-metal skeletal shell in a polymer core particle surface-treated with a carboxyl group,

Ⅱ) 상기 반응 혼합물을 초음파 반응하여, 상기 고분자 입자를 코어로 하고, 상기 유기-금속 골격체를 쉘로 형성하는 코어-쉘 전구체 입자를 생성하고, 원심분리하여 수득하는 단계,(II) subjecting the reaction mixture to ultrasonic reaction to produce core-shell precursor particles which form the core of the organic-metal skeleton as a core by using the polymer particles as a core, followed by centrifugation,

Ⅲ) 상기 코어-쉘 전구체 입자를 질소하에서 열처리하여 중공형 다공성 탄소입자를 제조하는 단계.III) heat-treating the core-shell precursor particles under nitrogen to prepare hollow porous carbon particles.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 유기-금속 골격체는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polymer particles are selected from the group consisting of polystyrene, polyolefin, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyalkyl (meth) , And the organic-metal skeleton may include a zeolite imidazolate skeleton.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 Ⅰ) 단계의 고분자 입자를 Ⅱ) 단계의 코어-쉘 전구체 입자로 대체하여, 상기 Ⅰ)에서 Ⅱ) 단계를 1회 내지 4회 또는 이보다 더 많은 횟수로 반복 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 의해서, 쉘의 두께를 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step I) to step II) are repeated one to four times or more times, by replacing the polymer particles of the step I) with the core-shell precursor particles of the step II) , Thereby adjusting the thickness of the shell.

또한, 상기 Ⅲ) 단계는 1000 ℃에서 열처리할 수 있고, 상기 Ⅰ) 단계는 초음파 분산을 통해 반응하는 것일 수 있다.
Also, the step (III) may be heat treated at 1000 ° C., and the step (I) may be performed through ultrasonic dispersion.

또한, 본 발명은 구형의 중공; 및 탄소로 이루어진 마이크로기공의 다공성 쉘;을 포함하고, 상기 쉘은 복수 개의 나노그레인이 서로 결합되어 다공성 네트워크를 형성한 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자를 제공한다.In addition, the present invention relates to a spherical hollow; And a microporous porous shell made of carbon, wherein the shell has a plurality of nanograins bonded to each other to form a porous network.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중공형 다공성 탄소입자의 직경은 0.7 내지 1 ㎛일 수 있고, 상기 쉘의 두께는 40 내지 150 ㎚일 수 있으며, 상기 나노그레인은 직경이 50 내지 100 ㎚일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diameter of the hollow porous carbon particles may be 0.7 to 1 占 퐉, the thickness of the shell may be 40 to 150 nm, and the nanograin may have a diameter of 50 to 100 nm .

또한, 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자는 BET 표면적은 1100 내지 1800 ㎡/g일 수 있다.The hollow porous carbon particles according to the present invention may have a BET surface area of 1100 to 1800 m < 2 > / g.

또한, 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자는 기체를 흡착, 저장할 수 있는 매체로 이용될 수 있는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 195 K 온도에서 이산화탄소 상대압 1.0 미만일 때(P/PO<1.0) 이산화탄소의 흡착량이 310 내지 430 ㎤/g일 수 있다.
The hollow porous carbon particles according to the present invention can be used as a medium capable of adsorbing and storing gas. According to an embodiment of the present invention, when the carbon dioxide relative pressure at a temperature of 195 K is less than 1.0 P / P O < 1.0) The adsorption amount of carbon dioxide may be 310 to 430 cm 3 / g.

또한, 본 발명은 상기 중공형 다공성 탄소입자를 포함하는 기체 저장체로서, 수소, 질소, 산소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 천연가스, 아세트산, LPG 또는 이의 혼합물에서 선택되는 1종 이상의 기체를 저장하는 것을 특징으로 하는 기체 저장체를 제공한다.The present invention also relates to a gas storage body comprising the hollow porous carbon particles, wherein the gas storage body contains at least one gas selected from hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, methane, ethane, natural gas, acetic acid, LPG, Wherein the gas storage body is a gas storage body.

본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자는 낮은 밀도, 넓은 비표면적, 마이크로기공을 가지는 것을 특징으로 하고, 분산력 및 분산안정성이 우수하고, 흡착능이 뛰어나 촉매, 흡착제, 센서, 전극물질, 분리 및 정제용이나 수소 및 약물의 저장체와 같은 광범위한 용도로 널리 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법은 고분자 입자를 코어로 하고, 유기-금속 골격체를 쉘로 하는 코어-쉘 전구체 입자를 이용하여 단일 단계의 열처리 과정을 통해 제조할 수 있는 바, 공정 효율이 우수하다.The hollow porous carbon particles according to the present invention are characterized by having a low density, a wide specific surface area, and a micro pore. The hollow porous carbon particles according to the present invention are excellent in dispersing ability and dispersion stability and excellent in adsorbing ability and can be used for catalysts, adsorbents, Or as a storage medium for hydrogen and drugs. The method for producing hollow porous carbon particles according to the present invention can be manufactured through a single step heat treatment process using core particles of core-shell precursor particles having a polymer particle as a core and an organo-metallic skeleton as a shell , And the process efficiency is excellent.

도 1은 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2a는 순수 폴리스티렌입자, 도 2b는 열처리하기 전인 실시예 1의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자, 도 2c는 실시예 1로부터 제조된 중공형 다공성 탄소입자(HPC-2), 도 2d는 열처리하기 전인 실시예 2의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 2e는 실시예 2로부터 제조된 중공형 다공성 탄소입자(HPC-3), 도 2f는 열처리하기 전인 실시예 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자, 도 2g는 실시예 3으로부터 제조된 중공형 다공성 탄소입자(HPC-4)에 대한 각각의 주사전자현미경(SEM) 및 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3a는 HPC-2, 도 3b는 HPC-3, 도 3c는 HPC-4 각각의 고배율 SEM 사진이다.
도 4a는 HPC-2, 도 4b는 HPC-3, 도 4c는 HPC-4 각각의 고해상 TEM 사진이다.
도 5는 HPC-3의 전구체 입자인 폴리스티렌@ZIF-8, 폴리스티렌 입자 및 ZIF-8 나노입자 각각의 질소하에서 열중량(TGA)분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 HPC-3과 PC-1의 분산안정성을 확인하기 위해, 혼합한 바로 직후와 완전히 침전된 후를 촬영한 사진이다.
도 7a는 실시예 1의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 7b는 실시예 2의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 7c는 HPC-2, 도 7d는 HPC-3, 도 8a는 실시예 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 8b는 HPC-4 각각의 원소분석(EDX) 결과를 나타낸 그래프이다, 여기서, 상기 그래프에 내삽된 이미지는 각 시료에 대한 투과주사전자현미경(STEM) 사진이다.
도 11은 이미 알려진 ZIF-8 시뮬레이션 패턴과 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자의 PXRD 패턴이다.
도 12는 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 PXRD 패턴이다.
도 13a 내지 c는 순서대로 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4 각각에 대한 라만 스펙트럼이다.
도 14는 ZIF-8(a)과 PC-1(b)의 SEM과 TEM 사진이다.
도 15a는 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 N2 흡탈착 등온곡선(sorption isotherms)이고, 도 15b는 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 CO2 흡탈착 등온곡선(sorption isotherms)이며, 도 15a에 내삽된 그래프는 HPC-2의 기공 크기 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 16a는 HPC-3, 도 16b는 PC-1의 메틸렌블루(MB)에 대한 시간에 따른 흡착/분리능을 나타낸 그래프이다.
도 16c는 시간에 따른 HPC-3 및 PC-1의 MB에 대한 흡착/분리능을 비교한 그래프와 사진이다.
도 17a 내지 도 17d는 순서대로 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 NLDFT(비국소 밀도함수 이론)법에 의해 기공 크기를 나타낸 그래프이다.
도 18은 298 K에서 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 CO2 흡탈착 등온곡선(sorption isotherms)이다.
FIG. 1 is a view showing a process for producing hollow porous carbon particles according to the present invention.
Fig. 2 (a) shows pure polystyrene particles, Fig. 2 (b) shows the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Example 1 before heat treatment, Fig. 2 (c) shows hollow porous carbon particles (HPC- FIG. 2E shows the hollow porous carbon particles (HPC-3) prepared from Example 2, FIG. 2F shows the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Example 3 before the heat treatment And FIG. 2G is a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM) photograph of the hollow porous carbon particles (HPC-4) prepared in Example 3.
FIG. 3A is a high magnification SEM photograph of HPC-2, FIG. 3B is HPC-3, and FIG. 3C is a high magnification SEM photograph of HPC-4.
4A is a high-resolution TEM image of HPC-2, FIG. 4B is HPC-3, and FIG. 4C is a high resolution TEM image of HPC-4.
FIG. 5 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) under nitrogen of polystyrene @ ZIF-8, polystyrene particles and ZIF-8 nanoparticles, which are precursor particles of HPC-3.
Fig. 6 is a photograph showing the dispersion stability of HPC-3 and PC-1 immediately after mixing and after being completely precipitated.
FIG. 7A is a cross-sectional view of the polystyrene ZF-8 precursor particle of Example 2, FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. FIG. 8B is a graph showing the results of elemental analysis (EDX) of each of HPC-4, wherein the image interpolated in the graph is a transmission electron microscope (STEM) photograph of each sample .
Figure 11 is a known ZIF-8 simulation pattern and a PXRD pattern of polystyrene &lt; RTI ID = 0.0 &gt; @ ZIF-8 &lt; / RTI &gt; precursor particles.
12 is a PXRD pattern of HPC-2, HPC-3 and HPC-4.
Figures 13a-c are Raman spectra for HPC-2, HPC-3 and HPC-4, respectively.
14 is a SEM and TEM photographs of ZIF-8 (a) and PC-1 (b).
15A is the N 2 adsorptive isotherms of HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 and FIG. 15B is the sorption isotherms of HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC- CO 2 adsorption / desorption isotherms, and the interpolated graph in FIG. 15A shows the pore size distribution curve of HPC-2.
16A is a graph showing adsorption / separation performance with respect to methylene blue (MB) of PC-1 over time, and HPC-3 and FIG.
16C is a graph and a photograph comparing adsorption / separation performance of MBC of HPC-3 and PC-1 with time.
17A to 17D are graphs showing the pore sizes of the HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 according to the NLDFT (Nonlocal Density Function Theory) method.
18 is a HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 in CO 2 adsorption-desorption isotherms (sorption isotherms) at 298 K.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 고분자 코어 및 상기 고분자 코어 상에 형성된 유기-금속 골격체를 포함하는 코어-쉘 형태의 유기-금속 골격체를 이용하여, 쉽고 간편하게 중공형 다공성 탄소입자를 제조하는 방법으로서, 다음 과정을 통해서 이루어진다.The present invention relates to a method for easily and easily producing hollow porous carbon particles using a core-shell type organic-metal skeleton including a polymer core and an organic-metal skeleton formed on the polymer core, .

Ⅰ) 카르복실기로 표면처리된 고분자 코어 입자;에 유기-금속 골격체 쉘을 형성할 수 있는 아연금속과 2-메틸이미다졸 전구체 용액을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계,(I) preparing a reaction mixture by mixing a zinc metal and a 2-methylimidazole precursor solution capable of forming an organic-metal skeletal shell in a polymer core particle surface-treated with a carboxyl group,

Ⅱ) 상기 반응 혼합물을 초음파 반응하여, 상기 고분자 입자를 코어로 하고, 상기 유기-금속 골격체를 쉘로 형성하는 코어-쉘 전구체 입자를 생성하고, 원심분리하여 수득하는 단계,(II) subjecting the reaction mixture to ultrasonic reaction to produce core-shell precursor particles which form the core of the organic-metal skeleton as a core by using the polymer particles as a core, followed by centrifugation,

Ⅲ) 상기 코어-쉘 유기-금속 골격체를 질소 중에서 열처리하여 중공형 다공성 탄소입자를 제조하는 단계.III) heat-treating the core-shell organic-metal skeleton in nitrogen to produce hollow porous carbon particles.

보다 구체적으로, 우선, Ⅰ) 카르복실기로 표면처리된 고분자 코어 입자;에 유기-금속 골격체 쉘을 형성할 수 있는 아연금속과 2-메틸이미다졸 전구체 용액을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하여 구형의 고분자 입자 표면에 유기-금속 골격체로 이루어진 쉘을 성장시킨다.More specifically, first, a reaction mixture is prepared by mixing a zinc metal and a 2-methylimidazole precursor solution capable of forming an organo-metallic skeletal shell in a polymer core particle surface-treated with a carboxyl group, A shell composed of an organic-metal skeleton is grown on the surface of the polymer particle.

이때, 상기 고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polymer particles may be selected from the group consisting of polystyrene, polyolefin, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyalkyl (meth) acrylate and copolymers thereof It may be at least one selected.

또한, 상기 유기-금속 골격체는 아연, 코발트, 망간, 마그네슘, 철, 구리, 알루미늄 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The organic-metal skeleton may include at least one selected from the group consisting of zinc, cobalt, manganese, magnesium, iron, copper, aluminum and chromium.

상기 유기-금속 골격체는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체이면 이에 제한되지 않으나, 상기 제올라이트 이미다졸레이트 골격체는 아연을 포함하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 ZIF-8을 사용하였다.Although the organic-metal skeleton is not limited to the zeolite imidazolyl skeleton, the zeolite imidazolate skeleton preferably contains zinc, and ZIF-8 is used in the embodiment of the present invention.

상기 유기 용액은 경우에 따라 극성 또는 비극성일 수 있다. 비수성 용매로 n-알칸, 예컨대 펜탄, 헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 시아노벤젠, 아닐린, 나프탈렌, 나프타, n-알콜, 예컨대, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 1,3-디클로로에탄, 디클로로메탄, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디에틸포름아미드, 티오펜, 피리딘, 에탄올아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 에틸에테르, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드 등을 포함한다. 즉, 출발 반응물에 기초하여 용매를 용이하게 결정할 수 있다.The organic solution may optionally be polar or nonpolar. N-alkanes such as pentane, hexane, benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, nitrobenzene, cyanobenzene, aniline, naphthalene, naphtha, n-alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol , Acetone, 1,3-dichloroethane, dichloromethane, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, diethylformamide, thiophene , Pyridine, ethanolamine, triethylamine, ethylenediamine, ethylether, acetonitrile, dimethylsulfoxide, and the like. That is, the solvent can be easily determined based on the starting reactants.

상기 고분자 입자 코어 상에 유기-금속 골격체를 균일하게 성장시키기 위해서 상기 Ⅰ)단계는 70 ℃에서 수행되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 이 과정은 15 분 동안 진행된다.In order to uniformly grow the organic-metal skeleton on the polymer particle core, the step (I) is most preferably carried out at 70 ° C. This process is also carried out for 15 minutes.

또한, 상기 Ⅰ) 단계는 모든 성분들을 철저히 혼합하기 위해, 초음파 분산을 이용하여 수행될 수 있으며, 초음파 반응을 통해 상기 고분자 입자를 코어로 상기 유기-금속 골격체를 쉘로 형성해 코어-쉘 전구체입자를 생성한다.In addition, the step (I) may be performed using ultrasound dispersion to thoroughly mix all the components, and the polymer particles are used as a core to form the organo-metallic skeleton as a shell through an ultrasonic reaction to form core- .

이어서, 상기 반응 혼합물을 원심분리하여 상기 과정에서 생성된 코어-쉘 전구체 입자를 수득한다. 이 과정은 밀도 차이에 의해서 순수한 나노크기의 유기-금속 골격체의 부산물로부터 본 발명에서 목적하고자 하는 코어-쉘 전구체 입자를 분리한다. 이때, 상기 코어-쉘 전구체 입자는 상기 고분자 입자를 코어로 하고, 상기 유기-금속 골격체를 쉘로 하는 것을 특징으로 한다.The reaction mixture is then centrifuged to obtain the core-shell precursor particles produced in the process. This process separates the core-shell precursor particles desired in the present invention from by-products of the pure nano-sized organo-metallic skeleton by the density difference. At this time, the core-shell precursor particles are characterized by using the polymer particles as a core and the organo-metallic skeleton as a shell.

전형적으로 고분자 입자 표면에서 유기-금속 골격체의 1차 성장뿐만 아니라, 이미 존재하는 유기-금속 골격체 상에서 유기-금속 골격체의 2차 및 3차 성장은 코어 표면에 존재하는 카복실레이트기와 금속 이온 간의 배위 상호작용에 의해 개시된다.Typically, the secondary growth and the tertiary growth of the organic-metal skeleton on the existing organic-metal skeleton as well as the primary growth of the organic-metal skeleton on the surface of the polymer particle are accompanied by the formation of carboxylate groups and metal ions &Lt; / RTI &gt;

입자 표면 전체에서 금속-리간드 배위 상호작용은 유기-금속 골격체의 균일한 성장을 유도하고, 코어 표면에 고른 유기-금속 골격체 층의 형성을 가져온다.The metal-ligand coordination interaction across the particle surface induces uniform growth of the organo-metallic skeleton and leads to the formation of a uniform organic-metal skeleton layer on the core surface.

또한, 상기 Ⅰ) 단계의 고분자 입자를 Ⅱ) 단계의 코어-쉘 유기-금속 골격체로 대체하여 상기 Ⅰ)에서 Ⅱ) 단계를 수행하는 단계를 1회 내지 4회 반복하여, 상기 코어-쉘 유기-금속 골격체의 쉘의 두께를 증가시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 단계의 반복횟수를 조절하여 쉘의 두께를 75 내지 270 nm 정도로 다양하게 제어할 수 있다.The step of repeating the above steps (I) to (II) by replacing the polymer particles of the step (I) with the core-shell organic-metal skeleton of the step (II) is repeated one to four times to form the core- The thickness of the shell of the metal skeleton can be increased. In other words, the thickness of the shell can be controlled to be about 75 to 270 nm by controlling the number of repetitions of the above steps.

마지막으로, 상기 코어-쉘 전구체 입자를 질소 하에서 열처리하여 중공형 다공성 탄소입자를 제조한다. 보다 구체적으로, 상기 코어-쉘 전구체 입자를 1000 ℃의 온도 범위에서 열처리함으로써, 상기 코어-쉘 전구체 입자로부터 고분자 코어입자를 제거하고, 유기-금속 골격체는 탄소물질로 전환하여 중공형 구조를 갖는 다공성 탄소입자를 제조할 수 있다.Finally, the core-shell precursor particles are heat-treated under nitrogen to produce hollow porous carbon particles. More specifically, the core-shell precursor particles are heat-treated at a temperature of 1000 ° C to remove polymer core particles from the core-shell precursor particles, and the organic-metal skeleton is converted into a carbon material to form a hollow structure Porous carbon particles can be produced.

이 과정은 단일 단계 열처리 과정으로, 열처리가 실행되는 분위기는 질소 기체를 사용하는 것이 바람직하다.This process is a single step heat treatment process, and the atmosphere in which the heat treatment is performed is preferably a nitrogen gas.

상기 열처리 단계는 1000 ℃의 온도에서 수행되는데, 상기 열처리 온도가 1000 ℃ 미만이면 유기-금속 골격체를 이루는 아연금속이 상당량 검출되는 문제가 발생한다. 1000 ℃를 초과하면 상기 코어-쉘 전구체 입자가 과도하게 소성되어 구조가 변형되거나 손상될 수 있다.The heat treatment step is performed at a temperature of 1000 ° C. If the heat treatment temperature is lower than 1000 ° C, zinc metal as an organic-metal skeleton is detected in a considerable amount. If the temperature exceeds 1000 ° C., the core-shell precursor particles may be excessively fired and the structure may be deformed or damaged.

상기 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법은 복잡한 구조의 중공형 다공성 탄소입자를 잘 설계된 코어-쉘 입자를 전구체 물질로 하여 단일 단계의 열처리 과정을 통해 간단하고 손쉽게 제조할 수 있다. 또한, 상기 제조방법에서 유기-금속 골격체 성장 과정의 반복 횟수를 조절함으로써 전구체 물질인 코어-쉘 입자의 쉘 두께 즉, 중공형 다공성 탄소입자의 쉘 두께를 제어할 수 있다.The method of producing hollow porous carbon particles according to the present invention can easily and easily produce hollow porous carbon particles having a complicated structure through well-designed core-shell particles as a precursor material through a single step heat treatment process. In addition, the thickness of the shell of the core-shell particles, that is, the shell thickness of the hollow porous carbon particles, can be controlled by controlling the repetition frequency of the organic-metal skeletal growth process in the above-described manufacturing method.

또한, 상기 제조방법을 통해 제조된 중공형 다공성 탄소입자는 균일한 입자직경과 쉘 두께를 갖도록 합성되고, 넓은 표면적과 우수한 다공도를 가질 뿐만 아니라, 이산화탄소 및 질소와 같은 기체와 메틸렌블루와 같은 유기물질에 대한 흡착능력이 매우 우수하다.
The hollow porous carbon particles prepared by the above-described method are synthesized to have a uniform particle diameter and a shell thickness, and have a large surface area and excellent porosity, as well as gases such as carbon dioxide and nitrogen and organic substances such as methylene blue The adsorption capacity of the adsorbent is excellent.

또한, 본 발명의 다른 측면은 구형의 중공 및 탄소로 이루어진 마이크로기공의 다공성 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 복수 개의 나노그레인이 서로 결합되어 있고, 다공성 네트워크를 형성한 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a porous porous carbon nanotube having a microporous porous shell of spherical hollow and carbon, wherein the nanoparticles are bonded to each other to form a porous network. Particle.

이때, 상기 나노그레인의 직경은 50 내지 100 ㎚일 수 있고, 상기 중공형 다공성 탄소입자의 직경은 0.7 내지 1 ㎛으로 균일하게 형성된다.At this time, the diameter of the nano-grains may be 50 to 100 nm, and the diameter of the hollow porous carbon particles may be uniformly set to 0.7 to 1 占 퐉.

또한, 상기 쉘의 두께는 40 내지 150 ㎚일 수 있고, 이는 제조과정에서 성장 과정의 반복횟수 즉, 코어-쉘 전구체 입자의 쉘 두께를 조절함으로써 제어할 수 있다.Also, the thickness of the shell may be 40 to 150 nm, which can be controlled by adjusting the number of repetitions of the growth process, that is, the shell thickness of the core-shell precursor particles in the manufacturing process.

또한, 상기 쉘의 마이크로기공 직경은 0.6 내지 1.2 ㎚으로, 상기 쉘 내에 잘 분산되어 존재하는데, 이는 종래 중공형 다공성 탄소입자가 메조 혹은 매크로기공을 갖는 것에 비해 현저히 작은 크기이다. 상기 중공형 다공성 탄소입자는 마이크로기공을 가짐으로써, 빠른 시간 내에 이산화탄소 또는 질소와 같은 기체 및 메틸렌 블루와 같은 유기물질을 흡착할 수 있다.In addition, the micro pore diameter of the shell is 0.6 to 1.2 nm and is well dispersed in the shell, which is significantly smaller than that of conventional hollow porous carbon particles having mesopores or macropores. The hollow porous carbon particles have micropores, so that carbon dioxide or nitrogen such as nitrogen and organic materials such as methylene blue can be adsorbed in a short time.

상기 중공형 다공성 탄소입자는 용액 상에서 입자들끼리 응집하거나 결합되지 않고, 분산된 상태를 유지함으로써, BET 표면적이 상당이 높은 수치인 1100 내지 1800 ㎡/g일 수 있다. The hollow porous carbon particles may be in the range of 1100 to 1800 m &lt; 2 &gt; / g, which is a relatively high value of the BET surface area, by maintaining the dispersed state without agglomeration or bonding among the particles in solution.

또한, 상기 중공형 다공성 탄소입자는 부피에 비해 표면적의 비율(surface-to-volume ratio)이 상당히 높다. 상기 서술한 특징들로 인해서 상기 중공형 다공성 탄소입자는 195 K 온도에서 이산화탄소 상대압 1.0 미만일 때 (P/PO<1.0) 이산화탄소의 흡착량이 310 내지 430 ㎤/g 이다.In addition, the hollow porous carbon particles have a considerably high surface-to-volume ratio with respect to volume. Due to the above-mentioned characteristics, the hollow porous carbon particles have an adsorption amount of carbon dioxide of 310 to 430 cm 3 / g when the carbon dioxide relative pressure is less than 1.0 at a temperature of 195 K (P / PO <1.0).

또한, 상기 중공형 다공성 탄소입자는 표면적이 넓고, 밀도가 낮고, 용액 내에서 장시간 우수한 분산성을 유지할 수 있을뿐더러, 기공의 크기가 작고, 균일하게 형성되어 있으므로, 용액 내에서, 메틸렌 블루와 같은 유기물질에 대해서도 흡착능이 우수하다.In addition, the hollow porous carbon particles have a wide surface area, a low density, a long dispersibility in a solution for a long time, and a small pore size and a uniform pore size. Therefore, It is also excellent in adsorbability against organic materials.

따라서, 이러한 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자는 흡착제, 약물 운반체 및 촉매와 같은 다양한 응용분야에 활용될 수 있다.Accordingly, the hollow porous carbon particles according to the present invention can be utilized in various applications such as adsorbents, drug carriers, and catalysts.

특히, 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자는 수소, 질소, 산소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 천연가스, 아세트산, LPG 또는 이의 혼합물에서 선택되는 1종 이상의 기체를 저장하거나, 흡착할 수 있는 기체 저장체로 응용될 수 있다.
Particularly, the hollow porous carbon particles according to the present invention can store or adsorb at least one gas selected from hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, methane, ethane, natural gas, acetic acid, LPG, It can be applied as sieve.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하의 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 본 발명의 권리범위에 속하는 것도 당연하다 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following examples and the like. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It would be natural to belong to the scope of the right.

실시예Example 1 One

2-메틸이미다졸 664 ㎎(8.1 mmol)과 Zn(NO3)2·6H2O 240 ㎎(0.81 mmol)을 32 ㎖ 메탄올에 녹여 ZIF-8 전구체 용액을 준비하였다.A ZIF-8 precursor solution was prepared by dissolving 664 mg (8.1 mmol) of 2-methylimidazole and 240 mg (0.81 mmol) of Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O in 32 mL of methanol.

카복실기로 표면처리된 폴리스티렌(carbocylic acid-terminated silica) 120 ㎎과 상기 ZIF-8 전구체 용액을 70 ℃ 오일 배쓰(oil bath)에서 혼합하고, 15 분간 초음파 분산기를 이용하여 반응시켰다.120 mg of carbocylic acid-terminated silica surface-treated with a carboxyl group and the ZIF-8 precursor solution were mixed in an oil bath at 70 ° C and reacted using an ultrasonic disperser for 15 minutes.

이후, 원심분리하여 침전되어 생성되는 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체 입자를 재분산 및 원심분리 사이클을 통해 메탄올로 수차례 세척하였으며, 마지막 과정에서 밀도 차이에 의해서 순수한 나노크기의 ZIF-8 입자로부터 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체 입자를 분리하였다. 상기 성장 과정을 2회 반복하였다.Then, the polystyrene @ ZIF-8 core-shell precursor particles precipitated by centrifugal separation were washed several times with methanol through re-dispersion and centrifugation cycles. In the final step, pure nano-sized ZIF-8 particles Lt; RTI ID = 0.0 &gt; ZIF-8 &lt; / RTI &gt; core-shell precursor particles. The growth process was repeated twice.

최종 단계로, 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체 입자를 튜브 전기로에서 1000 ℃로 5 시간 동안 질소 분위기하에서 열처리하여 중공형 다공성 탄소입자(이하, 'HPC-2'라고도 한다.)를 제조하였다. 이때, 5 ℃/min 속도로 온도를 상승시켰다.
As a final step, polystyrene @ ZIF-8 core-shell precursor particles were heat-treated in a tube furnace at 1000 DEG C for 5 hours under a nitrogen atmosphere to prepare hollow porous carbon particles (hereinafter also referred to as HPC-2). At this time, the temperature was raised at a rate of 5 DEG C / min.

실시예Example 2.  2. HPCHPC -3-3

상기 성장 과정을 3회 반복한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 중공형 다공성 탄소입자(이하, 'HPC-3'라고도 한다.)를 제조하였다.
Hollow porous carbon particles (hereinafter also referred to as HPC-3) were prepared in the same manner as in Example 1, except that the growth process was repeated three times.

실시예Example 3.  3. HPCHPC -4-4

상기 성장 과정을 4회 반복한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 중공형 다공성 탄소입자(이하, 'HPC-4'라고도 한다.)를 제조하였다.
Hollow porous carbon particles (hereinafter, also referred to as HPC-4) were prepared in the same manner as in Example 1, except that the growth process was repeated four times.

비교예Comparative Example 1.  One. PCPC -1-One

본 발명에 따른 실시예와 같이, 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체가 아닌, ZIF-8 전구체 입자를 열처리하여 다공성 탄소입자를 제조하였다.(이하, 'PC-1'라고도 한다.)
Porous carbon particles were prepared by heat treating ZIF-8 precursor particles, which are not polystyrene @ ZIF-8 core-shell precursors, as in the examples according to the present invention (hereinafter also referred to as PC-1).

비교예Comparative Example 2.  2. HPCHPC -2/800-2/800

800 ℃로 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 중공형 다공성 탄소입자를 제조하였다.(이하, 'HPC-2/800'라고도 한다.)
Hollow porous carbon particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that the particles were heat-treated at 800 ° C (hereinafter also referred to as 'HPC-2/800').

비교예Comparative Example 3.  3. HPCHPC -2/900-2/900

900 ℃로 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 중공형 다공성 탄소입자를 제조하였다.(이하, 'HPC-2/900'라고도 한다.)
Hollow porous carbon particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that the particles were heat-treated at 900 ° C (hereinafter also referred to as 'HPC-2/900').

도 2a는 순수 폴리스티렌입자, 도 2b는 열처리하기 전인 실시예 1의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 2c는 실시예 1로부터 제조된 HPC-2, 도 2d는 열처리하기 전인 실시예 2의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 2e는 실시예 2로부터 제조된 HPC-3, 도 2f는 열처리하기 전인 실시예 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 2g는 실시예 3으로부터 제조된 HPC-4에 대한 각각의 주사전자현미경(SEM) 및 투과전자현미경(TEM) 사진이다.FIG. 2 (c) shows the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Example 1 before heat treatment, FIG. 2 (c) shows HPC-2 prepared from Example 1, ZF-8 precursor particles, FIG. 2E shows HPC-3 prepared from Example 2, FIG. 2F shows polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Example 3 before heat treatment, FIG. 2G shows HPC-4 prepared from Example 3 (SEM) and transmission electron microscope (TEM) photographs, respectively.

도 2a 내지 도 2g에 나타낸 바와 같이, HPC-2, 3 및 HPC-4는 각각 입자형태가 모두 구형이고, 매우 균일하게 분산되어 있으며, 입자직경 및 쉘 두께가 균일하게 제조되었다는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figs. 2A to 2G, HPC-2, HPC-3 and HPC-4 were all spherical in shape, highly uniformly dispersed, and uniform particle diameter and shell thickness were produced.

또한, 본 발명은 상기 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자를 고온(1000 ℃)에서 열처리함으로써, 상기 전구체 입자로부터 폴리스티렌 코어 입자가 제거되고, ZIF-8 쉘이 탄소물질로 전환되어 중공형 다공성 탄소입자가 제조된다. 이러한, 고온의 열처리 과정에도 불구하고, 어떠한 구조적 변형, 파괴 및 손실 없이 상기 구형의 전구체 입자로부터 구형의 중공형 다공성 탄소입자로 제조된다는 것을 확인할 수 있다.Further, the present invention is characterized in that the polystyrene core particles are removed from the precursor particles by heat treatment of the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles at a high temperature (1000 캜), and the ZIF-8 shell is converted into a carbon material, . It can be seen from this spherical precursor particles that spherical hollow porous carbon particles are produced without any structural deformation, breakage and loss, despite the high temperature heat treatment process.

또한, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 각각 총 직경이 0.72±0.01, 0.82±0.01, 0.97±0.02 ㎛로 성장 과정을 반복한 횟수가 증가함에 따라 직경이 증가한 것을 확인할 수 있다.In addition, HPC-2, HPC-3 and HPC-4 increased in diameter as the number of repetition of the growth process was increased to 0.72 ± 0.01, 0.82 ± 0.01 and 0.97 ± 0.02 μm, respectively.

반면, 열처리되기 전인 실시예 1, 2 및 3의 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체 입자의 직경은 각각 1.04, 1.20 및 1.43 ㎛로 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4에 비해 직경이 더 컸다. 이를 통해, 열처리 과정이 입자를 수축시킨다는 것을 알 수 있다.On the contrary, the diameters of the polystyrene @ ZIF-8 core-shell precursor particles of Examples 1, 2 and 3 before heat treatment were 1.04, 1.20 and 1.43 μm, respectively, which were smaller than HPC-2, HPC-3 and HPC- It was big. This shows that the heat treatment shrinks the particles.

한편, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 쉘 두께는 각각 49±6, 92±8, 144±9 ㎚로, 열처리되기 전인 실시예 1, 2 및 3의 폴리스티렌@ZIF-8 코어-쉘 전구체입자의 쉘 두께 대비 약 60%인 것을 확인할 수 있다.The shell thicknesses of HPC-2, HPC-3 and HPC-4 were 49 ± 6, 92 ± 8 and 144 ± 9 nm, respectively, and the polystyrene @ ZIF-8 core- It can be confirmed that the shell precursor particle has a shell thickness of about 60%.

또한, 도 3a는 HPC-2, 도 3b는 HPC-3, 도 3c는 HPC-4 각각의 고배율 SEM 사진으로, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 쉘은 복수 개의 탄소물질 그레인(100 ㎚ 이하)으로 이루어져 있다는 것을 확인할 수 있다.3C is a high-magnification SEM photograph of each of the HPC-2, HPC-3 and HPC-4 shells, respectively. FIG. Nm or less).

또한, 도 4a는 HPC-2, 도 4b는 HPC-3, 도 4c는 HPC-4 각각의 고해상 TEM 사진으로, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 쉘에 복수 개의 나노크기의 기공을 확인하였다.4A is a high-resolution TEM image of each of HPC-2, HPC-3, and HPC-4. FIG. 4C is a high-resolution TEM image of each of the HPC-2, HPC-3 and HPC-4 shells. Respectively.

상기 결과들을 통해, 매크로 크기의 유기-금속 골격체의 전구체를 열처리하는 단계를 통해 탄소물질을 제조하면, 상기 전구체가 불균일하게 수축되어 상기 탄소물질 표면에 다수의 크랙이 존재하는 문제가 발생한다.From the above results, when the carbon material is prepared through the step of heat treating the precursor of the macro-sized organo-metallic skeleton, the precursor is shrunk unevenly and a large number of cracks are present on the surface of the carbon material.

반면, 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자(HPC-2, HPC-3 및 HPC-4)는 고온의 열처리 과정을 통해 제조하여도 코어-쉘 구조의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자가 균일하게 수축되므로 균열, 파괴 및 손상 없이 제조된다. 이는 상기 실시예 1, 2 및 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자에서 ZIF-8 쉘이 약 75-270 ㎚의 매우 얇은 두께를 가지므로, 열처리 과정에서, 쉘 전체가 거의 동시에 탄소물질로 전환될 수 있기 때문이다.
On the other hand, even when the hollow porous carbon particles (HPC-2, HPC-3 and HPC-4) according to the present invention are produced through a heat treatment at a high temperature, the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of the core- So that it is manufactured without cracking, destruction and damage. This is because in the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Examples 1, 2 and 3, the ZIF-8 shell has a very thin thickness of about 75-270 nm, so that in the heat treatment process, It is because.

도 5는 HPC-3의 전구체 입자인 폴리스티렌@ZIF-8, 폴리스티렌 입자 및 ZIF-8 나노입자 각각의 질소 하에서 열중량(TGA)분석 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) under nitrogen of polystyrene @ ZIF-8, polystyrene particles and ZIF-8 nanoparticles, which are precursor particles of HPC-3.

도 5에 따르면, 우선, 폴리스티렌 입자는 320 ℃에서 분해되기 시작하하여 440 ℃에서 완전히 사라졌다. 한편, ZIF-8 나노입자는 440 ℃에서 분해되기 시작하여 740 ℃까지 많은 양의 손실이 발생하였다.According to Fig. 5, first, the polystyrene particles started to decompose at 320 ° C and completely disappeared at 440 ° C. On the other hand, the ZIF-8 nanoparticles started to decompose at 440 ° C., and a large amount of loss occurred up to 740 ° C.

이들의 결과와 HPC-3의 결과를 비교한 바, HPC-3의 전구체입자인 폴리스티렌@ZIF-8이 약 300 ℃에서 손실이 발생하기 시작하였으며, 이는 폴리스티렌 입자가 분해되기 시작한 온도이다. 다음 440 ℃에서 두 번째 손실이 발생하게 되는데 이는 ZIF-8이 손실되는 온도이자, 폴리스티렌 입자가 완전히 분해된 온도이다. 마지막으로 740 ℃까지 손실이 발생하다가 안정한 상태로 도입하는데, 이는 ZIF-8 나노입자가 탄소물질로 전환되어 안정화된 온도이다.
Comparing the results of these tests with those of HPC-3, the precursor particle of HPC-3, polystyrene @ ZIF-8, began to show loss at about 300 ° C, which is the temperature at which polystyrene particles began to decompose. The second loss occurs at 440 ° C, the temperature at which ZIF-8 is lost and the temperature at which the polystyrene particles are completely decomposed. Finally, a loss of up to 740 ° C occurs and is introduced in a stable state, which is the temperature at which ZIF-8 nanoparticles are converted to carbon materials and stabilized.

도 6은 HPC-3과 PC-1의 분산안정성을 확인하기 위해, 혼합한 바로 직후와 완전히 침전된 후를 촬영한 사진으로, HPC-3은 낮은 밀도를 가지고, 잘 응집되지 않으므로 24 시간이 지난 후에도 용액 상에서 균일하게 분산되어 있는 것을 확인하였다. 반면, PC-1은 혼합한 바로 직후에도 용액 내에 잘 분산되지 않고 응집되어 침전되었으나, 약 2 분 만에 모두 응집·침전되어 용액이 투명해졌다.FIG. 6 is a photograph of HPC-3 and PC-1 photographed immediately after mixing and after complete precipitation to confirm the dispersion stability. HPC-3 has low density and does not aggregate well, It was confirmed that they were evenly dispersed in the solution phase. On the other hand, PC-1 did not disperse well in the solution immediately after mixing but precipitated by coagulation. However, all of the PC-1 flocculated and precipitated in about 2 minutes, and the solution became transparent.

도 7a는 실시예 1의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 7b는 실시예 2의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 7c는 HPC-2, 도 7d는 HPC-3, 도 8a는 실시예 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자, 도 8b는 HPC-4 각각의 원소분석(EDX) 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 그래프에 내삽된 이미지는 각 시료에 대한 투과주사전자현미경 사진이다.FIG. 7A is a cross-sectional view of the polystyrene ZF-8 precursor particle of Example 2, FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 8B is a graph showing the results of elemental analysis (EDX) of each of HPC-4. Here, the image interpolated in the graph is a transmission scanning electron microscope photograph of each sample.

도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1, 2 및 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자의 중앙 부분에서 상당한 양의 탄소원자가 검출되었는데, 이는 코어 부분에 위치하는 폴리스티렌의 존재에 의한 것이다.As shown in FIGS. 7 and 8, significant amounts of carbon atoms were detected in the central portion of the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Examples 1, 2 and 3 due to the presence of polystyrene located in the core portion.

반면, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 양 말단 부분에서 탄소원자가 상당량 검출되었다. 이는 상기 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 중앙에 위치하는 폴리스티렌이 열처리 과정을 통해 제거되고 ZIF-8 쉘 부분이 탄소물질로 전환되었기 때문이다.On the other hand, HPC-2, HPC-3 and HPC-4 contained a significant amount of carbon atoms at both ends. This is because the polystyrene located at the center of the HPC-2, HPC-3 and HPC-4 was removed through heat treatment and the ZIF-8 shell portion was converted to a carbon material.

또한, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자에서는 아연금속이 발견되었으나, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4에서는 거의 발견되지 않았다. 이는 즉, 열처리 과정에서 ZIF-8 쉘이 탄소물질로 전환된다는 것을 입증한다.Zinc metal was found in the polystyrene @ ZIF-8 precursor particles of Examples 1, 2 and 3, but hardly was found in HPC-2, HPC-3 and HPC-4. This demonstrates that the ZIF-8 shell is converted to carbon material during the heat treatment process.

도면에 나타내지는 않았으나, 1000 ℃ 고온에서 열처리한 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4에서는, 아연금속이 거의 검출되지 않았으나, 800, 900 ℃의 낮은 온도에서 열처리한 HPC-2/800, HPC-2/900에서는 약 13, 10 중량%의 상당한 아연금속이 검출되었다.
Although HPC-2, HPC-3 and HPC-4, which were heat-treated at a high temperature of 1000 ° C, although not shown, hardly detected zinc metal, HPC-2/800, HPC At -2/900, a significant zinc metal of about 13, 10 wt% was detected.

도 10은 HPC-3의 X선 광전자 분광법(XPS)으로 측정한 스펙트럼으로, 이에 따르면, 상기 HPC-3의 스펙트럼으로부터 398.6(pyridinic N), 401.0(quaternary N) 및 403.6 eV(N-oxides)의 피크가 관찰되었으며, 이는 HPC-3에 3.7%(원자량%)의 질소가 존재한다는 것을 나타내는 것이다.
FIG. 10 is a spectrum of HPC-3 measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). According to this spectrum, 398.6 (pyridinic N), 401.0 (quaternary N) and 403.6 eV (N-oxides) A peak was observed, indicating that 3.7% (atomic%) of nitrogen was present in HPC-3.

도 11은 이미 알려진 ZIF-8 시뮬레이션 패턴과 폴리스티렌@ZIF-8 전구체 입자의 PXRD 패턴이고, 도 12는 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 PXRD 패턴이다. 이때, 도 11(위)는 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자이고, 도 11(아래)는 ZIF-8 입자이며, 도 12a는 HPC-2이며, 도 12b는 HPC-3이며, 도 11c는 HPC-4이다.FIG. 11 shows the ZIF-8 simulation pattern and the PXRD pattern of polystyrene @ ZIF-8 precursor particles, and FIG. 12 shows the PXRD pattern of HPC-2, HPC-3 and HPC-4. 11A is a ZIF-8 particle, FIG. 12A is a HPC-2, FIG. 12B is a HPC-3, FIG. 11C is a HPC- 4.

도 11 및 도 12에 나타난 바와 같이, ZIF-8 입자와 폴리스티렌@ZIF-8 전구체입자의 PXRD 패턴에서 관찰된 피크가 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 PXRD 패턴에서 관찰되지 않았다. 대신 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4의 PXRD 패턴에서는 그래파이트형 탄소를 의미하는 2θ=24 및 44˚에서 피크가 관찰되었다. 이는 열처리 과정에서 결정화구조를 갖는 ZIF-8이 다공성 탄소물질로 전환된다는 것을 입증하는 것이다.
As shown in FIGS. 11 and 12, peaks observed in the PXRD pattern of ZIF-8 particles and polystyrene @ ZIF-8 precursor particles were not observed in the PXRD patterns of HPC-2, HPC-3 and HPC-4. Instead, in the PXRD patterns of HPC-2, HPC-3 and HPC-4, a peak was observed at 2? = 24 and 44 °, which means graphite carbon. This demonstrates that ZIF-8 having a crystallized structure in the heat treatment process is converted into a porous carbon material.

도 13a 내지 c는 순서대로 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4 각각에 대한 라만 스펙트라(raman spectra)로, 이에 따르면, HPC-2는 그래파이트 쉬트(sheet)를 나타내는 1587 ㎝-1 G 밴드가 관찰되었고, 탄소물질의 결함에 의해 나타나는 D밴드가 1349 ㎝-1에서 관찰되었다.
Figure 13a to c is a Raman spectra (raman spectra) for HPC-2, 3-HPC, and HPC-4, respectively in order, Accordingly, HPC-2 was a 1587 ㎝ -1 G band showing a graphite sheet (sheet) And a D band due to defect of carbon material was observed at 1349 cm -1 .

도 14는 ZIF-8(a)과 PC-1(b)의 SEM과 TEM 사진으로, 이에 따르면, ZIF-8 나노입자(a)를 열처리하여 얻은 PC-1(b)은 표면에 복수의 기공을 갖고 있으며 응집되어 있는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 14 is a SEM and TEM image of ZIF-8 (a) and PC-1 (b), showing that PC-1 (b) obtained by thermally treating ZIF-8 nanoparticles (a) And it can be confirmed that they are flocculated.

도 15a는 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 N2 흡·탈착 등온곡선(sorption isotherms)이고, 도 15b는 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 CO2 흡·탈착 등온곡선(sorption isotherms)이며, 이들의 결과 수치를 표 1에 나타내었다. 이때, 도 15a에 내삽된 그래프는 HPC-2의 기공 크기 분포 곡선을 나타낸 것이다.Figure 15A shows the N 2 adsorption / desorption isotherms of HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 and Figure 15B shows the adsorption isotherms of HPC-2, HPC-3, HPC- (Sorption isotherms) of CO 2 adsorption and desorption are shown in Table 1. At this time, the graph interpolated in FIG. 15A shows the pore size distribution curve of HPC-2.

상기 도 15a는 77 K에서 측정하였고, 도 15b는 195 K에서 측정하였으며, ●■▲▼와 같이 꽉찬 도형은 흡착을 의미하고, ○□△▽와 같이 열린 도형은 탈착을 의미한다.15A was measured at 77 K, and FIG. 15B was measured at 195 K. The full figure as shown in FIG. 15A means adsorption, and the open figure as in FIG. 15B means desorption.

BET surface area
(㎡/g)
BET surface area
(M &lt; 2 &gt; / g)
Micropore
volume t-plot
(㎤/g)
Micropore
volume t-plot
(Cm3 / g)
Micropore
volume
NLDFTa
(㎤/g)
Micropore
volume
NLDFTa
(Cm3 / g)
Micropore
diameter
NLDFTa
(㎚)
Micropore
diameter
NLDFTa
(Nm)
CO2
uptake
(㎤/g)
CO2
uptake
(Cm3 / g)
실시예 1
(HPC-2)
Example 1
(HPC-2)
17241724 0.630.63 0.660.66 0.600.60 431431
실시예 2
(HPC-3)
Example 2
(HPC-3)
14691469 0.560.56 0.570.57 0.650.65 364364
실시예 3
(HPC-4)
Example 3
(HPC-4)
12541254 0.480.48 0.530.53 0.600.60 313313
비교예 1
(PC-1)
Comparative Example 1
(PC-1)
10861086 0.350.35 0.400.40 0.600.60 308308

도 15 및 [표 1]에 나타난 바와 같이, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 질소 또는 이산화탄소 상대압 0.1(P/Po< 0.1)미만에서 흡/탈착양이 가파르게 증가하였다. 이러한 결과는 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4 쉘에 마이크로 기공이 존재한다는 것을 입증한다.As shown in Fig. 15 and Table 1, the adsorption / desorption amounts of HPC-2, HPC-3 and HPC-4 increased steadily at a nitrogen / carbon dioxide relative pressure of less than 0.1 (P / Po <0.1). These results demonstrate the presence of micropores in the HPC-2, HPC-3, and HPC-4 shells.

특히, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 PC-1에 비해 현저히 높은 BET 표면적을 가진다는 것을 확인하였다. 이러한, 결과는 상기 도 14b에서 나타나 있는 바와 같이, PC-1은 빠르게 응집체를 형성하는 반면, HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 응집ㅇ침전되지 않고, 용액 내에서 장시간 균일하게 분산되어 존재하기 때문이다.In particular, it was confirmed that HPC-2, HPC-3 and HPC-4 had a significantly higher BET surface area than PC-1. As shown in FIG. 14B, PC-1 rapidly aggregates, while HPC-2, HPC-3 and HPC-4 do not aggregate and are uniformly dispersed in solution for a long period of time It is because it exists.

PC-1은 나노크기의 ZIF-8입자들이 열처리하는 단계에서 빠르게 응집체를 형성하므로 매크로기공을 가지게 되고, 이는, 고압 조건에서 흡착/탈착 곡선이 급격하게 증가하는 결과를 통해 유추할 수 있다.Since PC-1 forms agglomerates rapidly at the stage of heat treatment of nano-sized ZIF-8 particles, it has macropores, which can be deduced from the result that the adsorption / desorption curve rapidly increases at high pressure.

상기 BET 표면적은 N2 흡ㅇ탈착 등온곡선으로부터 계산한 것이다. HPC-2는 쉘이 얇고, 부피에 비해 표면적의 비율(surface-to-volume ratio)이 높으므로, 1724 ㎡/g의 가장 큰 BET 표면적을 가졌다. 상기 수치는 벌크 ZIF-8로부터 제조된 비중공형 탄소입자의 BET 표면적이 822 ㎡/g인 것을 고려하면 상당히 높은 수치임에 분명하다.The BET surface area is preferably N 2 It is calculated from the absorption and desorption isotherm curves. HPC-2 had the largest BET surface area of 1724 m 2 / g since the shell was thin and had a high surface-to-volume ratio to volume. It is clear that the above values are considerably high considering that the BET surface area of non-hollow carbon particles prepared from bulk ZIF-8 is 822 m 2 / g.

한편, HPC-3 및 HPC-4는 1469 ㎡/g 및 1254 ㎡/g로 계산되었으며, 이는 곧, 쉘의 두께가 증가할수록 비표면적은 감소한다는 것을 나타내는 것이다.
On the other hand, HPC-3 and HPC-4 were calculated to be 1469 m 2 / g and 1254 m 2 / g, indicating that the specific surface area decreases as the shell thickness increases.

수용액 상에서 본 발명에 따른 중공형 다공성 탄소입자의 유기물질(오염물질)에 대한 분리ㅇ흡착능을 확인하기 위하여, 유기염료인 메틸렌블루(이하, 'MB'라고도 한다.)를 오염물질로 포함하는 수용액에 시료(HPC-3 및 PC-1)을 각각 혼합한 후, 다양한 시간에서 UV-vis 스펙트럼으로 측정하였으며, 이를 도 16에 나타내었다.Separation of Organic Substances (Contaminants) of Hollow Porous Carbon Particles According to the Present Invention in an Aqueous Solution In order to confirm the adsorption ability of organic porous materials (contaminants) in an aqueous solution, an aqueous solution containing methylene blue (hereinafter also referred to as "MB" The samples (HPC-3 and PC-1) were mixed with each other and then UV-vis spectra were measured at various times, as shown in FIG.

도 16a는 HPC-3이고, 도 16b는 PC-1이며, 도 16c는 시간에 따른 HPC-3 및 PC-1의 MB에 대한 흡착·분리능을 비교한 그래프와 사진이다.FIG. 16A is a graph showing the adsorption / separation performance of HPC-3 and PC-1 with respect to time, and FIG.

PC-1는 흡착 평형이 120 분이 지나간 후에도 관찰되지 않았으나, HPC-3는 MB에 대한 흡착이 약 2~6 분으로 비교예 1에 비해 현저히 빠르게 일어났다.PC-1 was not observed after 120 minutes of adsorption equilibrium, but HPC-3 adsorbed to MB was about 2 to 6 minutes, which was remarkably faster than that of Comparative Example 1.

특히, 도 16c에 나타난 바와 같이, HPC-3은 PC-1과 달리 약 2-6 분 만에 MB를 모두 흡착·분리하였음을 관찰하였다. 즉, HPC-3은 용액으로부터 특정 물질들을 빠르고, 효과적으로 흡착·분리하고, 이러한 흡착·분리능은 HPC-3의 우수한 분산력 및 분산안정성에 기인한다는 것을 알 수 있다.
In particular, as shown in Fig. 16C, HPC-3 observed that MB was adsorbed and separated in about 2-6 minutes unlike PC-1. That is, it can be seen that HPC-3 quickly and effectively adsorbs and separates specific substances from a solution, and this adsorption / separation ability is attributable to excellent dispersibility and dispersion stability of HPC-3.

도 17a 내지 도 17d는 순서대로 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 NLDFT(비국소 밀도함수 이론)법에 의해 기공 크기를 나타낸 그래프이다.17A to 17D are graphs showing the pore sizes of the HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 according to the NLDFT (Nonlocal Density Function Theory) method.

도 17에 나타난 바와 같이, 0.6, 1.2 ㎚의 크기를 갖는 마이크로기공이 상기 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1에 존재하고 있음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 17, micropores having sizes of 0.6 and 1.2 nm exist in the HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1.

도 18은 298 K에서 HPC-2, HPC-3, HPC-4 및 PC-1의 CO2 흡·탈착 등온곡선(sorption isotherms)이다.Figure 18 is the CO 2 adsorption / desorption isotherms of HPC-2, HPC-3, HPC-4 and PC-1 at 298K.

도 18과 도 15b를 비교하면, 도 15b, 즉, 195 K에서 HPC-2, HPC-3 및 HPC-4는 흡착량이 각각 최대 431, 364, 313 ㎤/g로 측정되었으나, 도 18(298 K)에서는 각각 104, 98, 91 ㎤/g로 감소되었다는 것을 확인하였다.Comparing FIG. 18 and FIG. 15B, the adsorption amounts of HPC-2, HPC-3 and HPC-4 were measured at maximum 431, 364 and 313 cm 3 / g respectively at FIG. 15B, ) Were decreased to 104, 98 and 91 cm3 / g, respectively.

Claims (10)

Ⅰ) 카르복실기로 표면처리된 고분자 코어 입자;에 유기-금속 골격체 쉘을 형성할 수 있는 아연금속과 2-메틸이미다졸 전구체 용액을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계;
Ⅱ) 상기 반응 혼합물을 초음파 반응하여, 상기 고분자 입자를 코어로 하고, 상기 유기-금속 골격체를 쉘로 형성하는 코어-쉘 전구체 입자를 생성하고, 원심분리하여 수득하는 단계; 및
Ⅲ) 상기 코어-쉘 전구체 입자를 질소 하에서 열처리하여 중공형 다공성 탄소입자를 제조하는 단계;를 포함하는 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법.
(I) preparing a reaction mixture by mixing a zinc metal and a 2-methylimidazole precursor solution capable of forming an organic-metal skeletal shell in a polymer core particle surface-treated with a carboxyl group;
II) subjecting the reaction mixture to an ultrasonic reaction to produce core-shell precursor particles, which are obtained by core-shell precursor particles comprising the polymer particles as a core and forming the organo-metallic skeleton as a shell, followed by centrifugation; And
III) heat-treating the core-shell precursor particles under nitrogen to produce hollow porous carbon particles.
제1항에 있어서,
상기 고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer particles are selected from the group consisting of polystyrene, polyolefin, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyalkyl (meth) acrylate, and copolymers thereof Wherein the hollow porous carbon particles are at least one kind of hollow porous carbon particles.
제1항에 있어서,
상기 유기-금속 골격체는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the organic-metal skeleton comprises a zeolite imidazolate skeleton.
제1항에 있어서,
상기 Ⅰ) 단계의 고분자 입자를 Ⅱ) 단계의 코어-쉘 전구체 입자로 대체하여 상기 Ⅰ)에서 Ⅱ) 단계를 수행하는 단계를 1회 내지 4회 반복하여,
상기 코어-쉘 전구체 입자에서 쉘의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of performing the steps I) to II) is repeated one to four times by replacing the polymer particles of the step I) with the core-shell precursor particles of the step II)
Wherein the thickness of the shell is adjusted in the core-shell precursor particles.
제1항에 있어서,
상기 Ⅰ) 단계는 초음파 분산을 통해 혼합 및 반응되고, 상기 Ⅲ) 단계는 1000 ℃에서 소성되는 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자.
The method according to claim 1,
Wherein the step (I) is carried out by mixing and reacting by ultrasonic dispersion, and the step (III) is carried out at 1000 ° C.
구형의 중공; 및 탄소로 이루어진 마이크로기공의 다공성 쉘;을 포함하고,
상기 쉘은 복수 개의 나노그레인이 서로 결합되어 있고, 다공성 네트워크를 형성한 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자.
Spherical hollow; And a microporous porous shell made of carbon,
Wherein the shell has a plurality of nanograins bonded to each other to form a porous network.
제6항에 있어서,
상기 중공형 다공성 탄소입자의 직경은 0.7~1 ㎛이고, 상기 쉘의 두께는 40~150 ㎚이며, 상기 마이크로기공의 직경은 0.6~1.2 ㎚이며, 상기 나노그레인의 직경은 50~100 ㎚인 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자.
The method according to claim 6,
The hollow porous carbon particles have a diameter of 0.7 to 1 탆, a shell thickness of 40 to 150 nm, a diameter of the micropores of 0.6 to 1.2 nm, and a diameter of the nanograins of 50 to 100 nm Characterized by hollow porous carbon particles.
제6항에 있어서,
상기 중공형 다공성 탄소입자는 BET 표면적이 1100~1800 ㎡/g 인 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자.
The method according to claim 6,
Wherein the hollow porous carbon particles have a BET surface area of 1100 to 1800 m &lt; 2 &gt; / g.
제6항에 있어서,
상기 중공형 다공성 탄소입자는 이산화탄소 상대압 1.0 미만일 때(P/PO<1.0) 이산화탄소의 흡착량이 310~430 ㎤/g인 것을 특징으로 하는 중공형 다공성 탄소입자.
The method according to claim 6,
Wherein the hollow porous carbon particles have an adsorption amount of carbon dioxide of 310 to 430 cm 3 / g when the relative carbon dioxide is less than 1.0 (P / P O < 1.0).
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 중공형 다공성 탄소입자를 포함하는 기체 저장체로서,
수소, 질소, 산소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 천연가스, 아세트산, LPG 또는 이의 혼합물에서 선택되는 1종 이상의 기체를 저장하는 것을 특징으로 하는 기체 저장체.
A gas storage body comprising the hollow porous carbon particles according to any one of claims 6 to 9,
Wherein the gas storage body stores at least one gas selected from hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, methane, ethane, natural gas, acetic acid, LPG or a mixture thereof.
KR1020140079521A 2014-06-27 2014-06-27 Hollow porous carbon particles and their synthetic method KR101608850B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140079521A KR101608850B1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Hollow porous carbon particles and their synthetic method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140079521A KR101608850B1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Hollow porous carbon particles and their synthetic method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160001279A true KR20160001279A (en) 2016-01-06
KR101608850B1 KR101608850B1 (en) 2016-04-04

Family

ID=55165182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140079521A KR101608850B1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Hollow porous carbon particles and their synthetic method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101608850B1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606672A (en) * 2016-02-01 2016-05-25 中国石油大学(华东) Preparation method and application of nano-scale hollow spherical metallic oxide material
CN106268554A (en) * 2016-08-16 2017-01-04 中国石油大学(北京) A kind of core-shell type MOFs composite particles and its preparation method and application
KR20180064965A (en) * 2016-12-06 2018-06-15 한국과학기술원 Gas sensing layers using metal oxide nanocube with p-n junction and manufacturing method thereof
CN108190856A (en) * 2018-01-25 2018-06-22 南京航空航天大学 A kind of preparation method of Ce-N codopes two dimension porous carbon materials
CN108767247A (en) * 2018-07-02 2018-11-06 南京工业大学 A kind of carbon based metal organic frame MOF compound derived material preparation methods and application
CN110272035A (en) * 2019-06-28 2019-09-24 江西理工大学 A kind of nano cages and the application of the method and its preparation preparing nano cages with metal ion catalysis organic ligand
CN110339851A (en) * 2019-07-15 2019-10-18 浙江师范大学 The catalyst and preparation method thereof of preparation 2,3,5-trimethylhydroquinone is hydrogenated for 2,3,5-trimethylbenzoquinoe
CN111085184A (en) * 2019-01-23 2020-05-01 中国科学院过程工程研究所 Hollow multi-shell material and preparation method and application thereof
CN112079345A (en) * 2020-08-31 2020-12-15 中国科学院兰州化学物理研究所 Method for preparing thermoplastic carbon source/porous nuclear matrix composite material by in-situ polymerization
CN112509823A (en) * 2020-12-22 2021-03-16 上海第二工业大学 Hollow carbon microsphere supercapacitor electrode material and solvent-free preparation method thereof
CN114496588A (en) * 2022-01-27 2022-05-13 中国科学院电工研究所 Carbon composite material, preparation method thereof and application thereof in lithium ion capacitor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003048705A (en) 2001-08-03 2003-02-21 Hitachi Chem Co Ltd Hollow carbon particle and method for producing the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(비특허 문헌 1) B. Liu, et. al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 5390-5391
(비특허 문헌 2) A. J. Amali, et, al., Chem. Commun., 2014, 50, 1519-1522

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606672A (en) * 2016-02-01 2016-05-25 中国石油大学(华东) Preparation method and application of nano-scale hollow spherical metallic oxide material
CN106268554A (en) * 2016-08-16 2017-01-04 中国石油大学(北京) A kind of core-shell type MOFs composite particles and its preparation method and application
KR20180064965A (en) * 2016-12-06 2018-06-15 한국과학기술원 Gas sensing layers using metal oxide nanocube with p-n junction and manufacturing method thereof
CN108190856A (en) * 2018-01-25 2018-06-22 南京航空航天大学 A kind of preparation method of Ce-N codopes two dimension porous carbon materials
CN108767247A (en) * 2018-07-02 2018-11-06 南京工业大学 A kind of carbon based metal organic frame MOF compound derived material preparation methods and application
CN111085184B (en) * 2019-01-23 2021-04-27 中国科学院过程工程研究所 Hollow multi-shell material and preparation method and application thereof
CN111085184A (en) * 2019-01-23 2020-05-01 中国科学院过程工程研究所 Hollow multi-shell material and preparation method and application thereof
CN110272035A (en) * 2019-06-28 2019-09-24 江西理工大学 A kind of nano cages and the application of the method and its preparation preparing nano cages with metal ion catalysis organic ligand
CN110272035B (en) * 2019-06-28 2021-07-13 江西理工大学 Method for preparing carbon nanocages by catalyzing organic ligands with metal ions, carbon nanocages prepared by method and application of carbon nanocages
CN110339851A (en) * 2019-07-15 2019-10-18 浙江师范大学 The catalyst and preparation method thereof of preparation 2,3,5-trimethylhydroquinone is hydrogenated for 2,3,5-trimethylbenzoquinoe
CN112079345A (en) * 2020-08-31 2020-12-15 中国科学院兰州化学物理研究所 Method for preparing thermoplastic carbon source/porous nuclear matrix composite material by in-situ polymerization
CN112509823A (en) * 2020-12-22 2021-03-16 上海第二工业大学 Hollow carbon microsphere supercapacitor electrode material and solvent-free preparation method thereof
CN114496588A (en) * 2022-01-27 2022-05-13 中国科学院电工研究所 Carbon composite material, preparation method thereof and application thereof in lithium ion capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
KR101608850B1 (en) 2016-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101608850B1 (en) Hollow porous carbon particles and their synthetic method
Doustkhah et al. Hard-templated metal–organic frameworks for advanced applications
Zhang et al. Direct carbonization of Zn/Co zeolitic imidazolate frameworks for efficient adsorption of Rhodamine B
Wu et al. Post-enrichment of nitrogen in soft-templated ordered mesoporous carbon materials for highly efficient phenol removal and CO 2 capture
KR101638049B1 (en) Nanocomposites with core-shell structure comprising carbon nanoparticles and metal-organic frameworks, a preparation method thereof and a composition for absorbing gas comprising the same
CN111266089B (en) Metal organic framework composite material and preparation method and application thereof
JP7463293B2 (en) Method for making colloidal suspensions of metal-organic frameworks in polymer solutions and uses thereof
Gong et al. Metal–organic framework derived nanoporous carbons with highly selective adsorption and separation of xenon
Zhong et al. Carbon composite membrane derived from a two-dimensional zeolitic imidazolate framework and its gas separation properties
US20210046445A1 (en) Free-standing porous carbon fibrous mats and applications thereof
Lawson et al. Carbon Hollow Fiber‐Supported Metal–Organic Framework Composites for Gas Adsorption
Jeoung et al. Hierarchically porous adamantane-shaped carbon nanoframes
US9346678B1 (en) Method of fabricating macroporous carbon capsules from pollen grains
JP2008050237A (en) Spherical porous carbon particle powder and production method therefor
Gholidoust et al. CO2 sponge from plasma enhanced seeded growth of metal organic frameworks across carbon nanotube bucky-papers
WO2016140266A1 (en) Carbon porous body, method for manufacturing same, ammonia adsorbent, and canister and method for manufacturing same
Gu et al. Large‐area vacuum‐treated ZIF‐8 mixed‐matrix membrane for highly efficient methane/nitrogen separation
Ullah et al. Synthesis, CO2 adsorption performance of modified MIL-101 with multi-wall carbon nanotubes
KR20160130097A (en) Porous carbon materials for metal-ion adsorption and gas-storage applications and manufacturing method of the same
KR101815756B1 (en) Hollow Porous Carbon Composites Containing Metal Particles And Method For Preparing The Same
US20180194621A1 (en) Porous nano structure useful as energy storage material, and method of manufacturing same
KR100644501B1 (en) Preparation process of a porous structure body having a hollow core and a porous structure body having a hollow core formed therefrom
Salazar‐Beltrán et al. Nanoparticle@ Metal‐Organic Frameworks as a Template for Hierarchical Porous Carbon Sponges
CN109317096B (en) Expanded graphite/porous hexagonal boron nitride composite material, preparation method thereof and application of expanded graphite/porous hexagonal boron nitride composite material as benzene gas adsorbent
KR102407841B1 (en) porous carbon synthesis method and organic-inorganic precusor using low molecular organic material and transition metal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190325

Year of fee payment: 4