KR20180115494A - Surface modified metal organic franeworks for removal of toxic gases - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to surface-modified metal organic frameworks. More specifically, the present invention relates to surface-modified metal organic frameworks in which a basic amine compound is deposited on a surface of the metal organic frameworks and the inside of a pore or is coupled to the inside of a frame. The surface-modified metal organic frameworks have a detoxification effect capable of removing a toxic gas in the air by adsorbing and decomposing the toxic gas. The amine compound is composed of 3 to 30 wt% based on the entire 100 wt% of the metal organic frameworks.

Description

유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개{SURFACE MODIFIED METAL ORGANIC FRANEWORKS FOR REMOVAL OF TOXIC GASES}{SURFACE MODIFIED METAL ORGANIC FRANEWORKS FOR REMOVAL OF TOXIC GASES FOR TOXIC GAS REMOVAL}

본 발명은 공기 중에 유독성 기체를 흡착 및 분해하여 제거할 수 있는 제독(detoxification) 효과를 갖는 반응성 재료로서 표면 개질된 금속유기얼개에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-modified metal organic material as a reactive material having detoxification effect capable of adsorbing, decomposing and removing toxic gases in the air.

유독성 화학물질 특히 화학작용제로 오염된 환경에서 안전하게 호흡할 수 있도록 개인 또는 집단을 보호하는 여과장치에는 현재 활성탄 기반의 여과 재료가 충전된 여과기가 사용되고 있다. 이들 여과기는 단순한 구조로 하우징과 하우징 내부에 여과 재료가 충전되어 있는 형태로 오염된 공기가 여과 재료가 충전된 층을 통과하면서 여과 재료와의 접촉을 통하여 독성의 가스상 물질들이 물리적 또는 화학적 흡착에 의하여 제거되는 원리이다.Filtering devices that protect individuals or groups to safely breathe in toxic chemicals, especially those that are contaminated with chemical agents, are now used with filters filled with activated carbon based filtration materials. These filters have a simple structure, in which the filter material is filled in the housing and the housing, and the contaminated air passes through the layer filled with the filter material, and contacts with the filter material, whereby toxic gaseous materials are separated by physical or chemical adsorption It is the principle to be removed.

화학작용제 방호용 범용의 방독면 정화통 또는 여과기에는 활성탄에 염기성 금속염들, 예를 들면 구리, 아연, 몰리브덴 등의 금속염들이 첨착 처리되어 있으며, 미국특허 제4,802,898호에서 혈액작용제인 염화시안(cyanogen chloride, 이하, "CK"이라고도 칭함) 가스를 제거하는 능력을 증가시키기 위하여 트레에틸렌 다이아민(triethylene diamine, 이하, "TEDA"이라고도 칭함)가 첨착됨을 제시하였다.In the general purpose respirator for purifying chemical agents, metal salts such as copper, zinc, molybdenum and the like are impregnated with activated carbon, and in US Patent No. 4,802,898, cyanogen chloride (hereinafter referred to as " (Hereinafter also referred to as " TEDA ") is added to increase the ability to remove gas.

그러나 기존의 화학작용제 방호용 활성탄인 ASZM-TEDA는 화학작용제를 제거하는 여과성능은 뛰어나지만 여과수명이 한정되어 있으며, 특히 혈액작용제인 염화시안(CK)은 활성탄에 첨착되어 있는 금속염과 트레에틸렌 다이아민(TEDA) 등과의 화학반응에 의하여 제거되므로 흡착제의 수명이 극히 제한적이다.However, ASZM-TEDA, which is an active chemical protecting agent for chemical agents, has excellent filtration performance to remove chemical agents, but has a limited number of filtrate water. In particular, cyanide chloride (CK) as a blood agonist is a metal salt impregnated on activated carbon, (TEDA) and so on, the lifetime of the adsorbent is extremely limited.

또한, 최근에는 대테러작전, 대규모 화학물질 사고 수습 등이 군의 임무에 포함되므로 화학작용제인 군용 전쟁가스 뿐 아니라 분자량이 비교적 작은 산업용 독성물질들로 예를 들면, 염산(HCl), 불산(HF), 이산화황(SO2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2), 포름알데히드(HCHO) 등에 노출될 위험이 증가하고 있으나 기존의 활성탄 기반 군용활성탄의 경우 이들 산업용 독성물질에 대한 방호력은 제한적이다.In addition, recently, counter-terrorism operations and large-scale chemical accident accidents are included in the military's duties. Therefore, industrial toxins such as hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF) (SO 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen dioxide (NO 2 ) and formaldehyde (HCHO) are increasing in the case of activated carbon based military activated carbon. However, existing activated carbon based military activated carbon has limited protection against these industrial toxic substances .

미국특허 제8,877,677호에서는 무기 재료인 수산화지르코늄(Zr(OH)4) 입자에 TEDA를 증착하거나 TEDA와 구리, 아연 등의 금속염을 동시에 첨착하여 CK를 포함한 산성 가스류에 대한 저항성을 높이고자 하였다.U.S. Patent No. 8,877,677 discloses that TEDA is deposited on zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ) particles, which are inorganic materials, or TEDA and metal salts such as copper and zinc are simultaneously impregnated to enhance resistance to acid gas including CK.

그러나 이들의 경우는 수산화지르코늄(Zr(OH)4)자체의 비표면적이 활성탄에 비해 적으므로 사린(sarin) 등의 화학작용제에 대한 물리흡착 능력이 결여되고, 특히 습도가 높은 경우 급격하게 성능이 저하하는 특성이 있으므로 실제 환경조건에 노출되어 사용되는 활성탄을 대체하여 사용할 수는 없는 실정이다.However, in these cases, since the specific surface area of zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ) itself is smaller than that of activated carbon, it lacks the physical adsorption capability for chemical agents such as sarin and the like. The activated carbon can not be used in place of the activated carbon which is exposed to the actual environmental conditions.

따라서 신경가스 등의 비교적 분자량이 큰 화학작용제들과 산성 및 염기성 가스를 포함한 독성가스의 산업물질들을 동시에 제거할 수 있으며 공기 중 수분의 영향을 극복할 수 있는 신개념의 흡착재료 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a new concept of adsorbent material which can remove chemical agents with relatively high molecular weight such as nerve gas and industrial materials of toxic gas including acidic and basic gas at the same time and overcome the influence of moisture in the air.

금속유기얼개(metal organic framework, 이하 "MOF"이라고도 함)는 일반적으로 '다공성 배위고분자(porous coordination polymers)'라고도 하며, 또는 '다공성 유무기 혼성체'나 '금속 유기 골격체'라고도 한다.Metal organic frameworks (MOF) are also commonly referred to as " porous coordination polymers ", or " porous organic-inorganic hybrid materials " or " metal organic frameworks ".

상기 금속유기얼개는 분자 배위 결합과 재료과학의 접목에 의해 최근 새롭게 발전하기 시작하였으며, 상기 금속유기얼개는 나노크기의 기공을 가지며 이로 인해 높은 표면적을 제공한다는 장점을 가지므로 물질의 흡착 또는 기공 내에 조성물을 담지하여 전달하는 용도로서 예를 들어, 흡착제, 기체 저장 물질, 센서, 멤브레인(membrane), 기능성 박막, 약물전달물질, 촉매 및 촉매 담체 등에 주로 사용될 뿐만 아니라, 기공 크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 기공을 이용하여 분자들을 크기에 따라 분리하는데 사용될 수 있기 때문에 활발히 연구되고 있다.The metal organic layer has recently started to develop by the combination of molecular coordinate bonding and material science. The metal organic layer has nano-sized pores and thus provides a high surface area. Therefore, Examples of applications for carrying and delivering the composition include those that are mainly used for adsorbents, gas storage materials, sensors, membranes, functional thin films, drug delivery materials, catalysts and catalyst carriers, Or can be used to separate molecules by size using pores.

그러나 이러한 장점에도 불구하고 수분과 접촉시 골격체의 구조가 파괴되는 단점으로 인해 응용에 많은 제약이 있었다. 또한, 필터 등의 용도로 사용하고자 하여도 공기 중의 수분과의 접촉을 최소화해야 하는 등 조건의 제약이 심하다. 따라서 많은 장점이 있음에도 불구하고 금속유기얼개는 아직 까지 화작작용제의 제독이나 여과장치에 활용되지 못하고 있는 실정이다.Despite these advantages, however, there are many limitations in application due to the disadvantage that the structure of the skeleton is destroyed upon contact with moisture. In addition, even if it is intended to be used for a filter or the like, there is a severe restriction on conditions such as minimizing contact with moisture in the air. Therefore, despite the many advantages, metal organic membranes have not yet been used for the decontamination and filtration of chemical solvents.

미국특허 제4,802,898호U.S. Patent No. 4,802,898 미국특허 제8,877,677호U.S. Patent No. 8,877,677

앞서 살펴본 바와 같이 일부 화학작용제에 대한 제한적인 흡착능력 및 독성 산업물질에 대한 방호력이 없는 군용 활성탄의 문제점과, 산성가스를 포함한 산업용 독성가스 등에 일부 효과가 있으나 화학작용제에 대해서는 흡착제거 능력이 거의 없는 트리에틸렌다이아민(TEDA)을 첨착한 수산화지르코늄(Zr(OH)4)의 문제점, 그리고 공기 중의 수분에 취약한 종래 금속유기얼개의 문제점을 동시에 해결하고자 한다.As noted above, there are some problems with military activated carbon, which have limited ability to adsorb some chemical agents and toxic industrial materials, and industrial toxic gases including acid gases, but have little effect on chemical agents The problem of zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ) impregnated with triethylenediamine (TEDA), and the problem of the conventional metal organic component which is vulnerable to moisture in the air are solved at the same time.

따라서 본 발명은 비표면적이 크고 내습, 내열 및 내화학성을 갖춘 금속유기얼개를 선정하고 이들 금속유기얼개의 기공에 염기성 아민계 화합물을 증착하여 표면 개질된 금속유기얼개를 제공함으로써, 화학작용제 및 독성 산업물질들과 같은 유독성 기체를 동시제거 할 수 있는 다기능 흡착재료 등의 분야에서 다양하게 활용할 수 있는 금속유기얼개를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a metal organic compound having a large specific surface area and high resistance to humidity, heat, and chemical resistance, and a basic amine compound is deposited on the pores of the metal organic compound to provide a surface modified metal organic compound, And a multifunctional adsorbent material capable of simultaneously removing toxic gases such as industrial materials, and the like.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 금속유기얼개(metal organic franeworks)의 표면 및 기공 내부에 아민계 화합물이 증착되어 표면 개질된 금속유기얼개로서, 상기 아민계 화합물이 상기 금속유기얼개의 전체 100 중량%를 기준으로 3 내지 30 중량%로 포함하는 유독성 기체를 제거하기 위한 표면 개질된 금속유기얼개를 제공하는 것이다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a metal organic substrate having an amine compound deposited on the surface and pores of metal organic franeworks, And 3 to 30% by weight, based on 100% by weight, of a surface modified metal organic material for removing toxic gases.

상기 금속유기얼개는 중심 금속이 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 바니늄(V), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 루비듐(Ru), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 망간(Mn), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 이트륨(Y), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi) 비소(As), 납(Pb), 인듐(In), 갈륨(Ga), 안티몬(Sb) 및 그 유도체 중 어느 하나 이상의 금속 이온을 포함하고 있는 것을 사용할 수 있다.The metal organic layer is formed of a metal having a central metal such as zirconium (Zr), iron (Fe), titanium (Ti), copper (Cu), hafnium (Hf), vanadium (V), zinc (Zn), cobalt (Ni), barium, calcium, strontium, niobium, chromium, tantalum, molybdenum, rubidium, osmium, tungsten, (W), Mn, Rd, Pd, Pt, Ag, Au, Y, Ge, As, which contains at least one of metal ions of lead (Pb), indium (In), gallium (Ga), antimony (Sb) and derivatives thereof.

보다 구체적으로 상기 금속유기얼개는 MOF-808(Zr6O4(OH)4(BTC)2[HCOO]6), UiO-66(Zr6O4(OH)4(BDC)6), UiO-66-NH2(Zr6O4(OH)4(BDC-NH2)6), UiO-67(Zr6O6(BPDC)12), UiO-67-NH2 (Zr6O6(BPDC-NH2)12) 및 MIL-100(Fe)(Acid-activated Fe3O(H2O)3F(BTC)2)으로 명명되는 금속유기얼개 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 제시된 금속유기얼개 이외에 당 분야의 기술자에게 통상적으로 알려진 바와 같은 다양한 금속유기얼개를 사용할 수 있다.Specifically, the metal organic meta than the MOF-808 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BTC) 2 [HCOO] 6), UiO-66 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC) 6), UiO- 66-NH 2 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC-NH 2) 6), UiO-67 (Zr 6 O 6 (BPDC) 12), UiO-67-NH 2 (Zr 6 O 6 (BPDC- NH 2 ) 12 and MIL-100 (Fe) (Acid-activated Fe 3 O (H 2 O) 3 F (BTC) 2 ) In addition to the metal organic layer, a variety of metal organic layers can be used as is commonly known to those skilled in the art.

상기 예시된 금속유기얼개의 구조를 나타내는 화학식에서 'BDC'는 1,4-벤젠디카르복실레이트(1,4-benzenedicarboxylate)를 의미하고, 'BPDC'는 4,4'-비페닐디카르복실레이트(4,4'-biphenyldicarboxylate)를 의미하며, 'BTC'는 1,3,5-벤젠트리카르복실레이트(1,3,5-benzenetricarboxylate)를 의미한다.'BDC' in the chemical formula representing the structure of the above metal organic device means 1,4-benzenedicarboxylate, 'BPDC' means 4,4'-biphenyldicarboxylate Refers to 4,4'-biphenyldicarboxylate, and 'BTC' refers to 1,3,5-benzenetricarboxylate.

상기 아민계 화합물은 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 트리에틸아민(triethylamine), 퀴누클리딘(quinuclidine) 및 피리딘-4-카르복실산(pyridine-4-carboxylic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다.The amine compound may be any one selected from the group consisting of triethylenediamine, triethylamine, quinuclidine, and pyridine-4-carboxylic acid, or a mixture thereof Can be used.

바람직하게, 상기 표면 개질된 금속유기얼개는 회전 증발기를 이용한 회전 증발 방법 또는 진공 증착기를 이용한 진공 증착 방법으로 표면이 개질된 것이며, 특히 진공 증착 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개인 것이 유독성 기체 제거에 보다 용이하다.Preferably, the surface-modified metal organic material is surface-modified by a rotary evaporation method using a rotary evaporator or a vacuum evaporation method using a vacuum evaporator, and in particular, a metal organic material surface-modified by a vacuum deposition method is used for removing toxic gases It is easier.

상기 표면 개질된 금속유기얼개는 유독성 기체의 중량대비 파과 시간이 1000 분/g 이상이며, 바람직하게 1000 분/g 내지 3500 분/g일 수 있다. 또한, 20 내지 30℃의 상온에서 공기 중의 상대습도가 60% 정도의 습한 조건에서는 표면이 개질된 금속유기얼개를 이용한 유독성 기체의 중량대피 파과 시간이 3배 정도 더 길어짐에 따라 습한 조건에서 유독성 기체의 제거 성능이 더욱 향상된다. 이와 같은 파과 시간은 기존의 ASZM-TEDA 활성탄 등과 같은 제독제와 비교하였을 때, 그 흡착 및 분해 성능이 떨어지지 않으며, 더욱더 향상된 효과를 갖는다.The surface modified metal organic material may have a breakthrough time of 1000 min / g or more by weight of the toxic gas, and preferably 1000 min / g to 3500 min / g. In wet conditions where the relative humidity in the air is about 60% at 20 to 30 占 폚 at room temperature, the weight of the toxic gas using the metal-organic modified surface of the modified surface is about three times longer than that of the toxic gas. The removal performance of the cleaning solution is further improved. Such breakthrough time does not deteriorate the adsorption and decomposition performance when compared with conventional antiseptics such as ASZM-TEDA activated carbon, and has further improved effect.

또한, 본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개가 제거하는 유독성 기체는 염화시안(cyanogen chloride), 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl mhethylphosphonate), 암모니아 및 이산화황 중에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 이에 한정되지 않고 다양한 전쟁용 화학가스(chemical warfare agent)의 화학작용제와 기체 상태의 산성, 염기성 및 중성의 유해 산업 화학물질(toxic industrial compounds, TIC) 등을 제거할 수 있다.In addition, the toxic gas to be removed by the surface modified metal organic material of the present invention is at least one selected from cyanogen chloride, dimethyl menthylphosphonate, ammonia and sulfur dioxide, Chemical warfare agent chemical agents and gaseous acidic, basic and neutral toxic industrial compounds (TIC).

본 발명에 따른 금속유기얼개는 유독성 기체를 흡착 및 분해하기 위한 제품에 포함되어 사용할 수 있으며, 예를 들어 방독면용 정화통, 여과기 또는 방호용 소재와 같은 제품에 적용될 수 있다.The metal organic material according to the present invention can be used in products for adsorbing and decomposing toxic gases, and can be applied to products such as, for example, sanitary pads for respirators, filters, and protective materials.

본 발명의 금속유기얼개에 염기성 아민계 화합물이 증착되어 표면 개질된 금속유기얼개는 기존 흡착재료들이 가지지 못한 화학작용제 및 독성 산업물질들을 동시에 흡착하고 제거할 수 있는 능력을 획기적으로 향상시킨 효과를 가지게 되었다.The metal organic material having the surface modified by deposition of the basic amine compound on the metal organic material of the present invention has the effect of drastically improving the ability to simultaneously adsorb and remove chemical agents and toxic industrial materials not possessed by existing adsorbents .

또한, 적은 양으로 동등 이상의 효과를 확보할 수 있게 되고, 기존의 흡착재료들보다 가벼운 재료들을 사용하여 유독성 기체에 대한 보호장비의 무게를 획기적으로 경량화 가능하므로 군사용 및 산업용으로 방독면용 정화통, 여과기 또는 방호용 소재와 같은 제품 등 다양하게 활용할 수 있다.In addition, it is possible to secure an equivalent effect in a small amount, and the weight of protective equipment for toxic gases can be remarkably reduced by using materials that are lighter than existing adsorbent materials, so that the gas- And materials such as protective materials can be utilized in various ways.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 회전 증발 방법으로 MOF-808에 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착 처리한 전후의 질소흡착 등온곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 진공 증착 방법으로 MOF-808에 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착 처리한 전후의 질소흡착 등온곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 진공 증착 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개인 실시예 4와 실시예 5의 X-선 회절 분석(X-ray diffraction analysis, XRD) 그래프이다.
도 4는 흡착제들에 대한 염화시안(CK)의 파과곡선(breakthrough curve)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 트리에틸렌디아민(TEDA) 증착량 및 증착방법에 따른 염화시안(CK) 흡착성능을 비교한 그래프이다.
도 6은 공기 중 습도 조건에 따른 MOF-808-TEDA에 대한 염화시안(CK)의 파과곡선(breakthrough curve)을 비교한 그래프이다.
도 7은 공기 중 습도 조건에 따른 UiO-66-TEDA에 대한 염화시안(CK)의 파과곡선(breakthrough curve)을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 표면 개질된 금속유기얼개에 대한 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl mhethylphosphonate, DMMP)의 파과곡선(breakthrough curve)을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 표면 개질된 금속유기얼개에 대한 염기성 가스인 암모니아(NH3)의 파과곡선(breakthrough curve)을 나타낸 그래프이다.
도 10은 ASZM-TEDA와 MOF-808-TEDA 30%에 대한 산성가스인 아황산가스(SO2)의 파과곡선(breakthrough curve)을 비교한 그래프이다.
1 is a graph showing nitrogen adsorption isotherms before and after deposition of triethylenediamine (TEDA) on MOF-808 by rotary evaporation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing nitrogen adsorption isotherms before and after deposition of triethylenediamine (TEDA) on MOF-808 by a vacuum deposition method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an X-ray diffraction analysis (XRD) graph of Example 4 and Example 5 of a metal organic surface modified by a vacuum deposition method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing breakthrough curves of cyanide (CK) for adsorbents.
FIG. 5 is a graph comparing the deposition amount of triethylenediamine (TEDA) and the adsorption performance of cyanide chloride (CK) according to the deposition method.
FIG. 6 is a graph comparing breakthrough curves of chlorinated cyan (CK) with respect to MOF-808-TEDA according to air humidity conditions.
FIG. 7 is a graph comparing breakthrough curves of cyanide (CK) with respect to UiO-66-TEDA according to air humidity conditions.
8 is a graph showing breakthrough curves of dimethylmeththylphosphonate (DMMP) for surface-modified metal organic particles according to the present invention.
9 is a graph showing a breakthrough curve of ammonia (NH 3 ) as a basic gas for a surface-modified metal organic material according to the present invention.
10 is a graph comparing breakthrough curves of SO 2 , an acid gas, with ASZM-TEDA and MOF-808-TEDA 30%.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 통해 실시하고자 하는 공기 중에 유독가스를 흡착 및 분해하여 제거할 수 있는 제독효과를 갖는 표면 개질된 금속유기얼개에 대해 상세히 설명한다. 그러나 이들 예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이들 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a surface modified metal organic material having an admiral effect capable of adsorbing, decomposing and removing toxic gases in the air to be carried out through the present invention will be described in detail with reference to the following Examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the present invention is not limited to these examples.

본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개는 MOF-808, UiO-66 및 MIL-100(Fe)로 명명되는 금속유기얼개를 염기성의 아민계 화합물로 트리에틸렌디아민(triethylenediamine, TEDA)을 사용하여 하기에 설명되는 방법으로 표면을 개질한 것이다.The surface-modified metal organic component of the present invention can be obtained by reacting a metal organic component named MOF-808, UiO-66 and MIL-100 (Fe) with a basic amine compound using triethylenediamine (TEDA) The surface is modified in the manner described.

한편, 본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개를 제조하는 방법으로 수행되는 회전 증발 방법 및 진공 증착 방법에서 제시된 회전 속도, 회전 시간, 온도, 건조 온도, 건조 시간 등의 제조 조건은 반복적인 실험을 통하여 최적의 조건을 실험적으로 구한 것으로써, 본 발명이 이루고자 하는 목적에 최적이라고 여겨지는 조건을 기재한 것이다.Meanwhile, the manufacturing conditions such as rotation speed, rotation time, temperature, drying temperature and drying time in the rotary evaporation method and the vacuum deposition method performed by the method of manufacturing the surface modified metal organic material of the present invention are repeatedly performed The optimum condition is obtained experimentally and the conditions considered to be optimal for the purpose of the present invention are described.

실시예 1은 금속유기얼개에 아민계 화합물을 회전 증발 방법을 이용하여 표면을 개질한 것으로 금속유기얼개인 MOF-808 분말과 아민계 화합물인 트리에틸렌디아민(TEDA) 분말을 함께 회전증발기(rotary evaporator)의 플라스크 용기에 넣고 대기압 조건으로 60℃ 온도에서 회전속도를 10 내지 120 rpm으로 바람직하게는 30 내지 80 rpm의 회전속도로 상압(normal pressure)에서 2 내지 24시간 정도 돌려주면서 MOF-808의 기공과 표면에 아민계 화합물인 트리에틸렌디아민(TEDA)이 승화에 의해서 증착되도록 하며 이때, 트리에틸렌디아민(TEDA)가 10 중량% 증착되도록 한다.Example 1 is a modification of the surface of an amine compound in a metal organic phase using a rotary evaporation method, in which a metal organic MOF-808 powder and an amine-based compound triethylenediamine (TEDA) powder were mixed with a rotary evaporator ) At a temperature of 60 ° C under atmospheric pressure, while rotating at a rotational speed of 10 to 120 rpm, preferably 30 to 80 rpm, at a normal pressure for 2 to 24 hours, And triethylenediamine (TEDA), which is an amine compound, is deposited on the surface by sublimation, in which 10 wt% of triethylenediamine (TEDA) is deposited.

실시예 2 및 실시예 3은 상기 실시예 1과 동일한 회전 증발 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개를 제조한 것으로, 다만 MOF-808의 기공과 표면에 트리에틸렌디아민(TEDA)의 증착량을 각각 15 중량%(실시예 2)와 20 중량%(실시예 3)로 증착되도록 한다.Example 2 and Example 3 were prepared by the same rotary evaporation method as in Example 1 except that the amount of triethylenediamine (TEDA) deposited on the pores and the surface of MOF-808 was 15 By weight (Example 2) and 20% by weight (Example 3).

실시예 4는 금속유기얼개에 아민계 화합물을 진공 증착 방법을 이용하여 표면을 개질한 것으로 금속유기얼개인 MOF-808 분말이 들어 있는 용기를 진공으로 처리할 수 있는 펌프에 연결하고 온도를 70에서 150℃ 사이의 온도로 가열하면서 진공으로 처리한 후 또 다른 연결구를 통하여 아민계 화합물인 트리에틸렌디아민(TEDA) 분말이 들어 있는 용기와 연결하고 트리에틸렌디아민(TEDA) 용기를 50에서 170℃까지 단계적으로 가열하여 승화된 트리에틸렌디아민(TEDA)이 MOF-808의 기공과 표면에 증착되도록 한다. 충분히 증착이 이루어진 후 금속유기얼개인 MOF-808가 들어 있는 용기를 다시 진공으로 처리하므로 금속유기얼개 표면에 과량으로 존재하는 트리에틸렌디아민(TEDA)을 제거하여 트리에틸렌디아민(TEDA)가 29 중량% 증착되도록 한다.Example 4 is a modification of the surface of an amine-based compound by a vacuum deposition method in a metal organic furnace. A container containing MOF-808 powder containing metal organics was connected to a pump capable of vacuum treatment, (TEDA) powder, and the triethylenediamine (TEDA) container was added in a stepwise manner from 50 to 170 ° C by passing through another connecting port and a container containing an amine compound, triethylenediamine To allow sublimed triethylenediamine (TEDA) to deposit on the pores and surfaces of MOF-808. After sufficient deposition, the container containing MOF-808, which is a metal organic material, was vacuum-treated again, so that excess triethylenediamine (TEDA) on the surface of the metal organic material was removed to obtain 29 wt% of triethylenediamine (TEDA) To be deposited.

실시예 5는 상기 실시예 4와 동일한 진공 증착 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개를 제조하되, MOF-808의 기공과 표면에 트리에틸렌디아민(TEDA)가 30 중량% 증착되도록 한다.In Example 5, a surface-modified metal organic layer was prepared by the same vacuum deposition method as in Example 4, except that 30 wt% of triethylenediamine (TEDA) was deposited on the pores of the MOF-808 and the surface thereof.

상기 실시예 1 내지 실시예 5에서 표면 개질된 금속유기얼개와 표면 개질전 금속유기얼개인 MOF-808의 표면적을 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 모델의 흡착식을 이용한 방법에 따라, -196℃의 질소의 비등점 온도와 1기압 이내에서 질소의 물리 흡착량을 측정하여, 금속유기얼개에 트리에틸렌디아민(TEDA) 증착 전후의 표면적을 측정하였다. 그 결과는 표 1, 도 1 및 도 2에 나타내었으며 BET 비표면적 결과 값은 통상 중량 당 표면적으로 m2/g의 단위로 나타내었다.The surface area of the MOF-808 surface-modified metal organic particles and the surface-modified metal organic particles before surface modification in Examples 1 to 5 was measured at -196 占 폚 The surface area before and after the deposition of triethylenediamine (TEDA) on the metal organic particles was measured by measuring the physical adsorption amount of nitrogen within the range of 1 atm and the boiling point of nitrogen. The results are shown in Table 1, Fig. 1 and Fig. 2, and the BET specific surface area results are shown in units of m 2 / g in terms of surface area per weight.

구분division 물질 종류Material type TEDA 증착량
(중량%)
TEDA deposition amount
(weight%)
증착 방법Deposition method 비표면적
(m2/g)
Specific surface area
(m 2 / g)
MOF-808MOF-808 00 -- 1,6121,612 실시예 1Example 1 MOF-808-TEDAMOF-808-TEDA 1010 회전 증발Rotary evaporation 1,1761,176 실시예 2Example 2 MOF-808-TEDAMOF-808-TEDA 1515 회전 증발Rotary evaporation 540540 실시예 3Example 3 MOF-808-TEDAMOF-808-TEDA 2020 회전 증발Rotary evaporation 337337 실시예 5Example 5 MOF-808-TEDAMOF-808-TEDA 3030 진공 증착Vacuum deposition 1,0241,024

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 회전 증발 방법으로 트리에틸렌디아민(TEDA)을 10중량% 증착하여 표면 개질된 금속유기얼개인 실시예 1의 비표면적은 1,176 m2/g이고, 진공 증착 방법으로 트리에틸렌디아민(TEDA)을 30중량% 표면이 개질된 금속유기얼개인 실시예 5의 비표면적은 1,024 m2/g로 나타난 바, 이는 표면 개질 전 금속유기얼개인 MOF-808의 비표면적은 1,612 m2/g에 비해 비표면적이 크게 줄어들지 않고 유사하게 나타났다.As shown in Table 1, the specific surface area of the surface-modified metal organic material of Example 1 in which 10 wt% of triethylenediamine (TEDA) was evaporated by the rotary evaporation method was 1,176 m 2 / g, The specific surface area of Example 5, in which the diamine (TEDA) was 30 wt% surface modified, was shown to be 1,024 m 2 / g, which means that the specific surface area of the MOF-808 metal oxide before surface modification was 1,612 m 2 / g, the specific surface area did not decrease significantly.

도 1은 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 표면 개질된 금속유기얼개와 표면 개질 전 금속유기얼개인 MOF-808의 질소흡착 등온곡선 비교 분석 결과를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 회전 증발 방법의 경우에서 트리에틸렌디아민(TEDA)의 증착량을 15 중량%와 20 중량%로 증가시킨 실시예 2와 실시예 3의 경우는 비표면적이 각각 540 m2/g와 337 m2/g로 트리에틸렌디아민(TEDA)의 증착량이 증가할수록 표면 개질에 의하여 비표면적이 줄어들었으며, 이는 표 1에서 확인할 수 있듯이 실시예 5보다 트리에틸렌디아민(TEDA)이 적은 양으로 증착되었으나 적은 비표면적을 보인다.FIG. 1 shows the results of nitrogen adsorption isotherm comparative analysis of MOF-808, which is a surface-modified metal organic material according to Examples 1 to 3 and a metal organic material before surface modification. As shown in FIG. 1, In Example 2 and Example 3 in which the amount of triethylenediamine (TEDA) deposited was increased to 15 wt% and 20 wt%, the specific surface area of triethylenediamine (TEDA) was increased to 540 m 2 / g and 337 m 2 / (TEDA), the specific surface area was reduced by surface modification. As can be seen from Table 1, triethylenediamine (TEDA) was deposited in a smaller amount than Example 5, but showed a smaller specific surface area.

그리고 도 2는 진공 증착 방법으로 트리에틸렌디아민(TEDA)을 29 중량%와 30 중량% 으로 각각 표면이 개질된 금속유기얼개인 실시예 4와 실시예 5를 표면 개질 전 금속유기얼개인 MOF-808와의 질소 흡착곡선 비교 분석 결과를 나타낸 그래프로, 도 2에 도시된 바와 같이 트리에틸렌디아민(TEDA)이 증착되어 비표면적이 감소하나, 이는 앞서 회전 증발 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개인 실시예 1 내지 실시예 3보다 비표면적의 감소 변화가 크지 않은 것을 확인할 수 있다.And FIG. 2 shows the results obtained by using the vacuum deposition method in which the metal organic particles of which the surface was modified to 29 wt% and 30 wt% of triethylenediamine (TEDA), respectively, and Example 4 and Example 5, (TEDA) as shown in FIG. 2, the specific surface area is decreased. This is because the surface area of the metal organic particles of Example 1 And the decrease in the specific surface area was smaller than that in Example 3.

또한, 본 명세서에서 기공 크기를 측정한 결과에 대해 비록 본 발명의 도면에는 도시되지 않았으나, 진공 증착 방법을 사용하여 금속-유기 복합체를 제조할 경우 회전 증발 방법으로 제조하는 경우보다, MOF-808의 구조 내에 포함되어 있는 직경 2nm 부근의 메조포러스(mesoporous) 기공의 부피가 크게 감소하지 않고 50% 정도 유지하고 있어 유독성 화학물질의 제거를 위한 활성표면이 더욱 활성화되어 있음을 확인할 수 있었다.In addition, although the results of measuring the pore size in this specification are not shown in the drawings of the present invention, the MOF-808 The volume of the mesoporous pores in the vicinity of the diameter of 2 nm contained in the structure was maintained at about 50% without much decrease, and it was confirmed that the active surface for removing toxic chemicals was further activated.

따라서 아민계 화합물인 트리에틸렌디아민(TEDA)으로 표면 개질하는 방법으로 회전 증발기를 사용한 회전 증발 방법보다는 진공 증착기를 사용한 진공 증착 방법을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.Therefore, it is preferable to use a vacuum evaporation method using a vacuum evaporator rather than a rotary evaporation method using a rotary evaporator as a method of surface modification with triethylenediamine (TEDA), which is an amine compound.

또한, 진공 증착 방법으로 표면 개질된 금속유기얼개인 실시예 4와 실시예 5의 X-선 회절 분석(X-ray diffraction analysis, XRD)을 동일한 조건에서 측정한 결과, 도 3에서 볼 수 있듯이 금속유기얼개의 결정구조가 증착 전후 큰 변화가 없는 것을 확인하였다.As a result of X-ray diffraction analysis (XRD) of Example 4 and Example 5, which were surface-modified metal organic materials by a vacuum deposition method, as shown in FIG. 3, It was confirmed that the crystal structure of the organic layer did not change much before and after the deposition.

그리고 이렇게 X-선 회절 분석에서 측정한 결정성 값이 변화가 적을수록 표면적 및 기공부피 감소가 작은 특성을 나타내는 바, 금속유기얼개의 표면적 감소가 적으면서 트리에틸렌디아민(TEDA)이 높은 함량으로 증착이 효과적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다.The smaller the change in crystallinity measured in the X-ray diffraction analysis, the smaller the surface area and the decrease in the pore volume. The lower the surface area of the metal organic layer, the lower the surface area and the higher the content of triethylenediamine (TEDA) As shown in Fig.

본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개에 대한 다양한 유독성 기체의 흡착 및 분해 효과를 확인하고자 하기와 같이 유독성 기체 별 파과실험을 하기 실시예 6 내지 실시예 9과 같이 실시하였다.In order to confirm the adsorption and decomposition effects of various toxic gases on the surface-modified metal organic particles of the present invention, the penetration tests by toxic gases were carried out in the same manner as in Examples 6 to 9.

실시예 6은 상기 실시예 1 내지 실시예 5와 동일한 방법에 의해 제조된 분말형태의 표면 개질된 금속유기얼개의 염화시안(CK) 흡착성능을 평가하기 위해 펠렛으로 성형 후 분쇄하여 일정 크기의 입자들을 선택하여 사용하며, 흡착 반응기 내 압력강하가 최소로 발생할 수 있는 입자의 크기로 212 내지 250㎛(60 내지 70 mesh) 크기의 입자를 선택하여 사용하였다. 이렇게 표면 개질된 금속유기얼개를 흡착 반응관으로 내경 4 mm 유리관에 충전량 0.1ml으로 충전높이가 약 8cm 정도가 되도록 충전한다.In Example 6, to evaluate the adsorption performance of cyanide chloride (CK) of powder-type surface-modified metal organic particles prepared by the same method as the above Examples 1 to 5, the particles were molded into pellets, And particles having a size of 212 to 250 탆 (60 to 70 mesh) were selected as the particle size at which the pressure drop in the adsorption reactor can be minimized. The surface-modified metal organic material is charged into a 4 mm diameter glass tube with an adsorption reaction tube so that the filling height is about 8 cm with a filling amount of 0.1 ml.

염화시안(CK)의 파과 실험을 위하여 표면 개질된 금속유기얼개가 충전된 반응관에 20℃ 온도, 상대습도 60%인 습한 공기를 2시간 동안 통과시켜 전처리를 실시한 후, 20℃, 상대습도 60%로 염화시안(CK) 농도가 4,000 mg/m3인 혼합공기를 흡착 반응기 입구로 선속도 2.65 cm/초가 되도록 보내어 파과 실험을 수행하였다.For the breakthrough of cyanogen chloride (CK), wet air with a relative humidity of 60% was passed through the reaction tube filled with the surface-modified metal organic material for 2 hours at 20 ° C and relative humidity of 60 % Of cyanogen chloride (CK) concentration of 4,000 mg / m 3 was fed to the inlet of the adsorption reactor at a linear velocity of 2.65 cm / sec.

그리고 종래 흡착제와의 염화시안(CK)에 대한 흡착 성능을 비교하기 위하여 미국 Calgon사의 ASZM-TEDA, 수산화지르코늄(Zr(OH)4)에 6 중량% 트리에틸렌디아민(TEDA)가 증착된 Zr(OH)4-TEDA, 금속유기얼개 UiO-66에 6 중량% 트리에틸렌디아민(TEDA) 증착된 UiO-66-TEDA 각각을 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 염화시안(CK)의 파과 실험을 수행하였다.In order to compare the adsorption performance with conventional adsorbents for cyanide chloride (CK), ASZM-TEDA, zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ) of Calgon, USA and Zr (OH) 4 deposited with 6 wt% triethylenediamine ) 4 -TEDA and UiO-66-TEDA 6 wt% triethylenediamine (TEDA) deposited on a metal organic UiO-66 were subjected to a breakthrough test of CI chloride in the same manner as in Example 6. [

흡착제로 표면 개질된 금속유기얼개가 충전된 흡착 반응관의 앞단과 후단에서 각각 실시간으로 염화시안(CK)의 농도를 분석하고 흡착 반응관 출구농도(C)를 흡착 반응관 입구 농도(Co)로 나누어 그 결과 값을 하기 표 2와 도 4에 나타내었다.The concentration of chlorinated cyanide (CK) was measured in real time at the front and rear ends of the adsorption reaction tube filled with the metal organic surface-modified with the adsorbent, and the adsorption reaction tube outlet concentration (C) The results are shown in Table 2 and Fig.

물질 종류Material type 최대 TEDA 증착량 (중량%)Maximum TEDA deposition amount (wt%) 충전량
(g/0.1㎖)
Charge amount
(g / 0.1 ml)
파과시간
(분)
Break-out time
(minute)
중량대비 파과시간
(분/g)
Break-through time
(Min / g)
ASZM-TEDAASZM-TEDA 3.53.5 0.0550.055 5959 1,0731,073 Zr(OH)4-TEDAZr (OH) 4- TEDA 66 0.1020.102 6565 637637 UiO-66UiO-66 00 0.0340.034 00 00 UiO-66-TEDAUiO-66-TEDA 66 0.0270.027 4444 1,6301,630 MOF-808MOF-808 00 0.0560.056 00 00 MOF-808-TEDAMOF-808-TEDA 3030 0.0490.049 171171 3,4903,490

표 2의 결과에서 보듯이 MOF-808-TEDA인 경우, 염화시안(CK)의 파과시간이 가장 길게 나타났으므로, 염화시안(CK)에 대한 방호력이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from the results in Table 2, the breakthrough time of the chlorinated cyanide (MOF-808-TEDA) was the longest, indicating that the protection against chlorinated cyanide (CK) was the most excellent.

또한, 흡착성이 좋은 경우, 흡착시 파과곡선(breakthrough curve)에서 농도가 흡착시간 대비 더 늦게 혹은 천천히 증가하기 하고, 반대로 흡착성능이 떨어지면 파과곡선 농도가 급격히 증가하게 된다.In addition, when the adsorbability is good, the concentration increases more slowly or slowly with respect to the adsorption time at the breakthrough curve, and when the adsorption performance deteriorates, the concentration of the breakthrough curve increases sharply.

이와 같은 점을 토대로 표 2와 도 4를 살펴보면, MOF-808-TEDA인 경우는Zr(OH)4-TEDA나 ASZM-TEDA의 경우에 비하여 충전밀도가 낮기 때문에 중량대비 염화시안(CK) 파과시간이 ASZM-TEDA에 비하여 약 3.3배, Zr(OH)4-TEDA에 비하여는 무려 5.5배 길게 나타났다. 그리고 UiO-66-TEDA의 경우는 ASZM-TEDA에 비하여 1.5배, Zr(OH)4-TEDA에 비하여 2.5배 이상 성능이 좋은 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 동일한 방호력을 위한 여과장치 설계시 흡착제의 무게를 획기적으로 줄일 수 있다는 것을 암시한다.Based on these points, it can be seen from Table 2 and FIG. 4 that the filling density of MOF-808-TEDA is lower than that of Zr (OH) 4 -TEDA or ASZM-TEDA, Was about 3.3 times longer than ASZM-TEDA and 5.5 times longer than Zr (OH) 4 -TEDA. The performance of UiO-66-TEDA was 1.5 times higher than that of ASZM-TEDA and 2.5 times higher than that of Zr (OH) 4 -TEDA. These results imply that the weight of the adsorbent can be drastically reduced when designing a filtration device for the same protection.

도 5는 금속유기얼개인 MOF-808에 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착하는 방법과 증착 양에 따른 염화시안(CK)의 흡착능력을 비교하여 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a comparison between the method of depositing triethylenediamine (TEDA) on the MOF-808 metal organic compound and the adsorption capacity of cyanide chloride (CK) according to the deposition amount.

도 5에 도시된 바와 같이 상압에서 MOF-808에 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착한 경우는 무게비율로 트리에틸렌디아민(TEDA)의 양이 15 중량%(MOF-808-T15)인 경우 가장 높은 염화시안(CK)의 흡착성능을 보임을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5, when triethylenediamine (TEDA) was deposited on MOF-808 at atmospheric pressure, when the amount of triethylenediamine (TEDA) was 15 wt% (MOF-808-T15) And the adsorption performance of cyanide chloride (CK) was confirmed.

이는 앞서 표 2와 도 4에서 살펴보았듯이 상용제품인 ASZM-TEDA 활성탄이나 Zr(OH)4-TEDA의 경우 최고의 염화시안(CK)의 흡착성능 보이는 트리에틸렌디아민(TEDA) 증착량이 6 중량%인 점과 비교하여 MOF-808의 경우로 15 중량%의 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착했을 때는 두 배 이상의 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.This is the Table 2 above, and we have seen in Figure 4, as a commercial product, ASZM TEDA-activated carbon or Zr (OH) 4, if the adsorption performance of the best visible -TEDA cyan chloride (CK) triethylenediamine (TEDA) deposition amount of 6% by weight, that (TEDA) was deposited at a concentration of 15% by weight in the case of MOF-808.

더욱이 트리에틸렌디아민(TEDA) 증착량을 30 중량%로 진공 증착 방법으로 증착한 경우(MOF-808-T30V)에는 상압에서 회전 증발 방법으로 트리에틸렌디아민(TEDA) 15 중량%를 증착한 경우(MOF-808-T15)보다 좋은 염화시안(CK) 흡착능력을 보이고 있다. 이는 진공 환경에서 증착할 경우 MOF-808의 기공 내부 표면으로 골고루 트리에틸렌디아민(TEDA)가 증착되므로 넓은 표면에 증착되어 있는 트리에틸렌디아민(TEDA)로 인해 효과적으로 염화시안(CK)과 반응할 수 있다는 것을 알 수 있다.Further, when 15% by weight of triethylenediamine (TEDA) was vapor-deposited by rotary evaporation at normal pressure (MOF-808-T30V) in the case of vapor deposition of triethylenediamine (TEDA) -808-T15) than that of the conventional cyanide (CK) adsorbing ability. This is because when triethylenediamine (TEDA) is deposited evenly on the pore inner surface of MOF-808 when it is deposited in a vacuum environment, triethylenediamine (TEDA) deposited on a wide surface can effectively react with cyanide .

또한, 공기 중 습도가 염화시안(CK) 제거능력에 미치는 영향을 확인하기 위하여 흡착층을 통과하는 20℃의 상온에서 공기의 상대습도가 0과 60%인 조건에서 MOF-808-TEDA 30 중량% 및 UiO-66-TEDA 6 중량%에 대한 실험 결과를 각각 도 6과 도 7에 나타내었다. 도 6과 도 7에서 나타낸 Dry는 트리에틸렌디아민(TEDA)이 증착되어 표면 개질된 금속유기얼개로 이루어진 흡착층을 통과하는 공기의 상대습도가 0%인 경우에서의 염화시안(CK)의 파과 실험 결과이고, Humid는 공기의 상대습도가 60%인 경우에서의 염화시안(CK)의 파과 실험 결과를 나타낸 것이다.In order to examine the effect of air humidity on the removal ability of CI, the MOF-808-TEDA was mixed with 30 wt% of MOF-808-TEDA under the conditions of relative humidity of 0 and 60% And 6 wt% of UiO-66-TEDA are shown in Figs. 6 and 7, respectively. 6 and 7 show the results of experiments on the breakthrough of cyanide chloride (CK) in the case where the relative humidity of the air passing through the adsorption layer made of the metal organic substrate with the surface-modified triethylenediamine (TEDA) , And Humid shows the results of a breakthrough of cyanide chloride (CK) in the case where the relative humidity of air is 60%.

일반적인 ASZM-TEDA 활성탄의 경우 습도가 높은 조건에서 급격한 흡착능력 저하가 나타나지만, 도 6과 도 7에서 볼 수 있듯이 아민계 화합물로 표면 개질된 금속유기얼개인 UiO-66-TEDA와 MOF-808-TEDA의 경우 상대습도가 0%인 건조한 조건보다 상대습도가 60%인 습한 조건에서 염화시안(CK) 파과 시간이 3배 이상 정도로 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같은 결과는 습한 조건에서 염화시안(CK)의 제독 효율이 향상되었다는 의미인 바, 습기가 있는 야전 환경 조건에서 본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개의 활용 가능성이 높다는 것을 알 수 있다.In general ASZM-TEDA activated carbon, the abrupt adsorption capacity deteriorates under high humidity conditions. However, as shown in FIGS. 6 and 7, the amine-based UDO-66-TEDA and MOF-808-TEDA (CK) breakthrough time was more than three times higher in a wet condition where the relative humidity was 60% than in a dry condition where the relative humidity was 0%. This result shows that the cyanide chloride CK) is improved, it can be seen that the use of the surface-modified metal organic material of the present invention is highly likely to take place in a humid field environment condition.

실시예 7은 표면이 개질된 금속유기얼개의 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 흡착성능을 평가하기 위해 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl mhethylphosphonate, DMMP)의 파과 실험을 수행하였다.Example 7 was conducted in order to evaluate the adsorption performance of dimethylmethylphosphonate (DMMP) on the surface-modified metal organic framework with dimethylmeththylphosphonate (DMMP).

여기서 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)는 전쟁용 가스인 사린(sarin, GB)의 유사작용제로, 사린과 동일하게 흡착제에 의하여 흡착되는 성질을 가지고 있다. 따라서 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 흡착능력이 우수하면 신경가스인 사린에 대한 흡착성능도 우수한 것으로 판단이 가능하다.Here, dimethylmethylphosphonate (DMMP) is a similar agent to warin gas sarin (GB), which is adsorbed by an adsorbent in the same manner as sarin. Therefore, if the adsorption capacity of dimethylmethylphosphonate (DMMP) is good, it can be judged that the adsorption performance against sarin, which is a nerve gas, is also excellent.

구체적으로 실시예 7은 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 제조된 분말형태의 표면 개질된 금속유기얼개를 가지고 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 수행하며, 다만 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 파과 실험을 위하여 표면 개질된 금속유기얼개가 충전된 반응관에 23 내지 27℃ 온도, 상대습도 10%로 2시간 동안 통과시켜 전처리를 실시한 후, 23 내지 27℃, 상대습도 10%로 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 농도가 3,000 mg/m3인 혼합공기를 흡착 반응기 입구로 선속도 5.9 cm/초가 되도록 보내어 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 파과 실험을 수행하였다.Specifically, Example 7 was carried out in the same manner as in Example 6 with the surface-modified metal organic particles in the form of powder prepared in the same manner as in Example 5, except that dimethylmethylphosphonate (DMMP) Treated at a temperature of 23 to 27 ° C and a relative humidity of 10% for 2 hours to a reaction tube filled with the surface-modified metal organic material, and then dimethylethylphosphonate DMMP) concentration was 3,000 mg / m 3 of sending a mixed air to a linear velocity of 5.9 cm / sec to the adsorption reactor inlet perform the breakthrough experiment of dimethyl methyl phosphonate (DMMP).

그 결과 도 8에 도시된 바와 같이, MOF-808-TEDA의 경우는 표면 개질되지 않은 금속유기얼개인 MOF-808보다 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 흡착성능이 획기적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 또 다른 금속유기얼개로 MIL-100(Fe)에 트리에틸렌디아민(TEDA)을 증착시켜 표면이 개질된 MIL-100(Fe)-TEDA의 경우에서도 MOF-808-TEDA와 유사한 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 흡착성능을 보이는 바, 트리에틸렌디아민(TEDA)을 이용한 표면 개질을 통해 효과적으로 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)와 반응할 수 있다는 것을 알 수 있다.As a result, as shown in FIG. 8, it was confirmed that the adsorption performance of dimethyl methylphosphonate (DMMP) was remarkably increased in MOF-808-TEDA than in MOF-808, In the case of MIL-100 (Fe) -TEDA whose surface was modified by depositing triethylenediamine (TEDA) on MIL-100 (Fe) as another metal organic material, dimethylmethylphosphonate DMMP). As a result, it can be understood that DMEM can be effectively reacted through surface modification with triethylenediamine (TEDA).

실시예 8은 표면이 개질된 금속유기얼개의 염기성 가스인 암모니아(NH3)에 대한 흡착성능을 평가하기 위한 것으로, 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 제조된 분말형태의 표면 개질된 금속유기얼개를 가지고 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 수행하며, 다만 암모니아(NH3)의 파과 실험을 위하여 표면 개질된 금속유기얼개가 충전된 반응관을 23 내지 27℃ 온도로 하여 암모니아(NH3) 농도가 1,000 mg/m3 인 혼합공기를 흡착 반응기 입구로 선속도 5.9 cm/초가 되도록 보내어 파과 실험을 수행하였으며, 이때 습도에 따른 암모니아(NH3)의 흡착성능을 확인하고자 상대습도를 각각 0%와 80%로 조절하여 파과 실험을 수행하였다.Example 8 is for evaluating the adsorption performance of ammonia (NH 3 ), which is a basic gas of the surface-modified metal organic material, to a powder-form surface-modified metal organic material prepared in the same manner as in Example 5 with the sixth embodiment and performs the same way, except ammonia (NH 3) to a surface-modified metal-organic meta is filled reaction tube to a breakthrough experiment with 23 to 27 ℃ temperature of ammonia (NH 3) the concentration is 1,000 mg / m 3 of sending a mixed air to a linear velocity of 5.9 cm / sec to the adsorption reactor inlet was carried out to breakthrough test, wherein ammonia (NH 3) 0% respectively, the relative humidity to determine the adsorption capacity according to the humidity and 80% And the wave breaking experiment was carried out.

그 결과 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 표면 개질된 금속유기얼개인 MOF-808-TEDA의 경우는 상대 습도가 0%인 건조한 조건에서 암모니아(NH3) 파과시간은 70분이고, 상대 습도가 80%로 습한 조건에서의 암모니아(NH3)의 파과시간은 80분으로 나타났다. 이는 도면에는 도시 않았으나 상용제품인 ASZM-TEDA 활성탄의 경우 상대 습도가 0%인 건조한 조건에서 암모니아(NH3)의 파과시간이 38분이고, 상대 습도가 80%로 습한 조건에서 파과시간이 59분으로 나타났다.As a result, as shown in FIG. 9, in the case of MOF-808-TEDA having a surface modified metal organic compound of the present invention, the ammonia (NH 3 ) breakdown time was 70 minutes under a dry condition with a relative humidity of 0% The breakthrough time of ammonia (NH 3 ) in the wet condition at 80% was 80 minutes. Although not shown in the figure, in the case of ASZM-TEDA activated carbon, the breakthrough time of ammonia (NH 3 ) was 38 minutes and the relative humidity was 80% under a dry condition with a relative humidity of 0% .

실시예 9는 표면이 개질된 금속유기얼개의 산성 가스인 아황산가스(SO2)에 대한 흡착성능을 평가하기 위한 것으로, 상기 실시예 5와 동일한 방법에 의해 제조된 표면 개질된 금속유기얼개를 흡착 반응관으로 내경 4 mm 유리관에 충전량 0.5ml으로 충전높이가 약 4cm 정도가 되도록 충전하고, 표면 개질된 금속유기얼개가 충전된 흡착 반응관에 20℃ 온도로 아황산가스(SO2) 농도가 525ppm으로 질소와 혼합된 혼합가스를 흡착 반응기 입구로 선속도 5.3 cm/초가 되도록 보내어 파과 실험을 수행하였다.Example 9 is for evaluating the adsorption performance against sulfur dioxide (SO 2 ) which is an acid gas of a surface-modified metal organic material, and the surface-modified metal organic material prepared by the same method as in Example 5 was adsorbed The reaction tube was charged in a glass tube with an inner diameter of 4 mm to a filling amount of 0.5 ml and a filling height of about 4 cm, and a sulfuric acid gas (SO 2 ) concentration of 525 ppm was measured at 20 ° C in the adsorption reaction tube filled with the surface- Nitrogen mixed gas was sent to the inlet of the adsorption reactor at a linear velocity of 5.3 cm / sec.

아울러, 아황산가스(SO2)에 대한 흡착성능을 비교하고자 상용제품인 ASZM-TEDA 활성탄을 상기 실시예 9와 동일한 조건으로 파과 실험을 수행하였다.In order to compare the adsorption performance with sulfur dioxide (SO 2 ), a commercial product, ASZM-TEDA activated carbon, was tested under the same conditions as in Example 9.

그 결과 도 10에 도시된 바와 같이 산성 가스인 아황산가스(SO2)에서도 표면개질된 금속유기얼개인 MOF-808-TEDA 중량%는 ASZM-TEDA에 비하여 아황산가스(SO2)에 대한 파과시간이 2배 정도 이상으로 향상된 흡착성능을 확인할 수 있었다.As a result, the breakthrough time of the acid gas is sulfur dioxide (SO 2) in the surface-modified metal sulfur dioxide (SO 2) in comparison to the organic freezing individual MOF-808-TEDA wt% ASZM-TEDA as shown in FIG. 10 And the adsorption performance was improved to about 2 times or more.

따라서 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 염기성의 아민계 화합물로 표면 개질된 금속유기얼개는 표면 개질 전의 금속유기얼개나 종래 ASZM-TEDA, Zr(OH)4-TEDA에 비해 염화시안(CK), 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl mhethylphosphonate, DMMP), 암모니아(NH3), 아황산가스(SO2) 등의 다양한 유독성 기체에 대해서 흡착 및 분해 성능이 떨어지지 않으며, 월등히 향상된 흡착 및 분해성능을 갖고, 또한 습한 조건에서도 흡착성능이 떨어지지 않고 우수한 흡착성능을 가질 뿐만 아니라 기존 재료들보다 가벼운 재료들을 사용함으로써 적응 양으로도 동등 이상의 효과를 확보할 수 있으므로 군사용 및 산업용의 여과 재료로 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.Therefore, as described above, the metal organic component surface-modified with the basic amine compound of the present invention is superior to the metal organic component before the surface modification or the conventional ASZM-TEDA and Zr (OH) 4 -TEDA, The adsorbing and decomposing performance of various toxic gases such as dimethyl menthylphosphonate (DMMP), ammonia (NH 3 ) and sulfurous acid gas (SO 2 ) is not deteriorated, the adsorption and decomposition performance is remarkably improved, It can be used as a filtration material for military and industrial use because it can achieve not only a low adsorption performance but also an excellent adsorption performance as well as an effect equal to or greater than that of an adaptation amount by using lighter materials than conventional materials.

이상으로 본 발명의 실시예를 상세히 기술하였는바, 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is clear that it is not. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (9)

아민계 화합물이 금속유기얼개(metal organic franeworks)의 표면 및 기공 내부에 증착되거나 골격 내부에 결합되어 표면 개질된 금속유기얼개로서,
상기 아민계 화합물이 상기 금속유기얼개의 전체 100 중량%를 기준으로 3 내지 30 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
An amine-based metal organic compound, which is deposited on the surface and pores of metal organic franeworks or bonded to the inside of the skeleton,
Characterized in that the amine-based compound comprises from 3 to 30% by weight, based on 100% by weight of the total of the metal organic components, of a surface-modified metal organic framework for the removal of toxic gases.
제1항에 있어서,
상기 금속유기얼개는 중심 금속이 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 바니늄(V), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 루비듐(Ru), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 망간(Mn), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 이트륨(Y), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi) 비소(As), 납(Pb), 인듐(In), 갈륨(Ga), 안티몬(Sb) 및 그 유도체 중 어느 하나 이상의 금속 이온을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
The method according to claim 1,
The metal organic layer is formed of a metal having a central metal such as zirconium (Zr), iron (Fe), titanium (Ti), copper (Cu), hafnium (Hf), vanadium (V), zinc (Zn), cobalt (Ni), barium, calcium, strontium, niobium, chromium, tantalum, molybdenum, rubidium, osmium, tungsten, (W), Mn, Rd, Pd, Pt, Ag, Au, Y, Ge, Characterized in that it contains at least one metal ion selected from the group consisting of As, Pb, In, Ga, and Sb and derivatives thereof. .
제2항에 있어서,
상기 금속유기얼개는 MOF-808, UiO-66, UiO-66-NH2, UiO-67, UiO-67-NH2 및 MIL-100(Fe) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
3. The method of claim 2,
The metal organic meta removes toxic gas, characterized in that any one selected from the MOF-808, UiO-66, UiO-66-NH 2, UiO-67, UiO-67-NH 2 and MIL-100 (Fe) Surface modified metal organic framework for.
제1항에 있어서,
상기 아민계 화합물은 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 트리에틸아민(triethylamine), 퀴누클리딘(quinuclidine) 및 피리딘-4-카르복실산(pyridine-4-carboxylic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
The method according to claim 1,
The amine compound may be any one selected from the group consisting of triethylenediamine, triethylamine, quinuclidine, and pyridine-4-carboxylic acid, or a mixture thereof Characterized in that the surface modified metal organic framework for the removal of toxic gases.
제1항에 있어서,
상기 표면 개질된 금속유기얼개는 회전 증발기를 이용한 회전 증발 방법 또는 진공 증착기를 이용한 진공 증착 방법으로 개질된 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
The method according to claim 1,
Wherein the surface-modified metal organic material is modified by a rotary evaporation method using a rotary evaporator or a vacuum evaporation method using a vacuum evaporator.
제1항에 있어서,
상기 표면 개질된 금속유기얼개는 유독성 기체의 중량대비 파과시간이 1000 분/g 이상인 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
The method according to claim 1,
Wherein the surface modified metal organic layer has a breakthrough time of 1000 min / g or more by weight of the toxic gas.
제6항에 있어서,
상기 유독성 기체는 염화시안(cyanogen chloride), 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl mhethylphosphonate), 암모니아 및 이산화황 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유독성 기체 제거를 위한 표면 개질된 금속유기얼개.
The method according to claim 6,
Wherein the toxic gas is at least one selected from the group consisting of cyanogen chloride, dimethyl menthylphosphonate, ammonia, and sulfur dioxide.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 금속유기얼개를 포함하여 유독성 기체를 흡착 및 분해하는 것을 특징으로 하는 제품.A product comprising a metal organic container according to any one of claims 1 to 6 for adsorbing and decomposing toxic gases. 제8항에 있어서,
상기 제품은 방독면용 정화통, 여과기 또는 방호 소재인 것을 특징으로 하는 제품.

9. The method of claim 8,
Characterized in that the product is a respirator, filter or protective material for respirators.

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