KR20190087174A - Hollow Silica Nanospheres and Preparation Method Thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동공형 실리카구및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비다공성 실리카구(Nonporous Silica sphere)의 고체상전환을 통해 동공형태의 실리카구로 전환하게 되므로 동공의 크기 및 껍질층의 두께를 제어할 수 있는 새로운 동공형 실리카구 제조방법 및 그 방법으로 제조된 동공형 실리카구에 관한 것이다.The present invention relates to a hollow spherical silica spheres and a manufacturing method thereof, and more particularly to a silica spherical spherical silica spherical spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical spherical silica spherical spherical silica spherical spherical silica spherical spherical silica And a pupil-shaped silica spheres produced by the method.
동공(hollow)형 실리카 물질들은 다양한 분야에 활용이 가능하다. 실리카구의 내부에 비어 있는 동공을 활용하여 동공 내부에 필요로 하는 분자나 금속 등을 안정적으로 저장 또는 담지 시킬 수 있기 때문이다. Hollow silica materials can be used in various fields. This is because hollow pores inside the silica spheres can be used to stably store or support molecules or metals required in the pores.
주로 많이 활용되는 분야 중에 하나는 의약 물질 수송 분야가 있다. 동공 내부에 의약 물질로 사용이 가능한 거대 유기 분자들을 저장할 수 있으므로, 동공형 실리카는 이렇게 저장한 의약 물질을 의약 물질이 발현되어야 하는 곳까지 안전하게 배달하고, 의약 물질을 배출시키는 의약 물질 수송체로 활용할 수 있다. 동일한 원리로서 동공 내부에는 효소 분자들을 저장하여, 원하는 곳에서 배출시킬 수 있는 수송체로도 활용이 가능하다. 이러한 가능성은 실리카 자체가 인체에 해가 거의 없는 물질이기 때문에 가능한 것으로 알려져 있다. One of the most widely used fields is the transportation of medicinal materials. Because it can store large organic molecules that can be used as medicines in the pupil, pupil-type silica can be safely delivered to the place where the medicinal substance is to be expressed, and used as a medicinal substance transporter to discharge the medicinal substance have. The same principle can be used as a transporter capable of storing enzyme molecules inside a pupil and discharging it at a desired location. This possibility is known to be possible because the silica itself is a substance that has little harm to the human body.
이와 더불어, 동공형 실리카 내부에 금속 나노입자를 안정적으로 담지시켜 일종의 Core@Shell 구조로 이루어져 있는 촉매 물질 담체로서도 활용이 가능하다. 다양한 화학 촉매 공정에서 가장 많이 쓰이는 촉매의 형태는 불균일계 촉매로서, 반응상과 다른 상(Phase)으로 이루어져 있는 촉매를 말한다. 주로 반응상은 액상(Liquid phase)이나 기상(Gas phase)이 대부분이고, 이 때 사용되는 불균일계 촉매는 주로 고체상(Solid phase)으로 이루어져 있다. 촉매의 편리한 활용을 위해서 촉매 활성을 보이는 물질(주로 금속 나노입자 형태)을 안정적으로 고정시켜줄 수 있는 담체(주로 표면적이 넓은 나노다공성 물질)에 담지시킨 촉매 시스템을 구축하고, 이를 고체 촉매로 활용하게 된다. 이 때, 동공형 실리카의 경우 동공 내부에 작은 금속 나노 입자를 소량으로 담지시킬 수 있고, 이렇게 제조된 Core@Shell 구조의 촉매 형태는 주변에 분산되어 있는 금속 나노 입자들이 서로 뭉치는 현상을 저하시킬 수 있다. 즉, 금속 나노입자들을 일반적인 표면적이 넓은 나노다공성 물질 담체에 담지시키게 되면, 주로 고온/고압으로 진행되는 일반적인 불균일계 촉매 반응 과정 중에 고온의 열에너지를 공급받아 가깝게 배치되어 있는 금속 나노 입자들의 뭉침 현상이 발생한다. 이로 인해 초기 상태의 촉매 물질에 비해서 금속 나노 입자들의 단위 질량당 표면적이 감소하게 되고, 이는 촉매 활성의 저하를 초래하게 된다. 동공형 실리카 내부에 금속 나노입자들을 분산시켜 담지할 경우 이러한 문제점을 해소할 수 있는 것으로 알려져 있다. In addition, it can be used as a catalyst material carrier having a core @ shell structure by stably supporting metal nanoparticles in the pore-forming silica. The most commonly used types of catalysts in various chemical catalyst processes are heterogeneous catalysts, which are composed of phases different from the reaction phase. Most of the reaction phase is a liquid phase or a gas phase, and the heterogeneous catalyst used in this case is mainly composed of a solid phase. In order to facilitate the utilization of the catalyst, a catalyst system supported on a carrier (mainly a nanoporous substance having a large surface area) capable of stably fixing a substance showing catalytic activity (mainly a metal nanoparticle form) can be constructed and utilized as a solid catalyst do. In this case, a small amount of small metal nanoparticles can be supported in the pore-type silica in the case of the pore-type silica, and the catalyst form of the Core @ Shell structure thus produced may reduce the aggregation of the metal nanoparticles dispersed in the periphery . That is, when the metal nanoparticles are supported on a nanoporous substance carrier having a wide surface area, the aggregation of the metal nanoparticles arranged close to each other due to the high temperature thermal energy supplied during the general heterogeneous catalytic reaction proceeding at a high temperature / Occurs. As a result, the surface area per unit mass of the metal nanoparticles is reduced as compared with the catalyst material in the initial state, which leads to a decrease in catalytic activity. It is known that this problem can be solved when metal nanoparticles are dispersed and supported in the porous silica.
동공형 실리카 물질은 다양한 합성법을 활용해서 만들어질 수 있다. 일예로 다양한 실리카 전구체를 활용하여 비다공성 실리카구로 합성하고, 표면에 전해질 유기층을 코팅한 다음 실리카구의 내부를 불산이나 염기성 수용액을 활용하여 선택적으로 녹여내어 합성이 가능하다. 유사한 방법으로, 비다공성 실리카구의 표면에 유기질 관능기를 공유결합으로 접목시켜 표면을 유기층으로 덮고, 마찬가지로 실리카구의 내부를 불산이나 염기성 수용액을 활용하여 선택적으로 녹여내어 제조가 가능하다. Porous silica materials can be made using a variety of synthetic methods. For example, a variety of silica precursors can be synthesized into nonporous silica spheres, the surface of which is coated with an electrolyte organic layer, and then the inside of the silica spheres can be selectively dissolved by using hydrofluoric acid or a basic aqueous solution. In a similar manner, the surface of the non-porous silica spheres is grafted with a covalent organic functional group to cover the surface with an organic layer, and the inside of the silica spheres can be selectively dissolved by using hydrofluoric acid or a basic aqueous solution.
또 다른 제조법으로는, 실리카구를 합성하는 과정에서 실리카 전구체와 함께 유기질 주형이나 고체 형태의 주형을 함께 첨가하여 실리카 전구체가 고분자화되어 실리카구를 형성하는 과정에서 주형을 포함하여 실리카구가 형성되고, 추후 주형은 선택적으로 태우거나 녹여내면 내부에 동공이 형성된 동공형 실리카를 제조할 수도 있다. 이 때, 유기질 주형은 주로 분자량이 큰 고분자나 분자량이 큰 기름(oil) 분자 또는 계면활성제 구조의 유기 분자들을 활용할 수 있다. As another manufacturing method, a silica sphere including a template is formed in the process of forming a silica sphere by polymerizing a silica precursor by adding an organic template or a solid-type template together with a silica precursor together with a silica precursor in the course of synthesizing a silica sphere , And the mold may be selectively burned or melted to prepare a pore-form silica having a cavity therein. At this time, the organic mold can mainly utilize a polymer having a large molecular weight, an oil molecule having a large molecular weight, or organic molecules having a surfactant structure.
현재까지 알려진 동공형 실리카의 제조방법들은 모두 제조 공정 단계가 복잡하며, 여러 단계를 거쳐 제조해야만 하므로 제조 단가가 높은 편이다. 주형을 활용하여 제조하는 공정도, 불산이나 염기성용액으로 처리하여 동공을 제조하는 후처리 공정에 비하여 공정 단계는 간소화 되었으나, 주형으로 활용되는 고분자나 거대 계면활성제 분자들의 가격이 다소 높은 편이다. 또한, 이러한 방법으로 제조된 동공형 실리카들은 실리카구를 형성하는 실리카 벽에 메조기공을 포함하고 있는 경우도 있고, 포함하지 않는 경우도 있는 등 하나의 제조 방법으로 동공형 실리카의 여러 가지 구조적 변수(동공의 크기, 실리카 벽의 두께 등)들을 체계적으로 제조할 수 있는 제조방법이 아직까지 개발되지 않은 상태이다. The manufacturing methods of the known pore-type silica are complicated, and the production cost is high because they have to be manufactured through various steps. Processes using molds have also been simplified in comparison with the post-treatment process in which pores are produced by treatment with hydrofluoric acid or a basic solution, but the prices of polymers and macromolecular surfactants used as templates are somewhat higher. In addition, the pore-form silicas prepared by this method may or may not include mesopores in the silica wall forming the silica spheres. In one manufacturing method, various structural parameters of the pore-form silica The size of the pupil, the thickness of the silica wall, etc.) have not yet been developed.
본 발명자들은 상술된 문제점을 해결할 수 있는 촉매를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과 경제적이며 간단한 동공형 실리카구(hollow Silica sphere)의 제조 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. As a result of efforts to develop a catalyst capable of solving the above-mentioned problems, the present inventors have completed the present invention by developing a simple and economical method for producing a hollow silica sphere.
따라서, 본 발명의 목적은 비다공성 실리카구를 시작 물질로 하여 고체상전환이라는 단일합성 단계를 통해 동공형 실리카구로 간단하게 전환시킬 수 있을 뿐만 아니라 동공형 실리카구의 껍질층의 두께 및 동공의 직경을 제어할 수 있는 동공형 실리카구 제조방법 및 그 방법으로 제조된 동공형 실리카구를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for preparing a porous silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical silica spherical spherical silica spherical spherical silica And a pupil-shaped silica spheres produced by the method.
본 발명의 다른 목적은 비다공성 실리카구 합성시 필요한 금속입자를 포함시키는 방식으로 동공형 실리카 내부에 금속 나노입자가 안정적으로 담지된 동공형 실리카구를 제조할 수 있는 동공형 실리카구금속촉매 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a spherical silica spherical catalyst capable of producing a spherical silica spheres in which metal nanoparticles are stably supported in a pore-type silica by incorporating metal particles required for forming a non- .
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and although not explicitly mentioned, the object of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the detailed description of the invention .
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 실리카구를 준비하는 단계; 상기 실리카구의 고체상전환을 통해 상기 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 동공형실리카구전구체를 형성하는 단계; 및 상기 동공형실리카구전구체를 후처리하는 단계;를 포함하는 동공형 실리카구 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the objects of the present invention described above, Forming a hollow spherical silica precursor including a hollow formed in the silica spheres through a solid phase conversion of the silica spheres and a shell layer formed to form outer walls of the pores; And a step of post-treating the pore-forming silica spherulite precursor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고체상 전환은 상기 실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계; 및 상기 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계;를 포함한다. In a preferred embodiment, the solid phase conversion is carried out by stirring the silica spheres in a basic aqueous solution in which the cyclic organic ammonium molecules are dissolved, followed by stirring to obtain a reaction solution; And a hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain the spherical silica spherule precursor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 교반단계에서 상기 실리카구의 표면에 상기 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고, 상기 수열합성단계에서 상기 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 상기 코팅층 내부로 침투하여 상기 실리카구 내부를 녹여서 상기 실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 상기 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성된다. In a preferred embodiment, in the stirring step, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer. In the hydrothermal synthesis step, the basic material contained in the basic aqueous solution And the inside of the silica spheres is melted to form a shell layer having a curved surface of a predetermined thickness and a hollow surrounded by the shell layer.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 후처리단계를 통해 상기 동공형실리카구의 껍질층에 다수의 기공이 형성된다. In a preferred embodiment, a plurality of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spheres through the post-processing step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 실리카구의 크기에 따라 상기 동공의 직경이 결정된다. In a preferred embodiment, the diameter of the pupil is determined according to the size of the silica spheres prepared in the step of preparing the silica spheres.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리카구를 준비하는 단계는 금속촉매가 포함되도록 실리카구를 합성하여 수행된다.In a preferred embodiment, the preparation of the silica spheres is performed by synthesizing silica spheres so as to include the metal catalyst.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 후처리단계는 상기 동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행된다. In a preferred embodiment, the post-treatment step is carried out by baking the spherical silica spheroid precursor at 500 ° C to 800 ° C.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 교반된 반응용액에서 실리카:금속염:고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:16~50:5~20:5400~6600이다. 여기서 금속염에 포함된 금속이온은 1가인 알칼리금속을 기준으로 하므로, 2가인 알칼리토금속이면 몰비는 1가금속염의 1/2인 8~25일 수 있다. In a preferred embodiment, the molar ratio of silica: metal salt: cyclic organic ammonium: water in the stirred reaction solution is 90 to 110: 16 to 50: 5 to 20: 5400 to 6600. Since the metal ion contained in the metal salt is based on an alkali metal monovalent, the molar ratio of the alkaline earth metal may be 8 to 25, which is 1/2 of the monovalent metal salt.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고리형 유기암모늄의 함량을 조절하여 상기 껍질층의 두께를 제어한다. In a preferred embodiment, the thickness of the shell layer is controlled by adjusting the content of the cyclic organic ammonium.
또한, 본 발명은 일정 직경의 동공(hollow); 및 상기 동공의 외벽을 이루는 일정두께의 껍질층; 포함하는데, 상기 껍질층은 실리카 및 고리형 유기암모늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구전구체를 제공한다.The present invention also relates to an optical fiber comprising a hollow having a constant diameter; And a shell layer having a predetermined thickness constituting an outer wall of the pupil; Wherein the shell layer is composed of silica and cyclic organoammonium.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 껍질층에서 상기 실리카 및 고리형 유기암모늄은 90~110:5~20 몰비로 포함된다. In a preferred embodiment, the silica and the cyclic organoammonium in the shell layer are included in a molar ratio of 90 to 110: 5 to 20.
또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 제조방법으로 제조되거나 상술된 동공형 실리카구전구체를 소성처리하여 제조되어 메조다공성 껍질층이 형성된 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구를 제공한다.The present invention also provides a hollow spherical silica spheres prepared by any one of the above-mentioned production methods, or a mesoporous shell layer formed by calcining the spherical silica spheroid precursor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 메조다공성은 상기 동공형실리카구전구체에 포함된 고리형 유기암모늄이 제거되어 형성된다. In a preferred embodiment, the mesoporosity is formed by removing the cyclic organic ammonium contained in the spherical silica spherule precursor.
또한, 본 발명은 금속입자가 포함되도록 실리카구를 합성하여 금속입자함유실리카구를 준비하는 단계; 상기 금속입자함유실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계; 상기 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 금속입자함유 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 금속입자함유동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계; 및 상기 금속입자함유동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행되는 후처리단계;를 포함하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a silica spheres, comprising: preparing silica spheres containing metal particles to prepare silica spheres containing metal particles; Stirring the metal particle-containing silica spheres into a basic aqueous solution in which cyclic organic ammonium molecules are dissolved, followed by stirring to obtain a reaction solution; A hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain a porous spherical silica precursor containing metal particles, the hollow spherical particles comprising a hollow formed in the metal particle-containing silica spheres and a shell layer formed to form an outer wall of the pores; And a post-treatment step in which the metal particle-containing porous silica spheroid precursor is calcined at 500 ° C to 800 ° C.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 교반단계에서 상기 금속입자함유실리카구의 표면에 상기 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고, 상기 수열합성단계에서 상기 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 상기 코팅층 내부로 침투하여 상기 금속입자함유실리카구 내부를 녹여서 상기 금속입자함유실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 상기 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성되고, 형성된 동공에 상기 금속입자가 담지 된다. In a preferred embodiment, in the stirring step, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the metal particle-containing silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer. In the hydrothermal synthesis step, the basic substance contained in the basic aqueous solution A shell layer which is a curved surface composed of a surface of the silica spheres containing the metal particles and a coating layer and has a curved surface and a hollow surrounded by the shell layer are formed by penetrating into the coating layer and melting the interior of the silica spheres containing the metal particles, The metal particles are carried.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 후처리단계를 통해 상기 동공형실리카구 금속촉매의 껍질층에 다수의 기공이 형성된다. In a preferred embodiment, a plurality of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spherical metal catalyst through the post-treatment step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속입자함유실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 금속입자함유실리카구의 크기에 따라 상기 동공의 직경이 결정되고, 상기 고리형 유기암모늄의 함량을 조절하여 상기 껍질층의 두께를 제어한다. In a preferred embodiment, the diameter of the pore is determined according to the size of the metal particle-containing silica spheres prepared in the step of preparing the metal particle-containing silica spheres, and the content of the cyclic organic ammonium is controlled to adjust the thickness of the shell layer .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 교반된 반응용액에서 실리카:금속염:고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:3~23:3~20:5400~6600이다. 여기서 금속염에 포함된 금속이온은 1가인 알칼리금속을 기준으로 하므로, 2가인 알칼리토금속이면 몰비는 1가 금속염의 1/2인 8~25일 수 있다. In a preferred embodiment, the molar ratio of silica: metal salt: cyclic organic ammonium: water in the stirred reaction solution is from 90 to 110: 3 to 23: 3 to 20: 5400 to 6600. Since the metal ion contained in the metal salt is based on an alkali metal monovalent, the molar ratio of the alkaline earth metal may be 8 to 25, which is 1/2 of the monovalent metal salt.
또한, 본 발명은 상술된 동공형 실리카구; 및 상기 실리카구의 동공에 담지되는 약물;을 포함하는 약물저장체를 제공한다.The present invention also relates to the above-mentioned pore-forming silica spheres; And a drug supported on the pores of the silica spheres.
상술된 본 발명에 의하면 비다공성 실리카구를 시작 물질로 하여 고체상전환이라는 단일합성 단계를 통해 동공형 실리카구로 간단하게 전환시킬 수 있을 뿐만 아니라 동공형 실리카구의 껍질층의 두께 및 동공의 직경을 용이하게 제어할 수 있다. According to the present invention described above, not only the non-porous silica spheres can be easily converted into the spherical silica spheres through a single synthesis step of solid phase transformation, but also the thickness of the shell layer of the spherical silica spheres and the diameter of the pores can be easily Can be controlled.
또한, 본 발명에 의하면 비다공성 실리카구 합성시 필요한 금속입자를 포함시키는 방식으로 동공형 실리카 내부에 금속 나노입자가 안정적으로 담지된 동공형 실리카구를 제조할 수 있어 동공형 실리카구금속촉매를 쉽게 제조할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to prepare a hollow silica spheres in which metal nanoparticles are stably supported on the inside of the hollow silica by incorporating metal particles necessary for forming the non-porous silica spheres, Can be manufactured.
본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical advantages of the present invention are not limited to the above-mentioned technical scope, and even if not explicitly mentioned, the effect of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the concrete contents for carrying out the invention Of course.
도 1은 본 발명에서 동공형실리카구의 합성 및 구의 표면에 형성된 껍질층의 두께조절 과정을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 크기가 조절된 실리카 나노구(Silica Nanosphere)의 투과전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고리형 유기암모늄 분자의 유무에 따른 효과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동공형 실리카의 질소흡착등온선 그래프 및 기공크기 분포도 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 동공형 실리카의 합성 과정에서 온도 변화에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 동공형 실리카의 합성 과정에서 pH 변화에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 동공형 실리카의 합성 시간에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 8은 실리카 나노구와 동공형 실리카에 로다민(Rhodamine B) 분자를 흡수시킨 후 완충 용액에서 방출되는 정도를 분석한 자외선-가시광선 분광스펙트럼 결과이며, 실리카 물질의 로다민 흡수 정도를 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 실리카 나노구의 투과전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카의 합성 과정에서 온도 변화에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카의 합성 과정에서 pH 변화에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카의 합성 과정에서 시간에 따른 합성 결과를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카의 합성 과정에서 고리형 유기암모늄 분자의 함량에 따라 실리카 껍질의 두께 변화를 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카의 합성 과정에서 고리형 유기암모늄 분자의 함량에 따른 동공형 실리카의 주사전자현미경 사진이다.
도 15는 동공형 실리카와 메조 다공성 실리카에 백금 나노입자를 담지시킨 후, 100℃ 내지 600℃의 온도범위에서 소성시킴으로써 백금 나노입자의 크기 변화를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing synthesis of a spherical silica spheres in the present invention and a process of controlling the thickness of a skin layer formed on the surface of the spheres. FIG.
2 is a transmission electron micrograph of a silica nanosphere having an average size controlled according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a transmission electron micrograph showing the effect of the cyclic organic ammonium molecules according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a nitrogen adsorption isotherm and pore size distribution of a pore-type silica according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a transmission electron micrograph showing the result of synthesis according to the temperature change in the process of synthesizing the pore-forming silica according to the embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a transmission electron microscope (SEM) image showing the result of synthesis according to pH change during the synthesis of the porous silica according to the embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a transmission electron micrograph showing the result of synthesis of the porous silica according to the embodiments of the present invention with time.
FIG. 8 shows the result of ultraviolet-visible light spectroscopy analysis of the degree of release of the Rhodamine B molecules in the silica nanospheres and the pore-forming silica and release of the buffer solution, showing the degree of rhodamine absorption of the silica material.
FIG. 9 is a transmission electron micrograph of a silica nanosphere supporting platinum nanoparticles according to embodiments of the present invention. FIG.
FIG. 10 is a transmission electron microscope (SEM) image showing the result of synthesizing the platinum nanoparticle-loaded pore-type silica according to the temperature according to the embodiments of the present invention.
FIG. 11 is a transmission electron micrograph showing the result of synthesis according to pH change in the process of synthesizing the pore-type silica supporting platinum nanoparticles according to the embodiments of the present invention.
12 is a transmission electron micrograph showing the result of synthesis over time in the process of synthesizing the pore-form silica supporting the platinum nanoparticles according to the embodiments of the present invention.
13 is a transmission electron micrograph showing a change in the thickness of the silica shell according to the content of the cyclic organic ammonium molecules in the process of synthesizing the platinum nanoparticle-supported pore-type silica according to the embodiments of the present invention.
FIG. 14 is a scanning electron micrograph of the porous silica according to the content of the cyclic organic ammonium molecules in the process of synthesizing the platinum nanoparticle-supported pore-type silica according to the embodiments of the present invention.
15 is a scanning electron micrograph showing the change in size of platinum nanoparticles by carrying platinum nanoparticles on porous silica and mesoporous silica and then firing in a temperature range of 100 ° C to 600 ° C.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Accordingly, the terms used in the present invention should not be construed to be mere terms, but should be interpreted based on the ordinary meanings of the terms and contents described throughout the specification of the present invention. In particular, where the use of the terms " about ", "substantially" or " about " is used, it can be interpreted that the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meanings are used in the numerical value or in close proximity to the numerical value .
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 발명에서 사용하는 용어 "동공(Hollow)"은 모든 방향이 외벽으로 둘러싸인 속이 비어 있는 공간을 의미한다. The term "Hollow " used in the present invention means a hollow space surrounded by outer walls in all directions.
본 발명에서 사용하는 용어 "구"는 전체적인 형상이 구 또는 구와 유사한 입체로서 특히 "실리카구"는 실리카로 구성된 속이 전혀 비어있지 않은 구체를 의미한다. As used herein, the term "sphere" means a sphere whose overall shape is a spherical body similar to a sphere or a sphere, and in particular, the "silica sphere"
본 발명에서 사용하는 용어 "동공형 실리카구"는 실리카구 내부에 동공이 형성된 구조를 의미한다. The term "pore-forming silica spheres" used in the present invention means a structure in which a pore is formed in a silica spheres.
본 발명에서 사용하는 용어 "고체상전환"은 시작물질인 초기 실리카구의 외부 형태는 그대로 유지한 채로 그 내에 동공을 형성시키는 반응을 의미한다. The term " solid phase conversion "used in the present invention means a reaction in which a pore is formed in the initial silica spheres while maintaining the external shape of the initial silica spheres as they are.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.
본 발명의 기술적 특징은 내부에 동공이 전혀 없는 속이 꽉 찬 실리카구(Silica sphere)를 시작물질로 하여 구체인 외부형태는 유지한 상태로 그 내부에 동공을 형성시키는 고체상전환을 통해 동공형 실리카구(hollow silica sphere)를 제조하는 기술적 구성에 있다.The technical feature of the present invention is that the spherical silica spheres are formed by solid phase transformation in which spherical silica spheres having no pores inside are used as a starting material and pores are formed in a state in which the spherical outer shape is maintained, (hollow silica spheres).
즉, 일반적으로 고체 가루 형태의 실리카구를 염기성 수용액에 첨가하여 수열처리할 경우, 염기성 수용액 환경에서 실리카구를 구성하고 있는 실리카들은 수열처리 시간 및 온도에 따라 모두 녹아버리고, 초기 형태를 유지하지 못한다. 특히 내부에는 동공이 형성되지 않는다. 하지만, 본 발명과 같이 고리형 유기암모늄 분자를 염기성 수용액에 첨가할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 고리형 유기암모늄 분자가 실리카구의 표면에 정전기적 인력으로 결합되어 코팅층을 형성하고, 코팅층이 형성된 상태에서 수열합성반응을 하게 되면 코팅층은 유지된 상태로 염기성 수용액의 수산화나트륨(NaOH) 등 금속염이 실리카구의 내부에 침투하여 내부만을 녹여내여 동공을 형성할 수 있어 동공형 실리카구를 제조하는 새로운 방법이기 때문이다. That is, when a silica powder in the form of a solid powder is added to a basic aqueous solution and subjected to hydrothermal treatment, the silica constituting the silica spheres in a basic aqueous solution dissolves according to the heat treatment time and temperature and does not maintain its initial shape . Particularly, no pupil is formed inside. However, when the cyclic organic ammonium molecules are added to the basic aqueous solution as in the present invention, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the silica spheres by electrostatic attraction as shown in FIG. 1 to form a coating layer, In the hydrothermal synthesis reaction in the state, the coating layer is maintained and the metal salt such as sodium hydroxide (NaOH) of the basic aqueous solution penetrates into the inside of the silica spheres, and only the inside is melted to form the pores, .
따라서, 본 발명의 동공형 실리카구 제조방법은 실리카구를 준비하는 단계; 상기 실리카구의 고체상전환을 통해 상기 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 동공형실리카구전구체를 형성하는 단계; 및 상기 동공형실리카구전구체를 후처리하는 단계;를 포함한다.Accordingly, the method of the present invention for preparing a hollow silica spheres comprises: preparing a silica spheres; Forming a hollow spherical silica precursor including a hollow formed in the silica spheres through a solid phase conversion of the silica spheres and a shell layer formed to form outer walls of the pores; And post-treating the pore-forming silica spherule precursor.
특히, 고체상 전환은 실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계; 및 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계;를 포함할 수 있다. Particularly, the solid phase conversion is carried out by stirring the silica spheres in a basic aqueous solution in which the cyclic organic ammonium molecules are dissolved, followed by stirring to obtain a reaction solution obtained; And a hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain the spherical silica spherule precursor.
본 발명에서 사용하는 실리카구는 그 직경이 수나노미터에서 수마이크로미터일 수 있는데, 잘 알려져 있는 Stㆆber 방법을 활용하여 다양한 크기로 균일하게 합성할 수 있으며, 같은 조건에서 금속 나노입자를 합성 용액에 넣어주고 제조하면 금속 나노입자가 담지되어 있는 금속입자함유 실리카구도 합성할 수 있다. The silica spheres used in the present invention may have a diameter of several nanometers to several micrometers. The silica spheres used in the present invention can be uniformly synthesized in various sizes using the well-known Stöber method. Under the same conditions, , And silica particles containing metal particles in which metal nanoparticles are supported can be synthesized.
고리형 유기암모늄 분자는 공지된 모든 물질이 사용될 수 있는데, 분자 내에 벤젠고리뿐만 아니라, 알킬, 알케닐 그룹도 적용이 가능하며, 암모늄의 전하를 보상하기 위한 음이온으로서 염소 음이온 외에도 다양한 음이온으로 전환되어 활용될 수 있다. 고리형 유기암모늄 분자의 일 구현예로서 아래와 같은 형태로 활용이 가능할 것이다. As the cyclic organic ammonium molecule, any known substance can be used. In addition to the benzene ring, alkyl and alkenyl groups can be applied in the molecule. In addition to the chlorine anion, anion for compensating the charge of ammonium is converted into various anions Can be utilized. One embodiment of the cyclic organic ammonium molecule may be used in the following form.
일 구현예로서 도 1에 도시된 바와 같이 교반단계에서 실리카구의 표면에 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고, 수열합성단계에서 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 코팅층 내부로 침투하여 실리카구 내부를 녹여서 실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성될 수 있다. In one embodiment, as shown in FIG. 1, in a stirring step, a cyclic organic ammonium molecule is bonded to the surface of a silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer. In the hydrothermal synthesis step, a basic substance contained in the basic aqueous solution is introduced into the coating layer And the inside of the silica spheres may be melted to form a hollow surrounded by a shell layer and a shell layer, which are curved surfaces of a certain thickness made up of the surface of the silica spheres and the coating layer.
이처럼, 시작물질인 실리카구의 크기 즉 실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 실리카구의 크기에 따라 최종적으로 얻어진 동공형실리카구의 내부에 형성된 동공의 직경이 결정되고, 고리형 유기암모늄의 함량에 따라 껍질층의 두께가 결정되므로, 형성된 동공의 크기는 시작물질인 실리카구의 직경에 따라 수 nm ~ 수 μm까지 가능하며, 껍질층의 두께 또한 수나노미터에서 수십나노미터까지 형성할 수 있다. As described above, the diameter of the pores formed in the finally obtained pore-type silica sphere is determined according to the size of the silica sphere as the starting material, that is, the size of the silica sphere prepared in the step of preparing the silica sphere, Since the thickness is determined, the size of the formed pores can be from several nm to several μm depending on the diameter of the silica spheres as the starting material, and the thickness of the shell layer can also be formed from several nanometers to tens of nanometers.
따라서 본 발명에 의하면 필요한 직경의 동공의 크기가 결정되면 실리카구 준비시 실리카구의 크기에 반영하면 되므로 극히 용이하게 동공의 크기를 제어할 수 있고, 필요한 껍질층 두께에 따라 고리형 유기암모늄 함량을 조절하게 되면 껍질층의 두께 또한 극히 용이하게 제어할 수 있다.Therefore, according to the present invention, when the size of the pores having a required diameter is determined, it is possible to control the size of the pores very easily since the size of the silica spheres can be easily controlled when the silica spheres are prepared, and the cyclic organic ammonium content can be controlled The thickness of the skin layer can also be controlled very easily.
한편, 교반단계에서 얻어진 반응용액에서 실리카:금속염:고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:16~50:5~20:5400~6600일 수 있는데, 이 범위는 금속염에 포함된 금속이온이 1가인 알칼리금속을 기준으로 다수의 실험을 통해 실험적으로 결정된 것이며, 이러한 몰비의 범위에서 동공형 실리카 나노구를 성공적으로 얻어낼 수 있다. 따라서, 금속염이 2가인 알칼리토금속을 포함하면 몰비는 1가 금속염의 1/2인 8~25일 수 있다. 각 구성성분의 몰비가 미만이거나 초과하게 되면 고체상변환을 통해 원하는 동공형실리카구를 얻기가 어려워지지만, 몰비와 함께 다른 합성 변수(온도 및 시간)들을 조절할 경우 동공형 실리카 나노구를 성공적으로 합성할 수도 있기 때문에 다른 합성 변수(온도 및 시간)들이 달라지면 동공형 실리카 나노구를 얻어내기 위한 성공적인 몰비로서 위의 범위만을 국한시킬 필요는 없다. The molar ratio of silica: metal salt: cyclic organic ammonium: water in the reaction solution obtained in the stirring step may be 90 to 110: 16 to 50: 5 to 20: 5400 to 6600, 1 < / RTI > alkali metal, and it is possible to successfully obtain a pupil-type silica nanosphere in such a range of molar ratios. Accordingly, if the metal salt contains an alkaline earth metal which is divalent, the molar ratio may be 8-25, which is 1/2 of the monovalent metal salt. If the molar ratio of each component is less than or greater than the molar ratio of the respective components, it becomes difficult to obtain the desired pore-shape silica spheres through solid phase transformation. However, when the other composition variables (temperature and time) It is not necessary to confine the above range only as a successful molar ratio for obtaining a pupil-shaped silica nanosphere if other synthesis parameters (temperature and time) are different.
후처리단계를 통해 동공형실리카구의 껍질층에 다수의 기공이 형성되는데, 기공크기는 메조기공(기공크기 2 ~ 50 nm)을 포함할 수 있다. 후처리단계는 동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행될 수 있다. 소성처리는 퍼니스에서 전열장치를 이용하여 이루어지며, 이때 다양한 기체(산소, 질소 또는 공기 등)들을 주입하면서 처리할 수 있다. 일반적으로는 산소 또는 산소를 포함하는 공기를 주입하면서 처리하고, 이 과정에서 동공형실리카구 전구체 내부에 포함되어 있는 고리형유기암모늄 분자들을 태워서 제거할 수 있다. A number of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spheres through a post-treatment step, and the pore size may include mesopores (pore
또한, 본 발명의 동공형실리카구전구체는 상술된 동공형실리카구 제조과정에서 얻어지는데, 일정 직경의 동공(hollow); 및 상기 동공의 외벽을 이루는 일정두께의 껍질층; 포함한다. 특히, 본 발명의 동공형실리카구전구체는 껍질층이 실리카 및 고리형 유기암모늄으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 껍질층에서 실리카 및 고리형 유기암모늄은 90~110:5~20의 몰비로 포함될 수 있다. In addition, the spherical silica spherule precursor of the present invention is obtained in the above-mentioned process for producing a spherical silica spheres, wherein a hollow having a constant diameter; And a shell layer having a predetermined thickness constituting an outer wall of the pupil; . Particularly, the porous spherical silica precursor of the present invention is characterized in that the shell layer is composed of silica and cyclic organic ammonium. In this case, the silica and the cyclic organic ammonium in the shell layer may be contained in a molar ratio of 90 to 110: 5 to 20.
또한, 본 발명의 동공형 실리카구는 상술된 제조방법으로 제조되거나 동공형 실리카구전구체를 소성처리하여 제조되므로 메조다공성 껍질층이 형성된 구성을 갖는다. 여기서 메조다공성은 동공형실리카구전구체에 포함된 고리형 유기암모늄이 제거되어 형성된 것이므로 도 1에 도시된 바와 같이 비교적 균일하게 형성될 수 있다. In addition, the porous silica spheres of the present invention are produced by the above-described production method or manufactured by calcining the spherical silica spheroid precursor, so that the mesoporous shell layer is formed. Here, the mesoporosity is formed by removing the cyclic organic ammonium contained in the spherical silica spheres, so that the mesoporosity can be relatively uniformly formed as shown in FIG.
다음으로, 본 발명의 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법은 금속입자가 포함되도록 실리카구를 합성하여 금속입자함유실리카구를 준비하는 단계; 상기 금속입자함유실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계; 상기 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 금속입자함유 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 금속입자함유동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계; 및 상기 금속입자함유동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행되는 후처리단계;를 포함한다. Next, a method for producing a spherical silica spherical metal catalyst of the present invention comprises: preparing silica spheres containing metal particles to prepare silica spheres containing metal particles; Stirring the metal particle-containing silica spheres into a basic aqueous solution in which cyclic organic ammonium molecules are dissolved, followed by stirring to obtain a reaction solution; A hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain a porous spherical silica precursor containing metal particles, the hollow spherical particles comprising a hollow formed in the metal particle-containing silica spheres and a shell layer formed to form an outer wall of the pores; And a post-treatment step in which the metal particle-containing pore-forming silica spherule precursor is calcined at 500 ° C to 800 ° C.
이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 교반단계에서 상기 금속입자함유실리카구의 표면에 상기 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고, 수열합성단계에서 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 상기 코팅층 내부로 침투하여 상기 금속입자함유실리카구 내부를 녹여서 상기 금속입자함유실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 상기 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성되고, 형성된 동공에 상기 금속입자가 담지 되게 된다. 여기서, 금속입자는 후술하는 실험예의 백금나노입자뿐만 아니라 다양한 전이금속 나노입자부터 귀금속 나노입자 및 여러 개의 원소들이 결합되어 있는 혼합금속 나노입자까지 모두 적용이 가능하며, 촉매로 사용가능한 금속이기만 하면 제한되지 않는다.As shown in FIG. 1, in the stirring step, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the metal particle-containing silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer. In the hydrothermal synthesis step, a basic substance The silica particles penetrating into the coating layer to melt the inside of the silica particles containing the metal particles to form a shell layer having a curved surface of a certain thickness and a coating layer made of the silica particles containing the metal particles and a hollow surrounded by the shell layer, So that the metal particles are supported. Here, the metal particles can be applied not only to the platinum nanoparticles of Experimental Examples to be described later, but also to various metal nanoparticles ranging from various transition metal nanoparticles to noble metal nanoparticles and mixed metal nanoparticles to which various elements are bound. It does not.
이와 같이, 동공형실리카구의 내부에 백금 나노입자를 담지시켜 놓을 경우, 실리카구의 표면에 담지시켜 놓은 동일한 양의 백금 나노입자보다도 훨씬 안정성이 높아서, 후술하는 실험예와 같이 600℃이상에서 고온처리를 하더라도, 동공형 실리카구에 담지되어 있는 백금 나노입자는 크기나 모양이 변하지 않고 온전히 유지되는 반면, 실리카구 표면에 담지되어 있는 백금 나노입자들은 서로 뭉침현상이 심각하게 일어나서, 초기의 모양이나 크기가 유지되지 않고 매우 큰 백금 덩어리로 변형된다. 이로 인해 백금 나노입자를 촉매로 활용할 수 있는 메탄의 염소화 전환 반응 등에서 매우 빠른 촉매 비활성화 현상이 나타날 수 있다. As described above, when the platinum nanoparticles are supported on the inside of the spherical silica spheres, the stability is much higher than that of the platinum nanoparticles carried on the surface of the silica spheres. Even though the platinum nanoparticles supported on the spherical silica spheres are kept completely unchanged in size and shape, the platinum nanoparticles carried on the spherical silica spheres are severely agglomerated to form an initial shape or size It is not retained and is transformed into a very large platinum lump. This may lead to a very rapid catalyst deactivation phenomenon, such as chlorination of methane which can utilize platinum nanoparticles as a catalyst.
따라서, 본 발명의 동공형실리카구금속촉매는 고온/고압의 촉매 반응 환경에서도 금속 나노입자들의 뭉침현상이 저하되어 금속 나노입자의 초기 촉매 활성이 오랫동안 유지되므로, 고온/고압의 촉매 화학 공정에서 유용하게 사용할 수 있을 것이다. 특히, 메탄의 염소화 반응을 통해서 메틸클로라이드를 제조하는 과정에서 고활성/고수명의 촉매로서 활용이 가능하다. Therefore, the spherical silica spherical metal catalyst of the present invention is useful in high temperature / high pressure catalytic chemical processes because the initial catalytic activity of the metal nanoparticles is maintained for a long time due to a decrease in aggregation of metal nanoparticles even in a high temperature / You can use it. In particular, it can be used as a catalyst with high activity / high number of times in the process of producing methyl chloride through the chlorination reaction of methane.
후처리단계를 통해 동공형실리카구 금속촉매의 껍질층에 다수의 기공이 형성되는데, 기공크기는 메조기공(기공크기 2 ~ 50 nm)을 포함할 수 있다. 상술된 동공형실리카구 제조방법과 동일하게 후처리단계는 금속입자함유동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행될 수 있다.A number of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spherical catalyst through a post-treatment step, and the pore size may include mesopores (pore
상기 금속입자함유실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 금속입자함유실리카구의 크기에 따라 상기 동공의 직경이 결정되고, 상기 고리형 유기암모늄의 함량을 조절하여 상기 껍질층의 두께를 제어할 수 있다. The diameter of the pore may be determined according to the size of the silica particle containing metal particles prepared in the step of preparing the metal particle-containing silica spheres, and the thickness of the shell layer may be controlled by controlling the content of the cyclic organic ammonium.
한편, 교반단계에서 얻어진 반응용액에서 실리카:금속염:고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:6~46:3~20:5400~6600일 수 있는데, 이 범위는 금속염에 포함된 금속이온이 1가인 알칼리금속을 기준으로 다수의 실험을 통해 실험적으로 결정된 것이며, 이러한 몰비의 범위에서 동공형 실리카 나노구를 성공적으로 얻어낼 수 있다. 따라서, 금속염이 2가인 알칼리토금속을 포함하면 몰비는 1/2인 3~23일 수 있다. 이 범위는 다수의 실험을 통해 실험적으로 결정된 것이다. 이러한 몰비의 범위에서 동공형 실리카 나노구를 성공적으로 얻어낼 수 있다. 각 구성성분의 몰비가 미만이거나 초과하게 되면 고체상변환을 통해 원하는 동공형실리카구를 얻기가 어려워지지만, 몰비와 함께 다른 합성 변수(온도 및 시간)들을 조절할 경우 동공형 실리카 나노구를 성공적으로 합성할 수도 있기 때문에 동공형 실리카 나노구를 얻어내기 위한 성공적인 몰비로서 위의 범위만을 국한시킬 필요는 없다. 다만, 동공형실리카구 제조방법에서 얻어진 반응용액과 달리 금속입자를 더 함유하게 되면 더 낮은 pH에서도 동공이 형성되는 경향성이 나타났다. Meanwhile, in the reaction solution obtained in the stirring step, the molar ratio of silica: metal salt: cyclic organic ammonium: water may be 90 to 110: 6 to 46: 3 to 20: 5400 to 6600, 1 < / RTI > alkali metal, and it is possible to successfully obtain a pupil-type silica nanosphere in such a range of molar ratios. Accordingly, when the metal salt includes an alkali earth metal which is divalent, the molar ratio may be 3 to 23, which is 1/2. This range is determined experimentally through a number of experiments. In this range of mole ratios, pupil-shaped silica nanospheres can be successfully obtained. If the molar ratio of each component is less than or greater than the molar ratio of the respective components, it becomes difficult to obtain the desired pore-shape silica spheres through solid phase transformation. However, when the other composition variables (temperature and time) It is not necessary to limit the above range to a successful molar ratio for obtaining a pupil-shaped silica nanosphere. However, unlike the reaction solution obtained by the method of preparing the pore-forming silica spheres, the inclusion of metal particles further led to the formation of the pores at lower pH.
또한 본 발명의 약물저장체는 상술된 제조방법으로 얻어진 동공형실리카구의 동공에 약물을 담지한 것으로, 동공형 실리카구의 껍질층은 메조기공을 가지고 있기 때문에, 분자 확산에도 유리할 뿐만 아니라, 동공 내부에 의약물질과 같은 거대 분자를 저장하여 의약물질을 원하는 곳에서 방출시킬 수 있어 의약 물질 수송 물질(Drug Delivery Vehicle)로 활용이 가능하다. Further, the drug storage material of the present invention is a drug storage material loaded with the drug in the pores of a pore-shaped silica spheres obtained by the above-mentioned production method. Since the shell layer of the spherical silica spheres has mesopores, It can be used as a drug delivery vehicle because it can store macromolecules such as medicinal substances and release them.
실시예 1Example 1
1.실리카구를 준비하는 단계1. Preparation of silica spheres
비다공성 실리카구를 다음과 같이 합성하였다. 암모니아수 19.2 ml를 에탄올 900 ml에 녹인 후 상온에서 5분 정도 교반한다. 이 용액에 테트라에톡시오르소실리케이트 30 ml를 넣고 다시 상온에서 1일간 교반한다. 생성물은 원심분리기를 통해 분리해낸 후, 에탄올로 여러 번 세척한다. 수득한 생성물을 60℃에서 건조시켜 100 nm 크기의 실리카 나노구를 합성하였다. 여기서, 테트라에톡시오르소실리케이트(Si(OC2H5)4)는 시그마알드리치(Sigma Aldrich), 에탄올(C2H5OH), 암모니아수(NH4OH)는 대정(Daejung, Korea)에서 구입하였다. 모든 반응 시약은 별도의 정제 과정 없이 사용되었고, 용제는 암모니아수와 에탄올의 양을 조절하여 사용하였다.Non-porous silica spheres were synthesized as follows. After dissolving 19.2 ml of ammonia water in 900 ml of ethanol, stir at room temperature for 5 minutes. To this solution, 30 ml of tetraethoxyorthosilicate is added and the mixture is stirred at room temperature for 1 day. The product is separated through a centrifuge and washed several times with ethanol. The obtained product was dried at 60 ° C. to synthesize silica nanospheres having a size of 100 nm. Here, purchased from the tetraethoxy ortho silicate (Si (OC 2 H 5) 4) is a product of Sigma-Aldrich (Sigma Aldrich), ethanol (C 2 H 5 OH), ammonia water (NH 4 OH) is vena (Daejung, Korea) Respectively. All reaction reagents were used without further purification and the solvent was adjusted by adjusting the amount of ammonia water and ethanol.
2. 동공형실리카나노전구체를 형성하는 단계2. Formation of a pupil-shaped silica nanocomposite
실리카 나노구를 고체상 전환을 통해 동공형실리카구전구체로 전환시키기 위해 고리형 유기암모늄 분자(CDM)를 합성하여 사용하였는데, 상용의 것을 구입하여 사용해도 무방하다. 염기성용액은 수산화나트륨용액을 사용하였는데 수산화나트륨(2NaOH=Na2O)은 대정(Daejung, Korea)에서 구입하였고, 용매로는 증류수(Distilled Water)를 사용하였다.A cyclic organic ammonium molecule (CDM) was synthesized and used to convert the silica nanospheres into a spherical silica spherical precursor through solid phase conversion. Sodium hydroxide (2NaOH = Na 2 O) was purchased from Daejung, Korea, and distilled water was used as a solvent.
① 교반단계① Stirring stage
고리형 유기암모늄 분자 0.868 g, 수산화나트륨 0.46 g을 증류수 27 g에 녹인 후 상온에서 10분 정도 교반하여 반응용액을 얻었다. 여기서 반응용액의 몰비는 SiO2: Na2O: CDM: H2O이 100:23:10:6000이었다.0.868 g of cyclic organic ammonium molecules and 0.46 g of sodium hydroxide were dissolved in 27 g of distilled water and stirred at room temperature for about 10 minutes to obtain a reaction solution. Here, the molar ratio of the reaction solution was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 23: 10: 6000.
③ 수열합성단계③ Hydrothermal synthesis step
반응용액에 준비된 실리카 나노구 1.5 g을 넣고 다시 상온에서 1시간 교반한 다음 얻어진 반응용액을 스테인리스 오토클레이브(autoclave)로 옮겨 130℃에 18시간 두어 수열합성을 진행하였다. 1.5 g of the prepared silica nanorods was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Then, the reaction solution was transferred to a stainless autoclave and heated at 130 ° C for 18 hours for hydrothermal synthesis.
③ 분리단계③ Separation step
오토클레이브를 상온으로 냉각시킨 후, 얻어진 생성물인 동공형실리카구전구체를 원심분리기를 통해 분리해낸 후, 증류수로 여러 번 세척한 다음 100℃에서 건조시켜 동공형실리카구전구체를 수득하였다. After cooling the autoclave to room temperature, the resultant spherical spherical silica precursor was separated through a centrifuge, washed several times with distilled water, and dried at 100 DEG C to obtain a spherical silica spherule precursor.
3. 후처리단계3. Post-processing step
수득된 동공형실리카구전구체에서 동공의 외벽을 이루는 껍질층은 실리카와 고리형 유기암모늄 분자를 포함하고 있는 상태이다. 따라서, 껍질층에서 고리형 유기암모늄 분자를 제거하게 되면 껍질층에 기공을 용이하게 도입하여 메조다공성 껍질층을 갖는 동공형실리카구를 제조할 수 있다. The shell layer constituting the outer wall of the pupil in the obtained spherical silica spherical precursor contains silica and cyclic organic ammonium molecules. Therefore, when the cyclic organic ammonium molecules are removed from the shell layer, pores can be easily introduced into the shell layer to produce a hollow silica spheres having a mesoporous shell layer.
구체적으로는 수득된 동공형실리카구전구체 0.5 g을 소성 퍼니스에 넣고 550℃로 4시간동안 가열시키는 후처리단계를 수행하여 동공형실리카구1(100nm)를 제조하였다.Specifically, 0.5 g of the obtained spherical porous silica precursor was placed in a plastic furnace and heated at 550 캜 for 4 hours to carry out a post-treatment step to prepare a spherical silica spherule 1 (100 nm).
실시예 2Example 2
실리카구를 준비하는 단계에서 200nm 크기의 실리카구를 얻기 위해 암모니아수 42 ml를 에탄올 882 ml에 녹인 후 상온에서 5분 정도 교반한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방식을 수행하여 동공형실리카구2(200nm)를 제조하였다.In order to obtain silica spheres having a size of 200 nm in preparation of the silica spheres, the same procedure as in Example 1 was carried out except that 42 ml of ammonia water was dissolved in 882 ml of ethanol and then stirred at room temperature for 5 minutes. 200 nm).
실시예 3Example 3
실리카구를 준비하는 단계에서 300nm 크기의 실리카구를 얻기 위해 암모니아수 124 ml 에탄올 816 ml에 녹인 후 상온에서 5분 정도 교반한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방식을 수행하여 동공형실리카구3(300nm)를 제조하였다.Silica spheres having a diameter of 300 nm were prepared in the same manner as in Example 1 except that the silica spheres were dissolved in 124 ml of ammonia water and 816 ml of ethanol to obtain silica spheres having a size of 300 nm, ).
비교예 1Comparative Example 1
실시예1에서 반응 용액에서 고리형 유기암모늄 분자를 넣지 않고 실험을 수행한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 비교예실리카물질1을 얻었다. 반응 용액의 몰비는 100SiO2: 23Na2O: 6000H2O이다.The comparative silica material 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the experiment was carried out without adding the cyclic organic ammonium molecules in the reaction solution in Example 1. The molar ratio of the reaction solution is 100SiO 2: 23Na 2 O: O 2 is 6000H.
비교예 2Comparative Example 2
반응 온도를 130℃가 아니라 100℃로 조절한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 비교예실리카물질2를 얻었다. The
실험예 1Experimental Example 1
실시예 1에서 얻어진 내지 실시예 3에서 얻어진 실리카구의 크기를 투과전자현미경 사진을 통해 확인하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서 얻어진 실리카구의 크기는 투과전자현미경 사진을 통해 각각 100 nm, 200 nm, 300 nm인 것을 확인할 수 있었다.The size of the silica spheres obtained in Example 1 to Example 3 was confirmed by a transmission electron microscope and the results are shown in Fig. As shown in FIG. 2, the sizes of the silica spheres obtained in Examples 1 to 3 were confirmed to be 100 nm, 200 nm, and 300 nm, respectively, by a transmission electron microscope photograph.
실험예 2Experimental Example 2
실리카구의 고체상 전환 과정에서 고리형 유기암모늄 분자의 역할을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 얻어진 동공형실리카구1과 비교예1에서 얻어진 비교예실리카물질1을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 3에 나타내었다.In order to confirm the role of the cyclic organic ammonium molecule in the solid phase conversion of the silica spheres, the hollow silica spheres 1 obtained in Example 1 and the silica silica materials 1 obtained in Comparative Example 1 were observed with a transmission electron microscope, 3.
도 3에 도시된 투과전자현미경 사진을 통해 고리형 유기암모늄 분자가 존재해야만 실리카구 내부에 동공이 형성될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시예1과 비교예1은 다른 모든 반응조건이 동일했지만, 고리형 유기암모늄 분자만이 실시예1에서는 첨가되었고, 비교예1에서는 첨가되지 않았는데, 그 결과 얻어진 물질이 실시예1은 동공형실리카구가 얻어졌지만, 비교예1에서 는 실리카 내부에 동공이 형성되지 않은 실리카물질이 얻어졌기 때문이다. It can be seen from the transmission electron microscope image shown in FIG. 3 that the presence of the cyclic organic ammonium molecule can form a hole in the silica spheres. That is, only the cyclic organic ammonium molecules were added in Example 1 and not in Comparative Example 1, although Example 1 and Comparative Example 1 all had the same reaction conditions, Type silica spheres were obtained, but in Comparative Example 1, a silica material having no pores formed in the silica was obtained.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 2에서 얻어진 동공형실리카구1의 질소 흡착 등온선을 관찰하고 그 결과를 도4에 도시하였다. The nitrogen adsorption isotherm of the spherical silica spheres 1 obtained in Example 2 was observed and the results are shown in Fig.
도 4에 도시된 그래프를 통해 합성된 동공형실리카구1에 기공이 존재하며, 동공형 실리카구의 껍질층을 이루고 있는 골격이 다공성 구조로 이루어져 있음을 확인할 수 있다. 이 때, 동공형실리카구1 껍질층의 표면적은 55 m2/g이며 껍질층 내부에 존재하는 기공의 부피는 0.38 cm3/g임을 확인하였다.It can be seen that pores exist in the spherical silica spheres 1 synthesized through the graph shown in FIG. 4, and the skeleton forming the shell layer of the spherical silica spheres has a porous structure. At this time, it was confirmed that the surface area of one shell layer of the porous silica spheres was 55 m 2 / g, and the volume of the pores existing inside the shell layer was 0.38 cm 3 / g.
실험예 4Experimental Example 4
실리카구의 고체상 전환 과정에서 수열합성 온도가 미치는 효과를 확인하기 위하여, 실시예 2에서 얻어진 동공형실리카구2와 비교예2에서 얻어진 비교예실리카물질2를 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 5에 나타내었다.In order to confirm the effect of the hydrothermal synthesis temperature in the solid phase conversion of the silica spheres, the pore-
도 5로부터, 상대적으로 온도가 낮은 100℃의 경우엔 실리카구에 동공이 잘 형성되지 않고 실리카구가 무너진 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있어 수열합성반응시 온도가 100℃를 초과해야 실리카구의 내부에 동공이 형성되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 동공형 실리카구 제조방법에서 수열합성단계 수행시 온도가 적어도 100℃보다는 높고 실험예로 기재하지는 않았지만 130℃를 넘어서면 수열합성온도가 높아져도 동공 형성에 큰 차이가 없었다. From FIG. 5, it can be seen that when the temperature is relatively low, 100 DEG C, the silica spheres are not formed well in the silica spheres and the silica spheres appear to be collapsed. When the temperature exceeds 100 DEG C during the hydrothermal synthesis reaction, As shown in Fig. Therefore, in the method of preparing the hollow silica spheres according to the present invention, the temperature of the hydrothermal synthesis step is higher than at least 100 ° C., and although not described in the experimental example, if the hydrothermal synthesis temperature is higher than 130 ° C., there is no significant difference in the pore formation.
실험예 5Experimental Example 5
수열합성단계에서 반응용액의 pH가 실리카구의 동공형성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 수열합성단계에서 반응용액의 조성 중 수산화나트륨의 양을 조절하면서 얻어진 결과물을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 6에 나타내었다. 수열합성시 반응용액의 몰비는 SiO2:Na2O:CDM:H2O이 100:x:10:6000이었다(x=5.75, 6.5, 7, 7.5, 30).In order to confirm whether the pH of the reaction solution influences the pore formation of the silica spheres in the hydrothermal synthesis step, the result obtained by controlling the amount of sodium hydroxide in the composition of the reaction solution in the hydrothermal synthesis step was observed with a transmission electron microscope, 6. The molar ratio of the reaction solution during the hydrothermal synthesis was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O 100: x: 10: 6000 (x = 5.75, 6.5, 7, 7.5, 30).
도 6으로부터, pH가 낮을 경우엔 실리카구의 내부에 동공이 생기지 않고 실리카구 형태를 유지하는 것으로 보이지만, pH가 높을 경우에는 동공이 형성되기는 하나 실리카구 형태가 무너지게 되어 동공형실리카구가 아닌 다른 형태로 재조립되는 것을 확인할 수 있었다.From FIG. 6, it can be seen that when the pH is low, the pores do not form inside the silica spheres but maintain the silica spheres shape, but when the pH is high, the pores are formed but the silica spheres are collapsed, It can be confirmed that it is reassembled in the form of
실험예 6Experimental Example 6
수열합성단계에서 수열합성시간이 실리카구의 동공형성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 수열합성단계에서 수열합성 시간을 각각 18, 30, 48, 96시간으로 조절하면서 얻어진 결과물을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 7에 나타내었다. 이 때, 수열합성시 반응용액의 몰비는 SiO2: Na2O: CDM: H2O이 100:7:10:6000이었다.In order to confirm whether the hydrothermal synthesis time affects the pore formation in the silica spheres in the hydrothermal synthesis step, the result obtained by controlling the hydrothermal synthesis time in the hydrothermal synthesis step to 18, 30, 48, 96 hours respectively was observed with a transmission electron microscope The photograph is shown in Fig. The molar ratio of the reaction solution during the hydrothermal synthesis was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 7: 10: 6000.
도 7로부터, 수열합성시간이 증가함에 따라 실리카구 내부에 형성된 동공이 더 깎이는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 반응용액의 몰비가 SiO2: Na2O: CDM: H2O이 100:7:10:6000으로 반응용액의 pH가 낮았는데, 이러한 경우에도 수열합성시간이 길어지면 동공이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 즉 18시간인 경우에는 동공이 형성되지 않았지만 96시간 후에는 동공이 형성되었기 때문이다. From FIG. 7, it can be seen that as the hydrothermal synthesis time increases, the pores formed in the silica spheres are further reduced. Particularly, the reaction solution had a low molar ratio of SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O of 100: 7: 10: 6000 and the pH of the reaction solution was low. I could confirm. That is, the pupil was not formed in the case of 18 hours but the pupil was formed in 96 hours.
실시예 4Example 4
실시예2에서 얻어진 동공형실리카구2 0.05 g을 로다민 용액(2.4 mg/ml) 5 ml에 넣고 2일간 교반시켜 로다민이 동공형실리카구2의 동공에 담지된 약물저장체를 준비하였다. 원심분리기를 통해 약물저장체를 분리해낸 후, 증류수로 여러 번 세척한다. 수득한 약물저장체를 35oC 진공 오븐에서 1일간 건조시킨 후 회수하였다. 여기서, 동공형 실리카구의 저장 능력을 확인하기 위해 의약물질과 유사한 분자 구조를 갖는 로다민(Rhodamine B)분자가 실제 의약물질 대신 사용되었다.0.05 g of the
비교예 3Comparative Example 3
동공형실리카구2가 아닌 실리카구를 사용한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 비교예저장체를 얻었다.A comparative storage material was obtained by carrying out the same method as in Example 4, except that the silica spheres other than the
실험예 7Experimental Example 7
동공형실리카구의 의약물질 저장체로서의 가능성에 대하여 확인하기 위하여 실시예4에서 얻어진 약물저장체와 비교예3에서 얻어진 비교예저장체를 다음과 같이 비교하여 분석하였다.In order to confirm the possibility of the spherical silica spheres as a drug substance storage material, the drug storage material obtained in Example 4 and the comparative storage material obtained in Comparative Example 3 were compared and analyzed as follows.
실시예4에서 얻어진 약물저장체 및 비교예3에서 얻어진 비교예저장체 0.01 g을 완충 용액(pH=6.9) 17.5 ml에 넣고 상온에서 교반시켰다. 시간에 따라 완충 용액을 채취하여 필터주사기를 이용하여 고체 실리카 물질을 분리한 후 순수한 용액을 얻는다. 이렇게 얻어진 순수 용액을 자외선 분광법을 이용하여 분석하여 약물저장체 및 비교예저장체에서 각각 배출된 로다민의 양을 계산하고 그 결과를 도 8에 나타내었다. 0.01 g of the drug storage material obtained in Example 4 and the comparative storage material obtained in Comparative Example 3 were added to 17.5 ml of a buffer solution (pH = 6.9) and stirred at room temperature. The buffer solution is sampled over time and the solid silica material is separated using a filter syringe to obtain a pure solution. The pure solution thus obtained was analyzed by ultraviolet spectroscopy to calculate the amount of rhodamine discharged from the drug storage and the comparative storage, respectively, and the results are shown in FIG.
도 8로부터, 분석에 사용된 용액은 약물저장체(동공형 실리카구에 흡수된 약물) 및 비교예저장체(실리카구에 흡수된 약물)로부터 약물인 로다민이 완충용액 상에서 방출된 것으로 시간에 따라 더 많은 양의 로다민이 검출되는 것을 그래프를 통해 확인할 수 있었으며, 본 발명의 약물저장체는 동공형실리카구를 사용하므로 실리카나노구를 사용하는 비교예저장체에 비해 내부 공간이 더 존재하여 더 많은 양의 로다민을 흡수할 수 있다는 것을 알 수 있었다. From Fig. 8, the solution used in the analysis was released from the drug reservoir (the drug absorbed in the spherical silica spheres) and the comparative sample (the drug absorbed in the silica spheres) on the drug rhodamine buffer solution, It was confirmed from the graph that a larger amount of rhodamine was detected. Since the drug storage material of the present invention uses a pore-type silica sphere, there is more internal space than the comparative example using silica nano-spheres, And that it could absorb a positive rhodamine.
실시예 5Example 5
1.금속입자함유 실리카구 준비단계1. Preparation of silica spheres containing metal particles
① 동공형실리카구에 담지할 백금 나노입자 합성① Synthesis of platinum nanoparticles to be supported on a spherical silica spheres
폴리바이닐피롤리돈 0.222 g을 에틸렌글리콜 10 ml에 녹인 후 상온에서 교반한다. 동시에 염화백금산 0.04 g을 에틸렌클리콜 10 ml에 녹인 후 상온에서 교반 후 두 용액을 섞고 다시 상온에서 헬륨을 흘려주면서 녹을 때 까지 교반한다. 이 용액이 담긴 용기를 180oC로 가열된 기름 중탕기에 넣고 1시간 교반한다. 용기를 상온으로 냉각시키고 아세톤을 이용하여 백금 나노입자를 가라앉힌다. 용액을 원심분리기를 통해 분리하고 얻어진 생성물인 백금 나노입자는 에탄올 용액(1 mg/ml)에 넣어 보관한다. 여기서, 폴리바이닐피롤리돈((C6H9NO)n), 염화백금산(H2PtCl6ㅇ6H2O), 에틸렌글리콜((CH2OH)2)을 시그마알드리치(Sigma Aldrich )에서 구입하였다. 모든 반응 시약은 별도의 정제 과정 없이 사용되었다. 0.222 g of polyvinylpyrrolidone was dissolved in 10 ml of ethylene glycol, followed by stirring at room temperature. At the same time, 0.04 g of chloroplatinic acid is dissolved in 10 ml of ethylene glycol. After stirring at room temperature, the two solutions are mixed, and then helium is stirred at room temperature until the solution is dissolved. The container containing the solution is placed in an oil bath heated to 180 ° C and stirred for 1 hour. The vessel is cooled to room temperature and acetone is used to submerge the platinum nanoparticles. The solution is separated through a centrifuge, and the resulting platinum nanoparticles are stored in an ethanol solution (1 mg / ml). Here, polyvinylpyrrolidone ((C 6 H 9 NO) n ), chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 O 6 H 2 O), and ethylene glycol ((CH 2 OH) 2 ) were purchased from Sigma Aldrich Respectively. All reagents were used without further purification.
② 금속입자함유 실리카구 합성② Silicon spheres containing metal particles
암모니아수 21 ml, 백금 용액 10 ml를 에탄올 431 ml에 녹인 후 상온에서 5분 정도 교반한다. 이 용액에 테트라에톡시오르소실리케이트 15 ml를 넣고 다시 상온에서 1일간 교반한다. 생성물은 원심분리기를 통해 분리해낸 후, 에탄올로 여러 번 세척한다. 수득한 생성물을 60oC에서 건조시켜 백금 나노입자 주변에 실리카가 코팅되어 형성된 백금 나노입자가 담지된 금속함유실리카구를 합성하였다. 21 ml of ammonia water and 10 ml of platinum solution are dissolved in 431 ml of ethanol and stirred at room temperature for 5 minutes. To this solution, 15 ml of tetraethoxyorthosilicate is added and the mixture is stirred at room temperature for 1 day. The product is separated through a centrifuge and washed several times with ethanol. The obtained product was dried at 60 ° C to synthesize a metal-containing silica spheres carrying platinum nanoparticles formed by coating silica around platinum nanoparticles.
2. 교반단계2. Stirring step
고리형 유기암모늄 분자(CDM) 0.868 g, 수산화나트륨 0.115 g을 증류수 27 g에 녹인 후 상온에서 10분 정도 교반하여 반응용액을 얻었다. 여기서 반응 용액의 몰비는 SiO2:Na2O: CDM: H2O이 100:5.75:10:6000이었다.0.868 g of cyclic organic ammonium molecules (CDM) and 0.115 g of sodium hydroxide were dissolved in 27 g of distilled water, and the mixture was stirred at room temperature for about 10 minutes to obtain a reaction solution. Here, the molar ratio of the reaction solution was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 5.75: 10: 6000.
3. 수열합성단계3. Hydrothermal synthesis step
반응용액에 준비된 금속함유실리카구 1.5 g을 넣고 다시 상온에서 1시간 교반하고 반응용액을 스테인리스 오토클레이브(autoclave)로 옮겨 130℃에서 18시간 두어 수열합성을 진행하였다. 1.5 g of the prepared metal-containing silica sphere was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Then, the reaction solution was transferred to an autoclave of stainless steel and placed at 130 ° C for 18 hours for hydrothermal synthesis.
그 후 오토클레이브를 상온으로 냉각시킨 후, 얻어진 생성물인 백금 나노입자가 담지된 금속입자함유동공형실리카구전구체를 원심분리기를 통해 분리해낸 후, 증류수로 여러 번 세척한 다음 100℃에서 건조시켜 금속입자함유동공형실리카구전구체를 수득하였다. After cooling the autoclave to room temperature, the precursor of the porous silica spheres containing metal particles carrying the obtained platinum nanoparticles was separated through a centrifugal separator, washed several times with distilled water, and dried at 100 ° C to remove metal Containing spherical silica spherule precursor.
4. 후처리단계4. Post-processing step
수득된 금속입자함유 동공형실리카구전구체에서 동공의 외벽을 이루는 껍질층은 실리카와 고리형 유기암모늄 분자를 포함하고 있는 상태이다. 따라서, 껍질층에서 고리형 유기암모늄 분자를 제거하게 되면 껍질층에 기공을 용이하게 도입하여 메조다공성 껍질층을 갖고, 동공에는 금속입자촉매가 존재하는 구조의 동공형실리카구금속촉매를 제조할 수 있다. The shell layer constituting the outer wall of the pupil in the obtained spherical porous silica spheres containing the metal particles contains silica and cyclic organic ammonium molecules. Therefore, when the cyclic organic ammonium molecules are removed from the shell layer, a pore-form silica spherical catalyst having a structure in which pores are easily introduced into the shell layer to have a mesoporous shell layer and a metal particle catalyst exists in the pores have.
구체적으로는 수득된 금속입자함유 동공형실리카구전구체 0.5 g을 소성 퍼니스에 넣고 550℃로 4시간동안 가열시키는 후처리단계를 수행하여 동공형실리카구금속촉매1(10CDM)을 제조하였다.Specifically, 0.5 g of the obtained spherical porous silica spherical precursor was placed in a sintered furnace and heated at 550 캜 for 4 hours to carry out a post-treatment step to prepare a spherical silica spherical metal catalyst 1 (10 CDM).
실시예 6Example 6
교반단계에서 반응용액에 고리형 유기암모늄 분자(CDM)를 0.434 g을 첨가하여 반응 용액의 몰비가 SiO2:Na2O: CDM: H2O이 100:5.75:5:6000인 것을 제외하면 실시예 5와 동일한 방법을 수행하여 동공형실리카구금속촉매2(5CDM)를 제조하였다.Except that 0.434 g of cyclic organic ammonium molecule (CDM) was added to the reaction solution in the stirring step and the molar ratio of the reaction solution was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 5.75: 5: 6000 The procedure of Example 5 was followed to prepare a spherical silica spherical metal catalyst 2 (5 CDM).
실시예 7Example 7
교반단계에서 반응용액에 고리형 유기암모늄 분자(CDM)를 1.302 g을 첨가하여 반응 용액의 몰비가 SiO2:Na2O: CDM: H2O이 100:5.75:15:6000인 것을 제외하면 실시예 5와 동일한 방법을 수행하여 동공형실리카구금속촉매3(15CDM)을 제조하였다.1.302 g of cyclic organic ammonium molecule (CDM) was added to the reaction solution in the stirring step, except that the molar ratio of the reaction solution was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 5.75: 15: 6000 The procedure of Example 5 was followed to prepare a spherical silica spherical metal catalyst 3 (15 CDM).
비교예 5Comparative Example 5
반응 온도를 130℃가 아니라 100℃로 조절한 것을 제외하면 실시예5와 동일한 방법을 수행하여 비교예금속촉매1을 얻었다. The same procedure as in Example 5 was carried out except that the reaction temperature was adjusted to 100 ° C instead of 130 ° C to obtain a comparative metal catalyst 1.
비교예 6Comparative Example 6
메조다공성 실리카 물질인 SBA-15 0.1 g을 동공형실리카구금속촉매1 제조시 사용된 함량과 동일한 함량의 백금 용액에 넣고 함침시켰다. 용액이 잠길 때 까지 에탄올을 넣고 교반시킨 후, 회전증발농축기를 이용하여 용매는 증발시키고 비교예금속촉매2를 얻었다.0.1 g of SBA-15, a mesoporous silica material, was impregnated with a platinum solution having the same content as that used in the preparation of the spherical silica spherical metal catalyst 1. Ethanol was added and stirred until the solution was immersed. The solvent was evaporated using a rotary evaporator to obtain a
실험예 8Experimental Example 8
실시예 5에서 얻어진 동공형실리카구금속촉매1의 형태 및 크기를 투과전자현미경 사진을 통해 확인하고 그 결과를 도 9에 나타내었다. The morphology and size of the hollow spherical silica spherical catalyst 1 obtained in Example 5 were confirmed by transmission electron microscope and the results are shown in FIG.
도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 5에서 얻어진 동공형실리카구금속촉매1은 내부에 백금 입자가 담지되어 Core@Shell 구조로 존재하는 것을 확인하였으며 크기는 70 nm인 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 9, it was confirmed that the spherical silica spherical metal catalyst 1 obtained in Example 5 had platinum particles supported therein and existed in a Core @ Shell structure, and the size was 70 nm.
실험예 9Experimental Example 9
동공형실리카구금속촉매를 제조하기 위한 금속함유실리카구의 고체상 전환 과정에서 수열합성 온도가 미치는 효과를 확인하기 위하여, 실시예 5에서 얻어진 동공형실리카구금속촉매1과 비교예4에서 얻어진 비교예금속촉매1을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 10에 나타내었다.In order to confirm the effect of the hydrothermal synthesis temperature on the solid phase conversion of the metal-containing silica spheres for producing the spherical silica spherical metal catalyst, the spherical silica spherical metal catalyst 1 obtained in Example 5 and the comparative example metal The catalyst 1 was observed with a transmission electron microscope and the result thereof is shown in Fig.
도 10으로부터, 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카구의 껍질이 균일하지 않고 내부가 덜 비어 있는 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 상대적으로 온도가 낮은 100℃의 경우엔 금속함유실리카구에 동공이 잘 형성되지 않고 실리카구가 무너진 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있었던 실험예4와 동일한 결과를 얻는 것을 보여준다. 따라서, 실리카구가 아니라 금속함유실리카구를 사용하는 경우에도 수열합성반응시 온도가 100℃를 초과해야 실리카구의 내부에 동공이 형성되는 것을 알 수 있다. It can be seen from Fig. 10 that the shell of the spherical silica spheres carrying the platinum nanoparticles is not uniform and appears to have a less hollow interior. This shows that, at a relatively low temperature of 100 ° C, the same results as those of Experimental Example 4 were obtained in which it was confirmed that the pores were not formed well in the metal-containing silica spheres but the silica spheres appeared to be collapsed. Therefore, even when a metal-containing silica sphere is used instead of a silica sphere, it can be seen that a pore is formed inside the silica sphere when the temperature exceeds 100 ° C during the hydrothermal synthesis reaction.
실험예 10Experimental Example 10
동공형실리카구금속촉매를 제조하기 위한 수열합성단계에서 반응용액의 pH가 금속함유실리카구의 동공형성 및 금속입자의 담지에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 수열합성단계에서 반응용액의 조성 중 수산화나트륨의 양을 조절하면서 얻어진 결과물을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 11에 나타내었다. 수열합성시 반응용액의 몰비는 SiO2:Na2O:CDM:H2O이 100:x:10:6000이었다(x=5.75, 11.5, 23).In order to confirm whether the pH of the reaction solution influences the pore formation of the metal-containing silica spheres and the loading of the metal particles in the hydrothermal synthesis step for producing the spherical silica spherical metal catalyst, the amount of sodium hydroxide in the composition of the reaction solution And the resultant was observed with a transmission electron microscope. The resulting photograph is shown in Fig. The molar ratio of the reaction solution in the hydrothermal synthesis was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O 100: x: 10: 6000 (x = 5.75, 11.5, 23).
도 11로부터, 백금 나노입자가 담지된 동공형실리카구금속촉매가 얻어지기 위해서 pH가 높은 경우 백금 나노입자가 담지된 실리카 나노구가 무너지면서 실리카 물질이 녹아나오는 것을 확인할 수 있다. 상대적으로 pH가 낮은 경우에는 백금 나노입자가 담지된 실리카 나노구에서 실리카 물질이 녹아나오는 현상이 보이지 않고 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카를 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.From Fig. 11, it can be seen that when the pH is high, silica nanowires carrying platinum nanoparticles collapse and the silica material melts out to obtain a pore-forming silica spherical catalyst carrying platinum nanoparticles. It was confirmed that when the pH was relatively low, the silica material was not dissolved in the silica nanoparticles loaded with the platinum nanoparticles but the pore-form silica carrying the platinum nanoparticles was obtained.
실험예 11Experimental Example 11
동공형실리카구금속촉매를 제조하기 위한 수열합성단계에서 수열합성시간이 실리카구의 동공형성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 수열합성단계에서 수열합성 시간을 각각 6, 18, 36시간으로 조절하면서 얻어진 결과물을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 12에 나타내었다. 이 때, 수열합성시 반응용액의 몰비는 SiO2: Na2O: CDM: H2O이 100:5.75:10:6000이었다.In order to investigate the effect of hydrothermal synthesis time on the pore formation of silica spheres in the hydrothermal synthesis step for preparing spherical silica spherical catalysts, hydrothermal synthesis time was adjusted to 6, 18 and 36 hours in the hydrothermal synthesis step, And observed with a transmission electron microscope. The resulting photograph is shown in Fig. The molar ratio of the reaction solution during the hydrothermal synthesis was SiO 2 : Na 2 O: CDM: H 2 O = 100: 5.75: 10: 6000.
도 12로부터, 수열합성시간이 증가함에 따라 백금 나노입자가 담지된 동공형 실리카구의 내부가 더 깎이게 되는 것을 확인할 수 있다. It can be seen from Fig. 12 that as the hydrothermal synthesis time increases, the interior of the pore-form silica spheres carrying the platinum nanoparticles is further reduced.
실험예 12Experimental Example 12
동공형실리카구금속촉매를 제조하기 위한 금속함유실리카구의 고체상 전환 과정에서 고리형 유기암모늄 분자의 함량에 따른 동공의 벽을 형성하는 껍질층의 두께 변화에 대해서 확인하기 위하여, 반응용액의 고리형 유기암모늄 분자의 함량을 서로 다르게 하여 얻어진 동공형실리카구금속촉매1 내지 3을 투과전자현미경으로 관찰하고 그 결과 사진을 도 13에 나타내었다. 또한, 동공형실리카구금속촉매1 내지 3을 주사현미경으로 관찰하고 그 결과사진을 도 14에 나타내었다.In order to investigate the change of the thickness of the shell layer which forms the wall of the pupil depending on the content of the cyclic organic ammonium molecule in the solid phase conversion process of the metal containing silica spheres for preparing the spherical silica spherical catalyst, The pore-form silica spherical metal catalysts 1 to 3 obtained by varying the content of ammonium molecules were observed with a transmission electron microscope, and the photographs thereof are shown in Fig. Further, the spherical silica spherical metal catalysts 1 to 3 were observed under a scanning microscope, and the photographs thereof are shown in Fig.
도 13에 도시된 투과전자현미경 사진을 통해 고리형 유기암모늄 분자(CDM)의 양이 증가할수록 백금 나노입자가 담지된 동공형실리카구금속촉매2, 1 및 3의 껍질 두께가 각각 16.2 nm, 21.7 nm, 27.8 nm으로 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 실험결과는 고리형 유기암모늄분자의 함량을 조절하여 동공형실리카구의 껍질층의 두께를 조절할 수 있는 것을 보여준다.As the amount of cyclic organic ammonium molecules (CDM) increases, the peel thicknesses of the porous silica
또한, 도 14로부터, 고리형 유기암모늄 분자의 함량이 증가하더라도 껍질층 외부의 형태에는 영향을 주지 않음을 확인할 수 있었다.Also, from FIG. 14, it was confirmed that even if the content of the cyclic organic ammonium molecules was increased, the shape outside the shell layer was not affected.
실험예 13Experimental Example 13
소성 온도에 따른 백금 나노입자의 크기 변화를 확인하는 실험을 진행하였고 이를 도 15에 나타내었다. Experiments were carried out to confirm the change in size of the platinum nanoparticles according to the firing temperature, which is shown in FIG.
도 15에 도시된 바와 같이, 주사전자현미경 사진을 통해 백금 나노입자를 확인한 결과, 비교예금속촉매2인 메조 다공성 실리카의 경우 주사전자현미경 사진을 통해 온도가 증가함에 따라 담지된 백금 나노입자의 크기가 상대적으로 커지는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 동일하게 온도를 증가시켰음에도 동공형실리카구금속촉매1인 동공형 실리카구 내부에 담지된 백금 나노입자의 경우엔 크기의 변화가 없는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 15, platinum nanoparticles were confirmed by scanning electron microscope photographs. As a result, in the case of mesoporous silica of Comparative Example 2, the size of the platinum nanoparticles As shown in FIG. On the other hand, it was confirmed that the size of the platinum nanoparticles supported in the pore-type silica spheres of the pore-type silica spherical metal catalyst 1 did not change even though the temperature was increased.
이는 본 발명의 동공형실리카구의 동공 내부에 백금 나노입자를 담지 시킬 경우, 상대적으로 가해지는 열이 금속입자에 크게 영향을 주지 않을 것으로 예측할 수 있다. It can be predicted that when the platinum nanoparticles are supported in the pores of the pore-type silica spheres of the present invention, the relative heat does not greatly affect the metal particles.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
Claims (19)
상기 실리카구의 고체상전환을 통해 상기 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 동공형실리카구전구체를 형성하는 단계; 및
상기 동공형실리카구전구체를 후처리하는 단계;를 포함하는 동공형 실리카구 제조방법.
Preparing a silica spheres;
Forming a hollow spherical silica precursor including a hollow formed in the silica spheres through a solid phase conversion of the silica spheres and a shell layer formed to form outer walls of the pores; And
And then post-treating the spherical silica spherulite precursor.
상기 고체상 전환은 상기 실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계; 및 상기 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solid phase conversion is carried out by adding the silica spheres to a basic aqueous solution in which cyclic organic ammonium molecules are dissolved and then stirring to obtain a reaction solution obtained; And a hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain the spherical silica spherule precursor.
상기 교반단계에서 상기 실리카구의 표면에 상기 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고,
상기 수열합성단계에서 상기 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 상기 코팅층 내부로 침투하여 상기 실리카구 내부를 녹여서 상기 실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 상기 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
3. The method of claim 2,
In the stirring step, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer,
In the hydrothermal synthesis step, a basic substance contained in the basic aqueous solution penetrates into the coating layer to melt the inside of the silica spheres, thereby forming a skin layer having a curved surface of a predetermined thickness, which is composed of the surface and the coating layer of the silica spheres, ) Is formed on the surface of the porous silica powder.
상기 후처리단계를 통해 상기 동공형실리카구의 껍질층에 다수의 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a plurality of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spheres through the post-processing step.
상기 실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 실리카구의 크기에 따라 상기 동공의 직경이 결정되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the pore is determined according to the size of the silica spheres prepared in the step of preparing the silica spheres.
상기 실리카구를 준비하는 단계는 금속촉매가 포함되도록 실리카구를 합성하여 수행되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the silica spheres is performed by synthesizing silica spheres so as to include a metal catalyst.
상기 후처리단계는 상기 동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the post-treatment step is carried out by firing the pore-forming spherical silica precursor at 500 ° C to 800 ° C.
상기 교반된 반응용액에서 실리카:금속염(1가 금속이온기준):고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:16~50:5~20:5400~6600인 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
The method according to claim 2 or 3,
Wherein the molar ratio of the silica: metal salt (based on the monovalent metal ion) to the cyclic organic ammonium: water in the stirred reaction solution is 90 to 110: 16 to 50: 5 to 20: 5400 to 6600 Way.
상기 고리형 유기암모늄의 함량을 조절하여 상기 껍질층의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the thickness of the shell layer is controlled by controlling the content of the cyclic organic ammonium.
상기 껍질층은 실리카 및 고리형 유기암모늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구전구체.
A hollow of constant diameter; And a shell layer having a predetermined thickness constituting an outer wall of the pupil; However,
Wherein the shell layer comprises silica and cyclic organoammonium.
상기 껍질층에서 상기 실리카 및 고리형 유기암모늄은 90~110:5~20 몰비로 포함되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구전구체.
11. The method of claim 10,
Wherein the silica and the cyclic organic ammonium in the shell layer are contained in a molar ratio of 90 to 110: 5 to 20.
A spherical silica spheres prepared by the production method of any one of claims 1 to 6, or a mesoporous silica shell prepared by calcining the spherical silica spheroid precursor of claim 10.
상기 메조다공성은 상기 동공형실리카구전구체에 포함된 고리형 유기암모늄이 제거되어 형성된 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구.
13. The method of claim 12,
Wherein the mesoporosity is formed by removing the cyclic organic ammonium contained in the spherical silica spherule precursor.
상기 금속입자함유실리카구를 고리형 유기암모늄분자가 용해된 염기성수용액에 첨가한 후 교반하여 얻어진 반응용액을 얻는 교반단계;
상기 반응용액을 수열합성 반응시켜 상기 금속입자함유 실리카구 내부에 형성된 동공(hollow) 및 상기 동공의 외벽을 이루도록 형성된 껍질층을 포함하는 금속입자함유동공형실리카구전구체를 얻는 수열합성단계; 및
상기 금속입자함유동공형실리카구전구체를 500℃ 내지 800℃에서 소성하여 수행되는 후처리단계;를 포함하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법.
Preparing a silica spheres containing metal particles to prepare silica spheres containing metal particles;
Stirring the metal particle-containing silica spheres into a basic aqueous solution in which cyclic organic ammonium molecules are dissolved, followed by stirring to obtain a reaction solution;
A hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the reaction solution to obtain a porous spherical silica precursor containing metal particles, the hollow spherical particles comprising a hollow formed in the metal particle-containing silica sphere and a shell layer formed to form an outer wall of the pore; And
And a post-treatment step of calcining the spherical porous silica spheroid precursor containing the metal particles at 500 ° C to 800 ° C.
상기 교반단계에서 상기 금속입자함유실리카구의 표면에 상기 고리형 유기암모늄분자가 전자기적 인력으로 결합하여 코팅층이 형성되고,
상기 수열합성단계에서 상기 염기성수용액에 포함된 염기성물질이 상기 코팅층 내부로 침투하여 상기 금속입자함유실리카구 내부를 녹여서 상기 금속입자함유실리카구의 표면 및 코팅층으로 이루어진 일정 두께의 곡면인 껍질층 및 상기 껍질층으로 둘러싸인 동공(hollow)이 형성되고, 형성된 동공에 상기 금속입자가 담지 되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법.
15. The method of claim 14,
In the stirring step, the cyclic organic ammonium molecules are bonded to the surface of the metal particle-containing silica spheres by electromagnetic attraction to form a coating layer,
The basic substance contained in the basic aqueous solution penetrates into the coating layer to melt the inside of the silica particle containing metal particles to form a skin layer having a curved surface of a certain thickness and composed of a surface of the silica particle containing the metal particle and a coating layer, Wherein a hollow is formed in the pore-shaped silica spherical catalyst layer, and the metal particles are supported on the pores formed.
상기 후처리단계를 통해 상기 동공형실리카구 금속촉매의 껍질층에 다수의 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein a plurality of pores are formed in the shell layer of the spherical silica spherical catalyst through the post-treatment step.
상기 금속입자함유실리카구를 준비하는 단계에서 준비된 금속입자함유실리카구의 크기에 따라 상기 동공의 직경이 결정되고, 상기 고리형 유기암모늄의 함량을 조절하여 상기 껍질층의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the diameter of the pores is determined according to the size of the silica spheres containing the metal particles prepared in the step of preparing the silica spheres containing the metal particles and the thickness of the shell layer is controlled by controlling the content of the cyclic organic ammonium Process for preparing spherical silica spherical metal catalysts.
상기 교반된 반응용액에서 실리카:금속염(1가 금속이온기준):고리형 유기암모늄:물의 몰비는 90~110:6~46:3~20:5400~6600인 것을 특징으로 하는 동공형 실리카구 금속촉매 제조방법.
18. The method according to any one of claims 14 to 17,
Wherein the molar ratio of the silica: metal salt (based on the monovalent metal ion) to the cyclic organic ammonium: water in the stirred reaction solution is 90 to 110: 6 to 46: 3 to 20: 5400 to 6600, Catalyst.
상기 실리카구의 동공에 담지되는 약물;을 포함하는 약물저장체.
A spherical silica spheres of claim 12; And
And a drug supported on the pores of the silica spheres.
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KR1020180005628A KR20190087174A (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Hollow Silica Nanospheres and Preparation Method Thereof |
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CN113444517A (en) * | 2021-07-29 | 2021-09-28 | 重庆大学 | Carbon quantum dot composite central radial silica sphere and preparation method and application thereof |
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CN113444517B (en) * | 2021-07-29 | 2024-03-15 | 重庆大学 | Carbon quantum dot composite central radial silicon dioxide sphere and preparation method and application thereof |
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