KR20210048028A - 유무기나노세공체 흡착제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 흡착제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유무기나노세공체 수분 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 전구체와 이소프탈산 및 메틸이소프탈산을 혼합하여 유무기나노세공체를 제조하는 방법과, 상기 제조방법으로 제조되는 합성물 및 냉동기 효율이 우수한 수분흡착제에 관한 것이다.

Description

유무기나노세공체 흡착제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 흡착제{Manufacturingmethod of organic-inorganic nanoporous material adsorbent and adsorbent produced by the same}
본 발명은 유무기나노세공체 수분흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분 흡착 능력이 향상되고, 흡착구간이 상대습도가 높은 구간으로 이동된 유무기나노세공체와 이의 제조방법 및 냉동기 효율이 우수한 수분흡착제에 관한 것이다.
흡착식 냉동 시스템은 흡수식 냉동기와 더불어 비프레온화 및 폐열 이용이라는 관점에서 전세계적인 주목을 받고 있는 냉동방식이다. 1980년대 초기부터, 흡착을 이용한 냉동 시스템은 물, 알코올, 암모니아 등의 자연 냉매와 실리카겔(Silica gel), 제올라이트, 활성탄 등의 흡착제가 적용되어 왔다.
기존의 상용화된 흡착식 냉동 시스템에는 실리카겔 및 물이 사용되고 있으나 실리카겔은 강한 친수성으로 인해 낮은 수증기 분압에서 흡착을 시작하는 경향을 가진다. 또한, 흡착 냉동시스템 상의 구동압력 범위(P/P0 = 0.1내지 0.3)에서의 흡착속도가 느리고 탈착이 용이하지 않으며 단위 흡착제당 흡착하는 물의 양이 0.1 g-water/g-sorbent(g-water/g-sorbent: 흡착제1 g당흡수하는물의 g 수) 정도로 상당히 낮다.
또한, 상용화된 데시컨트형 제습기, 흡착식 히트펌프, 제습로터, 냉난방기 등에 사용되는 수분 흡착제는 주로 다공성 실리카 및 제올라이트를 포함하는데, 이와 같은 구성의 수분 흡착제의 경우, 수분의 흡착 속도가 낮고 수분 흡착량의 한계에 도달하여 이를 대체할 수 있는 신규한 다공성 수분 흡착제에 관한 연구개발을 필요로 하고 있다.
즉, 흡착식 냉동시스템, 데시컨트형 제습기 및 흡착식 히트펌프 등을 포함하는 장치의 성능 향상과 유지 비용의 절감 등을 위해서는 구동압력 범위 내에서의 물 흡착량이 보다 높은 새로운 수분흡착 조성물에 관한 연구개발을 필요로 하는 실정이다.
한편, 다공성 구조체인 실리카겔 또는 제올라이트를 대체할 수 있는 물질로 유무기나노세공체가 주목 받고 있다. 통상 금속은 비공유전자쌍을 갖는 유기 리간드와 상온에서 배위화합물을 용이하게 생성하는데, 물이나 유기 용매 하에서 이러한 배위화합물들이 고분자화되어 3차원 골격구조를 형성한다.
이와 같은 화합물을 일반적으로 "금속-유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOF)"라고 하며, 일부 화합물들의 경우, 3차원 골격구조를 형성하면서 나노크기의 세공을 갖기 때문에 “유무기나노세공체”라고도 한다.
유무기나노세공체는 금속이온의 배위수와 유기 리간드 화합물의 종류에 따라 구조를 다양하게 변형하여, 다양한 분야에 응용할 수 있으며, 제올라이트 대비 표면적이 최대 3배 내지 15배 이상 큰 것으로 보고되고 있다. 또한, 무기금속으로 이루어진 제올라이트에는 존재하지 않는 불포화 금속이온 자리가 존재하여 반응성과 흡착 선택성을 부여하는 것이 용이하다는 이점이 있다.
이와 같이 기존의 실리카겔 및 제올라이트 대비 흡착능력이 우수한 유무기나노세공체를 이용하여 보다 우수한 수분흡착제를 개발하려는 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래 수분 흡착제의 수분 흡착능의 한계를 극복하고 관련 분야에 실질적으로 응용이 가능할 수 있는 형태의 수분흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 유무기나노세공체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 전구체를 제1용매에 용해시켜 제1용액을 형성하는 단계, 2종류의 불포화 디카르복실산을 제2용매에 용해시켜 제2용액을 형성하는 단계 및 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하고 결정화 반응시켜 유무기나노세공체를 제조하는 단계를 포함하는 유무기나노세공체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1용매는 물 또는 유기용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 2종류의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산 및 메틸이소프탈산일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기나노세공체의 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비는 2.5 내지 25%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2용매는 물 또는 유기용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1용액 내에 포함되어 있는 Al 및 상기2종의 불포화 디카르복실산의 몰비는 0.1:1 내지 10:1로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서, 상기 결정화 반응은 100℃내지 200 ℃ 의 온도에서 10시간 내지 40시간 동안 수행될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 상기 제조방법에 의해 제조된 유무기나노세공체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기나노세공체는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 유무기나노세공체를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 상기 유무기나노세공체를 포함하는 수분흡착제를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유무기나노세공체 흡착제는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 동시에, 등온 수분 흡착구간이 구동압력P/P0= 0.15에서 P/P0= 0.19으로 상대습도가 높은 방향으로 shift됨으로써, 보다 낮은 온도에서 수분의 흡탈착이 일어날 수 있도록 하므로 냉방 및 냉동 효율을 향상시킨다.
상기 흡착제를 포함하는 흡착식 냉동기 구동 시 흡착탑 재생에 필요한 에너지가 상대적으로 적게 소모되어 냉동기의 효율이 증대되어 기기의 소형화 구현이 가능해진다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체의 등온에서의 수분흡착 성능의 분석 결과이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체의 등온에서의 수분흡탈착 성능의 분석 결과이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체의 TGA 데이터이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체의 SEM이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 새로운 유무기나노세공체와 이를 제조하는 방법 및 이를 활용한 흡착식 냉동기용 수분흡착제에 대한 발명이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체의 제조방법에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 유무기나노세공체 제조방법을 설명한 순서도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체 제조방법은, 알루미늄 전구체를 제1용매에 용해시켜 제1용액을 형성하는 단계 (S100), 2종류의 불포화 디카르복실산을 제2용매에 용해시켜 제2용액을 형성하는 단계 (S200), 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하고 결정화 반응시켜 유무기나노세공체를 제조하는 단계 (S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 알루미늄 전구체를 제1용매에 용해시켜 제1용액을 형성한다(S100).
상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1용매는 물 또는 유기용매를 포함할 수 있다. 상기 유기용매는 알코올, 케톤, 탄화수소, N,N'-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 아세토니트릴, 디옥산, 클로로벤젠, 피리딘, N-메틸 피롤리돈(NMP), 설포란, 테트라하이드로퓨란(THF), 감마-부티로락톤 및 C1-C12 알킬아민을 포함할 수 있으며 이들로 한정되지 않는다.
예를 들어, 황산 알루미늄을 증류수에 용해시켜 제1용액을 제조할 수 있다.
다음으로는, 2종류의 불포화 디카르복실산을 제2용매에 용해시켜 제2용액을 형성한다(S200).
상기 2종류의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산 및 메틸이소프탈산일 수 있다.
상기 메틸이소프탈산은 5-메틸이소프탈산일 수 있다.
상기 유무기나노세공체의 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비는 2.5 내지 25%, 바람직하게는 2.5 내지 12.5%일 수 있다.
상기 유무기나노세공체에서 메틸이소프탈산 리간드의 몰비가 2.5% 미만인 경우에는 등온 수분흡착 구간이 상대습도가 높은 방향으로 충분히 shift되지 않을 수 있으며, 메틸이소프탈레이트 리간드의 함유량이 25%를 초과하는 경우에는 상대습도 변화에 따라 수분흡착 정도가 급격한 영향을 받으므로 그 이상의 함유량 증가는 바람직하지 않다.
또한 메틸이소프탈산의 일정함량까지(2.5 내지 12.5%)는 기존 흡착제와 비교했을때, 수분흡착량의 저하 없이 수분흡탈착이 발생하는 구동압력만 평행이동(shift)되므로 수분흡착 능력이 우수해진다.
상기 제2용매는 물 또는 유기용매를 포함할 수 있다. 상기 유기용매는, 알코올, 케톤, 탄화수소, N,N'-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 아세토니트릴, 디옥산, 클로로벤젠, 피리딘, N-메틸 피롤리돈(NMP), 설포란, 테트라하이드로퓨란(THF), 감마-부티로락톤 및 C1-C12 알킬아민을 포함할 수 있으며 이들로 한정되지 않는다.
예를 들어, 이소프탈산과 메틸이소프탈산을 DMF에 용해시켜 제2용액을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하고 결정화 반응시켜 유무기나노세공체를 제조한다(S300).
상기 제1용액 내에 포함되어 있는 알루미늄과 및 상기2종의 불포화 디카르복실산의 몰비는 0.1:1 내지 10:1, 바람직하게는 1:1로 제공될 수 있다.
상기 구간 내에서 의미 있는 수율이 형성될 수 있으며, 특히 1:1의 몰비로 합성될 때 이상적인 수율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1용액에 포함된 알루미늄과 디카르복실산의 몰비가 1:1일 때 가장 이상적인 수율을 가질 수 있다.
상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서, 상기 결정화 반응은 100℃내지 200 ℃ 의 온도에서 10시간 내지 40시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여, 오토클레이브 반응기에서 135℃로 12시간 반응시켜 유무기나노세공체를 제조할 수 있다. 상기 결정화 반응 단계에서 반응온도가 100℃ 미만일 경우에는 반응 속도가 느려 반응시간이 길어지면서 공정효율이 저하될 수 있으며, 200 ℃를 초과하는 경우에는 목적하는 조건의 유무기나노세공체를 형성하기에 곤란할 수 있고, 반응속도가 빨라 불순물의 혼입이 쉬워지면서 순도가 저하되는 문제점을 야기할 수 있어 바람직하지 않다.
상기 결정화 반응을 마친 유무기나노세공체에 대해 추가적으로 여과, 정제 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 건조는 100℃로 1시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명에서, 유무기나노세공체는 중심금속이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로, 골격구조 내에 유기물 및 무기물을 모두 포함 하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물이다.
예를 들어, 본 발명의 유무기나노세공체는 알루미늄과 유기 리간드인 2종의 불포화 디카르복실산, 구체적으로, 이소프탈산 및 5-메틸이소프탈산의 결정화 반응으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체는 상술한 유무기나노세공체 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체는 알루미늄 전구체와 2종류의 불포화 디카르복실산(이소프탈산 및 5-메틸이소프탈산)을 각각 용매에 용해시켜 혼합 후 결정화 반응시켜 제조된 것일 수 있다. 이와 같이 제조된 유무기나노세공체는 Al금속이온이 유기분자 리간드인 이소프탈산과 5-메틸이소프탈산이 배위하여 만들어진 물질(CAU-10-H/CH3) 일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 이소프탈산과 5-메틸이소프탈산을 함께 사용함으로써 리간드 내에 소수성 관능기(methyl기)가 포함됨에 따라 MOF의 세공 내에 수분에 대한 소수성이 증가하여, 기존의 이소프탈산 리간드만을 가지는 MOF에 비해 수분 흡탈착이 일어나는 구간의 구동압력(상대습도)이 상대적으로 높아지게 된다. 따라서 보다 낮은 온도에서 흡착제의 재생이 가능해지므로, 수분흡착제를 반복 재생하여 사용하는 공정에 적용 시 재생에 들어가는 에너지 비용의 절감이 가능해진다. 또한, 관능기를 포함한 리간드의 양에 따라 shift 정도가 변하므로 필요에 따라 methyl기를 포함한 리간드양을 조절하여 수분흡착이 발생하는 상대습도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체는 등온 수분흡착구간이 P/P0=0.15에서 0.19로 상대습도가 높은 방향으로 shift될 수 있다. 따라서 보다 낮은 온도에서 흡착제의 재생이 가능해지므로, 수분흡착제를 반복 재생하여 사용하는 공정에 적용 시 재생에 들어가는 에너지 비용의 절감이 가능해진다. 또한, 관능기를 포함한 리간드의 양에 따라 shift 정도가 변하므로 필요에 따라 methyl기를 포함한 리간드양을 조절하여 수분흡착이 발생하는 상대습도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유무기나노세공체를 포함하는 수분흡착제를 설명한다.
상기 수분흡착제는 흡착식 냉동기용 수분흡착제로 사용할 수 있고, 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상이면서 수분흡착구간이 상대습도가 높은 방향으로 shift되어, 흡착식 냉동기 구동시 흡착탑 재생에 필요한 에너지가 상대적으로 적게 소모되어 냉동기 효율이 우수한 수분흡착제일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 실시예 및 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
실시예1
황산알루미늄 14-18수화물[(Al2(SO4)3)14-18H2O] 4.106g을 증류수 40mL에 30분동안 교반하여 완전히 용해시켜 황산알루미늄 수용액을 준비하고, 이소프탈산 1.943g을 DMF 9.75mL, 5-메틸이소프탈산 0.054g을 DMF 0.25mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액에 혼합시킨다. 다음으로, 오토클레이브 반응기에 혼합물을 투입하고135℃로 12시간 결정화 반응시켰다. 반응이 완료된 후 물을 사용하여 여과 및 정제한 후, 100℃ 건조오븐에서 12시간 동안 건조시켜 여분의 수분을 완전히 제거하여 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(2.5%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예2
이소프탈산1.893g을 DMF 9.5mL, 5-메틸이소프탈산 0.27g을 DMF 0.5mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(5.0%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예3
이소프탈산 1.827g을 DMF 9.16mL, 5-메틸이소프탈산 0.18g을 DMF 0.83mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(8.3%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예4
이소프탈산 1.744g을 DMF 8.75mL, 5-메틸이소프탈산 0.27g을 DMF 1.25mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(12.5%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예5
이소프탈산 1.694g을 DMF 8.5mL, 5-메틸이소프탈산 0.324g을 DMF 1.5mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(15%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예6
이소프탈산 1.614g을 DMF 8.1mL, 5-메틸이소프탈산 0.410g을 DMF 1.9mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(19.0%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
실시예7
이소프탈산 1.495g을 DMF 7.5mL, 5-메틸이소프탈산 0.540g을 DMF 2.5mL에 교반시켜 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트/메틸이소프탈레이트(25.0%) 유무기나노세공체를 제조하였다.
비교예
이소프탈산 1.993g을 DMF 12mL에 30분 동안 교반시켜 완전히 용해시킨 후 상기 황산알루미늄 수용액과 혼합하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 Al-이소프탈레이트 유무기나노세공체를 제조하였다. 5-메틸이소프탈산은 첨가하지 않았다.
실험예
표1은 상기 실시예들의 실험값을 나타낸 것이다.
구분 P/P0=0.1내지0.3 범위에서
최대 수분 흡착량 (mg/g)
비교예 322.2
실시예1 311.6
실시예2 313.3
실시예3 334.6
실시예4 322.2
실시예5 270.0
실시예6 281.1
실시예7 246.6
표1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유무기나노세공체 흡착제는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 것을 확인할 수 있다. 동시에 도2에서 확인할 수 있듯이, 수분 흡착구간이 구동압력P/P0= 0.15에서 P/P0= 0.19으로 상대습도가 높은 방향으로shift되어 냉방 및 냉동 효율을 향상시킨다. 상기 흡착제를 포함하는 흡착식 냉동기 구동 시 흡착탑 재생에 필요한 에너지가 상대적으로 적게 소모되어 냉동기의 효율이 증대되어 기기의 소형화 구현이 가능해진다.
도2는 상기 실시예와 비교예에서 이소프탈산과 5-메틸이소프탈산의 혼합비에 따른 수분 흡착 특성을 알아보고자 수분 흡착 등온선 분석을 실시한 결과이다. 도2 및 표1을 참조하면, 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 동시에, 등온 수분 흡착구간이 구동압력P/P0= 0.15에서 P/P0= 0.19으로 상대습도가 높은 방향으로shift되어 보다 우수한 흡착 특성을 확인할 수 있다.
도3은 상기 실시예와 비교예에서 이소프탈산과 5-메틸이소프탈산의 혼합비에 따른 수분 흡탈착 특성을 알아보고자 수분 흡착 등온선 분석을 실시한 결과이다. 도3과 및 표1을 참조하면, 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 동시에, 등온 수분 흡착구간이 구동압력P/P0= 0.15에서 P/P0= 0.19으로 상대습도가 높은 방향으로shift되어 보다 우수한 흡착 특성을 확인할 수 있다.
도4는 상기 실시예 1 내지 4 및 7의 유무기나노세공체의TGA곡선을 나타낸 이미지이다. 상기 실시예 1 내지 4 및 7 과 비교예에서 수득된 수분 흡착제의 온도에 따른 무게 감량의 변화를 관찰하기 위해 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 실시하여800℃까지 승온하면서 측정하였다. 도4를 참조하면 100℃근방까지는 흡착되어 있던 수분이 탈착하고, 600℃ 부근까지 열적 안정성이 유지됨을 알 수 있다.
도 5는 상기 실시예 1(a), 4(b) 및 7(c)에 따라 제조된 유무기나노세공체의 SEM이미지이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유무기나노세공체 흡착제는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 동시에, 등온 수분 흡착구간이 구동압력P/P0= 0.15에서 P/P0= 0.19으로 상대습도가 높은 방향으로 shift됨으로써, 보다 낮은 온도에서 수분의 흡탈착이 일어날 수 있도록 하므로 냉방 및 냉동 효율을 향상시킨다.
상기 흡착제를 포함하는 흡착식 냉동기 구동 시 흡착탑 재생에 필요한 에너지가 상대적으로 적게 소모되어 냉동기의 효율이 증대되어 기기의 소형화 구현이 가능해진다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 알루미늄 전구체를 제1용매에 용해시켜 제1용액을 형성하는 단계;
    2종류의 불포화 디카르복실산을 제2용매에 용해시켜 제2용액을 형성하는 단계; 및
    상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하고 결정화 반응시켜 유무기나노세공체를 제조하는 단계를 포함하는 유무기나노세공체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 유무기나노구조체 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1용매는 물 또는 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노구조체 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2종류의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산 및 메틸이소프탈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체 제조방법
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유무기나노세공체의 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비는 2.5 내지 25%인 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2용매는 물 또는 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노구조체 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1용액 내에 포함되어 있는 Al 및 상기 2종의 불포화 디카르복실산의 몰비는 0.1:1 내지 10:1로 제공되는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서, 상기 결정화 반응은 100℃내지 200 ℃ 의 온도에서 10시간 내지 40시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체 제조방법.
  9. 제1항의 유무기나노세공체 제조방법에 의해 제조된 유무기나노세공체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유무기나노세공체는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상인 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체.
  11. 제9항의 유무기나노세공체를 포함하는 수분흡착제.
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