KR20210052864A - Metal-organic framework composite for decomposition volatile organic compounds and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a metal-organic framework composite for decomposition of volatile organic compounds and a manufacturing method thereof. The metal-organic framework composite contains: metal-organic frameworks (MOFs) comprising pores; and metal nanoparticles supported on one or more surfaces selected from a group consisting of an outer surface of the metal-organic framework and a surface in contact with the pores of the metal-organic framework. The metal-organic framework composite of the present invention has the effect of adsorbing and completely decomposing VOCs at a low temperature.

Description

휘발성 유기 화합물 분해를 위한 금속-유기 프레임워크 복합체 및 그의 제조방법{METAL-ORGANIC FRAMEWORK COMPOSITE FOR DECOMPOSITION VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}The metal-organic framework complex for decomposing volatile organic compounds and its manufacturing method TECHNICAL FIELD [METAL-ORGANIC FRAMEWORK COMPOSITE FOR DECOMPOSITION VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}

본 발명은 금속-유기 프레임워크 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘발성 유기 화합물 분해를 위한 금속-유기 프레임워크 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal-organic framework composite and a method for producing the same, and more particularly, to a metal-organic framework composite for decomposing volatile organic compounds and a method for producing the same.

생활건강 및 환경보건에 대한 국민적인 관심이 높아지면서 정부는 “실내공기질 관리 기본계획” 등을 수립하고 공기질을 관리하고 있다. 특히 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)의 경우 SOx, NOx 등과 함께 초미세먼지의 원인 물질로 알려져 있으며 VOC 자체로도 인체유해성을 가지고 있으므로 이를 제거하기 위한 기술이 필요하다.As the public interest in living health and environmental health has increased, the government has established a “basic plan for indoor air quality management” and is managing air quality. In particular, in the case of volatile organic compounds (VOCs), it is known as a causative substance of ultrafine dust along with SOx and NOx, and VOCs themselves are harmful to humans, so a technology to remove them is required.

기존의 VOC 제거 촉매로 사용되는 활성탄 필터는 가격이 저렴하고 제거효율이 높지만 흡착량 조절이 어렵고, 주기적인 교체가 필요하다는 문제점이 있다.The existing activated carbon filter used as a VOC removal catalyst is inexpensive and has a high removal efficiency, but it is difficult to control the adsorption amount and requires periodic replacement.

또한 다공성 금속-유기 프레임워크(MOF)를 활용한 VOC 제거기술에서는 주로 다공성 금속-유기 프레임워크를 기체 저장체나 흡착제로만 활용해왔다. 하지만, 저장과 흡착으로만 VOC를 제거하는 경우 탈착되면 다시 VOC로 발생되는 문제점이 있다.In addition, in the VOC removal technology using the porous metal-organic framework (MOF), the porous metal-organic framework has been mainly used only as a gas storage or adsorbent. However, when VOCs are removed only by storage and adsorption, there is a problem in that VOCs are generated again when desorption.

본 발명의 목적은 낮은 온도에서 VOC를 흡착 및 완전 분해할 수 있는 금속-유기 프레임워크 복합체를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a metal-organic framework complex capable of adsorbing and completely decomposing VOCs at low temperatures.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크(Metal-organic framework, MOFs); 및 상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 표면에 담지된 금속 나노입자;를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a metal-organic framework (Metal-organic framework, MOFs) including pores; And metal nanoparticles supported on at least one surface selected from the group consisting of an outer surface of the metal-organic framework and a surface contacting the pores of the metal-organic framework. do.

또한 상기 금속-유기 프레임워크가 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함할 수 있다.In addition, the metal-organic framework may include a metal ion and an organic ligand coordinated to the metal ion.

또한 상기 금속이온이 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이온을 포함할 수 있다.In addition, the metal ions are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), magnesium (Mg), It may contain one or more ions selected from the group consisting of chromium (Cr), indium (In), and gallium (Ga).

또한 상기 유기 리간드가 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the organic ligand may include at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid, and tribenzoic acid.

또한 상기 금속-유기 프레임워크가 UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF-812, MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 및 MIL-101로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the metal-organic framework is UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF- 812, MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 and It may include one or more selected from the group consisting of MIL-101.

또한 상기 금속 나노입자가 Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the metal nanoparticles are Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta and It may include one or more selected from the group consisting of Te.

또한 상기 금속 나노입자의 크기가 0.5 내지 20 nm일 수 있다.In addition, the size of the metal nanoparticles may be 0.5 to 20 nm.

또한 상기 금속-유기 프레임워크 복합체가 상기 금속-유기 프레임워크 100중량부; 및 상기 금속 나노입자 0.01 내지 5중량부를 포함할 수 있다.In addition, the metal-organic framework composite is 100 parts by weight of the metal-organic framework; And 0.01 to 5 parts by weight of the metal nanoparticles.

또한 상기 금속-유기 프레임워크 복합체가 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOCs)을 분해하는 데 사용하기 위한 것일 수 있다.In addition, the metal-organic framework complex may be used to decompose volatile organic compounds (VOCs).

또한 상기 휘발성 유기 화합물이 벤젠, 톨루엔, 오소-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세틸렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 1,3-부타티엔, 부탄, 1-부텐, 2-부텐, 사염화탄소, 클로로포름, 사이클로헥산, 1,2-디클로로에탄, 디에틸아민, 에틸렌, n-헥산, 이소프로필알코올, 메탄올, 메틸에틸케톤, 메틸렌클로라이드, 엠티비이(MTBE), 프로필렌옥사이드, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 아세트산, 에틸벤젠, 니트로벤젠, 테트라클로로에틸렌, 스틸렌 및 이소프렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the volatile organic compounds are benzene, toluene, ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, formaldehyde, acetaldehyde, acetylene, acetylene dichloride, acrolein, acrylonitrile, 1,3-butatiene, Butane, 1-butene, 2-butene, carbon tetrachloride, chloroform, cyclohexane, 1,2-dichloroethane, diethylamine, ethylene, n-hexane, isopropyl alcohol, methanol, methyl ethyl ketone, methylene chloride, MTBE ), propylene oxide, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, acetic acid, ethylbenzene, nitrobenzene, tetrachloroethylene, styrene, and at least one selected from the group consisting of isoprene.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 금속-유기 프레임워크 복합체를 포함하는 휘발성 유기 화합물 분해용 촉매가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a catalyst for decomposing volatile organic compounds including the metal-organic framework complex.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 콜로이드와 금속-유기 프레임워크 전구체를 혼합하고 열처리하여 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면에 담지된 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) dispersing the metal nanoparticles in a solvent to prepare a colloid including the metal nanoparticles; And (b) a metal-organic framework including pores by mixing and heat-treating the colloid and a metal-organic framework precursor, and the metal nanoparticles supported on a surface of the metal-organic framework in contact with the pores. A method of manufacturing a metal-organic framework composite comprising; preparing a metal-organic framework composite is provided.

또한 상기 용매가 에탄올, 메탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 아세톤, 다이메틸설폭사이드 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the solvent may contain at least one selected from the group consisting of ethanol, methanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, acetone, dimethyl sulfoxide, and hexane. have.

또한 상기 금속-유기 프레임워크 전구체가 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the metal-organic framework precursors are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), and magnesium. (Mg), chromium (Cr), indium (In), and may include a compound containing at least one selected from the group consisting of gallium (Ga).

또한 상기 금속-유기 프레임워크 전구체가 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the metal-organic framework precursor may include at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid, and tribenzoic acid.

또한 상기 열처리가 50 내지 200 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed at a temperature of 50 to 200 °C.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조하는 단계; (b) 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 콜로이드와 상기 금속-유기 프레임워크를 혼합하고 초음파 처리하여 상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면에 상기 금속 나노입자를 담지시켜 금속-유기 프레임워크 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) dispersing the metal nanoparticles in a solvent to prepare a colloid including the metal nanoparticles; (b) preparing a metal-organic framework comprising pores; And (c) mixing the colloid and the metal-organic framework and performing ultrasonic treatment to support the metal nanoparticles on the outer surface of the metal-organic framework to prepare a metal-organic framework composite; A method of manufacturing a metal-organic framework composite is provided.

본 발명의 금속-유기 프레임워크 복합체는 낮은 온도에서 VOC를 흡착 및 완전 분해할 수 있는 효과가 있다.The metal-organic framework composite of the present invention has the effect of adsorbing and completely decomposing VOCs at low temperatures.

도 1은 제조예 2에 따라 제조된 UiO-66의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 제조예 3에 따라 제조된 MOF-801의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66 및 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66의 HR-TEM 이미지이다.
도 4는 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801 및 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801의 HR-TEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66, 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66 및 제조예 2에 따라 제조된 UiO-66의 XRD 그래프이다.
도 6은 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801, 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801 및 제조예 3에 따라 제조된 MOF-801의 XRD 그래프이다.
도 7a는 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66의 온도별 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 7b는 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) 전압(mV)을 나타낸 그래프이다.
도 7c는 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) area(mVㆍsec)를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66의 온도별 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) 전압(mV)을 나타낸 그래프이다.
도 8c는 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) area(mVㆍsec)를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801의 온도별 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) 전압(mV)을 나타낸 그래프이다.
도 9c는 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) area(mVㆍsec)를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801의 온도별 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 10b는 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) 전압(mV)을 나타낸 그래프이다.
도 10c는 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801에 의해 톨루엔이 분해되어 발생한 이산화탄소(CO2) area(mVㆍsec)를 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 120℃에서의 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 140℃에서의 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 160℃에서의 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 180℃에서의 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 온도별 톨루엔 전환율(Toluene conversion, %)을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing the structure of UiO-66 manufactured according to Preparation Example 2.
2 is a schematic diagram showing the structure of MOF-801 manufactured according to Preparation Example 3.
3 is an HR-TEM image of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1 and Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2. FIG.
4 is an HR-TEM image of Pt/MOF-801 prepared according to Example 3 and Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4. FIG.
5 is an XRD graph of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1, Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2, and UiO-66 prepared according to Preparation Example 2. FIG.
6 is an XRD graph of Pt/MOF-801 prepared according to Example 3, Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4, and MOF-801 prepared according to Preparation Example 3. FIG.
7A is a graph showing toluene conversion (%) of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1 according to temperature.
7B is a graph showing carbon dioxide (CO 2 ) voltage (mV) generated by decomposition of toluene by Pt/UiO-66 prepared according to Example 1. FIG.
7C is a graph showing a carbon dioxide (CO 2 ) area (mV·sec) generated by decomposition of toluene by Pt/UiO-66 prepared according to Example 1. FIG.
8A is a graph showing toluene conversion (%) of Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2 by temperature.
8B is a graph showing carbon dioxide (CO 2 ) voltage (mV) generated by decomposition of toluene by Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2. FIG.
8C is a graph showing the carbon dioxide (CO 2 ) area (mV·sec) generated by decomposition of toluene by Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2. FIG.
9A is a graph showing toluene conversion (%) by temperature of Pt/MOF-801 prepared according to Example 3. FIG.
9B is a graph showing carbon dioxide (CO 2 ) voltage (mV) generated by decomposition of toluene by Pt/MOF-801 prepared according to Example 3. FIG.
9C is a graph showing a carbon dioxide (CO 2 ) area (mV·sec) generated by decomposition of toluene by Pt/MOF-801 prepared according to Example 3. FIG.
10A is a graph showing toluene conversion (%) of Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4 by temperature.
10B is a graph showing carbon dioxide (CO 2 ) voltage (mV) generated by decomposition of toluene by Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4. FIG.
10C is a graph showing a carbon dioxide (CO 2 ) area (mV·sec) generated by decomposition of toluene by Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4. FIG.
11 is a graph showing the toluene conversion (%) of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 at 120°C.
12 is a graph showing the toluene conversion (%) of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 at 140°C.
13 is a graph showing toluene conversion (%) of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 at 160°C.
14 is a graph showing toluene conversion (%) of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 at 180°C.
15 is a graph showing toluene conversion (%) of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 by temperature.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, and in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .

본원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, elements, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features It is to be understood that the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, elements, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

이하, 본 발명의 금속-유기 프레임워크 복합체에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the metal-organic framework composite of the present invention will be described.

본 발명은 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크(Metal-organic framework, MOFs); 및 상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 표면에 담지된 금속 나노입자;를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체를 제공한다.The present invention comprises a metal-organic framework (Metal-organic framework, MOFs) including pores; And metal nanoparticles supported on at least one surface selected from the group consisting of an outer surface of the metal-organic framework and a surface contacting the pores of the metal-organic framework. do.

금속-유기 Metal-organic 프레임워크Framework

본 발명의 금속-유기 프레임워크 복합체는 금속-유기 프레임워크를 포함하고, 상기 금속-유기 프레임워크는 기공을 포함할 수 있다.The metal-organic framework composite of the present invention includes a metal-organic framework, and the metal-organic framework may include pores.

상기 금속-유기 프레임워크는 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함할 수 있다.The metal-organic framework may include a metal ion and an organic ligand coordinated to the metal ion.

상기 금속 이온은 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이온을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다.The metal ions are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium It may include one or more ions selected from the group consisting of (Cr), indium (In) and gallium (Ga), and preferably zirconium (Zr).

상기 유기 리간드는 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 테레프탈산 및 푸마르산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The organic ligand may include at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid and tribenzoic acid, and preferably at least one selected from the group consisting of terephthalic acid and fumaric acid.

상기 금속-유기 프레임워크는 UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF-812, MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 및 MIL-101로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 UiO-66 및 MOF-801로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The metal-organic frameworks are UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF-812. , MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 and MIL It may include at least one selected from the group consisting of -101, and preferably at least one selected from the group consisting of UiO-66 and MOF-801.

도 1 및 도 2는 각각 UiO-66 및 MOF-801의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 1에서 6.8 Å은 tetrahedron cage 안의 마이크로 기공 크기, 7.2 Å은 octahedron cage 안의 마이크로 기공 크기를 의미한다. 도 2에서 5.4 Å은 tetrahedron cage 안의 마이크로 기공 크기, 7.0 Å은 octahedron cage 안의 마이크로 기공 크기를 의미한다.1 and 2 are schematic diagrams showing structures of UiO-66 and MOF-801, respectively. In FIG. 1, 6.8 Å denotes the micro pore size in the tetrahedron cage, and 7.2 Å denotes the micro pore size in the octahedron cage. In FIG. 2, 5.4 Å denotes the micro pore size in the tetrahedron cage, and 7.0 Å denotes the micro pore size in the octahedron cage.

금속 나노입자Metal nanoparticles

본 발명의 금속-유기 프레임워크 복합체는 금속 나노입자를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 표면에 담지될 수 있다.The metal-organic framework complex of the present invention includes metal nanoparticles, and the metal nanoparticles are selected from the group consisting of an outer surface of the metal-organic framework and a surface in contact with the pores of the metal-organic framework. It may be supported on more than one species surface.

상기 금속 나노입자는 Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Pt를 포함할 수 있다.The metal nanoparticles are Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta and Te It may include at least one selected from the group consisting of, and preferably includes Pt.

상기 금속 나노입자의 크기는 0.5 내지 20 nm일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 5 nm일 수 있다. 상기 금속 나노입자의 크기가 0.5 nm 미만이면 단일 금속 입자 미만의 크기로 바람직하지 않고, 20 nm를 초과하면 나노입자로서의 물리 화학적 특성을 갖기 어려우므로 바람직하지 않다.The size of the metal nanoparticles may be 0.5 to 20 nm, preferably 1 to 5 nm. If the size of the metal nanoparticle is less than 0.5 nm, it is not preferable to have a size less than a single metal particle, and if it exceeds 20 nm, it is not preferable because it is difficult to have physicochemical properties as a nanoparticle.

상기 금속-유기 프레임워크 복합체는 상기 금속-유기 프레임워크 100중량부; 및 상기 금속 나노입자 0.01 내지 5중량부를 포함할 수 있다. 상기 금속 나노입자가 0.01중량부 미만이면 활성점이 적어 휘발성 유기 화합물을 분해하기 어렵기 때문에 바람직하지 않고, 5중량부를 초과하면 나노입자 당 휘발성 유기 화합물 분해 효율이 떨어지므로 바람직하지 않다. The metal-organic framework composite includes 100 parts by weight of the metal-organic framework; And 0.01 to 5 parts by weight of the metal nanoparticles. If the amount of the metal nanoparticle is less than 0.01 parts by weight, it is not preferable because the active point is small and it is difficult to decompose the volatile organic compound, and if it exceeds 5 parts by weight, the efficiency of decomposition of the volatile organic compound per nanoparticle decreases, which is not preferable.

상기 금속-유기 프레임워크 복합체는 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOCs)을 분해하는 데 사용하기 위한 것일 수 있다.The metal-organic framework complex may be used to decompose volatile organic compounds (VOCs).

상기 휘발성 유기 화합물은 벤젠, 톨루엔, 오소-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세틸렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 1, 3-부타티엔, 부탄, 1-부텐, 2-부텐, 사염화탄소, 클로로포름, 사이클로헥산, 1,2-디클로로에탄, 디에틸아민, 에틸렌, n-헥산, 이소프로필알코올, 메탄올, 메틸에틸케톤, 메틸렌클로라이드, 엠티비이(MTBE), 프로필렌옥사이드, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 아세트산, 에틸벤젠, 니트로벤젠, 테트라클로로에틸렌, 스틸렌 및 이소프렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 톨루엔을 포함할 수 있다.The volatile organic compounds are benzene, toluene, ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, formaldehyde, acetaldehyde, acetylene, acetylene dichloride, acrolein, acrylonitrile, 1, 3-butadiene, butane. , 1-butene, 2-butene, carbon tetrachloride, chloroform, cyclohexane, 1,2-dichloroethane, diethylamine, ethylene, n-hexane, isopropyl alcohol, methanol, methyl ethyl ketone, methylene chloride, MTBE , Propylene oxide, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, acetic acid, ethylbenzene, nitrobenzene, tetrachloroethylene, styrene and isoprene may contain at least one selected from the group consisting of, and preferably It may contain toluene.

또한 본 발명은 상기 금속-유기 프레임워크 복합체를 포함하는 휘발성 유기 화합물 분해용 촉매를 제공한다.In addition, the present invention provides a catalyst for decomposing volatile organic compounds including the metal-organic framework complex.

이하, 본 발명의 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the metal-organic framework composite of the present invention will be described.

먼저, 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조한다(단계 a).First, a colloid containing the metal nanoparticles is prepared by dispersing the metal nanoparticles in a solvent (step a).

상기 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 아세톤, 다이메틸설폭사이드 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올을 포함할 수 있다.The solvent may include at least one selected from the group consisting of ethanol, methanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, acetone, dimethyl sulfoxide, and hexane. , Preferably it may contain ethanol.

상기 금속-유기 프레임워크 전구체는 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.The metal-organic framework precursors are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), magnesium ( Mg), chromium (Cr), indium (In), and may include a compound containing at least one selected from the group consisting of gallium (Ga).

상기 금속-유기 프레임워크 전구체는 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The metal-organic framework precursor may include at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid, and tribenzoic acid.

다음으로, 상기 콜로이드와 금속-유기 Next, the colloid and metal-organic 프레임워크Framework 전구체를 혼합하고 열처리하여 기공을 포함하는 금속-유기 Metal-organic containing pores by mixing and heat treatment of precursors 프레임워크Framework 및 상기 금속-유기 And the metal-organic 프레임워크의Framework 상기 기공과 접하는 표면에 On the surface in contact with the pores 담지된Supported 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속-유기 Metal-organic containing the metal nanoparticles 프레임워Framework 크 복합체를 제조한다(단계 b).A large complex is prepared (step b).

상기 열처리는 50 내지 200 ℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 150 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리가 50 ℃ 미만이면 금속-유기 프레임워크 구조를 형성하기 위한 활성화 에너지가 부족하여 바람직하지 않고, 200 ℃를 초과하면 사용되는 용매의 끓는점보다 높아 바람직하지 않다.The heat treatment may be performed at a temperature of 50 to 200 °C, and preferably may be performed at a temperature of 100 to 150 °C. If the heat treatment is less than 50°C, the activation energy for forming the metal-organic framework structure is insufficient, which is not preferable. If it exceeds 200°C, it is higher than the boiling point of the solvent to be used, which is not preferable.

이하, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a metal-organic framework composite according to another embodiment of the present invention will be described.

먼저, 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조한다(단계 a).First, a colloid containing the metal nanoparticles is prepared by dispersing the metal nanoparticles in a solvent (step a).

다음으로, 기공을 포함하는 금속-유기 Next, metal-organic containing pores 프레임워크를Framework 제조한다(단계 b). To prepare (step b).

마지막으로, 상기 콜로이드와 상기 금속-유기 Finally, the colloid and the metal-organic 프레임워크를Framework 혼합하고 초음파 처리하여 상기 금속-유기 The metal-organic by mixing and sonicating 프레임워크의Framework 외부 표면에 상기 금속 나노입자를 The metal nanoparticles on the outer surface 담지시켜Load it 금속-유기 Metal-organic 프레임워크Framework 복합체를 제조한다(단계 c). Prepare the composite (step c).

상기 초음파 처리는 30 내지 100분 동안 수행될 수 있다.The ultrasonic treatment may be performed for 30 to 100 minutes.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, this is for illustrative purposes and is not intended to limit the scope of the present invention.

제조예 1: 백금(Pt) 콜로이드 제조Preparation Example 1: Preparation of platinum (Pt) colloid

50 mL 둥근 바닥 플라스크에 20 mL 에틸렌 글리콜을 넣고, 40 mg H2PtCl6 6H2O와 222 mg 폴리비닐피롤리돈(PVP, Mw. 55,000)을 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 10분 이상 저어주면서 상기 혼합물을 상기 플라스크로부터 비우고 N2와 함께 다시 채운 다음, 이 과정을 2회 더 반복하였다. 그 후 상기 혼합물을 180℃ 오일 배스(oil bath)에서 10분 동안 가열하고, 상기 혼합물이 든 플라스크를 상기 오일 배스에서 들어 올려 공기로 식혀주어 콜로이드를 제조하였다.50 mL into a 20 mL ethylene glycol in a round bottom flask, 40 mg H 2 PtCl 6 6H 2 O and 222 mg and the polyvinylpyrrolidone was added to the mixture (PVP, Mw. 55,000) was prepared. With stirring for at least 10 minutes, the mixture was emptied from the flask and refilled with N 2, and the process was repeated two more times. Thereafter, the mixture was heated in an oil bath at 180° C. for 10 minutes, and the flask containing the mixture was lifted from the oil bath and cooled with air to prepare a colloid.

상기 콜로이드를 2개의 50 mL 원심 분리 튜브에 각 10 ml씩 나누고, 각 튜브에 아세톤을 첨가하여 Pt 나노입자를 침전시킨 다음 5분 동안 8000 rpm으로 원심 분리하였다. 상청액을 버리고 7.5 mL 에탄올 및 35 mL 헥산을 첨가하였다. 3회 세척한 후 상기 2개의 원심 분리 튜브를 하나로 합치고, Pt 나노입자를 15 ml 에탄올에 분산시켜 1 mg/mL Pt 콜로이드를 제조하였다. The colloid was divided into two 50 mL centrifuge tubes by 10 ml each, and acetone was added to each tube to precipitate Pt nanoparticles, followed by centrifugation at 8000 rpm for 5 minutes. The supernatant was discarded and 7.5 mL ethanol and 35 mL hexane were added. After washing three times, the two centrifuge tubes were combined into one, and Pt nanoparticles were dispersed in 15 ml ethanol to prepare 1 mg/mL Pt colloid.

제조예 2: UiO-66 제조Preparation Example 2: Preparation of UiO-66

20 ml 유리 바이알에 ZrCl4 33.4 mg, 테레프탈산(terephthalic acid, BDC) 25 mg, DMF 10 ml, 아세트산 0.7 ml를 혼합하여 용액을 제조하고 120℃ 오븐에 하루 동안 두었다. 만들어진 분말을 원심 분리기(10분 동안 6,000 rpm) 및 초음파 처리를 사용하여 DMF로 3회 세척한 후, 3회 24시간 주기 동안 메탄올에 연속적으로 침지시켰다. 최종적으로, 실온에서 12시간 동안 진공 하에서 용매를 제거하여 UiO-66을 제조하였다.In a 20 ml glass vial, 33.4 mg of ZrCl 4 , 25 mg of terephthalic acid (BDC), 10 ml of DMF, and 0.7 ml of acetic acid were mixed to prepare a solution and placed in an oven at 120° C. for one day. The resulting powder was washed three times with DMF using a centrifuge (6,000 rpm for 10 minutes) and sonication, and then continuously immersed in methanol for three 24 hour cycles. Finally, UiO-66 was prepared by removing the solvent under vacuum for 12 hours at room temperature.

제조예 3: MOF-801 제조Preparation Example 3: Preparation of MOF-801

20 ml 유리 바이알에 ZrCl4 33.4 mg, 푸마르산(Fumaric acid) 18 mg, DMF 10 ml, 아세트산 1.2 ml를 혼합하여 용액을 제조하고 120℃ 오븐에 하루 동안 두었다. 만들어진 분말을 원심 분리기(10분 동안 6,000 rpm) 및 초음파 처리를 사용하여 DMF로 3회 세척한 후, 3회 24시간 주기 동안 메탄올에 연속적으로 침지시켰다. 최종적으로, 실온에서 12시간 동안 진공 하에서 용매를 제거하여 MOF-801을 제조하였다.In a 20 ml glass vial, 33.4 mg of ZrCl 4 , 18 mg of fumaric acid, 10 ml of DMF, and 1.2 ml of acetic acid were mixed to prepare a solution and placed in an oven at 120° C. for one day. The resulting powder was washed three times with DMF using a centrifuge (6,000 rpm for 10 minutes) and sonication, and then continuously immersed in methanol for three 24 hour cycles. Finally, MOF-801 was prepared by removing the solvent under vacuum for 12 hours at room temperature.

실시예 1: Pt 나노입자가 외부 표면에 담지된 UiO-66(Pt/UiO-66) 제조Example 1: Preparation of UiO-66 (Pt/UiO-66) in which Pt nanoparticles are supported on the outer surface

제조예 2에 따라 제조된 UiO-66 400 mg을 에탄올에 분산시키고, 이를 제조예 1에 따라 제조된 Pt 콜로이드 0.05 ml와 혼합하여 1시간 동안 초음파 처리하였다. 원심 분리기(8,000 rpm, 5분)를 사용하여 에탄올로 3회 세척하여 Pt 나노입자가 외부 표면에 담지된 UiO-66(Pt/UiO-66)를 제조하였다. 400 mg of UiO-66 prepared according to Preparation Example 2 was dispersed in ethanol, mixed with 0.05 ml of Pt colloid prepared according to Preparation Example 1, and sonicated for 1 hour. UiO-66 (Pt/UiO-66) in which Pt nanoparticles were supported on the outer surface was prepared by washing three times with ethanol using a centrifuge (8,000 rpm, 5 minutes).

실시예Example 2: Pt 나노입자가 내부 기공과 접하는 표면에 2: Pt nanoparticles on the surface in contact with the inner pores 담지된Supported UiOUiO -66(Pt⊂UiO-66) 제조-66 (Pt⊂UiO-66) manufacturing

20 ml 유리 바이알에 제조예 1에 따라 제조된 Pt 콜로이드 0.05 mL, ZrCl4 33.4 mg, 테레프탈산(terephthalic acid, BDC) 25 mg, DMF 10 ml, 아세트산 0.7 ml를 혼합하여 용액을 제조하고 120℃ 오븐에 하루 동안 두었다. 만들어진 분말을 원심 분리기(10분 동안 6,000 rpm) 및 초음파 처리를 사용하여 DMF로 3회 세척한 후, 3회 24시간 주기 동안 메탄올에 연속적으로 침지시켰다. 최종적으로, 실온에서 12시간 동안 진공 하에서 용매를 제거하여 Pt 나노입자가 내부 기공과 접하는 표면에 담지된 UiO-66(Pt⊂UiO-66)를 제조하였다.In a 20 ml glass vial, 0.05 mL of Pt colloid prepared according to Preparation Example 1, 33.4 mg of ZrCl 4 , 25 mg of terephthalic acid (BDC), 10 ml of DMF, and 0.7 ml of acetic acid were mixed to prepare a solution and then in an oven at 120°C. Leave it for a day. The resulting powder was washed three times with DMF using a centrifuge (6,000 rpm for 10 minutes) and sonication, and then continuously immersed in methanol for three 24 hour cycles. Finally, the solvent was removed under vacuum at room temperature for 12 hours to prepare UiO-66 (Pt⊂UiO-66) carrying the Pt nanoparticles on the surface in contact with the inner pores.

실시예 3: Pt 나노입자가 외부 표면에 담지된 MOF-801(Pt/MOF-801) 제조Example 3: Preparation of MOF-801 (Pt/MOF-801) in which Pt nanoparticles are supported on the outer surface

실시예 1에서 제조예 2에 따라 제조된 Ui0-66를 사용하는 대신에 제조예 3에 따라 제조된 MOF-801을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Pt 나노입자가 외부 표면에 담지된 MOF-801(Pt/MOF-801)를 제조하였다.Pt nanoparticles were applied to the outer surface in the same manner as in Example 1, except that MOF-801 prepared according to Preparation Example 3 was used instead of using Ui0-66 prepared according to Preparation Example 2 in Example 1. Supported MOF-801 (Pt/MOF-801) was prepared.

실시예Example 4: Pt 나노입자가 내부 기공과 접하는 표면에 4: Pt nanoparticles on the surface in contact with the inner pores 담지된Supported MOF-801(Pt⊂MOF-801) 제조 Manufactured MOF-801 (Pt⊂MOF-801)

20 ml 유리 바이알에 제조예 1에 따라 제조된 Pt 콜로이드 0.05 mL, ZrCl4 33.4 mg, 푸마르산(Fumaric acid) 18 mg, DMF 10 ml, 아세트산 1.2 ml를 혼합하여 용액을 제조하고 120℃ 오븐에 하루 동안 두었다. 만들어진 분말을 원심 분리기(10분 동안 6,000 rpm) 및 초음파 처리를 사용하여 DMF로 3회 세척한 후, 3회 24시간 주기 동안 메탄올에 연속적으로 침지시켰다. 최종적으로, 실온에서 12시간 동안 진공 하에서 용매를 제거하여 Pt 나노입자가 내부 기공과 접하는 표면에 담지된 MOF-801(Pt⊂MOF-801)을 제조하였다.In a 20 ml glass vial, 0.05 mL of Pt colloid prepared according to Preparation Example 1, 33.4 mg of ZrCl 4 , 18 mg of fumaric acid, 10 ml of DMF, and 1.2 ml of acetic acid were mixed to prepare a solution, and in an oven at 120° C. for one day I put it. The resulting powder was washed three times with DMF using a centrifuge (6,000 rpm for 10 minutes) and sonication, and then continuously immersed in methanol for three 24 hour cycles. Finally, the solvent was removed under vacuum at room temperature for 12 hours to prepare MOF-801 (Pt⊂MOF-801) in which Pt nanoparticles were supported on the surface in contact with the inner pores.

[시험예] [Test Example]

시험예 1: HR-TEM(High-resolution transmission electron microscopy) 분석Test Example 1: HR-TEM (High-resolution transmission electron microscopy) analysis

도 3은 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66 및 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66의 HR-TEM 이미지이고, 도 4는 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801 및 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801의 HR-TEM 이미지이다. 3 is a HR-TEM image of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1 and Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2, and FIG. 4 is a Pt/MOF-801 prepared according to Example 3 And HR-TEM images of Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4.

도 3 및 4를 참조하면, Pt/UiO-66과 Pt/MOF-801에서는 Pt 나노입자가 고르게 금속-유기 프레임워크 외부 표면에 분포되어있는 것을 확인할 수 있고 Pt⊂UiO-66과 Pt⊂MOF-801에서는 Pt 나노입자가 금속-유기 프레임워크의 내부 기공과 접하는 표면에 담지된 것을 확인할 수 있었다.3 and 4, in Pt/UiO-66 and Pt/MOF-801, it can be seen that Pt nanoparticles are evenly distributed on the outer surface of the metal-organic framework, and Pt⊂UiO-66 and Pt⊂MOF- In 801, it was confirmed that the Pt nanoparticles were supported on the surface in contact with the internal pores of the metal-organic framework.

시험예 2: XRD(X-ray diffraction) 분석Test Example 2: XRD (X-ray diffraction) analysis

도 5는 실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66, 실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66 및 제조예 2에 따라 제조된 UiO-66의 XRD 그래프이다. 도 5를 참조하면, Pt 나노입자가 외부 표면과 내부 기공과 접하는 표면에 담지된 후에도 금속-유기 프레임워크 구조가 안정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 5 is an XRD graph of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1, Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2, and UiO-66 prepared according to Preparation Example 2. FIG. Referring to FIG. 5, it was confirmed that the metal-organic framework structure was stably maintained even after the Pt nanoparticles were supported on the outer surface and the surface in contact with the inner pores.

도 6은 실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801, 실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801 및 제조예 3에 따라 제조된 MOF-801의 XRD 그래프이다. 도 6을 참조하면, Pt 나노입자가 외부 표면과 내부 기공과 접하는 표면에 담지된 후에도 금속-유기 프레임워크 구조가 안정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.6 is an XRD graph of Pt/MOF-801 prepared according to Example 3, Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4, and MOF-801 prepared according to Preparation Example 3. FIG. Referring to FIG. 6, it was confirmed that the metal-organic framework structure was stably maintained even after the Pt nanoparticles were supported on the outer surface and the surface in contact with the inner pores.

시험예 3: 톨루엔 분해 성능 평가Test Example 3: Toluene decomposition performance evaluation

실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체를 상온의 진공오븐에서 밤새 건조시킨 후 tube 반응기에서 톨루엔 반응 실험을 수행하였다. 반응기 내 차압을 줄이기 위하여 파우더 상태의 샘플과 quartz bead (50~250㎛)를 1:1의 부피비로 혼합하여 반응을 진행하였다. 촉매(금속-유기 프레임워크 복합체) 부피는 0.7 mL, 유량은 200 mL/min, 공간속도는 1700 h-1에서 실험하였으며 톨루엔은 5ppm 농도의 산소 balanced 가스를 반응가스로 사용하였다.After drying the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 overnight in a vacuum oven at room temperature, a toluene reaction experiment was performed in a tube reactor. In order to reduce the differential pressure in the reactor, a powdery sample and quartz beads (50-250 μm) were mixed in a volume ratio of 1:1 to proceed with the reaction. The catalyst (metal-organic framework complex) volume was 0.7 mL, the flow rate was 200 mL/min, and the space velocity was 1700 h -1 . Toluene was used as a reaction gas with an oxygen balanced gas having a concentration of 5 ppm.

톨루엔은 GC(Gas chromatography)에서 FID detector(Flame ionization detector)를 이용하여 분석하였고, 톨루엔이 완전 분해되는 증거인 CO2 생성여부는 TCD detector(Thermal conductivity detector)를 이용하여 분석하였다.Toluene was analyzed using a FID detector (Flame ionization detector) in GC (Gas chromatography), and the generation of CO 2, which is evidence of complete decomposition of toluene, was analyzed using a TCD detector (Thermal conductivity detector).

실시예 1에 따라 제조된 Pt/UiO-66의 온도별 톨루엔 분해 성능을 도 7a 내지 7c에 나타내었다. 도 7a 내지 7c를 참조하면, 160℃까지는 초반 탈착이 관찰되며 180℃에서 톨루엔의 분해 반응이 시작되었다. 220℃에서 톨루엔이 95% 이상 분해되었고, 240℃에서 톨루엔이 완전 분해되었다.Toluene decomposition performance of Pt/UiO-66 prepared according to Example 1 by temperature is shown in FIGS. 7A to 7C. Referring to Figures 7a to 7c, the initial desorption was observed up to 160 ℃, and decomposition reaction of toluene was started at 180 ℃. More than 95% of toluene was decomposed at 220°C, and toluene was completely decomposed at 240°C.

실시예 2에 따라 제조된 Pt⊂UiO-66의 온도별 톨루엔 분해 성능을 도 8a 내지 8c에 나타내었다. 도 8a 내지 8c를 참조하면, 80℃에서 시간이 지남에 따라 점차 탈착을 보이다가 다시 포화되는 형태를 관찰할 수 있으며, 160℃부터 톨루엔이 분해되었고, 180℃에서 완전 분해되었다.Toluene decomposition performance of Pt⊂UiO-66 prepared according to Example 2 by temperature is shown in FIGS. 8A to 8C. Referring to FIGS. 8A to 8C, it can be observed that desorption is gradually exhibited over time at 80° C. and then saturated again. Toluene was decomposed from 160° C. and completely decomposed at 180° C.

실시예 3에 따라 제조된 Pt/MOF-801의 온도별 톨루엔 분해 성능을 도 9a 내지 9c에 나타내었다. 도 9a 내지 9c를 참조하면, 140℃에서 초반 탈착을 보이고 분해도 함께 관찰되었다. 160℃에서 톨루엔이 99% 이상 분해되었고, 180℃에서 완전 분해되었다.Toluene decomposition performance by temperature of Pt/MOF-801 prepared according to Example 3 is shown in FIGS. 9A to 9C. 9A to 9C, the initial desorption was observed at 140° C. and decomposition was also observed. More than 99% of toluene was decomposed at 160°C and completely decomposed at 180°C.

실시예 4에 따라 제조된 Pt⊂MOF-801의 온도별 톨루엔 분해 성능을 도 10a 내지 10c에 나타내었다. 도 10a 내지 10c를 참조하면 상온에서는 톨루엔 peak가 관찰되지 않았고, 120℃에서 초반 탈착을 보이고 분해도 함께 관찰되었다. 160℃에서 톨루엔이 99% 이상 분해되었고, 180℃에서 완전 분해되었다.The toluene decomposition performance of Pt⊂MOF-801 prepared according to Example 4 by temperature is shown in FIGS. 10A to 10C. Referring to FIGS. 10A to 10C, a toluene peak was not observed at room temperature, and initial desorption was observed at 120° C. and decomposition was also observed. More than 99% of toluene was decomposed at 160°C and completely decomposed at 180°C.

실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체의 120℃, 140℃, 160℃, 180℃에서의 톨루엔 분해 성능을 도 11 내지 14에 나타내었으며, 각 온도별 톨루엔 전환율을 도 15에 나타내었다.The toluene decomposition performance of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 at 120° C., 140° C., 160° C., and 180° C. is shown in FIGS. 11 to 14, and the toluene conversion rate at each temperature is shown in FIG. 15. Indicated.

도 11 내지 15를 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 금속-유기 프레임워크 복합체 모두 상온에서 흡착되었던 톨루엔이 80℃에서 탈착된 후 서서히 전환율이 상승하는 경향을 보였다. Pt⊂MOF-801은 가장 낮은 온도인 120℃부터 분해가 시작되며, Pt/MOF-801, Pt⊂UiO-66, Pt/UiO-66는 140℃부터 분해가 시작되었다. Pt⊂MOF-801, Pt/MOF-801, Pt⊂UiO-66, Pt/UiO-66 순으로 촉매활성이 좋은 것으로 나타나 가장 우수한 촉매 활성을 보이는 것은 Pt⊂MOF-801이었다. 또한 Pt⊂UiO-66, Pt/MOF-801, Pt⊂MOF-801는 180℃에서 분해 반응이 완결되었으며, Pt/UiO-66은 240℃에서 반응이 완결되었다.11 to 15, all of the metal-organic framework composites prepared according to Examples 1 to 4 showed a tendency of gradually increasing the conversion rate after toluene adsorbed at room temperature was desorbed at 80°C. The decomposition of Pt⊂MOF-801 started at the lowest temperature of 120℃, and the decomposition of Pt/MOF-801, Pt⊂UiO-66, and Pt/UiO-66 started at 140℃. Pt⊂MOF-801, Pt/MOF-801, Pt⊂UiO-66, and Pt/UiO-66 showed good catalytic activity in order, showing the best catalytic activity was Pt⊂MOF-801. In addition, the decomposition reaction of Pt⊂UiO-66, Pt/MOF-801, and Pt⊂MOF-801 was completed at 180°C, and the reaction of Pt/UiO-66 was completed at 240°C.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 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 상기 상세한 설명보다는 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.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field can add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes may be made to the present invention by addition or the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (17)

기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크(Metal-organic framework, MOFs); 및
상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 표면에 담지된 금속 나노입자;를
포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
Metal-organic frameworks (MOFs) containing pores; And
Metal nanoparticles supported on at least one surface selected from the group consisting of an outer surface of the metal-organic framework and a surface contacting the pores of the metal-organic framework;
Metal-organic framework composite comprising.
제1항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크가 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
The metal-organic framework complex, characterized in that the metal-organic framework comprises a metal ion and an organic ligand coordinated to the metal ion.
제2항에 있어서,
상기 금속이온이 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 2,
The metal ions are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium (Cr), indium (In) and gallium (Ga), characterized in that it comprises at least one ion selected from the group consisting of a metal-organic framework complex.
제2항에 있어서,
상기 유기 리간드가 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 2,
The metal-organic framework complex, characterized in that the organic ligand contains at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid and tribenzoic acid.
제1항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크가 UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF-812, MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 및 MIL-101로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
The metal-organic framework is UiO-66, UiO-67, UiO-68, MOF-5, MOF-177, MOF-801, MOF-804, MOF-805, MOF-806, MOF-808, MOF-812 , MOF-841, NU-100, NU-110, NU-1000, DUT-49, DUT-52, DUT-53, DUT-67, ZIF-8, IRMOF-20, CAU-10, MIL-100 and MIL Metal-organic framework composite, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of -101.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자가 Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
The metal nanoparticles are Pt, Au, Ag, Co, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta and Te Metal-organic framework composite, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자의 크기가 0.5 내지 20 nm인 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
Metal-organic framework composite, characterized in that the size of the metal nanoparticles is 0.5 to 20 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크 복합체가 상기 금속-유기 프레임워크 100중량부; 및 상기 금속 나노입자 0.01 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
The metal-organic framework composite is 100 parts by weight of the metal-organic framework; And 0.01 to 5 parts by weight of the metal nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크 복합체가 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOCs)을 분해하는 데 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 1,
The metal-organic framework complex, characterized in that for use to decompose volatile organic compounds (Volatile organic compounds, VOCs), characterized in that the metal-organic framework complex.
제9항에 있어서,
상기 휘발성 유기 화합물이 벤젠, 톨루엔, 오소-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세틸렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 1, 3-부타티엔, 부탄, 1-부텐, 2-부텐, 사염화탄소, 클로로포름, 사이클로헥산, 1,2-디클로로에탄, 디에틸아민, 에틸렌, n-헥산, 이소프로필알코올, 메탄올, 메틸에틸케톤, 메틸렌클로라이드, 엠티비이(MTBE), 프로필렌옥사이드, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 아세트산, 에틸벤젠, 니트로벤젠, 테트라클로로에틸렌, 스틸렌 및 이소프렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체.
The method of claim 9,
The volatile organic compounds are benzene, toluene, ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, formaldehyde, acetaldehyde, acetylene, acetylene dichloride, acrolein, acrylonitrile, 1, 3-butadiene, butane. , 1-butene, 2-butene, carbon tetrachloride, chloroform, cyclohexane, 1,2-dichloroethane, diethylamine, ethylene, n-hexane, isopropyl alcohol, methanol, methyl ethyl ketone, methylene chloride, MTBE , Propylene oxide, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, acetic acid, ethylbenzene, nitrobenzene, tetrachloroethylene, styrene and isoprene- Organic framework complex.
제1항의 금속-유기 프레임워크 복합체를 포함하는 휘발성 유기 화합물 분해용 촉매.A catalyst for decomposing volatile organic compounds comprising the metal-organic framework complex of claim 1. (a) 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 콜로이드와 금속-유기 프레임워크 전구체를 혼합하고 열처리하여 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크 및 상기 금속-유기 프레임워크의 상기 기공과 접하는 표면에 담지된 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체를 제조하는 단계;를
포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
(a) dispersing the metal nanoparticles in a solvent to prepare a colloid containing the metal nanoparticles; And
(b) a metal-organic framework including pores by mixing and heat-treating the colloid and a metal-organic framework precursor, and a metal including the metal nanoparticles supported on the surface of the metal-organic framework in contact with the pores -Preparing an organic framework composite;
Method for producing a metal-organic framework composite comprising.
제12항에 있어서,
상기 용매가 에탄올, 메탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 아세톤, 다이메틸설폭사이드 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
The method of claim 12,
The solvent comprises at least one selected from the group consisting of ethanol, methanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, acetone, dimethyl sulfoxide, and hexane. Method for producing a metal-organic framework composite.
제12항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크 전구체가 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
The method of claim 12,
The metal-organic framework precursors are zirconium (Zr), aluminum (Al), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), magnesium ( Mg), chromium (Cr), indium (In) and gallium (Ga), characterized in that it comprises a compound containing at least one selected from the group consisting of a metal-organic framework composite manufacturing method.
제12항에 있어서,
상기 금속-유기 프레임워크 전구체가 테레프탈산, 푸마르산, 옥살산, 트라이메스산 및 트라이벤조산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
The method of claim 12,
The metal-organic framework precursor comprises at least one selected from the group consisting of terephthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, trimesic acid, and tribenzoic acid.
제12항에 있어서,
상기 열처리가 50 내지 200 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
The method of claim 12,
The method of manufacturing a metal-organic framework composite, characterized in that the heat treatment is performed at a temperature of 50 to 200°C.
(a) 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드를 제조하는 단계;
(b) 기공을 포함하는 금속-유기 프레임워크를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 콜로이드와 상기 금속-유기 프레임워크를 혼합하고 초음파 처리하여 상기 금속-유기 프레임워크의 외부 표면에 상기 금속 나노입자를 담지시켜 금속-유기 프레임워크 복합체를 제조하는 단계;를
포함하는 금속-유기 프레임워크 복합체의 제조방법.
(a) dispersing the metal nanoparticles in a solvent to prepare a colloid containing the metal nanoparticles;
(b) preparing a metal-organic framework comprising pores; And
(c) preparing a metal-organic framework composite by mixing the colloid and the metal-organic framework and performing ultrasonic treatment to support the metal nanoparticles on the outer surface of the metal-organic framework;
Method for producing a metal-organic framework composite comprising.
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