KR20210069198A - Porous gas permeable membranes and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a porous gas permeable membrane manufacturing method including: a step of dissolving a metal precursor and a synthetic amino fatty acid represented by the following structural formula 1 in a solvent; a step of reducing the metal precursor to form metal nanoparticles; and a step of forming a self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid and simultaneously allowing the self-assembly to float in the solvent to be positioned on the surface of the solvent. In structural formula 1, R1 is a C2 to C20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 an alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group.

Description

다공성 기체 투과막 및 이의 제조 방법 {POROUS GAS PERMEABLE MEMBRANES AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}Porous gas permeable membrane and manufacturing method thereof

본원은 다공성 기체 투과막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a porous gas permeable membrane and a method for manufacturing the same.

현대 사회의 주요 자원인 석유는 지역편재성이 심하고, 국제 정세에 따라 공급이 쉽게 변동하는 등 지역적이고 정치적인 문제를 가지고 있다. 또한, 석유를 연소시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소 등의 온실가스는 지구 온난화를 야기하기 때문에, 석유 자원을 대체할 수 있는 대체 에너지 기술 개발이 주목받고 있다.Petroleum, a major resource in modern society, has regional and political problems, such as being highly ubiquitous in the region, and its supply fluctuates easily depending on the international situation. In addition, since greenhouse gases such as carbon dioxide generated in the process of burning petroleum cause global warming, development of alternative energy technologies capable of replacing petroleum resources is attracting attention.

이러한 대체 에너지 중, 수소 가스는 연소시 물(H2O)이 방출되기 때문에, 석유 자원에 의해 발생하는 지구 온난화 문제를 해결할 수 있는 장점이 존재한다. 그러나 수소는 매우 가볍고, 간단한 구조식 때문에 메탄, 일산화탄소, 물, 이산화탄소 등과 같이 형성될 수 있다. 따라서, 수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 다양한 혼합 가스들 중 수소 가스만을 분리할 필요가 존재하다.Among these alternative energies, since water (H 2 O) is emitted when hydrogen gas is burned, there is an advantage that can solve the problem of global warming caused by petroleum resources. However, hydrogen is very light and because of its simple structure, it can be formed with methane, carbon monoxide, water, carbon dioxide, etc. Therefore, in order to use hydrogen as an energy source, it is necessary to separate only hydrogen gas from among various mixed gases.

크기가 매우 작고 가벼운 수소 분자를 분리하기 위해서 막(membrane)에 대한 연구가 활발하다. 막이란 막의 기공의 크기, 전기적 성질, 및/또는 물리적 성질 등을 이용하여 특정 입자를 선택적으로 분리하기 위한 것으로서, 막을 통해 원하는 물질만을 선택적으로 수득할 수 있다. 이러한 막은 기체 투과막, 수질 정화 등에도 사용될 수 있어 현대 사회에서 많이 연구가 되고 있다.In order to separate very small and light hydrogen molecules, research on membranes is active. The membrane is for selectively separating specific particles using the pore size, electrical properties, and/or physical properties of the membrane, and only a desired material can be selectively obtained through the membrane. These membranes can be used for gas permeation membranes, water purification, etc., and thus are being studied a lot in modern society.

막에 사용할 수 있는 재질로서 세라믹, 고분자, 금속, 이들의 복합 소재 등이 제시되었다. 그러나, 세라믹 물질은 취성이 강해 원하는 물질로 제조하기 어렵고, 고분자 물질은 내부 용적(free volume)에 의해 상기 막의 기공 크기가 일정하지 않으며, 금속 물질의 경우 수소에 의한 취성 파괴 문제, 복잡한 제조 공정, 및 단위면적당 수소 투과율이 낮은 단점이 존재한다.Ceramics, polymers, metals, and composite materials thereof have been suggested as materials that can be used for the membrane. However, the ceramic material is brittle and difficult to manufacture into a desired material, the polymer material does not have a constant pore size due to the internal volume (free volume), and in the case of a metal material, a problem of brittle fracture due to hydrogen, a complicated manufacturing process, and low hydrogen permeability per unit area.

본원의 배경이 되는 기술인 한국공개특허공보 제10-2010-0107960호는 나노 다공막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 공개특허는 2 번에 걸친 열처리를 통해 나노 다공막을 제조할 뿐, 금속 나노 입자의 자기 조립 과정 및 기공의 크기 조절을 위한 실란층에 대해서는 인식하지 못하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0107960, which is the background technology of the present application, relates to a nanoporous membrane and a method for manufacturing the same. The above publication only manufactures a nanoporous membrane through heat treatment over two times, but does not recognize a silane layer for self-assembly of metal nanoparticles and pore size control.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다공성 기체 투과막의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 다공성 기체 투과막을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present application is to provide a method for manufacturing a porous gas permeable membrane and a porous gas permeable membrane prepared by the method for solving the problems of the prior art.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과층은 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical overlayer to be achieved by the embodiment of the present application is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 금속 전구체 및 하기 구조식 1 로서 표시되는 합성 아미노 지방산을 용매에 용해시키는 단계, 상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계, 및 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 자기 조립체를 형성함과 동시에 상기 자기 조립체가 상기 용매 내에서 부양하여 상기 용매의 표면에 위치하는 단계를 포함하는, 다공성 기체 투과막의 제조 방법을 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application comprises the steps of dissolving a metal precursor and a synthetic amino fatty acid represented by the following Structural Formula 1 in a solvent, wherein the metal precursor is reduced to form metal nanoparticles Providing a method for producing a porous gas permeable membrane, comprising: forming a self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, and simultaneously floating the self-assembly in the solvent to position the self-assembly on the surface of the solvent do.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00001
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Figure pat00001
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구조식 1 에서, R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formula 1, R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 An alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted It is a C 2 to C 20 heteroaryl group.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체는 상기 금속 나노 입자와 상기 합성 아미노 지방산이 네트워크 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the self-assembly may be a network bond between the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 친수성 부분 및 소수성 부분을 모두 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may include both a hydrophilic moiety and a hydrophobic moiety, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비는 1 : 1 내지 1 : 5 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid may be 1:1 to 1:5, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체의 내부에 기공 크기 조정을 위한 실란층을 형성하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the method may further include, but is not limited to, forming a silane layer for adjusting the pore size in the magnetic assembly.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 실란층을 형성하는 단계는 상기 금속 나노 입자 상에 하기 구조식 2 또는 하기 구조식 3 으로서 표시된 실란 전구체를 증착시키는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the forming of the silane layer may include depositing a silane precursor represented by the following Structural Formula 2 or the following Structural Formula 3 on the metal nanoparticles, but is not limited thereto.

[구조식 2][Structural Formula 2]

SiR2R3R4R5;SiR 2 R 3 R 4 R 5 ;

[구조식 3][Structural Formula 3]

R2OSiR3R4R5;R 2 OSiR 3 R 4 R 5 ;

구조식 2 및 3 에서, R2 내지 R5 는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, 또는 I 의 할로겐 원소, 수소, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formulas 2 and 3, R 2 to R 5 are each independently a halogen element of F, Cl, Br, or I, hydrogen, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, substituted or unsubstituted A substituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 an alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 heteroaryl group.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계는 20℃ 내지 50℃ 온도 범위에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the step of reducing the metal precursor to form the metal nanoparticles may be performed at a temperature ranging from 20°C to 50°C, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal precursor is Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and these It may include a metal selected from the group consisting of combinations of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 H2O, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 무수아세트산, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 극성 용매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solvent may include a polar solvent selected from the group consisting of H 2 O, methanol, ethanol, ammonia, acetic anhydride, acetone, and combinations thereof, but is not limited thereto.

또한, 본원의 제 2 측면은 금속 나노 입자 및 합성 아미노 지방산의 네트워크 결합에 의해 형성된 다공성 기체 투과막에 있어서, 상기 금속 나노 입자 상에 실란 화합물이 형성되어 있고, 상기 실란 화합물에 의해 상기 다공성 기체 투과막의 기공 크기가 조정되는 것인, 다공성 기체 투과막을 제공한다.In addition, in the second aspect of the present application, in the porous gas permeable membrane formed by network bonding of metal nanoparticles and synthetic amino fatty acids, a silane compound is formed on the metal nanoparticles, and the porous gas permeates by the silane compound A porous gas permeable membrane is provided, wherein the pore size of the membrane is adjusted.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 기체 투과막의 두께는 100 nm 내지 2,000 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thickness of the porous gas permeable membrane may be 100 nm to 2,000 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 실란 화합물은 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산과 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the silane compound may be combined with the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 기체 투과막은 상기 네트워크 결합된 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 다층 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the porous gas permeable membrane may include a multilayer structure of the network-bonded metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal nanoparticles are Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and It may include a metal selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 하기 구조식 1 로서 표시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may be represented by the following Structural Formula 1, but is not limited thereto.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00002
;
Figure pat00002
;

구조식 1 에서, R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formula 1, R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 An alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted It is a C 2 to C 20 heteroaryl group.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

종래의 고분자 기반의 분리막은 고분자 내부의 자유 용적(free volume)을 갖기 때문에, 특정 부분에서 큰 기공을 가질 수 있어 투과할 기체의 선택도가 낮고, 투과도 및 선택도 사이의 상충적인 관계를 가질 수 있다. 또한, 치밀 고분자 분리막의 경우 고분자 및 기체 분자간의 흡착 및 확산 메커니즘을 이용하여 기체를 투과하기 때문에, 기체 분자를 크기에 따라 분리하기 어렵다.Since the conventional polymer-based separation membrane has a free volume inside the polymer, it can have large pores in a specific part, so the selectivity of the gas to be permeated is low, and a trade-off between the permeability and the selectivity can be obtained. have. In addition, in the case of a dense polymer membrane, it is difficult to separate gas molecules according to their size, since gas permeates using an adsorption and diffusion mechanism between the polymer and gas molecules.

그러나, 본원에 따른 다공성 기체 투과막은 금속 나노 입자 사이의 기공을 이용하기 때문에 기체 분자를 상기 기공의 크기에 따라 투과할 수 있고, 상기 기공의 크기는 실란에 의해 조절될 수 있어 수소와 산소, 산소와 이산화탄소, 및 산소와 질소 등 크기가 비슷한 기체 분자를 용이하게 분리할 수 있어 종래의 고분자 기반의 분리막에 비해 우수한 기체 투과성 및 선택성을 가질 수 있다.However, since the porous gas permeable membrane according to the present application uses pores between metal nanoparticles, gas molecules can permeate according to the size of the pores, and the size of the pores can be controlled by silane, so that hydrogen, oxygen, and oxygen It is possible to easily separate gas molecules having similar sizes, such as carbon dioxide, oxygen, and nitrogen, and thus can have superior gas permeability and selectivity compared to conventional polymer-based separation membranes.

또한, 본원에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법은 금속 나노 입자와 합성 아미노 지방산 사이의 자기 조립 과정을 이용하기 때문에, 저렴한 비용으로 다공성 기체 투과막을 제조할 수 있다.In addition, since the method for manufacturing the porous gas permeable membrane according to the present application uses a self-assembly process between metal nanoparticles and synthetic amino fatty acids, the porous gas permeable membrane can be manufactured at low cost.

또한, 본원에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법은 기공의 크기를 조절하기 위해 실란층을 형성하기 때문에, 종래의 기체 투과막에 비해 기계적 물성이 향상될 수 있다.In addition, since the method for manufacturing a porous gas permeable membrane according to the present application forms a silane layer to control the size of pores, mechanical properties can be improved compared to the conventional gas permeable membrane.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법의 순서도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 기공 크기 제어 방법의 모식도이다.
도 4 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 단계이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 사진이다.
도 6 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 단면 SEM 이미지이고, (b) 는 상면 SEM 이미지이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 TEM 이미지이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 두께 및 반응 시간 사이의 관계를 나타낸 AFM 이미지 및 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 EDX 그래프이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 두께 및 반응 시간 사이의 관계를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 두께와 금속 전구체의 농도 사이의 관계에 대한 그래프이다.
도 12 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막 단층의 TEM 이미지이고, (b) 는 상기 다공성 기체 투과막의 EDX 그래프이다.
도 13 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막 다층의 SEM 이미지이고, (b) 는 TEM 이미지이다.
도 14 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 나노 입자 멤브레인의 기체 투과능에 대한 그래프이고, (b) 는 유기 분자의 크기에 따른 상기 나노 입자 멤브레인의 투과능에 대한 그래프이다.
도 15 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 다공성 기체 투과막의 실란층의 증착 시간에 따른 투과도 변화를 나타낸 그래프이고, (b) 는 기공의 크기에 따른 기체 분자의 투과도를 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
3 is a schematic diagram of a pore size control method of a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
4 (a) and (b) are the manufacturing steps of the porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
5 is a photograph of a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
Figure 6 (a) is a cross-sectional SEM image of the porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application, (b) is a top surface SEM image.
7 is a TEM image of a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
8 is an AFM image and graph showing the relationship between the thickness of the porous gas permeable membrane and the reaction time according to an embodiment of the present application.
9 is an EDX graph of the porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.
10 is a SEM image showing the relationship between the thickness of the porous gas permeable membrane and the reaction time according to an embodiment of the present application.
11 is a graph showing the relationship between the thickness of the porous gas permeable membrane and the concentration of the metal precursor according to an embodiment of the present application.
12 (a) is a TEM image of a porous gas permeable membrane monolayer according to an embodiment of the present application, and (b) is an EDX graph of the porous gas permeable membrane.
13 (a) is an SEM image of a multilayer porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application, and (b) is a TEM image.
14 (a) is a graph of the gas permeability of the nanoparticle membrane according to an embodiment of the present application, and (b) is a graph of the permeability of the nanoparticle membrane according to the size of organic molecules.
15 (a) is a graph showing the change in transmittance according to the deposition time of the silane layer of the porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application, and (b) is a graph showing the transmittance of gas molecules according to the size of the pores.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable manner. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표시에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표시에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the mark of markush format means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the constituents described in marks of markush form, and the constituents It is meant to include one or more selected from the group consisting of.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A or B, or A and B”.

본원 명세서 전체에서, "치환된"의 기재는 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Throughout this specification, the description of "substituted" indicates that a hydrogen atom in a compound is a halogen atom (F, Br, Cl or I), a hydroxyl group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 2 to C 20 alkynyl group, C 6 to C 30 aryl group, C 7 to C 30 arylalkyl group, C 1 to C 4 alkoxy group, C 1 to C 20 heteroalkyl group, C 3 to C 20 heteroarylalkyl group, C 3 to It means substituted with a substituent selected from a C 30 cycloalkyl group, a C 3 to C 15 cycloalkenyl group, a C 6 to C 15 cycloalkynyl group, a C 2 to C 20 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.

이하에서는 본원의 다공성 기체 투과막 및 이의 제조 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the porous gas permeable membrane of the present application and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 금속 전구체 및 하기 구조식 1 로서 표시되는 합성 아미노 지방산을 용매에 용해시키는 단계, 상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계, 및 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 자기 조립체를 형성함과 동시에 상기 자기 조립체가 상기 용매 내에서 부양하여 상기 용매의 표면에 위치하는 단계를 포함하는, 다공성 기체 투과막의 제조 방법을 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application comprises the steps of dissolving a metal precursor and a synthetic amino fatty acid represented by the following Structural Formula 1 in a solvent, wherein the metal precursor is reduced to form metal nanoparticles Providing a method for producing a porous gas permeable membrane, comprising: forming a self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, and simultaneously floating the self-assembly in the solvent to position the self-assembly on the surface of the solvent do.

[구조식 1][Structural Formula 1]

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구조식 1 에서, R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formula 1, R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 An alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted It is a C 2 to C 20 heteroaryl group.

본원에 따른 다공성 기체 투과막은 기체 투과막이라고도 하며, 상기 막에 존재하는 기공이나 입자를 통해 특정 기체 분자를 선택하여 분리하기 위한 장치를 의미한다. 예를 들어, 상기 기체 투과막이 갖는 전기적 성질에 의해 특정 기체 분자를 제거할 수 있고, 상기 기체 투과막의 기공 크기를 이용하여 기체 분자들을 분리할 수 있다.The porous gas permeable membrane according to the present application is also referred to as a gas permeable membrane, and refers to a device for selecting and separating specific gas molecules through pores or particles present in the membrane. For example, specific gas molecules may be removed by the electrical properties of the gas permeable membrane, and gas molecules may be separated using the pore size of the gas permeable membrane.

그러나, 종래의 다공성 기체 투과막은 세라믹, MOF(metal organic framework), 금속 또는 고분자를 포함하고 있어 제조 과정상 기체 투과능을 저하시키는 문제가 존재한다. 예를 들어, 상기 다공성 기체 투과막을 금속 재질로 형성할 경우, 상기 금속이 기체 분자와 반응하거나, 상기 금속 자체의 결정 구조에 의해 기공 크기의 제어가 어렵다. 또한, 고분자 물질은 내부에 존재하는 자유 용적(free volume)에 의해 기공 크기 제어가 어렵고, 세라믹 물질은 취성이 강해 원하는 형상으로 제조가 어려운 특징이 존재한다.However, the conventional porous gas permeable membrane contains a ceramic, a metal organic framework (MOF), a metal, or a polymer, so there is a problem of reducing the gas permeability during the manufacturing process. For example, when the porous gas permeable membrane is formed of a metal material, it is difficult to control the pore size due to the metal reacts with gas molecules or the crystal structure of the metal itself. In addition, the polymer material has a characteristic that it is difficult to control the pore size due to the free volume present therein, and the ceramic material is brittle and thus difficult to manufacture into a desired shape.

본원은 종래의 기체 투과막의 단점을 극복하기 위해, 금속 나노 입자 및 아미노 지방산을 이용함으로써, 기공의 크기를 조절할 수 있는 기체 투과막 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.The present application can provide a gas permeable membrane capable of controlling the size of pores by using metal nanoparticles and amino fatty acids in order to overcome the disadvantages of the conventional gas permeable membrane, and a method for manufacturing the same.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법의 순서도이고, 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 방법의 모식도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application, and FIG. 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application.

먼저, 금속 전구체 및 하기 구조식 1 로서 표시되는 합성 아미노 지방산을 용매에 용해시킨다 (S100).First, a metal precursor and a synthetic amino fatty acid represented by the following Structural Formula 1 are dissolved in a solvent (S100).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 친수성 부분 및 소수성 부분을 모두 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may include both a hydrophilic moiety and a hydrophobic moiety, but is not limited thereto.

본원에 따른 아미노 지방산은 아미노산의 일종으로서, 친수성 부분 및 소수성 부분을 동시에 포함하는, 이른바 양친매성 물질(amphiphilic material)을 의미하는 물질을 의미한다. 이러한 아미노 지방산에는 천연 아미노산인 티로신, 트립토판, 및 메티오닌 등이 존재하고, 합성 아미노산인 아미노옥탄산(aminooctanoic acid) 등이 존재할 수 있다.The amino fatty acid according to the present application is a type of amino acid, and refers to a material that includes a hydrophilic portion and a hydrophobic portion at the same time, meaning a so-called amphiphilic material. Such amino fatty acids may include natural amino acids such as tyrosine, tryptophan, and methionine, and synthetic amino acids such as aminooctanoic acid.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal precursor is Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and these It may include a metal selected from the group consisting of combinations of, but is not limited thereto.

후술하겠지만, 상기 금속 전구체는 상기 합성 아미노 지방산과 반응함으로써, 금속 나노 입자를 형성할 수 있다.As will be described later, the metal precursor may react with the synthetic amino fatty acid to form metal nanoparticles.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 H2O, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 무수아세트산, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 극성 용매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solvent may include a polar solvent selected from the group consisting of H 2 O, methanol, ethanol, ammonia, acetic anhydride, acetone, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 합성 아미노 지방산은 양친매성 물질이기 ‹š문에, 극성 용매 뿐만 아니라 무극성 용매에도 잘 용해될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 합성 아미노 지방산을 상기 용매에 용해시켰을 때, 상기 합성 아미노 지방산의 소수성 부분과 상기 용매와 닿는 면적이 최소화되도록 결합되어 존재하거나, 상기 용매의 표면으로 부상할 수 있다.Since the synthetic amino fatty acid is an amphiphilic substance, it is well soluble in polar as well as non-polar solvents. In this regard, when the synthetic amino fatty acid is dissolved in the solvent, the hydrophobic portion of the synthetic amino fatty acid and the area in contact with the solvent may be combined to be minimized, or may float to the surface of the solvent.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비는 1 : 1 내지 1 : 5 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid may be 1:1 to 1:5, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비는 약 1 : 1 내지 약 1 : 5, 약 1 : 1 내지 약 1 : 4, 약 1 : 1 내지 약 1 : 3, 약 1 : 1 내지 약 1 : 2, 약 1 : 2 내지 약 1 : 5, 약 1 : 3 내지 약 1 : 5, 약 1 : 4 내지 약 1 : 5, 약 1 : 2 내지 약 1 : 4, 또는 약 1 : 3 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비는 약 1 : 3 이다.For example, the molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid is from about 1:1 to about 1:5, from about 1:1 to about 1:4, from about 1:1 to about 1:3, from about 1:1 to about 1: 2, about 1: 2 to about 1: 5, about 1: 3 to about 1: 5, about 1: 4 to about 1: 5, about 1: 2 to about 1: 4, or about 1: 3 may be, but is not limited thereto. Preferably, the molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid is about 1:3.

상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비가 1 : 3 보다 작을 경우, 후술할 금속 나노 입자의 표면에 상기 합성 아미노 지방산이 충분히 결합하지 못하여 본원에 따른 기체 투과막의 형성이 지체될 수 있다.When the molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid is less than 1: 3, the synthetic amino fatty acid may not sufficiently bind to the surface of the metal nanoparticles to be described later, so that the formation of the gas permeable membrane according to the present application may be delayed.

상기 용매 상에 첨가되는 상기 금속 전구체 및 아미노 지방산의 몰수가 커질수록 상기 기체 투과막의 형성 속도가 증가되어 단기간에 두꺼운 막을 형성하는데 유리할 수 있다.As the number of moles of the metal precursor and the amino fatty acid added to the solvent increases, the formation rate of the gas permeable film increases, which may be advantageous in forming a thick film in a short period of time.

이어서, 상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성한다 (S200).Then, the metal precursor is reduced to form metal nanoparticles (S200).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 상기 금속 전구체를 환원시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may reduce the metal precursor, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 상기 금속 나노 입자의 형태를 유지하기 위한 안정화제일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may be a stabilizer for maintaining the shape of the metal nanoparticles, but is not limited thereto.

본원에 따른 금속 나노 입자는 입자의 크기가 수 nm 에 해당하는 것을 의미한다. 금속의 나노 입자는 금속 전구체를 계면활성제를 포함하는 용액에 첨가하고 가열 교반시키는 단계 및 환원제를 통해 상기 용액 내부의 상기 금속 전구체를 환원시키는 단계에 의해 제조될 수 있다.Metal nanoparticles according to the present application means that the size of the particles corresponds to several nm. The metal nanoparticles may be prepared by adding a metal precursor to a solution containing a surfactant, heating and stirring, and reducing the metal precursor in the solution through a reducing agent.

이와 관련하여, 상기 금속 나노 입자는 크기가 매우 작고 표면적이 크기 때문에, 반응이 쉽게 발생하여 나노 입자의 형태로 존재하는 시간이 짧을 수 있다. 금속 나노 입자를 수득하기 위해서는 환원제 뿐만 아니라 상기 금속 나노 입자의 형태를 유지하기 위한 안정화제를 추가로 요구하며, 본원에서는 환원제 및 안정화제로서 상기 합성 아미노 지방산이 사용되었다.In this regard, since the metal nanoparticles have a very small size and a large surface area, a reaction may occur easily and the time to exist in the form of nanoparticles may be short. In order to obtain metal nanoparticles, a reducing agent as well as a stabilizing agent for maintaining the shape of the metal nanoparticles are additionally required, and the synthetic amino fatty acid is used as a reducing agent and a stabilizer herein.

상술하였듯, 상기 합성 아미노 지방산은 양친매성을 갖는 물질이기 때문에, 극성 용매 및 비극성 용매에 고루 용해될 수 있어 계면활성제의 역할을 수행할 수 있다.As described above, since the synthetic amino fatty acid is an amphiphilic material, it can be uniformly dissolved in a polar solvent and a non-polar solvent, thereby serving as a surfactant.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체는 상기 금속 나노 입자와 상기 합성 아미노 지방산이 네트워크 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the self-assembly may be a network bond between the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

본원에 따른 자기 조립이란, 외부의 간섭 없이 특정 분자들이 스스로 특정한 나노 구조를 형성하는 현상을 의미한다. 따라서, 상기 자기 조립체는 교반 또는 가열과 같은 공정을 요구하지 않고, 상기 금속 나노 입자는 상기 합성 아미노 지방산의 양단과 연결됨으로써 네트워크 결합될 수 있다.Self-assembly according to the present application refers to a phenomenon in which specific molecules form specific nanostructures by themselves without external interference. Accordingly, the self-assembly does not require a process such as stirring or heating, and the metal nanoparticles can be network-bonded by being connected to both ends of the synthetic amino fatty acid.

예를 들어, 상기 금속 나노 입자가 Au 이고, 상기 합성 아미노 지방산이 아미노 옥탄산일 경우, 상기 자기 조립체는 하기 구조식 4 와 같은 형태로서 표시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, when the metal nanoparticles are Au and the synthetic amino fatty acid is amino-octanoic acid, the self-assembly may be represented by the following Structural Formula 4, but is not limited thereto.

[구조식 4][Structural Formula 4]

Figure pat00004
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상기 구조식 4 를 참조하면, 상기 아미노 옥탄산의 NH 기는 Au 의 표면에 결합되고, COOH 의 C 와 이중결합된 O 는 다른 합성 아미노산의 COOH 기의 C 와 결합된 OH 기와 수소 결합됨으로써, 상기 금속 나노 입자와 상기 합성 아미노 지방산은 자기 조립될 수 있다.Referring to Structural Formula 4, the NH group of the amino-octanoic acid is bonded to the surface of Au, and the O double bonded to C of COOH is hydrogen bonded to the OH group bonded to C of the COOH group of other synthetic amino acids. The particles and the synthetic amino fatty acids can self-assemble.

상기 자기 조립체는 상기 합성 아미노 지방산의 소수성기 및 친수성기를 동시에 포함하고 있으나, 상술하였듯 네트워크 결합되어 존재한다. 따라서, 상기 소수성기가 상기 용매에 접촉하는 면적을 줄일 수 있도록 상기 자기 조립체는 상기 용매의 표면으로 부상하기 때문에, 상기 자기 조립체는 상기 용매의 표면에 위치할 수 있다.The self-assembly includes a hydrophobic group and a hydrophilic group of the synthetic amino fatty acid at the same time, but is network-bonded as described above. Accordingly, since the self-assembly floats to the surface of the solvent so as to reduce an area in which the hydrophobic group contacts the solvent, the self-assembly may be positioned on the surface of the solvent.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계는 20℃ 내지 50℃ 온도 범위에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the step of reducing the metal precursor to form the metal nanoparticles may be performed at a temperature ranging from 20°C to 50°C, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 금속 나노 입자가 형성되는 단계는 약 20℃ 내지 약 50℃, 약 20℃ 내지 약 45℃, 약 20℃ 내지 약 40℃, 약 20℃ 내지 약 35℃, 약 20℃ 내지 약 30℃, 약 20℃ 내지 약 25℃, 약 25℃ 내지 약 50℃, 약 30℃ 내지 약 50℃, 약 35℃ 내지 약 50℃, 약 40℃ 내지 약 50℃, 약 45℃ 내지 약 50℃, 약 25℃ 내지 약 45℃, 약 30℃ 내지 약 40℃, 또는 약 35℃ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the step of forming the metal nanoparticles is about 20 °C to about 50 °C, about 20 °C to about 45 °C, about 20 °C to about 40 °C, about 20 °C to about 35 °C, about 20 °C to about 30 °C, about 20 °C to about 25 °C, about 25 °C to about 50 °C, about 30 °C to about 50 °C, about 35 °C to about 50 °C, about 40 °C to about 50 °C, about 45 °C to about 50 °C , about 25 ℃ to about 45 ℃, about 30 ℃ to about 40 ℃, or may be about 35 ℃, but is not limited thereto.

이어서, 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 자기 조립체를 형성함과 동시에 상기 자기 조립체가 상기 용매 내에서 부양하여 상기 용매의 표면에 위치하도록 한다 (S300).Then, the self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid is formed, and the self-assembly is floated in the solvent to be positioned on the surface of the solvent (S300).

이와 관련하여, 상기 자기 조립체가 형성되는 단계(S200)와 상기 자기 조립체가 상기 용매 내에서 부양하는 단계(S300)는 동시에 진행될 수 있다.In this regard, the step of forming the self-assembly ( S200 ) and the step of raising the self-assembly in the solvent ( S300 ) may be performed simultaneously.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체가 상기 용매의 표면에서 합성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the self-assembly may be synthesized on the surface of the solvent, but is not limited thereto.

이와 관련하여 상기 자기 조립체는 기본적으로 단층 구조의 물질로서 합성될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 용매의 표면에 부양되지 못한 상기 자기 조립체들의 소수성 부분은 상기 용매와 닿는 면적을 최소화하기 위해 상기 용매의 표면에 위치한 상기 자기 조립체와 결합함으로써, 상기 자기 조립체는 다층 구조를 가질 수도 있다.In this regard, the self-assembly may be basically synthesized as a material having a single-layer structure. In this regard, the hydrophobic portion of the self-assembly that is not suspended on the surface of the solvent may be combined with the self-assembly located on the surface of the solvent to minimize the contact area with the solvent, so that the self-assembly may have a multi-layered structure. have.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체의 기공은 1.0 nm 내지 1.2 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 자기 조립체의 기공은 약 1.0 nm 내지 약 1.2 nm, 약 1.05 nm 내지 약 1.2 nm, 약 1.1 nm 내지 약 1.2 nm, 약 1.15 nm 내지 약 1.2 nm, 약 1.0 nm 내지 약 1.15 nm, 약 1.0 nm 내지 약 1.1 nm, 약 1.0 nm 내지 약 1.05 nm, 약 1.05 nm 내지 약 1.15 nm, 또는 약 1.1 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the pores of the self-assembly may be 1.0 nm to 1.2 nm, but is not limited thereto. For example, the pores of the self-assembly are from about 1.0 nm to about 1.2 nm, from about 1.05 nm to about 1.2 nm, from about 1.1 nm to about 1.2 nm, from about 1.15 nm to about 1.2 nm, from about 1.0 nm to about 1.15 nm, about 1.0 nm to about 1.1 nm, about 1.0 nm to about 1.05 nm, about 1.05 nm to about 1.15 nm, or about 1.1 nm, but is not limited thereto.

후술하겠지만, 본원에 따른 기체 투과막은 기공의 크기를 조절함으로써 기체를 선택적으로 투과하기 위한 것이다. 일반적으로 기체 투과막을 이용하여 분리하고자 하는 기체 분자는 헬륨, 수소, 이산화탄소, 산소, 질소, 메탄 등 크기가 매우 작은 분자들이다. 상기 물질들은 분자의 크기가 크게 차이가 나지 않는 반면 분자량의 차이가 존재하기 때문에, 상기 자기 조립체의 기공의 크기를 조절함으로써 상기 물질들을 선택적으로 분리할 수 있다.As will be described later, the gas permeable membrane according to the present application is for selectively permeating gas by controlling the size of pores. In general, gas molecules to be separated using a gas permeable membrane are very small molecules such as helium, hydrogen, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, and methane. Since the materials do not differ greatly in the size of the molecules while the difference in molecular weight exists, the materials may be selectively separated by controlling the size of the pores of the self-assembly.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기 조립체의 내부에 기공 크기 조정을 위한 실란층을 형성하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the method may further include, but is not limited to, forming a silane layer for adjusting the pore size in the magnetic assembly.

이와 관련하여, 상기 실란층은 상기 자기 조립체의 표면에 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this regard, the silane layer may be formed on the surface of the magnetic assembly, but is not limited thereto.

도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 기체 투과막의 기공 크기 제어 방법의 모식도이다. 이와 관련하여, 도 3 의 다공성 기체 투과막은 표면에 합성 아미노 지방산이 결합된 Au 나노 입자를 포함하고, 후술하겠지만 실란층에 의해 상기 기공의 크기가 제어되었다.3 is a schematic diagram of a pore size control method of a porous gas permeable membrane according to an embodiment of the present application. In this regard, the porous gas-permeable membrane of FIG. 3 includes Au nanoparticles bound with synthetic amino fatty acids on the surface, and as will be described later, the size of the pores is controlled by the silane layer.

도 3 을 참조하면, 상기 Au 나노 입자의 표면에는 상기 합성 아미노 지방산의 일부인 COO 가 선의 형태로 결합되어 존재한다. 이와 관련하여, 상기 Au 나노 입자는 상기 합성 아미노 지방산에 의해 네트워크 결합되어 존재할 수 있으나, 상기 합성 아미노 지방산은 상기 Au 나노 입자들 사이에 존재하는 기공의 크기를 제어하기 위한 것이 아니기 때문에, 상기 자기 조립체만으로 크기가 비슷한 분자들(예를 들어 H2 와 CO2, O2 와 N-2 등)을 높은 선택도로 분리하기 어렵다.Referring to FIG. 3 , on the surface of the Au nanoparticles, COO, which is a part of the synthetic amino fatty acid, is bonded in the form of a line. In this regard, the Au nanoparticles may exist in a network bond by the synthetic amino fatty acid, but since the synthetic amino fatty acid is not for controlling the size of pores existing between the Au nanoparticles, the self-assembly It is difficult to separate molecules of similar size (eg, H 2 and CO 2 , O 2 and N -2, etc.) with high selectivity.

그러나, 상기 금속 나노 입자 상에 실란층을 형성할 경우, 상기 실란층에 의해 상기 금속 나노 입자들 사이에 존재하는 기공의 크기가 작아질 수 있기 때문에, 크기가 비슷한 분자들을 높은 선택도로 분리하기에 용이해질 수 있다.However, when the silane layer is formed on the metal nanoparticles, the size of pores existing between the metal nanoparticles may be reduced by the silane layer, so it is difficult to separate molecules of similar size with high selectivity. can be facilitated

또한, 상기 실란층에 의해, 상기 자기 조립체의 기계적 특성이 향상됨으로써, 상기한 크기가 비슷한 분자들을 높은 압력으로 받아들여도 훼손되는 정도가 절감될 수 있다.In addition, by the silane layer, the mechanical properties of the self-assembly are improved, so that the degree of damage even when molecules having the same size as described above are received under a high pressure can be reduced.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 실란층을 형성하는 단계는 상기 금속 나노 입자 상에 하기 구조식 2 또는 하기 구조식 3 으로서 표시된 실란 전구체를 증착시키는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the forming of the silane layer may include depositing a silane precursor represented by the following Structural Formula 2 or the following Structural Formula 3 on the metal nanoparticles, but is not limited thereto.

[구조식 2][Structural Formula 2]

SiR2R3R4R5;SiR 2 R 3 R 4 R 5 ;

[구조식 3][Structural Formula 3]

R2OSiR3R4R5;R 2 OSiR 3 R 4 R 5 ;

구조식 2 및 3 에서, R2 내지 R5 는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, 또는 I 의 할로겐 원소, 수소, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formulas 2 and 3, R 2 to R 5 are each independently a halogen element of F, Cl, Br, or I, hydrogen, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, substituted or unsubstituted A substituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 an alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 heteroaryl group.

이와 관련하여, 상기 R2 또는 R2O, 및 상기 R3 내지 R5 는 상기 Si 와 결합되어 존재한다.In this regard, the R 2 or R 2 O, and the R 3 to R 5 are present in combination with the Si.

예를 들어, 상기 실란 전구체는 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필) 실란(trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane), 또는 4-부틸트리클로로실란(4-butyltrichlorosilane)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the silane precursor may be trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane, or 4-butyltrichlorosilane However, it is not limited thereto.

예를 들어 상기 실란 전구체가 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필) 실란인 경우, 상기 합성 아미노 지방산 또는 상기 금속 나노 입자와 결합될 때 물 또는 하이드록시기와 반응할 수 있다. 상기 실란 전구체가 상기 금속 나노 입자의 표면에 존재하는 상기 합성 아미노 지방산과 반응하는 경우, 상기 합성 아미노 지방산의 COOH 의 OH 기와 반응하여 HCl 이 생성될 수 있다. 그러나, 상기 HCl 은 쉽게 제거되기 때문에, 상기 실란 전구체의 Si 및 상기 COOH 의 C 는 상기 C 와 단일 결합된 O 를 매개로 결합될 수 있다.For example, when the silane precursor is trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane, it may react with water or a hydroxyl group when combined with the synthetic amino fatty acid or the metal nanoparticles. When the silane precursor reacts with the synthetic amino fatty acid present on the surface of the metal nanoparticles, HCl may be generated by reacting with the OH group of the COOH of the synthetic amino fatty acid. However, since the HCl is easily removed, Si of the silane precursor and C of the COOH may be bonded to the C through a single bonded O.

또한, 상기 실란 전구체가 물과 반응할 경우, 상기 실란 전구체의 Cl 과 상기 물의 H 기가 반응하여 HCl 이 형성될 수 있다. 상술하였듯, HCl 은 쉽게 제거되기 때문에, 상기 실란 전구체는 물(H2O)의 산소를 매개로 상호 결합되어 존재할 수 있다.In addition, when the silane precursor reacts with water, Cl of the silane precursor may react with an H group of the water to form HCl. As described above, since HCl is easily removed, the silane precursor may be present by being bonded to each other through oxygen of water (H 2 O).

상기 자기 조립체의 표면에 존재하는 상기 합성 아미노 지방산의 경우, COOH 기 또는 NH2 기가 표면에 위치하도록 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 COOH 기 또는 상기 NH2 기의 수소 원자는 상기 실란 전구체의 상기 R2 내지 R5 와 축합 반응됨으로써, 상기 금속 나노 입자와 상기 실란 전구체를 연결할 수 있다.In the case of the synthetic amino fatty acid present on the surface of the self-assembly, a COOH group or an NH 2 group may be present on the surface. In this regard, a hydrogen atom of the COOH group or the NH 2 group may be subjected to a condensation reaction with R 2 to R 5 of the silane precursor, thereby connecting the metal nanoparticles and the silane precursor.

또한, 본원의 제 2 측면은 금속 나노 입자 및 합성 아미노 지방산의 네트워크 결합에 의해 형성된 다공성 기체 투과막에 있어서, 상기 금속 나노 입자 상에 실란 화합물이 형성되어 있고, 상기 실란 화합물에 의해 상기 다공성 기체 투과막의 기공 크기가 조정되는 것인, 다공성 기체 투과막을 제공한다.In addition, in the second aspect of the present application, in the porous gas permeable membrane formed by network bonding of metal nanoparticles and synthetic amino fatty acids, a silane compound is formed on the metal nanoparticles, and the porous gas permeates by the silane compound A porous gas permeable membrane is provided, wherein the pore size of the membrane is adjusted.

본원의 제 2 측면에 따른 다공성 기체 투과막에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the porous gas permeable membrane according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application The same can be applied to the side.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 기체 투과막은 크누센 확산(Knudsen diffusion) 또는 분자체 현상(molecular sieving)에 의해 기체를 선택적으로 분리할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the porous gas permeable membrane may selectively separate gas by Knudsen diffusion or molecular sieving, but is not limited thereto.

본원에 따른 크누센 확산은 기체 분자간의 평균 이동거리가 기공의 크기에 비해 클 경우, 상기 기체 분자가 벽 또는 막에 부딪히는 형태를 갖는 확산을 의미한다. 이 때 충돌한 기체 분자는 아주 짧은 시간 동안 상기 벽 또는 막에 흡착되어 기체를 선택적으로 분리할 수 있다. 즉, 상기 기체 분자가 가벼우면 무거운 기체 분자에 비해 상기 막을 빠르게 통과할 수 있다.Knudsen diffusion according to the present application means diffusion having a form in which gas molecules collide with a wall or a membrane when the average moving distance between gas molecules is large compared to the size of the pores. At this time, the colliding gas molecules are adsorbed to the wall or membrane for a very short period of time to selectively separate the gas. That is, when the gas molecules are light, they can pass through the membrane faster than heavy gas molecules.

상기 다공성 기체 투과막의 경우, 상기 실란 화합물에 의해 기공의 크기가 조정되어 기체 분자의 크기보다 작아지게 된다. 이 때, 상기 기공보다 큰 기체 분자는 투과막을 통과할 수 없기 때문에, 상기 다공성 기체 투과막을 통과할 수 있는 기체는 입자의 크기가 상기 투과막의 기공 크기보다 작은 것으로 한정되며, 이러한 현상을 분자체(molecular sieving)이라고 한다.In the case of the porous gas permeable membrane, the size of the pores is adjusted by the silane compound to become smaller than the size of the gas molecules. At this time, since gas molecules larger than the pores cannot pass through the permeable membrane, the gas that can pass through the porous gas permeable membrane is limited to those whose particle size is smaller than the pore size of the permeable membrane. This is called molecular sieving.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 기체 투과막의 두께는 100 nm 내지 2,000 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 다공성 기체 투과막의 두께는 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 100 nm 내지 약 1,200 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 600 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm,또는 약 1,000 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the thickness of the porous gas permeable membrane may be 100 nm to 2,000 nm, but is not limited thereto. For example, the thickness of the porous gas permeable membrane is about 100 nm to about 2,000 nm, about 100 nm to about 1800 nm, about 100 nm to about 1,600 nm, about 100 nm to about 1,400 nm, about 100 nm to about 1,200 nm , about 100 nm to about 1,000 nm, about 100 nm to about 800 nm, about 100 nm to about 600 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 200 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1600 nm to about 2,000 nm, about 1,400 nm to about 2,000 nm, about 1,200 nm to about 2,000 nm, about 1,000 nm to about 2,000 nm, about 800 nm to about 2,000 nm, about 600 nm to about 2,000 nm, about 400 nm to about 2,000 nm, about 200 nm to about 2,000 nm, about 200 nm to about 1800 nm, about 400 nm to about 1,600 nm, about 600 nm to about 1,400 nm, about 800 nm to about 1,200 nm, or about 1,000 nm However, it is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 실란 화합물은 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산과 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the silane compound may be combined with the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

상술하였듯, 상기 실란 화합물은 상기 합성 아미노 지방산을 매개로 상기 금속 나노 입자와 결합되어 존재할 수 있다.As described above, the silane compound may exist in combination with the metal nanoparticles via the synthetic amino fatty acid.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 기체 투과막은 상기 네트워크 결합된 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 다층 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the porous gas permeable membrane may include a multilayer structure of the network-bonded metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, but is not limited thereto.

상술하였듯, 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 자기 조립체는 기본적으로 단층의 구조를 가질 수 있으나, 제조 단계에서 자기 조립의 시간이 길어질수록, 상기 다공성 기체 투과막은 다층의 구조를 가질 수 있다.As described above, the self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid may have a basically single-layer structure, but as the time for self-assembly in the manufacturing step increases, the porous gas-permeable membrane may have a multi-layer structure. .

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal nanoparticles are Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and It may include a metal selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 합성 아미노 지방산은 하기 구조식 1 로서 표시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the synthetic amino fatty acid may be represented by the following Structural Formula 1, but is not limited thereto.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00005
;
Figure pat00005
;

구조식 1 에서, R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기이다.In Structural Formula 1, R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 An alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted It is a C 2 to C 20 heteroaryl group.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.

[실시예 1][Example 1]

염화금산(III) (HAuCl4, Alfa-Aesar) 0.01 mmol 및 8-아미노옥탄산(H2N(CH2)7COOH) 0.03 mmol 을 각각 초순수 1 ml 에 용해시켰다. 이어서, 직경 5 cm 의 페트리접시에 초순수 5 ml 를 넣어주고, 상기 염화금산(III) 수용액과 상기 8-아미노옥탄산 수용액을 첨가한 후, 35℃ 에서 교반없이 1 시간 내지 24 시간 동안 반응시켰다. 이어서, 상기 혼합 용액의 표면에 부양한 금 나노 입자 다층 분리막을 전사한 후, PC 기판 상에 전사하였다.0.01 mmol of chloroauric acid (III) (HAuCl 4 , Alfa-Aesar) and 0.03 mmol of 8-aminooctanoic acid (H 2 N(CH 2 ) 7 COOH) were each dissolved in 1 ml of ultrapure water. Then, 5 ml of ultrapure water was put into a petri dish having a diameter of 5 cm, and the aqueous chloroauric acid (III) solution and the aqueous 8-aminooctanoic acid solution were added, and then reacted at 35° C. for 1 hour to 24 hours without stirring. Then, after transferring the floating gold nano-particle multilayer separator on the surface of the mixed solution, it was transferred onto a PC substrate.

도 4 의 (a) 및 (b) 는 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 제조 단계이고, 도 5 는 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 사진이다. 4 (a) and (b) are the manufacturing steps of the porous gas permeable membrane according to Example 1, and FIG. 5 is a photograph of the porous gas permeable membrane according to Example 1.

도 4 및 도 5 를 참조하면, 상기 금 나노 입자 다층 분리막은 매우 얇게 형성되어 존재함을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 , it can be confirmed that the gold nanoparticle multilayer separator is formed to be very thin.

도 6 의 (a) 는 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 단면 SEM 이미지이고, (b) 는 상면 SEM 이미지이고, 도 7 은 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 TEM 이미지이며, 도 8 은 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 두께 및 반응 시간 사이의 관계를 나타낸 AFM 이미지 및 그래프이고, 도 9 는 상기 실시예 1 에 따른 다공성 기체 투과막의 EDX 그래프이다.6 (a) is a cross-sectional SEM image of the porous gas permeable membrane according to Example 1, (b) is a top SEM image, FIG. 7 is a TEM image of the porous gas permeable membrane according to Example 1, and FIG. 8 are AFM images and graphs showing the relationship between the thickness and reaction time of the porous gas-permeable membrane according to Example 1, and FIG. 9 is an EDX graph of the porous gas-permeable membrane according to Example 1. FIG.

도 6 및 도 7 을 참조하면, 상기 금 나노 입자 다층 분리막은 다공질인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7 , it can be seen that the gold nanoparticle multilayer separator is porous.

도 8 을 참조하면, 상기 반응 시간이 길수록, 상기 금 나노 입자 다층 분리막의 두께가 증가함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 실시예 1 의 과정을 수행하면 6 시간 후에 금 나노 입자 단층 막이 형성되며, 상기 막의 두께는 6 nm 임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , it can be seen that as the reaction time increases, the thickness of the gold nanoparticle multilayer separator increases. Specifically, it can be seen that when the process of Example 1 is performed, a gold nanoparticle monolayer film is formed after 6 hours, and the thickness of the film is 6 nm.

도 9 를 참조하면, 상기 금 나노 입자의 막은 8-아미노 옥탄산의 C 및 O 가 존재함을 확인할 수 있다. 이 때, 도 9 의 Cu 피크는 TEM 그리드의 재질이 Cu 이기 때문에 발생한 것일 뿐, 상기 금 나노 입자 다층 분리막에는 Cu 가 포함되어 있지 않다.Referring to FIG. 9 , it can be confirmed that C and O of 8-amino octanoic acid are present in the film of the gold nanoparticles. In this case, the Cu peak of FIG. 9 is only generated because the material of the TEM grid is Cu, and Cu is not included in the multi-layered separation film of gold nanoparticles.

[실시예 2][Example 2]

염화금산(III) (HAuCl4, Alfa-Aesar) 0.1 mmol 및 8-아미노옥탄산(H2N(CH2)7COOH) 0.3 mmol 을 각각 초순수 1 ml 에 용해시켰다. 이어서, 직경 5 cm 의 페트리접시에 초순수 5 ml 를 넣어주고, 상기 염화금산(III) 수용액과 상기 8-아미노옥탄산 수용액을 첨가한 후, 35℃ 에서 교반없이 1 시간 내지 24 시간 동안 반응시켰다. 이어서, 상기 혼합 용액의 표면에 부양한 금 나노 입자 다층 분리막을 전사한 후, PC 기판 상에 전사하였다.0.1 mmol of chloroauric acid (III) (HAuCl 4 , Alfa-Aesar) and 0.3 mmol of 8-aminooctanoic acid (H 2 N(CH 2 ) 7 COOH) were each dissolved in 1 ml of ultrapure water. Then, 5 ml of ultrapure water was put into a petri dish having a diameter of 5 cm, and the aqueous chloroauric acid (III) solution and the aqueous 8-aminooctanoic acid solution were added, and then reacted at 35° C. for 1 hour to 24 hours without stirring. Then, after transferring the floating gold nano-particle multilayer separator on the surface of the mixed solution, it was transferred onto a PC substrate.

도 10 은 상기 실시예 2 에 따른 다공성 기체 투과막의 두께 및 반응 시간 사이의 관계를 나타낸 SEM 이미지이고, 도 11 은 상기 실시예 1 및 2 에 따른 다공성 기체 투과막의 두께와 금속 전구체의 농도 사이의 관계에 대한 그래프이다.10 is an SEM image showing the relationship between the thickness and reaction time of the porous gas-permeable membrane according to Example 2, and FIG. 11 is a relationship between the thickness of the porous gas-permeable membrane according to Examples 1 and 2 and the concentration of the metal precursor. is a graph for

도 10 을 참조하면, 염화금산(III)의 농도가 높은 경우(실시예 2), 염화금산(III)의 농도가 낮은 경우(실시예 1)에 비해 금 나노 입자 분리막의 형성 속도가 빨라짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that when the concentration of chloroauric acid (III) is high (Example 2), the formation rate of the gold nanoparticle separation membrane is faster than when the concentration of chloroauric acid (III) is low (Example 1). can

도 11 은 상기 실시예 1 및 2 를 구체적으로 비교한 것으로서, 염화금산(III)의 농도가 높을수록 금 나노 입자 분리막의 두께가 급속도로 커지는 것을 확인할 수 있다.11 is a detailed comparison of Examples 1 and 2, and it can be seen that as the concentration of chloroauric acid (III) increases, the thickness of the gold nanoparticle separation membrane rapidly increases.

[실시예 3] [Example 3]

K2PtCl4 0.01 mmol 및 8-아미노옥탄산(H2N(CH2)7COOH) 0.03 mmol 을 각각 초순수 1 ml 에 용해시켰다. 이어서, 직경 5 cm 의 페트리접시에 초순수 5 ml 를 넣어주고, 상기 K2PtCl4 수용액과 상기 8-아미노옥탄산 수용액을 첨가한 후, 35℃ 에서 교반없이 1 시간 내지 24 시간 동안 반응시켰다. 이어서, 상기 혼합 용액의 표면에 부양한 백금 나노 입자 다층 분리막을 전사한 후, PC 기판 상에 전사하였다.0.01 mmol of K 2 PtCl 4 and 0.03 mmol of 8-aminooctanoic acid (H 2 N(CH 2 ) 7 COOH) were each dissolved in 1 ml of ultrapure water. Then, 5 ml of ultrapure water was put into a petri dish having a diameter of 5 cm, and the K 2 PtCl 4 aqueous solution and the 8-aminooctanoic acid aqueous solution were added, and then reacted at 35° C. for 1 hour to 24 hours without stirring. Then, after transferring the floating platinum nanoparticle multilayer separator on the surface of the mixed solution, it was transferred onto a PC board.

도 12 의 (a) 는 상기 실시예 3 에 따른 다공성 기체 투과막 단층의 TEM 이미지이고, (b) 는 상기 다공성 기체 투과막의 EDX 그래프이고, 도 13 의 (a) 는 상기 실시예 3 에 따른 다공성 기체 투과막 다층의 SEM 이미지이고, (b) 는 TEM 이미지이다.Fig. 12 (a) is a TEM image of a single layer of the porous gas permeable membrane according to Example 3, (b) is an EDX graph of the porous gas permeable membrane, and Fig. 13 (a) is a porous gas permeable membrane according to Example 3 It is an SEM image of the gas permeable membrane multilayer, and (b) is a TEM image.

도 12 및 도 13 을 참조하면, 상기 백금 나노 입자 다층 분리막 역시 금 나노 입자 다층 분리막과 마찬가지로 다공성 물체임을 확인할 수 있다.12 and 13 , it can be confirmed that the platinum nanoparticle multilayer separator is also a porous material like the gold nanoparticle multilayer separator.

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 1 의 금 나노 입자 분리막을 준비하였다. 이어서, 상기 나노 입자 분리막이 담긴 패트리 접시 및 트리클로로(3,3,3-트리플로로프로필)실란이 담긴 패트리 접시를 진공 데시케이터에 넣고, 0.1 MPa 및 60℃ 의 온도에서 반응시켜 기공의 크기가 조절된 금 나노 입자 및 실란 분리막을 제조하였다.The gold nanoparticle separation membrane of Example 1 was prepared. Then, the Petri dish containing the nanoparticle separation membrane and the Petri dish containing trichloro (3,3,3-trifluoropropyl) silane are placed in a vacuum desiccator, and reacted at a temperature of 0.1 MPa and 60° C. A size-controlled gold nanoparticle and a silane separator were prepared.

이어서, 상기 기체 투과막을 다른 진공 데시케이터에 넣어 잔존 실란을 제거하여 기체 투과막을 제조하였다. 이 때, 상기 기체 투과막은 B-Au-x 로 표기될 수 있으며, x 는 실란의 증착 시간을 의미한다.Next, the gas permeable membrane was placed in another vacuum desiccator to remove residual silane, thereby preparing a gas permeable membrane. In this case, the gas permeable layer may be expressed as B-Au-x, where x means a deposition time of silane.

[비교예][Comparative example]

종래의 PC 다공성 기체 투과막을 사용하였다.A conventional PC porous gas permeable membrane was used.

[실험예 1][Experimental Example 1]

도 14 의 (a) 는 상기 실시예 1 및 상기 비교예 에 따른 나노 입자 멤브레인의 기체 투과능에 대한 그래프이고, (b) 는 유기 분자의 크기에 따른 상기 나노 입자 멤브레인의 투과능에 대한 그래프이고, 도 15 의 (a) 는 상기 실시예 1 및 4 에 따른 다공성 기체 투과막의 실란층의 증착 시간에 따른 투과도 변화를 나타낸 그래프이고, (b) 는 기공의 크기에 따른 기체 분자의 투과도를 나타낸 그래프이다.14 (a) is a graph of the gas permeability of the nanoparticle membrane according to Example 1 and the Comparative Example, (b) is a graph of the permeability of the nanoparticle membrane according to the size of the organic molecule, and FIG. 15(a) is a graph showing the change in transmittance according to the deposition time of the silane layer of the porous gas-permeable membrane according to Examples 1 and 4, and (b) is a graph showing the transmittance of gas molecules according to the size of the pores.

도 14 및 도 15 를 참조하면, 기체 투과도는 종래의 PC 다공성 기체 투과막에 비해 금 나노 입자 분리막이 더 낮음을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 금 나노 입자 분리막은 입자의 크기가 12 Å 이상의 기체를 높은 선택도로 분리할 수 있을 뿐, 입자의 크기가 10 Å 이하인 기체를 분리하기는 어렵다.14 and 15 , it can be seen that the gas permeability of the gold nanoparticle separation membrane is lower than that of the conventional PC porous gas permeable membrane. However, the gold nanoparticle separation membrane can only separate gases having a particle size of 12 Å or more with high selectivity, but it is difficult to separate a gas having a particle size of 10 Å or less.

이러한 점을 극복하기 위해, 상기 기체 투과막은 상기 금 나노 입자 분리막 상에 실란층이 존재한다. 구체적으로, 상기 실란층을 증착하는 시간이 길어질수록 수소, 이산화탄소, 및 질소를 효율적으로 분리할 수 있다.In order to overcome this point, in the gas permeable membrane, a silane layer is present on the gold nanoparticle separation membrane. Specifically, as the time for depositing the silane layer increases, hydrogen, carbon dioxide, and nitrogen may be efficiently separated.

또한, 상기 금 나노 입자 분리막(F-Au, 실시예 1 또는 2)과 달리, 상기 기체 투과막(B-Au-8 및 B-Au-10)은 실란층을 증착하는 시간을 조절함으로써 이산화탄소 및 산소 등 크기가 비슷한 분자들을 선택적으로 분리할 수 있다.In addition, unlike the gold nanoparticle separation membrane (F-Au, Examples 1 or 2), the gas permeable membranes (B-Au-8 and B-Au-10) control the deposition time of the silane layer, thereby reducing carbon dioxide and Molecules of similar size, such as oxygen, can be selectively separated.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

Claims (15)

금속 전구체 및 하기 구조식 1 로서 표시되는 합성 아미노 지방산을 용매에 용해시키는 단계;
상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계; 및
상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 자기 조립체를 형성함과 동시에 상기 자기 조립체가 상기 용매 내에서 부양하여 상기 용매의 표면에 위치하는 단계;
를 포함하는,
다공성 기체 투과막의 제조 방법 :
[구조식 1]
Figure pat00006
;
(구조식 1 에서,
R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기임).
Dissolving a metal precursor and a synthetic amino fatty acid represented by the following Structural Formula 1 in a solvent;
reducing the metal precursor to form metal nanoparticles; and
forming a self-assembly of the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid and flotation of the self-assembly in the solvent and positioning the self-assembly on the surface of the solvent;
containing,
Method for manufacturing porous gas permeable membrane:
[Structural Formula 1]
Figure pat00006
;
(In Structural Formula 1,
R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkoxy group, substituted Or an unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 It is a heteroaryl group).
제 1 항에 있어서,
상기 자기 조립체는 상기 금속 나노 입자와 상기 합성 아미노 지방산이 네트워크 결합된 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The self-assembly is a method for manufacturing a porous gas permeable membrane, wherein the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid are network-bonded.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 아미노 지방산은 친수성 부분 및 소수성 부분을 모두 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The synthetic amino fatty acid will include both a hydrophilic portion and a hydrophobic portion, the method for producing a porous gas permeable membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 전구체 및 상기 합성 아미노 지방산의 몰비는 1 : 1 내지 1 : 5 인 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The molar ratio of the metal precursor and the synthetic amino fatty acid is 1:1 to 1:5, the method for producing a porous gas permeable membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 조립체의 내부에 기공 크기 조정을 위한 실란층을 형성하는 단계를 추가 포함하는, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
Further comprising the step of forming a silane layer for adjusting the pore size in the interior of the self-assembly, the method of manufacturing a porous gas permeable membrane.
제 5 항에 있어서,
상기 실란층을 형성하는 단계는 상기 금속 나노 입자 상에 하기 구조식 2 또는 하기 구조식 3 으로서 표시된 실란 전구체를 증착시키는 단계를 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법 :
[구조식 2]
SiR2R3R4R5;
[구조식 3]
R2OSiR3R4R5;
(구조식 2 및 3 에서,
R2 내지 R5 는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, 또는 I 의 할로겐 원소, 수소, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기임).
6. The method of claim 5,
The step of forming the silane layer will include depositing a silane precursor represented by the following Structural Formula 2 or the following Structural Formula 3 on the metal nanoparticles, a method for producing a porous gas permeable membrane:
[Structural Formula 2]
SiR 2 R 3 R 4 R 5 ;
[Structural Formula 3]
R 2 OSiR 3 R 4 R 5 ;
(In Structural Formulas 2 and 3,
R 2 To R 5 are each independently F, Cl, Br, or I of a halogen atom, hydrogen, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkoxy group, substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, substituted or unsubstituted a cyclic C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 heteroaryl group).
제 1 항에 있어서,
상기 금속 전구체가 환원되어 금속 나노 입자를 형성하는 단계는 20℃ 내지 50℃ 온도 범위에서 수행되는 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of reducing the metal precursor to form the metal nanoparticles is a method for producing a porous gas permeable membrane that is performed at a temperature ranging from 20 ℃ to 50 ℃.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 전구체는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The metal precursor is selected from the group consisting of Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and combinations thereof. A method for producing a porous gas permeable membrane comprising a metal.
제 1 항에 있어서,
상기 용매는 H2O, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 무수아세트산, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 극성 용매를 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the solvent comprises a polar solvent selected from the group consisting of H 2 O, methanol, ethanol, ammonia, acetic anhydride, acetone, and combinations thereof.
금속 나노 입자 및 합성 아미노 지방산의 네트워크 결합에 의해 형성된 다공성 기체 투과막에 있어서,
상기 금속 나노 입자 상에 실란 화합물이 형성되어 있고,
상기 실란 화합물에 의해 상기 다공성 기체 투과막의 기공 크기가 조정되는 것인,
다공성 기체 투과막.
A porous gas permeable membrane formed by network bonding of metal nanoparticles and synthetic amino fatty acids,
A silane compound is formed on the metal nanoparticles,
The pore size of the porous gas permeable membrane is adjusted by the silane compound,
porous gas permeable membrane.
제 10 항에 있어서,
상기 다공성 기체 투과막의 두께는 100 nm 내지 2,000 nm 인, 다공성 기체 투과막.
11. The method of claim 10,
The thickness of the porous gas permeable membrane is 100 nm to 2,000 nm, the porous gas permeable membrane.
제 10 항에 있어서,
상기 실란 화합물은 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산과 결합된 것인, 다공성 기체 투과막.
11. The method of claim 10,
The silane compound is bound to the metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid, the porous gas permeable membrane.
제 10 항에 있어서,
상기 다공성 기체 투과막은 상기 네트워크 결합된 상기 금속 나노 입자 및 상기 합성 아미노 지방산의 다층 구조를 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막.
11. The method of claim 10,
The porous gas permeable membrane is a porous gas permeable membrane comprising a multilayer structure of the network-bonded metal nanoparticles and the synthetic amino fatty acid.
제 10 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 다공성 기체 투과막.
11. The method of claim 10,
The metal nanoparticles are from the group consisting of Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, and combinations thereof. A porous gas permeable membrane comprising a selected metal.
제 10 항에 있어서,
상기 합성 아미노 지방산은 하기 구조식 1 로서 표시되는 것인, 다공성 기체 투과막 :
[구조식 1]
Figure pat00007
;
(구조식 1 에서,
R1 은 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 선형 또는 분지형의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 의 헤테로아릴기임).
11. The method of claim 10,
The synthetic amino fatty acid is represented by the following Structural Formula 1, a porous gas permeable membrane:
[Structural Formula 1]
Figure pat00007
;
(In Structural Formula 1,
R 1 is a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 linear or branched alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 aryl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkoxy group, substituted Or an unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C 2 to C 20 It is a heteroaryl group).
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