KR20230061253A - Continuous manufacturing apparatus and continuous manufacturing method of metal-organic framework(mof) - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 금속 유기 골격체의 연속 제조장치 및 연속 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가스 흡착 성능이 우수한 금속 유기 골격체를 연속 공정에 의해 대량 생산할 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention relates to a continuous production apparatus and continuous production method of a metal organic framework. According to the present invention, it is possible to provide a manufacturing apparatus and manufacturing method capable of mass-producing a metal organic framework having excellent gas adsorption performance through a continuous process.

Description

금속 유기 골격체(MOF)의 연속 제조장치 및 연속 제조방법{CONTINUOUS MANUFACTURING APPARATUS AND CONTINUOUS MANUFACTURING METHOD OF METAL-ORGANIC FRAMEWORK(MOF)}CONTINUOUS MANUFACTURING APPARATUS AND CONTINUOUS MANUFACTURING METHOD OF METAL-ORGANIC FRAMEWORK (MOF)

본 발명은 금속 유기 골격체(MOF)의 연속 제조장치 및 연속 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 흡착 성능이 우수한 금속 유기 골격체를 연속 공정에 의해 대량 생산 가능한 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 10월 28일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0145501호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.The present invention relates to a continuous manufacturing apparatus and method for producing a metal organic framework (MOF), and more particularly, to a manufacturing apparatus and manufacturing method capable of mass-producing a metal organic framework having excellent gas adsorption performance through a continuous process. will be. This application claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2021-0145501 filed on October 28, 2021, and all contents disclosed in the Korean Patent Application Document are included as part of this specification.

금속 유기 골격체(Metal-Organic Framework; MOF)는 기능성, 비교적 큰 기공 크기 및 높은 수준의 표면적을 가진 유망한 다공성 물질의 한 종류이다. 상술한 특징들은 가스 저장, 가스 분리, 흡착, 약물 전달 및 촉매 작용과 같은 다수의 공업적 적용을 가능하게 한다. 그러나, 현재까지 이들 물질의 비용은 실제 사용이 어려울 정도로 여전히 매우 높고, 이로 인해, 금속 유기 골격체가 상업적으로 이용되는 것은 제한되어 왔다. 학술 문헌에 기술된 매우 소수의 금속 유기 골격체만이 상업적으로 이용 가능하며, 이러한 이용가능성도 소량으로 한정되어 있음을 볼 수 있다. Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of promising porous materials with functionalities, relatively large pore sizes, and high levels of surface area. The aforementioned features enable numerous industrial applications such as gas storage, gas separation, adsorption, drug delivery and catalysis. However, until now, the cost of these materials is still very high, making their practical use difficult, and thus, the commercial use of metal organic frameworks has been limited. Only very few metal-organic frameworks described in the academic literature are commercially available, and it can be seen that such availability is also limited to a small amount.

금속 유기 골격체의 상업적 적용에 접근하기 위한 중요한 요건은 금속 유기 골격체 물질을 경제적인 가격으로 대량(kg 규모 또는 그 이상)으로 일상적으로 합성하는 능력이다. 이들 물질을 현실적으로 적용하기 위해, 제조공정은 금속 유기 골격체를 대량으로 제조할 수 있을만큼 효율적이고, 규모 조정이 가능한(scalable) 합성 공정이어야 할 것이다. An important requirement for approaching commercial applications of metal-organic frameworks is the ability to routinely synthesize large quantities (kg scale or larger) of metal-organic framework materials at economical cost. In order to apply these materials in practice, the manufacturing process should be an efficient and scalable synthesis process capable of producing large amounts of metal organic frameworks.

그러나, 전형적인 용매열 합성과 같은 전통적인 실험실 경로는 연장된 반응 시간(약 24시간) 및 낮은 물질 수율로 인해, 스케일-업(scale-up)이 어렵다.However, traditional laboratory routes, such as typical solvothermal synthesis, are difficult to scale-up due to extended reaction times (about 24 hours) and low material yields.

이에 대해 연속 흐름 화학은 유용한 수단으로 고려될 수 있다. 개선된 이용가능한 열 및 물질 전달은 종종 개선된 반응 수율, 감소된 반응 시간, 보다 신속한 반응 합성을 제시할 수 있다. 공지된 다수의 금속 유기 골격체, 및 각각이 향후 서로 다른 금속 유기 골격체를 필요로 하는 광범위한 수많은 적용 가능성을 고려할 때, 폭넓게 적용될 수 있는 제조장치 및 공정 관련 기술에 대하여 시장의 요구가 있다. 따라서, 금속 유기 골격체를 제조하기 위한 새롭거나 또는 개선된 장치 및 제조방법을 제공하는 것이 필요하다. In this regard, continuous flow chemistry can be considered a useful tool. Improved available heat and mass transfer can often result in improved reaction yields, reduced reaction times, and faster reaction synthesis. Considering the large number of known metal-organic frameworks and the vast number of possible applications, each of which requires a different metal-organic framework in the future, there is a market demand for manufacturing equipment and process-related technologies that can be widely applied. Accordingly, there is a need to provide new or improved devices and methods for preparing metal organic frameworks.

Capability of CO2 on Metal-Organic Frameworks-Based Porous Adsorbents and Their Challenges to Pressure Swing Adsorption Applications (Clean Technology Volume 19, Issue4, p370~378, 31 Dec 2013)Capability of CO2 on Metal-Organic Frameworks-Based Porous Adsorbents and Their Challenges to Pressure Swing Adsorption Applications (Clean Technology Volume 19, Issue4, p370~378, 31 Dec 2013)

본 발명은, 가스 흡착 성능이 우수한 금속 유기 골격체를 연속 공정에 의해 대량 생산할 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and manufacturing method capable of mass-producing a metal organic framework having excellent gas adsorption performance through a continuous process.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은,In order to achieve the above technical problem, one aspect of the present invention,

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조장치로서,As a manufacturing device of a metal organic framework (Metal Organic Framework),

제 1 및 제 2 전구체 저장부;first and second precursor storage units;

상기 제 1 및 제 2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 반응부; a reaction unit synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors;

상기 제 1 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 1 이송부; 및 상기 제 2 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 2 이송부; 및a first transfer unit transferring the precursor from the first precursor storage unit to the reaction unit; and a second transfer unit transferring the precursor from the second precursor storage unit to the reaction unit. and

상기 반응부에서 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 여과부; 를 포함하고, a filtering unit filtering the metal organic framework synthesized in the reaction unit; including,

상기 제조장치는 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치를 제공한다. The manufacturing apparatus provides a manufacturing apparatus for a metal-organic skeleton, characterized in that it consists of a continuous process.

본 발명의 다른 일 측면은,Another aspect of the present invention is,

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조방법으로서, As a method for producing a metal organic framework,

제 1 및 제 2 전구체를 제 1 및 제 2 전구체 저장부에 각각 투입하는 단계;Injecting the first and second precursors into the first and second precursor storage units, respectively;

상기 제 1 및 제 2 전구체를 반응부로 이송하는 단계;transferring the first and second precursors to a reaction unit;

상기 반응부에서 제1 및 제2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 단계; 및synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors in the reaction unit; and

상기 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 단계; 를 포함하고,filtering the synthesized metal organic framework; including,

상기 제조방법은 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조방법을 제공한다. The manufacturing method provides a method for preparing a metal-organic framework, characterized in that it consists of a continuous process.

본 발명에 의해, 또한 가스 흡착 성능이 우수한 금속 유기 골격체를 연속 공정에 의해 대량 생산할 수 있는 제조장치 및 제조방법이 제공될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 반응물 흐름의 효율적인 혼합을 통해 금속 유기 골격체의 빠른 결정화가 가능하고, 반응 온도 및 체류 시간을 정밀하게 제어하여 반응 속도를 제어할 수 있으며, 모듈식 프로세스 구성으로 생산 규모 확장이 가능하고, 또한 금속 유기 골격체를 상온에서 합성하여 에너지 소비를 낮춤으로써 생산 규모 확장에 유리하다. According to the present invention, a manufacturing apparatus and manufacturing method capable of mass-producing a metal organic framework having excellent gas adsorption performance through a continuous process can be provided. In addition, according to the present invention, rapid crystallization of the metal organic framework is possible through efficient mixing of the reactant flow, the reaction rate can be controlled by precisely controlling the reaction temperature and residence time, and the production scale can be expanded with a modular process configuration. This is possible, and it is also advantageous for production scale expansion by synthesizing the metal organic framework at room temperature and lowering energy consumption.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치의 일 실시예를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an embodiment of a manufacturing apparatus for a metal-organic framework of the present application.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 제1측면은, The first aspect of the present invention is,

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조장치로서, 제 1 및 제 2 전구체 저장부; 상기 제 1 및 제 2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 반응부; 상기 제 1 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 1 이송부; 및 상기 제 2 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 2 이송부; 및 상기 반응부에서 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 여과부; 를 포함하고, 상기 제조장치는 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치를 제공한다. An apparatus for manufacturing a metal organic framework, comprising: first and second precursor storage units; a reaction unit synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors; a first transfer unit transferring the precursor from the first precursor storage unit to the reaction unit; and a second transfer unit transferring the precursor from the second precursor storage unit to the reaction unit. and a filtering unit filtering the metal organic framework synthesized in the reaction unit. Including, the manufacturing apparatus provides a manufacturing apparatus for a metal organic framework, characterized in that consisting of a continuous process.

이하, 본 발명의 제1측면에 따른 금속 유기 골격체의 제조장치에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an apparatus for manufacturing a metal organic framework according to a first aspect of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 제 1 및 제 2 전구체 저장부(11, 12)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전구체 저장부에는 제 1 및 제 2 전구체가 각각 저장될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전구체는 각각 후술하는 금속 전구체 또는 유기 리간드인 것을 특징으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal organic framework manufacturing apparatus of the present application may include first and second precursor storage units 11 and 12 . The first and second precursor storage units may store first and second precursors, respectively. Each of the first and second precursors may be a metal precursor or an organic ligand described later.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 전구체 저장부(11) 또는 제 2 전구체 저장부(12)는 드럼, 세퍼레이터, 베슬(vessel), 탱크 등 액상의 혼합물을 저장할 수 있는 수단이면 제한없이 이용 가능할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first precursor storage unit 11 or the second precursor storage unit 12 is a means capable of storing a liquid mixture such as a drum, separator, vessel, tank, etc. without limitation. may be available

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 제 1 전구체 저장부(11)로부터 반응부(20)로 전구체를 이송하는 제 1 이송부(31) 및 상기 제 2 전구체 저장부(12)로부터 반응부(20)로 전구체를 이송하는 제 2 이송부(32)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 이송부(31) 또는 제 2 이송부(32)는 금속 전구체 또는 유기 리간드를 용액 상태로 이송할 수 있는 수단을 의미할 수 있고, 바람직하게는 펌프, 더욱 바람직하게는 정량공급펌프일 수 있다. 상기 제 1 또는 제 2 이송부(31, 32)가 펌프인 경우, 반응부(20) 전단에서 T-조각형 혼합기, Y-형 혼합기 또는 교차 연접부 혼합기와 같은 합류부재를 통해 사전에 혼합되어 반응부(20)로 이송되거나, 또는 사전 혼합 없이 반응부(20)로 이송될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal organic framework manufacturing apparatus of the present application includes a first transfer unit 31 for transferring a precursor from the first precursor storage unit 11 to the reaction unit 20 and the second precursor storage unit A second transfer unit 32 for transferring the precursor from the unit 12 to the reaction unit 20 may be included. The first transfer unit 31 or the second transfer unit 32 may refer to a means capable of transferring a metal precursor or an organic ligand in a solution state, preferably a pump, more preferably a metering supply pump. . When the first or second transfer units 31 and 32 are pumps, they are mixed in advance through a joining member such as a T-piece type mixer, a Y-type mixer, or a cross junction mixer at the front end of the reaction unit 20 to react It may be conveyed to section 20, or it may be conveyed to reaction section 20 without prior mixing.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)에서의 제 1 전구체에 대한 제 2 전구체의 중량기준 혼합 공급비는 0.1 내지 50 인 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 반응부(20)에서의 제 1 전구체에 대한 제 2 전구체의 중량기준 혼합 공급비는 0.2 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 0.5 이상 또는 0.6 이상이거나, 45 이하, 40 이하, 35 이하, 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하 또는 10 이하일 수 있으나 이에 제한 되는 것은 아니고, 목적하는 금속 유기 골격체의 종류, 전구체의 종류 등에 따라 조절될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mixing supply ratio of the second precursor to the first precursor in the reaction unit 20 based on weight may be 0.1 to 50. In another embodiment, the mixing supply ratio by weight of the second precursor to the first precursor in the reaction unit 20 is 0.2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, 0.5 or more, or 0.6 or more, or 45 or less, or 40 or less. , 35 or less, 30 or less, 25 or less, 20 or less, 15 or less, or 10 or less, but is not limited thereto, and may be adjusted according to the type of metal organic framework desired, the type of precursor, etc.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 반응부(20)에서의 제1전구체에 대한 제2전구체의 중량기준 혼합 공급비는, 정량공급펌프에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mixed supply ratio of the second precursor to the first precursor in the reaction unit 20 may be controlled by a metered feed pump.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 반응부(20)를 포함할 수 있다. 상기 반응부(20)는 연속 공정의 필요에 따라 복수 개이거나, 또는 반응부(20)의 부피를 금속 유기 골격체의 합성이 충분히 이루어질 시간 동안 전구체들을 수용할 수 있을 정도의 부피로 설정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the manufacturing apparatus of the metal organic framework of the present application may include a reaction unit 20 for synthesizing the metal organic framework by mixing the first precursor and the second precursor. The number of reaction units 20 may be plural according to the needs of a continuous process, or the volume of the reaction unit 20 may be set to a volume sufficient to accommodate the precursors for a sufficient time to synthesize the metal organic framework. .

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 반응부(20)의 부피는 0.001 m3 내지 0.05 m3 인 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 반응부(20)의 부피는 0.002 m3 이상, 0.003 m3 이상 또는 0.004 m3 이상이거나, 0.045 m3 이하, 0.04 m3 이하, 0.035 m3 이하, 0.03 m3 이하, 0.025 m3 이하, 0.02 m3 이하, 0.015 m3 이하 또는 0.01 m3 이하일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the volume of the reaction unit 20 is 0.001 m 3 to 0.05 m 3 It may be characterized in that. In another embodiment, the volume of the reaction unit 20 is 0.002 m 3 or more, 0.003 m 3 or more, or 0.004 m 3 or more, or 0.045 m 3 or less, 0.04 m 3 or less, 0.035 m 3 or less, or 0.03 m 3 or less, 0.025 m 3 or less, 0.02 m 3 or less, 0.015 m 3 or less, or 0.01 m 3 or less.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)에서의 금속 유기 골격체 합성을 위한 체류 시간은 0.1 내지 6시간인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에서 용어 “체류 시간”은 상기 전구체들, 예를 들어 제1 및 제 2 전구체가 모두 응부(20)에 투입된 직후부터 반응부(20)에 체류하는 시간을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 “최대 체류 시간”은 제 1 및 제 2 전구체가 모두 반응부(20)에 투입된 직후부터 반응부(20)에 체류할 수 있는 최대 시간을 의미할 수 있고, 이는 상기 반응부(20)의 부피에 비례할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 반응부(20)에서의 금속 유기 골격체 합성을 위한 체류 시간은 0.2 시간 이상, 0.3 시간 이상, 0.4 시간 이상, 0.5 시간 이상, 0.6 시간 이상, 0.7 시간 이상, 0.8 시간 이상 또는 0.9 시간 이상이거나, 5시간 이하, 4시간 이하, 3시간 이하 또는 2시간 이하일 수 있다. 상기 체류 시간은 제조하고자 하는 금속 유기 골격체의 종류에 따라 적절히 제어될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the residence time for synthesizing the metal organic framework in the reaction unit 20 may be characterized in that it is 0.1 to 6 hours. In the present specification, the term “residence time” may refer to a residence time in the reaction unit 20 from immediately after the precursors, for example, the first and second precursors are put into the reaction unit 20 . In this specification, the term "maximum residence time" may mean the maximum time that both the first and second precursors can stay in the reaction unit 20 from immediately after being introduced into the reaction unit 20, which is the reaction unit ( 20) can be proportional to its volume. In another embodiment, the residence time for synthesizing the metal organic framework in the reaction unit 20 is 0.2 hours or more, 0.3 hours or more, 0.4 hours or more, 0.5 hours or more, 0.6 hours or more, 0.7 hours or more, or 0.8 hours or more. or more than 0.9 hours, or less than 5 hours, less than 4 hours, less than 3 hours or less than 2 hours. The retention time may be appropriately controlled according to the type of metal organic framework to be prepared.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)에서의 금속 유기 골격체 합성을 위한 체류 시간은 자동 밸브 또는 수동 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다. 자동 밸브를 이용해 체류 시간을 제어하는 경우, 미리 설정한 체류 시간이 경과하면 자동으로 반응부(20)에서 합성된 금속 유기 골격체를 여과부(30)로 전달할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the residence time for metal-organic framework synthesis in the reaction unit 20 may be characterized in that it is controlled by an automatic valve or manually. When the retention time is controlled using an automatic valve, the metal organic framework synthesized in the reaction unit 20 may be automatically delivered to the filtering unit 30 when the preset retention time elapses.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)의 운전 온도는 10 ℃ 내지 100 ℃ 인 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 반응부(20)의 운전 온도는 15 ℃ 이상, 20 ℃ 이상, 또는 25 ℃ 이상이거나, 90 ℃ 이하, 80 ℃ 이하, 70 ℃ 이하, 60 ℃ 이하, 50 ℃ 이하, 40 ℃ 이하 또는 30 ℃ 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 반응부(20)의 운전 온도는 제조하고자 하는 금속 유기 골격체 형성에 있어서의 반응 화학 및 요망되는 반응 속도론(reaction kinetics)에 따라 다를 수 있다. 상술한 범위를 만족함으로써, 특히 본 발명의 금속 유기 골격체들을 제조하는 데에 있어 가장 적절한 온도범위로 조절되는 것일 수 있고, 이에 따라 생산 규모의 확대가 가능할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the operating temperature of the reaction unit 20 may be characterized in that 10 ℃ to 100 ℃. In another embodiment, the operating temperature of the reaction part 20 is 15 ℃ or more, 20 ℃ or more, or 25 ℃ or more, 90 ℃ or less, 80 ℃ or less, 70 ℃ or less, 60 ℃ or less, 50 ℃ or less , It may be 40 ℃ or less or 30 ℃ or less, but is not limited thereto, and the operating temperature of the reaction unit 20 depends on the reaction chemistry and desired reaction kinetics in the formation of the metal organic framework to be prepared. can be different. By satisfying the above-described range, the temperature may be adjusted to the most appropriate temperature range in preparing the metal-organic frameworks of the present invention, and thus the production scale may be expanded.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)의 운전 온도는 전자동 제어 장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the operating temperature of the reaction unit 20 may be characterized in that it is controlled by a fully automatic control device.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)의 운전 압력은 -1 내지 5 bar 인 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 반응부(20)의 운전 압력은 -0.5 bar 이상, 0 bar 이상 또는 0.5 bar 이상이거나, 4.5 bar 이하, 4 bar 이하, 3.5 bar 이하, 3 bar 이하, 2.5 bar 이하, 2 bar 이하 또는 1.5 bar 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 제조하고자 하는 금속 유기 골격체에 따라 변화될 수 있다. 상술한 범위를 만족함으로써, 특히 본 발명의 금속 유기 골격체들을 제조하는 데에 있어 가장 적절한 압력범위로 조절되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the operating pressure of the reaction unit 20 may be characterized in that -1 to 5 bar. In another embodiment, the operating pressure of the reaction unit 20 is -0.5 bar or more, 0 bar or more, or 0.5 bar or more, or 4.5 bar or less, 4 bar or less, 3.5 bar or less, 3 bar or less, 2.5 bar or less, It may be 2 bar or less or 1.5 bar or less, but is not limited thereto, and may vary depending on the metal organic framework to be prepared. By satisfying the above-described range, the pressure may be adjusted to the most appropriate pressure range, particularly in preparing the metal-organic frameworks of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 반응부(20)의 운전 압력은 전자동 제어 장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the operating pressure of the reaction unit 20 may be characterized in that it is controlled by a fully automatic control device.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 제 1 전구체는 질산 아연 육수화물(zinc nitrate hexahydrate), 질산철 비수화물(iron nitrate nonahydrate), 산화 아연(zinc oxide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 금속 전구체인 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 제조하고자 하는 금속 유기 골격체가 ZIF-8인 경우, 상기 금속 전구체는 질산 아연 육수화물일 수 있고, 제조하고자 하는 금속 유기 골격체가 Fe-BTC인 경우, 상기 금속 전구체는 질산철 비수화물일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first precursor is 1 selected from the group consisting of zinc nitrate hexahydrate, iron nitrate nonahydrate, zinc oxide, and combinations thereof. It can be characterized as being a metal precursor of more than one species. Preferably, when the metal organic framework to be prepared is ZIF-8, the metal precursor may be zinc nitrate hexahydrate, and when the metal organic framework to be prepared is Fe-BTC, the metal precursor may be iron nitrate nonhydrate. can

본 발명의 일 구현예에 있어서, 제 2 전구체는 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 트라이메스산(trimesic acid), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 유기 리간드인 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 제조하고자 하는 금속 유기 골격체가 ZIF-8인 경우, 상기 유기 리간드는 2-메틸이미다졸일 수 있고, 제조하고자 하는 금속 유기 골격체가 Fe-BTC인 경우, 상기 유기 리간드는 트라이메스산일 수 있다. 본 명세서에서 용어 “제 1 및 제 2 전구체” 또는 “제 1 및 제 2 전구체 저장부”는 순서를 나타내는 개념은 아니며, 서로 상이한 종류의 전구체 또는 서로 상이한 종류의 전구체를 저장하는 저장부를 구분하기 위한 개념이다. In one embodiment of the present invention, the second precursor is at least one organic ligand selected from the group consisting of 2-methylimidazole, trimesic acid, and combinations thereof. can be done with Preferably, when the metal organic framework to be prepared is ZIF-8, the organic ligand may be 2-methylimidazole, and when the metal organic framework to be prepared is Fe-BTC, the organic ligand may be trimesic acid. there is. In this specification, the terms “first and second precursors” or “first and second precursor storage units” are not concepts indicating an order, and are used to distinguish different types of precursors or storage units for storing different types of precursors. It is a concept.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 제 2 전구체 저장부(12)에는 pH 조절제를 더 추가할 수 있다. 상기 pH조절제로는 트리에탄올아민이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 공지의 pH 조절제라면 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 제한 없이 사용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, a pH adjusting agent may be further added to the second precursor storage unit 12 . Triethanolamine may be exemplified as the pH adjusting agent, but is not limited thereto, and any known pH adjusting agent may be used without limitation as long as the object of the present invention is not impaired.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 상기 반응부(20)에서 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 여과부(40)를 포함할 수 있다. 상기 여과부(40)의 필터의 기공 크기는 0.1 내지 5 ㎛ 인 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 여과부(40)의 필터의 기공 크기는 0.5 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상 또는 2.5 ㎛ 이상이거나, 4.5 ㎛ 이하, 4 ㎛ 이하 또는 3.5 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 것에 의해, 제조된 금속 유기 골격체 입자를 불순물과 적절하게 분리할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal-organic framework manufacturing apparatus of the present application may include a filtering unit 40 for filtering the metal-organic framework synthesized in the reaction unit 20 . The pore size of the filter of the filtration unit 40 may be characterized in that 0.1 to 5 ㎛. In another embodiment, the pore size of the filter of the filtering unit 40 is 0.5 μm or more, 1 μm or more, 1.5 μm or more, 2 μm or more, or 2.5 μm or more, or 4.5 μm or less, 4 μm or less, or 3.5 μm may be below. By satisfying the above range, the prepared metal organic framework particles can be properly separated from impurities.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 여과부(40)의 필터는 교체가능한 필터인 것을 특징으로 할 수 있다. 교체 주기는 공정의 스케일 등을 고려해 적절히 설정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the filter of the filtering unit 40 may be characterized in that it is a replaceable filter. The replacement cycle can be appropriately set in consideration of the scale of the process.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 상기 여과부(40)에서 여과된 금속 유기 골격체를 건조하여 분말화하는 건조부(미도시)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 건조 공정의 경우, 상기 금속 유기 골격체 입자에 잔류하고 있는 용매를 제거하기 위한 것으로, 당 업계에서 이용되는 다양한 건조 공정이 비제한적으로 활용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the manufacturing apparatus of the metal-organic framework of the present application is characterized in that it further comprises a drying unit (not shown) for drying and powdering the metal-organic framework filtered by the filtering unit 40. can be done with In the case of the drying process, for removing the solvent remaining in the metal organic framework particles, various drying processes used in the art may be used without limitation.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 초음파 분리 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 초음파 분리 장치는 금속 유기 골격체를 정제하여 기공으로부터 오염물질을 제거할 수 있으며, 처리된 금속 유기 골격체의 표면적을 개선하여 넓은 표면적을 가진 금속 유기 골격체를 제공할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal-organic framework manufacturing apparatus of the present application may further include an ultrasonic separation device (not shown). The ultrasonic separation device may remove contaminants from pores by purifying the metal-organic framework, and improve the surface area of the metal-organic framework to provide a metal-organic framework with a large surface area.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 모듈식 프로세스 구성인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에서 용어 “모듈식 프로세스”란 제조장치를 구성하는 구성부들(예를 들어, 전구체 저장부(11, 12), 반응부(20), 이송부(31, 32), 여과부(40) 등)은 각각이 하나의 모듈(module)로서 독립적으로 도입될 수 있는 장치를 의미할 수 있다. 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 목적에 따라 적절한 구성부들을 조합하여 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal-organic framework manufacturing apparatus of the present application may be characterized in that it has a modular process configuration. In this specification, the term “modular process” refers to components constituting a manufacturing apparatus (eg, precursor storage units 11 and 12, reaction units 20, transfer units 31 and 32, filtering units 40, etc. ) may mean a device that can be independently introduced as one module. The apparatus for manufacturing a metal-organic framework of the present application may be formed by combining appropriate constituent parts according to the purpose.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는, 0.01 내지 0.5 kg/h의 속도로 금속 유기 골격체를 생산하는 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 속도는 0.015 kg/h 이상이거나, 0.4 kg/h 이하, 0.3 kg/h 이하, 0.2 kg/h 이하, 0.1 kg/h 이하, 0.09 kg/h 이하, 0.08 kg/h 이하, 0.07 kg/h 이하 또는 0.06 kg/h 이하일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal-organic framework manufacturing apparatus of the present application may be characterized in that it produces the metal-organic framework at a rate of 0.01 to 0.5 kg/h. In another embodiment, the speed is greater than or equal to 0.015 kg/h, less than or equal to 0.4 kg/h, less than or equal to 0.3 kg/h, less than or equal to 0.2 kg/h, less than or equal to 0.1 kg/h, less than or equal to 0.09 kg/h, or less than or equal to 0.08 kg/h. h or less, 0.07 kg/h or less, or 0.06 kg/h or less.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 95% 수율을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에서 용어 “수율”은 제 1 전구체 및 제 2 전구체의 총량에 대한 금속 유기 골격체의 생산량의 %비를 의미할 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 상기 수율은 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 100% 이상, 101% 이상, 102% 이상, 103% 이상, 104% 이상, 105% 이상, 106% 이상, 107% 이상, 108% 이상, 109% 이상, 110% 이상, 111% 이상, 112% 이상, 113% 이상, 114% 이상, 115% 이상, 116% 이상, 117% 이상, 118% 이상, 119% 이상, 120% 이상, 121% 이상, 122% 이상, 123% 이상, 124% 이상 또는 125% 이상이거나, 150% 이하, 140% 이하, 130% 이하, 120% 이하, 110% 이하 또는 100% 이하일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal organic framework manufacturing apparatus of the present application may be characterized in that it has a yield of 95%. In this specification, the term “yield” may refer to a % ratio of the yield of the metal organic framework to the total amount of the first precursor and the second precursor. In another embodiment, the yield is 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, 100% or more, 101% or more, 102% or more, 103% or more, 104% or more, 105% or more, 106% or more, 107% or more, 108% or more, 109% or more, 110% or more, 111% or more, 112% or more, 113% or more, 114% or more, 115% or more, 116% or more, 117% or more, 118% 119% or more, 120% or more, 121% or more, 122% or more, 123% or more, 124% or more, or 125% or more, or 150% or less, 140% or less, 130% or less, 120% or less, 110% or less or less than 100%.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는, 상기 전구체 저장부(11,12), 이송부(31,32), 반응부(20), 여과부(40) 및/또는 선택적으로 전구체 공급부가 유기적으로 연계되어, 목적하는 금속 유기 골격체를 높은 수율 및 생산성으로 생산 가능할 수 있고, 생산 규모의 확장이 가능할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the manufacturing apparatus of the metal-organic framework of the present application may be characterized in that it consists of a continuous process. In the metal organic framework manufacturing apparatus of the present application, the precursor storage unit 11 and 12, the transfer unit 31 and 32, the reaction unit 20, the filtration unit 40, and/or optionally the precursor supply unit are organically linked. Therefore, it is possible to produce the desired metal organic framework with high yield and productivity, and it is possible to expand the production scale.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조장치는 복수로 구비될 수 있고, 상기 복수의 제조장치는 각각 상이한 금속 유기 골격체를 제조하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a plurality of apparatuses for manufacturing a metal-organic framework of the present application may be provided, and each of the plurality of manufacturing apparatuses may be characterized in that they produce different metal-organic frameworks.

본 발명의 제 2 측면은, A second aspect of the present invention is,

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조방법으로서, 제 1 및 제 2 전구체를 제 1 및 제 2 전구체 저장부에 각각 투입하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 전구체를 반응부로 이송하는 단계; 상기 반응부에서 제1 및 제2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 단계; 를 포함하고, 상기 제조방법은 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조방법을 제공한다. A method of manufacturing a metal organic framework, comprising: introducing first and second precursors into first and second precursor storage units, respectively; transferring the first and second precursors to a reaction unit; synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors in the reaction unit; and filtering the synthesized metal organic framework; Including, the manufacturing method provides a method for preparing a metal organic framework, characterized in that consisting of a continuous process.

본 발명의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본 발명의 제 1 측면에 대한 설명과 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다. Although detailed descriptions of parts overlapping with those of the first aspect of the present invention have been omitted, the description and contents of the first aspect of the present invention can be equally applied even if the description is omitted from the second aspect.

이하, 본 발명의 제 2 측면에 따른 금속 유기 골격체의 제조방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, the method for preparing the metal organic framework according to the second aspect of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 제 1 및 제 2 전구체를 제 1 및 제 2 전구체 저장부(11,12)에 각각 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 투입은 인력에 의해 주기적으로 직접 공급될 수도 있고, 별도의 원료 탱크로부터 자동적으로 공급될 수도 있다. 상기 원료 탱크로부터 자동 공급되는 경우, 각 원료 탱크의 수위(level) 또는 작동 시간을 기준으로 전구체 공급량이 제어될 수 있으나, 제어 방법에 관한 사항은 비제한적으로 활용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the method for preparing the metal organic framework of the present application may include introducing first and second precursors into the first and second precursor storage units 11 and 12, respectively. The input may be directly supplied periodically by manpower or may be automatically supplied from a separate raw material tank. In the case of automatic supply from the raw material tank, the precursor supply amount may be controlled based on the level or operation time of each raw material tank, but the control method may be used without limitation.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 제 1 및 제 2 전구체를 반응부(20)로 이송하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the method for preparing the metal organic framework of the present application may include transferring the first and second precursors to the reaction unit 20 .

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 반응부(20)에서 제 1 및 제 2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the method for preparing the metal organic framework of the present application may include synthesizing the metal organic framework by mixing the first and second precursors in the reaction unit 20 .

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 상기 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the preparation method of the metal organic framework of the present application may include filtering the synthesized metal organic framework.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 상기 여과된 금속 유기 골격체를 건조하여 분말화하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the preparation method of the metal organic framework of the present application may further include drying and pulverizing the filtered metal organic framework.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본원의 금속 유기 골격체의 제조방법은 초음파 분리 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the preparation method of the metal-organic framework of the present application may further include an ultrasonic separation step.

본 발명의 제 3 측면은,The third aspect of the present invention is,

상기 제조방법에 의해 제조된 금속 유기 골격체를 섬유 상에 복합화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 섬유-입자 복합체의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a fiber-particle composite, comprising the step of complexing the metal organic framework prepared by the above method on fibers.

본원의 제 1 내지 제2측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제1 내지 제2측면에 대해 설명한 내용은 제3측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다. Detailed descriptions of portions overlapping with the first and second aspects of the present application have been omitted, but the contents described for the first and second aspects of the present application can be equally applied even if the description is omitted in the third aspect.

이하, 본원의 제3측면에 따른 섬유-입자 복합체의 제조방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a fiber-particle composite according to the third aspect of the present application will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 금속 유기 골격체를 섬유 상에 복합화하는 단계는, 고분자 용액에 상기 금속 유기 골격체를 혼합하여 전기 방사하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 경우, 사전에 전기 방사 용액에서 일정 수준 복합화가 이루어진 경우, 섬유 상을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of complexing the metal organic framework on the fiber may be characterized by electrospinning by mixing the metal organic framework with a polymer solution. In this case, if a certain level of complexation is made in the electrospinning solution in advance, a fibrous phase may be formed.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 금속 유기 골격체를 섬유 상에 복합화하는 단게는, 상기 금속 유기 골격체를 포함하는 용액에 상기 섬유를 침지시켜 패딩하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 여과 공정까지 거친 금속 유기 골격체를 포함하는 용액을 형성한 후, 상기 용액에 섬유 기재를 패딩하는 단계일 수 있다. 상기 패딩하는 단계는 섬유가 롤러에 의해 이송되는 도중에 상기 금속 유기 골격체를 포함하는 용액에 소정의 시간 동안 침지될 후 이후 단계로 이송되는 것을 의미할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of complexing the metal organic framework onto the fiber may be characterized in that the fiber is immersed in a solution containing the metal organic framework and padded. As described above, after forming a solution including the metal organic framework that has been subjected to the filtration process, the step of padding the fiber substrate in the solution may be performed. The padding step may mean that the fiber is immersed in a solution containing the metal organic framework for a predetermined time while being transported by a roller, and then transferred to a later step.

상술한 본 발명의 여러가지 구현예들에 기재된 방법들을 통해, 섬유 기재에 본 발명의 제조장치에 의해 고효율로 제조된 금속 유기 골격체를 복합화한 섬유-입자 복합체를 스케일업하여 생산할 수 있을 것이며, 각종 유해가스 및 미세 먼지에 대응한 필터 제품에 활용될 수 있을 것이다. Through the methods described in the various embodiments of the present invention described above, it will be possible to scale-up and produce a fiber-particle composite in which a metal organic framework manufactured with high efficiency by the manufacturing apparatus of the present invention is composited on a fiber substrate. It can be used for filter products that respond to harmful gases and fine dust.

본 발명의 제 4 측면은,A fourth aspect of the present invention is,

상기 제조방법에 따라 제조된 섬유-입자 복합체를 포함하는 가스 흡착용 필터를 제공한다. Provided is a filter for gas adsorption comprising a fiber-particle composite manufactured according to the above manufacturing method.

본원의 제 1 내지 제3측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제1 내지 제3측면에 대해 설명한 내용은 제4측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다. Detailed descriptions of portions overlapping with the first to third aspects of the present application have been omitted, but the contents described for the first to third aspects of the present application can be equally applied even if the description is omitted in the fourth aspect.

이하, 본원의 제4측면에 따른 가스 흡착용 필터를 상세히 설명한다. Hereinafter, a gas adsorption filter according to a fourth aspect of the present disclosure will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 가스 흡착용 필터는 암모니아, 황화수소, 및 포름알데히드로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 유해가스를 흡착하는 것을 특징으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the gas adsorption filter may be characterized in that it adsorbs at least one harmful gas selected from the group consisting of ammonia, hydrogen sulfide, and formaldehyde.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 가스 흡착용 필터는 미세 먼지 제거 필터일 수 있다. 미세먼지 제거 필터의 경우, 헤파(Hepa) 필터일 수 있으며, 이 경우 미세먼지 및 초미세먼지를 여과할 수 있음과 동시에 상술한 유해가스를 제거할 수 있어, 가정 및 산업용으로 적용될 경우 인체에 유해한 물질을 통합하여 제거할 수 있다는 이점이 있을 것이다. In one embodiment of the present invention, the gas adsorption filter may be a fine dust removal filter. In the case of the fine dust removal filter, it may be a HEPA filter, in which case it can filter fine dust and ultrafine dust and at the same time remove the above-mentioned harmful gases, which is harmful to the human body when applied for home and industrial purposes. It would have the advantage of being able to consolidate and remove the material.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1. Example 1.

도 1의 제조장치를 이용하여 하기의 방법으로 금속 유기 골격체를 합성하였다. A metal organic framework was synthesized by the following method using the manufacturing apparatus of FIG. 1 .

우선, 제1 전구체 저장부(11)에 금속 전구체로서 질산 아연 육수화물(zinc nitrate hexahydrate)을 공급하고, 제2 전구체 저장부(12)에 유기 리간드로서2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 공급한다. 이 때, 상기 질산 아연 육수화물은 54.87g(0.184mol), 상기 2-메틸이미다졸은 120.9g(1.473mol)의 양만큼 공급되도록 하였다. 또한 pH조절을 위해, 제2 전구체 저장부(12)에 트리에탄올아민을 추가로 투입하였다. First, zinc nitrate hexahydrate is supplied as a metal precursor to the first precursor storage unit 11, and 2-methylimidazole is supplied as an organic ligand to the second precursor storage unit 12. supply At this time, 54.87 g (0.184 mol) of the zinc nitrate hexahydrate and 120.9 g (1.473 mol) of the 2-methylimidazole were supplied. In addition, for pH control, triethanolamine was additionally added to the second precursor storage unit 12.

이어서, 제1 이송부(31)를 통해 금속 전구체를 반응부(20)에 공급하고, 제2 이송부(32)를 통해 유기 리간드를 반응부(20)에 공급한다. 상기 제 1 및 제 2 이송부 각각은 연동호스 펌프(정량공급펌프)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 이 때 반응부(20)에 공급되는 금속 전구체와 유기 리간드의 중량비는 1:8 (금속 전구체 : 리간드) 가 되도록 제어하였으며, 반응부(20)의 부피는 0.005 m3 (금속 전구체 및 리간드의 최대 체류시간이 2시간이 될 수 있는 부피) 이 되도록 하였다. Subsequently, the metal precursor is supplied to the reaction unit 20 through the first transfer unit 31 and the organic ligand is supplied to the reaction unit 20 through the second transfer unit 32 . It is characterized in that each of the first and second transfer units use a peristaltic hose pump (a metering supply pump). At this time, the weight ratio of the metal precursor and the organic ligand supplied to the reaction unit 20 was controlled to be 1:8 (metal precursor: ligand), and the volume of the reaction unit 20 was 0.005 m 3 (maximum of the metal precursor and ligand). It was made so that the retention time could be 2 hours).

상기 반응부(20)에 금속 전구체 및 리간드가 모두 공급된 이후, 상온 및 1bar의 조건 하 1시간(체류시간) 동안 반응을 진행하였다. After all the metal precursors and ligands were supplied to the reaction unit 20, the reaction was performed for 1 hour (residence time) under conditions of room temperature and 1 bar.

반응부에서 생성된 금속 유기 골격체는, 기공 크기가 3 마이크론인 필터를 구비한 여과부(40)를 거쳐 이송된 후, 자연건조되었다. The metal organic framework generated in the reaction section was transferred through a filtering section 40 equipped with a filter having a pore size of 3 microns, and then naturally dried.

그 결과, 분말화된 금속 유기 골격체(ZIF-8)를 얻을 수 있었다. As a result, a powdered metal organic framework (ZIF-8) was obtained.

상술한 장치에 의해 제조된 금속 유기 골격체의 생산량은 시간당 0.05 kg 정도였으며, 금속 전구체 및 리간드의 총량 대비 수율은 약 126% 였다. 이는 통상 알려진 ZIF-8 의 연속 공정 생산량, 수율을 고려할 때, 우수한 수준이다. The yield of the metal organic framework prepared by the above-described apparatus was about 0.05 kg per hour, and the yield relative to the total amount of the metal precursor and the ligand was about 126%. This is an excellent level when considering the commonly known continuous process production and yield of ZIF-8.

실시예 2. Example 2.

도 1의 제조장치를 이용하여 하기의 방법으로 금속 유기 골격체를 합성하였다. A metal organic framework was synthesized by the following method using the manufacturing apparatus of FIG. 1 .

우선, 제1 전구체 저장부(11)에 금속 전구체로서 질산철 비수화물(iron nitrate nonahydrate)을 공급하고, 제 2 전구체 저장부(12)에 리간드로 트라이메스산(trimesic acid)을 공급한다. 이 때, 상기 질산철 비수화물은 34.3g(0.085mol), 상기 트라이메스산은 11.9g(0.057mol)의 양만큼 공급되도록 하였다. First, iron nitrate nonahydrate is supplied to the first precursor storage unit 11 as a metal precursor, and trimesic acid is supplied to the second precursor storage unit 12 as a ligand. At this time, the iron nitrate nonhydrate was supplied in an amount of 34.3 g (0.085 mol) and the trimesic acid in an amount of 11.9 g (0.057 mol).

이어서, 제 1 이송부(31)를 통해 금속 전구체를 반응부(20)에 공급하고, 제 2 이송부(32)를 통해 리간드를 반응부(20)에 공급한다. 상기 제 1 및 제 2 이송부 각각은 연동호스 펌프(정량공급펌프)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 이 때 반응부(20)에 공급되는 금속 전구체와 리간드의 중량비는 3:2 (금속 전구체 : 리간드) 가 되도록 제어하였으며, 반응부(20)의 부피는 0.005 m3 (금속 전구체 및 리간드의 최대 체류시간이 2시간이 될 수 있는 부피) 이 되도록 하였다. Subsequently, the metal precursor is supplied to the reaction unit 20 through the first transfer unit 31 and the ligand is supplied to the reaction unit 20 through the second transfer unit 32 . It is characterized in that each of the first and second transfer units use a peristaltic hose pump (a metering supply pump). At this time, the weight ratio of the metal precursor and the ligand supplied to the reaction unit 20 was controlled to be 3:2 (metal precursor: ligand), and the volume of the reaction unit 20 was 0.005 m 3 (maximum retention of the metal precursor and ligand). It was made so that the time could be 2 hours).

상기 반응부(20)에 금속 전구체 및 리간드가 모두 공급된 이후, 상온 및 1bar의 조건 하 1시간(체류시간) 반응을 진행하였다. After all the metal precursors and ligands were supplied to the reaction unit 20, the reaction was performed for 1 hour (residence time) under conditions of room temperature and 1 bar.

반응부에서 생성된 금속 유기 골격체는, 기공 크기가 3 마이크론인 필터를 구비한 여과부(40)를 거쳐 이송된 후, 자연건조되었다. The metal organic framework generated in the reaction section was transferred through a filtering section 40 equipped with a filter having a pore size of 3 microns, and then naturally dried.

그 결과, 분말화된 금속 유기 골격체(Fe-BTC)를 얻을 수 있었다. As a result, a powdered metal organic framework (Fe-BTC) was obtained.

상술한 장치에 의해 제조된 금속 유기 골격체의 생산량은 시간당 0.02 kg 정도였으며, 금속 전구체 및 리간드의 총량 대비 수율은 약 97% 였다. The yield of the metal organic framework prepared by the above-described apparatus was about 0.02 kg per hour, and the yield relative to the total amount of the metal precursor and the ligand was about 97%.

실험예. 가스 흡착능 실험experimental example. Gas adsorption test

실시예에 의해 제조된 금속 유기 골격체 각각의 암모니아, 황화수소 또는 포름알데히드에 대한 가스 흡착능을 확인하였다. 가스흡착능은 가스검지관법을 이용해 평가하였다. 구체적으로, 실시예에 의해 제조된 금속 유기 골격체 1 g을 5 L 크기의 반응기에 넣고 밀봉한 후, 시험가스(암모니아, 황화수소 및 폼알데하이드) 초기농도를 각각 50 μmol/mol, 50 μmol/mol 및 20 μmol/mol로 하여 주입하고, 시험가스의 농도를 30분 간격으로 측정하여 최종 120분 뒤에 측정한 시험가스의 농도를 샘플 농도로 하였다. 이 때 시험가스 농도는 가스검지관(SPS-KCLI2218-6218)으로 측정하였으며, 시험 중 온도는 23℃, 습도는 50%(상대습도) 로 유지하였다. The gas adsorption capacity for ammonia, hydrogen sulfide, or formaldehyde of each of the metal organic frameworks prepared in the Examples was confirmed. Gas adsorption capacity was evaluated using a gas detection tube method. Specifically, after putting 1 g of the metal organic framework prepared in Example into a 5 L reactor and sealing it, the initial concentrations of the test gases (ammonia, hydrogen sulfide and formaldehyde) were set to 50 μmol/mol, 50 μmol/mol and 50 μmol/mol, respectively. It was injected at 20 µmol/mol, and the concentration of the test gas was measured every 30 minutes, and the concentration of the test gas measured after the final 120 minutes was used as the sample concentration. At this time, the test gas concentration was measured with a gas detection tube (SPS-KCLI2218-6218), and the temperature was maintained at 23 ° C and the humidity was 50% (relative humidity) during the test.

가스 흡착율(%)은 하기 식 1로 도출하였다. The gas adsorption rate (%) was derived from Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

가스 흡착율(%) = [{(블랭크 농도) - (샘플 농도)}/(블랭크 농도)] x 100Gas adsorption rate (%) = [{(Blank concentration) - (Sample concentration)}/(Blank concentration)] x 100

식 1에서 블랭크 농도는 실시예에 의해 제조된 금속 유기 골격체가 없는 상태에서 상기 샘플 농도와 같은 방식으로 하여 측정한 농도를 의미함.In Equation 1, the blank concentration means the concentration measured in the same way as the sample concentration in the absence of the metal organic framework prepared in the Example.

그 결과, 실시예 1의 ZIF-8은 황화수소에 대한 가스 흡착율이 100%이고, 포름알데히드에 대한 가스 흡착율이 85%로 우수함을 확인할 수 있었다. 또한 실시예 2의 Fe-BTC는 암모니아에 대한 가스 흡착율이 100%이고, 황화수소에 대한 가스 흡착율이 90%이며, 포름알데히드에 대한 가스 흡착율이 96%로 우수함을 확인할 수 있었다. As a result, it was confirmed that the ZIF-8 of Example 1 had a gas adsorption rate for hydrogen sulfide of 100% and a gas adsorption rate for formaldehyde of 85%. In addition, the Fe-BTC of Example 2 was able to confirm that the gas adsorption rate for ammonia was 100%, the gas adsorption rate for hydrogen sulfide was 90%, and the gas adsorption rate for formaldehyde was 96%.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (13)

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조장치로서,
제 1 및 제 2 전구체 저장부;
상기 제 1 및 제 2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 반응부;
상기 제 1 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 1 이송부; 및 상기 제 2 전구체 저장부로부터 상기 반응부로 전구체를 이송하는 제 2 이송부; 및
상기 반응부에서 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 여과부; 를 포함하고,
상기 제조장치는 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
As a manufacturing device of a metal organic framework (Metal Organic Framework),
first and second precursor storage units;
a reaction unit synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors;
a first transfer unit transferring the precursor from the first precursor storage unit to the reaction unit; and a second transfer unit transferring the precursor from the second precursor storage unit to the reaction unit. and
a filtering unit filtering the metal organic framework synthesized in the reaction unit; including,
The manufacturing apparatus of the metal-organic skeleton, characterized in that consisting of a continuous process.
제 1 항에 있어서,
반응부에서의 제 1 전구체에 대한 제 2 전구체의 중량기준 혼합 공급비는 0.1 내지 50인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
An apparatus for producing a metal organic framework, characterized in that the mixed supply ratio of the second precursor to the first precursor in the reaction unit is 0.1 to 50.
제 1 항에 있어서,
반응부에서의 금속 유기 골격체 합성을 위한 체류 시간은 0.1 내지 6시간인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
An apparatus for producing a metal-organic framework, characterized in that the residence time for synthesizing the metal-organic framework in the reaction unit is 0.1 to 6 hours.
제 1 항에 있어서,
반응부의 운전 온도는 10 ℃ 내지 100 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조 장치.
According to claim 1,
An apparatus for producing a metal organic framework, characterized in that the operating temperature of the reaction unit is 10 ° C to 100 ° C.
제 1 항에 있어서,
반응부의 운전 압력은 -1 내지 5 bar 인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
The operating pressure of the reaction unit is -1 to 5 bar, characterized in that, the metal organic skeleton manufacturing apparatus.
제 1 항에 있어서,
제 1 전구체는 질산 아연 육수화물(zinc nitrate hexahydrate), 질산철 비수화물(iron nitrate nonahydrate), 산화 아연(zinc oxide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 금속 전구체인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
Characterized in that the first precursor is at least one metal precursor selected from the group consisting of zinc nitrate hexahydrate, iron nitrate nonahydrate, zinc oxide, and combinations thereof , Device for manufacturing a metal organic framework.
제 1 항에 있어서,
제 2 전구체는 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 트라이메스산(trimesic acid), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 유기 리간드인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
Preparation of a metal organic framework, characterized in that the second precursor is at least one organic ligand selected from the group consisting of 2-methylimidazole, trimesic acid, and combinations thereof Device.
제 1 항에 있어서,
여과부의 필터의 기공 크기는 0.1 내지 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
Characterized in that the pore size of the filter of the filtration unit is 0.1 to 5 μm, the manufacturing apparatus of the metal organic framework.
제 1 항에 있어서,
여과부의 필터는 교체가능한 필터인 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
The filter of the filtering unit is a replaceable filter, characterized in that, the metal organic framework manufacturing apparatus.
제 1 항에 있어서, 여과부에서 여과된 금속 유기 골격체를 건조하여 분말화하는 건조부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
The method according to claim 1, further comprising: a drying unit for drying and pulverizing the metal organic framework filtered by the filtering unit; Characterized in that it further comprises, the manufacturing apparatus of the metal organic framework.
제 1 항에 있어서,
0.01 내지 0.5 kg/h의 속도로 금속 유기 골격체를 생산하는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
An apparatus for producing a metal-organic framework, characterized in that it produces the metal-organic framework at a rate of 0.01 to 0.5 kg/h.
제 1 항에 있어서,
95% 이상의 수율을 가지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조장치.
According to claim 1,
An apparatus for producing a metal organic framework having a yield of 95% or more.
금속 유기 골격체(Metal Organic Framework)의 제조방법으로서,
제 1 및 제 2 전구체를 제 1 및 제 2 전구체 저장부에 각각 투입하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 전구체를 반응부로 이송하는 단계;
상기 반응부에서 제1 및 제2 전구체를 혼합하여 금속 유기 골격체를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 금속 유기 골격체를 여과하는 단계; 를 포함하고,
상기 제조방법은 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 유기 골격체의 제조방법.
As a method for producing a metal organic framework,
Injecting the first and second precursors into the first and second precursor storage units, respectively;
transferring the first and second precursors to a reaction unit;
synthesizing a metal organic framework by mixing the first and second precursors in the reaction unit; and
filtering the synthesized metal organic framework; including,
The manufacturing method of the metal organic framework, characterized in that the manufacturing method is made of a continuous process.
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Non-Patent Citations (1)

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Capability of CO2 on Metal-Organic Frameworks-Based Porous Adsorbents and Their Challenges to Pressure Swing Adsorption Applications (Clean Technology Volume 19, Issue4, p370~378, 31 Dec 2013)

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