KR20230158770A - p-자일렌 선택성 흡착제 및 이를 이용한 p-자일렌의 선택적 분리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 p-자일렌 선택성 흡착제 및 이를 이용한 p-자일렌의 선택적 분리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 흡착제는 자일렌 이성질체 혼합물로부터 p-자일렌을 높은 효율로 흡착할 수 있으며, 안정적이고 재사용이 가능하여 산업적 정제에 유리하다.
Description
본 발명은 p-자일렌 선택성 흡착제 및 이를 이용한 p-자일렌의 선택적 분리 방법에 관한 것이다.
석유화학 산업에서 가장 중요한 방향족 화합물 중 하나인 자일렌은 C8H10 의 동일한 화학식을 가지는 4개의 구조 이성질체가 존재한다. 구체적으로는 o-자일렌(oX), m-자일렌(mX), p-자일렌(pX) 및 에틸벤젠(EB)이 있다. 이들 중 p-자일렌(pX) 은 산화되어 테레프탈산(TPA)를 형성할 수 있고, 테레프탈산은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스터와 같은 고분자 합성의 출발 물질로 사용되기 때문에, p-자일렌(pX) 은 자일렌 구조 이성질체 중 가장 중요한 이성질체로 여겨지고 있다.
따라서, 다른 자일렌 이성질체로부터 p-자일렌(pX) 을 분리하는 것은 석유화학 산업에서 매우 중요한 기술이다. 하지만, 자일렌 이성질체들은 끓는점, 분자 크기와 같은 물리화학석 특성이 서로 유사하여 p-자일렌(pX)만을 다른 이성질체로부터 선택적으로 분리하는 것은 매우 어렵다. 또한, 흡착 분리 기술로 SMB(simulated moving bed, 유사 이동층) 기술이 효율성 및 낮은 에너지 소비로 인해 주요한 정제 공정으로 간주되었다. SMB 기술에서 p-자일렌을 분리하는 흡착제로 제올라이트계 흡착제가 잘 알려져 있는데, 이러한 제올라이트계 흡착제를 기반으로 한 흡착 분리는 p-자일렌의 흡착 선택도가 너무 낮다는 문제가 있었다.
이에, 무기물과 유기 링커의 배위 결합에 의해 구성되는 금속-유기 골격체(MOF)와 같은 다공성 재료가 새롭게 등장하였으며, 이는 균일한 기공 구조, 높은 다공성 및 구조적 화학적 특성의 다양한 제어 가능을 통해 물질들의 분리에 다양하게 사용되며, 자일렌 이성질체의 분리에도 활용 가능성이 연구되고 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 자일렌 이성질체 혼합물로부터 p-자일렌만을 선택적으로 분리하는 흡착제를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 안정적이면서, p-자일렌의 선택적 흡착의 재사용이 가능한 흡착제를 제공하기 위한 것이다.
본 발명자들은 금속 유기 골격체 중에서, 특정한 금속 이온 및 유기 리간드로 제조된 금속 유기 골격체를 사용하는 경우, 다른 종류의 금속 유기 골격체, 또는 알려진 다른 p-자일렌 흡착제보다 더 향상된 p-자일렌 흡착 성능을 나타낼 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
이에, 본 발명은, 중심 금속으로 알루미늄 양이온 및 유기 리간드로 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산을 포함하는 금속 유기 골격체;를 포함하는 p-자일렌 선택성 흡착제를 제공한다.
본 발명에 따른 흡착제는 자일렌 이성질체 혼합물에서 p-자일렌만 선택적으로 흡착할 수 있고, 다른 흡착제들에 비해 우수한 p-자일렌의 흡착 선택도를 나타낼 수 있다. 또한, 반복 사용하더라도 흡착 용량 및 흡착 선택도가 높게 유지되어, 여러 번 재사용이 가능하고, 이에 따라 산업적 정제에 사용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실험예 1에 따른 N2 흡착 및 탈착 등온선 그래프를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명의 실험예 1에 따른 분말 X-선 회절(PXRD) 스펙트럼 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 열중량 분석(TGA) 곡선 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3-1에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실험예 3-2에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능(도 5a) 및 선택도(도 5b) 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실험예 3-3에 따른 재활용 횟수에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능 및 선택도 그래프를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명의 실험예 1에 따른 분말 X-선 회절(PXRD) 스펙트럼 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 열중량 분석(TGA) 곡선 그래프를 나타낸 것이다.
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도 4는 본 발명의 실험예 3-1에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실험예 3-2에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능(도 5a) 및 선택도(도 5b) 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실험예 3-3에 따른 재활용 횟수에 따른 자일렌 이성질체의 흡착 성능 및 선택도 그래프를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.
한편, 본원에서 개시되는 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술되는 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 할 수 없다.
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.
금속 유기 골격체(Metal-Organic Framework; MOF)는 다공성 배위 고분자(porous coordination polymers)라고도 하며, 하이브리드 나노세공체, 또는 유무기 혼성체로도 지칭되고 있다. 금속 유기 골격체는 결정성 골격 구조 내에 금속염과 유기 리간드로 이루어진 3차원 골격체로, 금속과 유기 리간드의 종류, 반응 조건 등에 따라 자가 조립하여 다양한 종류의 금속 유기 골격체가 형성될 수 있다.
이러한 금속 유기 골격체는 가스분리 및 흡착제, 기체저장물질, 센서, 멤브레인, 촉매 및 촉매 담체 등에 최근 다양한 용도로 활발히 연구되고 있으며, 본 발명에서는 흡착제로의 금속 유기 골격체의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 중심 금속으로 알루미늄 양이온을, 유기 리간드로 1,2,4,5-벤젠카르복실산을 포함하는 금속 유기 골격체(metal-organic frameworks, MOF);를 포함하는 p-자일렌 선택성 흡착제를 제공한다.
본 발명의 금속 유기 골격체와 같이 유기 리간드로 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산를 사용하는 경우, 유기 리간드가 대칭적인 구조를 가짐으로써, cis 및 trans 의 Al 팔면체 배위 구조를 갖는 규칙적이고 반복적인 구조를 가져 보다 견고한 구조를 나타낼 수 있다.
본 발명의 금속 유기 골격체와 같이 중심 금속으로 알루미늄 양이온을 사용하는 경우, 알루미늄 기반 금속 유기 골격체는 가열 조건 또는 유기 용매 또는 수성 조건에서 매우 안정하고 다양한 유기 화합물의 흡착에 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 MIL(Materials Institute Lavoisier)계 금속-유기 골격체일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 MIL-120(Al) 일 수 있다.
상기 MIL-120(Al)은 Al, O, C를 포함하는 금속 유기 골격체로, Al4(OH)8(C10O8H2))의 구조를 가지며, Al2(OH)4 팔면체 단위는 μ2-OH 기에 의해 연결되고, Al 팔면체 배위 구조가 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산에 의해 연결되는 구조를 나타낸다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 상기와 같은 알루미늄 양이온 및 1,2,4,5-벤젠카르복실산을 포함함으로써, 특정 크기의 1차원의 기공 채널을 형성할 수 있다. 또한, 이러한 기공 크기는 자일렌 이성질체 혼합물로부터 p-자일렌을 선택적으로 흡착하기에 아주 적절한 범위를 가져 우수한 p-자일렌 선택도 및 흡착 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체의 기공 크기는 4 내지 9 Å ×4 내지 9 Å 의 크기를 나타낼 수 있다. 바람직하게는 4 내지 7 Å ×4 내지 7 Å 의 크기, 5.4 Å ×4.7 Å 의 크기를 나타낼 수 있다. 상기 범위의 기공 크기를 가짐으로써, 본 발명의 금속 유기 골격체는 p-자일렌만 선택적으로 흡착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체의 BET 표면적이 200 내지 1000m2/g일 수 있다. 바람직하게는 BET 표면적은 200 내지 800m2/g, 250 내지 600m2/g, 300 내지 500m2/g 일 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체의 총 기공 부피는 0.1 내지 1.0cm3/g 일 수 있다. 바람직하게는 0.15 내지 0.8 cm3/g, 또는 0.2 내지 0.5 cm3/g 일 수 있다.
본 발명에서, 자일렌 이성질체에는 p-자일렌, o-자일렌, m-자일렌, 및 에틸벤젠이 있으며, 상기 자일렌 이성질체의 혼합물은 p-자일렌을 포함하면서, p-자일렌의 구조 이성질체인 o-자일렌, m-자일렌, 및 에틸벤젠으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하여 자일렌 이성질체의 혼합물을 구성할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 자일렌 이성질체의 혼합물로부터 p-자일렌만을 선택적으로 흡착하여 p-자일렌만을 선택적으로 분리할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 o-자일렌 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ o X)가 9 내지 20 일 수 있다. 바람직하게는 9 내지 13, 또는 10 내지 12일 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 m-자일렌 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ m X)가 5 내지 12 일 수 있다. 바람직하게는 6 내지 11, 또는 7 내지 10일 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 에틸벤젠 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ EB )가 2 내지 8 일 수 있다. 바람직하게는 2 내지 6, 또는 3 내지 5일 수 있다.
상기 p-자일렌의 선택도는 자일렌 이성질체 4가지(에틸벤젠, o-자일렌, m-자일렌, p-자일렌) 를 각 농도가 0.5M로 포함하는 혼합물에서 측정한 것이다.본 발명에 따른 금속 유기 골격체의 농도는 0.01 내지 0.3M 일 수 있다. 바람직하게는 0.01 내지 0.2M, 0.01 내지 0.1M, 또는 0.03 내지 0.08M 일 수 있다. 상기와 같은 농도로 포함되는 경우, 가장 높은 p-자일렌의 흡착 선택도를 나타낼 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명의 금속 유기 골격체를 이용하여 자일렌 이성질체의 혼합물로부터 p-자일렌을 선택적으로 흡착하는 단계를 포함하는 p-자일렌의 선택적 흡착 방법을 제공한다.
상기 선택적 흡착 방법은 자일렌 이성질체 혼합물에 본 발명에 따른 금속 유기 골격체를 접촉시켜, 상기 혼합물로부터 p-자일렌만을 선택적으로 흡착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 흡착 단계는 자일렌 이성질체 혼합물과 본 발명에 따른 금속 유기 골격체를 15 내지 40 ℃의 온도에서 0.5 내지 3 시간 동안 교반하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자일렌 이성질체 혼합물은 p-자일렌; 및 o-자일렌, m-자일렌, 및 에틸벤젠으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체는 수열 합성으로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산, 질산알루미늄 9수화물 및 수산화나트륨을 혼합하고, 150 내지 300℃의 온도로 10 내지 30 시간 동안 열을 가하여 제조될 수 있다. 수산화나트륨은 pH 조절제로 첨가될 수 있다.
상기 수열 합성에서 온도는 구체적으로 180 내지 250℃, 200 내지 230℃일 수 있고, 시간은 15 내지 30시간, 20 내지 25시간일 수 있으나, 온도 및 시간은 상기 범위에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예 및 실험예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1. 실시예 1(MIL-120(Al))의 제조
탈이온수(20mL, 1111mmol), 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산(0.5g, 2mmol), 질산알루미늄 9수화물 (3.2g, 8.5mmol), 4M 수산화나트륨(3.4mL, 13.6mmol)를 혼합하고 100mL 오토클레이브에 투입하였으며, 오토클레이브는 210℃로 예열된 오븐안에 위치시키고 24시간 동안 열을 가하였다. 반응 후, 반응기를 주위 온도로 냉각시켰다. 제조된 백색 분말을 원심 분리하였고, 탈이온수로 여러 번 세척하여 정제하였다.
실험예 1. MIL-120(Al)의 물성 확인
본 실험에서는 실시예 1(MIL-120(Al))의 물성을 확인하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다.
먼저, 77K에서 3Flex 정적 체적 분석기(Micromeritics Instruments, USA)를 사용하여 N2 흡착 및 탈착 등온선을 측정하였다. 실시예 1(MIL-120(Al))의 샘플은 진공 상태에서 423K에서 12시간 동안 활성화되었고, BET 표면적은 측정된 N2 등온선으로부터 계산하였다.
도 1a에는 77K에서 얻은 MIL-120(Al)의 N2 흡착 및 탈착 등온선을 나타내었으며, P/P0 <0.1의 상대 압력 범위에서 빠른 N2 흡수를 확인할 수 있다.
상대 압력 P/P0 = 1에서 N2의 총 흡수는 187cm3/g였다. 계산된 Langmuir 표면적은 492 m2/g이고 BET 면적은 322 m2/g이었으며, NLDFT에 의해 계산된 총 기공 면적과 총 기공 부피는 각각 241 m2/g 및 0.28 cm3/g이었다.
한편, 0.02°/s의 주사율 및 Cu/K-α1 방사선과 함께 3° < 2θ < 60°의 2θ 각도 범위에서 Ultiva IV(Rigaku Corporation, Japan) 기기(λ = 1.54059Å)를 이용하여 MIL-120(Al)의 분말 X-선 회절(PXRD) 스펙트럼을 측정하였고, 이를 도 1b에 나타내었다. 도 1b 로부터, 합성된 MIL-120(Al) 패턴은 시뮬레이션된 샘플과 PXRD 그래프가 일치하여, 상기 제조예에 따라 제조된 MIL-120(Al) 가 높은 결정성을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 10K/min의 속도로 MIL-120(Al)을 308K에서 1073K로 가열하여 질소 흐름 하에서 TGA8000TM(Perkin Elmer Instruments, USA) 기기를 사용하여 MIL-120(Al)의 열중량 분석(TGA) 곡선을 측정하였고, 이를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 3단계로 무게 감소가 일어났으며, 첫번째 중량 손실은 흡착된 H2O 분자의 이탈, 두번째 및 세번째 중량 손실은 유기 리간드 제거에 기인한 것임을 알 수 있다.
또한, MIL-120(Al)의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 JEOL-7800F(JEOL LTD., Japan)를 사용하여 측정하였으며, 이를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, MIL-120(Al)의 판 모양 결정이 성공적으로 합성되었음을 확인하였다.
실험예 2. MIL-120(Al)의 안정성 평가
안정성 평가로, 광범위한 pH 범위(pH 2, pH 4, pH 10 및 pH 12)의 용액에 MIL-120(Al) 샘플을 3일동안 담가두었으며, 이러한 처리 전 후의 PXRD 패턴을 확인하였다. 상기 용액은 pH 범위를 조절하기 위하여 탈이온수에 HCl 및/또는 NaOH를 첨가하여 원하는 pH를 갖도록 제조되었다.
도 1b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 다양한 pH 범위의 용액에 MIL-120(Al) 샘플을 담갔으나, PXRD 패턴의 차이가 거의 없으므로, MIL-120(Al) 샘플이 산성 및 염기성 조건에서 모두 안정적임을 알 수 있다.
실험예 3. 흡착성 평가
<흡착량 측정 방법>
본 실험 전에 분말을 진공 하에 423K에서 밤새 활성화시켰다. 순수한 자일렌을 2,2,4-트리메틸펜탄(이소옥탄)으로 희석하여 0-0.5M 농도의 자일렌 이성질체 용액을 제조하였다. 자일렌 용액(2mL) 및 탈기된 샘플(20mg)을 유리 바이알(4mL)에서 298K에서 1시간 동안 교반하여 혼합하였다. 1시간 후, 생성된 액체를 시린지(PP/PE, 1mL) 및 필터(PTFE, 0.45μm)를 사용하여 GC 바이알에 샘플링하였다. 각 바이알의 용액의 몰 농도는 HP 6890 가스 크로마토그래피(Agilent Technologies, USA)로 측정하였다. 각 GC 바이알을 3회 분석하였으며, 분석 데이터의 계산된 상대 표준 편차(RSD)는 0.5% 이하였다.
각 이성질체에 대한 흡착량(mmol/g)은 하기 수학식 1을 사용하여 구하였다. 자일렌 이성질체 혼합 용액의 경우, 각 이성질체에 대한 흡착 선택도(α/j)는 하기 수학식 2에 따라 계산하였고, 전체 선택도는 하기 수학식 3에 따라 계산하였다.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
상기 수학식 1에서 V는 단일 흡착 실험에 사용되는 용액의 부피(mL), Ci는 흡착 전의 초기 농도, Ce 는 흡착 후 평형 농도(M), W 는 사용된 흡착제(g)의 중량을 의미한다.
상기 수학식 2에서 qi 및 qj는 성분 i 및 j 의 흡착량(mmol/g) 이고, Ci 및 Cj 는 성분 i 및 j 의 평형 농도(mol/L)이며, 흡착 등온선은 298K에서 흡착된 양을 평형 농도 대 mmol/g 단위로 플로팅하여 얻었다.
상기 수학식 3에서, pX 는 p-자일렌을, oX는 o-자일렌을, mX는 m-자일렌을, EB 는 에틸벤젠을 나타내는 것으로, qpX는 수학식 1에서 구한 p-자일렌의 흡착량, CpX는 p-자일렌의 평형 농도를 의미하며, qoX, 및 CoX는 o-자일렌의 흡착량 및 평형 농도, qmX, 및 CmX는 m-자일렌의 흡착량 및 평형 농도, qEB, 및 CEB는 에틸벤젠의 흡착량 및 평형 농도를 나타낸다.
실험예 3-1. 자일렌 단일 성분의 흡착 성능 측정
액상 흡착 조건 및 298K 에서 각 자일렌 이성질체의 흡착 성능을 측정하였다. 측정 데이터는 Langmuir-Freundlich 방정식을 이용하여 계산되었으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, p-자일렌의 흡착 용량은 0.4 내지 0.5M에서 최대값에 도달하였으며, 모든 자일렌 이성질체의 흡착 성능은 MIL-120(Al)가 0.1M 이하의 농도 내에서 급격히 증가하였다. p-자일렌의 경우 흡착량은 농도가 증가함에 따라 꾸준히 증가하여 0.5M에서 1.45mmol/g 값을 나타내었다.
반면에 o-자일렌, m-자일렌 및 에틸벤젠의 등온선은 전체 농도 범위에서 x축에 거의 수평으로, 극히 낮은 농도에서 최대 흡착 용량에 도달하였고, MIL-120(Al)의 농도가 증가하더라도 흡착 용량이 더 이상 증가하지 않았다.
구체적으로, 0.5M에서 흡착용량은 각각 o-자일렌 0.07mmol/g, m-자일렌 0.62mmol/g, 에틸벤젠 0.34mmol/g이었다.
실험예 3-2. 자일렌 이성질체 혼합물 내 선택적 흡착 성능 평가
자일렌 이성질체 4개가 같은 몰량으로 혼합된 혼합물에 대한 흡착 실험을 수행하여 MIL-120(Al)의 p-자일렌의 선택적 흡착 성능을 평가하였다. 실험 데이터는 Langmuir-Freundlich 방정식에 따라 측정되었다.
자일렌의 흡착 용량은 MIL-120(Al)의 0.5M 농도에서 p-자일렌 0.51mmol/g, o-자일렌 0.04mmol/g, m-자일렌 0.06mmol/g 및 에틸벤젠 0.14mmol/g이었다(도 5a).
p-자일렌의 선택적 흡착은 단일 성분 조건보다 혼합 조건에서 더 두드러지는데, 이는 MIL-120(Al) 기공의 1D 채널 구조가 p-자일렌를 선택적으로 흡착할 수 있게 하기 때문이다.
o-자일렌 및 m-자일렌이 p-자일렌 및 에틸벤젠의 운동 직경보다 더 큰 운동 직경을 가지므로 o-자일렌 및 m-자일렌만을 선택적으로 여과할 수 있게 된다. 또한, p-자일렌이 가지는 평면 구조로 인해, p-자일렌은 효율적으로 적층될 수 있으나, 에틸 벤젠은 에틸기의 벌키(bulky)한 구조로 인해 에틸 벤젠의 흡착을 저해할 수 있다.
도 5b에는 자일렌의 이성질체에 대한 p-자일렌의 선택성과 전체 선택성을 나타내었으며, 선택성은 0.05M에서 가장 높으며 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
비교를 위해 액상 흡착 및 기상 흡착 조건에서 측정된 기존에 알려진 다양한 p-자일렌의 선택적 흡착제의 선택성을 표 1에 나타내었다. 0.5M 농도에서 MIL-120(Al)의 p-자일렌(pX) 선택도 값은 αpX/oX = 11.5, αpX/mX = 8.3, αpX/EB = 3.6이었다.
| 물질 | T [K] | 선택성 | p X 용량[mmol/g] | ||
| p X/ o X | p X/ m X | p X/EB | |||
| MIL-120(Al) | 298 | 11.5 | 8.3 | 3.6 | 0.5 |
| DUT-8(Cu) | 298 | 5.4 | 7.2 | 5.9 | 1.8 |
| MIL-125(Ti)-NH2 | 299 | 1.4 | 1.3 | 1.0 | 1.6 |
| Cu(CDC) | 298 | 10.0 | 7.0 | 5.0 | 1.1 |
| Nano-KX | 423 | 2.4 | 5.4 | 3.2 | 0.95 |
| Nano-BaX | 423 | 2.8 | 7.2 | 3.8 | 0.97 |
| BaY | 453 | 3.9 | 3.8 | 1.5 | - |
| KY | 293 | 4.6 | 5.3 | 1.9 | 1.7 |
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 MIL-120(Al) 이 다른 기존 제올라이트나 MOF 흡착제에 비해 p-자일렌 선택성 값이 가장 높은 것을 알 수 있다.
실험예 3-3. 반복적인 흡착 및 탈착에 의한 흡착 성능 비교
MIL-120(Al) 를 반복적으로 사용하여도 흡착 성능이 유지되는지 본 실험을 통해 확인하였다. 총 3번의 주기를 거쳐 MIL-120(Al) 흡착 성능을 측정하였으며, 흡착된 자일렌 분자는 사용된 MIL-120(Al) 을 이소옥탄 용매로 298K 에서 3회 세척하여 제거하였고, 후속적으로 흡착 실험을 하기 위하여 423K에서 진공하에서 밤새 탈기시켰다.
도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 재생 연속 사이클에서도 p-자일렌 선택적 흡착 성능이 우수하게 유지되었음을 알 수 있다. 특히, 첫번째 사이클과 마지막 사이클의 전체 선택도의 차이는 대략 5% 미만이었다. 이는 실험 조건, 오차 등을 고려할 때, 굉장히 낮은 수치에 해당한다.
따라서, 본 실험을 통해, p-자일렌을 선택적으로 흡착하기 위하여 MIL-120(Al)를 연속적으로 사용하더라도 분리 흡착 성능이 유지되어, MIL-120(Al) 를 여러 번 사용할 수 있음을 알 수 있다.
Claims (8)
- 중심 금속으로 알루미늄 양이온 및 유기 리간드로 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산을 포함하는 금속 유기 골격체;를 포함하는 p-자일렌 선택성 흡착제.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 유기 골격체는 MIL-120(Al)인 p-자일렌 선택성 흡착제. - 제1항에 있어서,
상기 금속 유기 골격체의 기공 크기는 4 내지 9 Å ×4 내지 9 Å 인 p-자일렌 선택성 흡착제. - 제1항에 있어서,
상기 금속 유기 골격체의 BET 표면적이 200 내지 1000m2/g 인 p-자일렌 선택성 흡착제. - 제1항에 있어서,
상기 금속 유기 골격체의 총 기공 부피는 0.1 내지 1.0cm3/g 인 p-자일렌 선택성 흡착제. - 제1항에 있어서,
o-자일렌 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ o X)가 9 내지 20 이고,
m-자일렌 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ m X)가 5 내지 12 이며,
에틸벤젠 대비 p-자일렌의 선택도( p X/ EB )가 2 내지 8 인, p-자일렌 선택성 흡착제. - 중심 금속으로 알루미늄 양이온 및 유기 리간드로 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산를 포함하는 금속 유기 골격체;를 이용하여 자일렌 이성질체 혼합물로부터 p-자일렌을 선택적으로 흡착하는 단계를 포함하는 p-자일렌의 선택적 흡착 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 자일렌 이성질체 혼합물은 p-자일렌; 및 o-자일렌, m-자일렌, 및 에틸벤젠으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, p-자일렌의 선택적 흡착 방법.
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