그래핀계 나노리본 및 금속-유기 골격체을 포함하는 기체 분리막 및 이의 제조방법
Gas separation membrane based on graphene nanoribbon and metal-organic frameworks and manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명의 일 구현예는 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 1차원 탄소체 및 제1금속-유기 골격체를 포함하는 코팅층; 을 포함하는, 기체 분리막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예는 (S1) 다공성 지지체 상에 1차원 탄소체를 코팅하는 단계; (S2) 금속 전구체 및 헤테로고리형 화합물을 포함하는 반응 용액을 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 (S1) 단계의 1차원 탄소체가 코팅된 다공성 지지체를 상기 반응 용액에 함침하여 제1금속-유기 골격체를 성장시키는 단계; 를 포함하는, 기체 분리막의 제조방법을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 1차원 탄소체 및 제1금속-유기 골격체를 포함하는 코팅층; 을 포함하는, 기체 분리막.

2

제1항에 있어서,상기 제1금속-유기 골격체는 상기 다공성 지지체와 결착된 것인, 기체 분리막.

3

제1항에 있어서,상기 1차원 탄소체는 상기 다공성 지지체로부터 이격되어 있는 것인, 기체 분리막.

4

제1항에 있어서,상기 1차원 탄소체는 그래핀계 나노리본인, 기체 분리막.

5

제1항에 있어서,상기 코팅층은 상기 1차원 탄소체 및 제1금속-유기 골격체가 균일하게 혼합되어 있는 제1층을 포함하는, 기체 분리막.

6

제5항에 있어서,상기 코팅층은 상기 제1층 상에 제2금속-유기 골격체로 이루어지는 제2층을 더 포함하는, 기체 분리막.

7

제6항에 있어서, 상기 제1금속-유기 골격체와 제2금속-유기 골격체는 동일한 것으로 서로 화학결합으로 연결되어 있는 것인, 기체 분리막.

8

제1항에 있어서,상기 1차원 탄소체는 산소/탄소 원자비가 0.2 이하인, 기체 분리막.

9

제1항에 있어서,상기 제1금속-유기 골격체의 평균 채널 구멍 크기는 2.5Å 내지 3.4Å인, 기체 분리막.

10

제1항에 있어서,상기 다공성 지지체는 다공성 무기 지지체인, 기체 분리막.

11

제1항에 있어서,상기 제1금속-유기 골격체는 제올라이트형 이미다졸계 골격체인, 기체 분리막.

12

제1항에 있어서,상기 기체 분리막은 수소 및 이산화탄소로 구성되는 기체 혼합물에 대한 수소 투과도가 10-7 mol/m2・pa・s 이상이며, 수소 선택도가 90이상인, 기체 분리막.

13

제1항에 있어서,상기 기체 분리막은 수소, 이산화탄소 및 탄화수소로 구성되는 기체 혼합물에 대한 수소 투과도가 10-7 mol/m2・pa・s 이상이며, 수소 선택도가 60이상인, 기체 분리막.

14

(S1) 다공성 지지체 상에 1차원 탄소체를 코팅하는 단계;(S2) 금속 전구체 및 헤테로고리형 화합물을 포함하는 반응 용액을 제조하는 단계; 및(S3) 상기 (S1) 단계의 1차원 탄소체가 코팅된 다공성 지지체를 상기 반응 용액에 함침하여 제1금속-유기 골격체를 성장시키는 단계; 를 포함하는, 기체 분리막의 제조방법.

15

제14항에 있어서,상기 1차원 탄소체는 그래핀계 나노리본인, 기체 분리막의 제조방법.

16

제14항에 있어서,상기 (S2) 단계 이전에,상기 (S1) 단계의 1차원 탄소체가 코팅된 다공성 지지체를 열처리하는 (S1-1) 단계; 를 더 수행하는, 기체 분리막의 제조방법.

17

제16항에 있어서,상기 (S1-1) 단계의 열처리는 비산화 분위기에서 200℃ 내지 400℃에서 수행하는, 기체 분리막의 제조방법.

18

제14항에 있어서,상기 (S1) 단계의 다공성 지지체는 다공성 무기 지지체인, 기체 분리막의 제조방법.

19

제14항에 있어서,상기 제1금속-유기 골격체는 제올라이트형 이미다졸계 골격체인, 기체 분리막의 제조방법.

20

제1항 내지 제13항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 기체 분리막을 이용하여 기체 혼합물로부터 수소를 분리하는 것인, 수소 분리 방법.

21

제20항에 있어서, 상기 기체 혼합물은 이산화탄소 및 탄화수소에서 선택된 적어도 하나 이상의 기체와 수소를 포함하는, 수소 분리 방법.