특허 개요
본 특허는 습기가 있는 공기에서도 이산화탄소를 포집하도록 설계한 아민 기능화 금속-유기 골격체(MOF) 복합 흡착제입니다. 열린 금속자리에 다가아민을 도입한 MOF의 기공이 이산화탄소와 상호작용해 포집하고, 표면을 감싸는 소수성 고분자 바인더가 수분 접근을 차단해 구조 안정성과 흡착 기능 저하를 억제합니다. SBS를 바인더로 사용하며 PDMS·PTFE·PVDF를 추가할 수 있고, 복합막 또는 Ti 메쉬·필터·활성탄 기재의 코팅체로 구현할 수 있습니다.
- 핵심 기능
다가아민이 도입된 MOF 기공이 공기 중 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고, SBS 기반 소수성 고분자층이 MOF 표면으로의 수분 유입을 줄입니다. 제조 시 MOF와 바인더를 복합막으로 형성하거나 Ti 메쉬, 필터, 활성탄에 코팅해 공기 접촉형 흡착 부품으로 구성합니다.
- 차별 강점
기존 습식 흡수 방식은 액체 기반 공정 특성으로 가전제품 적용에 제약이 있고, 기존 MOF는 습도에 노출될 때 구조 붕괴 또는 아민 결합 저하로 흡착능이 감소할 수 있습니다. 본 기술은 아민 기능화로 이산화탄소 포집 기능을 부여하면서 소수성 고분자 코팅으로 수분 안정성을 보완한 복합 구조가 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 습윤 환경 이산화탄소 포집, 다공성 흡착 소재, 기능성 고분자 복합막, 공기정화용 코팅 소재 분야에 활용 가능하며, 공기청정기용 헤파필터 코팅, Ti 메쉬 기반 흡착 모듈, 활성탄 기능성 코팅으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 실내 공기질 관리 설비, 탄소포집·대기환경 장치, 필터 및 흡착 모듈을 공급하는 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
복합막, Ti 메쉬·헤파필터·활성탄 코팅체 및 PDMS 추가 복합체를 대상으로 열중량분석과 밀폐 챔버 반복 흡착·탈착 평가를 수행했습니다. 습도 조건에서의 성능 유지와 반복 사용성을 확인했으나, 대면적 제조와 실제 장치 환경의 장기 운전 성능은 추가 검증이 필요합니다.
- 평가 시료: epn-MOF@SBS 복합막, Ti 메쉬·헤파필터·활성탄 코팅체, PDMS 추가 복합체
- 비교 시료: 무코팅 epn-MOF 또는 Ti 망
- 평가 조건: 1000ppm 이산화탄소, 30℃ 흡착 및 70℃ 또는 100～130℃ 탈착, 60% RH 또는 95% RH 조건
현재 성과
epn-MOF80@SBS 복합막은 30℃, 60% RH 조건에서 30일 노출 후에도 이산화탄소 흡착성능을 유지했습니다. 소수성 고분자 바인더가 수분 접근을 줄여 습윤 환경에서의 성능 저하를 억제하는 효과를 확인했습니다.
밀폐 챔버에서 30℃, 60% RH, 1000ppm 이산화탄소 조건으로 흡착 3시간과 탈착 2시간의 반복 시험을 수행했습니다. epn-MOF80@SBS는 10회 반복 측정 후에도 초기 성능을 유지했으며, 필터·활성탄 코팅체도 10회 반복 동안 성능 유지가 확인됐습니다.
아민 기능화 MOF는 이산화탄소 포집 기능을 제공하지만 습도 노출 시 구조 안정성 및 아민 결합 유지가 과제가 될 수 있습니다. 본 기술은 SBS를 포함한 소수성 고분자 바인더로 MOF 표면을 감싸 수분 차단 기능을 결합하고, 복합막과 다양한 기재 코팅 형태로 구현한 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 공기정화 장치에 적용하기 위한 대면적 코팅 공정과 제조 스케일업 검증
장기 운전 수명, 흡착·탈착 반복 내구성 및 기재별 코팅 신뢰성 검증
압력손실과 다양한 오염물 동반 공기 환경에서의 흡착 성능 및 재현성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
고분자/아민이 접목된 금속-유기골격체 기반 이산화탄소 흡착제
10-2022-0102790 (2022.08.17)
1020230026964 (2023.02.27)
1027809690000 (2025.03.10)
홍창섭, 채윤석
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단