특허 개요
본 특허는 기체와 용매를 저장하기 위한 구조확장형 다공성 유기 고분자(POP) 소재입니다. 방향족 단위체와 p-DCX 또는 TBB 계열의 유연한 외부 연결자를 가교해 다공성 골격을 만들며, 압력 변화 또는 용매 흡수 시 골격이 확장되는 구조확장성으로 저장 공간과 흡착 특성을 조절합니다. 염소계 용매에서 알루미늄 클로라이드(AlCl₃) 루이스산 촉매를 사용하고 단위체·연결자 조성 및 종류를 달리해 비표면적과 구조확장성을 설계합니다.
- 핵심 기능
방향족 단위체와 유연한 외부 연결자를 반응시켜 가교형 다공성 고분자 골격을 형성하고, 단위체·연결자 조성비 및 반응 용매를 통해 기공 구조를 조절합니다. 형성된 소재는 용매 흡수 또는 압력 조건에서 구조가 확장되어 용매 저장과 수소를 포함한 기체 흡착에 사용됩니다.
- 차별 강점
기존 POP는 단위체와 작용기 선택으로 기공 크기 및 비표면적을 조절할 수 있으나, 구조확장을 활용한 용매 저장 및 기체 흡착 성능 향상이 요구되었습니다. 본 특허는 유연한 외부 연결자를 골격 설계 요소로 도입해 압력에 따라 확장되는 구조를 구현하고, MOF 대비 수분·산소 노출 환경에서의 구조 안정성 한계를 보완할 수 있는 POP 소재 구성을 제시합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 수소 저장·흡착, 이산화탄소·질소·산소·메탄 흡착, 용매 회수·저장 및 다공성 소재 설계 분야에 활용 가능하며, 대상 기체와 공정 조건에 맞춘 조성 최적화로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 탄소포집 공정용 흡착 소재, 청정에너지용 기체 저장 소재, 산업용 용매 흡착·회수 소재 분야로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
TPB＋p-DCX_DCM, TPB＋TBB(3)_DCM, TPE＋TBB(4)_DCE 등 구조확장형 POP를 합성하고, 질소 흡착, 클로로포름 저장, 수소 흡착 및 열적 안정성을 평가했습니다. 실제 운전 조건에서의 대상 기체 선택성, 반복 흡탈착 내구성, 성형체 적용 및 장기 안정성은 문서에서 확인되지 않습니다.
- 소재 시료: TPB＋p-DCX_DCM, TPB＋TBB(3)_DCM, TPE＋TBB(4)_DCE 등 구조확장형 POP
- 조성 비교: 단위체·연결자 조성비, 연결자 종류 및 DCM·DCE·DCP 용매 조건별 POP
- 합성·활성화 조건: 질소 분위기 80℃·24시간 반응, 120℃ 진공 12시간 이상 활성화
- 흡착 평가 조건: 77K 질소 흡착, 클로로포름 10 ml·24시간 침지, 77K·수소 부분압력 1.2 bar
현재 성과
TPB＋TBB(3)_DCM은 77K, 수소 부분압력 1.2 bar 조건에서 206 cm³/g의 수소 흡착량을 나타냈습니다. 동일 평가에서 TPB＋p-DCX_DCM과 TPE＋TBB(4)_DCE도 각각 수소 흡착 특성을 확인했습니다.
대표 구조확장형 POP를 합성한 뒤 120℃ 진공에서 12시간 이상 활성화하고 77K 질소 흡착으로 비표면적을 평가했습니다. 클로로포름 침지 평가와 수소 흡착 평가를 병행해 구조확장성 및 기체 흡착 특성을 확인했습니다.
방향족 단위체와 유연한 외부 연결자를 결합해 압력 또는 용매 흡수에 따라 확장되는 POP 반복구조를 구현한 점이 핵심입니다. 단위체·연결자 조성비와 종류, 반응 용매를 변경해 골격의 구조확장성과 비표면적을 조절할 수 있도록 설계했습니다.
상용화까지 남은 부분
실제 운전 조건에서 이산화탄소·수소 등 대상 기체별 선택성과 흡착 성능 검증
반복 흡탈착 조건에서의 구조 유지, 흡착 성능 유지 및 장기 내구성 검증
대량합성 수율·배치 재현성 확보와 성형체 적용을 위한 공정 및 안정성 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
유연한 외부 연결자를 갖는 다공성 유기 고분자 및 이의 제조방법
10-2023-0156102 (2023.11.13)
1020240070437 (2024.05.21)
1028711820000 (2025.10.10)
홍창섭, 이수민
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단