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KR20080104097A - Metal-supported porous inorganic material and its manufacturing method - Google Patents

Metal-supported porous inorganic material and its manufacturing method Download PDF

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KR20080104097A
KR20080104097A KR1020070051165A KR20070051165A KR20080104097A KR 20080104097 A KR20080104097 A KR 20080104097A KR 1020070051165 A KR1020070051165 A KR 1020070051165A KR 20070051165 A KR20070051165 A KR 20070051165A KR 20080104097 A KR20080104097 A KR 20080104097A
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clay
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metal oxide
crosslinked
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KR1020070051165A
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Korean (ko)
Inventor
한양수
이선영
윤주영
이상훈
Original Assignee
주식회사 나노스페이스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 금속, 금속산화물 단독 또는 금속-금속산화물 복합형태의 나노입자를 팽윤성 점토격자의 층간에 가교화시켜 제조되는 다공성 물질 및 그 제조방법에 관한 것으로 물질의 다공특성이 우수하고, 열안정성이 높으며, 동공내 금속 및 금속산화물 촉매가 균일하게 분포하고, 촉매의 응집이 효과적으로 방지되어 유해기체, 휘발성유기물, 독성가스 분리, 흡착, 분해에 효과적으로 적용될 수 있는 신규의 다공성 물질을 제공한다.The present invention relates to a porous material prepared by crosslinking nanoparticles of a metal, metal oxide alone or a metal-metal oxide composite form between layers of swellable clay lattice, and a method of manufacturing the same. It is high, the metal and metal oxide catalyst in the pupil is uniformly distributed, and the aggregation of the catalyst is effectively prevented to provide a novel porous material that can be effectively applied to the separation of harmful gases, volatile organic matter, toxic gas, adsorption, decomposition.

Description

금속담지 다공성 무기물질 및 그 제조방법{Metal-loaded porous inorganic materials and the preparation the same}Metal-loaded porous inorganic materials and the preparation the same}

도 1은 실시예 1을 통해 제조한 SiO2-Fe2O3 가교화 점토의 실온 건조 및 각각의 온도에서 2시간 열처리 시료에 대한 X-선 회절도 측정결과이다.FIG. 1 shows X-ray diffractogram measurement results of room temperature drying and 2-hour heat treatment samples of SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay prepared in Example 1 at room temperature.

도 2는 실시예 1을 통해 제조한 SiO2-Fe2O3 가교화 점토를 400℃에서 2시간 열처리 한 시료에 대한 미세동공 분포곡선이다. 이 곡선은 질소 탈착 등온선을 이용하여 MP(micropore)법을 이용하여 계산한 결과이다. 네모안의 곡선은 흡착등온선을 이용하여 계산한 결과이다. FIG. 2 is a microcavity distribution curve of a sample obtained by heat-treating SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay prepared in Example 1 at 400 ° C. for 2 hours. This curve is the result of calculation using the MP (micropore) method using nitrogen desorption isotherm. The square curve is the result calculated using the adsorption isotherm.

도 3은 실시예 1에서 합성한 시료 중 400℃에서 2시간 열처리한 시료에 대하여 각각의 측정온도에서 자기장의 변화에 따른 자화율 변화를 초전도 양자간섭장치 (SQUID)를 이용하여 측정한 결과이다.3 is a result of measuring the susceptibility change according to the change of the magnetic field at each measurement temperature of the sample synthesized in Example 1 heat-treated at 400 ℃ for 2 hours using a superconducting quantum interference device (SQUID).

도 4는 실시예 4의 합성운모를 이용하여 제조한 SiO2-Fe2O3 가교화 점토를 각각의 온도에서 2시간 열처리 한 시료에 대한 질소 흡착-탈착 등온선이다. 4 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm of a sample obtained by heat-treating SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay prepared using the synthetic mica of Example 4 at each temperature for 2 hours.

도 5는 유기템플레이트 종류를 변화시키면서 합성한 SiO2-Fe2O3 가교화 점토의 질소 흡착-탈착 등온선이다. 5 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm of SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay synthesized while varying the type of organic template.

도 6은 실시예 8에 의해 각각의 온도에서 2시간 동안 환원 처리한 다공성 가교화 점토의 X-선 회절패턴이다. FIG. 6 is an X-ray diffraction pattern of porous crosslinked clay subjected to reduction treatment for 2 hours at each temperature by Example 8. FIG.

도 7은 실시예 1과 8에 의해 합성된 시료의 자외선-가시광선 흡수분광스펙트럼이다. 7 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of the samples synthesized in Examples 1 and 8. FIG.

도 8은 실시예 1과 8에 의해 합성된 시료의 휘발성유기물인 톨루엔의 흡착-탈착 등온선을 그래프이다. 8 is a graph showing adsorption-desorption isotherms of toluene, which is a volatile organic matter of the samples synthesized in Examples 1 and 8. FIG.

도 9는 실시예 8에 의해 합성된 시료 (SFM-H2-400)의 시간에 따른 일산화탄소(CO) 흡착율을 적외선분광분석법으로 측정한 결과이다. 9 is a result of measuring the carbon monoxide (CO) adsorption rate with time of the sample (SFM-H 2 -400) synthesized in Example 8 by infrared spectroscopy.

도 10은 실시예 8에 의해 합성된 시료 (SFM-H2-400)의 시간에 따른 암모니아 제거율을 측정한 결과이다. 10 is a result of measuring the ammonia removal rate over time of the sample synthesized in Example 8 (SFM-H 2 -400).

본 발명은 대기오염을 유발하는 유해기체를 분리, 흡착제거 및 분해 제거하는데 사용되는 다공성 물질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 산업현장의 암모니아, 황화합물, 일산화탄소와 같은 특정유해기체, 보일러, 발전소, 소각로 등에서 발생하는 다이옥신, 일산화탄소, 휘발성유기물, 자동차 및 선박의 NOx, COx, SOx와 같은 유해배기가스, 반도체공정 클린룸 내 산 및 염기성 가스, 화재현장에서 발생하는 유독성 질식가스, 테러나 전쟁시의 독성기체 등의 다양한 유해기체를 물질을 제거하는데 사용되는 다공성 물질 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous material used for separating, adsorption removal and decomposition removal of harmful gases causing air pollution, and more particularly, to specific hazardous gases such as ammonia, sulfur compounds, carbon monoxide, boilers, etc. Dioxins, carbon monoxide, volatile organics from power plants, incinerators, etc.Hazardous exhaust gases such as NO x , CO x and SO x from automobiles and ships, Acid and basic gases in semiconductor process clean rooms, Toxic suffocating gases from fire sites, The present invention relates to a porous material used to remove various harmful gases such as toxic gases during terrorism or war, and a method of manufacturing the same.

종래에 유해기체를 분리, 흡착, 분해시키기 위하여 다양한 소재 및 기술이 개발되어져 왔다. 예를 들어 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위하여 Pt, Pd, Rh 등의 귀금속 또는 V, Fe, Co, Cu 등의 전이금속을 이산화티탄, 바나듐산화물, 알루미나, 제올라이트에 반응시켜 제조한 촉매를 내구성이 강하고 통기성이 좋은 허니컴형 코디어라이트 등의 기질에 결합시켜 사용하거나, 입자상으로 만들어 촉매탑에 충진하여 사용하여 왔다. 그러나, 이런 종래기술에 있어서는 촉매활성화를 위한 예열설비(250 ~ 350oC) 비용 및 추가에너지 비용, 일반적인 환원용 암모니아 가스의 저장, 관리 부담, 대기 중 방출되는 암모니아 모리터링 설치비용 및 과잉의 암모니아를 제거하기 위한 별도의 설비비, 입자상 촉매를 사용하는 경우 큰 압력손실, 귀금속 사용에 따른 경제성 결여, 사용 중 촉매의 응집에 의한 효율저하, 재활용 시 성능저하 등의 문제가 지적되어 왔다. 예로 대한민국 특 공개 1998-015401에서는 코발트금속과 알카리토금속을 함유한 제올라이트를 이용한 탈질촉매제조에 대하여 개시되어 있고, 미국특허 2,975,025에서는 Pt, Rh, Pd 등의 활성금속을 알루미나와 같은 담체에 담지시켜 얻어진 소재를 질소산화물 제거용 촉매로 개시되어 있다. 또한 Iwamoto 등은 Cu2+-ZSM-5 소재를 이용하고 탄화수소를 이용한 선택적 환원촉매에 대하여 보고하였는데(Iwamoto M, Mizuno N, Yahiro H, Sekiyu Gakkashi, 1991, 34, 375), 수분과 과잉의 산소분위기 하에서 활성저하, 고온내열성 불량이 문제로 알려져 있다. 또한 대한민국 공개 특 2002-0051885에서는 천연망간석과 금속이온을 허니컴이나 금속판지지체에 담지시켜 만든 소재를 이용한 질소산화물 제거방법이 개시되어 있고, 미국특허 5,827,489에서도 티타니아, 알루미나, 실리카, 지르코니아 담체에 V, Mo, Ni, W, Fe, Cu등의 활성금속 산화물을 담지한 선택적 촉매환원법 (SCR)에 대하여 개시하고 있다. 또, 대한민국 공개 특 2003-0096062에서는 세라믹 허니컴에 촉매를 담지시킨 배기가스정화용 필터촉매에 대하여 공개하고 있고, 대한민국 공개 특 2005-009807에서는 세라믹 담체와 금속담체를 조합한 형태의 디젤산화촉매 장치에 대하여 개시하고 있다. 대한민국 공개 특 2006-0056530에서는 세라믹허니컴 담체에 귀금속 및 촉매산화물 코팅을 통하여 자동차 배기가스 정화용 촉매필터 제조방법에 대하여 개시하고 있고, 대한민국 공개 특 2006-0083083에서는 메조포러스 분자체에 백금담지를 통한 질소산화물 제거용 촉매에 대하여 개시하고 있고, 대한민국 공개 특 2005-0030223에서는 금속섬유를 이용한 배가스 정화용 필터에 대하여 개시하고 있다. In the past, various materials and technologies have been developed to separate, adsorb, and decompose harmful gases. For example, in order to remove nitrogen oxides in exhaust gas, catalysts prepared by reacting precious metals such as Pt, Pd and Rh or transition metals such as V, Fe, Co and Cu with titanium dioxide, vanadium oxide, alumina and zeolite are durable. It has been used in combination with a substrate such as honeycomb cordierite, which is strong and breathable, or made into a particulate and filled in a catalyst tower. However, in this prior art, the cost of preheating equipment (250 to 350 o C) and additional energy costs for the activation of the catalyst, the storage and management burden of general reducing ammonia gas, the installation cost of ammonia monitoring released into the atmosphere, and excess ammonia It has been pointed out that a separate equipment cost for removing the catalyst, a large pressure loss when using a particulate catalyst, lack of economics due to the use of precious metals, deterioration of efficiency due to agglomeration of the catalyst during use, performance degradation during recycling. For example, Korean Patent Publication No. 1998-015401 discloses the preparation of a denitration catalyst using a zeolite containing cobalt metal and alkaline earth metal, and US Pat. The material is disclosed as a catalyst for removing nitrogen oxides. Iwamoto et al. Also reported on selective reduction catalysts using hydrocarbons using Cu 2+ -ZSM-5 materials (Iwamoto M, Mizuno N, Yahiro H, Sekiyu Gakkashi, 1991, 34, 375). Decreased activity in the atmosphere and poor high temperature heat resistance are known problems. In addition, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2002-0051885 discloses a method for removing nitrogen oxide using a material made by supporting natural manganese and metal ions on a honeycomb or a sheet metal support, and in US Pat. No. 5,827,489, V, Mo on titania, alumina, silica, and zirconia carriers. A selective catalytic reduction method (SCR) carrying active metal oxides such as Ni, W, Fe, and Cu is disclosed. In addition, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2003-0096062 discloses an exhaust gas purification filter catalyst in which a catalyst is supported on a ceramic honeycomb, and Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2005-009807 discloses a diesel oxidation catalyst device in which a ceramic carrier and a metal carrier are combined. It is starting. Korean Patent Application Laid-Open No. 2006-0056530 discloses a method for preparing a catalyst filter for automobile exhaust gas purification by coating a noble metal and catalyst oxide on a ceramic honeycomb carrier. The removal catalyst is disclosed, and Korean Unexamined Patent Publication No. 2005-0030223 discloses an exhaust gas purification filter using metal fibers.

한편, 반도체공장의 크린 룸 등 고도청정이 요하는 장소에서 HF, SOx, NOx 등의 산성가스 및 암모니아, 아민 등의 염기성가스 정화에는 일반적으로 첨착활성탄을 소재로 한 케미칼필터나 이온교환 섬유가 이용되어 왔다. 그러나 이런 케미칼필터는 필터유닛을 가공하는데 사용되는 바인더, 접착제, 시일(seal)재로부터 가스상 유기물 휘발문제, 우레탄폼을 사용하는 경우 자자체 기체발생문제, 제거성능의 한계, 압력손실 등이 문제로 지적되어 왔다. 이러한 케미칼필터의 문제를 극복하기 위해서 대한민국 공개 특 2001-0021830에서는 다공성 무기물 흡착제를 이용한 정화에 대하여 공개하고 있다. 또 다른 암모니아의 정화법으로 대한민국 공개 특 200-0004660에서는 Co, V, Mo, W, Cu, Ni, Fe 등의 전이금속을 세라믹허니컴, 세라믹폼, 금속폼, 실리카, 알루미나, 제올라이트 담지한 흡착제를 이용한 방법을 개시하고 있다. 또 다른 방법으로 미국특허 4,179,407에서는 300oC이하에서 금속촉매로 암모니아를 산화 분해시켜 질소와 물로 전화하는 방법을 제시하고 있다.On the other hand, chemical filters or ion exchange fibers made of impregnated activated carbon are generally used to purify acidic gases such as HF, SOx, and NOx, and basic gases such as ammonia and amines in places requiring high cleanness, such as in clean rooms of semiconductor factories. Has been. However, these chemical filters have problems such as volatilization of gaseous organic substances from binders, adhesives, and seal materials used to process filter units, gas generation problems when using urethane foam, limitations in removal performance, and pressure loss. It has been pointed out. In order to overcome the problem of the chemical filter, Korean Laid-Open Patent Publication 2001-0021830 discloses the purification using a porous inorganic adsorbent. In another method of purifying ammonia, Korean Unexamined Patent Publication No. 200-0004660 uses Co., V, Mo, W, Cu, Ni, Fe and other transition metals using ceramic honeycomb, ceramic foam, metal foam, silica, alumina, and zeolite-supported adsorbent. A method is disclosed. As another method, U.S. Patent 4,179,407 proposes a method of converting nitrogen and water by oxidatively decomposing ammonia with a metal catalyst below 300 ° C.

한편, 다이옥신과 같은 방향족 할로겐 화합물 제거기술로는 고압방전시설, 플라즈마, 산화촉매탑 등을 이용하는 기술이 있으나 모두 고가의 설치비, 유지비, 및 운전기술의 문제점을 안고 있어 국내의 경우 활성탄을 이용한 흡착법이 가장 많이 사용되고 있다. 대한민국 공개 특 2002-0009353에서는 활성탄 또는 활성탄 섬유에 실리카나 알루미나를 처리하여 다공성 유무기 복합체를 제조한 후 금속염이나 금속산화물을 코팅하고, 환원제를 복합화시켜 얻어지는 복합촉매를 이용한 질소산화물 및 다이옥신과 같은 방향족 화합물 제거에 대하여 개시하고 있다. 또, 대한민국 공개 특 2006-0123680에서는 Ti-Pt족 금속과 란탄계열 금속으로 이루어진 Ti-A-B형 복합촉매로 금속재질의 다공성 폼이나 세라믹필터 등에 코팅하여 다이옥신 제거용 촉매에 대하여 개시하고 있다.On the other hand, there are techniques for removing aromatic halogen compounds such as dioxins using high pressure discharge facilities, plasmas, oxidation catalyst towers, etc., but all have problems of expensive installation cost, maintenance cost, and operation technology. Most used. In Korean Patent Application Laid-Open No. 2002-0009353, a porous organic-inorganic composite is prepared by treating activated carbon or activated carbon fibers with silica or alumina, followed by coating a metal salt or metal oxide, and aromatics such as nitrogen oxides and dioxins using a composite catalyst obtained by complexing a reducing agent. Disclosed is compound removal. In addition, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2006-0123680 discloses a catalyst for dioxin removal by coating a metal-based porous foam or ceramic filter with a Ti-A-B composite catalyst composed of a Ti-Pt group metal and a lanthanide-based metal.

또한, 다공성 무기물질은 휘발성 유기화합물을 흡착 제거하는데 이용되어져 왔다. 대한민국 특허 등 2007-0686371에서는 휘발성유기화합물 및 포름알데히드의 저감을 위하여 천연옥, 맥반석, 제올라이트, 이산화티탄 혼합조성물을 개시하고 있고, 대한민국 특허 등 2007-0704128에서는 귀금속과 전이금속이 담치된 세라믹을 이용한 휘발성유기화합물 제거용 나노촉매에 대하여 개시하고 있고, 미국특허 5,506,188에서는 활성탄, 제올라이트를 주성분으로 하는 VOC제거에 대하여 개시하고 있다. In addition, porous inorganic materials have been used to adsorb and remove volatile organic compounds. Korean Patent No. 2007-0686371 discloses a mixture of natural jade, ganban stone, zeolite and titanium dioxide to reduce volatile organic compounds and formaldehyde, and Korean Patent No. 2007-0704128 including volatility using noble metals and transition metals. A nanocatalyst for removing organic compounds is disclosed, and US Patent 5,506,188 discloses a VOC removal mainly composed of activated carbon and zeolite.

또한, 화재시 긴급피난용 방연마스크, 군사용 방독면의 독가스정화용 등 유해 및 악취물질의 흡착소재로 활성탄 또는 첨착활성탄이 일반적으로 사용되고 있다. 대부분 분말활성탄을 얇은 부직포에 부착 또는 부직포사이에 도포하는 것으로 너무 얇은 활성탄층이 형성되어 흡착효율이 떨어지고 활성탄을 부직포에 도포하는 과정에서 유기화합물 또는 접착성분을 사용하므로 입자를 흡착해야할 활성탄에 이러한 화학물질이 부착되므로 본래의 활성탄의 흡착기능을 저하시킨다. 또한, 흡착효율을 개선하기 위하여 부착원통형의 정화통에 활성탄이나 과망간산칼륨을 충진시키는 방법을 사용하는데 이 경우 비교적 저농도에는 효과가 있으나 고농도에서 효율저하의 문제 및 장기간 보관시 흡착성능의 저하가 문제로 지적되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개 특 제95-14813호에는 철, 크롬, 니켈, 코발트, 망간, 구리, 동, 마그네슘 등 금속 산화물을 1종 이상 함유한 활성탄을 탈취소재로 하여 카트리지 형태 또는 블록 형태로 제조한 탈취제를 개시하고 있다. 그러나 이러한 제형의 탈취제는 강도가 약하여 형태가 쉽게 잘 부서지고 탈취성분이 마찰이나 물리적 충격에 의해 탈락되기 쉬우므로, 탈취제의 제형으로서 불만이 가중되어 왔으며, 특히 탈취효과가 미흡하고 신속하지 못한 것이 문제로 지적되어 왔다.In addition, activated carbon or impregnated activated carbon is generally used as an adsorption material for harmful and odorous substances, such as an emergency evacuation fume mask for military evacuation and a poison gas purification for military gas masks. In most cases, powder activated carbon is attached to a thin nonwoven fabric or applied between nonwoven fabrics to form a layer of activated carbon that is too thin, so that the adsorption efficiency decreases and organic compounds or adhesive components are used in the process of applying activated carbon to the nonwoven fabric. As the substance adheres, the adsorption function of the original activated carbon is reduced. In addition, in order to improve the adsorption efficiency, the method of filling activated carbon or potassium permanganate into the attached cylindrical purifier can be used. In this case, it is effective at relatively low concentration. However, the problem of low efficiency at high concentration and deterioration of adsorption performance at long term storage is pointed out as a problem. It is becoming. For example, Korean Unexamined Patent Publication No. 95-14813 is prepared in the form of a cartridge or a block using deodorizing material of activated carbon containing at least one metal oxide such as iron, chromium, nickel, cobalt, manganese, copper, copper, and magnesium. One deodorant is disclosed. However, the deodorant of such a formulation is weak in strength due to its weak strength, and the deodorant component is likely to fall off due to friction or physical impact. Therefore, the deodorant has been compounded as a deodorant formulation. Has been pointed out.

상기 설명한 바와 같이 유해기체물질의 분리, 흡착, 분해에는 촉매 담지 다공성 소재가 효과적으로 활용될 수 있음이 알려져 있고, 개선된 다공특성 및 촉매성능을 달성하기 위한 물질의 개발이 활발하게 전개되어 왔다. 예를 들어, 대한민국 공개 특 2002-0079398 및 JP 2001-00104282에서는 금속활로겐 화합물을 담체에 유기염기 및 환원제를 이용하여 액상환원하여 금속성분이 고분산으로 담지된 금속촉매를 제공하고 있다. 또한, 일본 특개소 56-155634 및 일본 특공평 3-60534에서는 금속콜로이들 먼저 제조해서 콜로이드 입자를 담체상에 고정화하는 방법이 개시되어 있으나, 이 경우 제조공정이 길고, 콜로이드 안정화를 위한 여분의 고분자화합물이나 계면활성제 사용, 금속담지량이 한계 등이 문제로 지적되고 있다. 또 다른 방법으로 이온교환능 담체에 금속이온으로 치환하고 환원하여 금속담지촉매를 얻는 방법(PETROTECH 제 17권, 1994, 441)이 제시되었다. 그러나 이 경우 역시 금속담지량이 이온교환량에 제한되어 담지량의 한계가 있고 환원처리시 역시 금속입자의 소결이 발생하는 문제가 있다. 한편 대한민국 공개 특 2004-0001372에서는 아크릴섬유와 활성탄, 제올라이트, 백토 및 점토와 같은 무기분말을 혼합하여 제공되는 다공성 흡착필터소재 제조법에 대하여 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개 특 2004-0049278 및 2004-0049279에서는 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 규조토 등의 세라믹을 이용한 기체정화용 세라믹필터 제조방법에 대하여 개시되어 있고, 대한민국 공개 특 2003-0089702 및 JP 2001-00072354에서는 중공폴리머입자를 이용한 다공질 세라믹필터 제조방법에 대하여 개시되어 있다.  As described above, it is known that a catalyst-supported porous material can be effectively used for separation, adsorption, and decomposition of harmful gaseous materials, and development of materials for achieving improved porosity and catalytic performance has been actively developed. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0079398 and JP 2001-00104282 provide a metal catalyst in which a metal component is supported with high dispersion by reducing liquid phase of a metal halide compound using an organic base and a reducing agent. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-155634 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-60534 disclose methods for preparing metal colloids first and immobilizing colloidal particles on a carrier. In this case, the manufacturing process is long, and extra polymer for colloid stabilization is disclosed. Problems have been pointed out such as the use of compounds, surfactants, and metal loading limits. As another method, a method of obtaining a metal supported catalyst by substituting and reducing metal ions in an ion exchange capacity carrier (PETROTECH Vol. 17, 1994, 441) has been proposed. However, in this case, too, the amount of supported metal is limited to the amount of ion exchange, and there is a limit of the supported amount, and there is also a problem that sintering of metal particles occurs during reduction. Meanwhile, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2004-0001372 discloses a method for preparing a porous adsorption filter material provided by mixing acrylic fibers with inorganic powders such as activated carbon, zeolite, clay and clay. In addition, Korean Unexamined Patent Publication Nos. 2004-0049278 and 2004-0049279 disclose a method for manufacturing a gas filter ceramic filter using ceramics such as silicon carbide, alumina, silimite, kaolin, silica, titania, and diatomaceous earth. -0089702 and JP 2001-00072354 disclose a method for producing a porous ceramic filter using hollow polymer particles.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 유해기체를 분리, 흡착, 분해하는데 활용되어진 종래의 다양한 흡착제 및 촉매의 문제점을 해결하고자 팽윤성 점토의 격자 층간에 유해기체에 대한 흡착 및 분해성능이 우수한 금속 또는 금속산화물 나노입자를 가교화 시킨 다공성 무기물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems of various conventional adsorbents and catalysts used to separate, adsorb and decompose harmful gases as described above. It is to provide a porous inorganic material cross-linked oxide nanoparticles and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명의 목적은 층간에 가교화된 금속 및 금속산화물 촉매가 나노미터 수준에서 고도로 분산되어 있는 다공성 흡착제 및 촉매를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 금속담지 다공성 가교화 점토는 1 ~ 200 nm 크기의 금속 또는 금속산화물 입자를 층상실리케이트 격자 내에 고정화 시켜 실리케이트 격자와 금속 또는 금속산화물 가교입자 사이의 미세동공을 형성시켜 매우 높은 다공특성을 보유함과 동시에 소재합성공정, 소재의 부품제조공정, 유해기체 흡착 및 분해공정, 및 촉매의 재생공정에서 나노크기 촉매물질의 응집을 방지하여 촉매의 고도 분산성을 유지시킬 수 있는 다공성 물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide porous adsorbents and catalysts in which the crosslinked metal and metal oxide catalysts are highly dispersed at the nanometer level. That is, the metal-supported porous crosslinked clay of the present invention immobilizes the metal or metal oxide particles having a size of 1 to 200 nm in the layered silicate lattice to form micropores between the silicate lattice and the metal or metal oxide crosslinked particles, thereby having a very high porosity. At the same time, a porous material capable of maintaining high dispersibility of the catalyst by preventing agglomeration of the nano-sized catalyst material in the material synthesis process, the component manufacturing process of the material, the adsorption and decomposition of harmful gas, and the regeneration process of the catalyst. It is to provide a manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은 실리카, 티타니아, 지르코니아와 같은 산화물 나노입자의 표면에 금속나노입자를 피착시킴으로써 촉매활성물질인 금속나노입자의 고도 분산성 유지 및 다공구조의 열안정성이 크게 개선된 다공성 물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 금속 또는 금속산화물 나노입자의 가교화를 통해 형성된 점토 층간의 미세동공의 크기 및 구조를 임의로 제어할 수 있는 동공구조 개질 기술을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to deposit metal nanoparticles on the surface of oxide nanoparticles such as silica, titania, and zirconia to maintain high dispersibility of catalytically active metal nanoparticles and to improve thermal stability of porous structure. And to provide a method for producing the same. It is also an object of the present invention to provide a pupil structure modification technology capable of arbitrarily controlling the size and structure of micropores between clay layers formed through crosslinking of metal or metal oxide nanoparticles.

또한, 본 발명의 목적은 분말상 다공성 물질 뿐만 아니라 세라믹허니컴, 부직포 등의 담체에 효과적으로 적용될 수 있는 졸(sol) 및 겔(gel)상의 다공성 물질을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a sol and gel-like porous materials that can be effectively applied to carriers such as ceramic honeycombs, nonwoven fabrics, as well as powdery porous materials.

또한, 본 발명의 목적은 상기의 금속담지 다공성 물질을 사용함으로써 유해배기가스, 산성 및 염기성 기체, 악취, 독성가스, 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분리, 흡착, 분해시킬 수 있는 필터소재를 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a filter material that can efficiently separate, adsorb, and decompose harmful exhaust gases, acidic and basic gases, odors, toxic gases, and volatile organic compounds by using the metal-supported porous materials. .

본 발명의 금속담지 다공성 물질은 흡착 및 촉매활성 나타낼 수 있는 금속 또는 금속산화물 단독, 또는 금속-금속산화물 복합입자와 이를 고정시키는 담체 역할을 하는 팽윤성 점토물질로 구성된다. The metal-supported porous material of the present invention is composed of a metal or metal oxide alone or a metal-metal oxide composite particle capable of exhibiting adsorption and catalytic activity, and a swellable clay material serving as a carrier to fix the same.

본 발명에서 사용되는 흡착 및 촉매활성을 나타낼 수 있는 금속 또는 금속수산화물로는 점토의 층간에 삽입될 수 있는 금속은 특별히 제한되지 아니하나 바람직하게는 알카리금속, 알카리토금속, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Si, Mo, W, Nb, Sn, Sb, Ir, Ag, Cd, Ru, Pt, Rh, Pd, Au, 란타늄금속 및 이들의 산화물이 포함된다. The metal or metal hydroxide which can exhibit adsorption and catalytic activity used in the present invention is not particularly limited, but the metal which can be inserted between the layers of clay is preferably alkali metal, alkaline earth metal, Ti, V, Cr, Mn , Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Si, Mo, W, Nb, Sn, Sb, Ir, Ag, Cd, Ru, Pt, Rh, Pd, Au, lanthanum metal and oxides thereof Included.

또한, 본 발명에서는 금속 및 금속산화물 촉매의 분산성 향상, 열안정성 개선, 소결에 의한 응집억제, 촉매의 선택성 개선, 비표면적, 동공크기 및 다공도의 향상을 위하여 상기 금속 및 금속산화물을 또 다른 금속산화물(촉매담지산화물) 나노입자의 표면에 피착시켜 복합화한 복합촉매를 사용할 수 있다. 이때 촉매담지 산화물로는 실리카 (SiO2), 알루미나 (Al2O3), 지르코니아 (ZrO2), 티타니아 (TiO2), 세리아 (CeO2), 크롬산화물 (Cr2O3)등, 철산화물 (Fe2O3)등, 바나듐산화물 (V2O5/V2O3)등, 망간산화물 (MnO2/Mn2O3)등, 코발트산화물 (Co2O3, CoO)등이 바람직하게 사용될 수 있다. In addition, in the present invention, the metal and the metal oxide to another metal in order to improve the dispersibility of the metal and metal oxide catalyst, improve the thermal stability, inhibit the coagulation by sintering, improve the selectivity of the catalyst, specific surface area, pupil size and porosity Oxide (catalyst supported oxide) A complex catalyst complexed by depositing on the surface of nanoparticles can be used. At this time, the catalyst supported oxides include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), ceria (CeO 2 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and iron oxides. (Fe 2 O 3 ) light, vanadium oxide (V 2 O 5 / V 2 O 3 ) light, manganese oxide (MnO 2 / Mn 2 O 3 ) light, cobalt oxide (Co 2 O 3 , CoO) light, etc. Can be used.

본 발명에서 금속 및 금속산화물 촉매입자를 고정화할 수 있는 점토물질로는 팽윤성(swelling property)이 있는 점토이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 팽윤성이 있는 점토라면 천연 또는 합성, 점토입자의 크기, 조성, 양이온교환능(CEC)과 같은 물리화학적 특성에 관계없이 효과적으로 사용될 수 있으나, 대표적으로 몬트모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 바이델라이트(beidellite), 사포나이트(saponite)등을 포함하는 스멕타이트(smectite)계 점토, 버미귤라이트(vermicullite),합성운모 (Synthetic mica), 카네마이트(kanemite), 마가다이트(magadiite), 케냐이트(kenyanite) 등이 바람직하게 사용될 수 있다.As the clay material capable of immobilizing metal and metal oxide catalyst particles in the present invention, any clay having swelling property can be used without particular limitation. Therefore, in the present invention, swellable clay may be effectively used regardless of physical or chemical properties such as natural or synthetic, clay particle size, composition, and cation exchange capacity (CEC), but typically montmorillonite and hectorite. smectite clay, vermicullite, synthetic mica, kanemite, margotite, including hectorite, beidelite, saponite, etc. (magadiite), kenyanite and the like can be preferably used.

본 발명에서 금속담지 다공성 가교화 점토의 제조방법은 가교화물질을 제조하는 단계, 점토를 용매에 분산하는 단계, 가교화물질과 점토분산액을 혼합시켜 이온교환반응을 유도하는 단계, 반응종료 후 고액분리 및 반복세척단계, 건조단계, 열처리를 통한 산화 또는 환원반응 단계로 구성된다.In the present invention, a method for preparing a metal-supported porous crosslinked clay includes the steps of preparing a crosslinked material, dispersing clay in a solvent, inducing an ion exchange reaction by mixing the crosslinked material and a clay dispersion, and then terminating the liquid. It consists of separation and repetitive washing steps, drying steps, and oxidation or reduction reactions through heat treatment.

우선, 가교화물질(pillaring agent)의 제조는 목적으로 하는 금속 또는 금속산화물의 알콕사이드 화합물 또는 수용성 염(salt)을 출발물질로 하여, 물 또는 용매에 용해시킨 후 이온교환 반응에 사용한다. 이때 필요한 경우 상기 금속이온 용액에 염기나 산을 첨가하여 용액의 pH를 조절함으로써 상기 금속이온종이 층간삽입에 적합하도록 가수분해 시킨 후 층간삽입 반응을 진행 시킬 수 있다. 용액의 pH 조절을 통한 금속이온종의 가수분해에 대해서는 공지의 기술을 사용할 수 있다(Pillared Clays, edited by R. Burch, Special Publication of Catalysis Today, 1988, 2, Elsevier Sci. Publ. B.V., Amsterdam; Han Y.S, Journal of Solid State Chemistry 144, 45(1999), Han Y.S, Chem.Mater. 9, 2013 (1997)). 이때 가교화 용액은 투명한 용액상이거나 콜로이드상 분산액이 바람직하다. First, the preparation of a crosslinking agent (pillaring agent) is used as an alkoxide compound or water-soluble salt of the metal or metal oxide of interest as a starting material, dissolved in water or a solvent and then used in the ion exchange reaction. At this time, if necessary, by adjusting the pH of the solution by adding a base or an acid to the metal ion solution, the metal ion species may be hydrolyzed to be suitable for intercalation and then an intercalation reaction may be performed. Known techniques can be used for the hydrolysis of metal ion species through pH adjustment of solutions (Pillared Clays, edited by R. Burch, Special Publication of Catalysis Today, 1988, 2, Elsevier Sci. Publ. BV, Amsterdam; Han YS, Journal of Solid State Chemistry 144, 45 (1999), Han YS, Chem. Mater. 9, 2013 (1997)). The crosslinking solution is preferably a clear solution or a colloidal dispersion.

점토분산액의 제조는 필요한 양의 점토를 칭량하여 물, 알콜과 같은 유기용매, 또는 필요한 경우 물-유기용매의 혼합용매에 투입하여 교반을 통해 용이하게 얻을 수 있다. 이때 점토의 농도는 1 ~ 10중량%가 바람직하다. 농도가 1 중량% 미만인 경우 용매비율이 너무 높아 후속 분리, 세척공정에서의 공정시간이 길어지고, 폐액의 발생량이 증가하여 바람직하지 않고 10중량% 이상인 경우 점토의 팽윤에 의한 점도의 증가로 효과적인 공정 진행이 이루어지지 못한다. Preparation of the clay dispersion can be easily obtained by weighing the required amount of clay into water, an organic solvent such as alcohol, or, if necessary, into a mixed solvent of water-organic solvent. At this time, the concentration of clay is preferably 1 to 10% by weight. If the concentration is less than 1% by weight, the solvent ratio is too high, and the process time in the subsequent separation and washing process is long, and the amount of waste liquid is increased, which is undesirable. If the concentration is more than 10% by weight, the process is effective due to the increase of viscosity due to swelling of clay. No progress is made.

상기 제조된 금속이온 가교화 물질과 점토분산액의 혼합에 의한 이온교환반응은 공지의 일반적인 공정을 이용하여 용이하게 달성할 수 있다. 금속가교화 물질과 점토의 혼합비는 함침 하고자 하는 금속의 양에 따라 임의로 조정할 수 있으나 점토의 양이온교환능(CEC) 대비 1 ~ 100 금속이온당량비가 바람직하다. 이 당량비가 1 이하인 경우는 양이온교환능에 비해 혼입되는 금속이온 농도가 너무 낮아 효과적인 이온교환반응이 진행되지 않을 수 있고, 원하는 만큼의 금속입자를 층간에 삽입시킬 수 없으며, 당량비가 100 이상인 경우 과량의 가교화물질의 사용에 따른 경제성 문제, 다량의 폐액발생, 긴 세척공정으로 바람직하지 않다. 또한, 이온교환반응은 온도가 20 ~ 100oC, 반응시간은 5분 ~ 24시간 정도가 바람직하다. 반응온도가 20oC 이하이거나 반응시간이 5분 이하인 경우 효과적인 이온교환반응이 달성될 수 없으며, 반대로 반응온도가 100oC 이상이거나 반응시간 24시간 이상인 경우 가교화물질의 과잉가수분해에 따른 이물질의 침전이 발생 할 수 있으며, 추가적인 에너지 소비와 긴 공정시간으로 인한 경제성이 떨어지는 문제가 있다. The ion exchange reaction by mixing the prepared metal ion crosslinked material and the clay dispersion can be easily achieved using a known general process. The mixing ratio of the metal crosslinked material and the clay may be arbitrarily adjusted according to the amount of metal to be impregnated, but the ratio of 1 to 100 metal ion equivalents to the cation exchange capacity (CEC) of the clay is preferable. When the equivalent ratio is 1 or less, the metal ion concentration to be mixed is too low compared to the cation exchange capacity, so that an effective ion exchange reaction may not proceed, and as many metal particles as desired may not be intercalated, and when the equivalent ratio is 100 or more, Economical problems due to the use of crosslinking materials, large amounts of waste liquid, long washing processes are undesirable. In addition, the ion exchange reaction is preferably a temperature of 20 ~ 100 , the reaction time is about 5 minutes ~ 24 hours. If the reaction temperature is 20 o C or less or the reaction time is 5 minutes or less, an effective ion exchange reaction cannot be achieved. On the contrary, if the reaction temperature is 100 o C or more or the reaction time is 24 hours or longer, Sedimentation may occur and there is a problem of inferior economics due to additional energy consumption and long process time.

금속 또는 금속산화물의 가교화물질을 점토 층간에 이온교환 하는 공정이나 이온교환 시킨 후 필요한 경우 유기템플레이트를 사용하여 층간의 가교화물질의 적층구조 변화를 유도하여 최종적으로 얻어지는 생성물에서의 동공의 크기 또는 다공부피를 임의로 조절하기 위한 방법으로 사용할 수 있다. 이온교환 공정 중에 사용하는 경우 가교화물질과 함께 용액중에 유기템플레이트를 첨가하여 사용할 수 있으며, 이온교환 후 첨가하는 경우는 세척단계를 완료 한 후 별도의 유기물 처리 공정을 추가할 수 있다. 이때, 사용되어질 수 있는 유기템플레이트는 점토의 층간에 층간삽입 되어 층간 가교화물질의 적층구조를 변화시킬 수 있는 유기물이면 특별히 제한되지 않으나 양이온성 또는 중성의 계면활성제, 천연 또는 합성 고분자 물질이 바람직하게 사용될 수 있다. 대표적으로 헥사데실트리메틸암모늄염, 옥타데실트리메틸암모늄염과 같은 아민형 계면활성제, 폴리옥시에틸렌글리콜 등의 중성 계면활성제, 키토산과 같은 천연고분자 물질, 폴리비닐알콜과 같은 합성고분자 물질이 바람직하다. 반응에 첨가되는 유기템플레이트의 양은 전체 고형분 대비 5 ~ 100 중량%가 바람직하다. 5중량% 이하인 경우는 유기템플레이트에 의한 층간구조 변형을 효과적으로 달성할 수 없으며, 100% 이상인 경우 과량의 유기물 층간삽입에 의한 금속 또는 금속산화물 가교물질의 치환이 과량 발생하여 템플레이트 제거 후 원하는 다공구조를 획득 할 수 없으며, 과량의 유기물을 열분해 시키기 위한 추가적인 공정발생 및 추가 에너지소비가 문제가 된다. Ion exchange of metal or metal oxide crosslinked material between clay layers or if necessary, organic template is used to induce the lamination of crosslinked material between layers by using organic template. It can be used as a method for arbitrarily adjusting the volume. When used during the ion exchange process, the organic template may be added to the solution together with the crosslinking material, and when added after the ion exchange, a separate organic matter treatment process may be added after the washing step is completed. At this time, the organic template that can be used is not particularly limited as long as it is an organic material that can be intercalated between the layers of clay to change the laminated structure of the cross-linking material, but cationic or neutral surfactants, natural or synthetic polymer materials are preferably used. Can be. Typically, amine-type surfactants such as hexadecyltrimethylammonium salt, octadecyltrimethylammonium salt, neutral surfactants such as polyoxyethylene glycol, natural polymer materials such as chitosan, and synthetic polymer materials such as polyvinyl alcohol are preferable. The amount of the organic template added to the reaction is preferably 5 to 100% by weight based on the total solids. If the content is less than 5% by weight, the interlayer structure deformation by the organic template cannot be effectively achieved. If the content is more than 100%, the substitution of the metal or the metal oxide crosslinking material is caused by the excessive intercalation of the organic material, so that the desired porous structure is removed after the template is removed. It is not possible to obtain it, and additional process generation and additional energy consumption for thermal decomposition of excess organic matter are problematic.

이온교환반응이 종료되면 다음 단계는 반응용액으로부터 생성물을 분리하고 세척하는 과정이 포함된다. 반응용액으로부터 생성물의 분리는 통상적인 방법이 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 원심분리법이나 멤브레인 필터법이 바람직하게 사용될 수 있다. 세척은 반응 중에 사용된 과잉의 산이나 염기, 가교화 물질을 제거하기 위한 단계로 세척용매로는 물, 유기용매 또는 물-유기용매의 혼합용매가 시스템의 특징에 따라 적절하게 사용될 수 있으며, 반응 불순물이 1 중량% 이하가 될 때까지 반복한다. After the ion exchange reaction is completed, the next step involves separating and washing the product from the reaction solution. Separation of the product from the reaction solution can be used in any conventional manner without particular limitation, centrifugation method or membrane filter method may be preferably used. Washing is a step to remove excess acid, base, and crosslinking material used during the reaction. As a washing solvent, water, an organic solvent or a mixed solvent of water-organic solvent may be appropriately used depending on the characteristics of the system. Repeat until the impurities are 1% by weight or less.

반응생성물의 건조단계는 통상의 건조방법이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 오븐가열건조, 진공건조, 분무건조가 사용될 수 있다. The drying step of the reaction product may be used without particular limitation to the conventional drying method. Preferably oven heating drying, vacuum drying, spray drying may be used.

건조단계가 완료되면 열처리 단계를 통해 층간에 삽입되어 있는 가교화물질을 산화시켜 산화물을 얻거나 환원시켜 금속을 얻는 단계가 포함된다. 먼저, 산화반응 분위기 하에서의 열처리를 통하여 각 금속이온에 상응하는 산화물을 형성 시킬 수 있는데, 이때 산화 반응 시 열처리 조건은 100 ~ 1000oC 온도 범위에서 1 ~ 24시간 이내가 바람직하다. 열처리 온도가 100oC 이하의 경우 반응과정에 혼입되는 층간수의 탈착이나 가교화물질에 포함된 유기물질의 분해가 충분하지 못해 금속산화물의 형성이 원활하지 않을 수 있으며, 1000oC 이상의 경우 점토격자 및 층간가교화물질의 소결이 발생하여 원하는 다공성 물질을 얻을 수 없다. 또한 열처리 시간도 1시간 이내인 경우 층간수나 잔류유기물의 분해가 충분히 일어나지 않을 수 있고, 24시간 이상인 경우 층간에 형성된 나노크기의 금속 또는 금속산화물 입자의 소결에 의한 응집이 발생할 가능성이 있으며, 경제적인 면에서도 바람직하지 않다. When the drying step is completed, the step of oxidizing the cross-linking material inserted between the layers through the heat treatment step to obtain an oxide or reduce to obtain a metal. First, an oxide corresponding to each metal ion may be formed through a heat treatment under an oxidation reaction atmosphere. In this case, the heat treatment condition during the oxidation reaction is preferably within 1 to 24 hours in a temperature range of 100 to 1000 o C. And the heat treatment temperature is formed of 100 o C or less in the case where the decomposition of the organic materials contained in the layers can be removable or crosslinked substances to be incorporated in the course of the reaction can not not enough metal oxide may not be smooth, if more than 1000 o C Clay Sintering of the lattice and interlayer crosslinking material occurs and the desired porous material cannot be obtained. In addition, when the heat treatment time is also within 1 hour, the intercalation or residual organic matters may not be sufficiently decomposed, and when the heat treatment time is 24 hours or more, agglomeration may occur due to sintering of the nano-sized metal or metal oxide particles formed between the layers. It is also undesirable from the viewpoint.

유사하게 열처리를 통해 가교화 물질을 환원시켜 가교화물질에 상응하는 금속을 유도시키는 경우는 수소, 질소, 일산화탄소, 헬륨, 진공과 같은 환원분위기에서 열처리 하는 것이 바람직하다. 이때 환원 반응 시 열처리 조건은 100 ~ 1000oC 온도 범위에서 1 ~ 24시간 이내가 바람직하다. 열처리 온도가 100oC 이하의 경우 반응과정에 혼입되는 층간수의 탈착이나 가교화 물질에 포함된 유기물질의 분해가 충분하지 못하고, 또한 금속산화물의 금속으로 환원에 필요한 적절한 활성화 에너지를 공급하지 못해 금속입자의 형성이 원활하지 않으며, 1000oC 이상의 경우 점토격자 및 층간가교화물질의 소결이 발생하여 원하는 다공성 물질을 얻을 수 없다. 또한 열처리 시간도 1시간 이내인 경우 층간수나 잔류유기물의 분해, 금속으로의 환원이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 24시간 이상인 경우 층간에 형성된 나노크기의 금속 입자의 소결에 의한 응집이 발생할 가능성이 있으며, 경제적인 면에서도 바람직하지 않다. 한편, 금속입자의 형성을 효과적으로 달성하기 위하여 상기의 산화공정 및 환원공정을 연속적으로 시행할 수도 있다. 즉, 먼저 산화분위기에서 열처리하여 가교화 물질을 충분히 산화시키고 이어서 환원분위기에서 열처리하여 해당 금속산화물을 금속으로 전환시키는 방법이 이용될 수 있다. Similarly, when the crosslinked material is reduced by heat treatment to induce a metal corresponding to the crosslinked material, heat treatment is preferably performed in a reducing atmosphere such as hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, helium, and vacuum. At this time, the heat treatment condition during the reduction reaction is preferably within 1 ~ 24 hours in the temperature range of 100 ~ 1000 o C. If the heat treatment temperature is less than 100 o C, the desorption of intercalated water mixed in the reaction process or the decomposition of organic materials contained in the crosslinking material are not sufficient, and the adequate activation energy required for reduction to the metal oxide metal cannot be supplied. Formation of the metal particles is not smooth, and in the case of more than 1000 o C sintering of the lattice lattice and interlayer crosslinking material occurs, the desired porous material can not be obtained. In addition, if the heat treatment time is less than 1 hour, the interlaminar water or residual organic matters may not be sufficiently decomposed, and reduction to metal may occur. If the heat treatment time is 24 hours or more, agglomeration may occur due to sintering of the nano-sized metal particles formed between the layers. It is not desirable economically. On the other hand, in order to achieve the formation of metal particles effectively, the above-described oxidation process and reduction process may be carried out continuously. That is, a method of first oxidizing the crosslinked material sufficiently by heat treatment in an oxidizing atmosphere and then heat treating in a reducing atmosphere may convert the metal oxide into a metal.

열처리 공정 완료 후 통상적인 분쇄공정을 추가하여 미세분말상 다공성 물질을 제조하는 것이 포함될 수 있다. 이때 분쇄는 공지의 미립자 분쇄기술이 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 볼-밀, 제트-밀 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 미세분말상 다공성물질을 이용하여 과립체의 제조공정이 추가적으로 포함될 수 있다. 과립체의 제조공정도 공지의 방법이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 미세분말상 다공성물질을 원하는 담체에 담지시키는 공정이 추가적으로 포함될 수 있으며 특별한 제한은 없다. After completion of the heat treatment process may include the addition of a conventional grinding process to prepare a fine powdery porous material. At this time, the pulverization can be used without any known fine particle pulverization technology, ball-mill, jet-mill and the like can be preferably used. In addition, the manufacturing process of the granules using a fine powdery porous material may be additionally included. The manufacturing process of granules can also be used without a well-known method. In addition, a process of supporting the fine powdery porous material on a desired carrier may be additionally included and there is no particular limitation.

한편, 담체에 다공성물질을 담지 시키는 공정으로 상기 세척공정 종료 후 얻어지는 졸(sol) 또는 겔(gel)상의 다공성 전구물질(precursor)을 원하는 담체에 직접 담지 또는 코팅하는 공정이 포함된다. 즉, 세척종료 후 얻어지는 졸 또는 겔상의 다공성 전구물질을 세라믹허니컴, 금속허니컴, 세라믹폼, 금속폼, 세라믹필름, 금속필름, 고분자필름, 다공성고분자, 다공성글라스, 다공성 세라믹 과립 또는 볼, 세라믹섬유, 유리섬유, 금속섬유, 활성탄, 탄소섬유, 부직폼 등 종래에 일반적으로 사용되는 담지체에 직접 침지법, 코팅법, 스프레이 법 기술을 통해 담지 시킨 후, 후속적인 건조 및 열처리 공정을 통하여 다공성 물질이 담지된 담체를 제조하는 공정이 포함된다. 이렇게 졸 또는 겔상의 다공성 전구물질을 이용한 담체 적용은 다공성물질을 미세 분말화 시킨 후 적용하는 공정보다 공정을 단축할 수 있고, 추가적인 화학물질의 사용을 회피 할 수 있어서 경제성에 있어서 매우 유리한 특징을 갖는다. On the other hand, the process of supporting the porous material on the carrier includes a step of directly supporting or coating a porous precursor (sol) or gel (precursor) on the desired carrier obtained after the end of the washing process. That is, the sol or gel-like porous precursor obtained after the end of washing is ceramic honeycomb, metal honeycomb, ceramic foam, metal foam, ceramic film, metal film, polymer film, porous polymer, porous glass, porous ceramic granules or balls, ceramic fiber, After direct immersion, coating, and spraying techniques on glass substrates, metal fibers, activated carbon, carbon fibers, and non-woven foams, which are commonly used in the past, porous materials are formed through subsequent drying and heat treatment processes. A process for producing a supported carrier is included. The application of the carrier using a sol or gel-like porous precursor can shorten the process than the process of applying the fine powder to the porous material, and can avoid the use of additional chemicals, which is very economical. .

상기의 제조공정을 통해 얻어지는 금속담지 다공성 물질은 우선 비표면적이 50 ~ 1000m2/g 범위의 우수한 다공특성을 나타내며, 동공의 크기가 5 ~ 100Å 범위의 마이크로 동공(micropore) 또는 메소동공(mesopore) 영역의 미세동공을 포함하고, 점토의 종류, 가교화물질의 종류, 유기템플레이트 종류나 농도, 반응조건의 변화를 통해 촉매의 종류, 산화상태, 다공도, 비표면적 및 동공의 크기를 임의조절 할 수 있는 특징이 있고, 동공의 크기 조절을 통해 소재의 형상선택성(shape selectivity)을 부여할 수 있고, 흡착 및 촉매활성 물질이 이차원실리케이트 격자층에 의해 안정화 되어 촉매의 고분산도가 구현되며, 가열 또는 수열법에 의한 물질의 재생 처리시 촉매입자의 응집발생을 최소화 하여 성능저하를 최소화 할 수 있으며, 금속 및 금속산화물 나노입자가 실리케이트 격자층 또는 담지금속산화물에 의해 안정화 되어 있어 열안정성이 뛰어나며, 수열합성기와 같은 특별한 장치가 필요 없어 제조가 간단한 특징을 갖는다.The metal-supported porous material obtained through the above manufacturing process first shows excellent porosity characteristics with a specific surface area in the range of 50 to 1000 m 2 / g, and micropores or mesopores having a pore size in the range of 5 to 100Å. It contains micropores of the area and can arbitrarily control the type of catalyst, oxidation state, porosity, specific surface area and pupil size by changing the type of clay, type of crosslinking material, type or concentration of organic template, and reaction conditions. Characteristic, shape selectivity of the material can be imparted by controlling the size of the pupil, adsorption and catalytically active material is stabilized by the two-dimensional silicate lattice layer to achieve high dispersion of the catalyst, heating or hydrothermal method In the regeneration of materials by minimizing the agglomeration of catalyst particles can minimize the performance degradation, and metal and metal oxide nanoparticles Site is stabilized by a lattice structure or a supported metal oxide it has excellent thermal stability, it does not have a special device, such as a random number sequence has a synthesizer is required to manufacture a simple feature.

본 발명을 통해서 얻어지는 금속담지 다공성 물질은 산업현장, 자동차, 발전소, 소각로, 보일러, 화재, 일반가정에 발생하는 유해기체인 암모니아 및 아민화합물, 황화합물, 일산화탄소, 다이옥신, 휘발성유기물, 질소산화물, 황산화물 등에 대한 흡착제거 및 분해제거를 목적으로 하는 곳에 효과적으로 적용될 수 있는 특징을 갖는다. The metal-supported porous material obtained through the present invention includes ammonia and amine compounds, sulfur compounds, carbon monoxide, dioxins, volatile organic substances, nitrogen oxides, and sulfur oxides, which are harmful gases generated in industrial sites, automobiles, power plants, incinerators, boilers, fires and general households. It has a feature that can be effectively applied to the purpose of the adsorption removal and decomposition removal for the.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명의 구체적인 예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 예를 보여주기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 실시예에 의하여 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.Hereinafter, specific examples of the present invention will be presented through examples. However, the following examples are only intended to show specific examples of the present invention, it should not be understood that the scope of the present invention is limited by the examples.

실시예 1Example 1

천염 점토로서 몬트모릴로나이트(montmorillonite, Kunipia G, Kunimine)를 사용하여, 점토 5g을 증류수 500mL에 첨가하고 2시간 동안 교반하여 분산시킨다. 한편, 실리카 나노 졸-입자를 제조하기 위하여 테트라에톡시 오르토실리케이트(TEOS) 42.6 g, 2N-염산 10 mL, 에탄올 12mL를 혼합하고 상온에서 2시간 동안 격렬하게 교반하여 실리카 나노 졸 입자를 제조하였다. 이렇게 제조된 실리카 나노 졸 용액에 Fe(NO3)3 .9H2O 10.2g을 증류수 50mL에 용해시켜 제조한 Fe3+ 수용액을 교반하면서 첨가한다. 이때 Fe3+ 이온은 주로 실리카 나노입자의 표면에 정전기적 인력에 의하여 피착된다. 이 혼합용액에 0.4N-NaOH 수용액을 교반을 하면서 천천히 적정하여 용액의 pH 를 2.7이 되게 한다. 이때 표면에 피착된 Fe3+ 이온은 가수분해에 의해 Fex(OH)y z+ 형태의 올리고머(oligomer)를 형성한다. 이렇게 제조된 Fex(OH)y z+-SiO2 형 가교화물질(pillaring species)을 미리 수분산 시킨 점토 수용액에 강하게 교반하면서 첨가한다. 가교화물질과 점토의 이온교환 반응은 60℃에서 3시간 동안 진행시킨다. 이온교환 반응이 완료되면 원심분리기를 이용하여 고-액을 분리하고, 남아 있는 겔상의 고형분은 물과 에탄올을 1:1 부피비로 혼합한 혼합용매를 이용하여 3회 세척한다. 세척단계가 완료되면 일차적으로 겔 상의 다공성 전구물질을 획득 할 수 도 있다. 세척 후 겔상의 생성물을 전기오븐에서 100 ℃ 에서 12시간 건조하고, 분쇄한 다음 대기분위기에서 200 ~ 900 ℃ 온도 범위에서 2시간 열처리 하여 적갈색의 SiO2-Fe2O3 가교화 점토를 제조하였다. 도 1은 실온건조 후 및 온도별 열처리에 따른 X-선 회절도 이며, 표 1은 200 ~ 800 ℃의 온도 범위에서 열처리 한 다공성 가교화물질의 비표면적, 다공부피를 질소 흡착-탈착 등온선으로부터 계산한 결과를 나타내었다. 또한, 질소의 흡착-탈착 등온선을 이용하여 MP법으로 계산한 동공크기분포 곡선을 도 2에 나타내었다. 도 1과 2 및 표 1로부터 본 실시예를 통해 합성된 SiO2-Fe2O3 가교화 점토는 우수한 다공특성 및 열안정성이 있음을 확인 할 수 있다. 본 실시예를 통해 합성된 SiO2-Fe2O3 가교화 점토의 이렇게 큰 비표면적 및 다공부피는 나노산화물 입자가 실리케이트 층간에 다중층의 적층구조를 이루고 10Å 정도의 미세동공이 가교화를 통해 형성됨으로써 나타내는 결과임을 확인 할 수 있었다. 또한, 마이크로동공에 의한 비표면적(Smicro-) 및 다공부피(Vmicro-) 기여도가 우세한 것으로부터 가교화점토의 다공특성은 주로 점토 격자층간에 나노입자의 삽입에 따른 미세동공의 발달에 기인한 것을 확인 할 수 있다. Using montmorillonite (Kuntia G, Kunimine) as a natural clay, 5 g of clay is added to 500 mL of distilled water and dispersed by stirring for 2 hours. Meanwhile, in order to prepare silica nano sol-particles, 42.6 g of tetraethoxy orthosilicate (TEOS), 10 mL of 2N hydrochloric acid, and 12 mL of ethanol were mixed and vigorously stirred at room temperature for 2 hours to prepare silica nano sol particles. In the silica nanosol solution thus prepared Fe (NO 3 ) 3 . An aqueous solution of Fe 3+ prepared by dissolving 10.2 g of 9H 2 O in 50 mL of distilled water is added while stirring. In this case, Fe 3+ ions are mainly deposited on the surface of the silica nanoparticles by the electrostatic attraction. The mixture was slowly titrated with 0.4N-NaOH aqueous solution while stirring to bring the pH of the solution to 2.7. At this time, Fe 3+ ions deposited on the surface form an oligomer of Fe x (OH) y z + form by hydrolysis. Thus prepared Fe x (OH) y z + -SiO 2 type crosslinking material (pillaring species) is added to the aqueous clay solution previously dispersed with vigorous stirring. The ion exchange reaction between the crosslinked material and clay is carried out at 60 ° C. for 3 hours. After the ion exchange reaction is completed, the solid-liquid is separated using a centrifuge, and the remaining solid on the gel is washed three times using a mixed solvent in which water and ethanol are mixed in a 1: 1 volume ratio. Once the washing step is complete, the porous precursor on the gel may be obtained primarily. After washing, the gelled product was dried in an electric oven at 100 ° C. for 12 hours, pulverized and heat-treated at 200 to 900 ° C. in an air atmosphere for 2 hours to prepare a reddish brown SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay. 1 is an X-ray diffractogram after drying at room temperature and by heat treatment at different temperatures. Table 1 shows the specific surface area and pore volume of the porous crosslinked material heat-treated at a temperature range of 200 to 800 ° C. The results are shown. In addition, the pupil size distribution curve calculated by the MP method using the adsorption-desorption isotherm of nitrogen is shown in FIG. It can be seen that the SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay synthesized through the present examples from FIGS. 1 and 2 and Table 1 has excellent porosity and thermal stability. This large specific surface area and pore volume of the SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay synthesized through the present embodiment is such that nanooxide particles form a multi-layered lamination structure between silicate layers, and micropores of about 10Å are crosslinked. It was confirmed that the results are represented by the formation. In addition, the contribution of specific surface area (S micro- ) and pore volume (V micro- ) by micropores is predominant, and the porosity of crosslinked clay is mainly due to the development of micropores due to the insertion of nanoparticles between clay lattice layers. You can see what you did.

[표 1] SiO2-Fe2O3 가교화 점토의 층간거리, 비표면적 및 다공부피Table 1 Interlayer distance, specific surface area and pore volume of SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay

Calcination temp.(℃/2h)Calcination temp. (℃ / 2h) Basal spacing(Å)Basal spacing Surface area(㎡/g)Surface area (㎡ / g) Pore volume(mL/g)Pore volume (mL / g) BETBET Smicro- a S micro- a Smeso- a S meso- a TotalTotal Vmicro- a V micro- a 200200 62.262.2 634634 429429 206206 0.450.45 0.240.24 300300 58.658.6 690690 468468 222222 0.490.49 0.260.26 400400 58.258.2 767767 482482 240240 0.500.50 0.270.27 500500 58.158.1 622622 397397 225225 0.450.45 0.230.23 600600 54.554.5 553553 296296 257257 0.400.40 0.200.20 700700 51.351.3 480480 269269 210210 0.350.35 0.150.15 800800 49.649.6 390390 134134 191191 0.260.26 0.080.08

aestimated by t-plot method. a estimated by t-plot method.

실시예 2Example 2

실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 첨가하는 Fe의 함량을 변화시켜 졸 용액을 제조하고, 이를 가교화 물질로 이용하여 가교화 시킴으로써 Fe 함량이 가교화 반응 및 가교화 점토의 특성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 본 실시예 에서는 Fe 함량을 Fe/Si 몰비로 1.0, 5.0, 및 15로 변화시켜 시료를 제조하였다. 표 2는 400℃에서 2시간 열처리한 시료에 대한 질소 흡착-탈착 등온선 측정으로부터 계산된 비표면적이 다공부피를 나타낸 것이다. 표 2로부터 Fe의 첨가비에 따라 비표면적 및 다공부피가 변화함을 알 수 있으며 몰비가 5인 경우가 다공특성이 우수하게 나타남을 확인 할 수 있었다. 또한, 동일한 시료에 대한 원소분석결과를 표 3 에 나타내었다. 표 3으로부터 Fe의 첨가비가 증가할수록 다공물질 내에 Fe의 함량이 비례하여 증가함을 알 수 있다. In the same manner as in Example 1, but the sol solution is prepared by changing the content of Fe to be added, and the crosslinking by using this as a crosslinking material for the effect of Fe content on the crosslinking reaction and the properties of the crosslinked clay Investigate. In this example, the Fe content was changed to 1.0, 5.0, and 15 in a Fe / Si molar ratio to prepare a sample. Table 2 shows the pore volume calculated from the nitrogen adsorption-desorption isotherm measurements for samples heat-treated at 400 ° C. for 2 hours. It can be seen from Table 2 that the specific surface area and the pore volume change according to the ratio of Fe addition, and the molar ratio of 5 shows excellent porosity characteristics. In addition, the results of elemental analysis for the same sample are shown in Table 3. It can be seen from Table 3 that the Fe content increases proportionally as the addition ratio of Fe increases.

[표 2] SiO2-Fe2O3 가교화점토에서 Fe/Si 몰비에 따른 비표면적 및 다공부피[Table 2] Specific surface area and pore volume according to Fe / Si molar ratio in SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay

Mole ratioMole ratio Surface area (㎡/g)Surface area (㎡ / g) Pore volume (ml/g)Pore volume (ml / g) [Fe]/[Si][Fe] / [Si] SBET S BET Vtotal V total 1.01.0 638638 0.430.43 5.05.0 767767 0.500.50 1515 438438 0.330.33

[표 3] ICP를 이용한 Fe/Si 몰비의 변화에 따른 SiO2-Fe2O3 가교화점토의 [Table 3] of SiO 2 -Fe 2 O 3 Crosslinked Clays with Various Fe / Si Molar Ratios Using ICP

원소분석Elemental analysis

Mole ratioMole ratio Analytical results (mol%)Analytical results (mol%) Pillar composition aPillar composition a [Fe]/[Si][Fe] / [Si] SiO2 SiO 2 Fe2O3 Fe 2 O 3 Al2O3 Al 2 O 3 (SiO2)x (SiO 2 ) x (Fe2O3)y (Fe 2 O 3 ) y x + yx + y 1.01.0 77.177.1 6.56.5 13.713.7 5.745.74 0.370.37 6.116.11 5.05.0 74.674.6 9.59.5 12.912.9 5.995.99 0.620.62 6.616.61 1515 71.071.0 13.813.8 12.712.7 5.655.65 0.890.89 6.546.54

a 가교화물질의 조성은 몬트모릴로나이트의 기본식을 가정하여 산출한 값이다. [(SiO2)x(Fe2O3)y][(Si3.89Al0.11)(Al1.69Mg0.32Fe0.08)]O10(OH)2. a The composition of the crosslinking material is calculated by assuming the basic formula of montmorillonite. [(SiO 2 ) x (Fe 2 O 3 ) y ] [(Si 3.89 Al 0.11 ) (Al 1.69 Mg 0.32 Fe 0.08 )] O 10 (OH) 2 .

실시예 3Example 3

실시예 1에서 합성한 시료 중 400℃에서 2시간 열처리한 시료에 대한 자화율을 초전도양자간섭장치(SQUID)를 이용하여 측정하였다. 도 3은 각각의 측정온도에서 자기장의 변화에 따른 자화율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3으로부터 SiO2-Fe2O3 가교화 점토내에 Fe2O3 입자는 상자성 특성(paramagentic property)을 나타냄을 알 수 있으며, 이 결과는 가교화 점토내 Fe2O3 입자가 나노미터 크기이며 고도로 균일하게 분포하고 있음을 반증해 주는 결과이다. The susceptibility of the sample synthesized in Example 1 heat-treated at 400 ° C. for 2 hours was measured using a superconducting quantum interference device (SQUID). 3 is a graph showing the change of susceptibility according to the change of magnetic field at each measurement temperature. It can be seen from FIG. 3 that the Fe 2 O 3 particles in the SiO 2 —Fe 2 O 3 crosslinked clay have paramagentic properties, and the result shows that the Fe 2 O 3 particles in the crosslinked clay are nanometer in size. The results prove that the distribution is highly uniform.

실시예 4Example 4

점토로서 합성 팽윤성 마이카 (swellable synthetic mica, S1ME, COOP Chem.)를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 물질을 제조하였다. 도 4는 건조한 시료를 400, 600, 및 800 ℃에서 2시간씩 열처리한 시료에 대한 질소 흡착-탈착 등온선을 나타낸 것이다. 400℃에서 열처리 한 시료가 최대의 다공도를 나타냄을 확인 할 수 있었고, 등온선의 형태는 IUPAC 분류에서의 Type I 곡선을 나타냄을 알 수 있었고, 이것은 층간에 나노입자의 가교화에 따라 미세동공이 발달한 형태의 다공구조를 갖는다는 것을 입증해주는 결과이다. 질소 흡착-탈착 등온선 분석으로부터 계산된 비표면적 및 다공부피에 대한 정보를 표 표 4에 요약정리 하였다. 비표면적이 최대 550m2/g, 동공부피는 최대 0.56mL/g 정도인 다공특성이 우수한 물질이 합성되었음을 확인 할 수 있었다. 또한 대부분의 비표면적이 미세동공으로부터 유래됨을 알 수 있고, 이것은 나노크기의 산화물의 입자가 층간에 다층형태의 적층구조를 이루기 때문인 것으로 해석할 수 있다.A porous material was prepared in the same manner as in Example 1 using a swellable synthetic mica (S1ME, COOP Chem.) As clay. Figure 4 shows the nitrogen adsorption-desorption isotherm for the sample heat-treated at 400, 600, and 800 ℃ dried sample for 2 hours. It was found that the sample heat-treated at 400 ° C showed the maximum porosity, and the shape of the isotherm showed the Type I curve in the IUPAC classification, which developed micropores as the nanoparticles cross-linked between layers. This proves that they have a form of porous structure. Information on specific surface area and pore volume calculated from nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis is summarized in Table 4. The specific surface area of 550m 2 / g, pupil volume up to 0.56mL / g was confirmed that the material with excellent porosity was synthesized. In addition, it can be seen that most of the specific surface area is derived from the micropores, which can be interpreted as that the particles of the nano-sized oxide form a multi-layered lamination structure between layers.

[표 4] 합성운모 및 합성운모를 이용한 SiO2-Fe2O3 가교화점토 (SFM)의 [Table 4] Synthesis of SiO 2 -Fe 2 O 3 Crosslinked Clay (SFM) Using Synthetic Mica and Synthetic Mica

열처리 온도에 따른 비표면적 및 다공부피Specific surface area and pore volume by heat treatment temperature

SampleSample Surface area, ㎡/gSurface area, ㎡ / g Pore volume, ml/gPore volume, ml / g BETBET Lang.Lang. Smicro- 1) S micro- 1) TotalTotal Vmicro- 1) V micro- 1) Mica-400Mica-400 9.29.2 15.015.0 00 0.1160.116 00 SFM1-400SFM1-400 388.7388.7 598.0598.0 346.7346.7 0.2890.289 0.1820.182 SFM1-600SFM1-600 322.1322.1 496.0496.0 276.4276.4 0.2960.296 0.1450.145 SFM1-800SFM1-800 55.455.4 90.790.7 22.222.2 0.1330.133 0.0120.012

1) 흡착등온선의 t-plot 분석을 통하여 계산된 값. 1) Value calculated through t-plot analysis of adsorption isotherm.

실시예 5Example 5

본 실시예는 이온교환 과정중에 유기템플레이트를 처리하는 경우 다공특성의 변화에 대한 영향을 검증하기 위하여 실시하였다. 이를 위해서 실시예 4와 동일하게 팽윤성 합성운모를 이용한 가교화 과정에서 가교화 물질 (Fex(OH)y z+-SiO2)을 운모분산액과 혼합하여 이온교환 반응시키고, 세척 후 얻어진 겔상의 반응생성물 각 1g을 다시 증류수 50mL 와 에탄올 50mL의 혼합용매에 분산시킨다. 여기에 n-옥타데실아민(n-CH3(CH2)17NH2, NS), 4급 암모늄염인 도데실트리메틸암모늄클로라이드((CH3)3N+(CH2)11CH3Cl-,Q12) 테트라데실트리메틸암모늄클로라이드((CH3)3N+(CH2)13CH3Cl-,Q14), 헥사데실트리메틸암모늄클로라이드((CH3)3N+(CH2)15CH3Cl-,Q16), 옥타데실트리메틸암모늄클로라이드((CH3)3N+(CH2)17 CH3Cl-, Q18) 및 디메틸디스테아릴암모늄클로라이드((CH3)2N+((CH2)11CH3)2Cl-, DS)을 각각 0.2g 씩 첨가하여 용해시켰다. 이것을 강하게 교반하면서 60℃에서 12시간 반응하였다. 반응이 완료 종료된 후 원심분리를 이용하여 반응생성물을 분리하고, 물과 에탄올 혼합용매(부피비로 1:1)를 이용하여 3회 반복세척하고, 100℃ 진공오븐에서 12시간 동안 건조하여 분말상 물질을 얻어내었다. 이것을 550℃ 전기로에서 산소를 흘려주면서 4시간 동안 열처리하여 유기물을 연소분해 시켜 다공구조가 개질된 다공성 가교화 점토를 제조하였다. This example was carried out to verify the effect on the change of porosity when the organic template is processed during the ion exchange process. To this end, in the same manner as in Example 4, in the crosslinking process using the swellable synthetic mica, the crosslinking material (Fe x (OH) y z + -SiO 2 ) is mixed with the mica dispersion to ion exchange reaction, and the gelled reaction product obtained after washing Each 1 g is dispersed again in a mixed solvent of 50 mL of distilled water and 50 mL of ethanol. Here n- octadecylamine (n-CH 3 (CH 2 ) 17 NH 2, NS), a quaternary ammonium salt, dodecyl trimethyl ammonium chloride ((CH 3) 3 N + (CH 2) 11 CH 3 Cl -, Q12) tetradecyl trimethyl ammonium chloride ((CH 3) 3 N + (CH 2) 13 CH 3 Cl -, Q14), hexadecyl trimethyl ammonium chloride ((CH 3) 3 N + (CH 2) 15 CH 3 Cl - , Q16), octadecyl trimethyl ammonium chloride ((CH 3) 3 N + (CH 2) 17 CH 3 Cl -, Q18) , and dimethyl distearyl ammonium chloride ((CH 3) 2 N + ((CH 2) 11 0.2 g of CH 3 ) 2 Cl and DS) were added to dissolve each. It reacted at 60 degreeC for 12 hours, stirring strongly. After completion of the reaction, the reaction product was separated by centrifugation, washed three times using water and ethanol mixed solvent (1: 1 by volume), and dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 12 hours to obtain a powdery substance. To get This was subjected to heat treatment for 4 hours while flowing oxygen in a 550 ° C. electric furnace to combust and decompose an organic material to prepare a porous crosslinked clay having a modified porous structure.

실시예 6Example 6

실시예 5를 통해 합성된 다공성 가교화 점토의 질소 흡착-탈착 등온선을 액체질소 온도(77K)에서 측정하였다. 도 5는 유기템플레이트의 종류에 따른 질소 흡착-탈착 등온선 나타내었으며, 표 5는 이 질소 흡착-탈착 등온선으로부터 계산된 비표면적 및 다공부피에 대한 정보를 나타내었다. 유기템플레이트를 처리하지 않은 물질과 비교해서 유기물로 개질하면 메소동공 영역에서의 질소 흡착이 급격히 증가함을 공통적으로 나타내고 있으며 이것은 유기물의 층간삽입에 따라 층간산화물 입자의 재배열이 발생하고, 유기물의 열분해에 수반되어 동공의 구조가 개질됨을 의미하는 것이다. 또한, 비표면적과 다공부피는 사용한 유기템플레이트의 분자량에 비례하여 증가함을 확인 할 수 있다.The nitrogen adsorption-desorption isotherm of the porous crosslinked clay synthesized through Example 5 was measured at liquid nitrogen temperature (77K). Figure 5 shows the nitrogen adsorption-desorption isotherm according to the type of organic template, Table 5 shows the information on the specific surface area and the pore volume calculated from this nitrogen adsorption-desorption isotherm. Compared with the organic template-treated material, it is common to show that the nitrogen adsorption in the meso-cavity region increases rapidly when the organic material is reformed into organic material. Accompanying this means that the structure of the pupil is modified. In addition, it can be seen that the specific surface area and the pore volume increase in proportion to the molecular weight of the organic template used.

[표 5] 유기템플레이트를 이용하여 합성한 SiO2-Fe2O3 가교화점토의 [Table 5] of SiO 2 -Fe 2 O 3 Crosslinked Clay Synthesized Using Organic Template

비표면적 및 다공부피Specific surface area and pore volume

SampleSample Surface area, ㎡/gSurface area, ㎡ / g Pore volume, ml/gPore volume, ml / g I.D.I.D. SBET S BET SLang. S Lang. Vtotal V total SFM-PristineSFM-Pristine 577 577 906906 0.4180.418 SFM-Q12SFM-Q12 547547 871871 0.5050.505 SFM-Q14SFM-Q14 570570 894894 0.5570.557 SFM-Q16SFM-Q16 622622 10051005 0.6150.615 SFM-Q18SFM-Q18 624624 10181018 0.6290.629 SFM-DSSFM-DS 658658 10511051 0.7600.760 SFM-N18SFM-N18 411411 653653 0.6840.684

실시예 7Example 7

실시예 1에서의 Fe 대신 Ni를 이용한 다공성 가교화점토를 제조하였다. 점토의 출발물질로는 몬트모릴로나이트 (Kunipia G, Kunimine Ind.)를 사용하고, Ni의 출발물질로는 NiCl2 .6H2O를 사용하였다. Ni의 혼합량은 Ni/Si/CEC(점토)의 몰비를 5/50/1로 하였다. 이외의 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 다만 가교화 졸-용액을 제조할 때 Ni 이온의 고분자화를 위하여 용액의 pH 는 4.3으로 조절하였다. NiO-SiO2 가교화 점토의 X-선 회절패턴에서는 2θ = 2o 부근에 매우 broad한 회절피크 관찰로부터 역시 NiO-SiO2 복합나노입자가 층간에 가교화 되었음을 확인 할 수 있었고, 400oC에서 열처리한 시료의 비표면적 (SBET)은 482 m2/g로 다공도가 우수한 물질이 제조되었음을 확인 하였다. ICP를 통한 원소분석 결과 (표 6)로 부터 층간에 삽입된 NiO의 함량은 몰비로 0.22 임을 확인 하였다. Porous crosslinked clay using Ni instead of Fe in Example 1 was prepared. Montmorillonite (Kunipia G, Kunimine Ind.) Was used as the starting material of clay, and NiCl 2 . 6H 2 O was used. The mixing amount of Ni made the molar ratio of Ni / Si / CEC (clay) 5/50/1. Processes other than this were performed in the same manner as in Example 1. However, when preparing a crosslinking sol-solution, the pH of the solution was adjusted to 4.3 to polymerize Ni ions. X- ray of the NiO-SiO 2 crosslinked clay in the diffraction pattern of 2θ = 2 also NiO-SiO 2 composite nanoparticles from the diffraction peak observed o very broad at the was able to confirm that the crosslinked interlayer, at 400 o C The specific surface area (S BET ) of the heat-treated sample was 482 m 2 / g to confirm that a material having excellent porosity was prepared. Elemental analysis through ICP (Table 6) confirmed that the content of NiO intercalated between the layers is 0.22 by molar ratio.

[표 6] ICP를 이용한 SiO2-NiO 가교화점토의 원소분석[Table 6] SiO 2 -NiO using ICP Elemental Analysis of Crosslinked Clay

SampleSample Analytical results (mol%)Analytical results (mol%) Pillar composition aPillar composition a SiO2 SiO 2 NiONiO Al2O3 Al 2 O 3 (SiO2)x (SiO 2 ) x (NiO)y (NiO) y x + yx + y SNM-400℃SNM-400 ℃ 76.176.1 0.80.8 6.56.5 19.8319.83 0.220.22 20.0520.05

a 가교화물질의 조성은 몬트모릴로나이트의 기본식을 가정하여 산출한 값이다. [(SiO2)x(NiO)y][(Si3.89Al0.11)(Al1.69Mg0.32Fe0.08)]O10(OH)2. a The composition of the crosslinking material is calculated by assuming the basic formula of montmorillonite. [(SiO 2 ) x (NiO) y ] [(Si 3.89 Al 0.11 ) (Al 1.69 Mg 0.32 Fe 0.08 )] O 10 (OH) 2 .

실시예 8Example 8

실시예 1에서의 Fe 대신 Co를 이용한 다공성 가교화점토를 제조하였다. 점토의 출발물질로는 몬트모릴로나이트 (Kunipia G, Kunimine Ind.)를 사용하고, Co의 출발물질로는 CoCl2 .6H2O를 사용하였다. Co의 혼합량은 Co/Si/CEC(점토)의 몰비를 5/50/1로 하였다. 이외의 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 다만 가교화 졸-용액을 제조할 때 Ni 이온의 고분자화를 위하여 용액의 pH 는 4.3으로 조절하였다. CoO-SiO2 가교화 점토의 X-선 회절패턴에서는 2θ < 2o 부근에 매우 broad한 회절피크 관찰로부터 층간에서의 가교화입자의 배열의 규칙성이 높지 않으나 출발물질인 점토 고유피크가 관찰되지 않는 것으로부터 CoO-SiO2 형태의 복합나노입자가 층간에 가교화 되었음을 확인 할 수 있었고, 400oC에서 열처리한 시료의 비표면적(SBET)은 540 m2/g로 다공도가 우수한 물질이 제조되었음을 확인 하였다. ICP를 통한 원소분석 결과(표 7) 층간에 삽입된 CoO의 함량은 NiO의 경우와 유하사게 몰비로 0.21 임을 확인 하였다. Porous crosslinked clay using Co instead of Fe in Example 1 was prepared. The starting material of clay is montmorillonite (Kunipia G, Kunimine Ind.), And the starting material of Co is CoCl 2 . 6H 2 O was used. The mixing amount of Co made the molar ratio of Co / Si / CEC (clay) 5/50/1. Processes other than this were performed in the same manner as in Example 1. However, when preparing a crosslinking sol-solution, the pH of the solution was adjusted to 4.3 to polymerize Ni ions. In the X-ray diffraction pattern of CoO-SiO 2 crosslinked clays, the observation of very broad diffraction peaks near 2θ <2 o shows that the regularity of the crosslinked particle arrangements between layers is not high, but the starting clay inherent peak is not observed. It can be confirmed that the composite nanoparticles of CoO-SiO 2 type were crosslinked between layers, and the specific surface area (S BET ) of the sample heat-treated at 400 ° C. was 540 m 2 / g, and a material having excellent porosity was produced. It was confirmed. As a result of elemental analysis through ICP (Table 7), the content of CoO intercalated between layers was 0.21 in the case of NiO and lower molar ratio.

[표 7] ICP를 이용한 SiO2-CoO 가교화점토의 원소분석[Table 7] SiO 2 -CoO using ICP Elemental Analysis of Crosslinked Clay

SampleSample Analytical results (mol%)Analytical results (mol%) Pillar composition aPillar composition a SiO2 SiO 2 CoOCoO Al2O3 Al 2 O 3 (SiO2)x (SiO 2 ) x (CoO)y (CoO) y x + yx + y SCM-400℃SCM-400 ℃ 76.776.7 0.70.7 6.46.4 20.5220.52 0.210.21 20.7320.73

a 가교화물질의 조성은 몬트모릴로나이트의 기본식을 가정하여 산출한 값이다. [(SiO2)x(CoO)y][(Si3.89Al0.11)(Al1.69Mg0.32Fe0.08)]O10(OH)2. a The composition of the crosslinking material is calculated by assuming the basic formula of montmorillonite. [(SiO 2 ) x (CoO) y ] [(Si 3.89 Al 0.11 ) (Al 1.69 Mg 0.32 Fe 0.08 )] O 10 (OH) 2 .

실시예 8Example 8

실시예 1에서 합성된 SiO2-Fe2O3 가교화 점토를 환원성 기체 분위기에서 열처리 하여 층간에 삽입되어 있는 Fe2O3 입자를 Fe 금속으로의 환원시키는 실험을 실시하였다. 즉, 400℃ 2시간 동안 대기분위기 하에서 열처리한 시료(SFM-Air-400)를 튜브형 전기로에 투입하고 수소기체를 일정하게 공급하면서 300 ~ 600℃ 범위에서 각각 2시간 열처리 하였다. 열처리한 후 샘플의 색이 초기 적갈색에서 은회색으로 변화된 것으로부터 층간에 Fe2O3가 금속 Fe로 환원되었음을 관능적으로도 확인 할 수 있었다. 도 6은 각각의 온도에서 환원한 시료의 X-선 회절도이다. 그림으로부터 환원 후에도 가교화 나노입자에 의한 적층구조가 그대로 유지되고 있음을 확인 할 수 있고, 또한 금속 Fe에 의한 특징회절피크가 뚜렷하게 관찰되지 않는 것으로부터 층간에 존재하는 Fe 금속입자가 나노크기를 갖고 있으며 고도로 분산되어 있음을 예측할 수 있었다. 즉, 층간에 Fe 금속이 점토의 실리케이트 격자층가 SiO2 입자에 의해 고정화 또는 담지되어 있어 열처리 과정중에 금속입자의 응집을 방지하고 있음을 확인 할 수 있었다. 도 7은 수소로 환원처리 하기 전후의 UV-Vis 분광분석 결과를 비교하였다. 수소 처리전의 시료 (SFM-Air-400)는 넓은 주파수 범위에서 나노입자 크기의 Fe2O3에 의한 고유의 흡광스펙트럼이 관찰되었으며 수소환원처리 시료 (SFM-H2-400)는 Fe 금속입자의 형성에 의한 특징적인 흡수스펙트럼이 관찰되었다. 이것으로부터 수소 환원처리에 의해 층간에 존재하는 Fe2O3 입자가 Fe 금속 입자로 환원되었음을 확인 할 수 있었다.The SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay synthesized in Example 1 was heat treated in a reducing gas atmosphere to reduce Fe 2 O 3 particles intercalated into Fe metal. That is, the sample (SFM-Air-400) heat-treated under the air atmosphere at 400 ℃ for 2 hours was put into a tube-type electric furnace and heat-treated at 300 ~ 600 ℃ range for 2 hours while supplying hydrogen gas constantly. After the heat treatment, the color of the sample was changed from the initial reddish brown to silver gray, and it was also confirmed that Fe 2 O 3 was reduced to the metal Fe between layers. 6 is an X-ray diffraction diagram of a sample reduced at each temperature. From the figure, it can be seen that the lamination structure of the crosslinked nanoparticles is maintained even after reduction, and that the feature diffraction peaks due to the metal Fe are not clearly observed. And highly distributed. That is, it was confirmed that the Fe silica layer of silica silicate layer is fixed or supported by the SiO 2 particles to prevent the aggregation of metal particles during the heat treatment process. Figure 7 compared the results of UV-Vis spectroscopy before and after the reduction treatment with hydrogen. In the pre-hydro treatment sample (SFM-Air-400), a unique absorption spectrum of Fe 2 O 3 nanoparticle size was observed over a wide frequency range, and the hydrogen reduction sample (SFM-H 2 -400) was used for Fe metal particles. Characteristic absorption spectra by formation were observed. From this, it was confirmed that the Fe 2 O 3 particles present in the interlayer were reduced to Fe metal particles by hydrogen reduction treatment.

실시예 9Example 9

실시예 8에 의해 합성된 환원된 SiO2-Fe 가교화 점토(SFM-H2-400)의 질소 흡착-탈착 등온선 분석을 실시하였으며, 이 등온선 분석으로부터 계산된 비표면적 및 다공부피는 표 8에 나타내었다. 수소를 이용한 환원처리 후에도 높은 비표면적 및 다공부피를 유지하고 있음을 확인 할 수 있었다.Nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis of the reduced SiO 2 -Fe crosslinked clay (SFM-H 2 -400) synthesized in Example 8 was carried out, and the specific surface area and pore volume calculated from this isotherm analysis are shown in Table 8. Indicated. It was confirmed that high specific surface area and pore volume were maintained even after reduction treatment with hydrogen.

[표 8] 환원된 SiO2-Fe 가교화점토의 비표면적 및 다공부피TABLE 8 Reduced SiO 2 -Fe Specific Surface Area and Porous Volume of Crosslinked Clay

SampleSample Surface area (㎡/g)Surface area (㎡ / g) Pore volume (ml/g)Pore volume (ml / g) SBET S BET Vtotal V total SFM-H2-400SFM-H 2 -400 680680 0.480.48

실시예 10Example 10

실시예 9와 동일하게 환원처리를 실시하였으며 다만, 환원을 위하 기체로 질소를 사용하였다. 환원처리 후의 X-선 회절분석을 통하여 실시예 9와 유사하게 환원처리 후에도 가교화물질의 적층구조에 의한 특유의 회절패턴의 관찰로부터 적층 및 다공구조가 유지되고 있음을 확인 할 수 있었고, 환원된 Fe 입자의 응집에 의한 금속 Fe의 회절패턴을 보이지 않았다. 이로부터 역시 층간에 생성된 Fe 금속입자는 나노미터 크기를 갖고 고도의 분산성을 유지하고 있음을 확인 할 수 있었다. 질소 흡착-탈착 등온선 분석으로부터 비표면적(SBET)은 687m2/g, 다공부피는 0.49mL/g로 질소를 환원기체로 하여 열처리 한 경우에도 높은 비표면적 및 다공부피를 유지함을 확인 할 수 있었다.Reduction was carried out in the same manner as in Example 9 except that nitrogen was used as a gas for reduction. Through the X-ray diffraction analysis after the reduction treatment, similar to Example 9, it was confirmed that the lamination and the porous structure were maintained from the observation of the unique diffraction pattern due to the lamination structure of the crosslinked material even after the reduction treatment. No diffraction pattern of the metal Fe due to aggregation of the particles was observed. From this, Fe metal particles also formed between the layers can be confirmed that the nanometer size and maintain a high dispersibility. From the nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis, the specific surface area (S BET ) was 687m 2 / g and the pore volume was 0.49mL / g, and it was confirmed that high specific surface area and porous volume were maintained even when heat treatment was carried out using nitrogen as the reducing gas. .

실시예 11Example 11

실시예 1에 의해 합성된 시료인 SiO2-Fe2O3 가교화 점토 (SFM-Air-400)와 이 가교화 점토를 실시예 8에 환원한 시료인 SiO2-Fe 가교화 점토 (SFM-H2-400)에 대한 휘발성 유기물의 하나인 톨루엔에 대한 흡착-탈착 등온선을 실온에서 중량법 (gravimetric analysis)을 이용하여 측정하였으며 도 8에 등온선을 도시하였다. 측정결과 톨루엔에 대한 흡착량이 각각 0.48mL/g(SFM-Air-400)과 0.47mL/g (SFM-H2-400)으로 두 가지 형태의 다공성 가교화 물질 모두 휘발성 유기화합물인 톨루엔에 대한 흡착특성이 매우 우수함을 확인 할 수 있었다. SiO 2 -Fe 2 O 3 crosslinked clay (SFM-Air-400) which is a sample synthesized in Example 1 and SiO 2 -Fe crosslinked clay (SFM-), which is a sample obtained by reducing the crosslinked clay in Example 8 Adsorption-desorption isotherms for toluene, one of the volatile organics for H 2 -400), were measured using gravimetric analysis at room temperature and isotherms are shown in FIG. 8. As a result, the adsorption amount of toluene was 0.48 mL / g (SFM-Air-400) and 0.47 mL / g (SFM-H 2 -400), respectively, and both types of porous crosslinking materials were adsorbed to volatile organic compound toluene. It was confirmed that the characteristics are very excellent.

실시예 12Example 12

실시예 8에 의해 합성된 시료인 SiO2-Fe 가교화 점토 (SFM-H2-400)의 일산화탄소(CO)의 흡착률을 적외선분광분석법을 이용하여 평가 하였다. 평가는 시료 0.2g을 전체용량 500mL의 IR 셀에 장착한 후 셀내를 진공으로 해주고 여기에 일산화탄소 5,000ppm을 주입한 다음 시간경과에 CO의 특정흡수피크인 2170cm-1 에서의 투과도를 측정하여 CO의 제거율을 측정하였다. 도 9는 적외선분광분석법을 이용하여 측정한 CO의 제거율을 도시한 그래프이다. 도 9로부터 다공성 가교화 점토는 일산화탄소의 흡착제거율이 매우 우수함을 확인 할 수 있었다.The adsorption rate of carbon monoxide (CO) of the SiO 2 -Fe crosslinked clay (SFM-H 2 -400), which was a sample synthesized in Example 8, was evaluated using an infrared spectroscopy. The evaluation was carried out by mounting 0.2 g of the sample in an IR cell with a total volume of 500 mL, vacuuming the cell, injecting 5,000 ppm of carbon monoxide therein, and measuring the permeability at a specific absorption peak of 2170 cm -1 over time. The removal rate was measured. 9 is a graph showing the removal rate of CO measured using infrared spectroscopy. From Figure 9 it can be confirmed that the porous crosslinked clay is very excellent adsorption removal rate of carbon monoxide.

실시예 13Example 13

실시예 8에 의해 합성된 시료인 SiO2-Fe 가교화 점토(SFM-H2-400)의 암모니아 제거율을 측정하였다. 평가는 시료 0.2g을 세라믹허니컴 담체에 코팅하고 이것을 지름 5.5cm의 반응셀에 장착한 다음, 암모니아를 4ppm의 농도로 일정하게 흘려주면서 샘플셀을 통과한 암모니아의 농도를 측정하므로써 시료에 의한 암모니아 제거율을 계산하였다. 도 10은 시간에 따른 암모니아의 제거율을 도시한 그래프로 60시간까지도 90% 이상의 암모니아 제거율을 나타냄을 확인 할 수 있었다. The ammonia removal rate of the SiO 2 -Fe crosslinked clay (SFM-H 2 -400) which is a sample synthesized in Example 8 was measured. The evaluation was performed by coating 0.2 g of the sample on a ceramic honeycomb carrier, mounting it in a reaction cell of 5.5 cm in diameter, and then measuring the concentration of ammonia that passed through the sample cell while constantly flowing ammonia at a concentration of 4 ppm. Was calculated. 10 is a graph showing the removal rate of ammonia over time, it was confirmed that the ammonia removal rate of 90% or more even up to 60 hours.

본 발명을 통해 제공되는 금속담지 다공성 물질은 첫째, 천연이나 합성점토를 담체로 이용함에 따라 제조단가가 낮고, 둘째, 제조공정에 고가의 장비가 소요되지 않고 제조공정이 간단하며, 셋째, 나노크기의 금속 또는 금속산화물이 점토의 격자층간에 고도로 분산된 상태로 안정화 되어 있어 촉매 및 흡착성능이 탁월하고, 촉매 또는 흡착공정이나, 재생공정에서 입자들의 응집에 의한 다공도의 감소, 구조의 변형을 효과적으로 방지할 수 있으며, 넷째, 공정변수의 용이한 제어를 통해 동공의 크기, 비표면적, 다공도를 용이하게 제어 할 수 있고, 다섯째, 졸, 겔, 분체 등 다양한 형태의 소재의 제조가 가능하며, 여섯째, 담지금속 및 금속산화물의 종류를 용이하게 변화시킬 수 있어 소재의 응용확장성이 뛰어난 특징을 나타낸다.The metal-supported porous material provided through the present invention has a low manufacturing cost by using natural or synthetic clay as a carrier, and secondly, does not require expensive equipment in the manufacturing process and is simple in manufacturing process. Metals and metal oxides are stabilized in a highly dispersed state among the lattice layers of clay, so that the catalyst and adsorption performance are excellent, and the porosity of the particles is reduced and the structure is effectively modified by the aggregation of particles in the catalyst or adsorption process or regeneration process. Fourth, through easy control of process variables, pupil size, specific surface area, and porosity can be easily controlled.Fifth, it is possible to manufacture various types of materials such as sol, gel, and powder. It is possible to easily change the kinds of metals, supported metals and metal oxides, which shows the excellent application expandability of the material.

따라서, 본 발명을 통해서 얻어지는 금속담지 다공성 물질은 산업현장, 자동차, 발전소, 소각로, 보일러, 화재, 일반가정에 발생하는 유해기체인 암모니아 및 아민화합물, 황화합물, 일산화탄소, 다이옥신, 휘발성유기물, 질소산화물, 황산화물 등에 대한 흡착제거 및 분해제거를 목적으로 하는 곳에 효과적으로 적용될 수 있는 특징을 갖는다. Therefore, the metal-supported porous material obtained through the present invention is ammonia and amine compounds, sulfur compounds, carbon monoxide, dioxin, volatile organic matter, nitrogen oxide, It has a feature that can be effectively applied to the purpose of adsorption removal and decomposition removal of sulfur oxides and the like.

Claims (13)

금속 단독, 금속산화물 단독, 또는 금속-금속산화물 복합형태의 나노입자가 팽윤성 점토의 층간에 가교화된 다공성물질 및 제조방법.A method for producing a porous material and a method in which nanoparticles of a metal alone, a metal oxide alone, or a metal-metal oxide complex are crosslinked between layers of swellable clay. 청구항 1의 금속은 알카리금속, 알카리토금속, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Si, Mo, W, Nb, Sn, Sb, Ir, Ag, Cd, Ru, Pt, Rh, Pd, Au, 란타늄금속 가운데 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것.The metal of claim 1 is an alkali metal, alkaline earth metal, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Si, Mo, W, Nb, Sn, Sb, Ir, Ag, Cd , Ru, Pt, Rh, Pd, Au, characterized in that it comprises one or more selected from the lanthanum metal. 청구항 1의 금속산화물은 MxOy로 표현되는 것으로 금속이온(M)은 Si, Zr, Ce, Fe, Cr, Mn, Nb, Ni, Cu, Co, V 가운데 선택된 하나이상이고 x = 1 ~ 3, y = 1 ~ 5 범위의 정수값을 갖는 것을 특징으로 하는 것.The metal oxide of claim 1 is represented by M x O y and the metal ion (M) is at least one selected from Si, Zr, Ce, Fe, Cr, Mn, Nb, Ni, Cu, Co, and V = 1 ~ 3, y = 1 to 5 characterized in that it has an integer value. 청구항 1의 팽윤성 점토는 합성 또는 천연의 몬트모릴로나이트, 헥토라이트, 바이델라이트, 사포나이트를 포함하는 스멕타이트계 점토, 버미큘라이트, 팽윤성운모, 카네마이트, 마가다이트, 케냐이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 것.Swellable clay of claim 1 is characterized in that the synthetic or natural montmorillonite, hectorite, Weidelite, smectite-based clay including saponite, vermiculite, swellable mica, canneite, margotite, kenyanite To do. 청구항 1의 금속, 금속산화물, 또는 금속-금속산화물 복합형태 나노입자가 점토의 층간에 단일층 또는 다중층 형태로 삽입되어 가교화된 다공구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 것.The metal, metal oxide, or metal-metal oxide composite nanoparticles of claim 1 are inserted into a single layer or multiple layers between layers of clay to form a crosslinked porous structure. 청구항 1의 나노입자의 크기는 0.5 nm ~ 200 nm인 것을 특징으로 하는 것.The size of the nanoparticles of claim 1 is characterized in that 0.5 nm ~ 200 nm. 청구항 1의 다공성물질의 비표면적이 50 ~ 1000m2/g 인 것을 특징으로 하는 것.Characterized in that the specific surface area of the porous material of claim 1 is 50 ~ 1000m 2 / g. 청구항 1의 제조방법은 팽윤성 점토를 물 또는 유기용매에 분산시키는 단계, 가교화물질을 제조하는 단계, 가교화물질과 팽윤성 점토를 혼합하여 반응시키는 단계, 반응물질과 용매를 분리하는 단계, 물 또는 유기용매를 이용하여 세척하는 단계, 건조하는 단계, 가열하는 단계, 및 금속산화물을 금속으로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 comprises the steps of dispersing the swellable clay in water or an organic solvent, preparing a crosslinking material, mixing and reacting the crosslinking material and the swellable clay, separating the reactant and the solvent, water or Washing with an organic solvent, drying, heating, and reducing the metal oxide to metal. 청구항 8에서 가교화물질과 팽윤성 점토를 혼합하여 반응시키는 단계에서 추가적으로 계면할성제, 고분자물질 가운데 선택된 하나이상의 유기물을 더 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 것.The method of claim 8, wherein in the step of reacting the crosslinking material and the swellable clay, additionally, at least one organic material selected from a surfactant and a polymer material is added to the reaction. 청구항 8의 금속산화물을 금속으로 환원하는 단계는 수소, 질소, 헬륨, 일산화탄소로부터 선택되는 환원가스를 이용하여 100 ~ 800oC의 범위에서 1시간에서 24시간 범위내에서 처리하는 것을 특징으로 하는 것.Reducing the metal oxide of claim 8 to the metal is characterized in that the treatment with a reducing gas selected from hydrogen, nitrogen, helium, carbon monoxide within a range of 1 hour to 24 hours in the range of 100 ~ 800 o C . 청구항 8에서 세척하는 단계 후 얻어지는 졸 또는 겔 상태의 생성물을 직접 담체에 담지한 후 열처리 및 환원하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 8 characterized in that the product obtained in the sol or gel state obtained after the washing step is directly supported on a carrier, followed by heat treatment and reduction. 청구항 11의 담체는 세라믹허니컴, 세라믹섬유, 탄소섬유, 세라믹폼필터, 다공성 고분자, 다공성 무기입자, 부직포 가운데 선택되는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 11, wherein the carrier is selected from ceramic honeycomb, ceramic fiber, carbon fiber, ceramic foam filter, porous polymer, porous inorganic particles, nonwoven fabric. 청구항 1의 다공성 물질이 암모니아 화합물, 황화합물, 알데하이드, 다이옥신, 휘발성유기물, 일산화탄소, 질소산화물, 불소화합물, 독성기체, 산성가스, 염기성가스에 대한 흡착 또는 분해특성을 갖는 것을 특징으로 하는 것. Claim 1 characterized in that the porous material has adsorption or decomposition properties for ammonia compounds, sulfur compounds, aldehydes, dioxins, volatile organics, carbon monoxide, nitrogen oxides, fluorine compounds, toxic gases, acidic gases, basic gases.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012123253A3 (en) * 2011-03-14 2013-03-28 Closed Stock Company "Institute Of Applied Nanotechnology" Method of estimation of influence of nano-components on sanitary-chemical properties of polymeric materials and new improved polymeric compositions thus produced
KR101466827B1 (en) * 2011-09-22 2014-11-28 주식회사 세일에프에이 Preparation method of porous materials for removing carbon monoxide
CN104353841A (en) * 2014-07-31 2015-02-18 山东大学 Method for mass preparation of nano-ferronickel bi-metal with montmorillonite used as carrier according to hydrogen reduction method
CN107838427A (en) * 2017-10-31 2018-03-27 成都易态科技有限公司 Porous sintered metal laminated film and preparation method thereof
CN110256731A (en) * 2019-06-15 2019-09-20 华北科技学院 A kind of method of preparation and use for the pillared interlayed clay maintaining polylactic acid performance balance
WO2019218608A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 华南理工大学 Magnetic nano composite material based on two-dimensional layered material magadiite, and preparation method and application thereof
KR102071820B1 (en) 2019-04-02 2020-01-30 한국철도기술연구원 Manufacture Method of Activated Carbon Fiber with Antibacterial and Antiviral
KR20210032973A (en) * 2018-07-20 2021-03-25 알란텀 유럽 게엠베하 Catalyst material and its preparation method
CN113024978A (en) * 2021-02-26 2021-06-25 贵州省材料产业技术研究院 Microporous PVA composite material and preparation method thereof
WO2024101845A1 (en) * 2022-11-09 2024-05-16 충남대학교산학협력단 Carbon monoxide adsorbent and method for producing same
CN120115179A (en) * 2025-01-23 2025-06-10 北京市生态环境保护科学研究院 A bimetallic catalyst for purifying oil fume VOCs and its preparation method and application

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012123253A3 (en) * 2011-03-14 2013-03-28 Closed Stock Company "Institute Of Applied Nanotechnology" Method of estimation of influence of nano-components on sanitary-chemical properties of polymeric materials and new improved polymeric compositions thus produced
KR101466827B1 (en) * 2011-09-22 2014-11-28 주식회사 세일에프에이 Preparation method of porous materials for removing carbon monoxide
CN104353841A (en) * 2014-07-31 2015-02-18 山东大学 Method for mass preparation of nano-ferronickel bi-metal with montmorillonite used as carrier according to hydrogen reduction method
CN107838427A (en) * 2017-10-31 2018-03-27 成都易态科技有限公司 Porous sintered metal laminated film and preparation method thereof
CN107838427B (en) * 2017-10-31 2024-05-14 成都易态科技有限公司 Porous sintered metal composite film and preparation method thereof
WO2019218608A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 华南理工大学 Magnetic nano composite material based on two-dimensional layered material magadiite, and preparation method and application thereof
KR20210032973A (en) * 2018-07-20 2021-03-25 알란텀 유럽 게엠베하 Catalyst material and its preparation method
KR102071820B1 (en) 2019-04-02 2020-01-30 한국철도기술연구원 Manufacture Method of Activated Carbon Fiber with Antibacterial and Antiviral
CN110256731A (en) * 2019-06-15 2019-09-20 华北科技学院 A kind of method of preparation and use for the pillared interlayed clay maintaining polylactic acid performance balance
CN113024978A (en) * 2021-02-26 2021-06-25 贵州省材料产业技术研究院 Microporous PVA composite material and preparation method thereof
CN113024978B (en) * 2021-02-26 2022-08-12 贵州省材料产业技术研究院 Microporous PVA composite material and preparation method thereof
WO2024101845A1 (en) * 2022-11-09 2024-05-16 충남대학교산학협력단 Carbon monoxide adsorbent and method for producing same
CN120115179A (en) * 2025-01-23 2025-06-10 北京市生态环境保护科学研究院 A bimetallic catalyst for purifying oil fume VOCs and its preparation method and application

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