KR20200031754A - a metal-complex mesoporous carbon membrane using silica nanoparticle and a method manufacturing the same - Google Patents

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KR20200031754A KR1020180110579A KR20180110579A KR20200031754A KR 20200031754 A KR20200031754 A KR 20200031754A KR 1020180110579 A KR1020180110579 A KR 1020180110579A KR 20180110579 A KR20180110579 A KR 20180110579A KR 20200031754 A KR20200031754 A KR 20200031754A
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Abstract

The present invention relates to a mesoporous carbon porous membrane and a method for preparing the same. The method of the present invention comprises the steps of: (a) preparing silica nanoparticles having the diameter of 10 to 200 nm; (b) preparing a nanocomplex by stirring the silica nanoparticles, a carbon precursor and a solvent to apply a pressure thereto; (c) preparing a carbon complex by thermally treating the nanocomplex under an non-oxidizing atmosphere; (d) preparing a carbon porous membrane by treating the carbon complex with acid to remove the silica nanoparticles; (e) modifying a surface of the carbon porous membrane by treating the carbon porous membrane with diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group and a phosphoric acid group; and (f) preparing a metal-complex carbon porous membrane by treating the modified carbon porous membrane with a metal solution.

Description

실리카 나노입자를 이용한 금속 복합체 메조포러스 탄소 기공막 및 그 제조방법{a metal-complex mesoporous carbon membrane using silica nanoparticle and a method manufacturing the same}A metal-complex mesoporous carbon membrane using silica nanoparticle and a method manufacturing the same}

본 발명은 메조포러스 탄소 기공막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 직경이 10~200nm인 실리카 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매를 교반한 후 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계; (c) 상기 나노 복합체를 비 산화 분위기 하에서 열처리하여 탄소 복합체를 제조하는 단계; (d) 상기 탄소 복합체를 산 처리하여 실리카 나노입자를 제거하고 탄소 기공막을 제조하는 단계; (e) 상기 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 탄소 기공막의 표면을 개질하는 단계; 및 (f) 상기 개질된 탄소 기공막을 금속 용액으로 처리하여 금속 착물형 탄소 기공막을 제조하는 단계를 포함하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법 및 이로부터 제조된 메조포러스 탄소 기공막에 관한 것이다. The present invention relates to a mesoporous carbon porous membrane and a method for manufacturing the same, and more specifically, (a) preparing silica nanoparticles having a diameter of 10 to 200 nm; (b) preparing the nanocomposite by stirring the silica nanoparticles, carbon precursor and solvent and applying pressure; (c) preparing the carbon composite by heat-treating the nanocomposite under a non-oxidizing atmosphere; (d) removing the silica nanoparticles by acid-treating the carbon composite and preparing a carbon porous film; (e) treating the carbon porous membrane with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group and phosphoric acid group to modify the surface of the carbon porous film; And (f) a method for producing a mesoporous carbon porous membrane comprising the step of producing a metal complex-type carbon porous membrane by treating the modified carbon porous membrane with a metal solution and a mesoporous carbon porous membrane prepared therefrom.

메조포러스 물질은 촉매, 지지체, 흡착제, 분리막, 센서 등의 분야에 널리 사용되고 있다. Mesoporous materials are widely used in fields such as catalysts, supports, adsorbents, separators and sensors.

상기 메조포러스 물질은 내부에 포함된 기공의 크기, 분포, 형상 등에 따라 특성이 달라지므로, 내부 기공의 크기, 분포, 형상 등을 조절하기 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다. Since the mesoporous material has different characteristics depending on the size, distribution, shape, etc. of pores contained therein, various studies have been conducted to control the size, distribution, shape, etc. of the inner pores.

메조포러스 물질과 관련하여 한국등록특허 제10-1852924호 등은 나노기공 구조를 형성하는 다공성 영역 및 비다공성 영역을 포함하는 혼성 다공성 구조체를 개시하고 있다. With regard to mesoporous materials, Korean Patent Registration No. 10-1852924, etc. discloses a hybrid porous structure including a porous region and a non-porous region forming a nanoporous structure.

그러나 상기 문헌에 개시된 기술은 다공성 구조체의 강도가 낮고 구조체의 표면특성이 불량하여 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성, 항균성 등이 열등하므로 고기능성 탄소 기공막을 필요로 하는 소비자의 요구를 충족시킬 수 없다. However, the technology disclosed in the above document has low strength of the porous structure and poor surface characteristics of the structure, thereby inferior to harmful gas removal characteristics, fine dust removal characteristics, and antimicrobial properties, thereby satisfying the needs of consumers who require a high-functional carbon porous membrane. none.

한국등록특허 제10-1852924호Korean Registered Patent No. 10-1852924

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄소 기공막의 표면에 금속 착물을 형성함으로써 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수한 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art, by forming a metal complex on the surface of the carbon porous film to provide a method for producing a mesoporous carbon porous film excellent in removing harmful gases, removing fine dust and antibacterial properties There is this.

또한 본 발명은 내부 기공의 크기가 균일하고 강도가 우수한 메조포러스 탄소 기공막을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a mesoporous carbon porous membrane having a uniform internal pore size and excellent strength.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 직경이 10~200nm인 실리카 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매를 교반한 후 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계; (c) 상기 나노 복합체를 비 산화 분위기 하에서 열처리하여 탄소 복합체를 제조하는 단계; (d) 상기 탄소 복합체를 산 처리하여 실리카 나노입자를 제거하고 탄소 기공막을 제조하는 단계; (e) 상기 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 탄소 기공막의 표면을 개질하는 단계; 및 (f) 상기 개질된 탄소 기공막을 금속 용액으로 처리하여 금속 착물형 탄소 기공막을 제조하는 단계를 포함하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) preparing silica nanoparticles having a diameter of 10 to 200 nm; (b) preparing the nanocomposite by stirring the silica nanoparticles, carbon precursor and solvent and applying pressure; (c) preparing the carbon composite by heat-treating the nanocomposite under a non-oxidizing atmosphere; (d) removing the silica nanoparticles by acid-treating the carbon composite and preparing a carbon porous film; (e) treating the carbon porous membrane with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group and phosphoric acid group to modify the surface of the carbon porous film; And (f) treating the modified carbon porous film with a metal solution to prepare a metal complex carbon porous film.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 알코올, 수산화암모늄 및 물을 10~100:0.5~10:1의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1혼합물에 알코올 및 실리카 전구체를 1~10:1의 부피비로 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제1혼합물에 포함된 알코올과 상기 제2혼합물에 첨가된 알코올의 부피비는 5~50:1인 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the step (a) comprises the steps of stirring the alcohol, ammonium hydroxide and water in a volume ratio of 10 to 100: 0.5 to 10: 1 for 10 to 60 minutes to prepare a first mixture; Preparing a second mixture by adding an alcohol and a silica precursor to the first mixture in a volume ratio of 1 to 10: 1 and stirring for 1 to 5 hours; And evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles, wherein the volume ratio of the alcohol contained in the first mixture and the alcohol added to the second mixture is 5-50: 1. It is characterized by.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 실리카 나노입자 및 탄소 전구체를 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1혼합물에 용매의 일부를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 상기 제2혼합물에 나머지 용매를 첨가한 후 교반하여 제3혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제3혼합물에 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the step (b) comprises the steps of preparing the first mixture by stirring the silica nanoparticles and carbon precursor; Preparing a second mixture by adding a part of the solvent to the first mixture and then stirring; Preparing a third mixture by adding and stirring the remaining solvent to the second mixture; And manufacturing a nanocomposite by applying pressure to the third mixture.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는 탄소 기공막 100중량부에 대하여 디아조늄염 1~10중량부가 사용되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, step (e) is characterized in that 1 to 10 parts by weight of diazonium salt is used with respect to 100 parts by weight of the carbon porous film.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (f) 단계는 탄소 기공막의 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속 착물을 형성하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the step (f) is characterized in that the metal formed of the metal complex of the functional group and the metal solution formed on the surface of the carbon porous film.

또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 메조포러스 탄소 기공막을 제공한다. In addition, the present invention provides a mesoporous carbon porous membrane prepared by the above manufacturing method.

본 발명은 탄소 기공막의 표면에 금속 착물을 형성함으로써 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수한 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a method for producing a mesoporous carbon porous membrane having excellent gas removal characteristics, fine dust removal characteristics and antibacterial properties by forming a metal complex on the surface of the carbon porous membrane.

또한 본 발명은 내부 기공의 크기가 균일하고 강도가 우수하여 마스크, 필터, 촉매, 흡착제, 센서 등에 장기간 안정적으로 사용될 수 있는 메조포러스 탄소 기공막을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a mesoporous carbon porous membrane that can be stably used for a long period of time in a mask, a filter, a catalyst, an adsorbent, a sensor, etc., because the size of the internal pores is uniform and has excellent strength.

도 1은 본 발명의 실리카 나노입자를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 나노 복합체를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 탄소 복합체를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 산 처리 후 탄소 기공막을 나타낸다.
1 shows the silica nanoparticles of the present invention.
Figure 2 shows the nanocomposite of the present invention.
3 shows the carbon composite of the present invention.
4 shows the carbon porous membrane after the acid treatment of the present invention.

이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. The terms, examples, and the like used in the present invention are merely exemplified in order to explain the present invention in more detail and help a person of ordinary skill in the art understand, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited thereto.

본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.Technical terms and scientific terms used in the present invention, unless otherwise defined, refer to meanings commonly understood by those skilled in the art to which this invention belongs.

본 발명은 (a) 직경이 10~200nm인 실리카 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매를 교반한 후 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계; (c) 상기 나노 복합체를 비 산화 분위기 하에서 열처리하여 탄소 복합체를 제조하는 단계; (d) 상기 탄소 복합체를 산 처리하여 실리카 나노입자를 제거하고 탄소 기공막을 제조하는 단계; (e) 상기 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 탄소 기공막의 표면을 개질하는 단계; 및 (f) 상기 개질된 탄소 기공막을 금속 용액으로 처리하여 금속 착물형 탄소 기공막을 제조하는 단계를 포함하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법에 관한 것이다. The present invention (a) preparing a silica nanoparticle having a diameter of 10 ~ 200nm; (b) preparing the nanocomposite by stirring the silica nanoparticles, carbon precursor and solvent and applying pressure; (c) preparing the carbon composite by heat-treating the nanocomposite under a non-oxidizing atmosphere; (d) removing the silica nanoparticles by acid-treating the carbon composite and preparing a carbon porous film; (e) treating the carbon porous membrane with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group and phosphoric acid group to modify the surface of the carbon porous film; And (f) treating the modified carbon porous film with a metal solution to produce a metal complex carbon porous film.

상기 (a) 단계는 실리카 나노입자를 제조하는 단계로서 알코올, 수산화암모늄 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1혼합물에 알코올 및 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함한다(도 1). The step (a) is a step of preparing silica nanoparticles, preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water; Adding an alcohol and a silica precursor to the first mixture, followed by stirring to prepare a second mixture; And evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles (FIG. 1).

알코올로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 에탄올이 사용되는 것이 바람직하다. As alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol and the like can be used without limitation, and ethanol is preferably used.

실리카 전구체의 가수분해를 촉진하기 위하여 수산화암모늄, 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 수산화암모늄이 사용되는 것이 바람직하다. In order to promote the hydrolysis of the silica precursor, ammonium hydroxide, ammonia water, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. may be used without limitation, and ammonium hydroxide is preferably used.

실리카 전구체로는 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 등의 알콕시실란, 소듐 실리케이트(sodium silicate), 포타슘 실리케이트(potassium silicate), 실리콘 테트라클로라이드 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 테트라에톡시실란이 사용되는 것이 바람직하다. Silica precursors include alkoxysilanes such as tetramethoxysilane (TMOS) and tetraethoxysilane (TEOS), sodium silicate, potassium silicate, silicon tetrachloride, etc., and can be used without limitation. It is preferred that ethoxysilanes are used.

알코올, 수산화암모늄, 물 및 실리카 전구체는 동시에 혼합하여 교반하지 않는데, 이는 동시에 혼합하는 경우 제조된 실리카 나노입자의 크기가 균일하지 않아 탄소 기공막의 강도 및 흡착 특성이 저하되기 때문이다. Alcohol, ammonium hydroxide, water, and silica precursors are not mixed and stirred at the same time, because when mixed at the same time, the size of the prepared silica nanoparticles is not uniform, and the strength and adsorption properties of the carbon porous film are lowered.

먼저 알코올, 수산화암모늄 및 물을 10~100:0.5~10:1의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조한다. First, the first mixture is prepared by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water in a volume ratio of 10 to 100: 0.5 to 10: 1 for 10 to 60 minutes.

상기 제1혼합물에 알코올 및 실리카 전구체를 1~10:1의 부피비로 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조한다. After adding the alcohol and silica precursor to the first mixture in a volume ratio of 1 to 10: 1, stirring for 1 to 5 hours to prepare a second mixture.

상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하며, 상기 제1혼합물에 포함된 알코올과 상기 제2혼합물에 첨가된 알코올의 부피비는 5~50:1인 것이 바람직하다. Silica nanoparticles are prepared by evaporating the solvent contained in the second mixture, and the volume ratio of the alcohol contained in the first mixture and the alcohol added to the second mixture is preferably 5-50: 1.

실리카 나노입자의 직경은 10~200nm이며, 30~150nm인 것이 바람직하다. 직경이 10nm 미만인 경우 제조된 탄소 기공막의 기공이 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없으며, 200nm를 초과하는 경우 탄소 기공막의 강도, 열적 특성 및 내구성이 저하된다. The diameter of the silica nanoparticles is 10 to 200 nm, preferably 30 to 150 nm. When the diameter is less than 10 nm, the pores of the produced carbon pore film are small, so that harmful gases and fine dust cannot be effectively adsorbed, and when it exceeds 200 nm, the strength, thermal properties and durability of the carbon pore film are deteriorated.

상기 (a) 단계를 통해 제조된 실리카 나노입자는 크기가 균일하므로, 이를 통해 제조된 탄소 기공막은 강도가 우수하고, 유해가스 및 미세먼지를 안정적으로 흡착할 수 있다. Since the silica nanoparticles produced through the step (a) have a uniform size, the carbon porous membrane produced through this has excellent strength and can stably adsorb harmful gases and fine dust.

상기 (b) 단계는 실리카 나노입자 및 탄소 전구체를 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1혼합물에 용매의 일부를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 상기 제2혼합물에 나머지 용매를 첨가한 후 교반하여 제3혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제3혼합물에 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계를 포함한다(도 2). The step (b) comprises the steps of preparing the first mixture by stirring the silica nanoparticles and the carbon precursor; Preparing a second mixture by adding a part of the solvent to the first mixture and then stirring; Preparing a third mixture by adding and stirring the remaining solvent to the second mixture; And preparing a nanocomposite by applying pressure to the third mixture (FIG. 2).

제조된 실리카 나노입자는 상호 응집되어 입자의 크기가 증가할 수 있는데, 이러한 응집 현상을 방지하기 위하여 실리카 나노입자는 계면활성제, 안정화제 등으로 표면 처리될 수 있다. The prepared silica nanoparticles can be aggregated with each other to increase the size of the particles. To prevent such agglomeration, the silica nanoparticles may be surface treated with a surfactant, a stabilizer, and the like.

계면활성제로는 알킬 트리메틸암모늄 할라이드 등의 양이온 계면활성제; 올레산, 알킬 아민 등의 중성 계면활성제; 소디움 알킬설페이트, 소디움 알킬포스페이트 등의 음이온 계면활성제가 제한 없이 사용될 수 있다. As the surfactant, cationic surfactants such as alkyl trimethylammonium halide; Neutral surfactants such as oleic acid and alkyl amines; Anionic surfactants such as sodium alkyl sulfate and sodium alkyl phosphate can be used without limitation.

상기 탄소 전구체는 열처리 과정에서 탄화되는 물질로서, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 페놀수지, 케톤수지, 아크릴 수지, 단당류, 다당류 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐클로라이드 및 폴리비닐알코올이 동시에 사용되는 것이 좋다. The carbon precursor is a material that is carbonized in the heat treatment process, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, phenol resin, ketone resin, acrylic resin, monosaccharides, polysaccharides, etc. can be used without limitation, preferably poly It is recommended that vinyl chloride and polyvinyl alcohol are used at the same time.

폴리비닐클로라이드 및 폴리비닐알코올의 중량비는 60~80:20~40인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 탄소기공막의 강도 및 흡착특성이 우수하다. The weight ratio of polyvinyl chloride and polyvinyl alcohol is preferably 60 to 80: 20 to 40, and when the content range is satisfied, the strength and adsorption properties of the carbon porous film are excellent.

상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올 등의 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에탄올과 메틸에틸케톤의 공용매가 사용되는 것이 좋다. As the solvent, alcohols such as water, methanol, ethanol, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone may be used without limitation, and preferably, a co-solvent of ethanol and methyl ethyl ketone is preferably used.

에탄올과 메틸에틸케톤의 중량비는 20~40:60~80인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 탄소기공막의 강도 및 흡착특성이 우수하다. The weight ratio of ethanol and methyl ethyl ketone is preferably 20 to 40:60 to 80, and when the content range is satisfied, the strength and adsorption properties of the carbon porous membrane are excellent.

실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매는 동시에 혼합하여 교반하지 않는데, 이는 동시에 혼합하는 경우 제조된 탄소 기공막의 기공의 크기가 균일하지 않아 탄소 기공막의 강도 및 흡착 특성이 저하되기 때문이다. Silica nanoparticles, carbon precursors, and solvents are not mixed and stirred at the same time, because when mixed at the same time, the pore size of the prepared carbon pore film is not uniform, and the strength and adsorption properties of the carbon pore film are lowered.

먼저 실리카 나노입자 및 탄소 전구체를 1:1~6의 중량비로 교반하여 제1혼합물을 제조한다. First, the first mixture is prepared by stirring the silica nanoparticles and the carbon precursor in a weight ratio of 1: 1 to 6.

상기 제1혼합물에 용매의 일부를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하며, 상기 제2혼합물에 나머지 용매를 첨가한 후 교반하여 제3혼합물을 제조하며, 상기 제3혼합물에 80~500℃, 50~150기압에서 1~10분 압력을 가한 후, 160~500기압에서 10분~2시간 압력을 가하여 나노 복합체를 제조한다. A portion of the solvent is added to the first mixture, followed by stirring to prepare a second mixture, and after adding the remaining solvent to the second mixture, stirred to prepare a third mixture, 80-500 ° C. to the third mixture. , After applying a pressure of 1 to 10 minutes at 50 ~ 150 atm, then a pressure of 10 to 2 hours at 160 ~ 500 atm to prepare a nanocomposite.

상기 실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매의 중량비는 1:1~6:1~6인 것이 바람직하다. The weight ratio of the silica nanoparticles, carbon precursor, and solvent is preferably 1: 1 to 6: 1 to 6.

상기 용매는 한 번에 첨가하지 않고 수회에 걸쳐 나누어 첨가하는데, The solvent is not added at one time, but is divided and added several times.

2~6회로 나누어 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add it in 2-6 times.

상기 (b) 단계의 나노 복합체로부터 제조된 탄소 기공막은 내부에 포함된 기공의 크기가 균일하여 강도가 우수하고, 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 있다. The carbon porous membrane prepared from the nanocomposite of step (b) has a uniform pore size and excellent strength, and can effectively adsorb harmful gases and fine dust.

상기 (c) 단계는 아르곤 또는 질소의 비 산화 분위기 하에서 나노 복합체를 600~2,000℃에서 1~60시간 열처리하여 탄소 복합체를 제조하는 단계이다(도 3). The step (c) is a step of preparing a carbon composite by heat-treating the nanocomposite at 600 to 2,000 ° C. for 1 to 60 hours under a non-oxidizing atmosphere of argon or nitrogen (FIG. 3).

상기 (c) 단계를 통해 나노 복합체의 탄소 전구체가 탄화되어 탄소 복합체가 제조된다. Through the step (c), the carbon precursor of the nanocomposite is carbonized to prepare a carbon composite.

아르곤 또는 질소의 유입속도는 1~10L/min인 것이 제조된 탄소 복합체의 흡착 특성의 측면에서 바람직하다. The inflow rate of argon or nitrogen is preferably 1 to 10 L / min in terms of the adsorption properties of the produced carbon composite.

상기 (d) 단계는 탄소 복합체를 산 처리하여 실리카 나노입자를 제거함으로써 탄소 기공막을 제조하는 단계이다(도 4). The step (d) is a step of preparing a carbon porous film by removing the silica nanoparticles by acid treatment of the carbon composite (FIG. 4).

실리카 나노입자는 불산 용액, 수산화나트륨 용액 등의 용매에 의해 제거될 수 있다. The silica nanoparticles can be removed by a solvent such as a hydrofluoric acid solution or a sodium hydroxide solution.

예를 들면, 탄소 복합체를 20~60%의 불산 용액에 투입한 후, 상온에서 1~50시간 교반하여 실리카 나노입자를 제거할 수 있다. For example, after the carbon composite is introduced into a 20-60% hydrofluoric acid solution, the silica nanoparticles can be removed by stirring at room temperature for 1-50 hours.

상기 (e) 단계는 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 탄소 기공막의 표면을 개질하는 단계이다. The step (e) is a step of modifying the surface of the carbon porous membrane by treating the carbon porous membrane with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group, and phosphoric acid group.

상기 표면 개질을 통하여 탄소 기공막의 표면에 형성된 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기, 인산기 등의 관능기는 금속 또는 다양한 화합물과 결합할 수 있으며, 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다. Through the surface modification, functional groups such as a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group, and phosphoric acid group formed on the surface of the carbon porous film can be combined with a metal or various compounds, and adsorption properties and antibacterial properties can be improved.

디아조늄염의 함량은 탄소 기공막 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 디아조늄염의 함량이 1중량부 미만인 경우 관능기의 도입이 미미하여 흡착특성이 저하되고, 10중량부를 초과하는 경우 제조된 탄소 기공막의 기공율이 오히려 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없게 된다. The content of the diazonium salt is preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon porous membrane, and when the content of the diazonium salt is less than 1 part by weight, the introduction of a functional group is insignificant and the adsorption characteristics are lowered, and if it exceeds 10 parts by weight The porosity of the formed carbon pore membrane is rather small, so that it cannot effectively adsorb harmful gases and fine dust.

상기 디아조늄염은 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 방향족 1차 아민을 염산 및 아질산나트륨과 반응시켜 제조될 수 있다. The diazonium salt may be prepared by reacting an aromatic primary amine having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group and phosphoric acid group with hydrochloric acid and sodium nitrite.

상기 디아조늄염은 카르복실기를 갖는 디아조늄염 및 하이드록실기를 갖는 디아조늄염을 동시에 사용하는 것이 좋다. The diazonium salt is preferably a diazonium salt having a carboxyl group and a diazonium salt having a hydroxyl group at the same time.

카르복실기를 갖는 디아조늄염과 하이드록실기를 갖는 디아조늄염의 중량비는 60~80:20~40인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 탄소기공막의 강도 및 흡착특성이 우수하다. The weight ratio of the diazonium salt having a carboxyl group and the diazonium salt having a hydroxyl group is preferably 60 to 80:20 to 40, and when the content range is satisfied, the strength and adsorption properties of the carbon porous film are excellent.

일예로서, 반응용기에 0.2M HCl 1,000중량부를 넣고 혼합하는 제1단계; 상기 제1단계의 혼합액에 4-아미노벤조산 또는 4-아미노페놀을 10 내지 1,000중량부를 넣고 혼합하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 혼합액에 0.02M 아질산나트륨 0.1 내지 500중량부를 넣어주며 혼합하는 제3단계를 통하여 디아조늄염을 제조할 수 있다. As an example, the first step of mixing and mixing 1,000 parts by weight of 0.2M HCl in a reaction vessel; A second step of mixing 4-aminobenzoic acid or 4-aminophenol with 10 to 1,000 parts by weight in the mixed solution of the first step; And a diazonium salt may be prepared through the third step of adding and adding 0.1 to 500 parts by weight of 0.02M sodium nitrite to the mixed solution of the second step.

상기 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염으로 처리하면, 탄소 기공막의 표면에 디아조늄염이 연속적으로 결합하여 열안정성이 우수한 그래프트 중합체가 형성될 수 있다. When the carbon pore membrane is treated with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group, and phosphoric acid group, a diazonium salt is continuously bonded to the surface of the carbon pore film to form a graft polymer having excellent thermal stability. Can be.

탄소 기공막의 표면에 열안정성이 우수한 그래프트 중합체가 공유 결합되는 경우, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 그래프트 중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물 또는 화합물이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있다. When a graft polymer having excellent thermal stability is covalently bonded to the surface of the carbon porous membrane, the metal complex or compound is stably bonded because the graft polymer is thermally stable and does not decompose even under high temperature conditions such as a coating process and a filter manufacturing process. Adsorption characteristics and antibacterial properties can be expressed for a long time.

만일 탄소 기공막의 표면에 저분자 화합물이 결합하면, 상기 저분자 화합물은 열에 의해 쉽게 분해되어 금속착물 또는 화합물이 쉽게 탈리되며, 흡착특성, 항균성 등을 발현할 수 없게 된다. If a low-molecular compound is bound to the surface of the carbon porous membrane, the low-molecular compound is easily decomposed by heat, and the metal complex or compound is easily desorbed, and it is impossible to express adsorption characteristics, antibacterial properties, and the like.

그래프트 중합을 효율적으로 수행하기 위하여 황산칼륨, 질산나트륨 등의 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매는 디아조늄염 1몰에 대하여 0.01~0.1몰 사용되는 것이 바람직하다. 촉매의 함량이 0.01몰 미만이면 첨가의 효과가 미미하고, 0.1몰을 초과하면 디아조늄염의 호모 중합체가 다량 생성되어 흡착특성이 저하된다. To efficiently perform graft polymerization, a catalyst such as potassium sulfate or sodium nitrate may be used, and the catalyst is preferably used in an amount of 0.01 to 0.1 mol per 1 mol of the diazonium salt. When the content of the catalyst is less than 0.01 mol, the effect of the addition is negligible, and when it exceeds 0.1 mol, a large amount of a diazonium salt homopolymer is generated, and the adsorption characteristics are deteriorated.

그래프트 중합은 50~90℃에서 10분~24시간 수행되는 것이 바람직하며, 중합온도가 50℃ 미만이면 중합이 불완전하게 일어나고, 90℃를 초과하면 탄소 기공막의 내구성이 저하된다. 또한 중합시간이 10분 미만이면 중합이 불완전하게 일어나고, 24시간을 초과하면 디아조늄염의 호모 중합체가 다량 생성되어 흡착특성이 저하된다. The graft polymerization is preferably performed at 50 to 90 ° C for 10 minutes to 24 hours, and if the polymerization temperature is less than 50 ° C, polymerization occurs incompletely, and when it exceeds 90 ° C, the durability of the carbon porous film is reduced. In addition, if the polymerization time is less than 10 minutes, polymerization occurs incompletely, and if it exceeds 24 hours, a large amount of a diazonium salt homopolymer is generated, and the adsorption characteristics are deteriorated.

또한 본 발명은 상기 개질된 탄소 기공막을 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 처리하여 추가적인 표면 개질을 수행할 수 있다. In addition, the present invention can further modify the surface by treating the modified carbon porous film with a copolymer of an acrylate group-containing silane coupling agent and an acrylic acid monomer.

상기 공중합체는 탄소 기공막의 표면에 공유 결합되거나 또는 디아조늄염에 의해 도입된 그래프트 중합체와 결합할 수 있으며, 이를 통해 탄소 기공막의 표면에 다수의 카르복실기를 도입할 수 있다. The copolymer may be covalently bonded to the surface of the carbon porous film or may be combined with a graft polymer introduced by a diazonium salt, through which a number of carboxyl groups may be introduced to the surface of the carbon porous film.

상기 공중합체 내에 포함된 다수의 카르복실기는 금속 또는 다양한 화합물과 결합할 수 있으며, 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다. A number of carboxyl groups included in the copolymer can be combined with a metal or various compounds, and adsorption properties, antibacterial properties, etc. can be improved.

탄소 기공막의 표면에 열안정성이 우수한 공중합체가 공유 결합되는 경우, 코팅공정, 필터 제조공정 등 고온의 조건 하에서도 상기 공중합체가 열적으로 안정하여 분해되지 않으므로, 금속착물 또는 화합물이 안정적으로 결합되어 흡착특성, 항균성 등을 장기간 발현할 수 있다. When a copolymer having excellent thermal stability is covalently bonded to the surface of the carbon porous membrane, the metal complex or compound is stably bonded because the copolymer is thermally stable and does not decompose under high temperature conditions such as a coating process and a filter manufacturing process. Adsorption characteristics and antibacterial properties can be expressed for a long time.

상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다. The acrylate group-containing silane coupling agent is 3-methacryloxypropyl methyl dimethoxysilane, 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, 3-methacryloxypropyl methyl diethoxysilane, 3-methacryloxypropyl tree And ethoxysilane, 3-acryloxypropyl trimethoxysilane, methacryloxymethyl triethoxysilane, and methacryloxymethyl trimethoxysilane.

상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다. The acrylic acid monomer is acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylic acid, ethyl acrylic acid, butyl acrylic acid, 2-ethyl hexyl acrylic acid, decyl acrylic acid, methyl methacrylic acid, ethyl methacrylic acid, butyl methacrylic acid, 2-ethyl hexyl methacrylic acid , Decyl methacrylic acid, and the like.

상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 10~30:70~90인 것이 바람직하며, 중량비가 10:90 미만이면 탄소 기공막과의 결합력이 저하되고, 30:70을 초과하면 흡착 특성이 저하된다. The weight ratio of the acrylate group-containing silane coupling agent and the acrylic acid monomer is preferably 10 to 30:70 to 90, and if the weight ratio is less than 10:90, the bonding strength with the carbon porous membrane decreases, and if it exceeds 30:70, adsorption The characteristics deteriorate.

상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체는 탄소 기공막 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 관능기의 도입이 미미하여 흡착특성이 저하되고, 10중량부를 초과하는 경우 제조된 탄소 기공막의 기공율이 오히려 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없게 된다. The copolymer of the acrylate group-containing silane coupling agent and the acrylic acid monomer is preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon porous membrane, and when the content of the copolymer is less than 1 part by weight, the introduction of a functional group is insignificant, resulting in adsorption characteristics. When it is lowered and exceeds 10 parts by weight, the porosity of the produced carbon porous film becomes rather small, and it is impossible to effectively adsorb harmful gases and fine dust.

상기 (f) 단계는 상기 개질된 탄소 기공막을 금속 용액으로 처리하여 금속 착물형 탄소 기공막을 제조하는 단계이다. The step (f) is a step of preparing a metal complex-type carbon porous film by treating the modified carbon porous film with a metal solution.

상기 탄소 기공막의 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속착물을 형성할 수 있다. The functional group formed on the surface of the carbon porous film and the metal of the metal solution may form a metal complex.

즉, 탄소 기공막의 표면에 그래프트 중합된 중합체의 관능기 및 공중합체의 카르복실기는 금속용액의 금속과 금속착물을 형성할 수 있다. That is, the functional group of the polymer graft polymerized on the surface of the carbon porous film and the carboxyl group of the copolymer can form a metal complex and a metal complex of the metal solution.

카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기, 인산기 등의 관능기는 금속과 안정적인 착물을 형성할 수 있으며, 고온의 조건에서도 상기 금속은 쉽게 탈리되지 않는다. Functional groups such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group can form a stable complex with the metal, and the metal is not easily desorbed even under high temperature conditions.

상기 금속으로서는 금, 은, 구리, 코발트, 니켈, 아연, 백금 등이 제한 없이 사용될 수 있다. As the metal, gold, silver, copper, cobalt, nickel, zinc, platinum, etc. can be used without limitation.

탄소 기공막의 표면에 형성되는 금속은 유해가스, 미세먼지, 바이러스 등과 결합할 수 있어 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다. The metal formed on the surface of the carbon pore film can be combined with harmful gases, fine dust, viruses, and the like, so that adsorption properties, antibacterial properties, etc. can be improved.

상기 금속착물을 형성하기 위해 금속 전구체가 사용될 수 있으며, 질산은, 황산은, 은아세틸아세토네이트, 은아세테이트, 은카보네이트, 은클로라이드, 질산구리, 황산구리, 구리아세틸아세토네이트, 구리아세테이트, 구리카보네이트, 구리클로라이드 등이 사용 가능하다. A metal precursor may be used to form the metal complex, silver nitrate, silver sulfate, silver acetylacetonate, silver acetate, silver carbonate, silver chloride, copper nitrate, copper sulfate, copper acetylacetonate, copper acetate, copper carbonate, copper Chloride and the like can be used.

금속의 함량은 탄소 기공막 100중량부에 대하여 0.1~5중량부인 것이 바람직하며, 금속의 함량이 0.1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하는 경우 탄소 기공막의 표면에 금속착물을 균일하게 분포시킬 수 없다. The content of the metal is preferably 0.1 to 5 parts by weight relative to 100 parts by weight of the carbon porous film, and the effect of the addition is minimal when the content of the metal is less than 0.1 parts by weight, and a metal complex on the surface of the carbon porous film when it exceeds 5 parts by weight Cannot be uniformly distributed.

본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 메조포러스 탄소 기공막에 관한 것이다. The present invention relates to a mesoporous carbon porous membrane produced by the above manufacturing method.

상기 탄소 기공막에 존재하는 기공의 크기는 제거된 실리카 나노입자의 크기와 동일하거나 유사하고, 기공의 직경은 10~200nm이며, 30~150nm인 것이 바람직하다. The size of the pores present in the carbon pore membrane is the same or similar to the size of the removed silica nanoparticles, and the diameter of the pores is preferably 10 to 200 nm and 30 to 150 nm.

기공의 직경이 10nm 미만인 경우 제조된 탄소 기공막의 기공이 작게 되어 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 없으며, 200nm를 초과하는 경우 탄소 기공막의 강도, 기계적 특성, 열적 특성 및 내구성이 저하된다. When the diameter of the pores is less than 10 nm, the pores of the produced carbon pore film are small, so that harmful gases and fine dust cannot be effectively adsorbed, and when it exceeds 200 nm, the strength, mechanical properties, thermal properties and durability of the carbon pore films are deteriorated.

상기 탄소 기공막은 내부에 포함된 기공의 크기가 균일하여 강도가 우수하고, 유해가스 및 미세먼지를 효과적으로 흡착할 수 있으며, 유해가스 제거 특성, 미세먼지 제거 특성 및 항균성이 우수하여 마스크, 필터, 센서 등에 장기간 안정적으로 사용될 수 있다. The carbon pore membrane has a uniform pore size and excellent strength, and can effectively adsorb harmful gases and fine dust, and has excellent mask removal characteristics, fine dust removal characteristics, and antibacterial properties. It can be used stably for a long period of time.

또한 상기 탄소 기공막의 표면에 형성된 금속은 유해가스, 미세먼지 등과 결합할 수 있어, 탄소 기공막의 흡착 특성, 항균성 등이 개선될 수 있다. In addition, the metal formed on the surface of the carbon pore film can be combined with harmful gases, fine dust, etc., so that the adsorption properties, antibacterial properties, etc. of the carbon pore film can be improved.

이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and comparative examples. The following examples are only exemplified for the practice of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

(실시예 1) (Example 1)

에탄올 790㎖, 수산화암모늄 11.05㎖ 및 물 11.05㎖을 20분 교반하여 제1혼합물을 제조하였다. A first mixture was prepared by stirring 790 ml of ethanol, 11.05 ml of ammonium hydroxide and 11.05 ml of water for 20 minutes.

상기 제1혼합물에 에탄올 79㎖ 및 테트라에톡시실란 25㎖를 첨가한 후 2시간 교반하여 제2혼합물을 제조하였다. After adding 79 ml of ethanol and 25 ml of tetraethoxysilane to the first mixture, the mixture was stirred for 2 hours to prepare a second mixture.

상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 입경이 120nm인 실리카 나노입자를 제조하였다. Silica nanoparticles having a particle diameter of 120 nm were prepared by evaporating the solvent contained in the second mixture.

상기 실리카 나노입자 2g 및 폴리비닐클로라이드 8g를 1분 동안 교반하여 제1혼합물을 제조하였다. The first mixture was prepared by stirring 2 g of the silica nanoparticles and 8 g of polyvinyl chloride for 1 minute.

상기 제1혼합물에 메틸에틸케톤 2g를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하였다. 2 g of methyl ethyl ketone was added to the first mixture, followed by stirring to prepare a second mixture.

상기 제2혼합물에 메틸에틸케톤 2g를 첨가하여 제3혼합물을 제조하였다. A third mixture was prepared by adding 2 g of methyl ethyl ketone to the second mixture.

상기 제3혼합물을 프레스기에 투입하여 100기압에서 1분 압력을 가한 후, 200기압에서 30분 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하였다. The third mixture was introduced into a press machine to apply a pressure of 1 minute at 100 atmospheres, and then a pressure of 30 minutes at 200 atmospheres to prepare a nanocomposite.

상기 나노 복합체를 전기로에 투입하여 아르곤 분위기 하에서 1,000℃에서 5시간 열처리하여 탄소 복합체를 제조하였다. The nanocomposite was introduced into an electric furnace and heat treated at 1,000 ° C. for 5 hours in an argon atmosphere to prepare a carbon composite.

상기 탄소 복합체를 25%의 불산 용액에 투입한 후, 상온에서 6시간 교반하여 실리카 나노입자를 제거하고 건조한 후 탄소 기공막을 제조하였다. After adding the carbon composite to a 25% hydrofluoric acid solution, the mixture was stirred for 6 hours at room temperature to remove silica nanoparticles and dried to prepare a carbon porous membrane.

한편 아이스 베스에 설치된 2L 반응용기에 0.2M HCl 1L를 넣고 300rpm으로 교반하였다. Meanwhile, 1 L of 0.2M HCl was added to a 2 L reaction vessel installed on an ice bath and stirred at 300 rpm.

여기에 4-아미노벤조산 27.428g를 가한 후, 0.02M NaNO2 250mL를 20mL/min의 속도로 연동펌프(peristaltic pump)를 이용해 첨가하였다.After adding 27.428 g of 4-aminobenzoic acid, 250 mL of 0.02M NaNO 2 was added using a peristaltic pump at a rate of 20 mL / min.

상기 혼합액을 300rpm으로 2시간 교반하여 카르복실기를 갖는 디아조늄염을 수득하였다. The mixture was stirred at 300 rpm for 2 hours to obtain a diazonium salt having a carboxyl group.

핫플레이트 상에 70℃로 유지되는 항온수조를 준비하고, 상기 항온수조에 500mL 플라스크를 담근 후, 이 플라스크에 상기에서 수득한 카르복실기를 갖는 디아조늄염 100mL를 첨가하였다. A constant temperature water tank maintained at 70 ° C was prepared on a hot plate, and a 500 mL flask was immersed in the constant temperature water tank, and 100 mL of the diazonium salt having the carboxyl group obtained above was added to the flask.

상기 플라스크에 건조된 탄소 기공막을 첨가하여 함침 시킨 후, 카르복실기를 갖는 디아조늄염 1몰에 대하여 0.03몰의 황산칼륨을 가한 다음 500rpm으로 1시간 교반하여 그래프트 중합을 수행하였다. 이때 디아조늄염의 함량은 탄소 기공막 100중량부에 대하여 5중량부를 사용하였다. After impregnating by adding the dried carbon porous membrane to the flask, 0.03 mol of potassium sulfate was added to 1 mol of the diazonium salt having a carboxyl group, followed by stirring at 500 rpm for 1 hour to perform graft polymerization. At this time, the content of the diazonium salt was 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon porous membrane.

그 후 탄소 기공막을 꺼내 증류수로 세척하고 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다. Thereafter, the carbon porous membrane was taken out, washed with distilled water, and dried at 70 ° C. for 3 hours using a vacuum oven.

플라스크에 0.2mM의 질산은 용액 250mL을 가하고 상기에서 제조한 탄소 기공막을 넣은 다음 1시간 교반한 후, 탄소 기공막을 다시 꺼내어 증류수로 세척하고 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다. 이때 은의 함량은 탄소 기공막 100중량부 대비 3중량부를 사용하였다. To the flask, 250 mL of 0.2 mM silver nitrate solution was added, and the carbon pore membrane prepared above was added and stirred for 1 hour, and then the carbon pore membrane was taken out again, washed with distilled water and dried at 70 ° C. for 3 hours using a vacuum oven. At this time, the content of silver was 3 parts by weight compared to 100 parts by weight of the carbon porous membrane.

(실시예 2) (Example 2)

실리카 나노입자 2g 및 폴리비닐클로라이드 1g를 1분 동안 교반하여 제1혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. A carbon porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2 g of silica nanoparticles and 1 g of polyvinyl chloride were stirred for 1 minute to prepare a first mixture.

(실시예 3) (Example 3)

실리카 나노입자 2g 및 폴리비닐클로라이드 15g를 1분 동안 교반하여 제1혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. A carbon porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2 g of silica nanoparticles and 15 g of polyvinyl chloride were stirred for 1 minute to prepare a first mixture.

(실시예 4) (Example 4)

실리카 나노입자 2g, 폴리비닐클로라이드 6g 및 폴리비닐알코올 2g를 1분 동안 교반하여 제1혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. A carbon porous film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2 g of silica nanoparticles, 6 g of polyvinyl chloride, and 2 g of polyvinyl alcohol were stirred for 1 minute to prepare a first mixture.

(실시예 5) (Example 5)

상기 제1혼합물에 메틸에틸케톤 3g를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하고, 상기 제2혼합물에 에탄올 1g를 첨가하여 제3혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. Carbon was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3 g of methyl ethyl ketone was added to the first mixture, followed by stirring to prepare a second mixture, and 1 g of ethanol was added to the second mixture to prepare a third mixture. A pore membrane was prepared.

(실시예 6) (Example 6)

3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 20중량% 및 메타크릴산 80중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다. A copolymer was prepared by copolymerizing 20% by weight of 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane and 80% by weight of methacrylic acid.

탄소 기공막을 카르복실기를 갖는 디아조늄으로 표면 처리한 후, 상기 공중합체로 처리한 다음, 질산은 용액으로 처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. 이때 탄소 기공막 100중량부 대비 5중량부의 공중합체를 사용하였다. A carbon porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon porous membrane was treated with diazonium having a carboxyl group, followed by treatment with the copolymer, and then treated with a silver nitrate solution. At this time, a copolymer of 5 parts by weight compared to 100 parts by weight of the carbon porous membrane was used.

(비교예 1) (Comparative Example 1)

디아조늄염을 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 기공막을 제조하였다. A carbon porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the diazonium salt was not treated.

상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 탄소 기공막의 인장강도 및 흡착특성(탈취율)을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. The tensile strength and adsorption characteristics (deodorization rate) of the carbon porous membranes prepared from the above Examples and Comparative Examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.

인장강도는 ASTM D 638에 의거하여 측정하였다. Tensile strength was measured according to ASTM D 638.

흡착특성은 암모니아 계수 측정 장비를 이용하여 탄소 기공막을 밀폐된 탱크 안에 방치하고, 이 상태에서 NH4OH 용액을 첨가하여 탱크 안의 암모니아의 농도를 가스 검지관을 사용하여 측정하였다. The adsorption characteristics were measured by using ammonia counting equipment to leave the carbon pore membrane in a closed tank, and in this state, NH 4 OH solution was added to measure the concentration of ammonia in the tank using a gas detector tube.

탱크 안에 방치된 시료에 암모니아 용액이 흡착, 분해하는 과정에서 탱크 안의 암모니아 농도를 측정하였다. The ammonia concentration in the tank was measured in the process of adsorption and decomposition of the ammonia solution to the sample left in the tank.

구분division 실시예Example 비교예Comparative example 1One 22 33 44 55 66 1One 인장강도
(kg/cm2)
The tensile strength
(kg / cm 2 )
4.24.2 3.63.6 3.83.8 5.25.2 5.15.1 4.74.7 2.92.9
탈취율(%)Deodorization rate (%) 96.196.1 93.393.3 93.893.8 98.798.7 98.998.9 99.499.4 85.585.5

상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 6의 탄소 기공막은 인장강도 및 흡착특성이 우수함을 알 수 있다. 특히 실시예 4 내지 6은 상기 특성이 가장 우수하다. From the results of Table 1, it can be seen that the carbon porous films of Examples 1 to 6 are excellent in tensile strength and adsorption characteristics. In particular, Examples 4 to 6 have the best characteristics.

반면 비교예 1의 탄소 기공막은 상기 특성이 실시예에 비하여 열등함을 알 수 있다. On the other hand, it can be seen that the carbon porous membrane of Comparative Example 1 is inferior to that of the Example.

Claims (6)

(a) 직경이 10~200nm인 실리카 나노입자를 제조하는 단계;
(b) 상기 실리카 나노입자, 탄소 전구체 및 용매를 교반한 후 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계;
(c) 상기 나노 복합체를 비 산화 분위기 하에서 열처리하여 탄소 복합체를 제조하는 단계;
(d) 상기 탄소 복합체를 산 처리하여 실리카 나노입자를 제거하고 탄소 기공막을 제조하는 단계;
(e) 상기 탄소 기공막을 카르복실기, 하이드록실기, 술폰산기 및 인산기에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 디아조늄염(diazonium salt)으로 처리하여 탄소 기공막의 표면을 개질하는 단계; 및
(f) 상기 개질된 탄소 기공막을 금속 용액으로 처리하여 금속 착물형 탄소 기공막을 제조하는 단계를 포함하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법.
(a) preparing silica nanoparticles having a diameter of 10 to 200 nm;
(b) preparing the nanocomposite by stirring the silica nanoparticles, carbon precursor and solvent and applying pressure;
(c) preparing the carbon composite by heat-treating the nanocomposite under a non-oxidizing atmosphere;
(d) removing the silica nanoparticles by acid-treating the carbon composite and preparing a carbon porous film;
(e) treating the carbon porous membrane with a diazonium salt having at least one functional group selected from a carboxyl group, hydroxyl group, sulfonic acid group and phosphoric acid group to modify the surface of the carbon porous film; And
(f) A method for producing a mesoporous carbon porous membrane comprising the step of preparing a metal complex carbon porous membrane by treating the modified carbon porous membrane with a metal solution.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는
알코올, 수산화암모늄 및 물을 10~100:0.5~10:1의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1혼합물에 알코올 및 실리카 전구체를 1~10:1의 부피비로 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 제1혼합물에 포함된 알코올과 상기 제2혼합물에 첨가된 알코올의 부피비는 5~50:1인 것을 특징으로 하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법.
According to claim 1,
Step (a) is
Preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water in a volume ratio of 10 to 100: 0.5 to 10: 1 for 10 to 60 minutes;
Preparing a second mixture by adding an alcohol and a silica precursor to the first mixture in a volume ratio of 1 to 10: 1 and stirring for 1 to 5 hours; And
And evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles,
A method for producing a mesoporous carbon porous membrane, wherein the volume ratio of the alcohol contained in the first mixture and the alcohol added to the second mixture is 5-50: 1.
제2항에 있어서,
상기 (b) 단계는
실리카 나노입자 및 탄소 전구체를 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1혼합물에 용매의 일부를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계;
상기 제2혼합물에 나머지 용매를 첨가한 후 교반하여 제3혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 제3혼합물에 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법.
According to claim 2,
Step (b) is
Preparing a first mixture by stirring the silica nanoparticles and the carbon precursor;
Preparing a second mixture by adding a part of the solvent to the first mixture and then stirring;
Preparing a third mixture by adding and stirring the remaining solvent to the second mixture; And
Method of manufacturing a mesoporous carbon porous membrane comprising the step of preparing a nanocomposite by applying pressure to the third mixture.
제3항에 있어서,
상기 (e) 단계는
탄소 기공막 100중량부에 대하여 디아조늄염 1~10중량부가 사용되는 것을 특징으로 하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법.
According to claim 3,
Step (e) is
Method for producing a mesoporous carbon porous membrane, characterized in that 1 to 10 parts by weight of diazonium salt is used with respect to 100 parts by weight of the carbon porous membrane.
제4항에 있어서,
상기 (f) 단계는
탄소 기공막의 표면에 형성된 관능기와 금속 용액의 금속이 금속 착물을 형성하는 것을 특징으로 하는 메조포러스 탄소 기공막의 제조방법.
According to claim 4,
Step (f) is
A method for producing a mesoporous carbon porous membrane, wherein a metal complex of a functional group and a metal solution formed on the surface of the carbon porous membrane forms a metal complex.
제1항 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 메조포러스 탄소 기공막.

A mesoporous carbon porous membrane produced by the method of any one of claims 1 to 5.

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