High Ammonia Uptake of a Metal-Organic Framework Adsorbent in a Wide Pressure Range

- 넓은 압력범위에서 높은 암모니아 흡착량을 나타내는 유기-금속 골격체 기반의 암모니아 흡착제 개발 

(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22531.)


초록

Although numerous porous adsorbents have been investigated for NH3 capture applications, these materials often exhibit insufficient NH3 uptake, low NH3 affinity at the ppm level, and poor chemical stability against wet NH3 conditions. The NH3 capture properties of M-2(dobpdc) complexes (M=Mg2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, and Zn2+; dobpdc(4-)=4,4-dioxidobiphenyl-3,3-dicarboxylate) that contain open metal sites is presented. The NH3 uptake of Mg-2(dobpdc) at 298 K was 23.9 mmol g(-1) at 1 bar and 8.25 mmol g(-1) at 570 ppm, which are record high capacities at both pressures among existing porous adsorbents. The structural stability of Mg-2(dobpdc) upon exposure to wet NH3 was superior to that of the other M-2(dobpdc) and the frameworks tested. Overall, these results demonstrate that Mg-2(dobpdc) is a recyclable compound that exhibits significant NH3 affinity and capacity, making it a promising candidate for real-world NH3-capture applications.

 

암모니아는 산업계 전반에 널리 사용되는데 유출 시 환경 및 생물에게 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 암모니아를 흡착제를 개발하려는 연구가 활발히 진행 중이지만, 기존의 암모니아 흡착제는 흡착량이 낮고 저농도에서 암모니아를 선택적으로 흡착할 수 없다는 문제점이 있다. 한편, M2(dobpdc) (H4dobpdc=4,4-dihydroxy- (1,1-biphenyl)-3,3-dicar boxylicacid), (M= Mg, Co, Mn, Ni, Zn) 시리즈는 다공성 금속-유기 골격체로서 암모니아와 강하게 상호작용할 수 있는 루이스 산성의 열린 금속 자리를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 M2(dobpdc)의 중심 금속 종류에 따른 암모니아 흡착량과 안정성을 평가하였다. 그 결과 시리즈 중 Mg2(dobpdc)의 암모니아 흡착량이 기존에 보고된 어떤 물질보다도 높은 값을 나타내었고, 수분-암모니아 조건에서도 Mg2(dobpdc)가 가장 높은 안정성을 가지는 것을 확인하였다. 더 나아가, 암모니아-승온 탈착 분석을 이용해 열린 금속자리의 루이스 산성을 비교하였고, 저농도의 수분 암모니아 파과 실험을 통해 실제와 비슷한 환경에서 Mg2(dobpdc)가 암모니아를 선택적으로 흡착한다는 것을 확인하였다. 이 논문은 Inside Back CoverVIP논문으로 선정되었다.


DOI : 10.1002/anie.202012552