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KR20240072939A - Porous hybrid catalysts and a manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20240072939A
KR20240072939A KR1020230157247A KR20230157247A KR20240072939A KR 20240072939 A KR20240072939 A KR 20240072939A KR 1020230157247 A KR1020230157247 A KR 1020230157247A KR 20230157247 A KR20230157247 A KR 20230157247A KR 20240072939 A KR20240072939 A KR 20240072939A
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KR
South Korea
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porous
catalyst
particles
organic polymer
hybrid catalyst
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Pending
Application number
KR1020230157247A
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Korean (ko)
Inventor
강신현
임성환
Original Assignee
주식회사 퀀텀캣
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Publication date
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Abstract

본 개시는 다공성 하이브리드 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하며, 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자 층;을 포함하는 다공성 하이브리드 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a porous hybrid catalyst and a method for manufacturing the same, comprising: a core containing porous organic polymer particles; and a composite catalyst particle layer located on the surface of the core and comprising a porous support including mesopores and nanoparticles containing metal incorporated in the pores of the porous support. It's about.

Description

다공성 하이브리드 촉매 및 이의 제조방법{Porous hybrid catalysts and a manufacturing method thereof} Porous hybrid catalysts and a manufacturing method thereof}

본 개시는 다공성 하이브리드 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a porous hybrid catalyst and a method for producing the same.

전이금속 나노입자는 높은 비표면적에 따른 촉매 활성을 나타낼 수 있지만 전이금속 나노입자는 1차 입자로서 평균 20 ㎚ 이하의 입경을 통상적으로 가지기 때문에 이러한 나노입자를 담지하기 위해 기공 크기가 2 ㎚ 내지 50 ㎚인 메조다공성 지지체가 바람직하게 고려되고 있다. 메조다공성 지지체로는 금속 산화물 재질로 이루어질 수 있으며, 통상적으로 실리카, 알루미노실리케이트 또는 티타니아 등이 알려져 있으며, 제조방법에 따라 다양한 크기와 모양의 메조기공이 형성될 수 있으며, 골격을 이루는 금속 또는 준금속의 함량을 조절함으로써 산점의 농도나 이온교환능력 역시 조절이 가능한 장점을 가진다. 이에 따라 메조다공성 지지체는 전이금속 나노입자의 담지체로 활용되고 있으며, 메조기공의 특성으로 인해 물질의 확산저항이 미세기공성 지지체에 비해 낮아 반응속도가 빠른 장점을 가질 수 있다.Transition metal nanoparticles can exhibit catalytic activity due to their high specific surface area, but since transition metal nanoparticles are primary particles and typically have an average particle size of 20 nm or less, the pore size is 2 nm to 50 nm to support these nanoparticles. ㎚ mesoporous support is considered preferable. The mesoporous support can be made of a metal oxide material, commonly known as silica, aluminosilicate, or titania. Depending on the manufacturing method, mesopores of various sizes and shapes can be formed, and the metal or quasi-skeleton forming the skeleton can be used as a mesoporous support. By adjusting the metal content, the concentration of acid sites and ion exchange ability can also be adjusted. Accordingly, mesoporous supports are being used as carriers for transition metal nanoparticles, and due to the characteristics of mesopores, the diffusion resistance of the material is lower than that of microporous supports, so it can have the advantage of a faster reaction rate.

그러나 전이금속 나노입자가 담지된 메조다공성 지지체는 분말 입자로 제조되며, 이러한 분말 입자 상태를 촉매로 사용하는 경우 촉매 반응이 진행됨에 따라 차압 문제가 발생한다. 따라서, 차압 문제를 완화하여 상업적 촉매 반응 공정에 적용하기 위해서는 촉매 분말 입자가 일정 크기 이상의 기재에 담지되어야 한다. 즉, 고활성 촉매를 개발하더라도 최종적으로 상용화하기 위해서는 적용 환경에 적합하게 스케일업하는 단계가 필수적이다.However, the mesoporous support on which transition metal nanoparticles are supported is manufactured from powder particles, and when such powder particles are used as a catalyst, a pressure differential problem occurs as the catalytic reaction progresses. Therefore, in order to alleviate the differential pressure problem and apply it to a commercial catalytic reaction process, catalyst powder particles must be supported on a substrate of a certain size or larger. In other words, even if a highly active catalyst is developed, it is essential to scale it up to suit the application environment in order to finally commercialize it.

이를 해결하기 위한 일 예로 허니컴 모노리스 구조체를 촉매 분말의 기재로 사용하는 방안이 제시된 바 있다. 그러나, 허니컴 모노리스 구조체는 비표면적이 1.0 ㎡/g 이하로 매우 작아 담지할 수 있는 촉매량이 적다는 문제가 있고 이에 따라 촉매 반응 효율이 감소하는 한계가 있다. 또한, 촉매 분말이 담지되는 무기 기재는 재료 특성상 비중이 높아 연성 재료가 요구되는 분야에 적용이 어렵다. 나아가 진동이나 압축과 같은 다양한 기계적 외력이 가해지는 환경에서 무기 기재는 촉매 분말의 탈리, 기재의 손상 및 이에 따른 촉매 활성의 저하와 같은 내구성의 한계를 가진다.As an example to solve this problem, a method of using a honeycomb monolith structure as a base for catalyst powder has been proposed. However, the honeycomb monolith structure has a very small specific surface area of 1.0 m2/g or less, so there is a problem in that the amount of catalyst that can be supported is small, and accordingly, there is a limitation in reducing the catalytic reaction efficiency. In addition, the inorganic substrate on which the catalyst powder is supported has a high specific gravity due to the nature of the material, making it difficult to apply to fields that require ductile materials. Furthermore, in environments where various mechanical external forces such as vibration or compression are applied, inorganic substrates have durability limitations such as detachment of catalyst powder, damage to the substrate, and subsequent decrease in catalytic activity.

따라서, 폭넓은 분야에 활용 가능하고, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 형태의 촉매의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for the development of a new type of catalyst that can be used in a wide range of fields and can solve the above-mentioned problems.

: KR 10-2157740 B1 (2020.09.14): KR 10-2157740 B1 (2020.09.14)

본 개시의 일 목적은 다양한 기계적 외력이 가해지는 환경에서도 우수한 내구성 및 일정한 촉매 활성을 가지는 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다.One object of the present disclosure is to provide a porous hybrid catalyst that has excellent durability and constant catalytic activity even in environments where various mechanical external forces are applied.

본 개시의 다른 일 목적은 촉매 활성이 우수하고 비중이 낮아 다양한 응용 분야의 제품에 적용할 수 있는 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a porous hybrid catalyst that has excellent catalytic activity and low specific gravity, which can be applied to products in various application fields.

본 개시의 다른 일 목적은 상온에서 현저히 우수한 촉매 활성을 가지면서 동시에 기존의 분말 상태의 촉매를 사용하는 경우 높은 유속에서 발생하는 차압 문제를 현저히 개선시킬 수 있는 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a porous hybrid catalyst that has significantly excellent catalytic activity at room temperature and at the same time can significantly improve the differential pressure problem that occurs at high flow rates when using existing powder catalysts.

본 개시의 다른 일 목적은 코어로 메조기공 및/또는 매크로 기공을 포함하는 유기 고분자 입자를 사용하여 코어의 외표면(outer surface)뿐만 아니라 코어의 내부 표면(inner surface)에도 촉매 입자를 담지할 수 있고, 이에 따라 단위 중량당 담지되는 촉매 입자량이 현저히 향상된 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다. 나아가, 코어의 내부에 촉매 입자뿐만 아니라 기능성 물질을 담지하여 촉매적 산화반응뿐만 아니라 기능성 물질에 따른 효과도 추가적으로 구현할 수 있는 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to support catalyst particles not only on the outer surface of the core but also on the inner surface of the core by using organic polymer particles containing mesopores and/or macropores as the core. Accordingly, a porous hybrid catalyst with a significantly improved amount of catalyst particles supported per unit weight is provided. Furthermore, the aim is to provide a porous hybrid catalyst that can carry not only catalyst particles but also functional materials inside the core to realize not only a catalytic oxidation reaction but also additional effects according to the functional materials.

본 개시의 다른 일 목적은 흡착 및 탈착반응과 촉매적 산화반응을 유기적으로 결합함으로써 유해가스와 촉매간의 접촉에 의한 산화반응만으로 제거되지 않은 유해가스를 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있는 다공성 하이브리드 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a porous hybrid that can substantially remove all harmful gases that are not removed only by the oxidation reaction due to contact between the harmful gas and the catalyst, even at a high flow rate, by organically combining the adsorption and desorption reaction and the catalytic oxidation reaction. It provides a catalyst.

본 개시의 일 양태에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하며, 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자 층;을 포함한다.A porous hybrid catalyst according to an aspect of the present disclosure includes a core including porous organic polymer particles; and a composite catalyst particle layer located on the surface of the core and including a porous support including mesopores and nanoparticles containing a metal incorporated into the pores of the porous support.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 매크로 기공을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the porous organic polymer particles may include macro pores.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유리 전이온도는 300K 이하의 값을 가질 수 있다.According to one embodiment, the glass transition temperature of the porous organic polymer particles may have a value of 300K or less.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 평균 기공 크기는 상기 복합체 촉매 입자의 입경보다 큰 것일 수 있다. According to one embodiment, the average pore size of the porous organic polymer particles may be larger than the particle size of the composite catalyst particles.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 지지체는 금속 산화물 또는 준금속 산화물 다공성 지지체일 수 있다.According to one embodiment, the porous support may be a metal oxide or metalloid oxide porous support.

일 구현예에 따르면, 상기 나노입자의 금속은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo) 및 이의 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.According to one embodiment, the metal of the nanoparticles is gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), and rhodium (Rh). ), ruthenium (Ru), iridium (Ir), molybdenum (Mo), and oxides thereof.

일 구현예에 따르면, 상기 나노입자의 금속은 금(Au)일 수 있다.According to one embodiment, the metal of the nanoparticles may be gold (Au).

일 구현예에 따르면, 상기 나노입자는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 함입되고, 나노입자가 함입되지 않은 메조 기공은 열린 기공으로 서로 연결된 것일 수 있다.According to one embodiment, the nanoparticles may be incorporated into some of the mesopores of the porous support, and the mesopores not incorporated into the nanoparticles may be connected to each other through open pores.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면에 물리적으로 함입된 것일 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may be physically incorporated into the surface of the core.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면과 화학적으로 결합된 것일 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may be chemically bonded to the surface of the core.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자의 EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the diameter distribution function obtained by Fourier transforming the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum of the composite catalyst particle may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

(DH2/DH1) < 0.3(DH2/DH1) < 0.3

상기 식 1에서 DH1은 원자간 거리 D1에서의 피크의 높이이며, DH2는 원자간 거리 D2에서의 피크의 높이이고, D1 및 D2는 각각 하기 식 2 및 식 3을 만족한다:In the above equation 1, DH1 is the height of the peak at the interatomic distance D1, DH2 is the peak height at the interatomic distance D2, and D1 and D2 satisfy the following equations 2 and 3, respectively:

[식 2][Equation 2]

0.8≤(D1/D3)≤0.950.8≤(D1/D3)≤0.95

[식 3][Equation 3]

0.6≤(D2/D3)≤0.70.6≤(D2/D3)≤0.7

상기 식 2 및 식 3에서 D3는 2.8 내지 3.0 Å에서 존재하는 벌크상의 Au-Au 결합의 원자간 거리를 의미한다.In Equation 2 and Equation 3, D3 refers to the interatomic distance of the Au-Au bond in the bulk phase that exists at 2.8 to 3.0 Å.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 하기 식 4를 만족하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particle may satisfy Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

(DA2/DA1) < 0.25(DA2/DA1) < 0.25

상기 식 4에서 DA1은 원자간 거리 D1에서의 피크의 면적이며, DA2는 원자간 거리 D2에서의 피크의 면적이고, D1 및 D2는 각각 상기 식 2 및 식 3을 만족한다.In Equation 4, DA1 is the area of the peak at the interatomic distance D1, DA2 is the area of the peak at the interatomic distance D2, and D1 and D2 satisfy Equation 2 and Equation 3 above, respectively.

일 구현예에 따르면, 상기 동경 분포 함수의 원자간 거리 2.2 Å 내지 3.0 Å 구간에서 양봉 피크를 가질 수 있다.According to one embodiment, the diameter distribution function may have a bimodal peak in the interatomic distance range of 2.2 Å to 3.0 Å.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 일산화탄소, 알데히드계 화합물 또는 탄화수소계 화합물의 산화반응용일 수 있다.According to one embodiment, the porous hybrid catalyst may be used for the oxidation reaction of carbon monoxide, aldehyde-based compounds, or hydrocarbon-based compounds.

본 개시에 따른 일 양태에 따른 공기 정화 필터는 내부 공간을 가지며 상기 내부 공간 내에 복수의 다공성 하이브리드 촉매가 충진되어 있는 반응 필터부; 상기 반응 필터부의 일측에 구비되어 유해가스를 포함하는 기체가 유입되는 유입구; 및 상기 반응 필터부의 타측에 구비되어 유해가스가 제거된 기체가 배출되는 배출구;를 포함하며, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 전술한 바와 같은 다공성 하이브리드 촉매인 것을 특징으로 한다.An air purification filter according to an aspect according to the present disclosure includes a reaction filter unit having an internal space and a plurality of porous hybrid catalysts are filled in the internal space; an inlet provided on one side of the reaction filter unit through which gas containing harmful gases flows; and an outlet provided on the other side of the reaction filter unit through which gas from which harmful gases have been removed is discharged. The porous hybrid catalyst is characterized as being the porous hybrid catalyst as described above.

일 구현예에 따르면, 상기 반응 필터부와 유입구의 사이에 미세입자를 제거하는 입자 필터부를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a particle filter unit for removing fine particles may be further included between the reaction filter unit and the inlet.

본 개시에 따른 일 양태에 따른 다공성 하이브리드 촉매의 제조방법은 (S1) 다공성 유기 고분자 입자를 준비하는 단계; (S2) 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자를 포함하는 분산액을 제조하는 단계; (S3) 상기 분산액을 상기 다공성 유기 고분자 입자 표면에 도포하는 단계; 및 (S4) 상기 분산액을 건조하는 단계;를 포함한다.A method for producing a porous hybrid catalyst according to an aspect of the present disclosure includes (S1) preparing porous organic polymer particles; (S2) preparing a dispersion containing composite catalyst particles including a porous support including mesopores and nanoparticles containing metal incorporated in the pores of the porous support; (S3) applying the dispersion to the surface of the porous organic polymer particles; and (S4) drying the dispersion.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 다양한 기계적 외력이 가해지는 환경에서도 우수한 내구성 및 일정한 촉매 활성을 유지할 수 있다.The porous hybrid catalyst according to the present disclosure can maintain excellent durability and constant catalytic activity even in environments where various mechanical external forces are applied.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 촉매 활성이 우수하고 비중이 낮아 다양한 응용 분야의 제품에 적용할 수 있다.The porous hybrid catalyst according to the present disclosure has excellent catalytic activity and low specific gravity, so it can be applied to products in various application fields.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 상온에서 현저히 우수한 촉매 활성을 가지면서 동시에 기존의 분말 상태의 촉매를 사용하는 경우 높은 유속에서 발생하는 차압 문제를 현저히 개선시킬 수 있다.The porous hybrid catalyst according to the present disclosure has significantly excellent catalytic activity at room temperature and at the same time can significantly improve the “differential pressure” problem that occurs at high flow rates when using existing powder catalysts.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 코어로 메조기공 및/또는 매크로 기공을 포함하는 유기 고분자 입자를 사용하여 코어의 외표면(outer surface)뿐만 아니라 코어의 내부 표면에도 촉매 입자를 담지할 수 있고, 이에 따라 단위 중량당 담지되는 촉매 입자량이 현저히 향상될 수 있다. 나아가, 코어의 내부에 촉매 입자뿐만 아니라 기능성 물질을 담지하여 촉매적 산화반응뿐만 아니라 기능성 물질에 따른 효과도 추가적으로 구현할 수 있다.The porous hybrid catalyst according to the present disclosure uses organic polymer particles containing mesopores and/or macropores as a core, so that catalyst particles can be supported not only on the outer surface of the core but also on the inner surface of the core. Accordingly, the amount of catalyst particles supported per unit weight can be significantly improved. Furthermore, by carrying not only catalyst particles but also functional materials inside the core, not only the catalytic oxidation reaction but also the effects of the functional materials can be implemented additionally.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 흡착 및 탈착반응과 촉매적 산화반응을 유기적으로 결합함으로써 유해가스와 촉매간의 접촉에 의한 산화반응만으로 제거되지 않은 유해가스를 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있다.The porous hybrid catalyst according to the present disclosure organically combines adsorption and desorption reactions and catalytic oxidation reactions, so that it is possible to substantially remove all harmful gases that are not removed only by the oxidation reaction due to contact between the harmful gases and the catalyst, even at high flow rates.

도 1은 일 구현예에 따른 다공성 하이브리드 촉매 및 이에 포함되는 복합체 촉매 입자의 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 다공성 하이브리드 촉매를 포함한 공기 정화 필터의 모식도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 복합체 촉매 입자의 EXAFS 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수를 도시한 것이다.
Figure 1 is a schematic diagram of a porous hybrid catalyst and composite catalyst particles included therein according to an embodiment.
Figure 2 is a schematic diagram of an air purification filter including the porous hybrid catalyst according to one embodiment.
Figure 3 shows a diameter distribution function obtained by Fourier transforming the EXAFS spectrum of composite catalyst particles according to one embodiment.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Unless otherwise defined, the technical and scientific terms used in this specification have meanings commonly understood by those skilled in the art to which this invention pertains, and the gist of the present disclosure is summarized in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure are omitted.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.Additionally, as used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.In addition, units used without special mention in this specification are based on weight, and as an example, the unit of % or ratio means weight % or weight ratio, and weight % refers to the amount of any one component of the entire composition unless otherwise defined. It refers to the weight percent occupied in the composition.

또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 개시의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.In addition, the numerical range used in this specification includes the lower limit and upper limit and all values within the range, increments logically derived from the shape and width of the defined range, all double-defined values, and the upper limit of the numerical range defined in different forms. and all possible combinations of the lower bounds. Unless otherwise specified in the specification of the present disclosure, values outside the numerical range that may occur due to experimental error or rounding of values are also included in the defined numerical range.

본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.The term 'comprise' in this specification is an open description with the same meaning as expressions such as 'comprising', 'contains', 'has' or 'characterized by', and includes elements that are not additionally listed, Does not exclude materials or processes.

본 명세서의 용어, ‘표면’은 코어 입자의 외표면(outer surface)뿐만 아니라 입자의 내부에서 기공에 의해 형성된 내부 표면(inner surface)을 동시에 의미한다.The term ‘surface’ in this specification refers not only to the outer surface of the core particle but also to the inner surface formed by pores inside the particle.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매에 대해 상세히 설명한다. 첨부한 도면은 기술자에게 본 개시의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 개시는 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.Hereinafter, the porous hybrid catalyst according to the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings. The attached drawings are provided as examples in order to sufficiently convey the technical idea of the present disclosure to technicians, and the present disclosure is not limited to the drawings presented below and may be embodied in many other forms.

도 1은 일 구현예에 따른 다공성 하이브리드 촉매 및 이에 포함되는 복합체 촉매 입자의 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a porous hybrid catalyst and composite catalyst particles included therein according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매(100)는 다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어(110); 및 상기 코어의 표면에 위치하며, 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체(121) 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자(122)를 포함하는 복합체 촉매 입자 층(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1, the porous hybrid catalyst 100 according to the present disclosure includes a core 110 including porous organic polymer particles; and a composite catalyst particle layer 120 located on the surface of the core and including a porous support 121 containing mesopores and nanoparticles 122 containing metal incorporated in the pores of the porous support. It is characterized by:

상기 다공성 하이브리드 촉매는 상술한 구조를 가짐으로써, 코어의 표면 상에 위치한 복합체 촉매 입자에 의해 우수한 촉매 활성을 가지며, 복합체 촉매 입자가 코어 표면에 담지됨으로 인해 공기 정화 장치의 촉매 층(catalyst bed)에 충진되는 입자의 크기가 증가되어 높은 유속에서 발생하는 차압(pressure drop)을 현저히 감소시킬 수 있다.The porous hybrid catalyst has the above-described structure and has excellent catalytic activity due to the composite catalyst particles located on the surface of the core, and the composite catalyst particles are supported on the core surface, thereby forming a catalyst bed of the air purification device. By increasing the size of the filled particles, the pressure drop that occurs at high flow rates can be significantly reduced.

한편, 코어로 제올라이트 등과 같은 무기 재료를 사용할 경우 무기 재료 특성상 기공의 크기가 수나노미터에 불과하여 촉매 입자를 코어의 내부에까지 담지할 수 없어 촉매 담지량이 적고 반응물 및 생성물의 확산 속도가 낮다는 문제가 있다.On the other hand, when using an inorganic material such as zeolite as the core, the pore size is only a few nanometers due to the nature of the inorganic material, so catalyst particles cannot be supported inside the core, so the amount of catalyst supported is small and the diffusion rate of reactants and products is low. There is.

반면, 일 구현예에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 코어로 다공성 유기 고분자 입자를 포함함에 따라, 메조기공 및/또는 매크로 기공을 포함하는 유기 고분자 입자 코어의 외표면(outer surface)뿐만 아니라 코어의 내부 표면(inner surface)에도 촉매 입자를 담지할 수 있다. 이에 따라 단위 중량당 담지되는 촉매 입자량이 현저히 향상되어 촉매 반응 효율이 증가할 수 있다.On the other hand, the porous hybrid catalyst according to one embodiment includes porous organic polymer particles as a core, and thus has not only the outer surface of the organic polymer particle core containing mesopores and/or macropores, but also the inner surface of the core ( Catalyst particles can also be supported on the inner surface. Accordingly, the amount of catalyst particles supported per unit weight can be significantly improved, thereby increasing the catalytic reaction efficiency.

바람직한 일 구현예에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 다공성 유기 고분자 입자가 매크로 기공을 포함할 수 있으며, 상기 매크로 기공은 다공성 유기 고분자 입자의 외표면에서 내부까지 서로 연결된 열린 기공(open pore)의 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 복합체 촉매 입자가 다공성 유기 고분자 입자의 외표면에 위치하여 코팅층을 형성할 뿐만 아니라, 다공성 유기 고분자 입자의 내부에 위치하는 기공의 내벽에도 위치하여 코팅층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 다공성 유기 고분자 입자의 외표면에서 내부 표면까지 균일하게 복합체 촉매 입자가 분포함으로써 다공성 유기 고분자 입자 코어 전체적으로 촉매 반응을 유도할 수 있다.In the porous hybrid catalyst according to a preferred embodiment, the porous organic polymer particles may include macro pores, and the macro pores may have a structure of open pores connected to each other from the outer surface to the interior of the porous organic polymer particles. there is. Accordingly, the composite catalyst particles can be located not only on the outer surface of the porous organic polymer particles to form a coating layer, but also on the inner wall of the pores located inside the porous organic polymer particles to form a coating layer. Accordingly, the composite catalyst particles are uniformly distributed from the outer surface to the inner surface of the porous organic polymer particles, thereby inducing a catalytic reaction throughout the core of the porous organic polymer particles.

일 구현예에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 코어의 내부에 촉매 입자뿐만 아니라 첨가제인 기능성 물질를 더 담지할 수 있어 촉매적 산화반응뿐만 아니라 첨가제인 기능성 물질에 따른 효과도 추가적으로 구현할 수 있다. 상기 첨가제로는 흡착제, 소취제 또는 항균제일 수 있다.The porous hybrid catalyst according to one embodiment can further support not only catalyst particles but also functional materials as additives inside the core, so that not only the catalytic oxidation reaction but also the effects of the functional materials as additives can be additionally implemented. The additive may be an adsorbent, deodorant, or antibacterial agent.

또한, 코어로 다공성 유기 고분자 입자를 포함함에 따라, 제올라이트, 알루미나, 실리카 등의 무기계 담지체에 비해 코어의 비중을 현저히 감소시킬 수 있어, 비중이 작은 촉매를 필요로 하는 다양한 분야에 응용할 수 있다.In addition, by including porous organic polymer particles as the core, the specific gravity of the core can be significantly reduced compared to inorganic carriers such as zeolite, alumina, and silica, and can be applied to various fields that require a catalyst with a small specific gravity.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 코어로 다공성 유기 고분자 입자를 포함함으로써 공기 내에 함유된 유해가스를 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있다. 상세하게, 유해가스가 복합체 촉매 입자 층의 표면과 접촉하거나 촉매 입자 층의 외부에서 내부 방향으로 통과하면서 산화될 수 있는데, 이러한 유해가스와 촉매간의 접촉만으로는 공기 내의 유해가스가 전부 산화되지 않을 수 있다. 접촉에 의한 산화반응만으로 제거되지 않은 유해가스가 다공성 유기 고분자 입자의 기공을 통해 코어 내부에 빠르게 다량 흡착되고 코어 내부에 흡착된 유해가스가 다시 탈착되어 복합체 촉매 입자 층의 내부에서 외부 방향으로 다시 통과하면서 촉매 입자에 의해 산화될 수 있어, 유해가스를 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있다. 나아가 상술한 바와 같이, 복합체 촉매 입자가 다공성 유기 고분자 입자의 외표면 및 내부에 위치하는 기공의 내벽에도 위치하여 코팅층을 형성함으로써, 다공성 유기 고분자 입자의 전체적으로 촉매 반응을 유도할 수 있다. 또한, 다공성 유기 고분자의 기공에 흡착된 유해가스가 탈착된 후 기공을 통해 통과하면서 촉매 입자와 용이하게 접촉하여 산화될 수 있어, 유해가스를 실질적으로 모두 제거하는데 매우 유리할 수 있다. 한편, 상기 유기 고분자 입자가 비다공성인 경우, 상술한 유해가스의 흡착/탈착이 제한적으로 이뤄질 수 있으며, 복합체 촉매 입자 층의 표면 상에서의 접촉만으로 산화될 수밖에 없어 높은 유속에서 모든 유해가스가 제거되기 어려울 수 있다.According to one embodiment, the porous hybrid catalyst includes porous organic polymer particles as a core, so that it can remove substantially all harmful gases contained in the air even at a high flow rate. In detail, harmful gases may be oxidized by contacting the surface of the composite catalyst particle layer or passing from the outside to the inside of the catalyst particle layer. However, only the contact between such harmful gases and the catalyst may not oxidize all of the harmful gases in the air. . A large amount of harmful gases that are not removed through the oxidation reaction through contact are quickly adsorbed inside the core through the pores of the porous organic polymer particles, and the harmful gases adsorbed inside the core are desorbed again and pass from the inside to the outside of the composite catalyst particle layer again. However, since it can be oxidized by catalyst particles, virtually all harmful gases can be removed even at high flow rates. Furthermore, as described above, the composite catalyst particles are located on the outer surface of the porous organic polymer particles and the inner walls of the pores located inside to form a coating layer, thereby inducing a catalytic reaction throughout the porous organic polymer particles. In addition, harmful gases adsorbed in the pores of the porous organic polymer can be easily oxidized by contact with catalyst particles while passing through the pores after being desorbed, which can be very advantageous in removing substantially all harmful gases. On the other hand, if the organic polymer particles are non-porous, the adsorption/desorption of the above-mentioned harmful gases may be limited, and they are bound to be oxidized only by contact with the surface of the composite catalyst particle layer, making it difficult for all harmful gases to be removed at a high flow rate. It can be difficult.

또한, 일정 부피를 채울 필요가 있는 공기 정화 필터에 적용할 경우, 종래의 분말 형태의 촉매는 필요 이상의 촉매를 충진시켜야 하는 반면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 공기 정화에 필요한 만큼의 촉매를 충진할 수 있기 때문에 촉매 사용량을 줄여 경제적으로 유리하다는 장점을 가진다.In addition, when applied to an air purification filter that needs to be filled with a certain volume, the conventional powder-type catalyst must be filled with more catalyst than necessary, whereas the porous hybrid catalyst can be filled with as much catalyst as necessary for air purification. Therefore, it has the advantage of being economically advantageous by reducing the amount of catalyst used.

상기 다공성 유기 고분자 입자를 구성하는 고분자의 중량평균 분자량은 10,000 g/mol 이상일 수 있고, 비한정적으로 5,000,000 g/mol 이하일 수 있다. 예를 들어 고분자의 중량평균 분자량은 10,000 내지 5,000,000 g/mol 또는 20,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 상기 고분자는 용매에 용해될 수 있는 비가교형 고분자 또는 용매에 용해되지 않는 가교 고분자일 수 있으나, 특정한 구조로 제한되지는 않는다.The weight average molecular weight of the polymer constituting the porous organic polymer particles may be 10,000 g/mol or more, but may be, without limitation, 5,000,000 g/mol or less. For example, the weight average molecular weight of the polymer may be 10,000 to 5,000,000 g/mol or 20,000 to 1,000,000 g/mol, but is not limited thereto. The polymer may be a non-crosslinked polymer that is soluble in a solvent or a crosslinked polymer that is insoluble in a solvent, but is not limited to a specific structure.

상기 다공성 유기 고분자 입자의 유리 전이온도는 173K 내지 580K(Kelvin)의 범위를 가질 수 있다. 일 구현예에 따르면 상기 유리 전이온도는 273K 내지 580K, 298K 내지 580K, 343K 내지 580K, 373K 내지 580K, 423K 내지 580K, 473K 내지 580K, 423K 내지 573K 또는 473K 내지 573K의 범위를 가질 수 있다.The glass transition temperature of the porous organic polymer particles may range from 173K to 580K (Kelvin). According to one embodiment, the glass transition temperature may range from 273K to 580K, 298K to 580K, 343K to 580K, 373K to 580K, 423K to 580K, 473K to 580K, 423K to 573K, or 473K to 573K.

다른 일 구현예에 따르면 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유리 전이온도는 373K 이하, 353K 이하, 323K 이하, 구체적으로 300K 이하의 범위를 가질 수 있고, 비한정적으로 173K 이상의 범위를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로 273K 이하, 263K 이하, 253K 이하, 243K 이하 또는 220K 이하일 수 있고, 173K 이상의 범위를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 유리 전이온도는 173K 내지 300K, 173K 내지 273K, 173K 내지 263K 또는 173K 내지 253K의 범위를 가질 수 있다. 상기 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유리 전이온도가 상온 이하의 범위를 가질 때 상온에서 고무상(rubbery state)를 가진다. 이러한 고무상의 다공성 유기 고분자 입자는 입자에 가해지는 기계적 외력을 소산시킬 수 있어 다공성 하이브리드 촉매의 손상 및 촉매 분말의 탈리를 최소화하여 우수한 내구성을 가질 수 있다. 특히 상온 이하의 저온에서 운전되는 공기 정화 장치의 경우 지지체가 반복적인 충격이나 진동 등의 기계적 외력에 의해 파손되고 복합체 촉매 입자의 탈리가 쉽게 발생할 수 있는 점에서 다공성 하이브리드 촉매는 현저한 기술적 이점을 제공할 수 있다.According to another embodiment, the glass transition temperature of the porous organic polymer particles may be in the range of 373K or less, 353K or less, 323K or less, specifically 300K or less, and may have a non-limiting range of 173K or more. More specifically, it may be 273K or less, 263K or less, 253K or less, 243K or less, or 220K or less, and may have a range of 173K or more. For example, the glass transition temperature may range from 173K to 300K, 173K to 273K, 173K to 263K, or 173K to 253K. When the glass transition temperature of the porous organic polymer particles is in the range of room temperature or lower, it has a rubbery state at room temperature. These rubber-like porous organic polymer particles can dissipate mechanical external force applied to the particles, thereby minimizing damage to the porous hybrid catalyst and detachment of catalyst powder, resulting in excellent durability. In particular, in the case of air purification devices operated at low temperatures below room temperature, porous hybrid catalysts provide a significant technical advantage in that the support can be damaged by mechanical external forces such as repetitive shock or vibration and the composite catalyst particles can easily be detached. You can.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 메조 기공 및/또는 매크로 기공을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛ 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 크기의 기공을 포함할 수 있다. 또한 상기 코어의 기공율은 10 내지 90%, 구체적으로 20 내지 80%일 수 있다. 상기 다공성 유기 고분자 입자는 상술한 크기의 거대한 기공 및 기공율을 가짐으로써, 복합체 촉매 입자를 코어의 내부에 균일하게 담지할 수 있고 유해가스를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.According to one embodiment, the porous organic polymer particles may include mesopores and/or macropores, and specifically include pores with a size of 0.1 ㎛ to 1000 ㎛, 0.5 ㎛ to 500 ㎛, or 1 ㎛ to 100 ㎛. can do. Additionally, the porosity of the core may be 10 to 90%, specifically 20 to 80%. The porous organic polymer particles have large pores and porosity of the above-mentioned size, so that the composite catalyst particles can be uniformly supported inside the core and harmful gases can be removed more effectively.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 평균 기공 크기는 상기 복합체 촉매 입자의 입경보다 큰 것일 수 있다. 이에 따라 단순한 건식 또는 습식 코팅 공정을 통해 상기 복합체 촉매 입자가 상기 다공성 유기 고분자 입자의 내부까지 효과적으로 침투하여 기공의 내벽에 위치하여 코팅층을 용이하게 형성할 수 있다.According to one embodiment, the average pore size of the porous organic polymer particles may be larger than the particle size of the composite catalyst particles. Accordingly, through a simple dry or wet coating process, the composite catalyst particles can effectively penetrate into the interior of the porous organic polymer particles and be located on the inner wall of the pores, thereby easily forming a coating layer.

일 구현예에 따르면, 상기 코어의 직경은 이에 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 100 ㎛ 내지 50 ㎜, 구체적으로는 0.5 ㎜ 내지 50 ㎜, 더욱 구체적으로는 1 ㎜ 내지 25 ㎜일 수 있으며, 상기 코어가 상술한 범위를 만족함으로써 다공성 하이브리드 촉매의 크기를 증가시켜 차압 문제를 개선할 수 있다. 이와 동시에 종래의 분말 형태의 촉매와 달리 필요 이상의 촉매를 충진시킬 필요 없고 공기 정화 필터에 필요한 만큼의 촉매를 충진할 수 있기 때문에 촉매 사용량을 줄여 경제적으로 유리하다.According to one embodiment, the diameter of the core is not particularly limited, but may be, for example, 100 ㎜ to 50 mm, specifically 0.5 mm to 50 mm, more specifically 1 mm to 25 mm, As the core satisfies the above-mentioned range, the differential pressure problem can be improved by increasing the size of the porous hybrid catalyst. At the same time, unlike conventional powder-type catalysts, there is no need to fill more catalyst than necessary and the amount of catalyst needed can be filled in the air purification filter, so it is economically advantageous by reducing the amount of catalyst usage.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 복합체 촉매 입자뿐만 아니라 첨가제를 코어의 내부에 담지할 수 있다. 상기 첨가제는 다공성 하이브리드 촉매의 적용 분야에 따라 요구되는 물질이면 제한 없이 이에 해당하며, 일례로는 활성탄과 같은 물리적 흡착능력이 우수한 흡착제이거나 황화구리(copper sulfide; CuS)와 같은 항균 또는 소취 기능을 가지는 물질일 수 있다.According to one embodiment, the porous organic polymer particles may support not only the composite catalyst particles but also additives within the core. The additive may be any material required depending on the application field of the porous hybrid catalyst without limitation. For example, an adsorbent with excellent physical adsorption capacity such as activated carbon or an adsorbent with an antibacterial or deodorizing function such as copper sulfide (CuS). It can be a substance.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유기 고분자는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 및 열가소성 엘라스토머로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 유기 고분자의 비한정적인 일 예로는 폴리아미드계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 폴리에스터계 고분자, 불소계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리아크릴레이트계 고분자 및 폴리염화비닐계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유기 고분자는 유해가스의 효과적 흡착 및 코어의 구조적 안정성을 위해 소수성 고분자일 수 있으며 동시에 비수용성 고분자일 수 있다.According to one embodiment, the organic polymer of the porous organic polymer particle may include any one or a combination of two or more selected from the group consisting of thermoplastic resin, thermosetting resin, elastomer, and thermoplastic elastomer. Non-limiting examples of the organic polymers include polyamide-based polymers, polycarbonate-based polymers, polyester-based polymers, fluorine-based polymers, polyurethane-based polymers, polystyrene-based polymers, polyolefin-based polymers, polyacrylate-based polymers, and polyvinyl chloride-based polymers. It may include any one or a combination of two or more selected from the group consisting of polymers, but is not limited thereto. The organic polymer of the porous organic polymer particle may be a hydrophobic polymer for effective adsorption of harmful gases and structural stability of the core, and may also be a water-insoluble polymer.

상기 유기 고분자의 구체적 물질은 다공성 하이브리드 촉매가 적용되는 기술분야에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 다공성 유기 고분자 입자가 반응가스, 예를 들어 유해가스의 흡착재로서 작용하도록 하기 위한 관점에서 물질이 선택될 수도 있다. 예를 들어 디클로로에탄 및 트리할로메탄 등의 VOC의 흡착재로서 폴리스티렌계 중합체가 고분자 물질로 선택될 수 있다. 유기 고분자 입자가 유해가스에 대해 흡착재로 작용함에 따라 후술하는 바와 같이 빠른 유속에서 복합체 촉매 입자가 모두 제거하지 못하는 유해가스를 다공성 유기 고분자 입자가 흡착하여 물리적으로 제거할 수 있고, 흡착된 유해가스의 탈착 시 복합체 촉매 입자와 접촉하여 화학적으로 제거할 수 있어 바람직할 수 있다.The specific material of the organic polymer may be appropriately selected depending on the technical field to which the porous hybrid catalyst is applied, but the material may be selected from the viewpoint of allowing the porous organic polymer particles to act as an adsorbent for reactive gas, for example, harmful gas. there is. For example, polystyrene-based polymer may be selected as a polymer material as an adsorbent for VOCs such as dichloroethane and trihalomethane. As organic polymer particles act as an adsorbent for harmful gases, as will be described later, the porous organic polymer particles can adsorb and physically remove harmful gases that cannot be completely removed by the composite catalyst particles at high flow rates, and the adsorbed harmful gases can be removed physically. During desorption, it may be desirable because it comes into contact with the composite catalyst particles and can be chemically removed.

바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유기 고분자는 엘라스토머 또는 열가소성 엘라스토머일 수 있으며, 탄성이 있는 유기 고분자를 사용할 경우 보다 기계적 외력이 가해지는 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 한편, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 유기 고분자는 생분해성 고분자일 수 있다. 유기 고분자 입자가 생분해성을 가짐에 따라 다공성 하이브리드 촉매의 촉매 활성의 저하에 따라 매립 또는 폐기되어도 환경에 대한 부하가 매우 적고 촉매를 회수한 후 간단한 가수분해 공정에 의해 활성을 가지는 금속을 쉽게 회수할 수 있어 바람직할 수 있다.According to a preferred embodiment, the organic polymer of the porous organic polymer particle may be an elastomer or thermoplastic elastomer, and can be more effectively used in fields where mechanical external force is applied than when an organic polymer with elasticity is used. Meanwhile, the organic polymer of the porous organic polymer particles may be a biodegradable polymer. As organic polymer particles are biodegradable, the burden on the environment is very small even if landfilled or disposed of due to a decrease in the catalytic activity of the porous hybrid catalyst, and the active metal can be easily recovered through a simple hydrolysis process after recovering the catalyst. It may be desirable.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 발포 유기 고분자 입자일 수 있으며, 상기 발포 유기 고분자 입자는 일반적으로 알려진 발포 공정에 의하여 제조된 유기 고분자 입자를 가리킨다. 예를 들면, 상기 발포 유기 고분자 입자는 유기 고분자와 발포제를 용융 및 혼합하여 용융물을 제조하는 공정 및 상기 용융물을 승온 또는 감압에 의해 발포하는 공정에 의하여 제조될 수 있다. 상기 발포제로는 유기 발포제 또는 무기 발포제가 사용될 수 있다. 유기 발포제의 예로는 프로판(propane), 부탄(butane), 헥산(hexane) 또는 헵탄(heptane)과 같은 지방족 탄화수소, 사이클로부탄(cyclobutane) 또는 사이클로펜탄(cyclopentane)과 같은 지환족 탄화수소, 클로로플루오로메탄(chlorofluoromethane), 트리플루오로메탄 (trifluoromethane), 1,1-디플루오로에탄 (1,1-difluoroethane), 1,2,2,2-테트라플루오로에탄 (1,2,2,2-tetrafluoroethane), 메틸 클로라이드 (methyl chloride), 에틸 클로라이드 (ethyl chloride) 또는 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)와 같은 할로겐화 탄화수소에서 선택되는 어느 하나 이상을 들 수 있다. 무기 발포제의 예로는 질소, 이산화탄소, 아르곤 또는 공기를 들 수 있다.According to one embodiment, the porous organic polymer particles may be foamed organic polymer particles, and the foamed organic polymer particles refer to organic polymer particles manufactured by a generally known foaming process. For example, the foamed organic polymer particles may be manufactured by melting and mixing an organic polymer and a foaming agent to produce a melt and foaming the melt by increasing the temperature or reducing the pressure. The foaming agent may be an organic foaming agent or an inorganic foaming agent. Examples of organic blowing agents include aliphatic hydrocarbons such as propane, butane, hexane or heptane, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclobutane or cyclopentane, and chlorofluoromethane. (chlorofluoromethane), trifluoromethane, 1,1-difluoroethane, 1,2,2,2-tetrafluoroethane (1,2,2,2-tetrafluoroethane) ), one or more selected from halogenated hydrocarbons such as methyl chloride, ethyl chloride, or methylene chloride. Examples of inorganic blowing agents include nitrogen, carbon dioxide, argon, or air.

다른 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 용매 추출 공정, 염 용해 공정 또는 고분자 용해 공정과 같이 이 기술분야에 공지된 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 특정한 공정에 의해 제조된 입자로 제한되지 않는다. 구체적인 예를 들면, 상기 다공성 유기 고분자 입자는 고분자, 유기 용매 및 비용매 또는 오일의 혼합물을 냉각된 오일 배스(bath) 또는 수용액에 투입 및 교반하여 입자로 고형화하고, 이어서 비용매 또는 오일을 추출하는 용매 추출 공정을 통해 제조될 수 있다. 다른 예로, 다공성 유기 고분자 입자는 고분자, 용매 및 수용성 염의 혼합물을 수용액에 투입하고 교반하여 입자로 고형화하면서 동시에 염을 용해시키는 염 용해 공정을 통해 제조될 수 있다. 또 다른 예로, 다공성 유기 고분자 입자는 유기 고분자 및 수용성 고분자의 용융 혼합물을 침전조에 투입하고 교반하여 입자로 고형화하고, 이어서 수용성 고분자를 수용액에서 용해하여 제거하는 고분자 용해 공정을 통해 제조될 수 있다.According to another embodiment, the porous organic polymer particles may be manufactured by a manufacturing method known in the art, such as a solvent extraction process, a salt dissolution process, or a polymer dissolution process, and are limited to particles manufactured by a specific process. It doesn't work. For a specific example, the porous organic polymer particles are solidified into particles by adding and stirring a mixture of polymer, organic solvent, and non-solvent or oil into a cooled oil bath or aqueous solution, and then extracting the non-solvent or oil. It can be manufactured through a solvent extraction process. As another example, porous organic polymer particles can be manufactured through a salt dissolution process in which a mixture of a polymer, a solvent, and a water-soluble salt is added to an aqueous solution and stirred to solidify it into particles while simultaneously dissolving the salt. As another example, porous organic polymer particles can be manufactured through a polymer dissolution process in which a molten mixture of an organic polymer and a water-soluble polymer is put into a sedimentation tank and stirred to solidify into particles, and then the water-soluble polymer is removed by dissolving in the aqueous solution.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자의 다공성 지지체는 금속 산화물 또는 준금속 산화물 다공성 지지체일 수 있다. 상기 금속 산화물 또는 준금속 산화물의 금속 또는 준금속으로는 2족 내지 5족, 7족 내지 9족, 및 11족 내지 14족일 수 있고, 구체적으로 2족 내지 4족, 13족 및 14족으로부터 선택되는 금속 또는 준금속일 수 있으며, 보다 구체적으로, Al, Ti, Zr 또는 Si일 수 있다.According to one embodiment, the porous support of the composite catalyst particles may be a metal oxide or metalloid oxide porous support. The metal or metalloid of the metal oxide or metalloid oxide may be from Groups 2 to 5, Group 7 to 9, and Group 11 to 14, and is specifically selected from Groups 2 to 4, Group 13, and Group 14. It may be a metal or metalloid, and more specifically, it may be Al, Ti, Zr, or Si.

상기 다공성 지지체는 메조기공을 포함하며, 선택적으로 미세기공을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서 미세기공(Micropore)은 내부 기공의 평균 직경이 2 ㎚ 미만인 것을 의미하며, 메조기공(Mesopore)은 내부 기공의 평균 직경이 2 ㎚ 내지 50 ㎚인 것을 의미한다. 상기 다공성 지지체의 메조기공의 부피는 50 부피% 이상, 60 부피%이상, 또는 70 부피% 이상일 수 있고, 상한은 제한되지 않으나 예를 들어 100 부피% 이하, 95 부피%이하, 또는 90 부피%이하일 수 있으며, 또는 50 내지 100 부피%, 구체적으로 60 내지 90 부피%일 수 있으나, 이는 일 예일 뿐 이에 제한되지 않는다.The porous support includes mesopores and may optionally further include micropores. In the present disclosure, micropore means that the average diameter of internal pores is less than 2 ㎚, and mesopore (Mesopore) means that the average diameter of internal pores is 2 ㎚ to 50 ㎚. The volume of mesopores of the porous support may be 50 vol% or more, 60 vol% or more, or 70 vol% or more, and the upper limit is not limited, but for example, 100 vol% or less, 95 vol% or less, or 90 vol% or less. It may be 50 to 100% by volume, specifically 60 to 90% by volume, but this is only an example and is not limited thereto.

비한정적인 일 구체예에 따르면, 상기 다공성 지지체는 계층적 다공성 구조를 가질 수 있으며, 메조기공 사이에 미세기공이 규칙적으로 존재하며 상호 연결된 구조를 포함할 수 있다. 그러나 미세기공은 선택적인 요소일 뿐이므로 상기 다공성 지지체가 계층적 다공성 구조로 제한되지 않는다.According to one non-limiting example, the porous support may have a hierarchical porous structure, and may include a structure in which micropores are regularly present between mesopores and are interconnected. However, since micropores are only an optional element, the porous support is not limited to a hierarchical porous structure.

비한정적인 일 구체예에 따르면, 상기 다공성 지지체는 매크로 기공을 더 포함할 수 있으며, 매크로 기공을 일정 부피 분율 이상 포함함에 따라 기체의 확산저항을 현저하게 감소시킬 수 있어 바람직할 수 있다.According to a non-limiting example, the porous support may further include macro pores, and the inclusion of macro pores above a certain volume fraction may significantly reduce gas diffusion resistance, which may be preferable.

일 구현예에 따르면, 상기 금속 함유 나노입자의 금속은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo) 및 이의 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 금속 함유 나노입자는 금속으로 구성되는 나노입자일 수 있다. 구체적으로는 상기 금속 함유 나노입자의 금속은 금(Au)일 수 있으며, 금 나노입자일 수 있다.According to one embodiment, the metal of the metal-containing nanoparticles is gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), and rhodium. It may be any one selected from the group consisting of (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), molybdenum (Mo), and oxides thereof. The metal-containing nanoparticles may be nanoparticles composed of metal. Specifically, the metal of the metal-containing nanoparticle may be gold (Au), and may be a gold nanoparticle.

상기 금속 함유 나노입자는 본 기술 분야에서 공지된 방법으로부터 제조할 수 있거나 시판되는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로, 금속 함유 나노입자는 공지된 방법(Natan et al., Anal. Chem. 67, 735 (1995)) 에 따라 용액 내에 존재하는 금속 전구체를 금속으로 환원시켜 제조할 수 있다. 금속 전구체로는 금속 할로겐화물, 금속 질산염, 금속 아세테이트, 금속 아세틸아세토네이트 또는 금속 암모늄염 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 금속 전구체는 HAuCl4, HAuBr4, AgNO3, [Ag(NH3)2]NO3, CuCl2, CuBr2, PtCl2, K2PtCl4, PdCl2, NiCl2, Ni(NO3)2 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것일 수 있고, 보다 구체적으로 HAuCl4 또는 HAuBr4일 수 있다.The metal-containing nanoparticles can be prepared from methods known in the art or commercially available materials can be used. Specifically, metal-containing nanoparticles can be produced by reducing a metal precursor present in a solution to a metal according to a known method (Natan et al., Anal. Chem. 67, 735 (1995)). Examples of metal precursors include, but are not limited to, metal halides, metal nitrates, metal acetates, metal acetylacetonates, or metal ammonium salts. Specifically, the metal precursor is HAuCl 4 , HAuBr 4 , AgNO 3 , [Ag(NH 3 ) 2 ]NO 3 , CuCl 2 , CuBr 2 , PtCl 2 , K 2 PtCl 4 , PdCl 2 , NiCl 2 , Ni(NO 3 ) It may be any one selected from the group consisting of 2 and combinations thereof, and more specifically, it may be HAuCl 4 or HAuBr 4 .

상기 금속 함유 나노입자의 직경은 1 ㎚ 내지 20 ㎚일 수 있고, 구체적으로 1 ㎚ 내지 15 ㎚, 보다 구체적으로 1 ㎚ 내지 12 ㎚일 수 있다. 바람직한 금속 함유 나노입자의 직경으로는 1 ㎚ 내지 10 ㎚, 보다 바람직하게는 1 ㎚ 내지 8 ㎚일 수 있다.The diameter of the metal-containing nanoparticles may be 1 nm to 20 nm, specifically 1 nm to 15 nm, and more specifically 1 nm to 12 nm. The diameter of the metal-containing nanoparticles is preferably 1 nm to 10 nm, more preferably 1 nm to 8 nm.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 평균 직경보다 상기 나노입자의 평균 직경이 더 클 수 있다. 이에 따라, 다공성 지지체의 메조기공 내에 함입되는 금속 함유 나노입자의 결정 격자의 변형을 생성할 수 있으며, 상온 영역에서 촉매 활성의 개선을 유도할 수 있다.According to one embodiment, the average diameter of the nanoparticles may be larger than the average diameter of mesopores of the porous support. Accordingly, it is possible to create a deformation of the crystal lattice of the metal-containing nanoparticles embedded in the mesopores of the porous support, and to improve catalytic activity in the room temperature range.

일 구현예에 따르면, 상기 나노입자는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 전부에 함입되거나 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 함입될 수 있으며, 구체적으로는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 함입될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 나노입자는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 불규칙적으로 함입될 수 있다. 이때, 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 전부에 함입된 구조는 초격자(superlattice) 구조를 의미하며, 구체적으로는 면심입방구조(face-centered cubic, FCC) 대칭을 갖는 고도로 정렬된 초격자 구조를 의미한다. 나노입자가 상기 메조 기공의 일부에 불규칙적으로 함입된 형태는 상기 초격자 구조에 비해 기체의 확산이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다는 장점을 가지는 점에서 바람직하다.According to one embodiment, the nanoparticles may be incorporated into all of the mesopores of the porous support or into a portion of the mesopores of the porous support, and specifically, may be incorporated into a portion of the mesopores of the porous support. there is. More specifically, the nanoparticles may be irregularly incorporated into some of the mesopores of the porous support. At this time, the structure embedded in all of the mesopores of the porous support refers to a superlattice structure, and specifically refers to a highly ordered superlattice structure with face-centered cubic (FCC) symmetry. do. A form in which nanoparticles are irregularly incorporated into a portion of the mesopores is preferable in that it has the advantage of enabling gas diffusion more effectively compared to the superlattice structure.

일 구현예에 따르면, 상기 나노입자는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 함입되고, 나노입자가 함입되지 않은 메조 기공은 열린 기공으로 서로 연결된 것일 수 있다. 상기 다공성 하이브리드 촉매는 나노입자가 다공성 지지체의 기공의 일부에만 함입됨으로써, 열린 기공으로 서로 연결된 나노입자가 함입되지 않은 기공을 통하여 유해가스의 확산이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 복합체 촉매 입자 층 내에서의 유해가스의 촉매 반응 속도를 증가시킬 수 있다.According to one embodiment, the nanoparticles may be incorporated into some of the mesopores of the porous support, and the mesopores not incorporated into the nanoparticles may be connected to each other through open pores. In the porous hybrid catalyst, nanoparticles are incorporated into only a portion of the pores of the porous support, so that harmful gases can be more effectively diffused through pores that are not incorporated by nanoparticles connected to each other through open pores. Accordingly, the catalytic reaction rate of harmful gases within the composite catalyst particle layer can be increased.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자의 기공은 상기 코어의 기공과 열린 기공으로 연결된 것일 수 있다. 상기 다공성 하이브리드 촉매는 코어의 기공과 복합체 촉매 입자의 기공이 서로 연결됨으로써, 물질 확산 속도의 증가로 인해 유해가스가 코어 내로 확산되어 빠르게 다량 흡착될 수 있으며, 흡착된 가스가 탈착되면서 복합체 촉매 입자의 내부에서 외부 방향으로 다시 통과하면서 산화될 수 있어 유해가스를 보다 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있다.According to one embodiment, the pores of the composite catalyst particle may be connected to the pores of the core through open pores. In the porous hybrid catalyst, the pores of the core and the pores of the composite catalyst particles are connected to each other, so that harmful gases can diffuse into the core and be quickly adsorbed in large quantities due to an increase in the material diffusion rate. As the adsorbed gas is desorbed, the composite catalyst particles Since it can be oxidized while passing from the inside to the outside again, virtually all harmful gases can be removed even at higher flow rates.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 평균 입경이 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛, 구체적으로는 0.05 ㎛ 내지 5 ㎛, 보다 구체적으로는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있으며, 상기 범위를 만족함으로써 상기 코어 상에 보다 밀접하게 결착되어 내구성이 향상될 수 있으나 상기 수치범위로 제한되지는 않는다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may have an average particle diameter of 0.01 ㎛ to 10 ㎛, specifically 0.05 ㎛ to 5 ㎛, more specifically 0.1 ㎛ to 5 ㎛, and by satisfying the above range, the core phase Durability may be improved by binding more closely to the surface, but it is not limited to the above numerical range.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 비표면적이 100 ㎡/g 이상, 300 ㎡/g 이상, 400 ㎡/g 이상, 500 ㎡/g 이상 600 ㎡/g 이상, 2,000 ㎡/g 이하 또는 1,500 ㎡/g 이하일 수 있으며, 예를 들면 100 ㎡/g 내지 2,000 ㎡/g, 400 ㎡/g 내지 2,000 ㎡/g 또는 600 ㎡/g 내지 1,500 ㎡/g일 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particle has a specific surface area of 100 ㎡/g or more, 300 ㎡/g or more, 400 ㎡/g or more, 500 ㎡/g or more, 600 ㎡/g or more, 2,000 ㎡/g or less, or 1,500 ㎡/g or more. It may be ㎡/g or less, for example, 100 ㎡/g to 2,000 ㎡/g, 400 ㎡/g to 2,000 ㎡/g or 600 ㎡/g to 1,500 ㎡/g.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 총 기공 부피가 0.08 ㎤/g 내지 2.0 ㎤/g, 0.08 ㎤/g 내지 1.5 ㎤/g 또는 0.1 ㎤/g 내지 1.0 ㎤/g일 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may have a total pore volume of 0.08 cm3/g to 2.0 cm3/g, 0.08 cm3/g to 1.5 cm3/g, or 0.1 cm3/g to 1.0 cm3/g.

상기 복합체 촉매 입자는 상술한 범위의 비표면적, 기공 부피 및 기공 직경을 만족함으로써, 기공을 통하여 유해가스의 확산이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 복합체 촉매 입자 층 내에서의 유해가스의 촉매 반응 속도를 증가시킬 수 있다.The composite catalyst particle satisfies the specific surface area, pore volume, and pore diameter within the above-mentioned ranges, allowing harmful gases to diffuse more effectively through pores. Accordingly, the catalytic reaction rate of harmful gases within the composite catalyst particle layer can be increased.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하며, EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수(radial distribution function)는 하기 식 1을 만족할 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particle includes a porous support including mesopores and nanoparticles containing a metal incorporated in the pores of the porous support, and uses an extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum to perform Fourier analysis. The radial distribution function obtained by conversion can satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

(DH2/DH1) < 0.3(DH2/DH1) < 0.3

상기 식 1에서 DH1은 원자간 거리(interatomic distance) D1에서의 피크의 높이이며, DH2는 원자간 거리(interatomic distance) D2에서의 피크의 높이이고, D1 및 D2는 각각 하기 식 2 및 식 3을 만족한다. 구체적으로, 상기 D1 및 D2는 각각 하기 식 2 및 식 3을 만족하는 범위에서 발견되는 최대 피크의 원자간 거리이다.In equation 1, DH1 is the height of the peak at the interatomic distance D1, DH2 is the height of the peak at the interatomic distance D2, and D1 and D2 are expressed in the following equations 2 and 3, respectively. Satisfies. Specifically, D1 and D2 are the interatomic distances of the maximum peak found in a range that satisfies the following Equations 2 and 3, respectively.

[식 2][Equation 2]

0.8≤(D1/D3)≤0.950.8≤(D1/D3)≤0.95

[식 3][Equation 3]

0.6≤(D2/D3)≤0.70.6≤(D2/D3)≤0.7

상기 식 2 및 식 3에서 D3는 2.8 내지 3.0 Å에서 존재하는 벌크상의 Au-Au 결합의 원자간 거리를 의미하며, 구체적으로 2.88 내지 2.98 Å에서 존재하는 것일 수 있고, 보다 구체적으로 2.90Å의 표준 원자간 거리를 의미할 수 있다. 구체적으로 D3는 피크가 비대칭성을 가지는 하나의 피크로 나타나거나 양봉 피크를 가질 경우, 피크 분리(deconvolution)를 통해 얻어진, 2.8 내지 3.0 Å에서 존재하는 벌크상의 Au-Au 결합의 원자간 거리를 의미할 수 있다. 상기 비대칭성은 피크가 비록 하나의 피크(unimodal peak)의 형상을 가지지만 2개의 피크가 중첩됨에 따라 피크의 중심을 기준으로 좌우가 비대칭성을 가지는 것을 의미한다.In Equations 2 and 3 above, D3 refers to the interatomic distance of the Au-Au bond in the bulk phase that exists at 2.8 to 3.0 Å, and may specifically exist at 2.88 to 2.98 Å, and more specifically, the standard of 2.90 Å. It may mean the distance between atoms. Specifically, D3 refers to the interatomic distance of the Au-Au bond in the bulk at 2.8 to 3.0 Å, obtained through peak deconvolution when the peak appears as a single peak with asymmetry or has a bimodal peak. can do. The asymmetry means that although the peak has the shape of a single peak (unimodal peak), the left and right sides have asymmetry based on the center of the peak as two peaks overlap.

구체적으로, 상기 식 2의 (D1/D3)는 0.85 내지 0.92일 수 있으며, 상기 식 3의 (D2/D3)는 0.63 내지 0.66일 수 있다. Specifically, (D1/D3) in Equation 2 may be 0.85 to 0.92, and (D2/D3) in Equation 3 may be 0.63 to 0.66.

구체적인 일 구현예에 따르면, 상기 식 1에서 DH1은 원자간 거리(interatomic distance) 2.57±0.2Å의 피크의 높이이며, DH2는 원자간 거리(interatomic distance) 1.85±0.2Å의 피크의 높이를 의미할 수 있다. 구체적으로 DH1은 원자간 거리(interatomic distance) 2.57±0.1Å의 피크의 높이이며, DH2는 원자간 거리(interatomic distance) 1.85±0.1Å의 피크의 높이를 의미할 수 있다.According to a specific embodiment, in Equation 1, DH1 is the height of the peak at an interatomic distance of 2.57 ± 0.2 Å, and DH2 is the height of the peak at an interatomic distance of 1.85 ± 0.2 Å. You can. Specifically, DH1 may refer to the peak height of an interatomic distance of 2.57 ± 0.1 Å, and DH2 may refer to the peak height of an interatomic distance of 1.85 ± 0.1 Å.

상기 복합체 촉매가 원자간 거리 D1에서의 피크와 원자간 거리 D2에서의 피크의 높이 비율이 0.3 미만을 만족함에 따라 촉매 활성이 상당한 정도로 개선될 수 있다.As the composite catalyst satisfies the height ratio of the peak at the interatomic distance D1 to the peak at the interatomic distance D2 of less than 0.3, the catalytic activity can be significantly improved.

EXAFS는 확장 X선 흡수 미세 구조를 의미하며, 금속 함유 나노입자의 동경 분포나 배위 수를 분석할 수 있다. 예를 들어, 고에너지의 X선을 금속 원자에 조사하면, 금속 함유 나노입자에 포함되는 금속 원자는 전자를 방출하게 된다. 이에 따라, X선을 흡수한 금속 원자를 중심으로 방사상의 산란파가 발생하며, X선을 흡수한 금속 원자로부터 방출된 전자가 인접하는 다른 원자(금속 또는 산소 원자)에 도달하면 인접하는 다른 원자로부터 전자가 방출된다. 이때, 인접하는 다른 원자를 중심으로 방사상의 산란파가 발생한다.EXAFS stands for extended X-ray absorption fine structure, and can analyze the diameter distribution or coordination number of metal-containing nanoparticles. For example, when high-energy X-rays are irradiated to metal atoms, the metal atoms contained in the metal-containing nanoparticles emit electrons. Accordingly, radial scattered waves are generated centered on the metal atom that absorbed the X-rays, and when the electrons emitted from the metal atom that absorbed the Electrons are emitted. At this time, radial scattered waves are generated centered on other adjacent atoms.

X선을 흡수한 금속 원자를 중심으로 발생한 산란파와 인접하는 다른 원자(금속 또는 산소 원자)를 중심으로 발생한 산란파는 간섭한다. 이때, X선을 흡수한 금속 원자와 상기 금속 원자에 인접하는 다른 원자(금속 또는 산소 원자)의 거리에 따른 정상파가 얻어진다. 상기 정상파를 푸리에 변환하면, 금속 원자와 상기 금속 원자에 인접하는 다른 원자(금속 또는 산소 원자)의 거리에 따른 피크를 갖는 동경 분포가 얻어진다. 구체적인 예를 들면, 금속 원자로서 금(Au)일 경우 금(Au) 원자와 금(Au) 원자 사이의 거리에 따른 피크뿐만 아니라 금(Au) 원자가 산소 원자와 결합을 가질 경우 Au-O 결합을 가지는 금(Au) 원자-산소 원자 사이의 거리에 따른 피크를 갖는 동경 분포를 얻을 수 있다.The scattered waves generated around the metal atom that absorbed the X-rays and the scattered waves generated around other adjacent atoms (metal or oxygen atoms) interfere. At this time, a standing wave is obtained depending on the distance between the metal atom that absorbed the X-rays and another atom (metal or oxygen atom) adjacent to the metal atom. When the standing wave is Fourier transformed, a radius distribution having a peak depending on the distance between a metal atom and another atom (metal or oxygen atom) adjacent to the metal atom is obtained. For example, in the case of gold (Au) as a metal atom, not only the peak according to the distance between the gold (Au) atom but also the Au-O bond is observed when the gold (Au) atom has a bond with an oxygen atom. It is possible to obtain a diameter distribution with a peak depending on the distance between the gold (Au) atom and the oxygen atom.

일 구현예에 따르면, 상기 식 1의 (DH2/DH1)는 0.25 이하일 수 있고, 보다 구체적으로 0.24 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하 또는 0.05 이하일 수 있으며 비한정적으로 0 이상일 수 있다. 상기 수치범위를 가짐에 따라 복합체 촉매 입자의 촉매 활성은 현저히 개선되어 가스 스트림 내에 포함되어 있는 반응물 가스를 실질적으로 생성물 가스로 현저하게 빠르게 모두 전환할 수 있는 점에서 바람직하다.According to one embodiment, (DH2/DH1) in Equation 1 may be 0.25 or less, more specifically 0.24 or less, 0.2 or less, 0.15 or less, 0.1 or less, or 0.05 or less, and may be non-limitingly 0 or more. By having the above numerical range, the catalytic activity of the composite catalyst particles is significantly improved, which is desirable in that substantially all of the reactant gas contained in the gas stream can be converted to product gas remarkably quickly.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수(radial distribution function)가 하기 식 4를 만족할 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particle may have a radial distribution function obtained by Fourier transforming an extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum that satisfies Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

(DA2/DA1) < 0.25(DA2/DA1) < 0.25

상기 식 4에서 DA1은 원자간 거리 D1에서의 피크의 면적이며, DA2는 원자간 거리 D2에서의 피크의 면적이고, D1 및 D2는 각각 상기 식 2 및 식 3을 만족한다.In Equation 4, DA1 is the area of the peak at the interatomic distance D1, DA2 is the area of the peak at the interatomic distance D2, and D1 and D2 satisfy Equation 2 and Equation 3 above, respectively.

구체적인 일 구현예에 따르면, 상기 식 4에서 DA1은 원자간 거리(interatomic distance) 2.57±0.2Å의 피크의 면적이며, DA2는 원자간 거리(interatomic distance) 1.85±0.2Å의 피크의 면적을 의미할 수 있다. 구체적으로 DA1은 원자간 거리(interatomic distance) 2.57±0.1Å의 피크의 면적이며, DA2는 원자간 거리(interatomic distance) 1.85±0.1Å의 피크의 면적을 의미할 수 있다.According to a specific embodiment, in Equation 4, DA1 is the area of the peak with an interatomic distance of 2.57 ± 0.2 Å, and DA2 means the area of the peak with an interatomic distance of 1.85 ± 0.2 Å. You can. Specifically, DA1 may refer to the area of the peak with an interatomic distance of 2.57 ± 0.1 Å, and DA2 may refer to the area of the peak with an interatomic distance of 1.85 ± 0.1 Å.

상기 복합체 촉매 입자가 원자간 거리 D1에서의 피크와 원자간 거리 D2에서의 면적 비율이 0.25 미만을 만족함에 따라 촉매 활성이 상당한 정도로 개선될 수 있다.As the composite catalyst particle satisfies the area ratio between the peak at the interatomic distance D1 and the interatomic distance D2 of less than 0.25, the catalytic activity can be significantly improved.

일 구현예에 따르면, 일 구현예에 따르면, 상기 식 2의 (DA2/DA1)는 0.2 이하일 수 있고, 구체적으로 0.18 이하 또는 0.15 이하, 보다 구체적으로 0.1 이하 또는 0.05 이하일 수 있으며 비한정적으로 0 이상일 수 있다. 상기 수치범위를 가짐에 따라 복합체 촉매 입자의 촉매 활성은 현저히 개선되어 가스 스트림 내에 포함되어 있는 반응물 가스를 실질적으로 생성물 가스로 현저하게 빠르게 모두 전환할 수 있는 점에서 바람직하다.According to one embodiment, (DA2/DA1) in Equation 2 may be 0.2 or less, specifically 0.18 or less or 0.15 or less, more specifically 0.1 or less or 0.05 or less, and is not limited to 0 or more. You can. By having the above numerical range, the catalytic activity of the composite catalyst particles is significantly improved, which is desirable in that substantially all of the reactant gas contained in the gas stream can be converted to product gas remarkably quickly.

상기 EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼으로부터 얻어진 상기 식 1 및 식 4의 수치범위는 본 개시에 포함되어 있는 개선된 복합체 촉매 입자의 제조공정에 의해 유래될 수 있으며, 본 개시의 일 실시예를 통해 구현될 수 있으나 상기 식 1 및 식 4의 수치범위가 일 실시예에 제한되지는 않는다.The numerical ranges of Equations 1 and 4 obtained from the EXAFS (Extended Although it can be implemented through examples, the numerical ranges of Equations 1 and 4 above are not limited to one embodiment.

일 구현예에 따르면, 상기 EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수의 원자간 거리 2.2 내지 3.0Å구간에서 양봉 피크를 가지는 것일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 상기 원자간 거리 2.2 내지 3.0Å구간은 금(Au) 원자와 금(Au) 원자간의 거리가 위치하는 구간일 수 있으며, 결정 격자에서 Au-Au의 원자간 거리의 분포를 의미한다.According to one embodiment, the diameter distribution function obtained by Fourier transforming the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum may have a bimodal peak in the interatomic distance range of 2.2 to 3.0 Å. For a specific example, the interatomic distance range of 2.2 to 3.0 Å may be a section where the distance between gold (Au) atoms is located, and refers to the distribution of the interatomic distance of Au-Au in the crystal lattice. do.

상기 원자간 거리 2.2 내지 3.0Å 구간에서 통상적인 금속 함유 나노입자는 단일 피크를 나타낼 수 있으며, 단일 피크를 가진다는 점은 나노입자의 결정 격자 내에서 금속-금속 원자간 거리가 일정하다는 점을 의미한다. 그러나 양봉 피크를 가진다는 점은 결정 격자내에 서로 다른 금속-금속 원자간 거리가 존재한다는 점을 의미할 수 있으며, 명확하게 규명되지는 않았으나 압축 응력에 의한 결정 격자의 변형에 의하여 2개의 서로 다른 금속-금속 원자간 거리가 생성된 것으로 유추된다. 상기 원자간 거리 2.2 내지 3.0Å구간에서 양봉 피크를 가짐에 따라 저온 영역에서도 매우 우수한 촉매 활성을 나타낼 수 있으며, 높은 유속의 가스 스트림 내에 포함되어 있는 반응물 가스를 실질적으로 생성물 가스로 매우 빠르게 모두 전환할 수 있는 점에서 바람직하다.In the range of 2.2 to 3.0 Å between atoms, typical metal-containing nanoparticles can exhibit a single peak, and having a single peak means that the distance between metal-metal atoms is constant within the crystal lattice of the nanoparticle. do. However, having a bimodal peak may mean that different metal-metal interatomic distances exist within the crystal lattice, and although it has not been clearly identified, two different metals may be formed due to deformation of the crystal lattice due to compressive stress. -It is inferred that distance between metal atoms is created. As it has a positive peak in the interatomic distance range of 2.2 to 3.0 Å, it can exhibit very excellent catalytic activity even in low temperature regions, and can convert substantially all of the reactant gas contained in the gas stream at high flow rate into product gas very quickly. It is desirable in that it can be done.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어 100 중량부에 대하여 상기 복합체 촉매 입자는 50 내지 1000 중량부, 구체적으로 100 내지 500 중량부로 포함될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 제올라이트, 알루미나, 실리카 등의 무기계 담지체에 비해 코어의 비중을 현저히 감소시킬 수 있어 비중이 작은 촉매를 필요로 하는 다양한 분야에 응용할 수 있을 뿐만 아니라, 단위 중량당 담지되는 촉매 입자량이 현저히 향상되어 촉매 반응 효율이 증가할 수 있다. 또한 다공성 유기 고분자 입자는 비중이 매우 낮아 다공성 하이브리드 촉매 단위 중량 또는 단위 부피당 담지되는 촉매 입자량이 무기계 담지체 코어에 비해 현저히 향상되어 촉매 반응 효율이 증가할 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particle may be included in an amount of 50 to 1000 parts by weight, specifically 100 to 500 parts by weight, based on 100 parts by weight of the core containing the porous organic polymer particles, but is not limited thereto. Compared to inorganic carriers such as zeolite, alumina, and silica, the specific gravity of the core can be significantly reduced, so it can be applied to various fields that require a catalyst with a small specific gravity. In addition, the amount of catalyst particles supported per unit weight is significantly improved, making it possible to significantly reduce the specific gravity of the core. Reaction efficiency can be increased. In addition, the specific gravity of porous organic polymer particles is very low, so the amount of catalyst particles supported per unit weight or unit volume of the porous hybrid catalyst can be significantly improved compared to the inorganic support core, thereby increasing catalytic reaction efficiency.

또한, 상기 복합체 촉매 입자는 상술한 범위의 함량을 만족함에 따라 상기 코어의 표면 상에 코팅되어 표면 코팅층을 균일하게 형성할 수 있다.Additionally, as the composite catalyst particles satisfy the content within the above-mentioned range, they can be coated on the surface of the core to uniformly form a surface coating layer.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면에 물리적으로 함입된 것일 수 있다. 상기 코어에 포함되는 유기 고분자가 점탄성을 가지며, 또한 상기 복합체 촉매 입자에 비해 낮은 비중을 가짐에 따라 상기 복합체 촉매 입자가 상기 코어의 표면에 용이하게 물리적으로 함입될 수 있다. 상기 복합체 촉매 입자의 전체 체적에 대해 일부의 체적이 코어의 표면 내부로 함입됨에 따라 상기 복합체 촉매 입자를 강하게 결착시킬 수 있다. 코어의 표면 내부로 함입되는 복합체 촉매 입자의 체적은 예를 들어 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만일 수 있고 또한 0.1% 이상일 수 있다. 상기 복합체 촉매 입자는 추가적인 바인더의 필요 없이 상기 코어에 결착될 수 있으며, 복합체 촉매 입자의 탈리가 효과적으로 억제될 수 있으며, 다공성 하이브리드 촉매가 우수한 내구성을 가질 수 있다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may be physically incorporated into the surface of the core. Since the organic polymer contained in the core has viscoelasticity and has a lower specific gravity than the composite catalyst particle, the composite catalyst particle can be easily physically incorporated into the surface of the core. As a portion of the total volume of the composite catalyst particles is absorbed into the surface of the core, the composite catalyst particles can be strongly bound. The volume of composite catalyst particles incorporated into the surface of the core may be, for example, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or less than 5%, and may also be more than 0.1%. The composite catalyst particles can be bound to the core without the need for an additional binder, detachment of the composite catalyst particles can be effectively suppressed, and the porous hybrid catalyst can have excellent durability.

상기 복합체 촉매 입자는 분말 또는 분산액 도포에 의해 코어 표면에 코팅된 후 온화한 조건에서 열처리에 의해 코어 표면에 쉽게 물리적 함입될 수 있다. 열처리 조건은 다공성 유기 고분자 입자에 포함되는 유기 고분자의 Vicat 연화점 이상 및 용융점 이하의 온도일 수 있다. 상기 Vicat 연화점은 ASTM D 1525에 의해 특정될 수 있다.The composite catalyst particles can be easily physically incorporated into the core surface by heat treatment under mild conditions after being coated on the core surface by applying powder or dispersion. The heat treatment conditions may be a temperature above the Vicat softening point and below the melting point of the organic polymer contained in the porous organic polymer particles. The Vicat softening point can be specified by ASTM D 1525.

다른 일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면과 화학적으로 결합된 것일 수 있다. 상기 코어의 표면은 상기 복합체 촉매 입자와 결합할 수 있는 관능기를 포함할 수 있으며, 코어의 표면에 존재하는 관능기과 상기 복합체 촉매 입자가 서로 화학적으로 결합함에 따라 상기 복합체 촉매 입자를 코어 표면에 결착시킬 수 있다. 상기 관능기는 코어에 포함되는 유기 고분자에 화학적으로 결합되어 포함될 수 있거나 유기 고분자와 물리적으로 커플링제로 혼합되어 포함될 수 있다. 예를 들어, 물리적으로 혼합되는 커플링제는 R1-SiR2R3R4(R1은 C6-C20의 알킬, R2는 할로겐, 히드록시 또는 C1-C4의 알콕시, R3및 R4은 서로 독립적으로 C1-C4의 알킬, 할로겐, 히드록시 또는 C1-C4의 알콕시)의 구조를 가질 수 있다. 상기 커플링제가 유기 고분자와 물리적으로 혼합되어 다공성 유기 고분자 입자의 표면에 균일하게 위치하고, 상기 커플링제의 히드록실기 또는 알콕시기가 복합체 촉매 입자와 축합 반응을 하여 상기 복합체 촉매 입자를 코어 표면에 결착시킬 수 있다.According to another embodiment, the composite catalyst particles may be chemically bonded to the surface of the core. The surface of the core may include a functional group capable of binding to the composite catalyst particle, and the composite catalyst particle may be bound to the core surface as the functional group present on the surface of the core and the composite catalyst particle chemically bond to each other. there is. The functional group may be included chemically bonded to the organic polymer included in the core, or may be included physically mixed with the organic polymer with a coupling agent. For example, a physically mixed coupling agent is R 1 -SiR 2 R 3 R 4 (R 1 is alkyl of C6-C20, R 2 is halogen, hydroxy or alkoxy of C1-C4, R 3 and R 4 are Independently of each other, it may have a structure of C1-C4 alkyl, halogen, hydroxy, or C1-C4 alkoxy). The coupling agent is physically mixed with the organic polymer and is uniformly positioned on the surface of the porous organic polymer particles, and the hydroxyl group or alkoxy group of the coupling agent undergoes a condensation reaction with the composite catalyst particles to bind the composite catalyst particles to the core surface. You can.

일 구현예에 따르면, 상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면에 단일층을 형성하며 존재할 수 있다. 상기 코어에 상기 복합체 촉매 입자를 건식 또는 습식 코팅함에 따라 상기 코어의 표면에 단일 입자가 물리적으로 함입되거나 화학적으로 결합될 수 있다. 반데르발스 힘에 의해 상기 복합체 촉매 입자가 적층된 구조를 가질 수 있으나, 적층된 구조로 존재하기보다 물리적 함입 또는 화학적 결합에 의해 코어의 표면에 단일층을 형성하는 것이 복합체 촉매 입자를 보다 안정적으로 담지할 수 있는 점에서 바람직하다. 예를 들어, 복합체 촉매 입자 총 질량에 대해 단일층으로 존재하는 복합체 촉매 입자는 40 질량% 이상, 50 질량% 이상, 60 질량% 이상, 70 질량% 이상, 80 질량% 이상 또는 90 질량% 이상일 수 있고, 또한 100 질량% 이하일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.According to one embodiment, the composite catalyst particles may exist forming a single layer on the surface of the core. By dry or wet coating the composite catalyst particles on the core, single particles may be physically embedded or chemically bonded to the surface of the core. The composite catalyst particles may have a stacked structure due to van der Waals forces, but forming a single layer on the surface of the core by physical impregnation or chemical bonding rather than existing in a stacked structure makes the composite catalyst particles more stable. It is desirable in that it can be supported. For example, the composite catalyst particles present in a single layer may be at least 40% by mass, at least 50% by mass, at least 60% by mass, at least 70% by mass, at least 80% by mass, or at least 90% by mass, relative to the total mass of the composite catalyst particles. and may be 100% by mass or less, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 복합체 촉매 입자 층의 평균 두께는 이에 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로는 2 ㎛ 내지 40 ㎛, 2 ㎛ 내지 30 ㎛, 2 ㎛ 내지 20 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.According to one embodiment, the average thickness of the composite catalyst particle layer is not particularly limited thereto, but may be, for example, 1 ㎛ to 50 ㎛, specifically 2 ㎛ to 40 ㎛, 2 ㎛ to 30 ㎛, 2 ㎛ It may be ㎛ to 20 ㎛ or 2 ㎛ to 10 ㎛.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 일산화탄소, 알데히드계 화합물 또는 탄화수소계 화합물의 산화반응의 용도를 가질 수 있다. 이에 따라 본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매는 일산화탄소, 알데히드계 화합물 또는 탄화수소계 화합물의 고체상 산화제로 바람직하게 활용될 수 있다. 상기 알데히드계 화합물로는 아세트알데히드 또는 포름알데히드일 수 있으나 이에 제한받지 않는다. 상기 탄화수소계 화합물로는 지방족 또는 방향족 화합물 또는 휘발성 유기화합물(VOC)일 수 있으며, 예시적으로 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌이 예시될 수 있으나 이에 제한받지 않는다.According to one embodiment, the porous hybrid catalyst may be used for the oxidation reaction of carbon monoxide, aldehyde-based compounds, or hydrocarbon-based compounds. Accordingly, the porous hybrid catalyst according to the present disclosure can be preferably used as a solid-phase oxidizing agent for carbon monoxide, aldehyde-based compounds, or hydrocarbon-based compounds. The aldehyde-based compound may be acetaldehyde or formaldehyde, but is not limited thereto. The hydrocarbon-based compound may be an aliphatic or aromatic compound or a volatile organic compound (VOC), and examples include, but are not limited to, methane, ethane, propane, butane, benzene, toluene, or xylene.

일 구현예에 따르면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 4% 농도의 일산화탄소 함유 가스를 100 ㎖/min 유량 조건에서 상온에서 80% 이상, 구체적으로 85% 이상, 보다 구체적으로 90% 이상의 전환효율로 이산화탄소로 전환할 수 있다. 또한, 140 ㎖/min 유량 조건에서 상온에서 80% 이상, 구체적으로 85% 이상, 보다 구체적으로 90% 이상의 전환효율로 이산화탄소로 전환할 수 있다. 일산화탄소 함유 가스는 산화가 되기 위해 산소를 일정 함량, 예를 들어 2% 이상, 4% 이상, 10% 이상, 비한정적으로 30% 이하로 포함할 수 있다. 예를 들어 일산화탄소를 함유하는 가스로는 공기일 수 있으나, 산소를 일정 함량 이상으로 포함하는 가스라면 이에 제한되지 않는다.According to one embodiment, the porous hybrid catalyst converts a 4% concentration carbon monoxide-containing gas into carbon dioxide with a conversion efficiency of 80% or more, specifically 85% or more, and more specifically 90% or more at room temperature under a flow rate condition of 100 ml/min. can do. In addition, it can be converted to carbon dioxide with a conversion efficiency of 80% or more, specifically 85% or more, and more specifically 90% or more at room temperature under a flow rate condition of 140 mL/min. Carbon monoxide-containing gas may contain a certain amount of oxygen in order to be oxidized, for example, 2% or more, 4% or more, 10% or more, and without limitation, 30% or less. For example, the gas containing carbon monoxide may be air, but is not limited thereto as long as it is a gas containing oxygen above a certain content.

도 2는 일 구현예에 따른 상기 다공성 하이브리드 촉매를 포함한 공기 정화 필터의 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram of an air purification filter including the porous hybrid catalyst according to one embodiment.

본 개시에 따른 공기 정화 필터는 내부 공간을 가지며 상기 내부 공간 내에 복수의 다공성 하이브리드 촉매가 충진되어 있는 반응 필터부(200); 상기 반응 필터부의 일측에 구비되어 유해가스를 포함하는 기체(10)가 유입되는 유입구(300); 및 상기 반응 필터부의 타측에 구비되어 유해가스가 제거된 기체(20)가 배출되는 배출구(400);를 포함하며, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 상술한 다공성 하이브리드 촉매(100)인 것을 특징으로 한다.The air purification filter according to the present disclosure includes a reaction filter unit 200 having an internal space and a plurality of porous hybrid catalysts are filled in the internal space; an inlet 300 provided on one side of the reaction filter unit through which gas 10 containing harmful gases flows; and an outlet 400 provided on the other side of the reaction filter unit through which the gas 20 from which harmful gases have been removed is discharged. The porous hybrid catalyst is characterized in that it is the porous hybrid catalyst 100 described above.

일 구현예에 따르면, 상기 유해가스는 일산화탄소, 알데히드계 화합물 및 탄화수소계 화합물으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 상기 알데히드계 화합물로는 아세트알데히드 또는 포름알데히드일 수 있으나 이에 제한받지 않는다. 상기 탄화수소계 화합물로는 지방족 또는 방향족 화합물일 수 있으며, 예시적으로 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌이 예시될 수 있으나 이에 제한받지 않는다.According to one embodiment, the harmful gas may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of carbon monoxide, aldehyde-based compounds, and hydrocarbon-based compounds. The aldehyde-based compound may be acetaldehyde or formaldehyde, but is not limited thereto. The hydrocarbon-based compound may be an aliphatic or aromatic compound, and examples include methane, ethane, propane, butane, benzene, toluene, or xylene, but are not limited thereto.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유입구(300)를 통해 유입된 유해가스가 반응 필터부(200)에 충진된 다공성 하이브리드 촉매(100)와의 접촉 외에도 흡착 및 탈착반응과 촉매적 산화반응을 통해 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거되어 배출구(400)를 통해 배출될 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, in addition to contact with the porous hybrid catalyst 100 filled in the reaction filter unit 200, the harmful gas introduced through the inlet 300 also undergoes adsorption and desorption reactions and catalytic oxidation reactions. Even at the flow rate, substantially all of it can be removed and discharged through the outlet 400.

보다 구체적으로, 접촉에 의한 산화반응만으로 제거되지 않은 유해가스가 다공성 다공성 유기 고분자 입자의 기공을 통해 코어 내부에 빠르게 다량 흡착되고 코어 내부에 흡착된 유해가스가 다시 탈착되어 복합체 촉매 입자의 내부에서 외부 방향으로 다시 통과하면서 산화될 수 있어, 유해가스를 높은 유속에서도 실질적으로 모두 제거할 수 있다.More specifically, a large amount of harmful gases that are not removed through the oxidation reaction through contact are rapidly adsorbed inside the core through the pores of the porous organic polymer particles, and the harmful gases adsorbed inside the core are desorbed again from the inside to the outside of the composite catalyst particles. It can be oxidized as it passes again in this direction, allowing virtually all harmful gases to be removed even at high flow rates.

또한, 일 구현예에 따른 공기 정화 필터는 코어로 상술한 다공성 유기 고분자 입자를 사용한 다공성 하이브리드 촉매를 포함함에 따라 제올라이트, 알루미나, 실리카 등의 무기계 담지체를 사용한 경우에 비해 촉매 담지량 증가에 따른 촉매 반응의 효율이 향상될 수 있고 기능성 물질에 따른 추가적인 효과도 구현할 수 있다. 또한, 상기 공기 정화 필터는 복합체 촉매 입자가 다공성 유기 고분자 입자 표면과 내부에 쉽게 결착이 되고 탈착이 되지 않아 높은 내구성을 가지고 지속적인 촉매활성을 유지할 수 있다.In addition, the air purification filter according to one embodiment includes a porous hybrid catalyst using the above-described porous organic polymer particles as a core, and thus, catalytic reaction occurs due to an increase in the amount of catalyst supported compared to the case of using an inorganic support such as zeolite, alumina, and silica. Efficiency can be improved and additional effects depending on functional materials can be realized. In addition, the air purification filter has high durability and can maintain continuous catalytic activity because the composite catalyst particles easily adhere to the surface and interior of the porous organic polymer particles and do not desorb.

또한, 반응 필터부(200)에 충진된 다공성 하이브리드 촉매(100)의 입자 크기가 증가하고 입자 사이의 공극의 부피가 증가함에 따라, 기존의 분말 상태의 촉매를 사용하는 경우 높은 유속에서 발생하는 차압 문제를 현저히 완화시킬 수 있다. 더욱이, 일정 부피를 채울 필요가 있는 공기 정화 필터에 적용할 경우, 종래의 분말 형태의 촉매는 필요 이상의 촉매를 충진시켜야 하는 반면, 상기 다공성 하이브리드 촉매는 공기 정화에 필요한 만큼의 촉매를 충진할 수 있기 때문에 촉매 사용량을 줄여 경제적으로 유리하다는 장점을 가진다.In addition, as the particle size of the porous hybrid catalyst 100 filled in the reaction filter unit 200 increases and the volume of pores between particles increases, the differential pressure that occurs at a high flow rate when using a conventional powder catalyst This can significantly alleviate the problem. Moreover, when applied to an air purification filter that needs to be filled with a certain volume, the conventional powder-type catalyst must be filled with more catalyst than necessary, whereas the porous hybrid catalyst can be filled with as much catalyst as necessary for air purification. Therefore, it has the advantage of being economically advantageous by reducing the amount of catalyst used.

도 2에 도시되지 않았으나, 상기 공기 정화 필터는 상기 반응 필터부(200)와 유입구(300)의 사이에 미세입자를 제거하는 입자 필터부를 더 포함하는 것일 수 있다. 이로써, 상기 공기 정화 필터는 기체에 포함되어 있는 유해가스 일부를 반응 필터부(200)를 통과하기 전에 제거할 수 있어 보다 더 높은 유속에서도 기체 내 포함된 유해가스를 완전히 제거할 수 있다.Although not shown in FIG. 2, the air purification filter may further include a particle filter unit for removing fine particles between the reaction filter unit 200 and the inlet 300. As a result, the air purification filter can remove some of the harmful gases contained in the gas before passing through the reaction filter unit 200, and thus can completely remove the harmful gases contained in the gas even at a higher flow rate.

본 개시에 따른 다공성 하이브리드 촉매의 제조방법은 (S1) 다공성 유기 고분자 입자를 준비하는 단계; (S2) 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자를 포함하는 분산액을 제조하는 단계; (S3) 상기 분산액을 상기 다공성 유기 고분자 입자 표면에 도포하는 단계; 및 (S4) 상기 분산액을 건조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a porous hybrid catalyst according to the present disclosure includes the steps of (S1) preparing porous organic polymer particles; (S2) preparing a dispersion containing composite catalyst particles including a porous support including mesopores and nanoparticles containing metal incorporated in the pores of the porous support; (S3) applying the dispersion to the surface of the porous organic polymer particles; and (S4) drying the dispersion; It is characterized by including.

상기 다공성 하이브리드 촉매의 제조방법에 있어서, 상기 S1 단계와 S2 단계는 순서에 제한이 없으며, 상기 다공성 유기 고분자 입자, 다공성 지지체 및 나노입자에 관하여는 상술한 바를 적용할 수 있다.In the method for producing the porous hybrid catalyst, the order of steps S1 and S2 is not limited, and the above-described methods can be applied to the porous organic polymer particles, porous supports, and nanoparticles.

상술한 제조방법에 의해 제조되는 다공성 하이브리드 촉매는 다공성 무기 지지체의 경우 촉매 입자와의 결착을 위해 바인더가 필수적으로 사용되는 반면, 다공성 유기 고분자 입자를 사용함에 따라 바인더 없이도 복합체 촉매 입자를 코어의 표면 및 내부에 담지 가능하다. 그러나 본 개시에서 바인더가 포함되는 양태를 배제하지는 않는다.The porous hybrid catalyst manufactured by the above-described manufacturing method essentially uses a binder for binding to the catalyst particles in the case of a porous inorganic support, whereas the use of porous organic polymer particles allows the composite catalyst particles to be formed on the surface of the core and the surface of the core without a binder. It can be stored inside. However, the present disclosure does not exclude an embodiment in which a binder is included.

예를 들어, 상기 S2 단계에 있어서 상기 분산액은 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 무기 바인더, 유기 바인더 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 구체적으로 무기 바인더 및 유기 바인더를 혼용하여 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 바인더는 무기 졸 바인더 및/또는 수용성 고분자 바인더를 포함할 수 있으며, 상기 무기 졸 바인더는 일례로 실리카 졸일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 무기 졸 바인더의 평균 입경은 1 내지 50 ㎚일 수 있으며, 분산액에서 0.5 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 수용성 고분자 바인더는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올 및 폴리(N-비닐 피롤리돈)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 상기 수용성 고분자 바인더는 분산액에서 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 수용성 고분자 바인더의 중량평균분자량은 10,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로 상기 바인더는 실리카 졸 및 폴리비닐알코올의 조합일 수 있으며, 상기 조합을 통해 복합체 촉매 입자가 무기입자에 견고하게 결착되어 뛰어난 내구성을 나타낼 수 있다.For example, in step S2, the dispersion may further include a binder, and the binder may include an inorganic binder, an organic binder, or a combination thereof. Specifically, an inorganic binder and an organic binder may be used interchangeably. there is. More preferably, the binder may include an inorganic sol binder and/or a water-soluble polymer binder, and the inorganic sol binder may be, for example, silica sol, but is not limited thereto, and the average particle diameter of the inorganic sol binder is 1 to 1. It may be 50 nm and may be included at 0.5 to 3% by weight in the dispersion. The water-soluble polymer binder may be any one or two or more selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and poly(N-vinyl pyrrolidone). The water-soluble polymer binder may be included in an amount of 1 to 5% by weight in the dispersion. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer binder may be 10,000 to 1,000,000 g/mol, but is not limited thereto. Specifically, the binder may be a combination of silica sol and polyvinyl alcohol, and through the combination, the composite catalyst particles can be firmly bound to the inorganic particles to exhibit excellent durability.

상기 분산액은 pH 2 내지 6 또는 pH 3 내지 5의 약산성을 가질 수 있다. 상기 분산액의 용매는 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 물, 알코올 또는 이들의 조합일 수 있다.The dispersion may have a slightly acidic pH of 2 to 6 or pH 3 to 5. The solvent of the dispersion is not particularly limited, but may be, for example, water, alcohol, or a combination thereof.

일 구현예에 따르면, 상기 S2 단계에서, 상기 분산액은 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가제에 관하여는 상술한 바를 적용할 수 있다. 상기 다공성 하이브리드 촉매는 기능성 물질로 작용할 수 있는 첨가제를 더 포함하여 코어의 내부에 촉매 입자뿐만 아니라 기능성 물질을 담지할 수 있어 촉매적 산화반응뿐만 아니라 기능성 물질에 따른 효과도 추가적으로 구현할 수 있다.According to one embodiment, in step S2, the dispersion may further include an additive, and the above-described provisions may apply to the additive. The porous hybrid catalyst further includes an additive that can act as a functional material, so that not only catalyst particles but also functional materials can be supported inside the core, so that not only the catalytic oxidation reaction but also the effects of the functional material can be additionally implemented.

상기 S3 단계에 있어서, 상기 분산액은 상기 다공성 유기 고분자 입자 표면에 스프레이 코팅(spray-coating) 또는 딥 코팅(dip-coating) 등 당업계에 알려진 코팅 방법으로 도포될 수 있다.In step S3, the dispersion may be applied to the surface of the porous organic polymer particles using a coating method known in the art, such as spray-coating or dip-coating.

일 구현예에 따르면, 상기 S3 단계 이후 또는 S4 단계 이후에 온화한 조건의 열처리 단계를 부가하여 다공성 유기 고분자 코어 표면에 복합체 촉매 입자를 물리적으로 함입시킬 수 있다. 상기 열처리 조건은 다공성 유기 고분자 입자에 포함되는 유기 고분자의 Vicat 연화점 이상 및 용융점 이하의 온도일 수 있다. 상기 Vicat 연화점은 ASTM D 1525에 의해 특정될 수 있다.According to one embodiment, a heat treatment step under mild conditions may be added after step S3 or step S4 to physically incorporate the composite catalyst particles into the surface of the porous organic polymer core. The heat treatment conditions may be a temperature above the Vicat softening point and below the melting point of the organic polymer contained in the porous organic polymer particles. The Vicat softening point can be specified by ASTM D 1525.

이하, 실시예 및 실험예를 하기에 구체적으로 예시하여 설명한다. 다만, 후술하는 실시예 및 실험예는 일부를 예시하는 것일 뿐, 본 명세서에 기재된 기술이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and experimental examples will be described in detail below. However, the examples and experimental examples described below are only illustrative of some, and the technology described in this specification is not limited thereto.

<제조예 1> 복합체 촉매 입자 1의 제조<Preparation Example 1> Preparation of composite catalyst particles 1

[단계 1] : 중합체로 기능화된 금 나노입자의 제조[Step 1]: Preparation of gold nanoparticles functionalized with polymer

[단계 1-1] : 올레일아민로 안정화된 금 나노입자를 다음과 같은 절차에 따라 합성한다.[Step 1-1]: Gold nanoparticles stabilized with oleylamine are synthesized according to the following procedure.

먼저, 안정제로서 올레인 아민을 선택하여, 60㎖의 톨루엔, 60㎖의 올레일아민, 0.6g의 HAuCl·3H2O로 구성된 용액을 상온에서 10분간 교반하여 준비했다. 6mmol의 Tetrabutylamine borane complex, 6㎖의 톨루엔, 6㎖의 올레일아민을 초음파 분쇄하여 혼합하고 상기 용액에 신속히 투입했다. 그리고 상기 용액을 상온에서 1시간 더 교반하고, 에탄올을 첨가한 뒤 원심분리하여 금 나노입자를 침전시켰다. 금 나노입자 침전물을 톨루엔에 의해 재분산시키고, 에탄올을 추가하여 원심분리했다. 제조된 금 나노입자는 4㎚의 평균입경을 나타내었고, 제조된 금 나노입자들은 형성된 그대로 100㎖ 톨루엔에 분산시켰다.First, olein amine was selected as a stabilizer, and a solution consisting of 60 ml of toluene, 60 ml of oleylamine, and 0.6 g of HAuCl·3H 2 O was prepared by stirring at room temperature for 10 minutes. 6 mmol of Tetrabutylamine borane complex, 6 mL of toluene, and 6 mL of oleylamine were mixed by ultrasonic pulverization and quickly added to the solution. Then, the solution was stirred at room temperature for another hour, ethanol was added, and then centrifuged to precipitate gold nanoparticles. The gold nanoparticle precipitate was redispersed with toluene, ethanol was added, and centrifuged. The produced gold nanoparticles had an average particle diameter of 4 nm, and the produced gold nanoparticles were dispersed as-formed in 100 ml of toluene.

[단계 1-2] : 금 나노입자의 표면을 티올화된 PEG로 다음과 같은 방법을 통해 기능화시킨다.[Step 1-2]: The surface of the gold nanoparticle is functionalized with thiolated PEG using the following method.

상기 단계 1-1에서 톨루엔에 분산된 금 나노입자에 대하여 추가로 100㎖의 테트라하이드로퓨란을 가하여 희석하고, 금 나노입자의 표면에 중합체를 결합시켜 기능화하기 위하여 티올화된 중합체를 선택하였으며 1g의 말단이 티올기로 치환된 단관능성 폴리에틸렌글리콜(aSH-PEG, 중량평균분자량: 1kDa)를 첨가했다. 이를 교반한 뒤, 헥세인을 추가하고 원심분리하여 PEG로 기능화된 금 나노입자(Au-PEG)를 침전시켰다. 침전으로 얻은 Au-PEG를 건조한 뒤 물에 분산했다.In step 1-1, the gold nanoparticles dispersed in toluene were diluted by adding an additional 100 ml of tetrahydrofuran, and a thiolated polymer was selected to functionalize the gold nanoparticles by binding the polymer to the surface, and 1 g of Monofunctional polyethylene glycol (aSH-PEG, weight average molecular weight: 1 kDa) whose terminal was substituted with a thiol group was added. After stirring, hexane was added and centrifuged to precipitate PEG-functionalized gold nanoparticles (Au-PEG). Au-PEG obtained by precipitation was dried and then dispersed in water.

[단계 2] : PEG-기능화된 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카의 제조[Step 2]: Preparation of porous silica containing PEG-functionalized gold nanoparticles

상기 단계 1-2에서 제조한 Au-PEG의 0.088g을 활성제인 0.396g의 Pluronic F127과 혼합하여 10㎖의 1.6M HCl 수용액에 균일하게 분산한 후, 상기 분산액에 1.49g의 테트라에틸오소실리케이트(TEOS)를 가했다. 그리고 상기 혼합물의 분산액을 15분 동안 교반하고, 실온에서 40시간 동안 교반없이 유지하여 붉은색 침전물을 제조했다. 상기 붉은색 침전물이 PEG-기능화된 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카에 해당한다.0.088 g of Au-PEG prepared in step 1-2 was mixed with 0.396 g of Pluronic F127 as an activator and uniformly dispersed in 10 ml of 1.6 M HCl aqueous solution, and then 1.49 g of tetraethylorthosilicate ( TEOS) was applied. Then, the dispersion of the mixture was stirred for 15 minutes and maintained without stirring at room temperature for 40 hours to prepare a red precipitate. The red precipitate corresponds to porous silica containing PEG-functionalized gold nanoparticles.

[단계 3] : 복합체 촉매 입자의 제조[Step 3]: Preparation of composite catalyst particles

앞선 단계에서 제조된 붉은색 침전물을 물로 세척하고 건조한 후, 250℃에서 3시간, 400℃에서 2시간 및 500℃에서 2시간 동안 단계적으로 소성하여 PEG 및 Pluronic F127 고분자를 제거함으로써, 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카인 복합체 촉매 입자 1을 제조했다.The red precipitate prepared in the previous step was washed with water, dried, and then calcined in stages for 3 hours at 250°C, 2 hours at 400°C, and 2 hours at 500°C to remove PEG and Pluronic F127 polymers, thereby producing gold nanoparticles. Entrapped porous silica composite catalyst particles 1 were prepared.

<제조예 2> 복합체 촉매 입자 2의 제조<Preparation Example 2> Preparation of composite catalyst particles 2

상기 제조예 1의 단계 1-1에서 올레인아민 및 HAuCl·H2O의 몰비를 조절하여 10 ㎚의 평균입경을 가지는 금 나노입자를 제조한 점을 제외하고 동일한 단계들을 실시하여, 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카인 복합체 촉매 입자 2를 제조했다.The same steps were performed except that gold nanoparticles with an average particle diameter of 10 nm were prepared by adjusting the molar ratio of oleinamine and HAuCl·H 2 O in step 1-1 of Preparation Example 1, thereby producing gold nanoparticles. A composite catalyst particle 2 containing porous silica was prepared.

<제조예 3> 복합체 촉매 입자 3의 제조<Preparation Example 3> Preparation of composite catalyst particles 3

상기 제조예 1의 단계 1-1에서 올레인아민 및 HauCl·H2O의 몰비를 조절하여 12 ㎚의 평균입경을 가지는 금 나노입자를 제조한 점을 제외하고 동일한 단계 1 및 2를 실시하였다. 단계 3에서, 앞선 단계에서 제조된 붉은색 침전물을 물로 세척하고 건조한 후, 450 ℃에서 소성하여 PEG 및 Pluronic F127 고분자를 제거함으로써, 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카인 복합체 촉매 입자 3을 제조했다.The same steps 1 and 2 were performed except that gold nanoparticles with an average particle diameter of 12 nm were prepared by adjusting the molar ratio of oleinamine and HauCl·H 2 O in step 1-1 of Preparation Example 1. In Step 3, the red precipitate prepared in the previous step was washed with water, dried, and then calcined at 450°C to remove PEG and Pluronic F127 polymer, thereby preparing porous silica composite catalyst particles 3 containing gold nanoparticles.

<제조예 4> 복합체 촉매 입자 4의 제조<Preparation Example 4> Preparation of composite catalyst particles 4

상기 제조예 1의 단계 2에서 0.396g의 Pluronic F127를 사용하지 아니한 점을 제외하고 동일한 단계들을 실시하여, 금 나노입자가 초격자 구조로 포집된 다공성 실리카인 복합체 촉매 입자 4를 제조했다.In step 2 of Preparation Example 1, the same steps were performed except that 0.396 g of Pluronic F127 was not used, thereby preparing porous silica composite catalyst particles 4 in which gold nanoparticles were captured in a superlattice structure.

<제조예 5> 복합체 촉매 입자 5의 제조<Preparation Example 5> Preparation of composite catalyst particles 5

상기 제조예 1의 단계 2를 하기와 같이 실시한 점을 제외하고 기타 단계를 동일하게 실시하여 복합체 촉매 입자 5를 제조하였다.Composite catalyst particles 5 were prepared by performing all other steps in the same manner, except that step 2 of Preparation Example 1 was performed as follows.

구체적으로 단계 2에서, 금 나노입자가 포집된 다공성 알루미나의 제조를 위해, 질산(68%) 0.8 ㎖과 에탄올 40㎖의 혼합용액에 PEG로 기능화된 금 나노입자(Au-PEG) 0.15 g과 Pluronic F127 0.675 g을 혼합하여 균일한 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 2.15 g의 알루미늄에톡시드(Aluminum ethoxide)를 투입했다. 그리고 상기 혼합물의 분산액을 3시간 동안 교반하고, 실온에서 24시간 동안 교반없이 유지한 후, 60℃ 온도에서 3시간 동안 건조하여 붉은색 고체를 제조했다.Specifically, in Step 2, to prepare porous alumina with gold nanoparticles trapped, 0.15 g of PEG-functionalized gold nanoparticles (Au-PEG) and Pluronic were added to a mixed solution of 0.8 ml of nitric acid (68%) and 40 ml of ethanol. A uniform dispersion was prepared by mixing 0.675 g of F127. 2.15 g of aluminum ethoxide was added to the dispersion. The dispersion of the mixture was stirred for 3 hours, maintained at room temperature for 24 hours without stirring, and then dried at 60°C for 3 hours to prepare a red solid.

<제조예 6> 복합체 촉매 입자 6의 제조<Preparation Example 6> Preparation of composite catalyst particles 6

상기 제조예 1의 단계 2를 하기와 같이 실시한 점을 제외하고 기타 단계를 동일하게 실시하여 복합체 촉매 입자 6을 제조하였다.Composite catalyst particles 6 were prepared by performing all other steps in the same manner, except that step 2 of Preparation Example 1 was performed as follows.

구체적으로 단계 2에서, 금 나노입자가 포집된 다공성 티타니아의 제조를 위해, 37%의 염산 0.68㎖과 에탄올 17.05㎖의 혼합용액에 PEG로 기능화된 금 나노입자(4-Au-PEG) 0.15 g과 Pluronic F127 0.56 g을 혼합하여 균일한 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 2.28g의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드 (titanium tetraisopropoxide)를 가하여 혼합 분산액을 제조했다. 그리고 상기 혼합 분산액을 3시간 동안 교반하고, 실온에서 24시간 동안 교반한 후, 60℃ 온도에서 3시간 동안 건조하여 검붉은색 고체를 제조했다.Specifically, in Step 2, to prepare porous titania with gold nanoparticles trapped, 0.15 g of PEG-functionalized gold nanoparticles (4-Au-PEG) were added to a mixed solution of 0.68 ml of 37% hydrochloric acid and 17.05 ml of ethanol. A uniform dispersion was prepared by mixing 0.56 g of Pluronic F127. A mixed dispersion was prepared by adding 2.28 g of titanium tetraisopropoxide to the dispersion. Then, the mixed dispersion was stirred for 3 hours, stirred at room temperature for 24 hours, and then dried at 60°C for 3 hours to prepare a dark red solid.

(제조예 7) 복합체 촉매 입자 7의 제조(Preparation Example 7) Preparation of composite catalyst particles 7

테트라에틸오소실리케이트(TEOS) 10g을 에탄올 12.0g에 용해시킨 후 0.01M 염산5.4g을 가한 후 상온에서 20분 동안 교반하여 TEOS 용액을 제조하였다. 그리고 Pluronic F127 2.8g을 에탄올 6g에 용해시킨 후, 상기 용액을 TEOS 용액에 가하여 상온에서 3시간 동안 교반하고, 상온에서 40시간 동안 교반없이 유지하여 침전물을 제조했다. 상기 침전물을 물로 세척하고 건조한 후, 500℃에서 7시간 동안 소성하여 메조다공성 실리카를 제조하였다.A TEOS solution was prepared by dissolving 10 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) in 12.0 g of ethanol, adding 5.4 g of 0.01 M hydrochloric acid, and stirring for 20 minutes at room temperature. After dissolving 2.8 g of Pluronic F127 in 6 g of ethanol, the solution was added to the TEOS solution, stirred at room temperature for 3 hours, and maintained at room temperature for 40 hours without stirring to prepare a precipitate. The precipitate was washed with water, dried, and calcined at 500°C for 7 hours to prepare mesoporous silica.

상기 메조다공성 실리카 분말에 HAuCl4·3H2O수용액을 침지시키고, 잉여분의 수용액을 에어 블로잉을 통해 제거하였다. 그리고 300°C에서 3시간 건조 후, 수소 가스 10%, 질소 가스 90%의 환원 처리 가스 중에서 250°C에서 1 시간 소성하여 금 나노입자가 포집된 다공성 실리카인 복합체 촉매 입자 7을 제조했다.The mesoporous silica powder was immersed in HAuCl 4 ·3H 2 O aqueous solution, and the excess aqueous solution was removed through air blowing. After drying at 300°C for 3 hours, porous silica composite catalyst particles 7 containing gold nanoparticles were prepared by firing at 250°C for 1 hour in a reduction gas containing 10% hydrogen gas and 90% nitrogen gas.

<제조예 8> 다공성 유기 고분자 입자 1의 제조<Preparation Example 8> Preparation of porous organic polymer particles 1

본 실시예에서 사용된 장치는 30mm 직경의 트윈 스크류 1차 압출기와 40mm 직경의 싱글 스크류 2차 압출기로 이루어진 탠덤식 압출기이다. 1차 압출기는 공급부, 용융부 및 혼합부를 포함하고 있으며, 2차 압출기는 냉각부로 이루어져 있다.The equipment used in this example is a tandem extruder consisting of a 30 mm diameter twin screw primary extruder and a 40 mm diameter single screw secondary extruder. The primary extruder includes a feeding section, a melting section, and a mixing section, and the secondary extruder consists of a cooling section.

프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 수지(Tm=140℃, 용융지수=0.25) 12kg/hr에 대해 발포제로 이소부탄(iso-butane) 3kg/hr를 1차 압출기에 일정하게 공급하여 수지와 발포제를 용융 및 혼합시켰다. 이후 2차 압출기에서 용융물의 온도를 100 ℃로 3분간 유지한 후, 140 ℃로 10분간 유지하였으며, 압출기 끝단의 10mm 직경의 다이를 거치면서 다공성 유기 고분자 입자를 제조하였다. 제조된 다공성 유기 고분자 입자의 평균 직경은 약 7.23 mm로 나타났고, 기공의 크기는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)으로 관찰 시 50 내지 100㎛로 분포하며 개방형 기공을 가지는 것으로 나타났다.For 12kg/hr of propylene-ethylene random copolymer resin (Tm=140℃, melt index=0.25), 3kg/hr of iso-butane as a foaming agent is constantly supplied to the primary extruder to melt and melt the resin and foaming agent. mixed. Afterwards, the temperature of the melt was maintained at 100°C for 3 minutes in the secondary extruder, then maintained at 140°C for 10 minutes, and porous organic polymer particles were manufactured by passing through a die with a diameter of 10 mm at the end of the extruder. The average diameter of the prepared porous organic polymer particles was found to be about 7.23 mm, and the pore size was found to be distributed between 50 and 100 ㎛ when observed using scanning electron microscopy and appeared to have open pores.

<제조예 9> 다공성 유기 고분자 입자 2의 제조<Preparation Example 9> Preparation of porous organic polymer particles 2

수평균 분자량 80,000 g/mol인 폴리카프로락톤(PCL, Sigma-Aldrich) 2g과 테트라데칸 0.5g을 methylene chloride 40g에 녹여 고분자 용액을 제조하였다. 상기 고분자 용액을 폴리비닐알콜이 2 질량%로 용해되어 있는 수용액에 적하하고 서서히 교반하여 평균 직경이 약 370 ㎛인 고분자 입자를 제조하였다.A polymer solution was prepared by dissolving 2 g of polycaprolactone (PCL, Sigma-Aldrich) with a number average molecular weight of 80,000 g/mol and 0.5 g of tetradecane in 40 g of methylene chloride. The polymer solution was added dropwise to an aqueous solution containing 2% by mass of polyvinyl alcohol and gently stirred to prepare polymer particles with an average diameter of about 370 ㎛.

상기 고분자 입자를 4℃의 에탄올 욕조에 투입 및 교반하여 테트라데칸을 추출하였다. 테트라데칸이 추출된 고분자 입자를 증류수로 여러번 세척한 후 진공 건조하여 다공성 유기 고분자 입자를 제조하였다. 기공의 크기는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)으로 관찰 시 5 내지 70㎛로 분포하며 개방형 기공을 가지는 것으로 나타났다.The polymer particles were placed in an ethanol bath at 4°C and stirred to extract tetradecane. The polymer particles from which tetradecane was extracted were washed several times with distilled water and dried under vacuum to prepare porous organic polymer particles. When observed using scanning electron microscopy, the pore size ranged from 5 to 70㎛ and appeared to have open pores.

<실시예 1> 다공성 하이브리드 촉매 1의 제조<Example 1> Preparation of porous hybrid catalyst 1

상기 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1을 10 중량%가 되도록 수용액에 혼합하고 밀링하여 분산액을 제조하였다. 밀링된 복합체 촉매 입자의 평균 입경은 0.8 ㎛를 나타내었다.A dispersion was prepared by mixing the composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1 in an aqueous solution to 10% by weight and milling. The average particle diameter of the milled composite catalyst particles was 0.8 ㎛.

상기 코팅용 슬러리를 제조예 8에서 제조한 다공성 유기 고분자 입자 표면에 5분 간 딥 코팅한 후 과도하게 묻은 슬러리는 공기를 불어넣어 제거한 후 충분히 건조하였다. 침지 및 건조 과정을 10회 반복하여 코팅이 완료된 다공성 유기 고분자 입자를 고온 퍼니스에 장입한 후 60 ℃에서 4시간 열처리하여 최종적으로 다공성 하이브리드 촉매 1을 제조하였다.After the coating slurry was dip coated on the surface of the porous organic polymer particles prepared in Preparation Example 8 for 5 minutes, excess slurry was removed by blowing air and dried sufficiently. The immersion and drying process was repeated 10 times, and the coated porous organic polymer particles were charged into a high-temperature furnace and then heat-treated at 60°C for 4 hours to finally prepare porous hybrid catalyst 1.

<실시예 2> 다공성 하이브리드 촉매 2의 제조<Example 2> Preparation of porous hybrid catalyst 2

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 2에서 제조된 복합체 촉매 입자 2를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 2를 제조하였다.A porous hybrid catalyst 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 2 prepared in Preparation Example 2 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<실시예 3> 다공성 하이브리드 촉매 3의 제조<Example 3> Preparation of porous hybrid catalyst 3

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 3에서 제조된 복합체 촉매 입자 3을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 3을 제조하였다.Porous hybrid catalyst 3 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 3 prepared in Preparation Example 3 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<실시예 4> 다공성 하이브리드 촉매 4의 제조<Example 4> Preparation of porous hybrid catalyst 4

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 4에서 제조된 복합체 촉매 입자 4를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 4를 제조하였다.A porous hybrid catalyst 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 4 prepared in Preparation Example 4 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<실시예 5> 다공성 하이브리드 촉매 5의 제조<Example 5> Preparation of porous hybrid catalyst 5

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 5에서 제조된 복합체 촉매 입자 5를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 5를 제조하였다.Porous hybrid catalyst 5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 5 prepared in Preparation Example 5 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<실시예 6> 다공성 하이브리드 촉매 6의 제조<Example 6> Preparation of porous hybrid catalyst 6

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 6에서 제조된 복합체 촉매 입자 6을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 6을 제조하였다.Porous hybrid catalyst 6 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 6 prepared in Preparation Example 6 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<실시예 7> 다공성 하이브리드 촉매 7의 제조<Example 7> Preparation of porous hybrid catalyst 7

상기 실시예 1에서 제조예 8에서 제조된 다공성 유기 고분자 입자 1 대신 제조예 9에서 제조된 다공성 유기 고분자 입자 2를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 7을 제조하였다.Porous hybrid catalyst 7 was prepared in the same manner as in Example 1, except that porous organic polymer particles 2 prepared in Preparation Example 9 were used instead of porous organic polymer particles 1 prepared in Preparation Example 8.

<실시예 8> 다공성 하이브리드 촉매 8의 제조<Example 8> Preparation of porous hybrid catalyst 8

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1 대신 제조예 7에서 제조된 복합체 촉매 입자 7을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 다공성 하이브리드 촉매 8을 제조하였다.A porous hybrid catalyst 8 was prepared in the same manner as in Example 1, except that composite catalyst particles 7 prepared in Preparation Example 7 were used instead of composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1.

<비교예 1> 다공성 촉매 1의 제조<Comparative Example 1> Preparation of porous catalyst 1

상기 실시예 1에서 제조예 1에서 제조된 다공성 유기 고분자 입자 1 대신 코디어라이트(Cordierite) 재질의 모노리스 허니콤을 사용하여 다공성 촉매 1을 제조하였다.In Example 1, porous catalyst 1 was prepared using a monolith honeycomb made of cordierite instead of the porous organic polymer particles 1 prepared in Preparation Example 1.

구체적으로, 상기 제조예 1에서 제조된 복합체 촉매 입자 1을 10 중량%가 되도록 수용액에 혼합하고 밀링하여 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 아세트산을 가하여 pH가 4가 되도록 조절한 평균 입경 32 ㎚의 무기 바인더 실리카 졸을 상기 분산액 중 1 중량%가 되도록 혼합하였다. 그리고 분산액에 유기 바인더인 폴리비닐알코올을 분산액 중 2 중량%가 되도록 혼합하여 코팅용 슬러리를 제조하였다.Specifically, a dispersion was prepared by mixing the composite catalyst particles 1 prepared in Preparation Example 1 in an aqueous solution to 10% by weight and milling. Acetic acid was added to the dispersion to adjust the pH to 4, and an inorganic binder silica sol with an average particle diameter of 32 nm was mixed to make up 1% by weight of the dispersion. Then, polyvinyl alcohol, an organic binder, was mixed with the dispersion to make 2% by weight of the dispersion to prepare a slurry for coating.

상기 코팅용 슬러리를 모노리스 허니콤 표면에 5분 간 딥 코팅한 후 과도하게 묻은 슬러리는 공기를 불어넣어 제거한 후 충분히 건조하였다. 침지 및 건조 과정을 10회 반복하여 코팅이 완료된 모노리스 허니콤을 진공 오븐에 장입한 후 150°C에서 1시간 건조하여 최종적으로 다공성 촉매 1을 제조하였다.After the coating slurry was dip coated on the surface of the monolith honeycomb for 5 minutes, excess slurry was removed by blowing air and dried sufficiently. The immersion and drying process was repeated 10 times, and the coated monolith honeycomb was placed in a vacuum oven and dried at 150°C for 1 hour to finally prepare porous catalyst 1.

<실험예 1> EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 분석<Experimental Example 1> EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure) analysis

EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 측정은 포항 가속기(PLS-II)의 4C 및 10C 빔라인을 이용하여 수행하였다. EXAFS 스펙트럼은 푸리에 변환하여 동경 분포 함수(radial distribution function)를 얻었다. 도 3의 (a)는 평균입경 4 ㎚의 금 입자가 담지된 복합체 촉매 입자(제조예 1), 도 3의 (b)는 평균입경 10 ㎚의 금 입자가 담지된 복합체 촉매 입자(제조예 2), 도 3의 (c)는 평균입경 12 ㎚의 금 입자가 담지된 복합체 촉매 입자(제조예 3)의 동경 분포 함수를 도시한 것이다.EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure) measurements were performed using the 4C and 10C beamlines of the Pohang Accelerator (PLS-II). The EXAFS spectrum was Fourier transformed to obtain a radial distribution function. Figure 3(a) shows composite catalyst particles carrying gold particles with an average particle diameter of 4 nm (Preparation Example 1), and Figure 3(b) shows composite catalyst particles carrying gold particles with an average particle diameter of 10 nm (Preparation Example 2). ), Figure 3(c) shows the diameter distribution function of composite catalyst particles (Preparation Example 3) carrying gold particles with an average particle diameter of 12 nm.

제조예 1 내지 제조예 6에 따른 복합체 촉매 입자의 동경 분포 함수를 분석 결과, 모두에서 1.4 내지 1.7Å구간에서 Au-O 결합에 의한 피크가 관찰되었다. 반면 제조예 7에 따른 복합체 촉매 입자는 Au-O 결합에 의한 피크가 관찰되지 않았다. 이로부터 금 나노입자의 표면과 이를 포집하는 다공성 실리카 사이의 근접성이 금 나노입자와 다공성 실리카 사이의 계면에서 안정한 Au-O 결합을 형성하는 조건을 제공하여 Au-O-Si를 형성하는 것을 확인할 수 있다.As a result of analyzing the diameter distribution function of the composite catalyst particles according to Preparation Examples 1 to 6, a peak due to Au-O bond was observed in the 1.4 to 1.7 Å range in all cases. On the other hand, no peak due to Au-O bond was observed in the composite catalyst particles according to Preparation Example 7. From this, it can be confirmed that the proximity between the surface of the gold nanoparticle and the porous silica that collects it provides conditions for forming a stable Au-O bond at the interface between the gold nanoparticle and the porous silica, forming Au-O-Si. there is.

한편 원자간 거리 2.57±0.2Å의 피크의 높이(DH1) 및 면적(DA1)과 원자간 거리 1.85±0.2Å의 피크의 높이(DH2)와 면적(DA2)의 비율을 계산하면 하기 표 1과 같은 것으로 나타났다.Meanwhile, calculating the ratio of the height (DH1) and area (DA1) of the peak with an interatomic distance of 2.57 ± 0.2 Å and the height (DH2) and area (DA2) of the peak with an interatomic distance of 1.85 ± 0.2 Å are as shown in Table 1 below. It was found that

<실험예 2> 기공 특성 분석<Experimental Example 2> Analysis of pore characteristics

473 K에서 20 μTorr까지 12 시간 동안 탈 가스 시킨 후 77 K에서 3Flex 흡착 분석기(Micromeritics)를 이용하여 질소(N2)흡착-탈착 시험을 하였다. 이때 흡착된 질소기체 분자의 부피와 Brunauer-Emmett-Teller(BET)식을 이용하여 제조예 1 내지 제조예 6에 따른 복합체 촉매 입자의 비표면적과 기공 특성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 수록하였다. 표 2를 참조하면, 제조예 1 내지 제조예 3에 따른 복합체 촉매 입자는 제조예 4에 따른 복합체 촉매 입자에 비해 비표면적, 기공 부피 및 기공 직경이 큰 값을 가진다. 이러한 차이는 제조예 1 내지 제조예 3의 복합체 촉매 입자는 다공성 실리카 표면의 일부분에 금 나노입자가 함입된 반면, 제조예 4의 복합체 촉매 입자는 다공성 실리카 표면 전체에 금 나노입자가 함입된 초격자구조를 가진 것에서 나타나는 것으로 보인다.After degassing at 473 K to 20 μTorr for 12 hours, a nitrogen (N 2 ) adsorption-desorption test was performed at 77 K using a 3Flex adsorption analyzer (Micromeritics). At this time, the specific surface area and pore characteristics of the composite catalyst particles according to Preparation Examples 1 to 6 were measured using the volume of adsorbed nitrogen gas molecules and the Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation, and the results are shown in Table 2 below. Included. Referring to Table 2, the composite catalyst particles according to Preparation Examples 1 to 3 have larger specific surface area, pore volume, and pore diameter than the composite catalyst particles according to Preparation Example 4. This difference is that the composite catalyst particles of Preparation Examples 1 to 3 had gold nanoparticles embedded in a portion of the surface of the porous silica, whereas the composite catalyst particles of Preparation Example 4 had gold nanoparticles embedded in the entire surface of the porous silica. It appears to appear in something that has a structure.

<실험예 3> 내구성 시험<Experimental Example 3> Durability test

실시예 및 비교예의 촉매를 물에 충분히 잠기게 하고 400W의 초음파를 60분 동안 가하여 초음파 세척 전과 후의 촉매 잔존율을 비교하는 가속 내구성 시험을 수행하였다. 상세하게, 초음파 세척 전의 다공성 하이브리드 촉매를 유기 용매로 처리하여 고분자를 제거한 후 복합체 촉매 입자를 정량하고, 초음파 세척 후의 다공성 하이브리드 촉매를 유기 용매로 처리하여 고분자를 제거한 후 복합체 촉매 입자를 정량하여 촉매 잔존율을 계산하였다.The catalysts of Examples and Comparative Examples were sufficiently submerged in water and 400 W of ultrasonic waves were applied for 60 minutes to perform an accelerated durability test to compare the catalyst residual rates before and after ultrasonic cleaning. In detail, the porous hybrid catalyst before ultrasonic cleaning is treated with an organic solvent to remove the polymer, and then the composite catalyst particles are quantified. The porous hybrid catalyst after ultrasonic cleaning is treated with an organic solvent to remove the polymer, and then the composite catalyst particles are quantified to determine the remaining catalyst. The rate was calculated.


실시예 1Example 1 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 비교예 1Comparative Example 1
촉매 잔존율 (%)Catalyst residual rate (%) 97.2%97.2% 96.5%96.5% 96.2%96.2% 98.2%98.2% 95.8%95.8% 76.2%76.2%

가속 내구성 시험 결과 실시예의 촉매들은 복합체 촉매 입자의 잔존율이 95% 내지 99%를 나타내었으나, 비교예 1의 경우 촉매의 잔존율이 약 76%를 나타내었다. 이러한 우수한 잔존율은 다공성 유기 고분자 입자가 가지는 점탄성에 기인한 것으로, 기계적 외력을 점탄성 유기 고분자가 흡수하고 소산함으로써 복합체 촉매 입자가 다공성 유기 고분자의 입자의 표면으로부터 탈리되지 않도록 하는 것으로 보인다. 반면 비교예 1의 경우 모노리스 허니콤은 기계적 외력을 소산시키지 못해 복합체 촉매 입자가 모노리스 허니콤으로부터 쉽게 탈리되는 것으로 보인다. 이로부터 실시예의 다공성 하이브리드 촉매가 다양한 기계적 외력 하에서도 우수한 내구성을 가지고 있는 것으로 나타났다.As a result of the accelerated durability test, the catalysts of the examples showed a residual rate of composite catalyst particles of 95% to 99%, but in the case of Comparative Example 1, the residual rate of the catalyst was about 76%. This excellent retention rate is due to the viscoelasticity of the porous organic polymer particles, and the viscoelastic organic polymer absorbs and dissipates mechanical external force, thereby preventing the composite catalyst particles from detaching from the surface of the porous organic polymer particles. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, the monolith honeycomb was unable to dissipate mechanical external force, so the composite catalyst particles seemed to be easily separated from the monolith honeycomb. From this, it was shown that the porous hybrid catalyst of the example had excellent durability even under various mechanical external forces.

<실험예 4> 일산화탄소 산화 특성<Experimental Example 4> Carbon monoxide oxidation characteristics

일산화탄소(CO) 산화는 양측이 개방된 관형 반응기에서 수행하였다. 실시예 및 비교예에 따른 다공성 하이브리드 촉매 및 다공성 촉매를 관형 반응기 중간에 기밀하게 충진하고, 반응기 일측에 일산화탄소 함유 가스를 공급하고, 반응기 타측을 적외선 측정방식의 연속식 가스분석기(Siemens, ULTRAMAT 23)에 연결하여 일산화탄소 농도를 측정했다. 일산화탄소 함유 가스는 0.1% 또는 1%의 CO, 10%의 O2,나머지의 He을 사용하였으며, 상온(20 ℃)에서 공급 유량을 조절하면서 반응기 타측으로 배출되는 일산화탄소의 농도를 측정하였다. 투입한 일산화탄소의 농도와 공간속도(=촉매 1L 당 공급 유량)에 따른 일산화탄소 제거율을 표 4에 나타내었다.Carbon monoxide (CO) oxidation was performed in a tubular reactor open on both sides. The porous hybrid catalyst and the porous catalyst according to the examples and comparative examples were airtightly filled in the middle of a tubular reactor, a carbon monoxide-containing gas was supplied to one side of the reactor, and the other side of the reactor was monitored with an infrared measurement continuous gas analyzer (Siemens, ULTRAMAT 23). was connected to measure the carbon monoxide concentration. The carbon monoxide-containing gas used was 0.1% or 1% CO, 10% O 2 , and the remaining He, and the concentration of carbon monoxide discharged from the other side of the reactor was measured while adjusting the supply flow rate at room temperature (20°C). Table 4 shows the carbon monoxide removal rate according to the concentration and space velocity of the introduced carbon monoxide (=supplied flow rate per 1L of catalyst).

표 4를 참조하면, 실시예 1 내지 3 및 실시예 5 및 6 모두 0.1%의 일산화탄소 농도 및 12,000 hr-1의 공간 속도 조건 하에서 100%의 제거율이 나타나 상온에서 단순히 펌프를 통해 공기를 순환시켰음에도 불구하고 일산화탄소가 완전히 제거되었다.Referring to Table 4, Examples 1 to 3 and Examples 5 and 6 all showed a 100% removal rate under the conditions of a carbon monoxide concentration of 0.1% and a space velocity of 12,000 hr -1 , even though air was simply circulated through a pump at room temperature. However, carbon monoxide was completely removed.

한편, 24,000 hr-1의 더 높은 공간 속도 조건에서 실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6은 매우 우수한 제거율을 나타낸 반면 실시예 3은 다소 낮은 제거율을 나타내었다. 실시예 8은 상온에서 일산화탄소 산화반응을 통한 제거율이 모든 공간 속도에서 낮게 나타났다.Meanwhile, at a higher space velocity of 24,000 hr -1 , Examples 1, 5, and 6 showed very good removal rates, while Example 3 showed a somewhat lower removal rate. Example 8 showed that the removal rate through the carbon monoxide oxidation reaction at room temperature was low at all space velocities.

이를 통해 일 실시예에 따른 다공성 복합 구조체 촉매는 상온에서 빠른 유속으로 유해물질 함유 공기를 공급하더라도 공기 내에 포함되어 있는 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the porous composite structure catalyst according to one embodiment can effectively remove harmful gases contained in the air even when air containing harmful substances is supplied at a high flow rate at room temperature.

이상과 같이 본 명세서에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 본 개시가 설명되었으나 이는 본 개시의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 개시는 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in this specification, the present disclosure has been described with specific details and limited examples, but these are provided only to facilitate a more general understanding of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the above embodiments. Anyone skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 명세서에 기재된 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 명세서에 기재된 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea described in this specification should not be limited to the described embodiments, and all claims that are equivalent or equivalent to this claim as well as the later-described claims fall within the scope of the idea described in this specification. They will say they do it.

10: 유해가스를 포함하는 기체
20: 유해가스가 제거된 기체
100: 다공성 하이브리드 촉매
110: 다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어
120: 복합체 촉매 입자 층
121: 다공성 지지체
122: 금속을 함유하는 나노입자
200: 반응 필터부
300: 유입구
400: 배출구
10: Gas containing harmful gases
20: Gas from which harmful gases have been removed
100: Porous hybrid catalyst
110: Core containing porous organic polymer particles
120: Composite catalyst particle layer
121: Porous support
122: Nanoparticles containing metal
200: reaction filter unit
300: inlet
400: outlet

Claims (17)

다공성 유기 고분자 입자를 포함하는 코어; 및
상기 코어의 표면에 위치하며, 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자 층;
을 포함하는 다공성 하이브리드 촉매.
A core containing porous organic polymer particles; and
A composite catalyst particle layer located on the surface of the core and including a porous support including mesopores and nanoparticles containing a metal incorporated in the pores of the porous support;
A porous hybrid catalyst comprising.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유기 고분자 입자는 매크로 기공을 포함하는, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst wherein the porous organic polymer particles include macro pores.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유기 고분자 입자의 유리 전이온도는 300K 이하의 값을 가지는, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst wherein the glass transition temperature of the porous organic polymer particles has a value of 300K or less.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유기 고분자 입자의 평균 기공 크기는 상기 복합체 촉매 입자의 입경보다 큰 것인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst, wherein the average pore size of the porous organic polymer particles is larger than the particle size of the composite catalyst particles.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 금속 산화물 또는 준금속 산화물 다공성 지지체인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
The porous support is a porous hybrid catalyst that is a metal oxide or metalloid oxide porous support.
제1항에 있어서,
상기 나노입자의 금속은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo) 및 이의 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
The metals of the nanoparticles include gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), and ruthenium (Ru). , a porous hybrid catalyst selected from the group consisting of iridium (Ir), molybdenum (Mo), and oxides thereof.
제6항에 있어서,
상기 나노입자의 금속은 금(Au)인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to clause 6,
A porous hybrid catalyst in which the metal of the nanoparticles is gold (Au).
제1항에 있어서,
상기 나노입자는 상기 다공성 지지체의 메조 기공의 일부에 함입되고, 나노입자가 함입되지 않은 메조 기공은 열린 기공으로 서로 연결된 것인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst in which the nanoparticles are incorporated into a portion of the mesopores of the porous support, and the mesopores in which the nanoparticles are not incorporated are connected to each other through open pores.
제1항에 있어서,
상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면에 물리적으로 함입된 것인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst wherein the composite catalyst particles are physically incorporated into the surface of the core.
제1항에 있어서,
상기 복합체 촉매 입자는 상기 코어의 표면과 화학적으로 결합된 것인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst wherein the composite catalyst particles are chemically bonded to the surface of the core.
제1항에 있어서,
상기 복합체 촉매 입자의 EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 푸리에 변환하여 얻어진 동경 분포 함수는 하기 식 1을 만족하는, 다공성 하이브리드 촉매.
[식 1]
(DH2/DH1) < 0.3
상기 식 1에서 DH1은 원자간 거리 D1에서의 피크의 높이이며, DH2는 원자간 거리 D2에서의 피크의 높이이고, D1 및 D2는 각각 하기 식 2 및 식 3을 만족한다:
[식 2]
0.8≤(D1/D3)≤0.95
[식 3]
0.6≤(D2/D3)≤0.7
(상기 식 2 및 식 3에서 D3는 2.8 내지 3.0 Å에서 존재하는 벌크상의 Au-Au 결합의 원자간 거리를 의미한다)
According to paragraph 1,
A porous hybrid catalyst in which the diameter distribution function obtained by Fourier transforming the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum of the composite catalyst particles satisfies the following equation 1.
[Equation 1]
(DH2/DH1) < 0.3
In the above equation 1, DH1 is the height of the peak at the interatomic distance D1, DH2 is the peak height at the interatomic distance D2, and D1 and D2 satisfy the following equations 2 and 3, respectively:
[Equation 2]
0.8≤(D1/D3)≤0.95
[Equation 3]
0.6≤(D2/D3)≤0.7
(D3 in Equations 2 and 3 above means the interatomic distance of the Au-Au bond in the bulk phase existing at 2.8 to 3.0 Å)
제11항에 있어서,
상기 복합체 촉매 입자는 하기 식 4를 만족하는, 다공성 하이브리드 촉매.
[식 4]
(DA2/DA1) < 0.25
(상기 식 4에서 DA1은 원자간 거리 D1에서의 피크의 면적이며, DA2는 원자간 거리 D2에서의 피크의 면적이고, D1 및 D2는 각각 상기 식 2 및 식 3을 만족한다)
According to clause 11,
The composite catalyst particle is a porous hybrid catalyst that satisfies Equation 4 below.
[Equation 4]
(DA2/DA1) < 0.25
(In the above equation 4, DA1 is the area of the peak at the interatomic distance D1, DA2 is the area of the peak at the interatomic distance D2, and D1 and D2 satisfy the above equations 2 and 3, respectively)
제11항에 있어서,
상기 동경 분포 함수의 원자간 거리 2.2 Å 내지 3.0 Å 구간에서 양봉 피크를 가지는, 다공성 하이브리드 촉매.
According to clause 11,
A porous hybrid catalyst having a bimodal peak in the interatomic distance range of 2.2 Å to 3.0 Å of the diameter distribution function.
제1항에 있어서,
상기 다공성 하이브리드 촉매는 일산화탄소, 알데히드계 화합물 또는 탄화수소계 화합물의 산화반응용인, 다공성 하이브리드 촉매.
According to paragraph 1,
The porous hybrid catalyst is a porous hybrid catalyst for the oxidation reaction of carbon monoxide, aldehyde-based compounds, or hydrocarbon-based compounds.
내부 공간을 가지며 상기 내부 공간 내에 복수의 다공성 하이브리드 촉매가 충진되어 있는 반응 필터부;
상기 반응 필터부의 일측에 구비되어 유해가스를 포함하는 기체가 유입되는 유입구; 및
상기 반응 필터부의 타측에 구비되어 유해가스가 제거된 기체가 배출되는 배출구;
를 포함하며,
상기 다공성 하이브리드 촉매는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 다공성 하이브리드 촉매인 것을 특징으로 하는 공기 정화 필터.
A reaction filter unit having an internal space and filled with a plurality of porous hybrid catalysts in the internal space;
an inlet provided on one side of the reaction filter unit through which gas containing harmful gases flows; and
an outlet provided on the other side of the reaction filter unit through which gas from which harmful gases have been removed is discharged;
Includes,
The porous hybrid catalyst is an air purifying filter, characterized in that it is a porous hybrid catalyst according to any one of claims 1 to 14.
제15항에 있어서,
상기 반응 필터부와 유입구의 사이에 미세입자를 제거하는 입자 필터부를 더 포함하는, 공기 정화 필터.
According to clause 15,
An air purification filter further comprising a particle filter unit for removing fine particles between the reaction filter unit and the inlet.
(S1) 다공성 유기 고분자 입자를 준비하는 단계;
(S2) 메조 기공을 포함하는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공 내에 함입된 금속을 함유하는 나노입자를 포함하는 복합체 촉매 입자를 포함하는 분산액을 제조하는 단계;
(S3) 상기 분산액을 상기 다공성 유기 고분자 입자 표면에 도포하는 단계; 및
(S4) 상기 분산액을 건조하는 단계;
를 포함하는 다공성 하이브리드 촉매의 제조방법.
(S1) preparing porous organic polymer particles;
(S2) preparing a dispersion containing composite catalyst particles including a porous support including mesopores and nanoparticles containing metal incorporated in the pores of the porous support;
(S3) applying the dispersion to the surface of the porous organic polymer particles; and
(S4) drying the dispersion;
Method for producing a porous hybrid catalyst comprising.
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