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ISSN : 1225-0112(Print)
ISSN : 2288-4505(Online)

Applied Chemistry for Engineering Vol.33 No.3 pp.296-301
DOI : https://doi.org/10.14478/ace.2022.1028

Improving the DIMP Sorption Capacity Durability of Zirconium Based Metal-Organic Frameworks Coated with Polydimethylsiloxane at High Humidity

Wonhyeong Jang^*, Sangjo Jeong^*,**†

^*Nuclear & WMD Protection Research Center, Korea Military Academy, Seoul 01805, Republic of Korea
^**Department of Civil Engineering and Environmental Science, Korea Military Academy, Seoul 01805, Republic of Korea

^† Corresponding Author: Korea Military Academy, Nuclear & WMD Protection Research Center, Seoul 01805, Republic of Korea Tel: +82-2-2197-2960 e-mail: sangjo.jeong@mnd.go.kr

Received May 6, 2022 ; Review May 23, 2022 ; Accepted May 23, 2022

Abstract

Due to the fact that zirconium based metal-organic frameworks (Zr-MOFs), such as UiO-66, have a large specific surface area and excellent selective adsorption capacity, Zr-MOFs are gaining attention as materials that can provide protection from the attack of chemical warfare agents in battleground. However, most of the metal-organic frameworks have an issue of selective adsorption capacity degraded by water molecules when exposed to the atmosphere, because of the weak metal-organic ligand bonds and the presence of voids. Therefore, polydimethylsiloxane (PDMS), a representative hydrophobic polymer material, was coated on the surface of UiO-66 to enhance the sustainability of the diisopropyl methylphosphonate (DIMP) sorption capacity in the battleground condition. Through the analysis of surface structure and organic functional group distribution of PDMS coated UiO-66, silicon was confirmed to be evenly coated. The contact angle increased by over 30° for the PDMS coated UiO-66, indicating that the hydrophobicity was improved. In addition, both the UiO-66 and PDMS coated UiO-66 were used as adsorbents for DIMP, a similar chemical warfare agent, to investigate the durability of adsorption capacity in a high humidity environment. The PDMS coated UiO-66 showed higher durability of adsorption capacity for 20 days than that of pristine UiO-66.

Key Words : Metal-organic frameworks , PDMS , Chemical warfare agents , Adsorption , Humidity

PDMS 코팅을 통한 지르코늄 기반 금속유기골격체의 고습 환경에서 DIMP 흡착 성능 지속성 개선

장 원형^*, 정 상조^*,**†

^*육군사관학교 핵⋅WMD방호연구센터
^**육군사관학교 토목⋅환경학과

초록

UiO-66과 같은 지르코늄 기반 금속유기골격체(Zr-MOFs)는 비표면적이 넓고 선택적 흡착 능력이 뛰어나 전장환경에서 화학작용제 방호 물질로써 주목받고 있다. 하지만 대부분의 금속유기골격체는 약한 금속-유기 리간드 결합과 공극의 존재로 인하여 대기 중에 노출 시 물 분자와의 반응으로 선택적 흡착 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이에 본 연구에 서는 대표적인 소수성 고분자 물질인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 지르코늄 기반 금속유기골격체인 UiO-66 표면에 코 팅하였고, 전장환경에서 적용 가능성을 평가하기 위해 고습 환경에서 diisopropyl methylphosphonate (DIMP)와 같은 유 사 화학작용제의 흡착 성능 지속성을 코팅 전과 비교하였다. PDMS를 코팅한 UiO-66의 표면 구조와 유기 작용기 분포 를 분석한 결과 실리콘이 고르게 도포된 것을 확인하였으며, 접촉각을 측정한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66에서 30° 이상 접촉각이 증가하여 소수성이 증대한 것을 확인하였다. 또한 UiO-66과 PDMS를 코팅한 UiO-66을 흡착제로 사용 하여 고습 환경에서 유사 화학작용제인 DIMP의 흡착 성능 지속성을 확인한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66가 기존의 UiO-66에 비하여 높은 DIMP 흡착 성능 지속성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

키워드 :

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1. 서 론

금속 이온 혹은 금속 클러스터와 유기 리간드의 결합으로 생성되는 금속유기골격체 (metal-organic frameworks)는 넓은 비표면적, 미세공 극, 다양한 골격 구조, 그리고 조절 가능한 작용기 등 많은 장점을 가 진 다공성 물질이다[1-2]. 이러한 장점으로 인하여 금속유기골격체는 기체 분리, 촉매, 약물 전달, 센서, 에너지 저장 등 다양한 응용 분야에 서 주목받고 있다[3-5].

특히 금속유기골격체는 대량살상무기(WMD; weapon of mass destruction) 가 중심이 되는 현대 전장환경에서 사린(sarin), 소만(soman) 등의 신경계 화학작용제를 흡착을 통해 방호할 수 있는 물질로써 활 용 가치가 높다[6]. 이에 국내⋅외 연구기관에서는 금속유기골격체의 화학작용제 방호 성능을 개선하기 위한 시도가 이어지고 있다[7-9].

화학작용제 방호를 위한 금속유기골격체로는 UiO-66, UiO-67, MOF-808과 같은 지르코늄 기반 금속유기골격체를 활용하는 경우가 많다[10-11]. 지르코늄 기반 금속유기골격체에 존재하는 Zr-OH 결합 은 신경계 화학작용제에 포함된 인산기에 대한 높은 친화력을 가지고 있어[12] 화학작용제를 선택적으로 흡착하는 성능이 우수하기 때문이다. 특히 UiO-66은 Zr₆O₄(OH)₄ 클러스터가 12개의 노드로 1,4-benzenedicarboxylate 리간드와 공유 결합한 금속유기골격체로, 넓은 비표면 적을 지니며 고온 환경에서도 안정된 특성을 지니기 때문에 전장환경 에서 활용 가능성이 높다[13-14].

하지만, 다공성 물질은 공통적으로 대기 중에 노출 시 물 분자가 공 극에 포함되어 선택적 흡착 성능이 저하되는 문제가 있다. 특히 일부 금속유기골격체는 약한 금속-유기 리간드 결합을 기반으로 이루어져 있기 때문에 수분에 더욱 취약한 모습을 보인다[15]. 이러한 약점은 전장환경에서 치명적으로 작용하는데, 금속유기골격체의 흡착 성능 저하로 인하여 화학작용제를 흡착하지 못할 경우 곧바로 인명 피해로 이어지기 때문이다. 따라서 금속유기골격체를 전장환경에서의 화학작 용제 방호 물질로 사용하고자 할 경우 고습 환경에서도 흡착 성능 지 속성 보장이 필수적인 요소이다. 본 연구에서 사용한 UiO-66의 경우 MOF-5(IRMOF-1)나 HKUST-1과 같은 금속유기골격체에 비해서 수 분에 대한 안정성이 높다고 알려져 있으나[16-18] 화학작용제의 방호 물질로써 가장 주목받는 만큼 전장환경에 적용하였을 때 우수한 성능 을 발휘할 수 있도록 내수성 강화로 화학작용제 흡착 성능 지속성 개 선을 시도하였다.

그동안 금속유기골격체의 내수성을 향상시키기 위한 다양한 시도 가 이루어졌다. Yang et al.[19]은 플루오르화 금속유기골격체를 소수 성 물질로 소개했는데, silver(I) 3,5-bis(trifluoromethyl)-1,2,4-triazolate 에 포함된 방향족 화합물의 존재로 인하여 고습 환경에서도 무시해도 될 정도의 수분 흡착량을 나타내었다. Taylor et al.[20]은 phosphonate monoester linker (-RPO₂OR’-)를 포함한 금속유기골격체인 CALF-25 를 개발하였다. CALF-25는 높은 내수성으로 인하여 상대습도 90% 환경에서도 결정도 (crystallinity)가 유지되는 것이 확인되었다. Zhang et al.[21]은 MOF-5에 PDMS를 코팅하여 상대습도 55% 환경에서 하 루 동안 노출시킨 뒤 질소 기체 흡착 성능을 측정하였다. 그 결과 PDMS를 코팅하지 않은 MOF-5 는 수분 노출 2시간 경과 후 흡착 성 능이 18.8% 감소하고 24시간 경과 후에는 흡착 성능을 완전히 잃어버 렸지만, PDMS를 코팅한 MOF-5는 질소 기체 흡착 성능이 거의 유지 되는 것을 알 수 있었다. Singh et al.[22]은 γ-cyclodextrin 기반 금속 유기골격체에 콜레스테롤(cholest-5-en-3β-ol)을 코팅한 결과 접촉각 상으로 소수성을 나타낸 것을 알 수 있었으며, 24시간 동안 수분에 노 출시킨 후에도 결정 구조가 유지되는 것을 확인하였다. Tian et al.[23] 은 HKUST-1에 PDMS를 코팅하여 루비듐 이온(Rb⁺) 포획에 활용하였 다. 연구 결과 PDMS를 코팅하지 않은 HKUST-1은 2회 포획을 반복 했을 때 성능이 50%, 5회 반복했을 때 90% 감소했지만 PDMS를 코 팅한 HKUST-1은 반복 포획에도 성능이 거의 감소하지 않았다.

본 연구에서는 UiO-66의 내수성 개선을 위하여 대표적인 소수성 고분자 물질인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 사 용하였다. PDMS는 CH₃[Si(CH₃)₂O]_nSi(CH₃)₃의 화학식을 가지는 고분 자 물질로, [Si(CH₃)₂O] 단량체의 개수에 따라 분자량과 표면특성, 물 성이 달라진다[24]. 일반적으로 PDMS 코팅은 화학적 기상 증착법 (chemical vapor deposition)을 통해 이루어지는데, 이 경우 코팅 표면 에 3~5 nm 두께의 소수성 박막이 형성된다[25]. 본 연구에서는 PDMS 를 코팅한 UiO-66의 물리⋅화학적 특성을 분석하고, 이를 유사 화학 작용제인 diisopropyl methylphosphonate (DIMP) 흡착제로 사용하여 고습 환경에서의 구조 안정성과 흡착 성능 지속성을 확인하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 실험재료

본 실험에는 zirconium(IV) chloride (98%, Acros Organics), terephthalic acid ( ≥ 99%, Acros Organics), N, N-dimethylmethanamide (DMF, 99%, Alfa Aesar), formic acid (97%, Alfa Aesar), hydrochloric acid (35.0-37.0%, Samchun), acetone (99.5%, Samchun), hexane (95%, Sigma-Aldrich), polydimethylsiloxane (PDMS, 200cSt, Sigma-Aldrich) 이 사용되었으며, 모든 시약은 판매처로부터 구매 이후 추가적인 처 리과정 없이 사용하였다. 모든 용액 제조 및 실험에는 Barnstead Nanopure (Thermo Scientific)에 의해 제조된 초순수( > 18 MΩ⋅cm) 를 사용하였다. 또한 실험에 사용된 질소기체, 수소기체 및 압축공기 는 한미가스테크로부터 구매하였다.

2.2. UiO-66 및 P-UiO-66 합성

UiO-66은 Katz et al.[26]의 방법을 응용하여 제조하였다. DMF 20 mL에 zirconium(IV) chloride 625 mg (2.7 mmol)을 넣고 조절인자로 formic acid와 hydrochloric acid를 각각 20 mL, 1.5 mL 추가하였다. 이후 초음파 처리기(Power Sonic 410, Hwashin Technology)로 10분간 용액을 처리한 후 120 °C에서 1시간 동안 가열하여 zirconium(IV) chloride를 완전히 용해시켰다. 이와 별개로 DMF 50 mL에 615 mg (3.7 mmol)의 terephthalic acid를 넣고 10분간 초음파 처리 후 120 °C 에서 1시간 동안 가열하여 완전히 용해시켰다. 이후 zirconium(IV) chloride 용액과 terephthalic acid 용액을 상온에서 냉각시킨 후 혼합하 고 120 °C에서 20시간 동안 열처리하였다. 열처리 후 형성된 흰색 침 전물은 필터를 이용하여 분리하고 DMF와 acetone으로 각각 3회 세척 하였다. 세척이 끝난 시료는 120 °C에서 24시간 동안 건조하였다.

이후 UiO-66의 내수성 개선을 위해 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition)을 활용하여 액체 상태의 PDMS를 UiO-66 시료 표 면에 코팅하였다. 흡착 표면에 코팅 물질을 기화시키는 것만으로 증 착이 이루어지는 것은 아니지만, PDMS의 경우 SiO₂, TiO₂, ZnO, Ni, C 등 대부분의 고체 흡착면에 기상 증착하는 데에 있어 PDMS와 흡 착 표면 사이의 강한 화학적 상호작용을 필요로 하지 않기 때문에 다 른 코팅 물질에 비하여 화학적 기상 증착이 쉽게 이루어진다[27-29]. 이때 UiO-66의 특정 면이 아닌 시료 전반에 코팅을 하기 위해 선행연 구의 방법을 참고하여[30-31] 철 메시(mesh) 위에 UiO-66 시료를 얹 어 기화된 PDMS가 시료 표면 전반에 흡착되도록 하였다. 이후 PDMS를 230 °C에서 12시간 동안 가열하였으며, PDMS를 코팅한 UiO-66을 P-UiO-66으로 명명하였다.

2.3. UiO-66 및 P-UiO-66의 수분 처치(moisture treatment)

UiO-66의 내수성 개선 여부가 고습 환경에서의 DIMP 흡착 성능 지속성을 증가시키는지 확인하기 위하여 UiO-66과 P-UiO-66을 상대 습도 90% 환경의 밀폐된 용기 안에서 최대 20일간 노출시켰다. 수분 처치된 UiO-66과 P-UiO-66을 각각 moisture-treated UiO-66과 moisture- treated P-UiO-66으로 명명하였다.

2.4. UiO-66 및 P-UiO-66의 물리⋅화학적 특성 분석

UiO-66 및 P-UiO-66의 표면 구조는 연세대학교 공동기기원의 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope, 7800F, JEOL)를 이용하여 확인하였다. 또한 주사전자현미경에 부착된 에너지 분산형 X선 분광 분석기(energy dispersive X-ray spectroscopy)를 활용하여 시료 표면의 원소 분석을 실시하였다.

UiO-66 및 P-UiO-66의 유기 작용기 구조는 푸리에 변환 적외선 분 광기(Fourier Transform Infrared Spectrometer, Spectrum 3, PerkinElmer) 를 이용하여 측정하였다. 약 10 mg의 시료와 200 mg의 브롬화칼륨 (KBr)을 절구에서 분쇄하며 혼합한 뒤, 감쇠 전반사(attenuated total reflection)법으로 측정하였다.

UiO-66 및 P-UiO-66의 접촉각(contact angle)은 숙명여자대학교 공 동기기실의 접촉각 측정기(Contact Angle Meter, DSA 25, Kruss)를 이 용하여 측정하였다. 시료의 임의의 지점 3곳에 증류수를 1방울 떨어 뜨려 표면과의 접촉각을 측정하였으며, 측정값의 평균을 시료의 접촉 각으로 표기하였다.

UiO-66 및 P-UiO-66의 온도 변화에 따른 중량 변화는 연세대학교 공동기기원의 열중량분석기(Thermogravimetric Analysis, Q50, TA Instruments)를 이용하여 확인하였다. 질소 기체 하에서 백금 판에 시 료를 올리고, 30 °C에서 10분간 유지한 뒤 830 °C까지 분당 5 °C씩 온도를 상승시키면서 중량 변화를 측정하였다

UiO-66 및 P-UiO-66의 결정구조는 서울과학기술대학교 공동실험실습 관의 엑스선회절분석기(X-ray Diffractometer, D8 Advance, Bruker)를 이용하여 분석하였다. 5~56° 범위를 0.02° 간격, 분당 5.7° 속도로 스캔 하였으며, X선은 Cu Kα (파장 0.154 nm) 광원을 이용하였다.

UiO-66 및 P-UiO-66의 비표면적 및 공극 분포는 서울과학기술대학 교 공동실험실습관의 비표면적 측정장치(3flex, Micromeritics)를 이용 하여 측정하였다. 비표면적과 미세공극의 크기는 각각 BET (Brunauer- Emmett-Teller)와 H-K (Horvath-Kawazoe) 방법으로 계산하였으며, 분석 전 시료의 수분 제거를 위하여 200 °C에서 12시간 동안 전처리하였다.

2.5. UiO-66 및 P-UiO-66의 DIMP 흡착 특성 분석

UiO-66 및 P-UiO-66의 흡착 특성은 상온 대기압 하에서 DIMP에 대 한 등온흡착 실험을 통해 분석하였다. 우선, 테플론 뚜껑을 가진 갈색 병(4 mL screw neck vial, Grace)에 UiO-66 시료 10 mg을 넣고, 주사기 (10 μL gold standard autosampler syringe, Agilent)를 이용하여 DIMP 5 μL를 주입한 후 즉시 밀봉하였다. 이후 vortex mixer (250VM, Hwashin Technology)를 이용하여 1분 동안 교반 후 회전기를 사용하 여 상온에서 24시간 동안 평형에 이르도록 하였다. 평형 후 vial에 hexane 2 mL를 주입하고 밀봉 후 vortex mixer로 1분 동안 교반하여 DIMP를 추출하였다. DIMP 추출 시 용기 내에 가스상으로 존재하는 DIMP의 손실을 최소화하기 위하여 vial을 2 °C 에 30분 동안 보관 후 추출하였다. DIMP를 추출한 hexane은 syringe filter (Econofltr PVDF 0.45 μm, Agilent)로 필터링 후 2 mL screw vial에 옮기고 Flame Ionization Detector를 장착한 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography, 7890A, Agilent)를 사용하여 분석하였다. 기체 크로마토그래피는 splitless mode로 분석하였으며, 운반기체는 질소 1 mL/min이었다. 이때 사 용한 칼럼은 DB-624 (0.32 mm × 30 m, 1.80μm film thickness)이었고, 칼럼 온도는 초기 50 °C에서 2분 동안 유지 후 20 °C/min 비율로 250 °C까지 증가시켜 10분간 유지하였다. 실험의 신뢰도 확보를 위해 동일 한 조건에서 3회 반복 실시 후 평균과 표준편차 값을 사용하였다.

3. 결과 및 토의

Figure 1은 UiO-66과 P-UiO-66의 표면 구조 분석 결과를 나타낸다. UiO-66과 달리 UiO-66에 PDMS를 코팅한 P-UiO-66의 경우 Si에 대 한 피크가 관찰되었고, 원소분석 결과 실리콘이 P-UiO-66 표면에 고 르게 코팅된 것을 확인하였다.

Figure 2는 UiO-66과 P-UiO-66의 FT-IR 스펙트럼 정보를 나타낸다. UiO-66에 PDMS를 코팅한 P-UiO-66의 경우 1260 cm^-1 부근에 Si-CH₃ 굽힘진동(bending)에 해당하는 피크가 관찰되어[32] Figure 1의 결과 와 마찬가지로 실리콘이 P-UiO-66 표면에 코팅되었음을 확인하였다.

Table 1과 Figure 3은 UiO-66과 P-UiO-66의 접촉각 측정 결과를 나 타낸다. 내수성 개선을 하지 않은 UiO-66은 118.81°의 접촉각을 나타 낸 반면, PDMS를 코팅하여 내수성을 개선한 P-UiO-66은 149.66°의 접촉각을 나타내어 접촉각이 30.85° 증가한 것을 알 수 있었다. 이를 통해 P-UiO-66의 소수성이 증대되었음을 확인하였다.

Table 2는 UiO-66과 P-UiO-66의 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 비 표면적과 평균 공극 부피 및 지름을 나타내며, Figure 4는 Horvath- Kawazoe model을 통해 계산한 UiO-66과 P-UiO-66의 공극 크기 분포 를 나타낸다. UiO-66에 PDMS를 코팅한 결과 P-UiO-66의 비표면적과 공극 부피가 감소한 것으로 나타났다. 또한 공극 크기 분포에 있어서 는 뚜렷한 차이가 없었으나 단위 질량 대비 부피가 전체 공극 크기 영역에서 줄어든 것을 알 수 있었다. 이러한 점을 종합했을 때, P-UiO-66에 코팅된 실리콘이 공극 일부를 메운다는 것을 알 수 있다.

Figure 5는 UiO-66과 P-UiO-66, 그리고 두 시료를 7일간 상대습도 90% 환경에 노출시킨 7 days moisture-treated UiO-66과 7 days moisture- treated P-UiO-66의 Thermogravimetric Analysis (TGA) 분석 결과 를 나타낸다. UiO-66과 P-UiO-66을 각각 7일간 수분에 노출시킨 결과 40~80 °C 부근에서 7 days moisture-treated P-UiO-66의 중량 감소폭 이 7 days moisture-treated UiO-66에 비하여 확연히 낮아진 것을 알 수 있었다. 이에 따라 표면 코팅에 의해 7 days moisture-treated P-UiO-66이 머금고 있는 수분의 양이 적어지는 것을 확인하였다.

Figure 6은 UiO-66과 P-UiO-66, 그리고 두 시료를 7일간 상대습도 90% 환경에 노출시킨 7 days moisture-treated UiO-66과 7 days moisture- treated P-UiO-66의 X선 회절패턴 분석 결과를 나타낸다. P-UiO-66의 합성 과정에서 코팅 처리 및 추가적인 열처리를 가했으나 UiO-66의 결정 구조에는 손상을 주지 않은 것을 알 수 있었다. UiO-66과 P-UiO-66을 각각 7일간 수분에 노출시킨 결과 2θ = 12.0° (022)에서 피크의 강도(intensity)가 뚜렷하게 낮아진 것을 알 수 있었 다. UiO-66의 (022) 면은 공극이 드러나 있는 격자 면으로써[26,33-34] 수분 노출 시 물 분자가 침투하기에 용이한 구조를 가지고 있어 오랫 동안 수분에 노출된 (022) 면의 일부 변형이 있었을 것으로 추측된다.

Figure 7은 UiO-66과 P-UiO-66의 상대습도 90%의 고습 환경에서 DIMP 흡착 성능 안정성을 비교한 결과를 나타낸다. 우선 초기 상태 의 P-UiO-66은 앞선 Figure 3의 결과에서 알 수 있듯이 UiO-66 표면 에 코팅된 PDMS가 공극 일부를 메워 질량 대비 DIMP 흡착량이 적어 진 것을 알 수 있었다. 하지만 1시간 동안 수분에 노출시킨 결과 1 hour moisture-treated UiO-66은 질량 대비 DIMP 흡착량이 약 13% 감 소한 반면 1 hour moisture-treated P-UiO-66은 0.77% 밖에 감소하지 않아 1시간 동안의 수분 노출 시에도 DIMP 흡착 성능이 유지되는 것 을 알 수 있었다. 또한 7일 동안 수분에 노출시킨 결과 7 days moisture- treated UiO-66은 질량 대비 DIMP 흡착량이 약 58% 감소한 반면 7 days moisture-treated P-UiO-66은 약 41% 감소하여 장시간의 수분 노출 시에도 P-UiO-66의 DIMP 흡착 성능 안정성이 유지되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 PDMS 코팅에 의한 소수성 증가로 인하여 Zr 금속 클러스터가 물에 노출되는 정도가 줄어든 것에 의한 것으로 해석할 수 있다[35].

4. 결 론

지르코늄 기반 금속유기골격체인 UiO-66의 고습 환경에서의 흡착 성능 지속성 개선을 위하여 소수성 고분자 물질 PDMS를 표면에 코팅 한 결과 UiO-66 표면에 실리콘이 고르게 도포된 것을 알 수 있었다. 이로 인하여 UiO-66의 소수성이 증가하였지만, 코팅 과정이 UiO-66 의 결정 구조에는 영향을 주지 않은 것을 확인하였다. PDMS 코팅으 로 인하여 실리콘이 UiO-66의 공극 일부를 메워 비표면적과 공극 부 피가 일부 감소하였지만, 공극 크기 분포에는 뚜렷한 영향을 주지 않 은 것으로 나타났다.

UiO-66과 PDMS를 코팅한 UiO-66을 흡착제로 사용하여 상대습도 90% 환경에서 유사 화학작용제인 DIMP의 흡착 성능 지속성을 분석 한 결과 초기 상태에서는 실리콘에 의한 공극 메움으로 인하여 흡착 성능이 소폭 감소하였으나, 고습 환경에서 물 분자가 공극에 포함되 기 시작하면서 UiO-66의 표면에 코팅된 실리콘이 물 분자의 침입을 억제하여 흡착 성능이 감소하는 정도를 완화하는 것을 알 수 있었다.

이러한 결과는 전장환경에서 보급 지연으로 인하여 흡착제를 교체 하지 못하고 화학작용제 방호를 위하여 장시간 흡착제를 사용할 시 유용하게 작용될 수 있을 것이다. 본 연구 결과에 따라 흡착제 표면에 소수성 물질을 코팅하는 방안으로 흡착제의 흡착 성능 지속성을 향상 시킨다면, 기존에 연구된 금속유기골격체의 단점을 보완할 수 있을 것이다.

다만, PDMS를 코팅한 UiO-66를 수 개월 이상 장시간 방치했을 때 UiO-66의 구조적 안정성에 어떠한 영향이 미치는지 확인된 바 없으 며, 본 연구에서는 유사 화학작용제에 대한 흡착 성능 지속성만을 확 인하였기 때문에 실제 전장환경에서 PDMS를 코팅한 UiO-66이 화학 작용제의 흡착 성능 지속성을 유의미하게 높이는지 확인하는 추가적 인 연구가 이루어져야 할 것이다.

사 사

본 논문은 육군사관학교 핵⋅WMD 방호연구센터 2022년도(22-센 터-1) 연구활동비 지원을 받아 연구되었습니다. 본 논문 작성에 필요 한 분석 기회를 제공해준 서울과학기술대학교 공동실험실습관, 숙명 여자대학교 공동기기실, 연세대학교 공동기기원 관계자들과 실험에 필요한 지원을 해준 이연희 님, 논문 작성에 도움을 주신 서울대학교 김진영 교수님에게 감사드립니다.

Figures

Figure 1.SEM image and EDS result of UiO-66 and P-UiO-66 samples.

Figure 2.FT-IR spectra of UiO-66 and P-UiO-66 samples.

Figure 3.Contact angle measurement of (a) UiO-66 and (b) P-UiO-66 samples.

Figure 4.Pore size distribution of UiO-66 and P-UiO-66 samples based on Horvath-Kawazoe model.

Figure 5.TGA curves of UiO-66, P-UiO-66 and their 7 days moisturetreated samples.

Figure 6.Normalized XRD patterns of UiO-66, P-UiO-66 and their 7 days moisture-treated samples. Inset shows enlarged peak of (022) lattice plane.

Figure 7.DIMP adsorption capacity of UiO-66 and P-UiO-66 samples before and after moisture-treatment.

Tables

Table 1.Values of the Static Contact Angle Measurement of UiO-66 and P-UiO-66 Samples Using the Sessile Drop Method

Table 2.BET Specific Surface Area, Horvath-Kawazoe Maximum Pore Volume and Average Pore Diameter of UiO-66 and P-UiO-66 Samples

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