방사성 요오드 흡착을 위한 금속유기구조체 개발 연구

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방사성 요오드 흡착을 위한 금속유기구조체 개발 연구
제안자
자문교원 박진희
연도 2017
타입 A형 과제
코스 프란시스 크릭
매칭여부
참여학생수
소개동영상

제안 배경

과제 목표

기존의 방사성 요오드 흡착제를 대신할 나노 다공성 금속유기구조체(Metal-organic frameworks, MOFs)를 기반으로 한 흡착 용량 100 wt% 이상의 새로운 요오드 흡착제 개발.

과제 내용

  • 금속유기구조체(Metal-organic frameworks, MOFs)는 기존의 무기 다공성 소재인 제올라이트 및 메소포러스 실리카 등과 비교하였을 때 표면적이 넓고 기공의 구조 및 기공 내 작용기의 도입이 쉽다. 이 뿐만 아니라 결정 구조(crystal structure)를 가지고 있어 구조-성질(structure-property) 관계에 대한 깊이 있는 연구가 가능하여 새로운 흡착 및 분리 소재로 주목받고 있다.
  • 금속이온의 빈 배위결합 자리 (open coordination binding sites)를 포함하는 MOFs는 기체 및 다른 손님분자의 배위 결합자리가 되어 흡착량과 흡착세기를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 본 과제를 통해 빈 배위결합자리를 가지고 높은 기체 흡착량으로 잘 알려진 MOFs(M2+= Fe2+, Ni2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+)를 요오드 흡착 연구에 적용하여 금속이온의 요오드 흡착에 대한 영향을 연구한다. 옆의 그림은 MOF-74와 그의 리간드를 나타내고 화살표는 빈 배위결합 자리(노란색 금속이온)를 나타낸다.
  • 일반적인 MOFs는 음이온 리간드와 양이온 금속이온의 전하가 균형을 이루어 전하를 띠지 않지만 음이온 리간드와 금속이온의 전하가 불균형을 이루는 경우 음이온 MOFs를 얻을 수 있다. 이러한 경우 약하게 배위 결합하고 있는 양이온으로 전하균형을 이루고 있는데 이러한 양이온을 Ag+, Cu+, Cu2+ 등과 같이 추가로 넣어주는 양이온과 치환반응을 진행하고 이를 환원시켜 강한 요오드 흡착력을 보이는 MOFs를 개발한다.
  • 개발한 MOFs에 기체 상태 요오드화메틸, 요오드 가스 또는 액체상태의 요오드 등의 흡착량을 정량 분석한다. 기체 상태 흡착은 질량 변화를 측정함으로써 확인하고 용액상태의 요오드의 경우 흡착 전후의 UV-vis spectra의 변화를 환산하여 계산한다. 이를 시간에 따른 isotherm 그래프를 그려 총흡착량 및 흡착속도를 분석한다.

참고자료

희망학생