암모니아 (NH3)는 사람과 동물의 건강에 심각한 영향을 미치는 가장 중요한 가스 오염 물질입니다. 그러나 암모니아는 전 세계적으로 증가하는 인구를 지원하기 위해 화학 물질 및 비료 생산의 합성에 사용되었습니다. 산업적으로, Haber-Bosch 공정은 암모니아만을 독점적으로 생산하는 주요 기술이지만이 공정은 에너지 집약적 인 공정이며 많은 수의 탄소 배출을 유발합니다. 온화한 조건 하에서 암모니아의 전기 화학적 합성은 에너지 저장 및 운송에 이상적인 매체 인 암모니아 형태의 재생 에너지를 화학 에너지로 직접 변환 할 수 있기 때문에 최근 몇 년 동안 상당한 관심을 끌었다. 그리고 Haber?Bosch 공정과는 달리, 암모니아의 전기 화학 합성은 이산화탄소가 전혀없는 온화한 조건에서 작동 할 수있는 훨씬 환경 친화적 인 공정입니다. 그러나,이 공정은 암모니아 생성율이 좋지 않아 심각하게 방해받으며 여전히 연구 수준에 있으며 암모니아 수율이 낮기 때문에 미래 기술로 간주됩니다. 현재 연구는 암모니아 수율을 높이는 데 중점을두고 있지만, 상당한 암모니아 용량과 내구성을 가진 흡착제가 사용 가능한 경우 흡착 기술을 사용하여 암모니아 농도를 풍부하게 할 수 있습니다. 오랫동안 미량의 암모니아를 불순물로서 제거하기 위해 암모니아의 흡착이 오랫동안 적용되어 왔으며, 암모니아의 농축은 후방에서 시도되었다. 많은 흡착 물질 중에서, 금속-유기 골격은 높은 표면적 및 다공성으로 인한 기체 흡착 및 분리에 널리 사용되어왔다. 일부 사람들은 암모니아 흡착에 MIL-101(Cr)을 적용했으며 암모니아에 대한 뛰어난 용량과 안정성을보고했습니다. 또한, 흡착능을 향상시키기 위해 MIL-101(Cr) 표면에 다양한 작용기 또는 금속을 첨가하는 것에 대한 많은 연구가보고되어있다. 이 모든 후, MIL-101(Cr)에 의한 암모니아 흡착에 관한 간행물은 거의 없으며 암모니아 농축 및 다중 사이클 흡착에 대해서는 어떠한 MOF도 적용하지 않았다.
본 연구에서는 암모니아 농도에 대한 마그네슘 함침 된 MIL-101(Cr, Mg)의 흡착 및 탈착 특성에 대한 실험 및 해석을 수행 하였다. 우선, 수열 법을 이용하여 MIL-101 (Cr)을 제조 하였다. 시료의 열 안정성, 다공성 및 형태를 조사하기 위해 TGA, BET, SEM 및 XRD를 특징으로합니다. 특성화는 높은 다공성 및 열 안정성을 갖는 MIL-101(Cr) 결정의 성공적인 합성을 나타냈다. NH3-TPD 분석을 통해 MIL-101(Cr)은 실질적인 탈착 성능과 안정적인 TCD 피크를 보여 주었다. 따라서, MIL-101(Cr)의 높은 전위는 온도 변동 흡착을 이용한 암모니아 농축 공정에 대한 우수한 흡착제로 확인되었다.
다음으로, 질산 마그네슘 전구체 및 시약을 사용하여 흡착 능력을 향상시키기 위해 용매 열 합성에 의해 MIL-101(Cr)의 표면에 상이한 양의 Mg (0-2 mmol)을 로딩 하였다. 바이메탈 MIL-101(Cr, Mg) 샘플은 TGA, BET, SEM, EDS, 맵핑 및 NH3-TPD 분석에 의해 특성화되었다. 도핑 된 Mg를 MIL-101(Cr, Mg)에 균질하게 분산시키고 비 표면적 및 다공성을 증가시켰다. 상이한 양의 Mg를 함유하는 흡착제의 흡착 및 탈착 능력을 온도 변동을 갖는 고정층 반응기에서 다중 사이클 돌파 시험을 통해 측정 하였다. 그 결과, 1.0 mmol의 Mg가 로딩 된 MIL-101(Cr, Mg)은 많은 수의 흡착 및 탈착 사이클에서도 높은 열 안정성 및 우수한 흡착 성능을 나타내 었으며, 초기 암모니아 흡착 용량은 0.81 mmol NH3 /g 및 0.69 mmol NH3/g의 평균 흡착 용량. 이러한 결과는 NH3-TPD 분석 및 BET 분석 결과와 잘 일치합니다. 그 결과 암모니아의 농도에 1.0 mmol의 마그네슘이 적재 된 MIL-101(Cr, Mg)을 사용할 수 있다고 제안되었다.