[논문]순차적 실험계획법을 이용한 MOF-801 합성공정 최적화

이민형; 유계상

doi:10.14478/ace.2021.1078

순차적 실험계획법을 이용한 MOF-801 합성공정 최적화
Optimization of MOF-801 Synthesis Using Sequential Design of Experiments 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.32 no.6, 2021년, pp.621 - 626

이민형 (서울과학기술대학교 화공생명공학과) , 유계상 (서울과학기술대학교 화공생명공학과)

초록
AI-Helper

MOF-801 합성공정의 최적화를 위해 순차적인 실험 계획법을 이용하였다. 먼저 screening을 위한 완전 2-요인 설계와 이후 반응표면 분석법 중에 하나인 중심합성 계획법을 연속적으로 사용하였다. 두 가지 반응변수인 MOF-801의 결정화도와 BET 비표면적 중에 실험계획법에 보다 적합한 변수를 선택하기 위하여 fumaric acid, dimethylformamide (DMF) 및 formic acid의 몰비를 이용한 2³ 요인 설계법을 수행하였다. MINITAB 19 소프트웨어에 따라 설계된 8번의 MOF-801 합성 실험을 수행한 이후 XRD 분석 및 질소흡착법을 이용하여 특성분석을 수행하였다. 두 가지 반응변수 중 결정화도의 R²이 0.999로 BET 비표면적보다 실험계획법에 보다 적합하였다. 분산 분석(ANOVA)을 통해 fumaric acid와 formic acid의 몰 비가 MOF-801의 결정화도를 결정하는 주요 인자임을 확인하였다. response optimization과 두 인자의 contour plot을 통해 최적의 몰비는 ZrOCl₂·8H₂O : fumaric acid : DMF : formic acid = 1 : 1: 39 : 35로 추정되었다. 이후 합성반응 공정의 최적화를 위해 도출된 전구체의 몰 비 조건에서 합성 기간과 온도에 대한 박스-벤켄설계법을 수행하였다. 설계된 9번의 합성실험을 통해 도출된 결과를 2차 모델 방정식을 이용하여 계산하였다. 이를 이용하여 MOF-801의 최대 결정화도는 합성시간 7.8 h 그리고 합성온도 123 ℃의 조건에서 얻을 수 있음을 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A sequential design of experiments was used to optimize MOF-801 synthesis process. For the initial screening, a general 2k factorial design was selected followed by the central composition design, one of the response surface methods. A 23 factorial design based on the molar ratio of fumaric acid, dimethylformamide (DMF), and formic acid was performed to select the more suitable response variable for the design of experimental method among the crystallinity and BET specific surface area of MOF-801. After performing 8 synthesis experiments designed by MINITAB 19 software, the characteristic analysis was performed using XRD analysis and nitrogen adsorption method. The crystallinity with R2 = 0.999 was found to be more suitable for the experimental method than that of BET specific surface area. Based on analysis of variance (ANOVA), it was confirmed that the molar ratio of fumaric acid and formic acid was a major factor in determining the crystallinity of MOF-801. Through the response optimization and contour plot of two factors, the optimal molar ratio of ZrOCl2·8H2O : fumaric acid : DMF : formic acid was 1 : 1 : 39 : 35. In order to optimize the synthesis process, the central composition design on synthesis time and temperature was performed under the identical molar ratio of precursors. The results derived through the designed 9 synthesis experiments were calculated using the quadratic model equation. Thus, the maximum crystallinity of MOF-801 predicted under the synthesis time and temperature of 7.8 h and 123 ℃, respectively.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Factor and Level for General Factorial Design
그림 Figure 1. Standardized effects for BET surface area and crystallinity of MOF-801 using Pareto Chart based on precursor composition.
그림 Figure 2. Main effects and Interaction plot for crystallinity of MOF-801 based on precursor composition.
그림 Figure 3. Response optimization plot for the crystallniity of MOF-801 based on precursor composition.
그림 Figure 4. Contour plot for crystallnity of MOF-801 based on precursor composition.
표 Table 2. Analysis of Variance (ANOVA) for General Factorial Model
표 Table 3. Factor and Level for Box–Behnken design
그림 Figure 5. Main effects and Interaction plot for crystallinity of MOF-801 based on synthesis conditions.
그림 Figure 6. Contour plot for crystallnity of MOF-801 based on synthesis conditions.
그림 Figure 7. Response optimization plot for the crystallniity of MOF-801 based on synthesis conditions.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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