Ammonia (NH₃) gas is highly toxic and poses serious environmental and health risks, necessitating its effective removal. Recently, extensive research has been conducted on metal-organic frameworks (MOFs) which are porous material, for NH₃ adsorption. However, MOFs in powder form exhibit limitations in practical applications. To address this challenge, we synthesized MOF-801, ZIF-67, and HKUST-1 composites with cellulose filter (CF) to form MOFs/CF composites and evaluated their NH3 adsorptive removal performance. The MOFs were directly grown on the CF surface without the use of polymeric binders, and a water- and alcohol-based synthesis approach was also employed to eliminate the widely used toxic organic solvent, N,N-dimethylformamide (DMF). This modified synthesis method successfully maintained the morphology and crystallinity of the MOFs while reducing the environmental and health risks generated by conventional processes. The NH₃ adsorptive removal performance was evaluated through a gas bag test, demonstrating that MOF-801/CF (MCF) achieved 85.0%, ZIF-67/CF (ZCF) exhibited a 65.0% removal efficiency, and HKUST-1/CF (HCF) showed the highest NH₃ adsorptive removal efficiency of 100.0%. These findings demonstrate the feasibility of MOFs/CF composites as effective NH₃ gas filters and highlight their potential for future applications in the development of MOF-based filters for the adsorptive removal of various hazardous gases.

암모니아 (NH₃) 가스는 독성이 강해 환경 및 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 효과적인 제거가 필요하다. 현재 이러한 NH₃ 가스를 제거하기 위해 다공성 소재인 Metal-Organic Frameworks (MOFs)를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 분말 형태의 MOFs의 경우, 그 자체로는 실제 응용에서 활용이 어렵다는 한계가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 MOFs 중 MOF-801, ZIF-67, 그리고 HKUST-1을 cellulose filter (CF)와 복합화하여 MOFs/CF를 제조하였으며, NH₃ 가스 제거 성능을 비교 분석하였다. 제조 과정에서 별도의 고분자 바인더 없이 MOFs를 CF 위에 직접 성장시켰으며, 또한 기존에 널리 사용되는 독성 유기용매인 N,N‐dimethylformamide (DMF)를 배제한 물과 알코올 용매 기반의 합성법을 활용하여 환경 유해 물질 및 실험자에 대한 유해 노출을 최소화하고도 MOFs의 형상 및 결정구조를 유지하며 성공적으로 MOFs/CF를 제조하였다. 가스 검지관 테스트를 통해 NH₃ 가스 흡착 제거 성능을 평가하였고, 그 결과 MOF-801/CF (MCF)는 85.0%, ZIF-67/CF (ZCF)는 65.0%의 NH₃ 가스 제거 효율을 보였다. 특히, 가장 우수한 특성을 보인 HKUST-1/CF (HCF)의 경우 100.0%의 NH₃ 가스 제거 효율을 나타냈다. 본 연구는 MOFs/CF 복합체가 NH₃ 제거 필터로 효과적으로 활용될 수 있음을 입증하였으며, 추후 다양한 유해 가스 흡착 제거용 MOF 기반 필터 개발에 기여할 것으로 기대된다.

Keywords: 금속-유기 골격체(Metal-organic frameworks (MOFs)), 암모니아(Ammonia), 흡착(Adsorption), 셀룰로오스(Cellulose), 필터(Filter)