석탄회를 NaOH로 용융시킨 후 수열 처리에 의하여 제올라이트 A를 합성하였다. NaOH/석탄회의 비, 용융 온도, NaAlO2의 첨가량, 수열 처리 온도 및 시간이 생성된 제올라이트의 종류와 결정도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 결정도가 높은 제올라이트의 생성에 필요한 최적의 NaOH/석탄회의 중량비는 1.2, 최적의 용융 온도는 550℃이었다. 용융된 석탄회로부터 Si4+ 와 Al3+의 용출은 교반 시간의 영향을 받지 않았다. 생성된 제올라이트의 형태는 첨가한 NaAlO2의 영향을 받는 것으로 나타났다. 적은 양의 NaAlO2를 첨가하면 제올라이트 X가 생성되나 NaAlO2의 양이 증가하면 단일상의 제올라이트 A가 생성되었다. 수열처리 시간과 온도가 증가하면 제올라이트 A는 hydroxysodalite로 변화하였다. 승온 속도를 낮춰 반응 온도까지의 도달시간을 증가시키면 결정도가 좋은 제올라이트 A를 얻을 수 있었다.

In this work, uniform and nanosize(75nm) silicalite-1 crystals was hydrothermally synthesized by using 9TPAOH:0.16NaOH:25Si:495H2O solution at 80 ℃. They were applied as seed in the secondary growth process for preparing silicalite-1 membrane by template-free method. And silicalite-1 membrane, which was coated by nano-size seed, showed a high EtOH/H2O separation factor of 128. The high separation factor could be explained by the role of nanosize seed. The application of nanosize seed successfully retarded the formation of interfacial voids between silicalite-1 grains. Therefore, it could be concluded that template-free hydrothermal process can produce silicalite-1 membrane with well performance.

In the present work, a new synthesis method has been reported for preparing high-quality NaA zeolite membrane. The present method involves pressure-driven hydrothermal gel coating method(HGCM) on seeded α-alumina support surface having pores of 0.1 and 0.7μm diameter before the secondary growth process. The experimental data revealed that the high-pressure injection of hydrothermal gel solution on α-alumina support surface helped in the pore filling and thin layer coating of gel particles, which promoted the formation of uniform, defect free, and dense zeolite layer. Pervaporative dehydration experiments were conducted for 50 wt.% ethanol-water mixture at 343K. The NaA zeolite membrane, which was prepared by HGCM process on the 0.7μm support, showed that the high total flux was 4.7 kg m-2h-1 and separation factor was more than >1000.

본 연구에서는 종결정 코팅층이 NaA 제올라이트 분리막 형성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. NaA 제올라이트 분리막은 평균입경 100 nm 종결정을 다공성 α-알루미나 표면에 진공여과 코팅하고 100˚C에서 24시간 수열처리하여 합성되었다. 이때 지지체 표면에 분포된 종결정 양을 조절한 후 형성된 NaA 제올라이트 분리층의 두께와 결정입 크기 등 미세구조에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 종결정 코팅 양은 지지체를 통과한 종결정 수용액의 여과 양을 조절하여 제어하였다. 종결정을 단일층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 코팅 양이 증가함에 따라 분리층 단면에서의 두께와 균일도는 증가하였으며, 표면에서의 결정입 크기는 감소하면서 균일도는 증가하였다. 반면, 종결정을 다층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 균일한 분리층을 형성하였지만 단일층으로 코팅된 경우에 비하여 불균일하였으며 두꺼운 분리층이 형성되었다. 균일하고 초박형의 결함이 없는 제올라이트 분리층을 형성하기 위해서는 종결정을 균일하고 단일층으로 코팅하여야 함을 알 수 있었다. 본 연구로부터 종결정의 코팅 상태가 이차성장에 의한 NaA 제올라이트 분리층의 미세구조를 결정하는 중요한 인자임을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 친수성 NaY 제올라이트 분리막의 단일기체, 이성분계 및 삼성분계 혼합기체에서의 CO2 투과거동에 대하여 고찰하였다. 분리막을 통한 CO2 투과는 표면확산에 의해 지배되며 CO2 분리는 흡착된 CO2 분자에 의한 blocking 효과에 의해 나타남을 재확인하였다. 진공모드에서 얻어진 CO2 투과도는 He sweeping 모드에서 얻어진 값보다 작았지만 가압모드에서 얻어진 CO2 투과도 값과 유사하였다. 특히, NaY 제올라이트 분리막은 실제 연소배가스 조건과 유사 한 14%CO2-80%N2-6%O2 모델기체에 대하여 진공모드에서 CO2 투과도 약 1 × 10 -7 mol/m 2 secPa, CO2 선택도 10 이상의 우수한 분리성능을 보였다. 따라서, NaY 제올라이트 분리막은 연소후 이산화탄소 회수용 분리막으로 응용 가능성 있는 소재임을 확인하였다.

In this study, CO₂ adsorbent was produced for minimizing energy loss due to ventilation within the building. For improved selectivity about low concentration of CO₂ in multiple-use facilities, the ball type adsorbent was modified from a commercial zeolite, alumina, alkali metals and activated carbon with mixing LiOH, binder, and H₂O. We measured specific surface area, pore characteristic, and crystal structure of the modified adsorbent. Effects of alkalization on the absorptive properties of the adsorbents were investigated. Continuous column tests (2,000 ppm) and batch chamber tests (4m3, 5,000ppm) showed that the modified adsorbent indicated about the selectivity of CO₂ more than 9.7% (0.613 mmol/g) compared with ordinary adsorbents and CO₂ removal efficiency of 88.8% within l hour, respectively. It was estimated that the modified adsorbent was applicable to indoor environments.

소수성 ZSM-5 분리막을 결정성장핵의 수열합성 2차 성장법으로 다공성 스테인레스 스틸 지지체의 안쪽에 합성하였으며, 이렇게 제조한 분리막을 이용하여 n-부탄올 수용액으로부터 n-부탄올을 선택적으로 분리하였다. 공급 수용액의 농도 변화 및 운전 온도의 변화에 따른 투과증발 특성을 관찰하였다. 공급 수용액 내의 n-부탄올 농도를 각각 0.001, 0.005, 0.01 그리고 0.015 몰분율로, 운전 온도는 25C, 35℃ 그리고 45℃로 바꾸면서 실험하였다. 운전 온도가 45℃인 실험조건에서 공급측 n-부탄올의 몰분율이 0.001에서 0.015로 증가함에 따라 n-부탄올의 플럭스는 약 2g/㎡/hr 에서 27g/㎡/hr 로 크게 증가하였다. 이 결과로 투과물 내의 n-부탄올의 농도가 0.0016 몰분율에서 0.052 몰분율로 상당히 증가함을 알 수 있었다. 공급 농도가 0.015인 상태에서 운전 온도가 25℃에서 45℃로 증가함에 따라 n-부탄올의 플럭스는 약 13g/㎡/hr 에서 27g/㎡/hr 로 크게 증가하였으며, 투과물 내의 n-부탄올 농도도 따라서 0.045에서 0.052로 증가함을 관찰할 수 있었다.

The conversion of coal fly ash into zeolites contributes to the mitigation of environmental problems and turns this by-product into useful material. In this work, zeolitic sorbents for CO₂ adsorption were prepared by waste fly ash from Boryeong coal power plants through the alkali fusion method including hydrothermal treatment at various ratios of NaOH/FA and NaAlO₂/FA. In addition, in order to improve the adsorption capacity for CO₂ molecules a few metal cations were impregnated into the synthesized zeolitic sorbents through the ion exchange. The fusion step could decompose the fly ash to very small amorphous particulate zeolite forms. The fly ash was converted into Na-P1 type with 0.5 NaOH/FA and Na-A type from the ratio of 0.53, NaAlO₂/FA. Although the crystallinity of Na-A increased with increasing temperature, Na-A was transformed into sodalite at 140℃. Thus, the optimum reaction temperature was determined to be 100℃. Alkali metal and alkaline earth metal cations were impregnated into the synthesized zeolite Na-P1 and Na-A through ion exchanged method. The completed zeolitic sorbents were applied to adsorption the CO₂. As a result of the examination, Ca²⁺ was found to be the best for CO₂ adsorption owing to its electrostatic interactions and acid-base surface properties.

본 연구에서는 전해환원공정에서 발생하는 폐용융염에서 LiCl을 재활용하기 위해 핵종제거 물질로 제올라이트를 사용할 때, 발생하는 폐제올라이트와 여기에 흡착된 유리염을 고감용으로 고화하는 경우의 고화체특성을 살폈다. 주종 핵종인 Cs의 침출속도는 붕규산유리보다는 석회유리로 고화한 경우, SAP과의 반응비와 유리의 첨가량을 변화시켜도 그 값은 1/10 정도로 낮았으며 그 범위는 0.1에서 0.01g/m2d이었다. 한편으로 Sr의 침출속도는 유리의 종류와 첨가량변화에 크게 지배를 받지 않으며 Cs보다 훨씬 낮은 0.001에서 0.0001g/m2d이었다. 그리고 압축강도는 유리의 함량이 증가할수록 감소하였고, 열팽창율은 어떤 온도에서 도 유리를 30% 함유한 것이 가장 적게 나타났다. 한편으로 이 고화체들의 용융온도는 약 1,100℃로서 유리의 함량이 증가하면 약간씩 높아졌다.

This study aims to investigate the optimum conditions (namely pH and Mg2+ concentration) for removing nutrients using MgCl2. I t will also aim to remove high concentrations of nutrients such as those found in wastewater using MgCl2 with the aid of zeolite. I t was observed that nutrient removal using MgCl2 is best at pH 9. Increasing the pH further would affect NH4 + and PO4 3- ions therefore lowering the removal efficiency. Struvite formation does not occur at equal molar concentrations, which may be due to the absence of seeding material. Although addition of zeolite can increase removal effeciency for nitrogen, 100% removal may not be obtained. The Mg2+ previously present affect the ion exchange negatively.

제올라이트 분리막 제조 시 제올라이트 골격 내에 존재하는 Na+ 양이온을 K+ 이온과 Ca2+ 이온으로 교환하여 보다 효율적인 물/에탄올 혼합물로부터 물의 분리를 도모하고자 하였다. NaA형 제올라이트 분리막을 각각의 0.5 M KCI CaCl2, 80℃ 수용액에서 4시간 동안 이온교환 하였다. Na+ 이온을 K+ 이온으로 교환한 결과, 이온 교환 전 총 투과플럭스는 900g/m2⋅hr∼2,500g/m2⋅hr이었으나 이온 교환 후 600g/m2⋅hr∼2,000g/m2⋅hr 정도로 낮아졌으며, 이온 교환 전 600∼2,200의 선택도를 나타내던 분리막의 선택도가 이온 교환 후에 850∼2,500까지 높아짐을 확인하였다 또한, Na+ 이온을 Ca2+ 이온으로 교환한 결과, 제올라이트 분리막의 전체 투과플럭스와 선택도 모두 이온 교환 전 후 유사한 결과 값이 나타남을 확인하였다. 따라서 친수성 제올라이트 분리막의 유효세공경을 제어하고 적절한 크기로 조절하여 유기물/물 혼합물 분리에 활용한다면 보다 효과적인 유기물의 선택적 분리가 가능할 것으로 판단된다.

열적, 기계적, 화학적 안정성이 우수한 제올라이트 분리막의 물/에탄올 선택도를 이온교환 실험을 통해 더욱 효과적으로 높이고자 하였다. KA형 제올라이트 분리막을 직접 합성하는 것은 용이하지 않으므로 NaA형 제올라이트 분리막을 합성한 후 이를 다시 이온교환 하여 KA형 제올라이트 분리막을 제조하였다. 공급되는 에탄올의 농도 변화 및 투과 증발실험 온도의 변화가 투과플럭스와 물 선택도에 미치는 영향을 고찰하였다. 이온교환 실험 후 전체 투과플럭스는 감소하였고 물 선택도는 증가함을 관찰할 수 있었다.

The importance of indoor air environment gets higher because time of staying in indoor such as house or car become longer due to a change of the life pattern on human society. One of major pollution sources, VOCs or odor could be reduced or controlled by using adsorbent. It may be valuable for used catalyst to be applied in the adsorption of VOCs or odor. This could reduce the cost of adsorbent. In this work, the potential of used zeolites such as HZSM-5 catalyst and FCC catalyst as an adsorbent for removing acetaldehyde was investigated. Their adsorptive performances were compared with those of active carbon and MCM-41. The removal performace of used HZSM-5 was similar to that of active carbon due to its higher surface area. But used-FCC catalyst showed the lowest performance. These results suggest that used HZSM-5 can be applied to cheap adsorbent for acetaldehyde removal.

제올라이트 분리막을 형성시키기 위하여 결정핵으로 작용할 수 있는 동일한 제올라이트 입자들을 다공성 지지체 위에 균일하게 도포하는 기술을 개발하고자 하였다. 제올라이트 입자들을 수용액에 분산시킨 다음 이 수용액을 튜브형 다공성 세라믹 지지체에 일정 유속으로 공급하고, 세라믹 지지체의 반대편에 진공을 유지하여 일부 수용액이 지지체를 통과하면서 동시에 제올라이트 입자들을 지지체 표면에 도포하였다. 수용액 상에 분산된 제올라이트의 농도, 도포시간 그리고 분산 수용액의 공급속도 등이 결정핵 도포량에 미치는 영향을 고찰하였다. 공급유속이 100 mL/min, 도포시간이 4분인 경우 농도가 0.01 wt%에서 0.3 wt%로 증가할수록 도포량이 0.0019 g에서 0.0208 g으로 증가하였다. 농도가 0.01 wt%, 공급유속이 100 mL/min인 경우 도포시간이 1분에서 4분으로 증가하는 경우 도포량이 0.0004 g에서 0.0019 g으로 증가함을 알 수 있었다. 또한 농도가 0.3 wt%이고, 도포시간이 1분일 때 유속이 100 mL/min에서 300 mL/min으로 빨라진 경우 도포량이 0.002 g에서 0.01 g으로 증가함을 알 수 있었다. 그러나 도포량이 증가할수록 제올라이트 분리막을 통한 물과 에탄올의 총투과속도는 감소함을 확인할 수 있었다.

분리층 두께가 5 μm이며 Si/Al 몰비가 1.5인 Na형 faujasite 제올라이트 분리막을 이차성장 공정에 의하여 제조하였고, 투과부에 13X 제올라이트 흡착제 충진 전후의 진공모드에서의 CO2/N2 분리거동을 CO2/N2 몰비가 1인 혼합기체에 대하여 30℃에서 평가하였다. 충진된 13X 제올라이트 흡착제는 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도를 동시에 증진시켰다. 이 현상은 13X 제올라이트 흡착제 충진이 다공성 α-알루미나 지지체의 기공채널을 통한 CO2 탈출을 증진시킴으로써 faujasite 제올라이트/α-알루미나 상계면에서의 CO2 탈착을 증진시켰기 때문으로 설명되었다. 본 논문으로부터 흡착제와 분리막의 혼성화는 일반적으로 보여지는 선택도와 투과도의 역비례 관계를 획기적으로 개선할 방법임이 확인되었다.