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. The highest ethanol/water separation factor of 119 with flux 0.58kg/m². Furthermore, these membranes (nano seed, template free silicalite-1 membrane) exhibit high permselectivity of He over SF6(123), and small gas permeation mechanism and Knudsen diffusion studies suggest that the membranes contain negligible intercrystalline or non-zeolite pores.

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework, 이하 MOF) 종류의 하나인 제올라이트형 이미 다졸레이트 골격체(Zeolitic Imidazolate Framework, 이하 ZIF) 중 ZIF-8은 Zn 금속이온과 imidazole 유기 리간드의 결합으로 이루어져 있다. 본 연구에서는 여러 종류의 용매에서 합성된 ZIF-8의 1차 결정과 2차 입자의 형성이 용매가 가진 특성에 영향을 받는 것을 확인하였다. HBD(hydrogen bond donation) 값이 큰 용매에서 합성된 ZIF-8의 1차 결정은 HBD 값이 작은 용매에서의 것보다 크기가 컸고, 용매의 유전상수의 값이 작을수록 2차 입자의 크기가 큰 ZIF-8이 합성되었다.

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 silicalite-1 제올라이트 분리막 합성 시에 종결정 코팅용액 pH 변화가 제올라이트 분리층 미세구조에 미치는 영항을 고찰하였다. 75 nm 크기로 합성된 종결정은 에탄올에 분산된 후 침지코팅법으로 지지체 표면에 코팅되었으며 분산용액의 pH는 2.2, 7.0, 9.3으로 조절되었다. pH가 7인 경우, 균일하고 두께가 3~4 μm인 silicalite-1 제올라이트 분리층이 형성되었고 분리층 결정입 크기는 100 nm로 미세하였다. 반면, pH가 2.2와 9.3인 경우, 분리층 두께가 얇고 불완전하였으며 분리층 결정입 크기도 약 1 μm로 조대하였다. pH 7에서 완전한 제올라이트 분리층이 형성된 것은 침지코팅 중에 지지체와 종 결정이 서로 다른 부호의 전하를 가져 정전기적 인력이 작용하여 균일하고 조밀하며 두껍고 다층의 종결정 코팅층이 형성되었 기 때문이었다. 반면에 pH가 2.2와 9.3인 경우, 침지코팅 중에 지지체와 종결정이 서로 같은 부호의 전하를 가져 정전기적 반 발력이 작용하기 때문에 불완전한 덮힘에 의하여 불완전한 분리층이 형성된다고 판단되었다. 결론적으로, 종결정 코팅용액의 pH가 silicalite-1 제올라이트 분리층의 두께, 결정립 크기 등 미세구조를 결정하는 중요한 인자임을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 평균입경 0.2, 0.5㎛ 크기의 α-알루미나 분말을 이용하여 다공성 α-알루미나 지지체의 기공구조를 조절하고자 하였다. 다공성 α-알루미나 지지체는 슬립캐스팅공법을 이용하여 제조한 후 소결하였으며, 이 때 소결 온도가 지지체의 수축률 및 소결거동 등에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 제조된 다공성 α-알루미나 지지체는 수은기공분석기를 이용하여 기공크기 및 기공률 등을 분석하였으며, 단일기체투과장치를 이용하여 기체 투과도를 측정하였다. 그 결과 평균입경 0.5㎛ 크기의 α-알루미나 분말을 이용하여 제조된 지지체의 경우, 평균 입경 0.2㎛ 크기의 α-알루미나 분말을 이용하여 제조된 지지체에 비하여 기공크기가 크고 기공률이 높았으며, 기체투과도가 높을 것을 알 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.