본 연구에서는 바늘형 종결정 코팅 양을 조절함으로써 결정학적으로 b-축 그리고 c-축으로 배향된 모데나이트 제올라이트 분리막을 제조하고 결정학적 배향이 투과증발 에탄올 탈수 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. c-축 방향으로 길게 자란 종결정 코팅 양이 증가할수록 b-축 방향에서 c-축 방향으로 성장된 분리막이 얻어졌고, 진화론적 성장 기구에 의해 설명되었다. 8R 단일채널을 갖는 b-축 배향된 분리막은 1000 이상의 선택도와 0.2 kg/m2h의 총 유속을 나타냈다. b-축 방향으로 배향된 분리막이 높은 선택도와 상대적으로 높은 투과도를 보이는 것은 물의 운동역학적 직경이 8R의 직경에 비하여 작기 때문에 물의 이동이 방해되지 않는 반면 에탄올은 상대적으로 방해받기 때문으로 설명되어졌다.

Until now, single MFI nanosheets have been prepared using a multi-step approach based on the exfoliation of layered MFI, followed by centrifugation to remove nonexfoliated particles. This top-down method is time-consuming, costly and low-yield and it produces fragmented nanosheets with sub micrometre lateral dimensions. Alternatively, direct (bottom-up) synthesis could produce high-aspect-ratio zeolite nanosheets, with improved yield and at lower cost. Here we use a nanocrystal-seeded growth method triggered by a single rotational intergrowth to synthesize high-aspect-ratio MFI nanosheets with a thickness of 5 nanometres (2.5 unit cells). These high-aspect-ratio nanosheets allow the fabrication of thin and defect-free coatings that effectively cover porous substrates. These coatings can be intergrown to produce high-flux and ultra-selective MFI membranes that compare favourably with other MFI membranes prepared from existing MFI materials (such as exfoliated nanosheets or nanocrystals).

본 연구에서는 고순도의 모데나이트(Mordenite) 입자를 합성하기 위하여 천연 제올라이트를 시드로 사용하여 시 드의 농도 및 수열합성 시간에 따른 천연 제올라이트 시드가 합성에 미치는 영향을 고찰하였다. 그 결과 시드가 입자의 형성 에 큰 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었고 시드를 3 g/100 g batch 주입하여 140°C에서 72시간 동안 수열합성을 진행하였 을 때 1-2 μm 사이즈의 고순도 모데나이트 입자를 합성할 수 있었다. 이를 통해 모데나이트 입자의 성장 기구를 규명할 수 있었으며, 모데나이트 입자 형성에 있어 시드는 첫째, 구형 모데나이트 전구체 형성 자리 공급의 역할과, 둘째 모데나이트 원 료 물질 소스 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 합성된 모데나이트 입자의 가스 흡착량 분석 결과 CO2 기체의 흡착량이 97.19 mg/g로 다른 가스들에 비해 비교적 높은 흡착성능을 보였으며, CO2/H2의 선택도가 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라 서 이러한 결과들을 바탕으로 용도에 맞는 고순도 상의 모데나이트 입자를 합성할 수 있음을 확인하였고 보다 낮은 가격으로 우수한 분리성능을 갖는 분리막 소재개발에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

본 연구에서는 고순도의 모데나이트 입자를 합성하기 위하여 천연 제올라이트를 시드로 사용하여 시드 농도 및 수열합성 시간에 따라 시드가 미치는 영향 을 고찰하였다. 시드를 3 g/100g batch 주입하여 140°C에서 72시간 동안 수열 합성 하였을 때 1-2 μm 사이즈의 고순도 모데나이트 입자를 안정적으로 합성할 수 있었다. 이를 통해 천연 제올라이트 시드는 모데나이트 입자의 성장에서 구형 모데나이트 전구체 형성 자리를 공급하고 모데나이트 원료 물질 소스 역 할을 한다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 바탕으로 용도에 맞는 고순도 의 모데나이트 입자를 합성할 수 있음을 확인하였고 천연제올라이트를 사용함으로써 낮은 가격으로 우수한 성능을 갖는 소재개발에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

제올라이트 분리막은 알루미나 등 다공성 지지체 표면에 3차원적으로 서로 연결된 주기적인 미세기공을 갖는 제올라이트 층을 치밀하게 코팅한 복합 소재 이다. 현재 LTA, FAU, CHA, MOR, DDR 제올라이트 분리막이 투과증발 분야에서 상업화되었고 이는 PVA 판형 막에 비하여 현저한 물 투과도와 물/알코올 선택도를 갖기 때문이다. 국내의 경우도 충남대와 (주)파인텍 연구팀이 성공적으로 LTA, CHA 제올라이트 분리막을 연구하고 그 막모듈과 시스템을 상용화하였다. 본 발표에서는 국내외 제올라이트 분리막 개발 및 응용 동향을 소개하고, 특히 제올라이트 분리막이 투과증발 및 증기투과 분야에서 적용할 수 있는 유망 분야에 대하여 논의하도록 한다.

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.

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.

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.

마그네슘 함수 규산염인 사문석으로부터 염산침출하여 얻은 다공성의 침출잔사를 실리카원으로 사용하였다. ZSM-5 제올라이트는 사문석 침출잔사와 알루미늄원인 수산화 알루미늄을 각각 수산화나트륨에 혼합 용해하여 고온고압반응기를 사용하여 수열반응에 의하여 합성하였다. 반응온도와 반응시간, 알칼리 농도 및 하소온도 등을 변화시키며 실험을 행하였으며, 반응온도 170˚C, 반응시간 24시간, 조성 11.7Na2O·Ai2O3·90SiO2·3510H2O·10.8(TPA)2O 그리고 하소온도 600˚C, 3시간에서 가장 높은 결정화도를 갖는 ZSM-5 제올라이트를 합성하였다.

This study was carried out to synthesis the zeolite using the bituminous coal fly ash emitted from power plant that occurs several environmental problems. In spite of fly ash has contained high content of SiO2 and Al2O3, it disposed mainly landfill. If the effective methods to recover the SiO2 and Al2O3 were developed, the fly ash could be utilized valuable raw materials. In this study, fly ash was used as raw material to synthesize the zeolite by pressurized hydrothermal reaction. Also, experimental parameters included temperature(70~110℃, and pressure(140~200 psi) of crystallization were investigated. The more crystallization pressure was increased, the more Zeolite 4A was synthesized at 70 and 90℃. Zeolite 4A of metastable phase tend to be transformed into sodalite of stable phase at 110℃.

조성이 각각 1.9 SiO2-1.5 Na2O-Al2O3-40 H2O인 반응물과 SiO2-0.13 Na2O-52 H2O-0.12 TPAOH 인 반응물로부터 다공성 지지판에 성장된 A 형 및 ASM-5형 제올라이트 결정박막을 합성하여 X 선회절분석기와 주사전자현미경으로 마그이 특성을 검토하였다. 알루미나 지지상에 붙어 성장한 ZSM-5gtud 제올라이트 결정은 치밀하게 서로 붙은 상태였다. A형 제올라이트는 지지체상에 치밀한 결정막으로 성장시키기가 어려웠으며, 반응시간을 연장시키면 물의 분리가 어려운 P형의 제올라이트결정막으로 전환되었다. 반응물을 조제할 때, 물은 첨가하지 않은 채로 혼합하고 디스크형으로 가압성형하여 100℃에서; 결정화시키면 단시간에 lcalf하게 성장된 A형 제올라이트 결정막을 합성할 수 있었다. 제조한 다공성 무기막들이 물과 알코올의 혼합액으로부터 물을 투과증발시키는 특성을 각각 검토하였다. 막으로 결정화시킨 A형 제올라이트는 미세세공의 분자체기능을 통하여 물과 알코올의 혼합수용랙에서 물만을 선택적으로 투과시키는 것을 알 수 있었다.