Natural analogue studies aim to understand specific processes or to make predictions regrading formation processes or environmental conditions based on information from natural phenomena on Earth. Studying geological environments similar to the disposal system can help evaluate the longterm stability of the disposal system. These studies play a crucial role in evaluating the long-term stability of deep geological repositories (DGRs) for high-level radioactive wastes, which must remain stable for extended periods. In particular, bentonite, as a vital buffer material in DGRs, is mainly composed of montmorillonite and undergoes a transformation into zeolite under specific environmental conditions, resulting in the loss of its role as a buffer material in terms of swelling property and hydraulic conductivity. In this study, bentonite samples from Pohang Basin in Korea were investigated, revealing the presence of montmorillonite and zeolite in both outcrop and drilling core samples. While it has been known that montmorillonite and zeolites can form from volcanic glass through diagenesis or hydrothermal alteration, this study revealed that these minerals are formed under distinct environmental conditions. The outcrop samples primarily consisted of montmorillonite with minor quantities of cristobalite and amorphous silicate minerals. In contrast, the drilling core samples were composed of montmorillonite, zeolites, quartz and feldspar, indicating different mineral assemblages and characteristics between the outcrop and drilling samples. This observation suggests different environmental conditions during the mineral formation process. Therefore, various experiments and analytical methods were employed to gain a deeper understanding of the phase transformation from montmorillonite to zeolites under diverse environmental conditions

암모니아성 질소(NH4-N)는 산업 폐수, 농업 및 축산 폐수에 포함되어 있으며 인과 함께 수질의 부영양화를 일으 키는 물질로 잘 알려져 있다. 또한 망간(Mn)과 비소(As)는 광산 처리수 등에 포함되어 있으며, 수질 오염의 원인 물질로 알려져 있다. 천연 제올라이트는 수중에서 암모니아성 질소를 제거하는데 사용되고 있지만 낮은 흡착능력을 가진다. 이러한 천연 제올라이트의 낮은 흡착능력을 개선하기 위해 Na+, Ca2+, K+, Mg2+로 이온 치환을 진행하였다. 암모니아성 질소(NH4-N)의 흡착량과 제거율은 Na+로 이온 치환된 제올라이트에서 0.66 mg/g과 89.8%로 가장 높은 값을 보였다. 이온 치환된 제올라이트 를 이용하여 Mn과 As의 흡착실험을 진행하였다. Mg2+로 이온 치환된 제올라이트에서 Mn과 As의 높은 흡착량과 제거율을 보였다.

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.

Membrane distillation (MD) is the thermally driven water separation process based on the vapor pressure difference across the membrane. In order to increase the water recovery of the conventional RO process, the additional MD-PRO pocess was suggested. In this study, the syntheric RO brine was used as a feed solution of the MD process. Due to the high salinity of the RO brine, the MD membrane could be fouled by the scalants. In order to mitigate the scaling on the MD membrane surface, the pre-treatment process using the column filled by natural zeolite was applied. The roughing filter was installed between the pre-treatment process and MD system in order to prevent possible particulate fouling by the debries of the natural zeolite. Moreover, in order to enhance the CEC of the natural zeolite, the NaCl soaking was conducted. The flux and electronic conductivity were monitored under given experimental conditions. And the membrane morphology and the chemical compositions were analyzed by using the SEM-EDX.

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.

This paper presents the applicability of natural zeolite (Clinoptilolite) for recovery of ammonium nitrogen from high-strength wastewater stream. Isotherm experiments showed the ammonium exchange Clinoptilolite followed Freundlich isotherm and its maximum exchange capacity was 18.13 mg NH4+-N/g zeolite. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis indicated that a significant amount of nitrogen was adsorbed to the Clinoptilolite. Optimal flowrate for recovery of high concentration ammonium nitrogen was determined at 16 BV/d (=19.2 L/min) throughout the lab-scale column studies operated under various flowrate conditions. This study also provided a method to determine the recovery rate of final product of nitrogen fertilizer based on the model application to the lab-scale continuous data.

고분자 재료의 가격을 낮추거나 물리적, 열적 성질을 향상시키기 위해 고분자 복합재료 분야에서 무기 첨가제의 사용이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 DBEBA/MDA/GN 계의 경화특성에 미치는 천연 Zeolite의 영향을 고찰하였다. DGEBA/MDA/GN 계의 경화 매카니즘과 DGEBA/MDA/GN/natural zeolite계의 경화 메카니즘은 매우 유사하였다. Zeolite의함량이 20phr까지 증가함에 따라 속도 상수는 증가하였으나 Zeolite의 함량이 증가함에 따라 속도 상수는 감소하였다.

경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 이용하여 제올라이트를 합성하였으며 세제용 builder로서 가능성을 연구하였다. 최적의 합성조건은 기질의 몰비가 SiO2/Al2O3=2, Na2O3/Al2O3=1, H2O/A12O3=30이고 90˚C에서 3시간 반응시킬 경우였고, 이 조건에서는 A형 제올라이트가 합성되는 것을 XRD를 통하여 확인하였다. 최적 조건에서 합성된 제올라이트의 이온교환능을 측정하기 위하여 경도 40˚Dh의 CaCl2용액과 30˚C에서 IS분 접촉시킨 결과 264.9mg CaO/g-zeolite 정도로 우수한 값을 나타내었다. 이 시료의 백색도는 89%이었고, 평균 입자크기는 9.95μm이었다.

경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 이용하여 제올라이트 A를 합성하기 위해 반응기질의 몰비, 반응온도, 반응시간 등에 따른 최적의 합성조건을 조사하였다. 실리카원은 40%-황산용액으로 처리한 천연 벤토나이트를 사용하였고, 알루미늄원은 NaA1O₂를 합성하여 사용하였다. 반응기질의 몰비는 SiO₂ : A1₂O₃ : NaO₂ : H₂O=2 : 1 : 1 : 25와 2 : 1 : 1 : 30이었고, 60℃에서 1시간 묵힘과정을 거친 후 90, 100, 120℃에서 1, 3, 5hr반응시켰다 제올라이트 A의 최적의 합성조건은 SiO₂: Al₂O₃ : Na₂O = H₂O=2 : 1 : 1 : 30이고, 90℃에서 3hr 반응시키는 경우였고, 이 조건에서 합성된 제올라이트의 열적 성질은 79.2℃에서 층간수가 증발하였고, 503.0℃에서 결정수가 탈리되었다. 수분의 감소량은 제올라이트 중량비의 5.9%이었다.

국내 포항 소재 R사의 구룡포산 천연 제올라이트의 물리·화학적 특성을 규명하기 위해 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석, 열 시차·열 중량 분석, 양이온 교환능 분석 및 세슘(Cs), 스트론튬(Sr) 흡착 실험을 수행하였다. X- 선 회절 분석 결과 모데나이트, 휼란다이트, 클라이놉티로라이트 및 일라이트와 같은 광물이 함유되어 있으며, X- 선 형광 분석 결과 SiO2, Al2O3, CaO, K2O, MgO, Fe2O3 및 Na2O 원소가 함유되어 있었다. 양이온 교환능은 148.6 meq/100 g이었으며 열시차 및 열중량 분석 결과 600℃까지 열적으로 안정성이 우수한 것을 확인하였다. 시 간에 따른 흡착 평형 실험 결과 세슘(Cs)의 경우 30분이내 스트론튬(Sr)의 경우 8시간이내에 평형에 도달하였으며 세슘(Cs) 및 스트론튬(Sr)의 흡착률은 각각 80% 및 18%를 보이고 있었다. 단일 성분 등온 흡착 실험 결과 Langmuir model에 부합하였으며 세슘(Cs) 최대 흡착량은 131.5 mg/g으로 높게 나타났으며 반면 스트론튬(Sr) 최 대 흡착량은 29.5 mg/g로 낮은 흡착량을 나타내었다. 본 연구에 사용된 천연 제올라이트의 경우 클라이놉티로라 이트, 휼란다이트 및 모데나이트와 같은 8-ring을 포함하는 광물의 함량이 높아 세슘(Cs)에 대한 높은 선택성을 보 여주고 있다.

콘크리트는 외부로부터 침투하는 열화 인자들의 침투에 의해 철근이 부식하고 구조재료로써의 성능이 저하된다. 발수제를 직접 도포하거나 혼입하는 방법이 연구되고 있고, 본 연구에서는 발수제의 뭉침 및 떠오름을 방지하기 위하여 다공성 재료인 제올라이트를 혼입한 발수콘크리트 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. 제올라이트 치환율에 따른 시험체를 제작하였으며, 접촉각 측정결과 치환량과 접촉각의 크기는 비례하여 증가하는 것을 확인하였다.

국내 경상북도 포항 지역에서 채취한 6종의 천연 제올라이트를 X-선 회절, X-선 형광분석, 열 시차 분석, 열중량 분석 및 양이온교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 이들 제올라이트의 주 성분은 구룡포A (Ku-A), 구룡포B (Ku-B), 구룡포C (Ku-C), 동해A (Dh-A), 동해B (Dh-B), 동해C (Dh-C) 모두 모데나이트, 알바이트 및 석영이 함유되어 있었다. 6종의 제올라이트는 Si, Al, Na, K, Mg, Ca, Fe을 함유하고 있었으며 구룡포C (Ku-C) 제올라이트의 양이온 교환능이 다른 지역의 제올라 이트 보다 높게 나타났다. 6종의 천연 제올라이트를 이용하여 Pb2+, Cd2+ 및 Cu2+ 등의 중금속 이온을 제거하는데 소요되는 반응 시간의 효과를 비교하였다. 6종의 천연 제올라이트 모두 Pb2+, Cd2+ 및 Cu2+ 제거율이 매우 낮게 나타났다. 이는 6종의 천연 제올라이트에 함유된 제올라이트의 함량이 매우 낮기 때문으로 판단된다. 본 연구 결과는 제올라이트 광석의 중금속 흡착능력은 제올라이트의 함량, 즉 광석의 품위에 크게 의존되는 경향을 보여주고 있다.

국내 경상북도 포항 및 경주지역에서 채취한 4종의 천연 제올라이트를 X-선 회절, X-선 형광분석, 열시차 분석, 열중량 분석 및 양이온교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 이들 제올라이트의 주성분은 구룡포(Ku)는 휼란다이트, 포항(Po)은 클라이놉틸로라이트와 석영이 혼합된 모데나이트이며 양북A (Ya-A)는 휼란다이트, 클라이놉틸로라이트 및 석영이 함유된 일라이트이며, 양북B (Ya-B)는 휼란다이트와 클라이놉틸로라이트가 혼합된 일라이트이다. 4종의 제올라이트는 Si, Al, Na, K, Mg, Ca, Fe을 함유하고 있었다. 구룡포 (Ku) 제올라이트의 양이온 교환능이 다른 지역의 제올라이트 보다 높게 나타났다. Cs 및 Sr의 흡착실험은 25 ℃에서 수행하였으며, 흡착자료를 기초로 Langmuir와 Freundlich 흡착 등온식에 대한 적합성을 평가하였다. 흡착공정은 Langmuir 흡착 등온식이 잘 맞았으며, 양북 A 제올라이트가 다른 제올라이트 보다 Cs+ 및 Sr2+ 이온의 제거에 가장 효과적임을 보여주었다.