Hydroxy sodalite (HS) is reported as high-temperature water separating zeolite membrane because of its small β-cage structure (pore size=2.8Å). HS zeolite particles were synthesized using various experimental set-ups including water bath, oil bath, refluxing and hydrothermal method using a gel composition of 5SiO2:1Al2O3:50Na2O:1000H2O. The morphology, crystallinity and purity of HS particles by changing silica source, temperature and synthesis time were studied. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). Particle sizes were increased with increase of temperature (90 °C - 180 °C) and time (2 – 24 h). Pure HS particles were obtained by using conventional hydrothermal synthesis at 120°C for 2h.

ZSM-5 zeolite membranes can be tuned for hydrophilicity with varied Si/Al ratio allowing dehydration of various organic-water mixtures. α-Al2O3 supports were dip coated by silicalite-1 seed particles, dried (180°C for 12h) and calcined (450°C for 5h) for the secondary growth process. Hydrothermal synthesis of ZSM-5 zeolite membranes was carried out at 180 °C for 48 h. SEM and XRD results indicate excellent crystal morphology with high purity and preferred orientation. Prepared membranes showed a maximum perm-selectivity of 24 at 30°C for H2/SF6 separation. At that condition, H2 and SF6 permeance was 212 and 9 GPU, respectively. It was found that the permeance was higher at low Si/Al ratios, so it is expected that prepared membrane can be applicable for acetic acid dehydration.

이산화탄소를 이용한 메탄올 합성반응과정에서 생성되는 물, 메탄올, 부탄올로 이루어진 혼합용액에서 제올라이트 분리막을 이용하여 물을 분리시키기 위해 투과증발실험을 진행하였다. 투과증발실험에서 사용된 분리막은 ㈜파인텍에서 합성된 제올라이트 분리막을 공급받아 사용하였다. 투과증발실험에서는 물을 분리하는 성능을 확인하기 위해 가스크로마토그래피 등의 실험장비와 성능지표 를 나타내는 계산식들을 사용하였다. 실험을 통해 물과 메탄올(분리계수 최대 250 이상), 물과 부탄올(분리계수 최대 1500 이상)의 혼합물에서 선택적으로 물 을 분리하는 것을 확인하였다. GMS (Generalized Maxwell Stefan) 이론을 적용 하여 2성분계의 투과증발 거동을 모사하였으며, 상수추정(parameter estimation) 을 통하여 제올라이트 비지지체의 흡착상수 및 확산상수를 구하였다.

본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리용 NaY 제올라이트 분리막을 제조하기 위해서 알루미나 지지체 표면에 종결정을 진공여과법으로 코팅한 후 NaY 수열용 액을 이용하여 90°C-110°C에서 16-24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 올레핀 과 π-결합을 형성하는 Ag+ 이온을 NaY 결정 구조내에 포함된 Na+ 이온과 이 온교환시킴으로써 올레핀/파라핀 선택도와 안정성을 향상시키고자 하였다. 이온 교환된 NaY 제올라이트 분리막의 올레핀/파라핀 분리성능은 C3H6/C3H8= 90/10의 혼합기체를 이용하여 분석한 결과, 700 GPU의 투과도와 1.13의 선택도를 나타내었다. 낮은 선택도는 제조된 분리막에 비제올라이트 기공이 존재하기 때문으로 판단되었으며 향후 비제올라이트기공을 억제하기 위한 연구를 진행할 계획이다.

본 연구에서는 물/에탄올 분리 성능이 우수한 모데나이트 제올라이트 분리막을 제조하였다. 모데나이트 분리막은 다공성 알루미나 지지체 표면에 종결정이 분산된 종결정 수용액을 이용하여 침지코팅한 후 1SiO2:0.05Al2O3: 0.76NaOH:40H2O 의 몰비로 제조된 수열용액을 이용하여 170°C에서 24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 종결정 수용액의 농도가 모데나이트 분리막의 미세구조 및 투과증발성능에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 종결정 수용액의 농도를 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 wt%로 한 후 합성한 경우, b축으로 성장된 바늘 구조의 모데나이트 결정은 농도가 증가할수록 c축으로 성장하는 것을 확인하였다. c축으로 성장 된 분리막의 물/에탄올 분리성능은 > 10000의 선택도와 0.2 kg/m2h의 투과도 를 나타냈다.

An all-silica deca-dodecasil 3R (Si-DDR) zeolite with a pore size of 0.36*0.44 nm2 is highly desirable for membrane-based separation of CO2 from N2, which critical in the post-combustion carbon capture process, via molecular recognition of their slight size difference. For the first time, we acquired h0h-oriented, hydrophobic DDR zeolite films through epitaxial growth of a DDR seed layer with a structure directing agent of methyltropinium iodide. The degree of the out-of-plane orientation and inter-growth was increased with the secondary growth time, while reducing the defects that provide non-selective pathways. The resulting DDR membrane showed a CO2/N2 separation factor (SF) as high as 11.9 at 50°C under dry conditions. More desirably, it could achieve a much enhanced CO2/N2 SF of up to 15.9 at 50°C in the presence of H2O vapor.

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).

알루미나 튜브 지지체의 표면에 NaA제올라이트 분리막을 수열합성법으로 제조하고, 이를 투과증발 공정에 사용하였다. 분리막의 제조에 사용된 지지체는 기공율 40%, 기공경 0.7 μm를 갖는 지지체를 사용하였으며, 수열합성법으로 제 조된 NaA제올라이트 분리막은 약 18 μm의 두께를 나타내었다. 제조된 분리막 은 단일 분리막 형태와 분리막 모듈로 구성하여 각각 투과증발 성능을 평가하였으며, 단일 분리막은 10L Batch type반응기에서 투과증발 공정을 수행하고, 분리막 모듈은 1 ton Batch type 반응기에서 투과증발 공정을 수행하여 그 성능을 평가하였다.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring (MR) 구조를 지닌 제올라이트를 연속적인 분리막 형태로 제작하고자 한다. 8 MR 구조 중에서도 DDR 유형의 제오라이트 기반으로 이산화탄소에 대해 분자체 역할을 할 수 있는 분리막으로 사용할 수 있음을 보이고자 한다. 단순히 이산화탄소를 다른 분자 크기가 큰 질소나 메탄으로부터 분리하는 게 아니라, 도전적인 과제로서 수분이 존재하는 feed 조건에서 높은 이산화탄소 분리 능력을 지닐 수 있도록 분리막을 제작하고자 한다. 이번 발표에서는 최근에 얻은 DDR 유형 제올라이트 분리막을 만드는 방법과 그 분리막의 이산화탄소 분리 능력에 대해 발표하고자 한다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

Membrane-based CO2 capture is an energy-saving way to separate CO2 from N2 in post-combustion. Chabazite (Si-CHA) zeolites with a pore size of 0.37 nm × 0.42 nm are expected to separate CO2 from larger N2 (0.364 nm) by recognizing minute size differences. The pore mouth size on the Si-CHA zeolites outer surface was reduced via the chemical vapor deposition (CVD) to increase the molecular sieving effect by disfavoring the penetration of N2. The CVD process was conducted on CHA membranes to improve their CO2/N2 separation performance. Compared to the intact CHA membranes, the CO2/N2 max separation factor for CVD-treated CHA membranes increased by ~2.5 fold under dry conditions and by ~6.4 fold under wet conditions. It is noteworthy that the membrane kept its separation performance without degradation in the presence of H2O.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring 구조를 지닌 제올라이트를 연속적인 분리막 형태로 제작하고자 한다. 이를 통해 영구 기체 분자간의 크기 차이를 기반으로 한 분자체 역할을 할 수 있는 분리막으로 사용하고자 한다. 이렇게 얻은 연속적인 분리막을 이용하여 석탄기반의 화력발전소에서 발생하는 배가스 내에 존재하는 이산화탄소를 효과적으로 분리·포집하려고 한다. 도전적인 과제로서 수분이 존재하는 상황에서도 높은 이산화탄소/질소 분리 능력을 지닐 수 있도록 분리막을 제작하고자 한다. 이번 발표에서는 최근에 얻은 제올라이트 분리막 기반의 이산화탄소 포집 능력과 관련된 내용에 대해 발표하고자 한다.

In this study, we used activated carbon(AC) as a carbon source, along with zeolite, to prepare spherical carbons using sucrose, starch and phenolic resin(PR) as binder material. The physicochemical characteristics of the three samples(AZ4P, AZ6P and AZ8P) were examined by BET, XRD, SEM, EDX, H2S/NH3 gas adsorption, compressive strength and ignition test techniques. Through comparative analysis of the compressive strength and ignition test results the AZ8P sample was found to have the best hardness and the highest temperature resistance capacity. After activation, the AZ8P sample had the best H2S adsorption capacity, and AZ6P was the most suitable for the adsorption of ammonia.

Adsorption technology can effectively handle the volatile organic compounds (VOCs) from waste gas. However the adsorption of VOCs at elevated temperature (>30oC) and high humidity conditions results in competitive adsorption between VOCs and the moisture. Furthermore, physical adsorption at an elevated temperature is the cause of degradation in the regeneration process performance. In this study, toluene as waste organic solvent in air at elevated temperature and high humidity was used to measure performance. The effects of the SiO2/Al2O3 ratio of zeolites, the adsorbent material coated on adsorption regenerative rotors, on the adsorption performance of toluene with respect to temperature (30~50oC) and relative humidity (50~90%RH) have been investigated. The adsorption of toluene decreased as relative humidity and adsorption temperature rose. The result shows that Htype ZSM5 (SiO2/Al2O3=100) zeolite exhibited the highest adsorption capacity for toluene at elevated temperature and humidity conditions. The physical and chemical adsorption of toluene on acid sites of zeolite were confirmed by this study.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring 구조를 지닌 제올라이트를 연속적인 film 형태로 제작하여 분자체 역할을 할 수 있는 분리막으로 사용하고자 한다. 이 분리막을 이용하여 석탄기 반의 화력발전소에서 발생하는 배가스 내에 존재하는 이산화탄소를 효과적으로 분리⋅포집하려고 한다. 높은 이산화탄소/질소 분리 성능을 확보하는 목표를 바탕으로 제올라이트 분리막을 제작하고 있으며, 특히 수분이 존재하는 상황에서 높은 이산화탄소/질소 분리 능력을 지닐 수 있도록 분리막을 제작하고자 한다. 이번 발표에서는 최신 결과 위주로 이산화탄소 포집 능력과 관련된 내용을 발표하고자 한다.

제올라이트 분리막은 알루미나 등 다공성 지지체 표면에 3차원적으로 서로 연결된 주기적인 미세기공을 갖는 제올라이트 층을 치밀하게 코팅한 복합 소재이다. 현재 LTA, FAU, CHA 제올라이트 분리막이 투과증발 분야에서 상업화되었고 이는 PVA 판형 막에 비하여 현저한 물 투과도와 물/알코올 선택도를 갖기 때문이다. 국내의 경우도 ㈜파인텍에서 LTA 제올라이트 분리막과 시스템이 사업화되었다. 최근 제올라이트 분리막을 이산화탄소 포집, 수소 회수 등 기체분 리에 이용하려는 연구가 시도되고 있다. 제올라이트 분리막은 고분자 분리막에 비하여 가격이 비싸다고 알려져 있으나 원자재 측면에서 보면 오히려 저렴할 수 있다. 대량 생산, 생산 공정 개선 등이 이루어진다면 폴리머 분리막과 대등 한 가격경쟁력을 가질 것이 예상된다.

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 연구는 AgX (Ag-함침 X zeolite)에 의해 고방사성해수폐액 (HSW)의 발생초기에 함유되어 있는 고방사성 요오드(131I)의 흡착, 제거를 목표로 수행하였다. AgX에 의한 I의 흡착 (AgX-I 흡착)은 AgX 내 Ag-함침농도가 증가할수록 증가하며, 함침농 도 30wt% 정도가 적당하였다. AgX (Ag-함침 약 30~35wt%)로부터 Ag의 침출농도는 해수폐액에 함유되어 있는 chloride 이 온에 의한 AgCl 침전 등으로 증류수보다 덜 침출 (<1 mg/L) 되었다. AgX-I 흡착은 초기 I 농도 0.01~10 mg/L의 경우 m/V (흡착제량/용액부피의 비)=2.5 g/L에서 99% 이상 흡착제거 되어 I의 효율적 제거가 가능함을 알 수 있다. AgX-I 흡착제거 는 해수폐액 보다는 증류수에서 수행하는 것이 효과적이고, 온도의 영향은 미미한 것 같으며, 흡착평형등온선은 Languir 보 다는 Freundlich 등온선으로 표현하는 것이 양호하였다. 한편 AgX-I 흡착속도는 유사 2차 속도식을 만족하고 있으며, 속도 상수 (k2)는 Ci 증가에 따라 감소하고 있지만, m/V 비 및 온도 증가에 따라서는 증가하고 있다. 이때 흡착 활성화에너지는 약 6.3 kJ/mol 로 AgX-I 흡착은 약한 결합형태의 물리적흡착이 지배적일 것으로 보인다. 그리고 열역학적 매개변수를 평가 (음수 값의 Gibbs 자유에너지 및 양수 값의 엔탈피)에 의해 AgX-I 흡착이 자발반응(정반응)의 흡열반응이며, 고온에서 반응 이 양호함을 나타내었다.