간접탄산화 잔류부산물을 활용한 제올라이트 합성

Abstract

산업부산물의 재활용 방안으로 제올라이트 합성기술이 주목받고 있다. Si, Al이 풍부한 산업부산물을 이용해 합성한 제올라이트는 순수 화학물질로 만든 제올라이트보다 경제적이다. 산업부산물로 제올라이트를 합성하는 연구는 활발히 진행되었으나, 간접탄산화 잔류부산물을 이용한 제올라이트 합성 연구는 거의 진행되지 않았다. 간접탄산화는 산업부산물로부터 Ca을 용출하고, 이를 CO2(g)와 반응시켜 탄산염(CaCO3)으로 전환하는 기술이다. 간접탄산화 과정 중 산업부산물의 Ca이 대부분 용출되고 Si, Al은 잔류부산물에 남는다. 본 연구진은 선행연구를 통해 Ca이 용출된 잔류부산물의 Si, Al 함량이 산업부산물보다 높음을 확인하고 제올라이트 합성을 고려하였다. Si와 Al은 제올라이트 합성에 필수 성분이고 Ca은 제올라이트 합성을 방해하는 물질이라는 점도 고려하였다. 본 연구에서는 산업부산물(석탄 비산재)과 잔류부산물을 이용하여 제올라이트를 합성했고, 그 특성을 서로 비교하였다. 석탄 비산재와 세 가지 용제(0.3M HCl, 0.3M NH4Cl, 인공해수)를 각각 반응시켜서 잔류부산물을 합성하였다. 용융 및 열수 합성법과 열수 합성법 두 가지 방법을 이용하여 제올라이트를 합성했다. XRD 및 FE-SEM 분석을 통해 모든 경우 제올라이트가 합성되었음을 확인하였다. 석탄 비산재와 잔류부산물로 합성한 제올라이트의 BET와 CEC는 비슷하였다. 예를 들면, 석탄 비산재와 잔류부산물을 이용하여 합성한 제올라이트의 BET는 각각 3.3035 m2/g, 65～121.704 m2/g이었고, CEC는 각각 4.78 cmol/kg, 46.27～199.71 cmol/kg이었다. 열수 합성한 제올라이트로 구리를 흡착할 수 있었으며 제거율이 98% 이상이었다. 본 연구를 통해 간접탄산화 잔류부산물을 이용해서 산업부산물을 이용할 때와 유사한 성능의 제올라이트를 합성하였다.

Zeolite synthesis technology is attracting attention as a recycling plan for industrial by-products. Zeolite from industrial by-products rich in Si and Al is more economical than zeolite which is made of pure chemicals. Research on the synthesis of zeolite as industrial by-products was active, but research on zeolite synthesis using indirect carbonation residue was rarely conducted. Indirect carbonation is a technology that elutes Ca from the industrial by-products and reacts it with CO2(g) to convert it into a carbonate (CaCO3). In the indirect carbonation process, Ca as industrial by-products is mostly eluted, and Si and Al remain as residual by-products. Through previous research, we confirmed that residual by-products from which Ca was eluted had a higher Si and Al content than that of industrial by-products, and considered zeolite synthesis. It was also considered that Si and Al are essential components for zeolite synthesis, and Ca is a substance that interferes with zeolite synthesis. In this study, zeolite was synthesized using by-products of industrial by-products (Coal fly ash) and residual by-products and compared their characteristics. Coal fly ash is reacted with three kinds of solvents (0.3 HCl, 0.3 NH4Cl, artificial seawater) to synthesize residual by-products. In all cases, it is confirmed that zeolite is synthesized by XRD and FE-SEM analysis obtained by synthesizing zeolite by using two methods of fusion and hydrothermal synthesis and hydrothermal synthesis. The BET area and CEC of zeolite combined with coal fly ash and residual by-products were similar. For example, BET area of zeolite synthesized using coal fly ash and residual by-products was 3.3035 m2/g and 65~121.704 m2/g, and CEC was 4.78 cmol/kg and 46.27~199.71 cmol/kg. Zeolites by hydrothermal synthesis have good adsorption capacity and can absorb copper. The removal efficiency of copper was as high as 98%. In this study, we synthesize zeolites using residual byproducts that occur during the indirect carbonation process.