제올라이트 Y (Si/Al = 1.56) 골격 내의 Ca²⁺과 Cs⁺ 이온의 자리 경쟁 및 그들의 결정학적 연구 = Site Competition of Ca²⁺ and Cs⁺ Ions in the Framework of Zeolite Y (Si/Al = 1.56) and Their Crystallographic Studies

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 제올라이트 Y (Si/Al = 1.56)에서 Cs⁺ 이온 교환에 Ca²⁺ 이온의 경쟁 양이온 효과를 연구하기 위해 수행되었다. 완전히 탈수되고 부분적으로 Cs+ 이온으로 교환된 3개의 제올라이트 Y(Si/Al = 1.56)의 단결정은 혼합이온교환 용액을 사용하여 흐름법으로 제조되었으며, 전체 농도가 0.05M인 이온교환용액의 CsNO₃ : Ca(NO₃)₂ 몰비는 1 : 1 (Crystal 1), 1 : 100 (Crystal 2) 및 1 : 250 (Crystal3)이다. 이온교환된 단결정을 723 K에서 2일 동안 1 × 10^-4 Pa로 진공 탈수시켰으며, 결정구조는 100(1) K에서 입방공간군 Fd3m을 사용하여 단결정 싱크트론 X선 회절법으로 해석하고 구조를 정밀화하였다. Crystal 1, 2 및 3의 단위세포당 화학식은 |Cs₂₁Ca₂₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, |Cs₂Ca_36.5|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU 및 |Cs₁Ca₃₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU이다. 3개의 결정 모두에서, Ca²⁺ 이온은 D6Rs 내의 site I을 우선적으로 점유하고 있으며 나머지는 site I’, II’ 및 II를 점유하고 있다. 한편 주어진 이온교환용액의 초기 Cs⁺ 이온의 농도에 따라 Cs+ 이온의 분포에 중요한 차이가 관찰되었다. Crystal 1에서는 Cs⁺ 이온이 site II’, II, III와 III’에 위치하고 있으며, Crystal 2에서는 site II, IIIa, IIIb에 위치하고 있다. Crystal 3에서는 Cs⁺ 이온은 site IIIa 및 IIIb에만 위치하고 있다. 초기 Ca²⁺ 이온의 농도가 증가하고 Cs⁺ 이온의 농도가 감소에 따라 Cs⁺ 이온의 교환정도는 28.0에서 2.7과 1.3 %로 급격히 감소하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present work was performed in order to study the effect of competing cation of Ca²⁺ ion on ion exchange of Cs⁺ on zeolite Y (Si/Al = 1.56). Three single-crystals of fully dehydrated and partially Cs⁺-exchanged zeolites Y (Si/Al = 1.56) were prepared by the flow method using mixed ion-exchange solutions. The CsNO₃ : Ca(NO₃)₂ molar ratios of the ion exchange solution were 1 : 1 (crystal 1), 1 : 100 (crystal 2), and 1 : 250 (crystal 3) with a total concentration of 0.05 M. The single-crystals were then vacuum dehydrated at 723 K and 1 × 10^-4 Pa for 2 days. The structures of the crystals were determined by single-crystal synchrotron X-ray diffraction technique in the cubic space group Fd3m, at 100(1) K. The unit-cell formulas of crystals 1, 2, and 3 were |Cs₂₁Ca₂₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, |Cs₂Ca_36.5|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, and |Cs₁Ca₃₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, respectively. In all three crystals, the Ca²⁺ ions preferred to occupy site I in the D6Rs, with the remainder occupying sites I’, II’, and II. On the other hand, the significant differences in the fractional distribution of Cs⁺ ions are observed depending on the intial Cs⁺ concentrations in given ion exchange solution. In Crystal 1, Cs⁺ ion are located at sites II’, II, III, and III’, and in crystal 2, at sites II, IIIa, and IIIb. In crystal 3, Cs⁺ ions are only located at sites IIIa and IIIb. The degree of Cs⁺ ion exchange decreased sharply from 28.0 to 2.7 to 1.3 % as the initial Ca²⁺ concentration increases and the Cs⁺ content decreases.