이온교환된 제올라이트 흡착제의 공기분리 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

산소와 질소는 세계적으로 그 수요가 가장 많은 chemical 중 하나이면 이들에 대한 생산이 매년 3 ~ 5% 성장할 것으로 기대되고 있다. 1920년대 이후 심냉법(cryogenic distillation)에 의해 공기로부터 산소와 질소를 분리하는 공정으로 산소와 질소를 생산하여 왔으나 생산 단가가 비싸지는 단점이 있으므로 1980년대 이후 흡착법(pressure swing adsorption, PSA)이 중소규모의 공기분리를 위한 방법으로 꾸준히 사용되어지고 있으며 현재 현재 공기 분리의 약 20%가 이 PSA 공정에 의해 이루어지고 있다. PSA 공정 개발의 핵심은 흡착제 개발에 있으나 국내에서는 아직까지 그 연구가 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고비 표면적의 제올라이트 계열 흡착제를 합성하고 이의 이온교환 등을 통하여 질소의 흡착능을 크게하여 PSA 공정에 적합한 흡착제를 개발하고자 하였다. 원료물질인 SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, H₂O의 몰비를 바꾸어가며 X-type 제올라이트를 합성한 결과 최적의 원료물질 몰비를 찾을 수 있었다. 또한 질소의 선택적 흡착능이 큰 금속인 Ca, Li 으로 양이온 교환을 수행하였다. 이온교환율은 Ca의 경우 최대 90%이상이었으며 Li은 약 50%의 이온교환율을 나타내었다. 각각의 금속 양이온에 대하여 전구체 용액의 농도, 이온교환 온도, 이온교환 시간에 따라 이온교환을 수행하고 최대 이온교환율을 나타내는 조건을 찾을 수 있었다.