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Dealumination에 의한 NaY zeolite의 개질과 VOCs 흡착특성에 관한 연구
A Study on Dealumination of NaY Zeolite and its VOCs Adsorption Properties 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.53 no.3, 2015년, pp.339 - 349  

강신춘 (한양대학교 화학공학과) ,  이화열 (한양대학교 화학공학과) ,  박융호 (한양대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 활성탄을 대체하는 소재로서 재생이 용이하고 열적 안정성이 높은 DAY (Dealuminated Y-type) 제올라이트를 제조하였다. 원료물질로는 NaY 제올라이트를 이용하였으며, 이온교환, 소성, 수증기처리, 산처리의 단계를 거쳐 DAY 제올라이트를 제조하였다. 이때 결정성을 유지하면서 높은 Si/Al ratio를 얻기 위하여 소성 온도, 시간 및 수증기 처리 시간에 변화를 주었다. 또한 제조한 DAY 제올라이트, 원료 물질인 NaY 제올라이트 및 상용 제올라이트인 HISIV 1000에 대하여 상대습도 50%의 공기 흐름 중에서 VOCs 들에 대한 흡착 실험을 하였다. $520^{\circ}C$에서 4시간 소성 및 7시간의 수증기처리를 통해 제조한 DAY 제올라이트는 결정성이 유지되었고, Si/Al ratio는 80.4이였다. 수분흡착특성은 NaY 제올라이트의 10% 정도로 소수성을 나타내었다. 상용 DAY 제올라이트인 HISIV 1000과 비교한 결과 극성이 강한 MEK에 대해서는 0.8배 정도의 흡착용량을 보였으나, 무극성이거나 극성이 약한 toluene과 EA에 대해서 각각 1.6배, 1.3배 정도 높은 흡착 용량을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this work, DAY (Dealuminated Y-type) zeolites were prepared to be used as easily regenerable and thermally stable adsorbent substituting activated carbon. NaY zeolites were transformed into DAY zeolites through ion exchange, calcination, steaming, and acid leaching. Calcination temperature and ti...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 VOCs를 저감·회수하기 위하여, 개발 비용이 상대적으로 적고 연속적인 조업이 가능하며 안전도가 높은 흡착제로서 NaY 제올라이트로부터 DAY 제올라이트를 개발하는 연구를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
활성탄의 장점은? 지금까지 VOCs의 흡착처리 공정에서 광범위하게 사용되고 있는 활성탄은 뛰어난 경제성과 흡착효율, 그리고 낮은 재생온도의 이점이 있으나 가연성이며, 약 140 oC의 낮은 내열온도를 갖고 있다[1]. 또한, 10,000 ppm 이상의 고농도에서는 과열되어 화재의 위험성이있을뿐아니라구조가쉽게열화될가능성이있다.
VOCs의 제어기술의 분류는? 이러한 VOCs는 대부분 증기압이 낮기 때문에 공기 중에서 쉽게 휘발하여 기체가 되어 호흡기에 직접적으로 유입되거나 피부 접촉을 통하여 소화기나 호흡기에 각종 질환을 일으킨다. VOCs의 제어기술로는, 저 VOCs 제품으로의 전환에 의한 배출 억제, 새로운 시설의 설치 및 관리 등의 개선을 통한 배출 억제, 그리고 VOCs 처리장치를 설치하여 VOCs를 회수하는 방법 등으로분류할수있는데산업별로발생원에따라농도, 조성, 유량, 온도, 폭발에 대한 안전성 등 배출물의 종류와 그 특성이 다양하다
활성탄이 고농도에서 위험한 이유는? 지금까지 VOCs의 흡착처리 공정에서 광범위하게 사용되고 있는 활성탄은 뛰어난 경제성과 흡착효율, 그리고 낮은 재생온도의 이점이 있으나 가연성이며, 약 140 oC의 낮은 내열온도를 갖고 있다[1]. 또한, 10,000 ppm 이상의 고농도에서는 과열되어 화재의 위험성이있을뿐아니라구조가쉽게열화될가능성이있다. 또한일부 VOCs에 대해서는 촉매작용으로 인한 또 다른 유해물질의 합성이 이루어질 수 있으며, 50% 이상의 상대습도(relative humidity) 또는 50 oC이상의 온도에서 흡착용량이 감소하는 등의 단점이 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Kim, S. S., Lee C. H. and Park, S. W., "Adsorption Analysis of VOCs of Zeolite Synthesized by Coal Fly Ash in a Fixed-bed Adsorber," Korean Chem. Eng. Res., 48(6), 784-790(2010). 

  2. Kerr, G. T., "Hydrogen Zeolite Y, Ultrastable Zeolite Y, and Aluminum-Deficient Zeolites," Adv. Chem. Ser., 121, 219(1973). 

  3. Breck, D. W., "Zeolite Molecular Sieves," J. Wiley, New York(1974). 

  4. Kerr, G. T., "Chemistry of Crystalline Aluminosilicates. V. Preparation of Aluminum-deficient Faujasites," J. Phys. Chem., 72, 2594(1968). 

  5. McDaniel, C. V. and Maher, P. K., "Molecular Sieves," Soc. Chem. Ind., London, 186(1967). 

  6. Scherzer, J. and Bass, J. L., "Infrared Spectra of Ultrastable Zeolites Derived from Type Y Zeolites," J. Catal., 28, 101(1973). 

  7. Vedrine, J. C., Abou-Kais, A., Massardier, J. and Dalmai-Imelik, G., "ESR Study of Deep-bed Calcined NH4Y and Aluminum Deficient Zeolites," J. Catal., 29, 120(1973). 

  8. Scherzer, J., "Catalytic Materials: Relationship," ACS Symp. Ser. Am. Chem. Soc., 248(1984). 

  9. Lee, D. G., Han, Y. J. and Lee, C. H., "Steam Regeneration of Acetone and Toluene in Activated Carbon and Dealuminated Y-zeolite Beds," Korean J. Chem. Eng., 29(9), 1246-1252(2012). 

  10. Freude, D., Oehme, W., Schmiedel, H. and Staudte, B., "NMR Investigation of Proton Mobility in Zeolites," J. Catal., 32, 137(1974). 

  11. Kliknowski, J. et al., "Dealumination of Mordenite Using Silicon Tetrachloride Vapour," Zeolite, 3, 5(1983). 

  12. Fejes, P., Hannus, I. and Kirichi, I., "Dealumination of Zeolites with Phosgene," Zeolite, 4, 73(1984). 

  13. Seo, D. N., "Synthesis of NaY Zeolites and Dealumination,"Ms. Thesis, Hanseo Univ., (2001). 

  14. Sherzer, J., "Dealuminated Faujasite-type Structures with $SiO_{2}Al_{2}O_{3}$ Ratios," J. Catal., 54, 285(1978). 

  15. Meininghaus, C. K. W. and Prins, R., "Sorption of Volatile Organic Compounds on Hydrophobic Zeolites," Microporous Mesoporous Mater., 35-36, 349(2000). 

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