[논문]용융/수열합성법으로부터 Na2CO3 첨가량에 따른 석탄비산재의 제올라이트화 특성

이창한

doi:10.5322/jesi.2019.28.6.553

용융/수열합성법으로부터 Na2CO3 첨가량에 따른 석탄비산재의 제올라이트화 특성
Zeolitification Characteristics of Coal Fly Ash by Amount of Na2CO3 Using the Fusion/Hydrothermal Method 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.28 no.6, 2019년, pp.553 - 559

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, zeolitic materials at $Na_2CO_3/CFA$ ratio of 0.6 - 1.8 were synthesized from coal fly ash from a thermal power plant using a fusion/hydrothermal method. The zeolitic materials were found to have cubic crystals structure and X-ray diffraction (XRD) peaks of Na-A zeolite by XRD and SEM analysis. When the zeolitic materials were synthesized from the coal fly ash, the XRD peaks of the zeolitic materials at $Na_2CO_3/CFA$ ratios of 0.9-1.8 had the same location as the XRD peaks of commercial Na-A zeolite. The XRD peaks of the Na-A zeolite ($Na_{12}Al_{12}Si_{12}O_{48}27.4H_2O$) were confirmed in the $2{\theta}$ in the range of 7.18-34.18. However, it was also confirmed that peaks of $CaCO_3$, an impurity inhibiting synthesis of Na-A zeolite from CaO and $Na_2CO_3$ in the coal fly ash, occurred in the XRD peaks of the zeolitic materials at $Na_2CO_3/CFA$ ratio of 1.5-1.8. The crystallinities of the zeolitic materials tended to increase gradually within the $Na_2CO_3/CFA$ ratio range of 0.6-1.8.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구는 울산지역에 소재한 H 화력발전소에서 발생하는 폐기물인 석탄비산재를 이용한 수열합성법에 비해 반응시간을 줄일 수 있는 용융/수열합성법을 이용하여 제올라이트 물질을 합성할 수 있는 기본적인 합성 조건(Na₂CO₃/CFA 비)을 제시하고자 한다. 제올라이트의 합성가능성을 평가하기 위한 비산재의 성분은 X선 형광분석(XRF)을 통해 SiO₂와 Al₂O₃의 함량분석을 하였고, X선 회절분석(XRD)에 의한 광학적인 제올라이트 결정화 특성, 그리고 주사전자현미경(SEM)에 의한 결정 입자 구조를 관찰하여 합성효율을 비교하였다.

제안 방법

본 연구는 H 화력발전소에서 발생하는 석탄비산재로부터 용융/수열합성법을 이용하여 Na₂CO₃/CFA 비를 0.6-1.8에서 제올라이트화 물질을 합성하였으며, 이 제올라이트화 물질은 X선 회절분석(XRD) 및 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 Na-A 제올라이트의 결정구조 및 결정화 특성을 가진다는 것을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구에서 흡착제는 국내의 H 발전소 석탄보일러의 전기집진기에서 포집된 석탄비산재(CFA) 두 종류(F-C1 및 F-C2)를 사용하였다. 실험에서 사용한 시약은 Na-A 제올라이트(Na-A (4A) zeolite, Wako, EP, Japan), 탄산나트륨(sodium carbonate, Daejung, EP, Korea), 알루민산나트륨(NaAlO₂, Wako, EP, Japan)을 사용하였으며, 합성시 초순수(Milli-Q Millipore 18.

이론/모형

석탄비산재를 이용한 제올라이트 합성은 선행연구 (Lee and Park, 2011)에서 제시한 용융/수열합성법의 실험절차를 이용하였으며, 합성된 제올라이트 물질의 결정화도를 높이기 위하여 Na₂CO₃/CFA 비를 0.6-1.8로 조절하였다. 제올라이트 합성은 교반 및 온도가 조절되는 200 mL 부피의 스텐리스 재질의 반응기를 사용하였으며, CFA를 이용한 제올라이트 합성조건 및 실험절차는 Fig.

성능/효과

F-C1와 F-C2로부터 제올라이트를 합성할 경우, Na₂CO₃/CFA 비가 0.9-1.8인 조건에서 합성된 Z-C1과 Z-C2의 XRD 피크는 상용제품인 Z-WK의 XRD 피크와 거의 동일한 위치인 7.18-34.18 범위의 2θ에서 Na-A형제올라이트(Na₁₂Al₁₂Si₁₂O₄₈27.4H₂O)의 XRD 피크를 확인할 수 있었다. 하지만, Na₂CO₃/CFA 비가 1.
8 의 조건에서 두 시료에 포함된 CaO와 Na₂CO₃에 의해 Z-C1과 Z-C2의 XRD 피크에서 불순물에 해당하는 CaCO₃(C peak) 피크가 생성되었다. Na₂CO₃/CFA 비가 0.6-1.8에서 Z-C1과 Z-C2의 결정화도가 점차 증가하는 경향을 보였다. Z-C1과 Z-C2는 Na₂CO₃/CFA 비가 1.
7의 (a)-(c)과 Fig. 7의 (d)-(f)에서 보듯이 Z-C1과 Z-C2는 Na₂CO₃/CFA 비가 1.2-1.8로 동일한 조건에서 XRD 피크에서 확인된 바와 같이 전형적인 Na-A형 제올라이트의 결정구조인 정육면체 입자 들을 관찰할 수 있었다. Lee et al.
4H₂O)의 XRD 피크를 확인할 수 있었다. 하지만, Na₂CO₃/CFA 비가 1.5 1.8 의 조건에서 두 시료에 포함된 CaO와 Na₂CO₃에 의해 Z-C1과 Z-C2의 XRD 피크에서 불순물에 해당하는 CaCO₃(C peak) 피크가 생성되었다. Na₂CO₃/CFA 비가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용융/수열합성법이 수열활성법과 비교할 때 장점은 무엇인가?	따라서, 본 연구는 울산지역에 소재한 H 화력발전소에서 발생하는 폐기물인 석탄비산재를 이용한 수열합성법에 비해 반응시간을 줄일 수 있는 용융/수열합성법을 이용하여 제올라이트 물질을 합성할 수 있는 기본적인 합성 조건(Na2CO3/CFA 비)을 제시하고자 한다. 제올라이트의 합성가능성을 평가하기 위한 비산재의 성분은 X선 형광분석(XRF)을 통해 SiO2와 Al2O3의 함량분석을 하였고, X선 회절분석(XRD)에 의한 광학적인 제올라이트 결정화 특성, 그리고 주사전자현미경(SEM)에 의한 결정 입자 구조를 관찰하여 합성효율을 비교하였다.
	Na-A 제올라이트는 어떠한 특성을 가지는가?	6-1.8에서 제올라이트화 물질을 합성하였으며, 이 제올라이트화 물질은 X선 회절분석(XRD) 및 주사전자현 미경(SEM) 분석을 통해 Na-A 제올라이트의 결정구조 및 결정화 특성을 가진다는 것을 확인하였다.
	X-ray diffractometer 분석조건은 무엇인가?	제올라이트화 물질의 결정구조는 X-ray diffractometer (XRD, Rigaku, D/MAX2100H)를 사용하여 분석하였다. XRD의 분석조건은 Cu Ka ray 광원(λ = 1.54 )을이용하여 가속전압과 전류는 각각 40 kV와 40 mA로 설정하였고, 분말형태의 시료를 주입하여 2θ를 5°에서 50°까지 0.02° step(3 s/step)으로 하여 분석하였다. 또한 제올라이트화 물질의 표면구조는 SEM (Scanning Election Microscope, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하였다.

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