초록 ▼

1. 나노종결정의 진공여과법에 의한 종결정 코팅방법을 적용한 수열조건에서의 이차성장공정으로 세계최대 막면적(125$cm^2$), 막길이(40cm)의 NaY 제올라이트 분리막 합성에 성공하여 원천특허(한국특허 제10-0665579호 (2006))를 확보하였다.
2. 제조된 NaY 제올라이트 분리막은 세계 최고수준의 $CO_2$ 분리성능($CO_2$ 투과도 $7\times10^{-7}mol/m^2secPa,\;CO_2/N_2$ 선택도 50)을 나타내었

1. 나노종결정의 진공여과법에 의한 종결정 코팅방법을 적용한 수열조건에서의 이차성장공정으로 세계최대 막면적(125$cm^2$), 막길이(40cm)의 NaY 제올라이트 분리막 합성에 성공하여 원천특허(한국특허 제10-0665579호 (2006))를 확보하였다.
2. 제조된 NaY 제올라이트 분리막은 세계 최고수준의 $CO_2$ 분리성능($CO_2$ 투과도 $7\times10^{-7}mol/m^2secPa,\;CO_2/N_2$ 선택도 50)을 나타내었다 (Korean Membrane J.8[1] 21 (2006), Membrane J.17[3] 254 (2007), Microporous and Mesoporous Materials, 85, 313-323 (2005)).
3. NaY 제올라이트 분리막의 $CO_2$ 투과는 투과부의 $CO_2$ 탈착속도에 크게 좌우됨을 규명하였으며, $CO_2/N_2$ 분리성능은 분리층의 두께와 Si/Al 몰비 보다는 분리층의 구조적 불연속성(discontinuity)에 좌우됨을 밝혔다.
4. 세계최초로 NaY 제올라이트 분리막의 투과부에 13X 제올라이트 흡착제를 충진함으로써 선택도와 투과도를 동시 증진시키는 현상을 발견 그 원리를 규명하였다(한국특허 제10-0711237호 (2007), Membrane J, 17[3] 269 (2007). 이는 투과부의 $CO_2$ 탈착이 전체 $CO_2$ 투과의 율속단계임에 기인한 것으로 설명되었다.
5. 세계최초로 나노압흔자(nano indentor)를 이용하여 NaY 제올라이트 분리막의 기계적 특성(탄성율, 경도)을 평가하였다. 또한 주입부와 투과부의 압력, 주입부의 습기가 NaY 제올라이트 분리막의 $CO_2/N_2$ 분리성능에 미치는 영향을 고찰하였다.
6. 금속 연결자를 갖는 NaY 제올 라이트 분리막을 제조하는 방법을 고안하여 막 모듈 제조시, 밀봉성, 채결 용이성, 내열성, 내 화학성을 확보하는 방법을 개발하였다(한국특허 제10-0717335호 (2007)).
7. 길이 40cm의 NaY 제올라이트 분리막 38개를 합성하여 세계최대 막면적(3,500$cm^2$)의 Shell & Tube 형태의 NaY 제올라이트 막 모듈을 제작하였고, 실제 연소배가스에서 최대 $10Nm^3/h$ 규모에서 이산화탄소 분리막을 평가할 수 있는 평가장치를 구축하였다.
8. 세계최초로 13X 제올라이트 분리막을 안정적으로 합성할 수 있는 합성공정을 도출하였고, 수열조건에서 음이온점토(hydrotalcite) 입자를 제조할 수 있는 실험조건을 도출하였다. 13X 제올라이트 분리막의 경우, $CO_2$ 투과도가 $1\times10^{-7}mol/m^2secPa$ 이하 수준이었고 $CO_2/N_2$ 분리계수는 30 이상으로 우수한 $CO_2/N_2$ 분리성능을 나타내었다.

Abstract ▼

1. Synthesis of NaY zeolite membrane: Effect of seed synthesis and the coating, hydrothermal temperature, hydrothermal time, hydrothermal solution and membrane area on the formation of NaY zeolite separation layer will be investigated.
2. $^{CO}2/^{N}2$ separation of NaY zeolite membra

1. Synthesis of NaY zeolite membrane: Effect of seed synthesis and the coating, hydrothermal temperature, hydrothermal time, hydrothermal solution and membrane area on the formation of NaY zeolite separation layer will be investigated.
2. $^{CO}2/^{N}2$ separation of NaY zeolite membrane: Effect of membrane thickness, Si/Al molar ratio, support thickness, adsorbent hybridization, feed pressure, premate pressure and humidity on the $^{CO}2/^{N}2$ separation will be investigated, and the effect of particulate on the mechanical property (hardness and elastic modulus) will be indirectly investigated
3. Development of NaY zeolite membrane module and system: A shell & tube typed NaY zeolite membrane module and a membrane separation system operating in real combustion flue gas will be fabricated.
4. Searching for new $^{CO}2$ selective membrane materials: 13X zeolite membrane was hydrothermally prepared by the scondary growth process and hydrotalcite particle was synthesized by the homogeneous precipitation process.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서초록...4
• 요약문...6
• SUMMARY...10
• CONTENTS...14
• 목차...16
• 제1장 연구개발의 개요...19
• 제1절 연구개발의 필요성...19
• 제2절 연구개발의 목표...25
• 제3절 연구개발의 범위...27
• 제2장 국내외 기술개발 현황...29
• 제1절 분리막 기초이론...29
• 제2절 이산화탄소 분리막 기술개발현황...32
• 제3절 연구결과가 국내외기술개발에 차지하는 위치...38
• 제3장 연구개발 방법...43
• 제1절 NaY 제올라이트 분리막 합성...43
• 제2절 13X 제올라이트 분리막 합성...45
• 제3절 CO2/N2 분리성능 평가...47
• 제4장 연구개발 결과 및 토의...51
• 제1절 NaY 제올라이트 분리막 합성...51
• 1. 종결정 합성 및 코팅...51
• 2. 수열온도 및 수열시간의 영향...56
• 3. 수열용액 조성의 영향...61
• 4. 분리막 면적의 영향...68
• 제2절 NaY 제올라이트 분리막의 CO2/N2 분리성능...72
• 1. 분리막 두께의 영향...72
• 2. 분리막 조성(Si/Al 몰비)의 영향...75
• 3. 지지체 두께의 영향...81
• 4. 흡착제 혼성화의 영향...81
• 5. 주입부 및 투과부 압력의 영향...92
• 6. 습기의 영향...94
• 7. 분진의 영향...96
• 제3절 NaY 제올라이트 분리막 모듈 및 실증장치 개발...98
• 1. 분리막 모듈 개발...98
• 2. 연소배가스 실증장치 개발...102
• 제4절 신규 이산화탄소 분리막 소재 개발...106
• 1. 13X 제올라이트 분리막 개발...106
• 2. 음이온점토(hydrotalcite) 막소재 합성...109
• 제5절 결론...112
• 제5장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...115
• 제1절 연구개발목표의 달성도...115
• 제2절 관련분야 기술발전 기여도...116
• 제6장 연구개발결과 활용계획...121
• 제1절 추가연구의 필요성...121
• 제2절 타 연구에의 응용...126
• 제3절 기업화 추진방안...127
• 제7장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...129
• 제8장 참고문헌...131