KR0139424B1 - Method of manufacturing the x-zeolite and p-zeolite utilizing the mordenite - Google Patents

Method of manufacturing the x-zeolite and p-zeolite utilizing the mordenite

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KR0139424B1 KR1019950000731A KR19950000731A KR0139424B1 KR 0139424 B1 KR0139424 B1 KR 0139424B1 KR 1019950000731 A KR1019950000731 A KR 1019950000731A KR 19950000731 A KR19950000731 A KR 19950000731A KR 0139424 B1 KR0139424 B1 KR 0139424B1
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Abstract

본 발명은 천연 모데나이트(mordenite)계 광물, 즉, 송지암을 이용하여 X-형 및 P-형 제올라이트를 제조하는 방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for producing X-type and P-type zeolites using natural mordenite-based minerals, that is, Songji,

종래, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화나트륨 등을 이용하여 90-120℃ 정도의 고온에서 반응시켜 제조하였던 것과는 달리, 다량의 불순물이 포함된 천연의 모데나이트계 광물을 600-1000℃에서 4시간 정도 하소(calcination)시켜 NaCl이나 NaOH와의 반응성이 향상되도록 개질시킨 후, NaOH 또는 NaOH-NaCl을 첨가하여 90-100℃의 비교적 저온에서 반응시키는 것에 의하여, 부가 가치성이 높은 촉매제, 이온 교환제, 중금속 제거용 등에 활용될 수 있는 X-형 및 P-형 제올라이트를 제조하는 신규 유용한 발명이다.Unlike conventionally prepared by using silicon oxide, aluminum oxide, sodium oxide and the like at a high temperature of about 90-120 ° C., a natural mordenite mineral containing a large amount of impurities is about 4 hours at 600-1000 ° C. Calcination is carried out to improve the reactivity with NaCl or NaOH, and then NaOH or NaOH-NaCl is added and reacted at a relatively low temperature of 90-100 ° C. to remove catalysts, ion exchangers and heavy metals with high added value. It is a novel useful invention for producing X-type and P-type zeolites that can be utilized for applications.

Description

천연 모데나이트(mordenite)계 광물을 이용한 X-형 및 P-형 제올라이트의 제조방법.Method for preparing X-type and P-type zeolite using natural mordenite mineral.

제1도는 본 발명의 제조방법을 나타내는 개략 흐름도이다.1 is a schematic flowchart showing a manufacturing method of the present invention.

제2도는 하소(Calcination) 온도의 함수로서의 X-형 제올라이트 수율을 나타내는 그래프도이다.2 is a graph showing X-type zeolite yield as a function of calcination temperature.

제3도는 하소 온도의 함수로서의 합성된 제올라이트의 비표면적 변화를 나타내는 그래프도이다.3 is a graph showing the change in specific surface area of the synthesized zeolite as a function of calcination temperature.

제4도는 NaCl/Al2O3몰비의 함수로서의 X-형 제올라이트 수율을 나타내는 그래프도이다.4 is a graph showing X-type zeolite yield as a function of NaCl / Al 2 O 3 molar ratio.

제5도는 반응 시간의 함수로서의 X-형 제올라이트 수율을 나타내는 그래프도이다.5 is a graph showing X-type zeolite yield as a function of reaction time.

본 발명은 천연 모데나이트(mordenite)계 광물(일명 송지암)을 이용하여 X-형 및 P-형 제올라이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing X-type and P-type zeolites using natural mordenite minerals (also known as Songdite).

제올라이트에는 천연제품과 합성제품 등이 있고 형(type)은 X,Y,A,P,Z형 등 지금까지 알려진 바에 의하면 수백종에 이르며 이용용도는 흡착, 이온교환 및 촉매특성이 우수한 제품으로 널리 알려져 있다. 이미 극히 일부분 즉, 사료, 토지개량제, 폐수흡착, 니코틴 제거 등에 사용되는 천연 모데나이트계 제올라이트는 제올라이트 구성성분 이외의 불순물이 많아 순도가 낮으므로 이용한도가 제한되고 제올라이트 특성도 우수하지 못하다. 이에 반하여 시약급을 원료로 하여 합성된 A,X,P,Y형 제올라이트는 많은 연구자들에 의해 발명이 이루어져 널리 이용되고 있다.There are natural products and synthetic products in zeolite, and the types are X, Y, A, P, Z, and so on. Hundreds of them are known and their usage is widely known for their excellent adsorption, ion exchange and catalytic properties. have. Already part of the natural mordenite zeolites used in feed, land modifiers, waste water adsorption, nicotine removal, etc., are low in purity due to high impurities other than zeolite constituents, thus limiting their utilization and poor zeolite properties. In contrast, A, X, P, and Y zeolites synthesized using reagent grade as a raw material have been invented by many researchers and are widely used.

특히, 천연자원 개질을 통한 합성 즉, 점토, 고령토 및 화산분출물인 시라스(Shirasu)를 원료로 하여 제올라이트를 합성한 연구를 행하여 왔으나 천연 모데나이트계 광물(송지암)을 이용한 발명은 없었다.In particular, there has been a study of synthesis through natural resource reforming, that is, the synthesis of zeolite using clay, kaolin and volcanic eruptions Shiras (Shirasu) as a raw material, but there is no invention using natural mordenite mineral (songji rock).

종래, 합성에 사용되었던 원료로는 산화규소, 산화알루미늄, 산화나트륨 등을 사용하였으며 제조는 이들 원료를 혼합한 후 반응용기에서 저온(30℃) 숙성한 후 고온(90-120℃)에서 반응시켜 제조한 후 여과, 건조과정을 거쳐 제조하였다.Conventionally, as raw materials used in the synthesis, silicon oxide, aluminum oxide, sodium oxide, etc. were used, and the production was carried out by mixing these raw materials, and then aging at low temperature (30 ° C.) in a reaction vessel and reacting at high temperature (90-120 ° C.). After the preparation was made through a filtration, drying process.

그러나, 본 발명에서는 다량의 비정질을 함유하고 있는 천연원료인 점토, 고령토 및 시라스와는 달리 잡다한 불순물이 많이 포함되어 있는 모데나이트계 결정질 원료를 600-1000℃에서 4시간 하소하여 NaCl이나 NaOH와의 반응성이 향상되도록 그 특성을 개질하여 부가 가치성이 높은 촉매제, 이온 교환제, 중금속 제거용 등에 활용할 수 있는 X-형 및 P-형 제올라이트를 제조한다.However, in the present invention, unlike natural clays, kaolin and syras, which contain a large amount of amorphous, mordenite crystalline raw materials containing a large amount of miscellaneous impurities are calcined at 600-1000 ° C. for 4 hours to react with NaCl or NaOH. The properties are modified to improve the production of X-type and P-type zeolites that can be utilized for high value-added catalysts, ion exchangers, heavy metals and the like.

따라서, 본 발명의 첫번째 목적은, SiO266-75 중량%, Al2O38-15 중량%, Fe2O30.2-1중량%, CaO 0-5중량%, MgO 0-3중량%, K2O 1-5 중량%, Na2O 1-5 중량%로 이루어지며, 주결정상이 모데나이트(Mordenite)이고 부결정상이 클리노프틸로라이트(Clinoptilolite)이며 비중이 2-2.5인 천연 모데나이트계 광물을 미분쇄하여 하소(calcination) 처리한 후, NaOH 또는 NaOH-NaCl 용액을 첨가하고, 25-35℃에서 숙성(aging)시킨 다음, 90-100℃의 온도에서 4-10시간 동안 반응시켜 결정화하는 것으로 구성되는 제올라이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the first object of the present invention, SiO 2 66-75% by weight, Al 2 O 3 8-15% by weight, Fe 2 O 3 0.2-1% by weight, CaO 0-5% by weight, MgO 0-3% by weight , K 2 O 1-5% by weight, Na 2 O 1-5% by weight, the main crystalline phase is Mordenite (Mordenite), the subcrystalline phase is Clinoptilolite (specific gravity 2-2.5) After calcination by grinding the mordenite mineral, NaOH or NaOH-NaCl solution was added, aged at 25-35 ° C., and then 4-10 hours at a temperature of 90-100 ° C. It is to provide a method for producing a zeolite composed of reacting and crystallizing.

본 발명의 두 번째 목적은 첫번째 목적에 의한 제조방법에 있어서, 하소 처리가 700-930℃의 온도에서 수행되고, NaOH 용액의 첨가량이 Na2O/SiO2및 H2O/Na2O의 몰비가 각각 0.34-0.85 및 35-57의 범위가 되도록하며, 주결정상이 X-형인 제올라이트인 제조방법을 제공하는 것이다.The second object of the present invention is the production method according to the first object, wherein the calcination treatment is carried out at a temperature of 700-930 ℃, the addition amount of NaOH solution of the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 and H 2 O / Na 2 O Is to be in the range of 0.34-0.85 and 35-57, respectively, and to provide a method for producing a zeolite of X-type main crystalline phase.

본 발명의 세번째 목적은 첫번째 및 두번째 목적에 의한 제조방법에 있어서, NaCl을 NaCl/Al2O3의 몰비가 5.7-15의 범위가 되도록 하며, 주결정상이 X-형 제올라이트인 제조 방법을 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to provide a method for preparing the first and second objects, wherein the molar ratio of NaCl to NaCl / Al 2 O 3 is in the range of 5.7-15, and the main crystal phase is X-type zeolite. will be.

본 발명의 네번째 목적은 첫번째 목적에 의한 제조 방법에 있어서, 하소 처리의 수행없이 또는 700-930℃의 온도에서 하소 처리하고, NaCl의 첨가없이 NaOH용액만의 첨가량이 Na2O/SiO2및 H2O/Na2O의 몰비가 각각 0.25-0.45 및 20-35의 범위가 되도록 하며, 주결정상이 P-형인 제올라이트의 제조방법을 제공하는 것이다.The fourth object of the present invention is the production process according to the first object, the calcination treatment carried out without or in the temperature of 700-930 ℃ of calcination and without the addition of NaCl the added amount of NaOH solution only Na 2 O / SiO 2 and H 2 O / Na 2 O molar ratio of each, and to be in the range of 0.25 to 0.45 and 20 to 35, which the main crystal phase to provide a manufacturing method of a P- type zeolite.

본 발명의 제조 방법에 사용되는 천연 원료의 화학 조성 및 결정상은 표 1에 나타낸 바와 같으며, 제1도는 본 발명의 제조 방법을 나타내는 개략 흐름도로서 그 순서에 따라 설명하기로 한다.The chemical composition and the crystal phase of the natural raw materials used in the production method of the present invention are as shown in Table 1, and FIG. 1 is a schematic flowchart showing the production method of the present invention and will be described in that order.

표 1. 모데나이트계 광물(일명 : 송지암)의 화학조성과 결정상Table 1. Chemical composition and crystal phase of mordenite mineral (aka Songjiam)

위와 같은 조성의 천연 원료는 경북 영일군의 구룡포에서 산출되는 송지암(pitchstone)을 사용하였으며 볼 밀을 사용하여 마분쇄한 후 325 메쉬의 체를 전통한 분말로서 BET 비표면적 값이 약 19㎡/g이고 브레인(Blaine) 값이 약 4800㎠/g이 되도록 한 다음 사용하였다.Natural raw materials of the composition described above used pitchstone produced from Guryongpo, Yeongil-gun, Gyeongbuk, Korea, and pulverized using a ball mill. A 325 mesh sieve is a traditional powder. The BET specific surface area is about 19㎡ / g. And the brain (Blaine) value was about 4800 cm 2 / g and then used.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 송지암의 조성은 X-형 및 P-형 제올라이트의 조성과 비교하여 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)의 양은 충분하나 Na2O의 양이 매우 적으므로 본 발명에서는 산화 나트륨의 보충 공급원으로서 NaOH를 단독으로 첨가 사용하거나, 산화 나트륨의 생성 반응 촉진 보조제로서의 NaCl과 함께 첨가 사용한다.As can be seen from Table 1, the composition of the rosary rock is that the amount of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) is sufficient compared to the composition of X-type and P-type zeolite, but the amount of Na 2 O Since very few, in the present invention, NaOH is added alone or as a supplementary source of sodium oxide, or in combination with NaCl as an adjuvant for the production of sodium oxide.

한편, 본 발명에서는 송지암의 NaOH 또는 NaOH-NaCl과의 반응성을 향상시키기 위하여 미분쇄된 송지암을 600-1000℃의 온도, 바람직하게는 700-900℃의 온도에서 하소(calcination) 처리한다. 제2도에 나타낸 바와 같이, 700℃이하의 온도에서는 제올라이트의 수율이 낮게되어 바람직하지 않으며, 900℃를 초과하는 온도에서는 출발 원료의 비정질화가 일어나게 되어 수율이 급격히 감소하게 되므로 바람직하지 않다.Meanwhile, in the present invention, in order to improve the reactivity with the NaOH or NaOH-NaCl, the pulverized Songam is calcined at a temperature of 600-1000 ° C, preferably 700-900 ° C. As shown in FIG. 2, the yield of zeolite is low at temperatures below 700 ° C., which is not preferable, and at temperatures above 900 ° C., amorphization of the starting materials occurs, which is not preferable because the yield decreases rapidly.

하소 온도에 따른 제올라이트의 수율은 하소 온도가 상승할수록 생성률도 점차 직선적으로 증가하나, 900℃를 정점으로 하여 오히려 감소하는 경향을 가지며, 900℃에 도달할 때까지 제올라이트의 생성율이 증가되는 것은 온도가 증가함에 따라 결정도가 낮아지게 되면 원료가 높은 엔트로피를 가지게 되어 반응성이 커지게 되기 때문이다.The yield of zeolite according to the calcination temperature increases linearly as the calcination temperature increases, but tends to decrease rather than peaking at 900 ° C. The production rate of zeolite increases until reaching the temperature of 900 ° C. If the crystallinity is lowered as the increase, the raw material has a high entropy to increase the reactivity.

제3도는 출발원료를 하소시켰을때 하소온도 변화에 따른 생성물의 비표면적을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 하소하지 않은 원료를 출발물질로 한 경우 생성물의 비표면적이 상당히 큰 값을 나타내며, 이것은 P-형 제올라이트가 존재함으로써 기공의 형태가 잉크 보틀(ink bottle)형으로 되기 때문이라고 생각된다. 한편 900℃에서 하소한 원료로부터 제조된 생성물의 비표면적이 가장 큰 이유는 X-형 제올라이트가 생성되면서 기공이 많이 형성되었기 때문으로 생각된다.Figure 3 shows the results of measuring the specific surface area of the product according to the change in the calcination temperature when the starting material is calcined. When the raw material is not calcined as a starting material, the specific surface area of the product shows a large value, which is considered to be due to the presence of the P-type zeolite, which causes the form of pores to become an ink bottle type. On the other hand, the reason that the specific surface area of the product prepared from the raw material calcined at 900 ° C is the largest is thought to be due to the formation of many pores as the X-type zeolite was formed.

출발원료의 하소온도 변화에 따른 생성물의 기공분포를 조사한 결과, 기공분포는 출발원료의 하소온도가 700℃에서 증가할수록 기공의 분포가 20Å이내에 집중되다가 하소온도가 1000℃에 이르면 30Å 부근으로 이동하게 되며, 기공부피 또한 하소온도가 700℃와 900℃사이에서는 증가하다가 1000℃에서는 감소하는 경향을 나타낸다.As a result of examining the pore distribution of the product according to the calcination temperature of the starting material, the pore distribution was concentrated within 20Å as the calcination temperature of the starting material increased from 700 ℃, and moved to around 30Å when the calcination temperature reached 1000 ℃. The pore volume also increases in the calcination temperature between 700 ° C and 900 ° C and decreases at 1000 ° C.

따라서, 하소온도가 900℃로 증가함에 따라 기공율과 비표면적은 증가하다가 900℃이상이 되면 감소하는 것으로 보아 1000℃이하의 하소온도에서는 X-형 제올라이트가 결정화 되면서 10Å부근의 미세기공 구조가 형성된다는 것을 알 수 있다.Therefore, as the calcination temperature increases to 900 ℃, the porosity and specific surface area increase, but decreases above 900 ℃. At the calcination temperature below 1000 ℃, the X-type zeolite crystallizes and microporous structure near 10Å is formed. It can be seen that.

이어서, 본 발명에 있어서의 Na2O/SiO2, NaCl/Al2O3및 H2O/Na2O의 몰비가 제올라이트 생성에 미치는 영향에 대하여 설명하기로 한다.Next, the influence of the molar ratios of Na 2 O / SiO 2 , NaCl / Al 2 O 3, and H 2 O / Na 2 O in the present invention on zeolite production will be described.

X-형 제올라이트가 주결정상인 제올라이트를 제조함에 있어서는, Na2O/SiO2의 몰비가 0.34-0.85, H2O/Na2O의 몰비가 35-57이며, 바람직하게는 Na2O/SiO2의 몰비가 0.63-0.73이고, H2O/Na2O의 몰비가 35-45이다.In preparing a zeolite in which the X-type zeolite is the main crystalline phase, the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is 0.34-0.85 and the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 35-57, and preferably Na 2 O / SiO. The molar ratio of 2 is 0.63-0.73 and the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 35-45.

Na2O/SiO2의 몰비가 0.34 미만에서는 P-형 제올라이트이 생성이 우세해지므로 X-형 제올라이트의 제조시에는 바람직하지 않으며, 0.85를 초과하는 경우에는 X-형 제올라이트의 수율이 감소하게 되어 바람직하지 않다.When the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is less than 0.34, P-type zeolite is predominantly formed, and thus, it is not preferable in the production of X-type zeolite, and when it exceeds 0.85, the yield of X-type zeolite is decreased. Not.

H2O/Na2O의 몰비가 35 미만인 경우에는 P-형 제올라이트의 생성이 우세하게 되어 바람직하지 않으며, 57을 초과하는 경우에는 X-형 제올라이트의 수율이 급격히 감소하게 되므로 바람직하지 않다.If the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is less than 35, the production of P-type zeolite becomes dominant, and it is not preferable. If it exceeds 57, the yield of X-type zeolite decreases rapidly, which is not preferable.

NaCl/Al2O3이 몰비는 5.7-15의 범위이며, 바람직하게는, 제4도에 나타낸 바와 같이 9-15의 범위이다. 상기 범위를 벗어나는 경우 X-형 제올라이트의 수율이 감소하게 되므로 바람직하지 않다.NaCl / Al 2 O 3 This molar ratio is in the range of 5.7-15, and preferably in the range of 9-15 as shown in FIG. If it is out of the range it is not preferable because the yield of the X-type zeolite is reduced.

제4도는 900℃에서 4시간 하소 처리한 원료에 NaCl을 첨가하여 8시간 동안 수열 반응시킨후 X-형 제올라이트의 생성율을 구한 결과를 나타내는 그래프도로서, NaCl/Al2O3의 몰비가 5.70일 때 부터 수율이 점차 증가하기 시작하여 11.40일때에 X-형 제올라이트의 수율이 최대로 되며, 그 이유는 NaCl 첨가량이 증가함에 따라 동일한 젤로부터 두 종류의 제올라이트 결정이 생성되므로 P-형 제올라이트의 생성은 억제되고 X-형 제올라이트의 생성은 증가되기 때문이다.4 is a graph showing the results of the formation of X-type zeolite after hydrothermal reaction for 8 hours by adding NaCl to the raw material calcined at 900 ° C. for 4 hours, and the molar ratio of NaCl / Al 2 O 3 is 5.70 days. From this point, the yield gradually increased, and the yield of X-type zeolite was maximized at 11.40, because two kinds of zeolite crystals were formed from the same gel as the amount of NaCl added increased. Because it is suppressed and the production of X-type zeolite is increased.

NaCl의 첨가량이 증가하면 오히려 생성율이 감소하며, 이는 NaCl의 첨가량이 많아지면 용매 물분자에 의한 가수분해가 일어나 처리용액의 알카리농도를 낮추므로 반응성이 감소하기 때문에 제올라이트의 생성률이 낮아지는 것으로 생각된다.Increasing the amount of NaCl decreases the production rate, which is thought to be low because the higher the amount of NaCl added, hydrolysis occurs by solvent water molecules, which lowers the alkali concentration of the treated solution. .

P-형 제올라이트가 주결정상인 제올라이트를 제조함에 있어서는, Na2O/SiO2의 몰비가 0.25-0.45의 범위로 낮은 것이 바람직하며, 0.25미만에서는 수율이 급격히 감소하며 0.75 정도에서도 P-형 제올라이트가 생성되기는 하나 0.45를 초과하는 경우에는 X-형 제올라이트의 생성이 급격히 증가하므로 바람직하지 않다.In preparing zeolites in which the P-type zeolite is the main crystalline phase, it is preferable that the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is low in the range of 0.25-0.45, and the yield is sharply decreased below 0.25, and the P-type zeolite is also formed at about 0.75. It is not preferable because the production of X-type zeolite increases rapidly when it is formed but exceeds 0.45.

또한, H2O/Na2O의 몰비는 20-35의 범위가 바람직하고, 20미만에서는 수율이 낮으며 35를 초과하는 경우에는 X-형 제올라이트의 생성이 우세해지므로 바람직하지 않다.In addition, the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is preferably in the range of 20-35, and the yield is low at less than 20, and is not preferable because the production of X-type zeolite is superior when it exceeds 35.

P-형 제올라이트를 제조함에 있어서는 NaCl을 첨가하지 않는 것이 바람직하며, NaCl을 첨가하면 X-형 제올라이트의 생성이 우세해진다.In preparing the P-type zeolite, it is preferable not to add NaCl, and the addition of NaCl predominates the production of the X-type zeolite.

송지암에 NaOH 또는 NaOH-NaCl을 첨가하여 Na2O/SiO2, H2O/Na2O, NaCl/Al2O3의 몰비가 위에서 서술한 범위내로 만든 반응 혼합물을 25-35℃의 온도에서 결정의 핵을 만들기 위하여 숙성시킨다. 숙성 시간을 48시간까지 변화시켜도 결정의 크기는 성장하나 결정의 형태는 거의 변함이 없다.The reaction mixture was prepared by adding NaOH or NaOH-NaCl to the pine rock to make the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 , H 2 O / Na 2 O, NaCl / Al 2 O 3 within the above-mentioned range. Are aged to make the nucleus of the crystal. Even if the aging time is changed to 48 hours, the crystal size grows, but the crystal shape remains almost unchanged.

결정화 반응은 90-100℃의 온도에서 3-15시간, 바람직하게는 4-10시간 합성 반응시킨다. 반응시간이 4시간 미만에서는 제올라이트의 수율이 낮아지므로 바람직하지 않으며, 10시간 이상에서는 수율의 증가 폭이 미약하므로 경제성 측면에서 바람직하지 않다.The crystallization reaction is conducted at a temperature of 90-100 ° C. for 3-15 hours, preferably 4-10 hours. If the reaction time is less than 4 hours, the yield of the zeolite is lowered, which is not preferable. Since the increase in yield is less than 10 hours, it is not preferable in terms of economics.

결정화 반응은 시료를 90-100℃로 유지된 물 또는 오일 조(Oil bath)에 넣고 처음 30분간 상단 코크를 열어두어 공기가 충분히 빠진 후에 코크를 잠근후 4-10시간 동안 반응시켜 결정화 시킨다.The crystallization reaction is crystallized by placing the sample in a water or oil bath maintained at 90-100 ° C., leaving the top coke open for the first 30 minutes, and then reacting for 4-10 hours after the coke has been sufficiently drained.

결정화가 완료된 시료는 여과지를 사용하여 증류수로 여과한 후, 건조시킨다.The crystallized sample is filtered through distilled water using a filter paper, and then dried.

이하, 본 발명의 제조 방법을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[실시예 1]Example 1

표 1에 나타낸 바와 같은 화학조성, 비중 및 결정상을 갖는 천연 모데나이트계 광물을 BET 비표면적이 19㎡/g정도이고 브레인(blain) 비표면적 값이 4800㎠/g 이상이 되게끔 미분쇄하였다. 미분쇄된 원료를 전기로에 넣어 시간당 200℃로 승온시켜 900℃에서 4시간 열처리한 후 사용하였다.The natural mordenite mineral having the chemical composition, specific gravity, and crystal phase as shown in Table 1 was pulverized such that the BET specific surface area was about 19 m 2 / g and the brain specific surface area value was 4800 cm 2 / g or more. The pulverized raw material was put into an electric furnace and heated to 200 ° C. per hour, and used after heat treatment at 900 ° C. for 4 hours.

표 2. X-형 제올라이트를 합성하기 위한 반응조건Table 2. Reaction conditions for synthesizing X-type zeolite

합성은 우선 열처리한 천연원료를 50g 칭량하여 테프론 용기에 넣은 후 3N의 NaOH를 첨가하여 천연원료에 함유되어 있는 SiO2양에 대해 Na2O/SiO2의 몰비가 0.34가 되게끔 하고 증류수를 첨가하여 H2O/Na2O의 몰비가 35가 되게하여 혼합한 후 뚜껑을 닫고 30℃에서 8시간 숙성을 행하였다. 숙성이 끝난 시료는 90℃로 유지된 수조(Water bath) 넣어 처음 30분간 코크를 열어두고 공기가 충분히 빠지게 한 후 코크를 잠근 후 합성하여 결정화 시킨 후 여과, 건조하였다.In the synthesis, first weigh 50g of the heat-treated natural raw material and put it in a Teflon container, and then add 3N NaOH to make the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 0.33 to the amount of SiO 2 contained in the natural raw material and add distilled water. The mixture was mixed so that the molar ratio of H 2 O / Na 2 O was 35, and then the lid was closed and aged at 30 ° C. for 8 hours. After aging, the sample was put in a water bath maintained at 90 ° C., and the coke was left open for the first 30 minutes, the air was sufficiently drained, the coke was locked, synthesized and crystallized, and then filtered and dried.

합성결과 생성된 주결정상은 모데나이트, 부결정상은 제올라이트 P형을 나타내었다.As a result of synthesis, the main crystalline phase showed mordenite and the sub-crystalline phase showed zeolite P-type.

[실시예 2]Example 2

900℃에서 4시간 열처리한 천연원료에 3N의 NaOH를 첨가하여 Na2O/SiO2의 몰비가 0.34가 되게 만들고, 증류수를 첨가하여 H2O/Na2O의 몰비가 25.5가 되게끔하여 혼합한 후 30℃에서 8시간 숙성한 후 100℃의 오일조(Oil bath)에서 10시간 반응시켜 합성한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지의 절차를 반복하여 행하였다. 그 결과, 주결정상은 실시예 1과 달리 제올라이트 P형이었고, 부결정상은 모데나이트였다.3N NaOH is added to the natural raw material which has been heat treated at 900 ° C for 4 hours so that the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is 0.34, and the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 25.5 by adding distilled water. After aging at 30 ° C. for 8 hours, the same procedure as in Example 1 was repeated except that the mixture was reacted for 10 hours in an oil bath at 100 ° C. for 10 hours. As a result, the main crystal phase was zeolite P-type, and the subcrystalline phase was mordenite, unlike Example 1.

[실시예 3]Example 3

900℃에서 4시간 열처리한 천연원료에 3N의 NaOH를 첨가하여 Na2O/SiO2의 몰비가 0.68이 되게 만든 다음, 증류수를 첨가하여 H2O/Na2O의 몰비가 27과 35가 되게끔 하였고, NaCl은 천연원료 중에 포함되어 있는 Al2O3에 대해 첨가하였는데 이때 NaCl/Al2O3의 몰비를 5.7로 한 다음, 혼합물을 30℃에서 8시간 숙성한 후 100℃의 오일조에서 10시간 반응시켜 합성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.The molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is 0.68 by adding 3N NaOH to the natural raw material heated at 900 ° C. for 4 hours, and then the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 27 and 35 by adding distilled water. NaCl was added to Al 2 O 3 contained in natural raw materials. At this time, the molar ratio of NaCl / Al 2 O 3 was adjusted to 5.7, and the mixture was aged at 30 ° C. for 8 hours and then in an oil bath at 100 ° C. It carried out similarly to Example 1 except having synthesized by reacting for 10 hours.

실험결과, H2O/Na2O의 몰비가 27일 때 주결정상은 제올라이트 P형, 부결정상은 제올라이트 X형으로 나타났고, H2O/Na2O의 몰비가 35일 때는 주결정상이 X형으로, 부결정상이 P-형 제올라이트로 나타났다.As a result, when the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 27, the main crystal phase is zeolite P-type, and the sub-crystalline phase is zeolite X-type. When the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 35, the main crystal phase is X As a form, the subcrystalline phase appeared as a P-type zeolite.

[실시예 4]Example 4

3N의 NaOH를 첨가하여 Na2O/SiO2의 몰비가 0.68이 되게 만든 다음, 증류수를 첨가하여 H2O/Na2O의 몰비를 40으로 한 후, NaCl을 첨가하여 NaCl/Al2O3의 mole비를 5.7로 고정하고, ①분쇄된 원료를 500℃, 700℃, 900℃, 950℃ 및 1000℃로 열처리한 후 원료로 사용하였다.3N NaOH was added to make the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 to 0.68. Then, distilled water was added to make the molar ratio of H 2 O / Na 2 O to 40, followed by addition of NaCl to NaCl / Al 2 O 3. The mole ratio of was fixed to 5.7, ① ① The milled raw material was heat-treated at 500 ℃, 700 ℃, 900 ℃, 950 ℃ and 1000 ℃ was used as a raw material.

한편, ② 분쇄된 천연원료를 900℃에서 4시간 열처리한 후 Na2O/SiO2의 몰비가 0.68, H2O/Na2O의 몰비가 40으로 하여 첨가한 후 NaCl/Al2O3의 몰비를 2.85, 5.7, 8.53, 11.4 및 14.7로 변화시켜 실험하였다. ③ 900℃로 4시간 열처리된 원료에 Na2O/SiO2의 몰비가 0.68, H2O/Na2O의 몰비가 40, NaCl/Al2O3의 몰비가 11.4일 때 100℃에서 반응시간을 0-15시간까지 변화시켜 실험하였다.On the other hand, ② the heat-treated crushed natural raw material at 900 ℃ for 4 hours, the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is 0.68, the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is added to 40 and after the addition of NaCl / Al 2 O 3 Experiments were done with varying molar ratios of 2.85, 5.7, 8.53, 11.4 and 14.7. ③ When the molar ratio of Na 2 O / SiO 2 is 0.68, the molar ratio of H 2 O / Na 2 O is 40, and the molar ratio of NaCl / Al 2 O 3 is 11.4 to the raw material heat-treated at 900 ° C. for 4 hours, the reaction time at 100 ° C. Experiments were varied by 0-15 hours.

이때 제조방법은 실시예 1과 실시예 2에 따라 행하였는데 그 결과 ①,② 및 ③의 경우 모두 주결정상이 X-형 제올라이트였고, 부결정상이 P-형 제올라이트를 나타내었다. ①의 경우, 열처리 온도변화에 따른 X-형 제올라이트의 수율을 조사한 결과, 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이, 900℃에서 합성율이 42%이고 비표면적이 370㎡/g으로 가장 높은 값을 나타내었다. ②의 경우, NaCl/Al2O3의 비를 0-14.7까지 변화시켜 X-형 제올라이트를 합성했을 때의 생성율을 구하여 표 3 및 제4도에 나타내었다.At this time, the manufacturing method was carried out according to Examples 1 and 2, and as a result, in the case of ①, ② and ③, the main crystal phase was X-type zeolite, and the subcrystalline phase showed P-type zeolite. In the case of ①, the yield of X-type zeolite according to the heat treatment temperature was investigated. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the synthesis rate was 42% and the specific surface area was the highest at 370m 2 / g at 900 ° C. Indicated. In the case of ②, the ratio of NaCl / Al 2 O 3 was changed to 0-14.7 to obtain the production rate when the X-type zeolite was synthesized, and the results are shown in Table 3 and FIG.

표 3. NaCl/Al2O3의 몰비에 따른 X-형 제올라이트 생성율Table 3. X-type zeolite production rate according to molar ratio of NaCl / Al 2 O 3

생성률은 NaCl/Al2O3의 몰비가 11.4일 때 가장 높은 값인 58%를 나타내었으며 14.7일 때는 오히려 생성율이 감소함을 나타내었다.The production rate was 58% which is the highest value when the molar ratio of NaCl / Al 2 O 3 was 11.4, and the production rate was decreased when 14.7.

③의 경우는 반응시간이 2시간까지는 저조한 생성율을 나타내다가 4시간 이후부터 15시간까지는 완만하게 반응물이 생성됨을 나타냈으며, 그 결과를 표 4 및 제5도에 나타내었다.In the case of ③, the reaction time showed a low production rate until 2 hours, but the reaction product was slowly produced from 4 hours to 15 hours, and the results are shown in Table 4 and FIG.

표 4. NaCl/Al2O3의 몰비가 11.4일 때 반응시간에 따른 X-형 제올라이트 생성율Table 4. X-type zeolite production rate according to reaction time when NaCl / Al 2 O 3 molar ratio is 11.4

따라서, 실시예 4의 결과로부터 천연 모데나이트계 광물(송지암)을 이용하여 X-형 제올라이트를 합성할 때에 원료를 900℃에서 4시간 정도 열처리한 후, Na2O/SiO2몰비가 40, NaCl/Al2O3의 몰비가 11.4일 때 X-형 제올라이트 생성률은 58-60%로 최적이었다.Therefore, when the X-type zeolite was synthesized using the natural mordenite mineral (songstone) from the result of Example 4, the raw material was heat treated at 900 ° C. for about 4 hours, and the Na 2 O / SiO 2 molar ratio was 40, When the molar ratio of NaCl / Al 2 O 3 was 11.4, the X-type zeolite production rate was optimal at 58-60%.

Claims (3)

SiO266-75중량%, Al2O38-15중량%, Fe2O30.2-1중량%, CaO 0-5중량%, MgO 0-3중량%, K2O 1-5중량%, Na2O 1-5중량%로 이루어지며, 주결정상이 모데나이트(Mordenite)이고 부결정상이 클리노프틸로라이트(Clinoptilolite)이고, 비중이 2-2.5인 천연 모데나이트계 광물을 미분쇄하여 하소(calcination) 처리한 후, NaOH 또는 NaOH-NaCl 용액을 첨가하고, 25-35℃에서 숙성(aging)시킨 다음, 90-100℃의 온도에서 4-10시간 동안 반응시켜 결정화하는 것으로 구성되는 제올라이트의 제조 방법.66-75% SiO 2 , 8-15% Al 2 O 3 , 0.2-1% Fe 2 O 3 , CaO 0-5%, MgO 0-3%, K 2 O 1-5% , Na 2 O 1-5% by weight, the main crystalline phase is mordenite (Mordenite), the sub-crystalline phase is Clinoptilolite (pullinite), the specific gravity of the natural mordenite mineral having a specific gravity of 2-2.5 After calcination, the zeolite consists of adding NaOH or NaOH-NaCl solution, aging at 25-35 ° C., and then crystallizing by reacting at a temperature of 90-100 ° C. for 4-10 hours. Method of preparation. 제1항에 있어서, 하소 처리가 700-900℃의 온도에서 수행되고, NaOH 용액의 첨가량이 Na2O/SiO2, NaCl/Al2O3및 H2O/Na2O의 몰비가 각각 0.34-0.85, 5.7-15 및 35-57의 범위가 되도록하며, 주결정상이 X-형 제올라이트인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the calcination treatment is carried out at a temperature of 700-900 ° C, and the addition amount of NaOH solution is 0.34 molar ratio of Na 2 O / SiO 2 , NaCl / Al 2 O 3 and H 2 O / Na 2 O, respectively. -0.85, 5.7-15 and 35-57, wherein the main crystalline phase is X-type zeolite. 제1항에 있어서, 하소 처리의 수행없이 또는 700-900℃의 온도에서 하소 처리 수행후, NaCl의 첨가없이 NaOH 용액만의 첨가량이 Na2O/SiO2및 H2O/Na2O의 몰비가 각각 0.25-0.45 및 20-35의 범위가 되도록 하며, 주결정상이 P-형 제올라이트인 것을 특징으로 하는 제조방법.The molar ratio of Na 2 O / SiO 2 and H 2 O / Na 2 O according to claim 1, wherein the addition amount of the NaOH solution alone without the calcination treatment or after the calcination treatment is performed at a temperature of 700-900 ° C. without addition of NaCl. Is in the range of 0.25-0.45 and 20-35, respectively, wherein the main crystal phase is P-type zeolite.
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