KR101400356B1 - Manufacturing Method of Inorganic Membrane Filter For Selective Separation of Liquid and Gas By Ion Exchange Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기물(Inorganic)로 이루어진 세라믹 기판 위에 중간물질(Intermediator)로서 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카를 코팅하는 제1단계 공정;
상기 제1단계 공정에서 코팅된 감마타입의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅시키는 제2단계 공정;
상기 제2단계 공정에서 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환시켜, 기공(Pore) 크기를 다양하게 하는 제3단계 공정;
상기 제3단계 공정에서 이온교환된 금속 이외의 불순물을 제거하기 위하여 용매로 세척하는 제4단계 공정; 및
상기 제4단계 공정에서 사용된 용매를 제거하기 위하여 건조하는 제5단계 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of coating a gamma type alumina or silica having a large specific surface area as an intermediate material on a ceramic substrate made of an inorganic material;
A second step of coating NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å on the gamma-type alumina or silica surface coated in the first step;
The NaA-type zeolite having a pore size of 4 angstroms coated in the second step process is ion-exchanged with salts of a metal having a larger or smaller radius of an atom than that of sodium, A third step;
A fourth step of washing with a solvent to remove impurities other than the ion-exchanged metal in the third step; And
And a fifth step of drying in order to remove the solvent used in the fourth step. The present invention also relates to a method for producing an inorganic film for selective separation of liquid and gas by an ion exchange method.

Description

이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법{Manufacturing Method of Inorganic Membrane Filter For Selective Separation of Liquid and Gas By Ion Exchange Method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inorganic membrane for selective separation of liquid and gas by an ion exchange method,

본 발명은 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹으로 구성된 기판 위에 NaA zeolite를 코팅하여 기공의 크기가 4Å인 제올라이트를 제공한 후 나트륨(Na)의 원자반경보다 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환하면 이온교환된 금속에 의해 촉매의 기능을 제공할 수 있음은 물론 무기막(Inorganic membrane)의 기공 크기가 다양하게 구성되어 액체 및 기체 분자들의 운동학적 지름(Kinetic diameter)의 크기에 따라 선택적으로 분리할 수 있는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing inorganic membranes for selective separation of liquids and gases by ion exchange, and more particularly, to a method for producing inorganic membranes by a method of preparing a zeolite having a pore size of 4 Å by coating NaA zeolite on a ceramic substrate, Ion exchange with a salt of metal which is larger or smaller than the atomic radius of Na is possible to provide the function of the catalyst by the ion-exchanged metal, and the pore size of the inorganic membrane can be varied The present invention relates to a method for preparing inorganic membranes for selective separation of liquid and gas by an ion exchange method which can be selectively separated according to the size of a kinetic diameter of liquid and gas molecules.

1980년대 들어 이상기후로 인한 세계 각지의 자연재해가 늘어나면서 지구 온난화에 대한 논쟁이 치열해졌다. 지구 온난화의 주범으로 알려진 온실가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화유황(SF6)으로 제3차 COP(Conference of the parties)에서 지정하였다. 이중 이산화탄소는 전체 온실가스 배출량 중 약 80 % 이상을 차지하고 있다. 대기 중의 이산화탄소의 잔류시간은 대략 50~200년으로 온실가스 농도가 현재 수준으로 유지된다고 하더라도 과거에 배출된 것으로 인해 기후 변화는 피할 수 없는 현상이다.In the 1980s, natural disasters around the world increased due to abnormal weather, and the debate about global warming became fierce. GHGs, known as the main contributors to global warming, are CO 2 (CO 2), methane (CH 4), nitrous oxide (N 2 O), hydrogen fluoride (HFCs), perfluorocarbons Conference of the parties. Of these, about 80% of the total greenhouse gas emissions are carbon dioxide. Climate change is inevitable because carbon dioxide remains in the atmosphere for about 50 to 200 years, even if the greenhouse gas concentration is maintained at the current level.

화석연료 사용에 의해 발생되는 이산화탄소 및 비료, 논, 쓰레기더미나 초식동물의 소화과정 중에 발생되는 메탄가스의 온실가스들은 태양으로부터 열에너지를 전달받은 지표면의 복사열을 우주로 빠져나기지 못하게 하여 대기의 온도를 상승시키는 결과를 가져오게 되며, 이로 인한 미래의 기후변화가 급속히 변하여 인간사회 및 자연생태계에 최악으로 치달을 수 있는 지구의 기상 이변이 발생할 수 있다 할 수 있다.The greenhouse gases of methane gas generated during the digestion process of carbon dioxide and fertilizer, rice paddies, garbage, and herbivores generated by the use of fossil fuels can not radiate radiant heat from the surface of the earth which receives heat energy from the sun, The result is a rapid change of the future climate change, which can lead to the earth 's weather changes that can be worst for human society and natural ecosystem.

이와 같이 지구 온난화를 방지하기 위한 가장 근본적인 해결책은 이산화탄소의 발생이 없는 대체에너지 및 신에너지를 개발하는 것이 가장 바람직하다 할 수 있으며, 대기 중에 발생되고 있거나 이미 발생된 온실가스를 고정화 기술 및 개질반응에 의해 생성된 유용한 가스를 생성시키고, 이를 분리기술에 의해 분리된 고농축의 개별적 가스를 이용하여 열에너지 및 산업제품의 유용한 출발물질로 사용하는 것이 가장 바람직하다 할 수 있으며, 특히 개질반응에 의해 생성 및 분리된 수소의 필요성은 화학산업과 가정용 난방 및 자동차의 청정한 연료에 대한 수요로 인해 향후 몇 년 동안 수소에 대한 요구가 급속도로 증가할 추세에 있고, 오는 10년 동안 화석연료에 의해 만들어진 수소는 화학공정 중에 파생효과가 우수한 제품을 만들어 낼 뿐만 아니라 화석연료의 개질반응에 의해 만들어질 것으로 예상한다.The most fundamental solution to prevent global warming is to develop alternative energy and new energy that does not generate carbon dioxide, and it is necessary to develop new and existing greenhouse gases in the atmosphere through immobilization technology and reforming It may be most desirable to produce the useful gas produced by the reforming reaction and to use it as a useful starting material for thermal energy and industrial products using highly concentrated individual gases separated by separation techniques, The need for hydrogen is on the rise in demand for hydrogen in the next few years due to the chemical industry and household heating and the demand for clean fuels in automobiles. Hydrogen produced by fossil fuels over the next decade is a chemical process Not only does it create products with superior derivatives, It is expected to be made by the reforming reaction of fossil fuels.

분리막은 분리하고자 하는 대상 기체 혹은 액체를 선택적으로 분리할 수 있는 성질을 갖는 필름형태의 막을 통칭한다. 막은 모든 이동현상의 저항이 총집중되어 있는 상을 말하며, 그 저항은 물질에 따라 선택적으로 다르다. 그러므로 물질에 따라 막을 통한 이동속도가 다르며, 이로 인해 물질의 분리가 일어난다. The separation membrane refers to a film in the form of a film capable of selectively separating a target gas or liquid to be separated. A film is a phase in which the total resistance of all transfer phenomena is concentrated, and the resistance is selectively different depending on the material. Therefore, depending on the material, the rate of movement through the membrane is different, which leads to the separation of the material.

지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 회수하는 분리 회수 및 저장(Carbon Capture and Sequestration, CCS)기술의 중요성은 날로 커지고 있는 실정이다. 이런 이유로 분리막 제조 및 공정기술은 고순도, 고기능성 물질의 제조와 지구 환경보호 등의 사회적 요구에 따라 간단한 실험실적 규모로부터 산업분야의 대규모 고정에 이르기 까지 광범위하게 응용되고 있다. The importance of Carbon Capture and Sequestration (CCS) technology to recover carbon dioxide, which is the main cause of global warming, is growing. For this reason, membrane manufacturing and process technologies have been extensively used in a wide range of applications ranging from simple laboratory scale to large-scale fixation in the industrial sector, depending on the social needs such as manufacturing of high purity, highly functional materials and protection of the global environment.

막분리 공정은 기화 및 응축을 반복하는 증류공정과는 달리 상변화를 필요로 하지 않는 물리, 기계적인 분리조작이므로 기준의 에너지 다소비 형인 공정과 비교하여 약 70 내지 80 % 또는 그 이상까지도 에너지를 절약할 수 있다고 보고하고 있다. 또한 분리 원리 및 공정이 비교적 간단하므로 장치의 구성이나 설치가 간단하고 차지하는 공간 역시 작은 규모임에 따라 시설비 투자를 줄일 수 있는 장점이 있다.Since the membrane separation process is a physical and mechanical separation operation that does not require a phase change unlike a distillation process in which vaporization and condensation are repeated, the energy is reduced to about 70 to 80% or more as compared with the standard energy consumption type process It is reported that it can save. In addition, since the separation principle and process are relatively simple, the configuration and installation of the apparatus are simple and the space occupied by the apparatus is also small.

이러한 막분리 기술은 첨단 막소재를 개발하는 고분자 합성 등의 소재 및 제막기술, 각각의 분리막을 조립하여 손쉽게 취급할 수 있도록 만드는 막모듈 기술, 여과분리 특성상 막 근방에서 불가피하게 발생하는 막오염 저항을 최소화하기 위한 물리, 화학, 생물 및 유체역학 분야 그리고 대규모 공정 시스템 설계 및 운전 등으로 구성되는 복합 응용기술이 있다. 이와 같이 막분리 기술의 발달과 에너지 절약형 분리공정의 필요성 및 무방류 등의 청정 환경공정 기술에 대한 사회적 필요성의 증대로 막분리 공정은 석유화학, 폐기물 처리, 가정용 정수기로부터 대규모 정수장, 반도체, 열적으로 불안정한 식품, 의약품, 바이오 관련 혼합물의 회수 및 정제분야, 수소, 산소를 비롯한 가스분리 분야 등에 광범위하게 확대 적용되고 있다. This membrane separation technology is based on the technology of membrane synthesis that develops high-tech membrane materials, membrane forming technology that makes membrane membranes easy to handle by assembling each membrane, membrane fouling resistance inevitably occurs in the vicinity of membranes due to filtration separation characteristics There are complex application technologies consisting of physics, chemistry, biology and fluid mechanics to minimize and large-scale process system design and operation. As the membrane separation technology is developed, the energy-saving separation process is needed, and the social need for clean environment process technology such as free circulation is increased, the membrane separation process is being carried out from petrochemical, waste treatment, domestic water purifier, It is extensively applied to the field of recovery and purification of foods, medicines, bio-related compounds, and gas separation including hydrogen and oxygen.

분리막의 재질은 매우 다양하지만 생체막과 합성막으로 크게 구분할 수 있다. 생체막은 생체에 존재하고 있는 막을 의미하며, 사람의 눈에 있는 각막 또는 방광막 등과 같이 생체 부위의 명칭이 붙어 있지만, 이들을 총칭하여 생체막이라 부른다. 그러나 생체막은 대량으로 확보하기 어렵고 모듈화하기 또한 쉽지 않기 때문에 공업적으로는 거의 대부분 합성막을 사용하고 있다.Membrane materials vary widely, but can be broadly divided into biomembranes and synthetic membranes. Biological membrane means a membrane existing in a living body, and the name of a living body part such as a cornea or a bladder membrane in a human eye is attached, and these are collectively referred to as a biomembrane. However, since the biomembrane is difficult to obtain in large quantities and it is difficult to modularize it, industrially almost all synthetic membranes are used.

합성막은 유기막과 무기막으로 구분될 수 있으며, 유기막(Organic membrane)은 대부분 고분자로 이루어져 있어 고분자막(Polymeric membrane)이라고도 하며, 무기막에는 세라믹, 유리, 금속 재질 등이 소재로 사용된다. The synthetic membrane can be divided into an organic membrane and an inorganic membrane. The organic membrane is mostly made of a polymer and is called a polymeric membrane. The inorganic membrane is made of ceramics, glass, and a metal material.

멤브레인(Membrane) 중 기체 분리막의 원리를 살펴보면 분리막을 이용한 기체분리는 분리막에 대한 선택적인 가스투과원리에 의하여 진행되며, 기체혼합물이 막 표면에 접촉하였을 때 기체성분은 막 속으로 용해, 확산하게 되는데 이 때 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 분리박 소재에 따라서 서로 다르게 나타나게 된다. The principle of the gas separation membrane in the membrane is that the separation of the gas using the separation membrane proceeds according to the selective gas permeation principle for the separation membrane. When the gas mixture contacts the membrane surface, the gas component dissolves and diffuses into the membrane In this case, the solubility and permeability of each gas component are different depending on the separation foil material.

일반적인 상업화 분리막 소재로서 고분자소재인 폴리설폰(Polysulfon)이 사용되 있으며, 폴리설폰의 고분자 소재는 기체에 대한 상대적인 투과속도에 따라 고분자 막을 이용하여 혼합된 가스를 분리할 수 있는 기본적인 이유가 된다. 이 중 공기 중에서 대부분을 차지하고 있는 산소와 질소의 경우 산소의 투과속도가 질소보다 빠른 특성을 이용하여 질소를 분리, 농축시킬 수 있으며, 기체분리막의 제조에 있어서 가지는 특성인 선택도와 투과도의 성능을 이용하여 다양한 응용에 적용할 수 있는 기체분리용 고분자 소재로 이용될 수 있으나 고분자소재의 분리막은 유기물로 구성됨에 따라 내구성, 내열성 및 화학적 안정성이 매우 미흡하여 한정적인 선택 투과분리에만 적용되고 있는 상황이라 할 수 있다.Polysulfones, which are polymeric materials, are used as general commercialization membrane materials. Polysulfone polymer materials are a basic reason for separating the mixed gas using the polymer membrane depending on the relative permeation rate to the gas. In the case of oxygen and nitrogen which occupies most of the air, the permeation rate of oxygen is faster than that of nitrogen, so that nitrogen can be separated and concentrated. Also, the performance of the gas permeation membrane, However, since the separator of the polymer material is composed of organic materials, the durability, the heat resistance, and the chemical stability are insufficient, which is applied only to the limited selective permeation separation. .

따라서 다양한 구조를 가지는 많은 다공성 세라믹 재료 중에서 나노 또는 그 이하의 세공 크기를 가지는 세라믹 박막은 원하는 분자를 크기에 따라 선택적으로 투과하는 기체 분리용 막(Membrane)으로 적용될 수 있을 뿐만 아니라 내열성, 화학적 안전성, 기계적 물성 등이 유기 고분자 막보다 월등히 우수하기 때문에 이를 위하여 고온, 고압의 부식성 분위기에서 선택적 투과를 위한 다양한 무기소재의 기체 분리막 개발이 필요하다 할 수 있다. Therefore, among many porous ceramic materials having various structures, a ceramic thin film having a pore size of nano or less can be applied not only as a membrane for gas separation selectively permeating a desired molecule according to its size, but also as a material for heat resistance, Mechanical properties are superior to those of organic polymer membranes. Therefore, it is necessary to develop gas separation membranes of various inorganic materials for selective permeation in a corrosive atmosphere of high temperature and high pressure.

현재까지 본 발명과 관련되어 연구, 개발된 기체분리형 무기막의 선행기술을 살펴보면 다음과 같다. The prior art of the gas separation type inorganic membrane that has been studied and developed in connection with the present invention will now be described.

한국공개특허 공개번호 2008-0099632에서는 벽면의 기공의 크기와 기공율이 제어된 고성능의 탄화규소질 마이크로 튜브를 제조하는 방법을 개시하고 있는 바, 인용발명에서는 폴리카보실란으로부터 유도된 섬유를 부분적으로 경화하여 경화되지 않은 부분을 용출하여 제거함으로써 중공성 섬유를 제조하고, 이를 열처리하여 벽면의 기공의 크기와 기공율이 제어된 중공성의 탄화규소질 마이크로 튜브를 제조하는 방법에 대해 제안하고 있는 반면, 본원에서는 지지체로 어떠한 무기막의 소재에 제한을 두지 않으면서 세라믹 지지체와 최종 무기분리막인 제올라이트의 사이에 비표면적인 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카로 구성하는 공정과, 세라믹 기판의 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하는 공정과, 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 제공한 후 나트륨(Na)의 원자반경보다 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환하면 촉매의 기능을 제공함은 물론 무기막의 기공 크기가 다양하게 구성되어 액체 및 기체 분자들의 운동학적 지름(Kinetic diameter)의 크기에 따라 선택적으로 분리할 수 있는 분리용 제올라이트의 무기막 제조방법과의 기술 구성이 전혀 다름을 알 수 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0099632 discloses a method for producing a high-performance silicon carbide microtube having controlled pore size and porosity on the wall surface. In the cited invention, the fibers derived from the polycarbosilane are partially cured A hollow fiber is produced by dissolving and removing an unhardened portion, and a heat treatment is performed on the hollow fiber to manufacture a porous silicon carbide microtube having controlled pore size and porosity of the wall surface. A step of forming a large gamma type alumina or silica having a specific surface area between the ceramic support and the zeolite as a support without limiting the material of the inorganic film as a support, A step of coating a zeolite of NaA type having (Na) type zeolite having a pore size of 4 angstroms and then ion exchanged with salts of metal which is larger or smaller than the atomic radius of sodium (Na), provides not only the function of the catalyst but also the pore size of the inorganic membrane It can be seen that the composition of the separating zeolite, which can be selectively separated depending on the size of the kinetic diameter of the liquid and gas molecules, is completely different from that of the inorganic membrane production method.

미국특허 등록번호 8030399호에서는 가교된 유-무기 하이브리드막과 이를 이용한 가스분리 방법을 개시하고 있는 바, 인용발명에서는 본원과 유사하게 가스의 분리를 위한 기술적 사상은 유사하나 폴리에틸렌옥사이드 및 셀룰로우즈 아세테이트와 같은 유기물질로 구성되고, 산(acid) 촉매 하에 폴리에틸렌옥사이드와 유기실리카로 구성된 고분자와의 졸-겔반응에 의해 가교가 되는 반면, 본원에서는 유일하게 무기물로만 구성되어 있으며, 다양한 기공의 크기를 갖는 무기막의 제조방법과 전혀 다름을 알 수 있다. U.S. Patent No. 8030399 discloses a crosslinked organic-inorganic hybrid membrane and a method for separating gas using the same. In the cited invention, similar to the present invention, the technical idea for gas separation is similar, but polyethylene oxide and cellulose acetate , And is crosslinked by a sol-gel reaction with a polymer composed of polyethylene oxide and organic silica under an acid catalyst. In the present invention, however, it is solely composed of an inorganic substance and the size of various pores Is completely different from the method of producing the inorganic film having the above-mentioned structure.

미국특허 등록번호 7998247에서는 무기산화물이 코팅된 층과 가스의 선택성 물질로 구성된 가스분리 멤브레인을 개시하고 있는 바, 인용발명에서는 수소 투과성의 물질을 기판 상층부에 귀한금속으로 구성된 달걀껍질 모양의 촉매로 다공성 기판으로 구성된 가스분리용 멤브레인인 반면, 본원에서는 세라믹으로 구성된 기판 위에 NaA zeolite를 코팅하여 기공의 크기가 4Å인 제올라이트를 제공한 후 나트륨의 원자반경보다 크거나 작은 금속염으로 이온교환하면 이온교환된 금속에 의해 촉매의 역할을 제공함은 물론 다양한 기공 크기를 갖는 무기막이 구성되어 액체 및 기체 분자들의 운동학적 지름(Kinetic diameter)의 크기에 따라 선택적으로 분리할 수 있는 본원과 기술구성과 전혀 다름을 알 수 있다.U.S. Patent No. 7,998,247 discloses a gas separation membrane composed of a layer coated with an inorganic oxide and a gas-selective material. In the cited invention, a hydrogen permeable material is used as an egg shell catalyst composed of a precious metal on the substrate, In this case, NaA zeolite is coated on a substrate made of ceramic to provide a zeolite having a pore size of 4 Å, and then ion exchange with a metal salt which is larger or smaller than the atomic radius of sodium results in ion- It can be seen that the inorganic film having various pore sizes is constituted and completely different from the present invention and the technical construction which can be selectively separated according to the size of the kinetic diameter of liquid and gas molecules have.

미국특허 등록번호 7938894에서는 하이브리드형 유-무기 가스분리막을 개시하고 있는 바, 인용발명에서는 화학적 기상증착법에 의해 다공성 알루미나 기판에 유-무기막을 제공하고 있는 반면, 본원에서는 지지체로 어떠한 무기막의 소재에 제한을 두지 않으면서 세라믹 지지체와 최종 무기분리막인 제올라이트의 사이에 비표면적인 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카로 구성하는 공정과, 세라믹 기판의 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하는 공정과, 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨의 원자반경보다 크거나 작은 금속염에 의한 이온교환 공정을 통해 다양한 기공의 크기를 갖는 무기막 제조방법임에 따라 인용발명과의 기술적 구성이 전혀 다름을 알 수 있다.U.S. Patent No. 7938894 discloses a hybrid type organic-inorganic gas separation membrane. In the present invention, a chemical vapor deposition method is used to provide an organic-inorganic membrane on a porous alumina substrate. In the present invention, however, Type alumina or silica having a specific surface area between the ceramic support and the zeolite as the final inorganic separator, and a step of coating a NaA-type zeolite having pores of 4 Å coated on the substrate surface of the ceramic substrate with a coating And a method of manufacturing an inorganic film having various pore sizes through an ion exchange process by a metal salt which is larger or smaller than the atomic radius of sodium in a NaA type zeolite having pores of 4 Å coated on the substrate surface, And the technical configuration of the second embodiment is completely different from that of the second embodiment.

Jin Seon Park, Yun Jo Lee and Kyung Byung Yoon, JACS comunications, Published on Web 01/29/2004.에서는 기판과 이웃하는 미세결정들 사이에 측면 분자들이 교차결합에 의해 제올라이트의 미세결정들이 공유결합으로 부착된 단층막과의 결합력을 증가시켜주기 위한 연구결과를 개시하고 있는 바, 본 인용발명에서는 무기막용 기판위에 zeolite-A의 마이크로 결정을 접속이 가능하도록 연결하기 위하여 Aminopropyl 그룹이나 terephthaldicarboxaldehyde 또는 1,4-diisocyanatobutane로 처리하고, 가교결합에 의해 세라믹 기판과 제올라이트의 단층막의 결합력을 증가시켜 주고 있는 반면, 본원에서는 지지체로 어떠한 무기막의 소재에 제한을 두지 않으면서 세라믹 지지체와 최종 무기분리막인 제올라이트의 사이에 비표면적인 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카로 구성하는 공정과, 세라믹 기판의 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하는 공정과, 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 나트륨의 원자반경보다 크거나 작은 금속염에 의한 이온교환 공정을 통해 촉매의 기능을 제공하면서 다양한 기공의 크기를 갖는 무기막의 제조방법을 제시하고 있는 바, 인용연구와의 기술적 구성이 전혀 다르다 할 수 있다. In this paper, we investigate the effect of cross-linking of side-by-side molecules between the substrate and neighboring microcrystals to form a covalent bond between the microcrystals of zeolite. In the present invention, in order to connect microcrystals of zeolite-A on a substrate for an inorganic film, an aminopropyl group or terephthaldicarboxaldehyde or 1,4- diisocyanatobutane to increase the bonding force between the ceramic substrate and the monolayer of zeolite by crosslinking. On the other hand, in the present invention, the ratio of the ratio between the ceramic support and the zeolite, which is the final inorganic separator, A step of forming a large-gamma-type alumina or silica having a surface area, A step of coating NaA type zeolite having a pore size of 4 Å coated on the substrate surface and a step of ion exchange process of NaA type zeolite having a pore size of 4 Å coated on the substrate surface with a metal salt having a size smaller than or smaller than the atomic radius of sodium The present invention proposes a method for producing an inorganic membrane having various pore sizes while providing the function of a catalyst, and thus the technical structure of the inorganic film can be completely different from that of a cited study.

XIAOBO CHEN, WEISHEN YANG, JIE LIU, XIAOCHUN XU, AISHENG HUANG, LIWU LIN, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS 21, 2002, 1023-1025에서는 제올라이트 멤브레인이 멤브레인 반응기, 화학적 감지기와 안정적인 작동하에 가스분리를 달성할 수 있다는 이유로 반응/분리장치가 결합될 수 있는 잠재성 때문에 매우 적극적으로 연구되고 있으며, 제올라이트 멤브레인에 대한 구성요소 및 성능이 우수한 제올라이트의 멤브레인을 제공하기 위한 방법을 제시하고 있는 바, 인용 논문에서는 직경 30 mm, 두께 3 mm, 0.3~0.5 ㎛의 기공반경의 알파타입의 알루미나 기판을 이용하여 기판의 표면개질, NaA의 제올라이트 결정핵 성장을 위한 시드(Seed)단계 및 제올라이트의 합성을 위한 입자 성장단계에 의해 알파알루미나 표면에 제올라이트가 코팅된 제올라이트 멤브레인이 형성된 반면, 본원에서는 지지체로 어떠한 무기막의 소재에 제한을 두지 않으면서 세라믹 지지체와 최종 무기분리막인 제올라이트의 사이에 비표면적인 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카로 구성하는 공정과, 세라믹 기판의 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하는 공정과, 소지표면에 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 나트륨의 원자반경보다 크거나 작은 금속염에 의한 이온교환 공정을 통해 다양한 기공의 크기를 갖는 무기막을 제조하는 방법으로서, 인용 연구와의 기술적 구성이 전혀 다름을 알 수 있다. The zeolite membranes can achieve gas separation under stable operation with membrane reactors and chemical detectors in XIAOBO CHEN, WEISHEN YANG, JIE LIU, XIAOCHUN XU, AISHENG HUANG, LIWU LIN, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS 21, 2002, 1023-1025 Due to the potential for the reaction / separation device to be combined, it has been actively researched and proposed a method for providing a membrane of a zeolite having excellent components and performance for a zeolite membrane, , A surface modification of the substrate using an alpha type alumina substrate with a pore radius of 0.3 to 0.5 탆, a thickness of 3 mm, a seeding step for the zeolite crystal nucleus growth of NaA and a grain growth step for synthesis of the zeolite A zeolite-coated zeolite membrane was formed on the alpha-alumina surface, A process of forming large gamma type alumina or silica having a specific surface area between a ceramic support and a zeolite as a final inorganic separation membrane without limiting the material of any inorganic film and a step of forming a 4 Å pore coated on the substrate surface of the ceramic substrate And a step of coating a zeolite having a pore size of 4 Å coated on the substrate surface with an inorganic membrane having various pore sizes through an ion exchange process with a metal salt having a size smaller than or smaller than the atomic radius of sodium As a method of manufacturing, it can be seen that the technical composition is different from the cited study.

상기에서 살펴본 바와 같이 지금까지 연구, 개발된 기체분리형 무기막들은 세라믹 기판위에 단독의 무기산화물 내지는 유·무기물로 구성된 하이브리드형의 무기막으로 구성됨에 따라 미세기공의 무기막을 균일하게 제공하면서 결합력이 우수한 무기막(inorganic thin film)으로 구성된 멤브레인을 제공하는데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 유·무기물로 구성된 하이브리드형의 무기막인 경우 화학반응/기체분리가 동시에 진행이 되면서 높은 온도가 필요로 하는 분야에는 유기물이 열원에 의해 매우 취약해진다는 특성에 따라 기체분리형의 멤브레인을 제공할 수 없음은 물론 촉매의 기능을 동시에 제공할 수 없기 때문에 화학반응의 수득율을 증가시키지 못한다는 문제점이 있으며, 특히 혼합된 가스나 액체들 중에는 각각의 물질에 대한 운동학적 지름(Kinetic diameter) 크기가 각각 다르고, 다양하기 때문에 혼합된 가스나 액체들 중에 유효성분을 효과적으로 분리하기 위해서는 혼합된 가스나 액체들 중에 혼합된 유효성분의 운동학적 지름의 크기보다 무기막의 기공 크기가 크면서 다양한 기공의 선택성을 제공해야 하나, 지금까지의 무기막인 경우 본원과 같이 간단한 방법에 의해 다양한 크기의 기공을 갖으면서 촉매의 기능을 동시게 제공하기 위한 무기막을 제공할 수 없기 때문에 분리효율이 매우 저조할 뿐만 아니라 수득률이 저조하다 할 수 있다. As described above, since the gas separation type inorganic films studied and developed so far are composed of a hybrid type inorganic film composed of a single inorganic oxide or organic / inorganic substance on a ceramic substrate, it is possible to provide an inorganic film of fine pores uniformly, There are many difficulties in providing a membrane composed of an inorganic thin film. In addition, in the case of a hybrid type inorganic membrane composed of an oil and an inorganic material, a chemical reaction / gas separation is simultaneously carried out, It is not possible to provide a membrane of a gas separation type as well as a function of a catalyst at the same time due to the characteristic of being very weakened by the heat source. Therefore, there is a problem that the yield of the chemical reaction can not be increased, Among the liquids, the kinematic diameter In order to effectively separate the effective components in the mixed gas or liquid, the pore size of the inorganic membrane is larger than the kinematic diameter of the active ingredient mixed in the mixed gas or liquid, because the kinetic diameter is varied and varied. It is necessary to provide selectivity of various pores. However, in the case of inorganic membranes so far, it is not possible to provide inorganic membranes for simultaneously providing the functions of the catalyst while having various sizes of pores by a simple method as described herein. It is not only very poor but also low in yield.

한국공개특허 공개 제2008-0099632호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0099632 미국특허 등록 제8030399호U.S. Patent No. 8030399 미국특허 등록 제7998247호US Patent No. 7998247 미국특허 등록 제7938894호US Patent No. 7938894

Jin Seon Park, Yun Jo Lee and Kyung Byung Yoon, JACS comunications, Published on Web 01/29/2004. Jin Seon Park, Yun Jo Lee and Kyung Byung Yoon, JACS comunications, Published on Web 01/29/2004. XIAOBO CHEN, WEISHEN YANG, JIE LIU, XIAOCHUN XU, AISHENG HUANG, LIWU LIN, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS 21, 2002, 1023-1025 XIAOBO CHEN, WEISHEN YANG, JIE LIU, XIAOCHUN XU, AISHENG HUANG, LIWU LIN, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS 21, 2002, 1023-1025

상기에서 살펴본 바와 같이 지금까지 연구, 개발된 기체 및 액체 분리형의 무기막들은 세라믹 기판위에 단독의 무기산화물 내지는 유·무기물로 구성된 하이브리드형의 무기막으로 구성됨에 따라 미세기공의 무기막을 균일하게 제공하면서 결합력이 우수한 무기막(inorganic thin film)으로 구성된 멤브레인을 제공하는데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 유·무기물 복합체의 멤브레인인 경우 화학반응/기체분리가 동시에 진행이 되면서 높은 온도가 필요로 하는 분야에는 유기물이 열원에 의해 매우 취약해진다는 특성에 따라 기체 및 액상 분리형의 멤브레인을 제공할 수 없으며, 특히 종래의 기체 및 액체 분리형의 무기막들은 무기막을 구성하고 있는 기공의 크기에 맞는 기체 또는 액상의 이동상을 단순히 분리 기능을 제공하기 때문에 화학반응의 생산성 향상을 위한 촉매역활은 전혀 제공할 수 없다는 문제점이 있었다. 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, As described above, the inorganic films of the gas and liquid separation type, which have been studied and developed so far, are composed of a hybrid type inorganic film composed of a single inorganic oxide or an organic / inorganic substance on a ceramic substrate, In addition to the difficulty in providing a membrane composed of an inorganic thin film having excellent bonding strength, in the case of a membrane of a mineral-inorganic composite membrane, in a field where a high temperature is required as the chemical reaction / gas separation proceeds at the same time, It is impossible to provide a gas and a liquid separating type membrane according to the characteristic of being very weakened by a heat source. Particularly, the inorganic films of the conventional gas and liquid separation type are simply formed of a gas or a liquid mobile phase suited to the pore size constituting the inorganic film Because of the separation function, the production of chemical reactions Catalytic role for the improvement was the problem can not be provided at all. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art,

세라믹 상위층에 NaA 타입의 제올라이트를 형성시킨 후 제올라이트의 기공 크기를 다양하게 제공하도록 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속으로 이온교환됨에 따라 무기막(Inorganic membrane)의 기공 크기가 다양하게 구성되어 액체 및 기체 분자들의 운동학적 지름(Kinetic diameter)의 크기에 따라 선택적으로 분리할 수 있음은 물론 촉매의 기능이 제공되어 분리 및 촉매반응을 동시에 제공할 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로 기체 및 액체의 선택적 분리효율과 생산성 향상을 극대화할 수 있는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.After the NaA type zeolite is formed on the ceramic upper layer, the pore size of the inorganic membrane is variously changed depending on the ion exchange with a metal having a larger or smaller radius of the atom than that of sodium to provide various pore sizes of the zeolite. And the kinetic diameter of the gas molecules. In addition, it is possible to simultaneously provide the separation and the catalytic reaction by providing the function of the catalyst, and at the same time, the efficiency of selective separation of gas and liquid And a method for producing an inorganic film for selective separation of liquid and gas by an ion exchange method capable of maximizing productivity improvement.

상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 무기물(Inorganic)로 이루어진 세라믹 기판 위에 중간물질(Intermediator)로서 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카를 코팅하는 제1단계 공정; 상기 제1단계 공정에서 코팅된 감마타입의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅시키는 제2단계 공정; 상기 제2단계 공정에서 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환시켜, 제올라이트가 촉매의 기능을 갖게하고, 제올라이트의 기공(Pore) 크기를 다양하게 하는 제3단계 공정; 상기 제3단계 공정에서 이온교환된 금속 이외의 불순물을 제거하기 위하여 용매로 세척하는 제4단계 공정; 및 상기 제4단계 공정에서 사용된 용매를 제거하기 위하여 건조하는 제5단계 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of coating a gamma type alumina or silica having a large specific surface area as an intermediate material on a ceramic substrate made of an inorganic material; A second step of coating NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å on the gamma-type alumina or silica surface coated in the first step; The NaA type zeolite having a pore size of 4 angstroms coated in the second step process is ion-exchanged with salts of a metal having a larger or smaller radius of an atom than that of sodium, so that the zeolite functions as a catalyst, A third step of varying the pore size of the zeolite; A fourth step of washing with a solvent to remove impurities other than the ion-exchanged metal in the third step; And a fifth step of drying in order to remove the solvent used in the fourth step. The present invention also provides a method for producing an inorganic film for selective separation of liquid and gas by an ion exchange method.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막을 제공한다.The present invention also provides an inorganic membrane for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method, which is produced by the above-described production method.

본 발명에 따른 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막은 내열성이 우수한 세라믹 기판 상위층에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅한 후 나트륨의 원자반경보다 크거나 작은 금속을 이온교환하여, 촉매 기능을 제공하면서 액체 및 기체를 선택적으로 분리할 수 있는 무기막이 제공할 수 있다. 따라서 액상 및 기상반응시에 높은 수득률을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 이온교환에 의한 선택적 기공을 갖는 기체 및 액상의 분리형 무기막을 통해 화학반응/기체분리가 동시에 진행이 되면서 높은 온도가 필요로 하는 분리분야에 이용될 수 있기 때문에, 열원에 매우 취약한 종래의 고분자 멤브레인의 문제점을 완전히 극복할 수 있다. 또한, 기공의 크기가 다양하면서 내열성의 무기막을 구성시킬 수 있어 장기적으로 높은 온도가 요구되는 분야에 다방면으로 이용될 수 있음은 물론 선택적으로 분리효율을 극대화할 수 있도록 기공의 크기가 다양하게 구성되며, 촉매의 기능을 동시에 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.The inorganic film for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method according to the present invention is formed by coating a NaA type zeolite on the upper layer of a ceramic substrate having excellent heat resistance and then performing ion exchange with a metal having an atomic radius larger or smaller than sodium atom, Thereby providing an inorganic film capable of selectively separating the liquid and the gas. Therefore, it is possible not only to provide a high yield in the liquid phase and gas phase reaction, but also to carry out a chemical reaction / gas separation simultaneously with gas and liquid separation type inorganic films having selective pores by ion exchange, It is possible to completely overcome the problems of conventional polymer membranes which are very vulnerable to heat sources. In addition, since the pore size can be varied to form a heat resistant inorganic film, the pore size can be variously selected to maximize the separation efficiency selectively as well as to be used in various fields where high temperature is required in the long term , And the function of the catalyst can be provided at the same time.

도 1은 처리되지 않은 알루미나 기판의 전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 세라믹 기판 위에 코팅된 중간물(Intermediator)의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 세라믹 기판 위의 상위층(Top layer)에 제올라이트가 코팅된 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 본 실시예에 따른 흐름도표이다.
Figure 1 is an electron micrograph of an untreated alumina substrate.
2 is an electron micrograph of an intermediate coated on a ceramic substrate of the present invention.
3 is an electron micrograph of a zeolite-coated top layer on a ceramic substrate of the present invention.
4 is a flow chart according to one embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법을 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for producing an inorganic film for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법은 (a) 무기물(Inorganic)로 이루어진 세라믹 기판 위에 중간물질(Intermediator)로서 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카를 코팅하는 제1단계 공정; (b) 상기 제1단계 공정에서 코팅된 감마타입의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅시키는 제2단계 공정; (c) 상기 제2단계 공정에서 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환시켜, 제올라이트가 촉매의 기능을 갖게하고, 제올라이트의 기공(Pore) 크기를 다양하게 하는 제3단계 공정; (d) 상기 제3단계 공정에서 이온교환된 금속 이외의 불순물을 제거하기 위하여 용매로 세척하는 제4단계 공정; 및 (e) 상기 제4단계 공정에서 사용된 용매를 제거하기 위하여 건조하는 제5단계 공정을 포함한다.
The method for preparing an inorganic film for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method according to the present invention comprises the steps of: (a) mixing a gamma type alumina or silica having a large specific surface area as an intermediate material on a ceramic substrate made of an inorganic material; A first step of coating; (b) a second step of coating NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å on the gamma-type alumina or silica surface coated in the first step; (c) NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å coated in the second step process is ion-exchanged with salts of a metal having a larger or smaller radius of an atom than that of sodium, so that the zeolite functions as a catalyst A third step of varying the pore size of the zeolite; (d) a fourth step of washing with a solvent to remove impurities other than the metal ion-exchanged in the third step; And (e) a fifth step of drying to remove the solvent used in the fourth step.

상기 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막을 제조하기 위해서,
In order to produce an inorganic film for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method,

(a) 먼저 무기물(Inorganic)로 이루어진 세라믹 기판 위에 중간물질(Intermediator)로서 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카를 코팅하는 제1단계 공정을 통하여, 세라믹 기판 위에 알루미나 또는 실리카를 코팅하도록 한다.(a) First, alumina or silica is coated on a ceramic substrate through a first step of coating a gamma type alumina or silica having a large specific surface area as an intermediate material on a ceramic substrate made of an inorganic material.

본 발명을 위해 구성된 세라믹 기판들은 대부분이 조대한 입자로 구성됨에 따라 기공이 매우 크고, 표면의 평활도가 부족함에 따라 기판 상층에 불량의 NaA 타입의 제올라이트 형성되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 세라믹 기판 상에 중간물질을 구성시키며, 상기 중간물질은 비표면적이 큰 감마 결정구조의 알루미나 또는 실리카가 코팅되어 이루어진다. 상기 세라믹 기판을 이루는 무기물로는 당업계에서 세라믹 기판으로 사용가능한 것이라면 특별한 제한은 없다.Since most of the ceramic substrates constituted for the present invention are made of coarse particles, pores are very large and the smoothness of the surface is insufficient, so that a defective NaA type zeolite is formed on the upper layer of the substrate. , An intermediate material is formed on a ceramic substrate, and the intermediate material is coated with alumina or silica having a gamma crystal structure having a large specific surface area. The inorganic material constituting the ceramic substrate is not particularly limited as long as it can be used as a ceramic substrate in the art.

상기 세라믹 기판 위의 중간물질로서 감마 결정구조의 알루미나(γ-Al2O3) 또는 실리카(γ-SiO2)를 코팅시키기 위해서는, 알루미나의 졸(Alumina sol) 또는 실리카 졸(silica sol) 제조방법에 의해 만들어진, 알루미나 또는 실리카의 고형분의 함량이 0.25 내지는 15 중량%인 알루미나 졸 또는 실리카 졸 용액을 스핀코팅(Spin coating), 침지코팅(Dip coating), 분사코팅(Spray coating), 롤코팅(Roll coating) 중 선택되는 코팅방법으로 세라믹 기판 위에 코팅을 하며, 이 후 건조공정 및 하소(Calcination) 공정의 가열에 의해 세라믹 기판 위에 비표면적이 큰 감마 결정구조의 알루미나 또는 실리카의 중간물질이 코팅된다. (Γ-Al 2 O 3 ) or silica (γ-SiO 2 ) as an intermediate material on the ceramic substrate, it is preferable to use alumina sol or silica sol manufacturing method A spray coating, a spray coating, a roll coating (roll coating), or the like, which is made of alumina or silica sol having a solids content of 0.25 to 15 wt% coating is applied on the ceramic substrate by a coating method selected from among the coating method, and then the alumina or silica intermediate material having a gamma crystal structure having a large specific surface area is coated on the ceramic substrate by heating in the drying step and the calcination step.

상기 건조공정은 15 ℃ 내지는 185 ℃의 온도범위에서 근적외선 가열방법, 적외선가열방법, 극초단파에 의한 가열방법, 오븐(Oven)에 의한 열풍 가열방법, 열판 직접가열방법, 상온 훈풍 가열방법 중 어느 하나의 가열방법에 의하여 이루어질 수 있다.The drying step may be carried out in a temperature range of 15 ° C to 185 ° C by any one of a near-infrared heating method, an infrared heating method, a microwave heating method, an oven heating method, a hot plate direct heating method, Heating method.

상기 하소(Calcination)공정은 세라믹 기판 위에 코팅 및 가열, 건조된 알루미나 또는 실리카 코팅부분에 존재하고 있는 유기물 내지는 유기부산물을 제거하면서 세라믹 기판과의 결합력을 제공하기 위한 공정으로서, 400 ℃ 내지 850 ℃의 온도에서 30 분 내지 12시간 가열함으로써, 세라믹 기판 위에 중간물질로서 비표면적이 큰 감마 결정구조의 알루미나 또는 실리카가 코팅되어 지며, 이 때 상기 알루미나 또는 실리카의 비표면적은 80~250 m2/g의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The calcination process is a process for providing a bonding force with a ceramic substrate while removing organic substances or organic by-products present in alumina or silica coated portions coated and heated on a ceramic substrate, At a temperature of 30 minutes to 12 hours, alumina or silica having a gamma crystal structure having a large specific surface area is coated on the ceramic substrate, wherein the specific surface area of the alumina or silica is 80 to 250 m 2 / g Size.

상기 감마 결정구조의 알루미나 또는 실리카 졸 용액으로는 알루미나(Al2O3) 또는 실리카(SiO2) 고형분의 함량이 0.10 중량% 내지는 15.0 중량%의 졸용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.50 중량% 내지는 10.0 중량% 농도의 졸용액을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 내지는 7.5 중량%의 졸용액을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 3.5 중량% 내지는 6.0 중량%의 알루미나 또는 실리카 졸 용액을 사용할 수 있다. 상기 알루미나 또는 실리카의 함량이 0.10 중량% 이하인 경우에는 고형분의 함량이 낮기 때문에 세라믹 기판 위에 알루미나 또는 실리카가 분포될 확률이 미흡하여 여러 차례의 코팅과정 및 건조, 하소(Calcine)과정을 거쳐야 하기 때문에 작업성이 크게 떨어진다는 단점이 있으며, 15.0 중량 % 이상의 고형분이 포함된 졸용액을 사용할 경우에는 너무 농도가 높아서 화학적으로 불안정하여 겔화(Gelation)가 될 확률이 높기 때문에 이에 대한 안정한 상태의 알루미나 또는 실리카 졸 상태를 유지 및 관리하는데 매우 어려움이 있다.As the alumina or silica sol solution of the gamma crystal structure, a sol solution of 0.10 wt.% To 15.0 wt.% Of alumina (Al 2 O 3 ) or silica (SiO 2 ) solids may be used, By weight or 10.0% by weight of the sol solution, more preferably from 2.5% by weight to 7.5% by weight of the sol solution, most preferably from 3.5% by weight to 6.0% by weight of the alumina or silica sol solution Can be used. When the content of the alumina or silica is less than 0.10 wt%, the content of alumina or silica is insufficient on the ceramic substrate because the solid content is low, so that the coating process, the drying process, and the calcination process must be performed several times. And when the sol solution containing 15.0 wt% or more of solids is used, the concentration is too high to be chemically unstable and the probability of gelation is high. Therefore, a stable alumina or silica sol It is very difficult to maintain and manage state.

본 발명에 있어서, 상기 세라믹 기판은 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania), 지르코니아(Zirconia), 이산화규소(Silica), 탄화규소(Silicon carbide), 질화규소(Silicon nitride), 탄화텅스텐(Tungstan carbide), 질화텅스텐(Tungstan nitride), 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석(Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철(Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트(Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어로겔(Aerogel), 플라이애시(Fly ash) 및 고로슬래그(Furnace slag)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 세라믹 성분으로 구성될 수 있다.In the present invention, the ceramic substrate may be formed of a material selected from the group consisting of Alumina, Titania, Zirconia, Silica, Silicon carbide, Silicon nitride, Tungsten carbide, Tungsten nitride, zircon, petite, olivine, kaolin, diatomite, wollastonite, pyrophyllite, dolomite, lithium minerals, magnesite, Magnesite, Bauxite, Bentonite, Pumice, Borate, Serpentine, Acid clay, Iron Oxide, Garnet, Carbonate Minerals, Carbonate Minerals, Attapulgite, Sepiolite, Nephrite, Apatite, Illite-Mica, Feldspar, Perlite, Vermiculite, Barite, talc, diatomaceous earth, graphite, In the group consisting of Hectorite, Clay Minerals, Tourmaine, Fume silica, Aerogel, Fly ash and Furnace slag, And may be composed of any one or two or more kinds of ceramic components selected.

본 발명의 상기 세라믹으로 구성된 기판은 바람직하게는 0.1 내지 10mm의 두께를 갖는다. 상기 기판의 두께가 0.1mm 미만인 경우에는 세라믹의 두께가 얇기 때문에 혼합가스들이 무기막을 통과할 때 큰 장애를 크게 받지 않고 침투되어 다량의 가스를 분리할 수 있다는 장점을 가질 수 있으나, 세라믹 자체가 취성이 매우 크기 때문에 가스분리를 위한 세라믹 기판을 가공하거나 설치할 때 많은 가공비가 소요되거나 가스의 분리공정에 막이 파손될 수 있다는 문제점이 있으며, 상기 기판의 두께가 10 mm를 초과하는 경우 세라믹의 두께가 두꺼워 많은 가스의 압력이 필요할 뿐만 아니라 분리되는 가스의 량이 적어 생산성이 낮다는 단점을 갖는다.
The substrate composed of the ceramic of the present invention preferably has a thickness of 0.1 to 10 mm. When the thickness of the substrate is less than 0.1 mm, the thickness of the ceramic is small. Therefore, it is possible that the mixed gas can penetrate without passing a large obstacle when passing through the inorganic film to separate a large amount of gas. However, There is a problem that a large processing cost is required for processing or installing a ceramic substrate for gas separation or a membrane may be broken in a gas separation process. When the thickness of the substrate exceeds 10 mm, the thickness of the ceramic is thick Not only the pressure of the gas is required but also the productivity is low due to a small amount of gas to be separated.

(b) 다음으로, 상기 제1단계 공정에서 코팅된 감마타입의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅시킨다.(b) Next, NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å is coated on the surface of gamma-type alumina or silica coated in the first step.

상기 제2단계 공정은 pH가 10 이상의 수용액 조건에서 화학양론적으로 2몰에 해당하는 이산화규소(SiO2)와 1몰에 해당하는 산화알루미늄(Al2O3)과 5몰에 해당하는 산화나트륨(Na2O)을 함께 섞어주는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 생성된 비정질의 알루민산규산나트륨(Sodium aluminosilicate)의 슬러리(Slurry)상태의 용액을 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카가 코팅된 세라믹 기판과 접촉시키는 접촉단계; 및 상기 비정질의 알루민산규산나트륨을 75 내지 130 ℃의 온도 및 30 kg/cm2 이하의 가압 조건에서 가열하여 세라믹 기판 위에 제공된 비정질의 알루민산규산나트륨의 입자를 성장시키기 위한 결정 성장단계로 이루어진다.In the second step, the silicon dioxide (SiO 2 ) stoichiometrically stoichiometrically, the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) corresponding to 1 mole and the sodium oxide corresponding to 5 moles (Na 2 O); Contacting a slurry solution of amorphous sodium aluminosilicate produced in the mixing step with a gamma-type alumina or silica-coated ceramic substrate having a large specific surface area; And a crystal growth step for growing the amorphous sodium aluminosilicate particles provided on the ceramic substrate by heating the amorphous sodium aluminosilicate at a temperature of 75 to 130 DEG C and a pressure of 30 kg / cm < 2 > or less.

상기 혼합단계에서는 pH가 10 이상의 수용액 조건에서 화학양론적으로 2몰에 해당하는 이산화규소(SiO2)와 1몰에 해당하는 산화알루미늄(Al2O3)과 5몰에 해당하는 산화나트륨(Na2O)을 혼합하여 비정질의 알루민산규산나트륨의 슬러리(Slurry)를 생성한다. In the mixing step, silicon dioxide (SiO 2 ) corresponding to two molar equivalents, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) corresponding to one mole and sodium oxide (Na 2 O 3 ) corresponding to 5 mol 2 O) are mixed to produce a slurry of amorphous sodium aluminosilicate.

이후 상기 접촉단계에서 생성된 비정질의 알루민산규산나트륨(Sodium aluminosilicate) 슬러리 상태의 용액을 감마결정의 알루미나 또는 실리카가 코팅된 세라믹 기판과 접촉시킨다. Thereafter, the amorphous slurry of sodium aluminosilicate produced in the contacting step is brought into contact with the alumina or silica-coated ceramic substrate coated with the gamma crystal.

그리고 결정 성장단계에서 비정질의 알루민산규산나트륨을 가열하여 입자를 성장시켜, 4NaA 타입의 제올라이트를 생성시킨다. 상기 결정 성장단계는 세라믹 기판위에 코팅된 비표면적이 큰 감마구조의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 접촉하고 있는 비정질의 알루민산규산나트륨을 결정화시켜 세라믹 기판의 결정입계에 4Å의 기공을 갖으면서 나트륨(Na) 이외의 다른 원소가 이온교환되도록 제공되는 기체 및 액체의 분리형 무기막을 제조하기 위한 것이다. 본 발명의 세라믹 기판 상위층에 접촉하고 있는 비정질의 알루미나산규산나트륨의 양이나 성장시켜야 입자의 크기에 따라 반응시간, 반응온도 및 반응조건이 달라질 수 있으며, 바람직하게는 75 내지 130 ℃의 온도 및 30 kg/cm2 이하의 가압 조건에서 가열하여 세라믹 기판 위에 제공된 비정질의 알루민산규산나트륨의 입자를 성장시킬 수 있다. 상기와 같은 결정 성단단계를 통하여 기공의 크기가 4Å인 결정성 제올라이트가 만들어지고, 이를 기공의 크기에 적합한 액체나 가스를 분리하는데 사용할 수 있으며, 다른 금속원소를 이온교환시켜 형성된 기공에 따라 액체나 가스의 분리는 물론 촉매의 역할을 동시에 제공할 수 있는 무기막으로 사용될 수 있다.In the crystal growing step, the amorphous sodium aluminosilicate is heated to grow particles to produce a 4NaA type zeolite. The crystal growth step crystallizes amorphous sodium aluminosilicate that is in contact with the surface of alumina or silica having a gamma structure having a large specific surface area coated on a ceramic substrate to form sodium (Na) while having pores of 4 angstroms at grain boundaries of the ceramic substrate, And is provided so that other elements are ion-exchanged. The amount of amorphous sodium aluminosilicate in contact with the upper layer of the ceramic substrate of the present invention may be varied depending on the size of the particles, and the reaction time, reaction temperature, and reaction conditions may vary depending on the particle size. kg / cm < 2 > or less to grow amorphous particles of sodium aluminosilicate provided on the ceramic substrate. Crystalline zeolite having a pore size of 4 Å is formed through the above-mentioned crystalline clustering step and can be used for separating a liquid or a gas suitable for the pore size. Depending on pores formed by ion exchange of other metal elements, It can be used as an inorganic film capable of simultaneously providing a role of a catalyst as well as a gas separation.

상기 비정질의 알루민산규산나트륨을 제조하기 위한 규산나트륨은 메타규산나트륨(Na2SiO3), 올쏘규산나트륨(Na4SiO4) 및 이규산나트륨(Na2Si2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 나트륨계열의 규산염을 사용할 수 있다. 또한, 더욱 바람직하게는 상기 규산나트륨은 한국산업규격 KSM 1415의 액상 규산 나트륨 1~4 종 중에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The sodium silicate for producing the amorphous sodium aluminosilicate may be one selected from the group consisting of sodium metasilicate (Na2SiO3), sodium orthosilicate (Na4SiO4), and sodium diacylate (Na2Si2O5) Silicates can be used. More preferably, the sodium silicate may be any one or a mixture of two or more selected from 1 to 4 kinds of liquid sodium silicate of Korean Industrial Standard KSM 1415.

상기 액상의 규산나트륨은 용융상태이거나 분말을 물에 용해시킨 상태로 사용하는 것이 바람직하다. The liquid sodium silicate is preferably used in a molten state or in a state in which the powder is dissolved in water.

상기 알루민산나트륨(NaAlO2)은 특별한 제한이 없으나, 알루민산나트륨은 용융상태이거나 분말을 물에 용해시킨 상태로 사용하는 것이 바람직하다.
The sodium aluminate (NaAlO2) is not particularly limited, but sodium aluminate is preferably used in a molten state or in a state in which the powder is dissolved in water.

(c) 그리고, 상기 제2단계 공정에서 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환시켜, 제올라이트가 촉매의 기능을 갖게하고, 제올라이트의 기공(Pore) 크기를 다양하게 만든다.(c) The NaA-type zeolite having a pore size of 4 angstroms coated in the second step process is ion-exchanged with salts of a metal having a larger or smaller radius than that of sodium, Function and makes the pore size of the zeolite vary.

상기 액체 및 기체를 선택적으로 분리할 수 있도록 제올라이트의 기공(Pore) 크기를 다양하게 제공하도록 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)을 이온교환시킴으로서, 세라믹 기판 상위층에 형성되어 기공의 크기가 4Å인 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨(원자반경: 186 피코미터)보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)을 접촉시켜 이온교환되면 제올라이트 결정구조에 위치하고 있는 나트륨 대신에 다른 금속이 이온교환되어 촉매의 기능을 제공하면서 제올라이트의 기공이 4Å의 크기보다 커지거나 달라져 가스 및 액상의 운동학적 지름(Kinetic diameter)에 의해 선택적으로 분리할 수 있다.By ion-exchanging salts of a metal having a larger or smaller radius of an atom than that of sodium to provide various sizes of pores of the zeolite so as to selectively separate the liquid and the gas, NaA type zeolite having a pore size of 4 Å is contacted with a metal salt having a larger or smaller atomic radius than that of sodium (atomic radius: 186 picom) to be ion-exchanged to be located in the zeolite crystal structure The pores of the zeolite may be larger or different than the size of 4 Å and may be selectively separated by the kinetic diameter of the gas and liquid phase.

상기 이온교환은 NaA 타입 제올라이트 구조에 구성되어 있는 나트륨의 몰 수보다 많은 몰 수의 금속의 염이 용해된 수용액을 세라믹 기판의 상위층에 코팅된 NaA 타입의 제올라이트와 이온교환시키고,The ion exchange is performed by ion-exchanging an aqueous solution in which a molar number of moles of the metal salt is dissolved in an amount larger than the molar number of sodium constituted in the NaA type zeolite structure with NaA type zeolite coated on the upper layer of the ceramic substrate,

이를 위해 이온교환하고자 하는 상기 금속염은 리튬(Li, 원자반경: 152 피코미터), 마그네슘(Mg, 원자반경: 160 피코미터), 알루미늄(Al, 원자반경: 143 피코미터), 칼륨(K, 원자반경: 227 피코미터), 칼슘(Ca, 원자반경: 197 피코미터), 스칸듐(Sc, 원자반경: 162 피코미터), 티타늄(Ti, 원자반경: 147 피코미터), 바나듐(V, 원자반경: 134 피코미터), 크롬(Cr, 원자반경: 128 피코미터), 망간(Mn, 원자반경: 127 피코미터), 철(Fe, 원자반경: 126 피코미터), 코발트(Co, 원자반경: 125 피코미터), 니켈(Ni, 원자반경: 124 피코미터), 구리(Cu, 원자반경: 128 피코미터), 아연(Zn, 원자반경: 134 피코미터), 갈륨(Ga, 원자반경: 135 피코미터), 게르마늄(Ge, 원자반경: 132 피코미터), 비소(As, 원자반경: 119 피코미터), 셀레늄(Se, 원자반경: 120 피코미터), 스트론튬(Sr, 원자반경: 215 피코미터), 이티륨(Y, 원자반경: 180 피코미터), 지르코늄(Zr, 원자반경: 160 피코미터), 니오븀(Nb, 원자반경: 146 피코미터), 몰리브덴(Mo, 원자반경: 139 피코미터), 테크네튬(Tc, 원자반경: 136 피코미터), 파라듐(Pd, 원자반경: 137 피코미터), 은(Ag, 원자반경: 144 피코미터), 카드늄(Cd, 원자반경: 151 피코미터), 인듐(In, 원자반경: 167 피코미터), 주석(Sn, 원자반경: 140 피코미터), 안티몬(Sb, 원자반경: 140 피코미터), 바륨(Ba, 원자반경: 222 피코미터), 텅스텐(W, 원자반경: 139 피코미터), 백금(Pt, 원자반경: 139 피코미터), 금(Au, 원자반경: 144 피코미터), 납(Pb, 원자반경: 175 피코미터), 비스무스(Bi, 원자반경: 156 피코미터)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속의 황산염(Sulfate), 질산염(Nitrate), 염화염(Chloride), 불화염(Fluoride) 또는 카르복실염(Carboxylate)인 금속염(Matal salts)으로부터 선택된다.
The metal salt to be ion-exchanged for this purpose is lithium (Li, atomic radius: 152 picom), magnesium (Mg, atomic radius: 160 picom), aluminum (Al, atomic radius: 143 picom) (Atomic radius: 162 picometers), titanium (Ti, atomic radius: 147 picometers), vanadium (V, atomic radius: 134 picometers), chromium (Cr, atomic radius: 128 picometers), manganese (Mn, atomic radius: 127 picometers), iron (Fe, atomic radii: 126 picometers), cobalt (Atomic radius: 128 picometers), zinc (Zn, atomic radius: 134 picometers), gallium (Ga, atomic radius: 135 picometers) (Sr, atomic radius: 215 picometers), germanium (Ge, atomic radius: 132 picometers), arsenic (As, atomic radius: 119 picometers), selenium (Y, circle) : 180 picometers), zirconium (Zr, atomic radius: 160 picometers), niobium (Nb, atomic radius: 146 picometers), molybdenum (Mo, atomic radius: 139 picometers), technetium (Atomic radius: 144 picometers), cadmium (Cd, atomic radius: 151 picometers), indium (In, atomic radius: 167 picoseconds) (Atomic radius: 140 picometers), barium (Ba, atomic radius: 222 picometers), tungsten (W, atomic radius: 139 picometers) , Gold (Au, atomic radius: 144 picometers), lead (Pb, atomic radius: 175 picometers), bismuth (Bi, atomic radius: 156 picometers), platinum (S) selected from the group consisting of sulfuric acid, nitrate, chloride, fluoride or carboxylate of one or more metals selected from the group It is.

(d) 상기 제3단계 공정에서 이온교환된 금속 이외의 불순물을 제거하기 위하여 용매로 세척하는 제4단계 공정에 있어서, 상기 제4단계 공정은 특별한 제한이 없으나, 본 발명의 이온교환된 성분에 의해 촉매의 역할을 제공하면서, 선택적 기공을 갖는 기체 및 액체의 분리형 무기막을 제공하도록 세라믹 기판에 구성되는 구성물질 이외의 다른 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 가능한 증류수를 이용하여 수차례 침적 내지는 와류상태의 수(水)세척하는 것이 바람직하며, 세척과정 중 작업성을 높여주기 위하여 초음파의 수중 조건에서 세척하는 것이 바람직하다 할 수 있다.
(d) In the fourth step of washing with a solvent to remove impurities other than the ion-exchanged metal in the third step, the fourth step is not particularly limited, and the ion- It is preferable to remove impurities other than the constituent materials constituting the ceramic substrate so as to provide a separable inorganic film of gas and liquid having selective pores while providing a role of a catalyst. For this purpose, it is preferable to wash the water (water) several times by using distilled water as much as possible. In order to improve the workability during the washing process, it is preferable to wash under the underwater condition of the ultrasonic wave.

(e) 상기 제4단계 공정에서 사용된 용매를 제거하기 위하여 건조하는 제5단계 공정에 있어서, 상기 제5단계 공정은 세라믹 기판에 구성되는 구성물질 이외의 다른 불순물을 제거하기 위하여 사용된 용매를 가열방법에 의해 제거하기 위한 것으로서, 15 ℃ 내지는 185 ℃의 온도범위에서 근적외선 가열방법, 적외선가열방법, 극초단파에 의한 가열방법, 오븐(Oven)에 의한 열풍 가열방법, 열판 직접가열방법, 상온 훈풍 가열방법 중 선택되는 어느 하나의 가열방법에 의해 세라믹 기판 위에 존재하는 용매를 제거한다. (e) a fifth step of drying to remove the solvent used in the fourth step, wherein the fifth step is a step of drying a solvent used for removing impurities other than the constituent material constituting the ceramic substrate Infrared heating method, an infrared heating method, a microwave heating method, a hot air heating method by an oven, a hot plate direct heating method, a hot-air heating method at room temperature The solvent present on the ceramic substrate is removed by any one of the heating methods selected from among the above methods.

특히 극초단파에 의한 가열방법은 2,450 MHz의 극초단파를 가하면 극성이 있는 물 분자가 극초단파만큼의 진동열에 의해 온도가 상승하는 것으로 매우 빠른 속도로 물체 내부에 포함된 수분을 빠른 속도로 제거할 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문에 비교적 두께가 두껍고 크기가 큰 무기막을 건조시킬 경우 극초단파(일명 전자레인지)에 의한 가열방법을 이용하는 것이 유리하다.
In particular, the method of heating by microwave has the merit of rapidly removing the water contained in the object at a very high speed because the temperature of the polarized water molecule is increased by the vibration heat of the microwave when the microwave of 2,450 MHz is applied It is advantageous to use a heating method using a microwave (aka microwave) when drying an inorganic film having a relatively large thickness and a large size.

이하에서, 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시예를 기재하고자 하는바, 하기의 실시내용은 본원 기술사상이 구현되기 위한 하나의 적용예를 예시한 것으로, 반듯이 이에 한정되어 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 본원발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 균등론적으로 해석되어야만 할 것이며, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention for realizing the technical idea of the present invention will be described, and the following embodiments are intended to illustrate one application example for implementing the technical idea of the present invention. And it is to be understood that the scope of protection of the present invention should be interpreted equivalently in terms of meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention and that various equivalents and modifications may be substituted at the time of the present application .

실시예Example

실시예Example 1 One

(주)세라믹 퍼스트에서 가공한 알파타입의 알루미나 기판(두께: 0.5 mm, φ 47 mm)을 구입한 후 고형분의 2.5 중량%인 알루미나 졸 용액을 스핀코팅 방법에 의해 코팅한 후 100 ℃의 오븐에서 완전 건조한 다음 550 ℃의 온도에서 2시간 동안 하소(Calcination)하여 중간체(Intermediater)을 제조하였다. 상기 중간체가 코팅된 알루미나 기판의 표면을 도 2에 나타내었다. 이후, 알루미나 기판 위에 코팅된 감마알루미나 중간체 표면 위에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하기 위하여, 액상규산나트륨(물유리 3호, (주)에스켐텍) 32.9g을 물 100 ml로 희석된 규산나트륨 용액과 알루민산나트륨(NaAlO2), JUNSEI(주))을 16.4 g과 수산화나트륨 24.5 g이 물 100 ml로 희석된 알칼리성 알루민산나트륨 용액을 적가하면서 혼합하여, 생성된 비정질의 알루민산규산나트륨의 슬러리 상태의 용액에 상기 중간체가 코팅된 알루미나 기판을 침적을 시키고, 상압의 95 ℃ 온도에서 24시간 열처리하여 세라믹 기판위에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅하였다. 상기 알루미나 기판 상에 제올라이트가 코팅된 표면을 도 3에 나타내었다.
An alumina substrate (thickness: 0.5 mm, φ 47 mm) of an alpha type processed by Ceramic First Co., Ltd. was purchased, and an alumina sol solution of 2.5 wt% of solid content was coated by a spin coating method. The mixture was completely dried and then calcined at a temperature of 550 ° C for 2 hours to prepare an intermediate. The surface of the alumina substrate coated with the intermediate is shown in Fig. Then, 32.9 g of liquid sodium silicate (Watery 3, Eskemec Co., Ltd.) was added to a sodium silicate solution diluted with 100 ml of water and a solution of sodium aluminate 16.4 g of sodium aluminate (NaAlO2), JUNSEI Co., Ltd.) and 24.5 g of sodium hydroxide were mixed while dropwise adding an aqueous solution of sodium aluminate diluted with 100 ml of water, and a solution of the resulting amorphous sodium aluminosilicate slurry The alumina substrate coated with the intermediate was immersed and heat treated at 95 ° C for 24 hours under atmospheric pressure to coat NaA type zeolite on the ceramic substrate. The surface of the alumina substrate coated with zeolite is shown in Fig.

실시예Example 2 2

실시 예 1의 NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 질산구리(Cu(NO3)2·3H2O) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 알루미나 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 구리(Cu)로 이온교환하였다.
(Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O) solution dissolved in 2.5 wt% on the zeolite coating of the NaA type zeolite-coated substrate of Example 1, and then immersed in a solution of 1 The NaA zeolite coated on the alumina substrate was ion-exchanged with copper (Cu) by ion-exchange for a period of time followed by washing and heating steps.

실시예Example 3 3

실시 예 1의 NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 염화아연(ZnCl2·2H2O)질산구리(Cu(NO3)2·3H2O) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 알루미나 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 아연(Zn)으로 이온교환하였다.(Zn (NO 3 ) 2 .3H 2 O) solution of zinc chloride (ZnCl 2 .2H 2 O) dissolved in 2.5 wt% on the zeolite coating of the NaA type zeolite coated substrate of Example 1 And ion-exchanged with zinc (Zn) for 1 hour under the condition of an aqueous solution at 65 캜 for 1 hour, followed by washing and heating to coat the NaA zeolite coated on the alumina substrate.

실시예Example 4 4

실시 예 1의 NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 염화주석(SnCl2·2H2O) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 알루미나 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 주석(Sn)으로 이온교환하였다.
(SnCl 2 .2H 2 O) solution dissolved at 2.5 wt% on the zeolite coating of the NaA-type zeolite-coated substrate of Example 1 and subjected to ion-exchange for 1 hour in an aqueous solution at 65 ° C Then, the NaA zeolite coated on the alumina substrate was ion-exchanged with tin (Sn) by performing washing and heating steps.

실시예Example 5 5

세라믹 기판으로 탄화규소를 사용한 것을 제외하고, 실시 예 1과 같이 수행하여 탄화규소 기판 위에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅한 후, NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 질산납(Pb(NO3)2) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 탄화규소 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 납(Pb)으로 이온교환하였다.
NaA type zeolite was coated on the silicon carbide substrate in the same manner as in Example 1, except that silicon carbide was used as the ceramic substrate, and then the zeolite-coated substrate of the NaA type zeolite- (Pb (NO 3 ) 2 ), ion exchanged in an aqueous solution at 65 ° C for 1 hour, and then washed and heated to prepare NaA zeolite coated on the silicon carbide substrate as lead (Pb) Ion exchange.

실시예Example 6 6

세라믹 기판으로 탄화규소를 사용한 것을 제외하고, 실시 예 1과 같이 수행하여 탄화규소 기판 위에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅한 후, NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 질산이티륨(Y(NO3)3·6H2O) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 탄화규소 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 이티륨(Y)으로 이온교환하였다.
NaA type zeolite was coated on the silicon carbide substrate in the same manner as in Example 1, except that silicon carbide was used as the ceramic substrate, and then the zeolite-coated substrate of the NaA type zeolite- (Y (NO 3 ) 3 .6H 2 O) solution, ion-exchanged in an aqueous solution at 65 ° C for 1 hour, and then subjected to washing and heating steps to remove NaA zeolite coated on the silicon carbide substrate Ion exchanged with yttrium (Y).

실시예Example 7 7

세라믹 기판으로 지르코니아를 사용한 것을 제외하고, 실시 예 1과 같이 수행하여 지르코니아 기판 위에 NaA 타입의 제올라이트를 코팅한 후, NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 질산칼륨(KNO3) 용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 지르코니아 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 칼륨(K)으로 이온교환하였다.NaA type zeolite was coated on a zirconia substrate in the same manner as in Example 1, except that zirconia was used as a ceramic substrate. Then, on a zeolite coating of a substrate coated with NaA type zeolite, potassium nitrate (KNO 3 ) solution, ion-exchanged for 1 hour under an aqueous solution of 65 ° C., and then washed and heated to ion-exchange the NaA zeolite coated on the zirconia substrate with potassium (K).

실시예Example 8 8

실시 예 1의 NaA 타입의 제올라이트가 코팅된 기판의 제올라이트 코팅 상에 2.5 중량%로 용해된 질산코발트(Co(NO3)2·6H2O와 질산칼륨(KNO3)의 혼합용액에 침적시키고, 65 ℃의 수용액의 조건에서 1시간 동안 이온교환한 다음 세척 및 가열단계를 수행하여 알루미나 기판 위에 코팅된 NaA 제올라이트를 칼륨(이온반경: 227 pm)과 코발트(이온반경: 125 pm)로 이온교환하였다. (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O and potassium nitrate (KNO 3 ) dissolved in 2.5 wt% on the zeolite coating of the NaA type zeolite-coated substrate of Example 1, Ion exchanged for 1 hour under the condition of an aqueous solution at 65 캜 and then subjected to washing and heating steps to ion exchange the NaA zeolite coated on the alumina substrate with potassium (ionic radius: 227 pm) and cobalt (ionic radius: 125 pm) .

실시예Example 9 9

질산코발트(Co(NO3)2·6H2O와 질산칼륨(KNO3)의 혼합용액 대신에 질산루테늄(Ru(NO)·(NO3)3와 질산칼륨(KNO3)의 혼합용액을 사용한 것을 제외하고, 실시예 8과 동일하게 수행하였다.
Cobalt nitrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O with potassium nitrate (nitrate, ruthenium, instead of a mixture of KNO 3) (Ru (NO) · (NO 3) 3 and with a mixture of potassium nitrate (KNO 3) Was carried out in the same manner as in Example 8. < tb >< TABLE >

비교예Comparative Example 1 One

(주)세라믹 퍼스트에서 구입한 알루미나 기판(두께: 0.5 mm, φ 47 mm)을 어떠한 처리를 하지 않고 사용하였다. 상기 비교예 1의 알루미나 기판의 표면을 도 1에 나타내었다.An alumina substrate (thickness: 0.5 mm,? 47 mm) purchased from Ceramic First Co. was used without any treatment. The surface of the alumina substrate of Comparative Example 1 is shown in Fig.

비교예Comparative Example 2 2

(주)세라믹 퍼스트에서 구입한 탄화규소 기판(두께: 0.5 mm, φ 47 mm)을 어떠한 처리를 하지 않고 사용하였다.A silicon carbide substrate (thickness: 0.5 mm,? 47 mm) purchased from Ceramic First Co. was used without any treatment.

비교예Comparative Example 3 3

(주)세라믹 퍼스트에서 구입한 지르코니아 기판(두께: 0.5 mm, φ 47 mm)을 어떠한 처리를 하지 않고 사용하였다.A zirconia substrate (thickness: 0.5 mm,? 47 mm) purchased from Ceramic First Co. was used without any treatment.

비교예Comparative Example 4 4

(주)세라믹 퍼스트에서 가공한 알파타입의 알루미나 기판(t: 0.5 mm, φ 47 mm)을 구입한 후 고형분의 2.5 중량%인 알루미나 졸 용액을 스핀코팅 방법에 의해 코팅한 후 100 ℃의 오븐에서 완전 건조한 다음 550 ℃의 온도에서 2시간 동안 하소(Calcination)하여 순수한 감마타입의 알루미나 졸을 코팅하였다.
After purchasing an alumina substrate (t: 0.5 mm,? 47 mm) of an alpha type processed by Ceramic First Co., an alumina sol solution of 2.5 wt% of solid content was coated by a spin coating method, Dried and then calcined at a temperature of 550 ° C for 2 hours to coat pure gamma-type alumina sol.

실험예Experimental Example 1: 가스분리에 대한 선택성 확인 1: Selectivity for gas separation

상기 비교예 1 내지 3 및 실시예 1 내지 7에서 준비한 세라믹 기판을 온도 조절이 가능한 스테인레스 가스분리 실험 장치에 주입하고, 실험 장치를 450℃의 온도로 가열하면서 가스분리에 대한 선택성을 확인하였다. 가스분리에 대한 선택성을 확인하기 위하여 본 실험은 도 4에서와 같은 멤브레인 테스터기를 사용하였으며, 50 %의 헬륨(He), 25 %의 수소(H2) 및 25 %의 이산화탄소(CO2) 가스가 혼합된 혼합가스를 사용하였으며, 일정한 압력을 가지고 있는 혼합가스를 50 ml/min으로 가스분리 실험 장치로 보내고, 분리막에 의해 분리된 가스의 압력을 상압으로 맞추면서 가스크로마토 그라피(GC, DONAM INSTRUMENTS INC, Model DS 6200)에 흐르게 하여 가스에 대한 정량분석을 한 후 아래의 식 1 내지 식 3의 방법에 의해 가스분리에 대한 수소, 이산화탄소와 프로펜의 가스의 분리 선택도를 확인하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타내었다.The ceramic substrates prepared in Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 7 were injected into a thermostatable stainless steel gas separation apparatus and the experimental apparatus was heated to a temperature of 450 ° C. to confirm gas separation selectivity. Were experiments are present in order to check the selectivity for gas separation using the membrane tester as shown in FIG. 4, and 50% helium (He), a 25% hydrogen (H 2) and 25% carbon dioxide (CO 2) gas is The gas mixture was fed to a gas separation apparatus at a flow rate of 50 ml / min. The pressure of the gas separated by the separator was adjusted to atmospheric pressure, and gas chromatography (GC, DONAM INSTRUMENTS INC, Model DS 6200), and the separation selectivity of hydrogen, carbon dioxide and propene gas for gas separation was confirmed by the following Equation 1 to Equation 3 after quantitatively analyzing the gas. Table 1 shows the results.

[식 1][Formula 1]

Figure 112012053223316-pat00001
Figure 112012053223316-pat00001

[식 2][Formula 2]

Figure 112012053223316-pat00002
Figure 112012053223316-pat00002

[식 3][Formula 3]

Figure 112012053223316-pat00003
Figure 112012053223316-pat00003

가스의 분리 선택도(%)Separation selectivity of gas (%) H2 H 2 CO2 CO 2 PropenePropene 실시예 1Example 1 44.544.5 42.942.9 12.612.6 실시예 2Example 2 34.834.8 32.832.8 32.432.4 실시예 3Example 3 35.035.0 33.233.2 31.831.8 실시예 4Example 4 35.235.2 33.433.4 31.431.4 실시예 5Example 5 35.635.6 34.834.8 29.629.6 실시예 6Example 6 38.238.2 37.437.4 24.424.4 실시예 7Example 7 94.294.2 4.264.26 1.541.54 비교예 1Comparative Example 1 33.333.3 33.233.2 33.533.5 비교예 2Comparative Example 2 33.333.3 33.333.3 33.433.4 비교예 3Comparative Example 3 33.433.4 33.233.2 33.433.4

표 1에 나타낸 바와 같이 알루미나, 탄화규소 및 지르코니아의 소재로 이루어지 세라믹 자체의 기판인 비교 예 1~3의 경우, 스테인레스로 구성된 가스분리 실험장치에 장착 후 수소, 이산화탄소, 프로펜 가스의 비율이 1:1:1로 혼합된 가스의 조성으로 통과시켰을 때, 어떠한 처리를 하지 않은 세라믹 기판 자체에는 가스의 분리기능이 전무하기 때문에, 실험 전의 농도와 매우 유사한 비율로 이루어졌다.As shown in Table 1, in the case of Comparative Examples 1 to 3 which are substrates of ceramics itself made of alumina, silicon carbide, and zirconia, the ratio of hydrogen, carbon dioxide, and propene gas after mounting in a gas- 1: 1: 1 mixed gas composition, the ceramic substrate itself, which had not been subjected to any treatment, had no gas separation function.

이에 반하여, 실시 예 1~7에서와 같이 세라믹으로 구성된 기판의 소재에 관계없이 세라믹 기판 상에 무기막을 형성시킨 경우에는 분리에 의한 선택도가 높게 나타났다.On the contrary, when inorganic films were formed on ceramic substrates regardless of the substrate made of ceramics as in Examples 1 to 7, selectivity by separation was high.

구체적으로 실시예 1에서는, NaA 타입의 제올라이트는 결정입계 사이에 4Å의 기공이 형성됨에 따라 본 발명의 세라믹 기판 형상체 내부에 형성된 4Å의 기공도를 갖는 제올라이트보다 동적직경(Kinetic diameter)이 큰 프로펜 가스(동적직경이 0.46 nm(4.6Å))의 경우 대부분 여과되어 가스의 분리에 의한 선택도가 매우 낮게 나타났으며, 동적직경이 상대적으로 작은 수소(0.28 nm(0.28Å))와 이산화탄소(0.36 nm(3.6Å))의 경우 세라믹 기판에 형성된 4Å의 기공을 갖는 4A-제올라이트보다 기공의 크기가 작아 분리에 의한 선택도가 매우 높게 나타남을 확인할 수 있었다. Specifically, in Example 1, NaA-type zeolite has a porosity of 4 angstroms between crystal grain boundaries, so that zeolite having a porosity of 4 angstroms formed inside the ceramics substrate-shaped body of the present invention has a larger dynamic diameter In the case of pentane gas (0.46 nm (4.6 Å) in dynamic diameter), most of the gas was filtered and the selectivity by gas separation was very low. Hydrogen (0.28 Å) 0.36 nm (3.6 Å)), the pore size is smaller than that of 4A-zeolite having 4 Å pores formed on the ceramic substrate.

또한 실시예 2 내지 6에서와 같이, 나트륨보다 대체적으로 원자의 반경이 작은 금속들이 이온교환될 경우 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트보다 더 큰 기공도를 제공할 수 있어 분리하고자 하는 성분의 동적직경에 따라 선택적으로 분리할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Also, as in Examples 2 to 6, when metals having a smaller atomic radius than sodium are ion-exchanged, it is possible to provide a porosity higher than that of a NaA-type zeolite having a pore size of 4 angstroms, It was confirmed that it can be selectively separated according to the diameter.

실험예Experimental Example 2: 촉매의 역할과 분리 가능성 확인 2: Determination of the role and separability of catalyst

이온교환된 기판이 촉매의 역할과 분리의 가능성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 8(코발트와 칼륨으로 이온교환), 실시예 9(루테늄와 칼륨으로 이온교환) 및 비교예 4의 기판을 스테인레스로 구성된 반응기에 장착하고, 반응기의 온도를 700 ℃로 승온시킨 상태에서 1몰의 이산화탄소와 메탄가스가 혼합된 가스를 이온교환된 기판으로 보내어진다. 이 때 코발트(실시예 8)와 루테늄(실시예 9) 성분에 의해 고부가가치의 탄화수소 화합물을 생성하는 중간체의 역할을 하는 수소 및 일산화탄소를 함유하는 합성가스가 생성되고, 이를 분리막을 통과시키면 분리막에 의해 분리되며, 이 때 분리된 가스의 함량을 가스크로마토 그라피(GC, DONAM INSTRUMENTS INC, Model DS 6200)에 의해 정량분석을 하였다.In order to confirm the role of the catalyst in the ion-exchanged substrate and the possibility of separation, the substrate of Example 8 (ion exchange with cobalt and potassium), Example 9 (ion exchange with ruthenium and potassium) and Comparative Example 4 were made of stainless And the mixture is heated to a temperature of 700 ° C, and a mixed gas of carbon dioxide and methane gas is sent to the ion-exchanged substrate. At this time, a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, which serves as an intermediate for producing a high-value-added hydrocarbon compound, is produced by the cobalt (Example 8) and ruthenium (Example 9) components. When the synthesis gas is passed through the separation membrane, , And the content of the separated gas was quantitatively analyzed by gas chromatography (GC, DONAM INSTRUMENTS INC, Model DS 6200).

상기 실시예 8, 9 및 비교예 4에 실험 결과는, 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 본 발명의 이온교환된 금속 성분에 의해 생성된 수소 및 일산화탄소의 함량을 표 2에 나타냈으며, 수소와 일산화탄소의 분리선택도는 표 3에 나타냈다.
Experimental results in Examples 8 and 9 and Comparative Example 4 show the contents of hydrogen and carbon monoxide produced by a gas mixture of carbon dioxide and methane with the ion-exchanged metal component of the present invention. Table 2 shows the contents of hydrogen and carbon monoxide Separation selectivity is shown in Table 3.

구분division 생성된 가스의 전환율(%)Conversion rate of the generated gas (%) 일산화탄소(CO)Carbon monoxide (CO) 수소(H2)Hydrogen (H 2 ) 실시예 8Example 8 98.198.1 96.496.4 실시예 9Example 9 98.498.4 97.297.2 비교예 4Comparative Example 4 00 00

구분division 가스의 분리 선택도(%)Separation selectivity of gas (%) 일산화탄소(CO)Carbon monoxide (CO) 수소(H2)Hydrogen (H 2 ) 실시예 8Example 8 5.705.70 94.394.3 실시예 9Example 9 5.905.90 94.194.1 비교예 4Comparative Example 4 -- --

표 2에 나타낸 바와 같이 비교 예 4와 같이 알파타입의 알루미나 기판 위에 감마타입의 알루미나 졸이 코팅된 기판인 경우 일산화탄소와 수소의 생성량이 전혀 나타나지 않은 반면, 실시예 8 및 9의 경우 동일한 1몰에 해당하는 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 본 발명의 무기막을 통과할 때 하기의 반응식 1과 같은 반응에 의해 일산화탄소와 수소의 생성율이 95 % 이상 나타남에 따라 촉매의 효과를 충분히 발휘할 수 있음을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, in the case of the substrate coated with the gamma-type alumina sol on the alumina substrate of the alpha type as in Comparative Example 4, no amount of carbon monoxide and hydrogen was produced, whereas in Examples 8 and 9, It can be seen that when the mixed gas of carbon dioxide and methane is passed through the inorganic film of the present invention, the reaction rate of the following reaction formula 1 shows that the formation rate of carbon monoxide and hydrogen is 95% or more, the effect of the catalyst can be sufficiently exhibited .

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112012053223316-pat00004
Figure 112012053223316-pat00004

또한, 표 3에 나타낸 바와 같이 비교예 4에서는 세라믹 기판 위에 알루미나 졸이 코팅되었을 경우 촉매의 역할을 제공하지 못함에 따라 생성되는 일산화탄소와 수소가 존재하지 못함에 따라 이에 대한 가스의 분리선택도를 측정할 수 없었으며, 실시예 8 및 9에서는 매우 높은 수소의 가스분리 선택도를 나타냈다. 이러한 수소의 높은 수소의 가스분리 선택도는 4Å의 기공도를 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 이온반경이 큰 칼륨이 이온교환됨에 따라 제올라이트 격자에 제공되는 기공이 3Å의 무기막을 제공하여 가스의 동적반경이 3Å 이하인 수소와 3Å 이상의 일산화탄소와의 명확한 분리 때문이라 판단된다.In addition, as shown in Table 3, in Comparative Example 4, when the alumina sol was coated on the ceramic substrate, since the carbon monoxide and hydrogen were not present due to the failure to provide a catalyst, separation selectivity of the gas was measured , And in Examples 8 and 9, gas separation selectivity of hydrogen was very high. The selectivity of gas separation of hydrogen of high hydrogen is such that NaA type zeolite having a porosity of 4 Å is ion exchanged with potassium having a larger ion radius than sodium, thereby providing an inorganic film having a pore size of 3 Å provided in the zeolite lattice, It is judged that this is due to the clear separation between hydrogen having a radius of 3 Å or less and carbon monoxide having a Å of 3 Å or more.

따라서 실시예 8 및 9를 통하여 본 발명에 따른 무기막은 촉매의 역할을 제공함과 분리를 동시에 제공할 수 있음에 따라 가스와 액상의 전화기술과 분리기술이 동시에 수행할 수 분야에 크게 기여할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.
Therefore, the inorganic film according to the present invention can provide both the role of the catalyst and the separation at the same time through Examples 8 and 9, which can greatly contribute to the field where the gas and liquid-phase telephone technology and separation technology can be performed at the same time Can be expected.

Claims (11)

(a) 무기물(Inorganic)로 이루어진 세라믹 기판 위에 중간물질(Intermediator)로서 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카를 코팅하는 제1단계 공정;
(b) 상기 제1단계 공정에서 코팅된 감마타입의 알루미나 또는 실리카 표면 위에 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트를 코팅시키는 제2단계 공정;
(c) 상기 제2단계 공정에서 코팅된 4Å의 기공을 갖는 NaA 타입의 제올라이트에 나트륨보다 원자의 반경이 크거나 작은 금속(Metal)의 염(salts)으로 이온교환시켜, 제올라이트가 촉매의 기능을 갖게 하고, 제올라이트의 기공(Pore) 크기를 다양하게 하는 제3단계 공정;
(d) 상기 제3단계 공정에서 이온교환된 금속 이외의 불순물을 제거하기 위하여 용매로 세척하는 제4단계 공정; 및
(e) 상기 제4단계 공정에서 사용된 용매를 제거하기 위하여 건조하는 제5단계 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
(a) a first step of coating gamma-type alumina or silica having a large specific surface area as an intermediate material on a ceramic substrate made of an inorganic material;
(b) a second step of coating NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å on the gamma-type alumina or silica surface coated in the first step;
(c) NaA-type zeolite having a pore size of 4 Å coated in the second step process is ion-exchanged with salts of a metal having a larger or smaller radius of an atom than that of sodium, so that the zeolite functions as a catalyst A third step of varying the pore size of the zeolite;
(d) a fourth step of washing with a solvent to remove impurities other than the metal ion-exchanged in the third step; And
(e) a fifth step of drying in order to remove the solvent used in the step (4). The method for producing an inorganic film for selective separation of liquid and gas according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹 기판은 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania), 지르코니아(Zirconia), 이산화규소(Silica), 탄화규소(Silicon carbide), 질화규소(Silicon nitride), 탄화텅스텐(Tungstan carbide), 질화텅스텐(Tungstan nitride), 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석(Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철(Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트(Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어로겔(Aerogel), 플라이애시(Fly ash) 및 고로슬래그(Furnace slag)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 세라믹 성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method according to claim 1,
The ceramic substrate may be formed of a material selected from the group consisting of Alumina, Titania, Zirconia, Silica, Silicon carbide, Silicon nitride, Tungsten carbide, Tungsten nitride ), Zircon, olivine, kaolin, diatomite, wollastonite, pyrophyllite, dolomite, lithium minerals, magnesite, bauxite, Bentonite, Pumice, Borate, Serpentine, Acid clay, Iron Oxide, Garnet, Carbonate Minerals, Carbonate Minerals, It is also possible to use other materials such as Attapulgite, Sepiolite, Nephrite, Apatite, Illite-Mica, Feldspar, Perlite, Vermiculite, Barite Talc, diatomaceous earth, graphite, hectorite, One or two selected from the group consisting of Clay Minerals, Tourmaine, Fume silica, Aerogel, Fly ash and Furnace slag. Wherein the inorganic component is composed of at least one kind of ceramic component.
청구항 1에 있어서,
상기 제1단계 공정은 알루미나 또는 실리카 고형분의 함량이 0.10 중량% 내지 15.0 중량%인 알루미나 또는 실리카 졸 용액을 세라믹 기판 위에 코팅한 후, 건조공정 및 하소(Calcination) 공정에 의해 세라믹 기판 위에 중간물질로서 비표면적이 큰 감마 결정구조의 알루미나가 코팅되는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method according to claim 1,
In the first step, an alumina or silica sol solution having a solid content of alumina or silica of 0.10 wt% to 15.0 wt% is coated on a ceramic substrate, and then the ceramic substrate is dried and calcined to form an intermediate Wherein the alumina is coated with a gamma crystal structure having a large specific surface area.
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계 공정은 pH가 10 이상에서 화학양론적으로 2몰에 해당하는 이산화규소(SiO2)와 1몰에 해당하는 산화알루미늄(Al2O3)과 5몰에 해당하는 산화나트륨(Na2O)을 함께 섞어주는 혼합단계;
상기 혼합단계에서 생성된 비정질의 알루민산규산나트륨(Sodium aluminosilicate)의 슬러리(Slurry)상태의 용액을 비표면적이 큰 감마타입의 알루미나 또는 실리카가 코팅된 세라믹 기판과 접촉시키는 접촉단계; 및
상기 비정질의 알루민산규산나트륨을 75 내지 130 ℃의 온도 및 30 kg/cm2 이하의 가압 조건에서 가열하여 세라믹 기판 위에 제공된 비정질의 알루민산규산나트륨의 입자를 성장시키기 위한 결정 성장단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method according to claim 1,
In the second step, the silicon dioxide (SiO 2 ) stoichiometrically at a pH of 10 or more, the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) corresponding to 1 mole and the sodium oxide (Na 2 O) are mixed together;
Contacting a slurry solution of amorphous sodium aluminosilicate produced in the mixing step with a gamma-type alumina or silica-coated ceramic substrate having a large specific surface area; And
And a crystal growth step for growing amorphous sodium aluminosilicate particles provided on the ceramic substrate by heating the amorphous sodium aluminosilicate at a temperature of 75 to 130 DEG C and a pressure of 30 kg / cm < 2 > Wherein the inorganic film is formed by the ion exchange method.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계 공정은 NaA 타입 제올라이트 구조에 구성되어 있는 나트륨의 몰 수보다 많은 몰 수의 금속의 염이 용해된 수용액을 세라믹 기판의 상위층에 코팅된 NaA 타입의 제올라이트와 이온교환시키고,
상기 금속의 염은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 스트론튬(Sr), 이티륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 파라듐(Pd), 은(Ag), 카드늄(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 텅스텐(W), 백금(Pt), 금(Au), 납(Pb) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속의 황산염(Sulfate), 질산염(Nitrate), 염화염(Chloride), 불화염(Fluoride) 또는 카르복실염(Carboxylate)인 금속의 염(Matal salts)인 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method according to claim 1,
In the third step, an aqueous solution in which a molar number of moles of metal is dissolved in an amount greater than the molar number of sodium constituted in the NaA type zeolite structure is ion-exchanged with NaA type zeolite coated on the upper layer of the ceramic substrate,
The metal salt may be at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, (Mn), Fe (Fe), Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, (Sr), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium ), Tin (Sn), antimony (Sb), barium (Ba), tungsten (W), platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb) and bismuth Characterized in that it is a metal salt of at least two kinds of metals selected from the group consisting of sulfates, nitrates, chlorides, fluorides and carboxylates. A method for producing an inorganic film for selective separation of a liquid and a gas.
청구항 1에 있어서,
상기 제4단계 공정은 수중 조건에서 침적, 와류 또는 초음파에 의한 세척단계인 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fourth step is a step of washing by immersion, vortexing, or ultrasonic waves under water conditions.
청구항 3에 있어서,
상기 건조공정은 15 ℃ 내지는 185 ℃의 온도범위에서 근적외선 가열방법, 적외선가열방법, 극초단파에 의한 가열방법, 오븐(Oven)에 의한 열풍 가열방법, 열판 직접가열방법, 상온 훈풍 가열방법 중 어느 하나의 가열방법에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method of claim 3,
The drying step may be carried out in a temperature range of 15 ° C to 185 ° C by any one of a near-infrared heating method, an infrared heating method, a microwave heating method, an oven heating method, a hot plate direct heating method, Wherein the inorganic film is formed by a heating method.
청구항 3에 있어서,
상기 하소(Calcination)공정은 400 ℃ 내지 850 ℃의 온도에서 30 분 내지 12시간 가열하는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the calcination step is carried out at a temperature of 400 ° C to 850 ° C for 30 minutes to 12 hours.
청구항 3에 있어서,
상기 알루미나의 비표면적이 80 내지 250 m2/g인 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the alumina has a specific surface area of 80 to 250 m < 2 > / g.
청구항 3에 있어서,
상기 알루미나 졸 용액은 스핀코팅(Spin coating), 침지코팅(Dip coating), 분사코팅(Spray coating), 롤 코팅(Roll coating) 중 선택되어지는 코팅방법에 의하여 세라믹 기판 위에 코팅되어지는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막 제조방법.
The method of claim 3,
The alumina sol solution is coated on a ceramic substrate by a coating method selected from spin coating, dip coating, spray coating and roll coating. (EN) METHOD FOR PRODUCING INORGANIC FILM FOR SELECTIVE SEPARATION OF LIQUID AND GAS by ion exchange.
청구항 1의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이온 교환방법에 의한 액체 및 기체의 선택적 분리용 무기막.An inorganic membrane for selective separation of liquid and gas by the ion exchange method, which is produced by the production method of claim 1.
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