KR101619584B1 - 폐촉매 슬래그를 이용한 고강도 지오폴리머 제조방법 - Google Patents

폐촉매 슬래그를 이용한 고강도 지오폴리머 제조방법 Download PDF

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Abstract

폐자원 활용의 다양화 관점에서 폐촉매 슬래그를 재활용하여 고강도의 지오폴리머를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명은 (a) 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 칼시아(CaO)를 포함하는 폐촉매 슬래그 및 알칼리 활성화제 용액을 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 혼합물을 경화하는 단계; 및 (c) 및 상기 경화된 경화물을 양생하는 단계;를 포함하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.

Description

폐촉매 슬래그를 이용한 고강도 지오폴리머 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF GEOPOLYMER HAVING HIGH STRENGTH BY USING SLAG FROM WASTE SPENT CATALYST}
본 발명은 지오폴리머 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지오폴리머 합성 공정에 있어 특정 폐자원을 이용하여 고강도의 지오폴리머를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폐기물 양이 점차 증가하는 현대사회에서 환경 친화적인 재료에 대한 필요성은 더욱더 두드러지고 있다. 시멘트는 건축 토목 등의 분야에서 많이 사용되는 중요한 원료이지만, 그 합성과정에서 이산화탄소 배출량이 너무 많다는 단점이 있다. 실제로 지구상 총 이산화탄소 배출량 중에서 5~7%가 시멘트 제조공정에서 나온다.
반면 지오폴리머는 제조과정에서 전혀 이산화탄소 배출이 없기 때문에 향후 시멘트를 대체할 친환경적 소재로 주목을 받고 있다. 더군다나 지오폴리머의 원료로서 기존의 메타카올린 대신 폐자원을 이용하게 되면 환경오염이나 훼손을 억제할 수 있어 더욱 큰 환경적 장점을 갖고 있다.
지오폴리머 반응은 실리카-알루미나 화합물로부터 발생하며, 이때 알칼리가 존재하면 지오폴리머 반응을 크게 활성화시킨다. 3차원적 비정질 구조를 갖는 지오폴리머는 1978년 Davidovits가 처음으로 명명하였다(J. Davidovits, "Geopolymer: Man-made Rock Geo-synthesis and the resulting development of very early high strength cement", J. Mater. Education. 16 (1994) 91). 지오폴리머는 제조가 상온~100℃ 범위에서 이루어지기 때문에 이산화탄소 배출이 거의 없다는 장점 이외에도 제조에 필요되는 에너지 량이 낮다는 경제적 장점도 갖는다.
강알칼리 환경에서 알루미노실리케이트 비정질 재료는 SiO4, AlO4 사면체 이온들이 쉽게 용해되어 나온다. 중축합 반응을 통해 사면체는 서로 연결되어 비정질 지오폴리머가 형성된다. 지오폴리머 반응을 통해 Al, Si 원자가 중심이 되는 고분자 중합체의 중추가 형성되는 것이다.
폐자원을 이용한 지오폴리머 제조방법에 관해서는 다양한 연구가 진행되어 왔으며, 예컨대, 폐유리(등록특허 제1078336호), 건축물 폐재(등록특허 제1120062호), 플라이 애쉬(등록특허 제1315371), 석탄재 및 고로슬래그(등록특허 제1218654호) 등을 이용한 지오폴리머 제조방법이 개시되고 있다.
한편 폐촉매는 정유공장에서 발생하는 석유화학 부문에서 나오는 것, 자동차 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거되는 것 등이 있는데, 다양한 분야에서 배출되는 폐촉매 슬래그는 그대로 폐기되어 환경오염 문제를 야기시킨다. 현재까지 이러한 폐촉매 슬래그의 재활용 방안으로 인공경량골재 원료로 사용된 예가 있었으나(S. Kang, S. Jo, "A study on the properties of artificial aggregates containing bottom ash from the power plant and waste catalyst slag", Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, Vol. 22, No. 4 (2012) 200-206), 지오폴리머 합성 원료로 사용된 예는 보고되지 않고 있다.
따라서 본 발명은 폐자원 활용의 다양화 관점에서 폐촉매 슬래그를 재활용하여 고강도의 지오폴리머를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (a) 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 칼시아(CaO)를 포함하는 폐촉매 슬래그 및 알칼리 활성화제 용액을 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 혼합물을 경화하는 단계; 및 (c) 및 상기 경화된 경화물을 양생하는 단계;를 포함하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폐촉매 슬래그는 자동차의 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폐촉매 슬래그는 입도분포가 10~180㎛인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 알칼리 활성화제 용액은 농도가 5~25M인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폐촉매 슬래그 및 상기 알칼리 활성화제 용액의 혼합물의 액상/고상 중량비는 0.05~0.25인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 경화는 30~80℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 양생은 1~30일간 수행되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폐자원을 이용한 지오폴리머 합성에 있어 특정 성분을 포함하는 폐촉매 슬래그를 이용하여 알카리 활성화제 용액과의 혼합, 경화 및 양생을 통해 지오폴리머를 합성하되, 특히 원료 입도, 경화 온도 및 양생 기간을 최적화하여 높은 압축강도를 갖는 지오폴리머를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 4에서 사용된 폐촉매 슬래그 원료에 대하여 결정상 분석을 수행한 결과를 나타낸 그래프,
도 2 내지 도 4는 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 5 내지 도 13은 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 결정상 분석을 수행한 결과를 나타낸 그래프,
도 14 내지 도 16은 각각 실시예 4, 8 및 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 백금 코팅 후 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 사진.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 (a) 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 칼시아(CaO)를 포함하는 폐촉매 슬래그 및 알칼리 활성화제 용액을 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 혼합물을 경화하는 단계; 및 (c) 및 상기 경화된 경화물을 양생하는 단계;를 포함하는 지오폴리머 제조방법을 개시한다.
지오폴리머(geopolymer)는 시멘트를 대체할 환경 친화적인 재료로서 통상 SiO2, Al2O3, CaO의 3성분계 조성으로 구성된 원료로부터 제조된다. 특히 비정질 상이 많이 포함된 원료를 사용할 경우 우수한 물리 화학적 특성을 갖는 지오폴리머가 제조된다. 본 발명에서는 자동차의 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거되는 폐촉매 슬래그(SWPC; Slag from Waste Spent Catalyst)가 비정질 구조를 갖는 것을 밝히고, 이를 원료로 하여 매우 높은 압축강도(약 115MPa)를 갖는 지오폴리머를 제조할 수 있음을 제시한다. 또한 본 발명에서는 SWPC의 입자크기를 제어하여 지오폴리머의 결정상과 미세구조를 제어하고, 지오폴리머 경화온도(curing temperature) 및 양생 기간이 지오폴리머의 특성에 미치는 영향을 분석하여, 특히 압축강도를 매우 높게 향상시킬 수 있음을 제시한다.
본 발명에서 사용되는 폐촉매 슬래그는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 칼시아(CaO)를 포함하며, 산화마그네슘(MgO), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화철(Fe2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)이 소량 포함될 수 있다. 이때 실리카는 28~32중량%, 알루미나는 34~38중량%, 칼시아는 21~25중량% 함량으로 함유된 것이 바람직하며, 본 발명의 합성 조건을 고려할 때 자동차의 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거된 것이 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 폐촉매 슬래그는 후술하는 알칼리 활성화제 용액과의 혼합 전에 건조하여 사용될 수 있으며, 예컨대 100~120℃에서 12~36시간 정도 건조하여 사용될 수 있다.
본 발명에서는 폐촉매 슬래그의 입자크기 제어를 통해 최종 제조되는 지오폴리머의 압축강도를 극대화시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 비정질 상이 많이 포함된 원료를 사용할 경우 우수한 물리 화학적 특성을 갖는 지오폴리머를 제조할 수 있는데, 입도분포(입경 기준)가 대략 10~500㎛인 폐촉매 슬래그가 적합하게 사용될 수 있다. 상기 폐촉매 슬래그의 입도분포에서 입도가 커질수록 완전한 비정질을 나타낼 수 있으나, 최종 제조되는 지오폴리머의 압축강도 향상을 고려하면 폐촉매 슬래그의 입도분포는 10~180㎛인 것이 더욱 바람직하고, 20~150㎛인 것이 더욱더 바람직하고, 30~100㎛인 것이 가장 바람직하다.
폐촉매 슬래그는 자체적으로 지오폴리머 반응을 할 수 없기 때문에 유리질 피막을 깨고 지오폴리머 반응에 관여하는 Si4 +, Al3 + 이온을 용출시켜 반응을 일으킬 수 있는 강알칼리 활성화제를 사용하는데, OH-의 농도가 높을수록 SiO2-Al2O3 유리질 결합을 빨리 분해시키고 많은 양의 반응 이온들을 생성하게 된다. 따라서 알칼리 이온 농도가 높으면 폐촉매 슬래그 활성화에 중요한 결정요소로서 알칼리 활성화제 가 폐촉매 슬래그의 반응물질 분해를 촉진시켜 높은 강도를 갖는 지오폴리머를 제조할 수 있게 된다.
이러한 알칼리 활성화제로서 폐촉매 슬래그와 반응(포졸란 반응)하여 수경성을 갖는 실리케이트나 알루미네이트 등의 성분을 생성하도록 하는 수용성 알칼리수산화물이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 증류수에 수산화나트륨(NaOH)이나 수산화칼륨(KOH) 등이 혼합된 용액으로 농도 5~25M, 바람직하게는 10~20M의 알칼리 활성화제 용액이 사용될 수 있다. 알칼리 활성화제 용액은 예컨대, 증류수에 수산화나트륨을 적정 농도로 혼합하고, 이를 25~90℃ 온도로 가열하면서 혼합시켜 준비할 수 있다.
이때 폐촉매 슬래그 함량에 대해 많은 양의 반응 이온 생성을 위한 폐촉매 슬래그와 알칼리 활성화제 용액의 혼합물의 액상/고상 중량비는 0.05~0.25로 유지하는 것이 바람직하고, 0.1~0.2로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 중량비가 0.05 미만일 경우 폐촉매 슬래그 함량 대비 반응 이온 생성 정도가 한계에 이를 수 있고, 0.25를 초과할 경우 알칼리 활성화제 함량 대비 최대한의 반응 이온 생성이 어려울 수 있다.
본 발명에서 폐촉매 슬래그 및 알칼리 활성화제의 혼합 용액 경화 시 온도 조건이 지오폴리머의 결정상이나 강도 발현에 유의적인 영향을 미친다. 즉, 경화 온도에 따라 포졸란 반응(pozzolanic reaction)이 일어나 결정상이 나타나도록 할 수 있으며, 강도 발현 양상이 달라질 수 있다. 최종 제조되는 지오폴리머의 압축강도 향상의 관점에서 경화 온도는 30~80℃인 것이 바람직하며, 50~70℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 경화는 예컨대, 혼합 용액에 약간의 압력을 주어 실린더 형태로 성형한 후, 수분 손실을 막기 위해 수지 백에 넣어 수행될 수 있다.
또한 상기 경화 단계 이후 양생 기간에 따라서도 지오폴리머의 결정상이나 강도 발현에 유의적인 영향을 미치는데, 본 발명에서 양생은 1~30일간 수행되는 것이 바람직하고, 7~28일간 수행되는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
자동차의 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거되는 폐촉매 슬래그로서 입도분포 45㎛ 미만의 입자크기를 갖고 XRF 분석(SPECTRO 2000)에 따라 하기 표 1의 화학적 조성(단위: 중량%)을 갖는 원료를 준비하여 110℃에서 24시간 건조 후 사용하였다. 알칼리 활성화제 용액으로 증류수에 수산화나트륨을 혼합하여 16M 농도가 되게 맞추고 상기 원료를 혼합한 후 25~90℃에서 가열하면서 마그네틱 바를 이용하여 회전 혼합시켰다. 이때 액상/고상 비율은 0.15로 고정하였다. 혼합된 용액에 약간의 압력을 주어 실린더(직경 9㎜, 높이 10㎜)로 성형한 후, 수분 손실을 막기 위해 폴리에틸렌 지퍼백에 넣어 내부가 99% 이상의 습도를 갖도록 하고 상온에서 경화를 실시하였다. 이후, 경화물을 양생하여 최종 지오폴리머 시편을 제조하였다.
Figure 112014032409276-pat00001
실시예 2
실시예 1에서 입도분포 45㎛ 이상 100㎛ 미만의 입자크기를 갖는 폐촉매 슬래그를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 입도분포 100㎛ 이상 180㎛ 미만의 입자크기를 갖는 폐촉매 슬래그를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 입도분포 180㎛ 이상 300㎛ 미만의 입자크기를 갖는 폐촉매 슬래그를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서 경화를 50℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 6
실시예 2에서 경화를 50℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 7
실시예 3에서 경화를 50℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 8
실시예 4에서 경화를 50℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 9
실시예 1에서 경화를 70℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 10
실시예 2에서 경화를 70℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 11
실시예 3에서 경화를 70℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
실시예 12
실시예 4에서 경화를 70℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 지오폴리머 시편을 제조하였다.
상기 실시예에 따른 지오폴리머 시편의 제조 공정인자를 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure 112014032409276-pat00002
폐촉매 슬래그의 결정상 분석
실시예 1 내지 4에서 사용된 폐촉매 슬래그 원료에 대하여 결정상 분석(X-ray diffraction(XRD), Rigaku MiniFlex2)을 수행한 후 그 결과를 도 1에 나타내었다. 분석 조건은 40㎸, 40㎃, CuKα radiation으로 하였다.
도 1을 참조하면, 180~300㎛의 입도분포를 갖는 원료는 결정상이 없는 완전한 비정질을 나타내며, 그 보다 미세한 입도분포를 갖는 원료에서는 약간의 CaO가 검출되긴 하였으나 역시 대부분 비정질 상인 것으로 확인되었다.
지오폴리머의 압축강도
실시예 1 내지 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 압축강도(UTM, UTM-900NH Series DAEKYUNG, Korea, 장치 헤드 스피드=5㎝/min)를 측정하고 그 결과를 도 2 내지 도 4에 나타내었다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 경화 온도와 무관하게 모든 지오폴리머는 원료 입자가 작을수록 압축강도가 높게 나타난 것을 알 수 있다. 또한 경화 온도가 같은 경우에는 양생 기간이 증가할수록 역시 압축강도가 높게 나타난 것을 알 수 있다.
한편, 경화 온도를 증가시키면 압축강도는 증가하는 것을 알 수 있는데, 이는 지오폴리머 반응이 높은 비표면적을 가질 때 이온 용출량이 많아 반응이 가속화되기 때문이다. 또한 이온 용출 반응은 온도 의존성이어서 고온으로 갈수록 지오폴리머의 압축강도가 증가한 것으로 볼 수 있다.
지오폴리머의 결정상 및 미세구조 분석
실시예 1 내지 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 결정상 분석(X-ray diffraction(XRD), Rigaku MiniFlex2)을 수행한 후 그 결과를 도 5 내지 도 13에 나타내었다. 분석 조건은 40㎸, 40㎃, CuKα radiation으로 하였다. 또한 실시예 4, 8 및 12에 따라 제조된 지오폴리머 시편에 대하여 백금 코팅 후 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscopy, S-4800, HITACHI, Japan)으로 관찰한 결과를 각각 도 14 내지 도 16에 나타내었다.
먼저 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상온(RT)에서 경화 후 1일간 양생된 시편은 대부분 비정질 상을 보였다. 특이한 점은 원료에 있던 결정질 CaO 피크가 지오폴리머 반응에서 사라진 것이다. 이는 CaO가 지오폴리머 반응에 기여했음을 보여준다.
또한 도 5 내지 도 13을 참조하면, 상온에서 경화된 시편의 경우 1일간 양생시에는 결정질 피크가 보이지 않았으나, 상온에서 경화 후 7일 이상 양생되거나 상온 이상의 온도에서 경화된 경우 결정 피크들이 나타난 것을 알 수 있다. 그 결정들은 CAH(calcium-aluminate), 알루미노-실리케이트 제올라이트(alumino-silicate zeolite) 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)들로서 대부분이 하이드레이트(hydrate) 또는 하이드록사이드(hydroxide) 형태였다. 이는 포졸란 반응(pozzolanic reaction)이 일어났음을 보여주며, 또한 큰 입자 원료로 제조된 지오폴리머에서 포졸란 반응이 더 활발하게 일어났음을 보여준다.
상온에서 제조된 시편의 경우 양생 기간이 강도에 큰 영향을 미친다. 예컨대, 입도분포 45㎛ 미만의 시편은 양생 기간에 따라 결정상 변화가 없었으나(도 5 내지 7, 실시예 1 참조), 강도는 양생 기간과 함께 증가(도 2, 실시예 1 참조)한 것을 알 수 있다. 즉, 28일간 양생된 시편 강도는 60㎫로 1일간 양생된 시편의 38㎫에 비해 1.6배 정도 증가하였다. 입도분포 180㎛ 이상 300㎛ 미만의 시편의 경우에는 1일간 양생 조건으로 제조하면 비정질 구조를 보였으나, 양생 기간이 7일 이상이 되면 지오폴리머에 CAH, 제올라이트 결정 피크가 생성되었으며, 이들은 양생 기간 증가와 함께 그 피크 강도도 함께 증가하였다(도 5 내지 7, 실시예 4 참조). 또한 결정상 피크 강도 증가는 압축강도 향상과 연관이 있는 것을 알 수 있다. 예컨대, 입도분포 180㎛ 이상 300㎛ 미만의 시편의 경우 28일간 양생된 시편 강도는 1일간 양생된 시편에 비해 수십 배 강한 압축강도(27㎫)를 나타낸 것을 알 수 있다(도 2, 실시예 4 참조).
한편 도 14 내지 16을 참조하여 시편의 파단면 구조를 살펴보면, 상온에서 경화된 시편이 좀 더 부드럽고 편평하여 비정질 구조임을 보였고, 그 이상의 온도에서 경화된 시편은 울퉁불퉁하고 불규칙한 구조를 보여 결정상으로 이루어짐을 알 수 있다. 이러한 결과는 상기 결정상 분석 결과와 일치한다.
이와 같이 완전히 비정질인 자동차 폐촉매 슬래그로부터 지오폴리머를 합성한 결과, 원료의 입도, 경화 온도, 양생 기간에 따라 결정상 종류, 결정상 XRD 피크 강도가 달라졌으며, 이는 압축강도에 민감하게 관련하였고, 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다.
첫째, 경화 온도를 높이거나 입도를 낮추면 지오폴리머의 압축 강도는 높아졌다.
둘째, 상온에서 경화된 경우 결정상이 나타나지 않았으나, 50℃ 이상의 온도로 경화하면 여러 가지 결정상이 생성되었으며, 이는 포졸란 반응이 일어났음을 보여준다.
셋째, 상온에서 경화된 경우 결정상이 나타나지 않았으나 강도 발현은 나타났고, 원료 입자 크기가 작은 입자로 제조된 지오폴리머가 큰 입자로 제조된 경우보다 결정상 생성이 억제되었다. 즉 큰 입자 원료로 제조된 지오폴리머에서 포졸란 반응이 더 활발하였다.
넷째, 상온에서 경화된 시편은 비록 결정상이 생성되지 않았으나, 강도 향상은 나타났다. 미세구조 판독 결과, 비정질 시편에서 10~20㎚ 크기의 미세한 입자들이 발견되었으며, 이는 경화 온도 증가에 따라 입자 크기가 함께 성장한 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 이러한 공정인자를 조절하여 압축강도가 105㎫(도 4 참조)에 달하는 매우 높은 기계적 강도를 갖는 지오폴리머를 합성할 수 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. (a) 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 칼시아(CaO)를 포함하는 폐촉매 슬래그 및 알칼리 활성화제 용액을 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합된 혼합물을 경화하는 단계; 및
    (c) 및 상기 경화된 경화물을 양생하는 단계;
    를 포함하여 지오폴리머를 제조하되, 상기 지오폴리머는 CAH(calcium-aluminate), 알루미노-실리케이트 제올라이트 및 수산화칼슘의 결정상을 가지는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐촉매 슬래그는 자동차의 배기가스 정화용 촉매 폐기물로부터 수거되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폐촉매 슬래그는 입도분포가 10~180㎛인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 활성화제 용액은 농도가 5~25M인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐촉매 슬래그 및 상기 알칼리 활성화제 용액의 혼합물의 액상/고상 중량비는 0.05~0.25인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경화는 30~80℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양생은 1~30일간 수행되는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 제조방법.
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