KR101679793B1 - Porous zeolite contained iron manufacturing method and porous zeolite manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a preparation method of porous zeolite containing an iron component is a hydrothermal synthesis method via a sol-gel method. The preparation method comprises a step of synthesizing an iron component to a zeolite framework using ammonium iron citrate which is a type of organic iron complex compound and is an iron-component raw material substance. As an organic support to secure porosity of zeolite, tertbutyl alcohol, an ammonia-based organic synthetic substance, and an amine-based organic synthetic substance, or the like, is used.

Description

철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 제올라이트{POROUS ZEOLITE CONTAINED IRON MANUFACTURING METHOD AND POROUS ZEOLITE MANUFACTURED BY THE SAME} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous zeolite containing iron component and a porous zeolite produced by the same,

본 발명은 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 제올라이트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철성분 원료물질로서 유기성 철 착화합물을 이용하여 제올라이트의 골격에 합성시키고 유기성 지지체로서 삼차부틸알콜, 암모니아계 유기합성물질, 또는 아민계 유기합성물질을 이용하여 다공성을 형성하는 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 제올라이트에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing an iron-containing porous zeolite and a porous zeolite produced by the process, and more particularly to a zeolite having an iron-containing raw material which is synthesized on the skeleton of a zeolite by using an organic iron complex, The present invention relates to a method for producing an iron-containing porous zeolite which forms porosity using an ammonia-based organic synthesis material or an amine-based organic synthesis material, and a porous zeolite produced thereby.

나노미터 크기보다 작은 미세기공을 갖고 있는 다공성 결정체인 제올라이트는 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 규산염으로 흡착제, 건조제, 이온교환제, 분리제 및 촉매 등의 광범위한 용도로 널리 사용되고 있는 대표적인 나노구조체이다. Zeolites, which are porous crystals with micropores smaller than nanometer size, are aluminosilicate silicates and are representative nanostructures widely used in a wide range of applications such as adsorbents, desiccants, ion exchangers, separating agents and catalysts.

제올라이트의 화학적인 구성은 나트륨(Na), 칼륨(K), 칼슘(Ca) 등의 금속산화물을 함유한 함수 알루미노규산염의 총칭으로 일반식은 MeO(금속산화물)·Al2O3·xSiO2·yH2O로 나타낸다. The chemical composition of zeolite is a generic term for hydrous aluminosilicates containing metal oxides such as sodium (Na), potassium (K) and calcium (Ca), and the general formula is MeO (metal oxide) · Al 2 O 3 · xSiO 2 · yH 2 O represents a.

공통적인 특징으로는 규산염(SiO4-4)구조의 Si의 일부가 Al로 치환되어 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 축합규산염의 골격(framework)을 이루고 결정구조내의 물은 탈착되어 공로(void channel)를 만들어 사방이 통할 수 있는 극미세공의 다공성 구조를 갖게 된다. A common feature is that a part of the Si of the silicate (SiO 4 -4) structure is replaced by Al to form the framework of the aluminosilicate condensed silicate and the water in the crystal structure is desorbed to form a void channel So that it has a porous structure of microscopic pores that can be made in all directions.

최근 다공성 세공(micropore)을 화학반응기인, 일명 나노반응기로 사용하기 위하여 졸-겔 수열합성법(Sol-Gel Hydrothermal method)을 이용한 제올라이트 합성과정에 철염으로서 FeCl3, FeSO4 또는 영가철 등과 같은 철성분을 부가물질로 주입하여 합성하거나, 제올라이트 합성 후 철염용액에 담구(dipping)어 철성분을 코팅하여 사용한다. Recently, in order to use a porous micropore as a chemical reactor, a so-called nanoreactor, an iron compound such as FeCl 3 , FeSO 4 or Zero Iron as an iron salt in the process of synthesizing a zeolite using a Sol-Gel hydrothermal method Or by adding a dipping iron component to the iron salt solution after synthesizing zeolite.

또한, 알루미노실리케이트의 골격을 안정적으로 유지시켜 다공성을 확보하기 위한 방안으로 음전하의 규산염(SiO4-4)과의 전기적 중화반응을 시키기 위하여 양이온 유기성 지지체(cation organic templete)로서 암모니움을 포함하고있는 TPAOH(tetra-propyl ammonium hydroxide), TBAOH(tetra-butyl ammonium hydroxide), TEAOH(tetra-ethyl ammonium hydroxide), TMAOH(tetra-methyl ammonium hydroxide) 또는 아민기를 포함하고 있는 트리 알킬아민(trialkylamine), 디알킬아민류(dialkylamine), 모노알킬 아민(monoalkylamine)류를 사용한다. In order to stably maintain the skeleton of aluminosilicate and secure porosity, ammonium ion is contained as a cation organic template in order to perform an electrical neutralization reaction with a negative silicate (SiO 4 -4) Trialkylamines including tetra-propyl ammonium hydroxide (TPAOH), tetra-butyl ammonium hydroxide (TBAOH), tetra-ethyl ammonium hydroxide (TEAOH), tetramethyl ammonium hydroxide (TMAOH) Dialkylamines, and monoalkylamines are used.

하지만, 상기의 방법에서 졸-겔법에 의한 제올라이트의 수열합성 시 혼합용액의 pH는 10이상의 고알칼리 조건의 유지가 필요하며, 고알칼리 조건에서 기존에 사용되던 철염을 주입 시 철이온(Fe++,Fe+++)과 수산기(OH-)와의 반응으로 Fe(OH)2 또는 Fe(OH)3 등의 불용성인 철수산화물 플록(floc)이 형성된다.However, when hydrothermally synthesizing zeolite by the sol-gel method, it is necessary to maintain the pH of the mixed solution at 10 or more in a high alkaline condition. In the high alkali condition, iron ions (Fe ++, Fe +++ ) And a hydroxyl group (OH-) form an insoluble iron oxyfluoride (floc) such as Fe (OH) 2 or Fe (OH) 3 .

이와 같은 플록의 형성으로 인해 제올라이트 골격으로의 철이온의 합성이 어려울 뿐만 아니라, 다공성의 형성을 저하시켜서 비표면적(BET : specific surface area, m2/g) 저하를 야기시킨다.Due to the formation of flocs, it is not only difficult to synthesize iron ions to the zeolite skeleton, but also lowers the formation of porosity, resulting in a decrease in specific surface area (m 2 / g).

또한, 졸-겔법에 의해 제조된 제올라이트에 철성분을 코팅시키기 위하여 제올라이트를 산성염인 철염 용액에 담굴(dipping) 경우 낮은 pH로 인하여 알루미노실리케이트의 결정체인 제올라이트의 화학적 구조를 훼손시킨다. In addition, when the zeolite is dipped in the iron salt solution of the acid salt to coat the iron component with the zeolite prepared by the sol-gel method, the chemical structure of the zeolite, which is the crystal of the aluminosilicate, is impaired due to the low pH.

그리고, 알루미노실리케이트의 다공성 확보 및 골격의 유지를 위한 암모니움 또는 아민기를 함유한 양이온 유기성 지지체의 경우 단위 g당 가격이 매우 고가일 뿐만 아니라 철이온과의 경쟁반응으로 안정된 결정형 골격을 유지하기가 어려운 문제가 있다.In the case of a cationic organic support containing an ammonium or amine group for securing the porosity of aluminosilicate and maintaining the skeleton, the price per unit g is not only high but also maintains a stable crystalline structure due to a competitive reaction with iron ions There is a difficult problem.

한국등록특허 제10-0857352호Korean Patent No. 10-0857352

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 졸-겔법에 의한 제올라이트의 수열합성 시 고알칼리 조건에서 철이온에 의해 플록을 형성하지 않는 철성분 원료물질에 의해 제올라이트를 제조하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a process for hydrothermal synthesis of a zeolite by sol-gel process, which comprises reacting zeolite with an iron ingredient material which does not form flocs by iron ion under high alkali conditions .

본 발명의 다른 목적은 양이온제로서 철이온을 알루미노실리케이트의 골격과 직접 반응시킴과 동시에 다공성을 확보하기 위한 유기성 지지체로서 저가이면서 다공성이 탁월한 제올라이트 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing zeolite which is low in cost and excellent in porosity as an organic support for directly reacting iron ions with the skeleton of aluminosilicate as a cationic agent and ensuring porosity.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법은 졸-겔법에 의한 수열합성법으로 제올라이트를 제조하는 방법에 있어서, 철성분 원료물질로서 유기성 철 착화합물을 이용하여 제올라이트를 제조하는 것이 바람직하다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of preparing zeolite by hydrothermal synthesis by a sol-gel method, comprising the steps of: preparing an organic iron complex compound It is preferable to prepare a zeolite.

본 발명의 유기성 철 착화합물은 암모니움 아이언 사이트레이트(ammonium iron citrate, C6H8O7FeNH3, 이하 'AIC'로 지칭)인 것이 바람직하다.The organic iron complex compound of the present invention is preferably ammonium iron citrate (C 6 H 8 O 7 FeNH 3 , hereinafter referred to as "AIC").

본 발명의 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법은 제올라이트의 다공성을 확보하기 위한 유기성 지지체로서 삼차부틸알콜, 암모니아계 유기합성물질, 및 아민계 유기합성물질 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.The method for producing an iron component-containing porous zeolite of the present invention is preferably an organic support for securing the porosity of zeolite using any one of tertiary butyl alcohol, ammonia organic synthesis material and amine organic synthesis material.

본 발명의 제올라이트의 원료물질과 상기 암모니움 아이언 사이트레이트(AIC)를 일정비율로 혼합하는 원료 혼합액 제조단계(S100); 상기 원료 혼합액을 겔상태의 혼합액으로 숙성시키기 위한 혼합액 숙성단계(S200); 상기 숙성된 혼합액을 일정온도로 오토클래이브에서 수열합성과정을 거치는 수열합성단계(S300);및 상기 수열합성이 완료된 시료를 세척 및 여과공정을 거쳐 일정온도에서 건조시키는 마무리 단계(S400)를 포함하는 것이 바람직하다.(S100) a raw material mixture preparation step of mixing the raw material of the zeolite of the present invention and the ammonia iron citrate (AIC) at a predetermined ratio; Aging a mixed solution for aging the raw material mixture with a mixed solution in a gel state (S200); A hydrothermal synthesis step (S300) of hydrothermally synthesizing the aged mixed solution at a certain temperature in an autoclave (S300), and a finishing step (S400) in which the hydrothermally synthesized sample is washed and filtered and dried at a predetermined temperature .

본 발명의 원료 혼합액 제조단계(S100)는 상기 원료 혼합액 내의 몰비가 Al2O3 : SiO2 : AIC 내의 Fe = 1 : 1 ~ 50 : 0.1 ~ 1가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.Raw material mixture of the present invention manufacturing step (S100) is the molar ratio in the raw material mixture Al 2 O 3: SiO 2 : Fe in the AIC = 1: 1 to 50: 0.1 to 1.

본 발명의 혼합액 숙성단계(S200)는 상기 원료 혼합액을 45℃ 내지 55℃의 온도로 교반하면서 20시간 ~ 30시간 동안 숙성(aging)시켜서 젤 상태로 형성하는 것이 바람직하다.In the mixing solution aging step (S200) of the present invention, it is preferable that the raw material mixture is aged for 20 to 30 hours while stirring at a temperature of 45 ° C to 55 ° C to form a gel state.

본 발명의 수열합성단계(S300)는 상기 숙성된 혼합액을 100℃ 내지 180℃의 오토클래이브에서 40시간 내지 50시간 동안 수열합성시키는 것이 바람직하다.In the hydrothermal synthesis step (S300) of the present invention, the aged mixture is preferably hydrothermally synthesized in an autoclave at 100 ° C to 180 ° C for 40 to 50 hours.

본 발명의 마무리 단계(S400)는 100℃의 온도조건에서 건조시키는 것이 바람직하다.The finishing step (S400) of the present invention is preferably carried out at a temperature of 100 캜.

본 발명의 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법은 제올라이트의 원료물질과 상기 암모니움 아이언 사이트레이트와 상기 유기성 지지체를 일정비율로 혼합하되, 상기 원료 혼합액 내의 몰비는 Al2O3 : SiO2 : AIC 내의 Fe : 유기성 지지체 = 1 : 1 ~ 50 : 0.1 ~ 1 : 1.5가 되도록 혼합하는 원료 혼합액 제조단계(S100); 상기 원료 혼합액을 겔상태의 혼합액으로 숙성시키기 위하여 상기 원료 혼합액을 45℃ 내지 55℃의 온도로 교반하면서 20시간 ~ 30시간 동안 숙성(aging)시켜서 젤 상태로 형성하는 혼합액 숙성단계(S200); 상기 숙성된 혼합액을 100℃ 내지 180℃의 오토클래이브에서 40시간 내지 50시간 동안 수열합성시키는 수열합성단계(S300);및 상기 수열합성이 완료된 시료를 세척 및 여과공정을 거쳐 일정온도에서 건조시키는 마무리 단계(S400)를 포함하는 것이 바람직하다.In the method for producing an iron component-containing porous zeolite of the present invention, the raw material of zeolite, the ammonium iron cationate and the organic support are mixed at a predetermined ratio, and the molar ratio in the raw material mixture is Al 2 O 3 : SiO 2 (S100) for mixing Fe: organic support in AIC = 1: 1 to 50: 0.1 to 1: 1.5; Aging the raw material mixture solution to aging the raw material mixture solution at a temperature of 45 ° C to 55 ° C for 20 to 30 hours so as to agitate the raw material mixture solution in a gel state; A hydrothermal synthesis step (S300) of hydrothermally synthesizing the aged mixed solution in an autoclave at 100 ° C. to 180 ° C. for 40 to 50 hours; and a hydrothermal synthesis step (S300) of subjecting the hydrothermally synthesized sample to washing and filtering at a constant temperature And a finishing step (S400).

본 발명의 유기성 지지체는 TBA(tertiary Buthyl Alcohol)이고, 상기 마무리 단계에서 100℃ 온도 조건에서 건조시키는 것이 바람직하다.The organic support of the present invention is preferably TBA (tertiary buthyl alcohol), and is preferably dried at a temperature of 100 ° C in the finishing step.

본 발명의 유기성 지지체는 TPAOH(tetra-propyl ammonium hydroxide)이고, 상기 마무리단계에서 550℃ 온도 조건에서 건조시키는 것이 바람직하다.The organic support of the present invention is preferably tetra-propyl ammonium hydroxide (TPAOH), and is preferably dried at 550 ° C in the finishing step.

본 발명의 철성분 함유 다공성 제올라이트는 상기와 같은 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.The iron component-containing porous zeolite of the present invention is preferably produced by the above-described method for producing an iron component-containing porous zeolite.

이와 같은 본 발명에 의한 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 제올라이트에 의하면, 유기성 철 착화합물인 암모니움 아이언 사이트레이트를 이용하여 철이온을 알루미노실리케이트의 골격과 직접 반응하도록 함으로써 철염에 의한 플록 현상을 방지하여 철함량이 높더라도 이온교환 및 흡착능력의 감소없이 반복적으로 재사용할 수 있는 이점이 있다.According to the process for producing an iron-containing porous zeolite according to the present invention and the porous zeolite produced by the method, the iron ion can be directly reacted with the skeleton of the aluminosilicate using ammonium iron cationate as an organic iron complex, So that even when the iron content is high, there is an advantage that it can be reused repeatedly without reducing ion exchange and adsorption ability.

그리고, 철이온을 알루미노실리케이트의 골격에 함유하고 저가의 TBA를 이용하여 제올라이트에 다공성을 형성함으로써 기존의 경우보다 더 고다공성의 특성을 가질 수 있으며, 휘발성 물질의 흡착능력과 펜톤산화에 의한 산화기능을 갖출 수 있음은 물론이며, 저가의 유기성 지지체를 이용함으로써 제조단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.In addition, it is possible to have higher porosity characteristics than conventional ones by containing iron ions in the skeleton of aluminosilicate and forming a porosity in the zeolite by using low-cost TBA, And an advantage of being able to reduce manufacturing cost by using an inexpensive organic support is of course advantageous.

도 1은 통상의 제올라이트, 철염을 이용한 제올라이트, 본 발명에 의해 제조된 제올라이트 표면에 대한 전자 현미경(SEM) 이미지와 EDX mapping 사진.
도 2는 통상의 제올라이트, 철염을 이용한 제올라이트, 본 발명에 의해 제조된 제올라이트 표면을 XPS를 이용하여 결합에너지를 분석하여 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 있어서 유기성 지지체로서 TPAOH와 TBM을 이용하여 제조한 제올라이트에 대한 비표면적 및 pore volume을 비교한 그래프.
도 4a 내지 도 4c는 각각 통상의 제올라이트, 철염을 이용한 제올라이트, 본 발명에 의해 제조된 제올라이트에 대한 BTEX 휘발성 물질 제거효율을 나타낸 그래프.
FIG. 1 is an electron microscope (SEM) image and an EDX mapping image of a zeolite surface prepared by the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the binding energy of the zeolite prepared according to the present invention by analyzing binding energy using conventional zeolite, iron salt, and XPS.
3 is a graph comparing the specific surface area and pore volume of zeolite prepared using TPAOH and TBM as an organic support in the present invention.
FIGS. 4A to 4C are graphs showing the removal efficiencies of BTEX volatile materials for the conventional zeolite, the zeolite using the iron salt, and the zeolite prepared according to the present invention, respectively.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the singular " include " or "have" are to be construed as including the stated feature, number, step, operation, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (e.g., a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present application.

본 발명에 의해 제조되는 제올라이트는 이온교환제 및 촉매 등으로 다양하게 사용되고 있는 것으로서, 제올라이트의 골격에 철성분을 결합시키고 휘발성이 높은 저가의 유기성 지지체를 이용하여 고다공성을 확보하도록 제조된 것이다.The zeolite produced according to the present invention is widely used as an ion exchanger and a catalyst, and is manufactured to bind an iron component to a skeleton of a zeolite and ensure high porosity by using a volatile organic support having a high volatility.

통상의 제올라이트의 구성성분은 NaO·Al2O3·xSiO2·yH2O와 같은 화학적 물질로 구성되어 있으며 pH 10 이상의 고알칼리성 분위기에서 100℃ 이상의 고온, 고압에서 수열 합성법에 의해 제조된다.Components of conventional zeolite is prepared by NaO · Al 2 O 3 · xSiO 2 · yH composed of chemical substances, such as 2 or more O and 100 ℃ high temperature atmosphere at a high alkaline pH 10 or more, hydrothermal synthesis at high pressure.

이와 같은 기존의 제올라이트 합성방법에서 철성분을 함유시킬 경우, 통상의 제조방법인 철염에 의한 이온교환방법이나 철염을 직접 원료로 사용하게 되면, 통상의 철염(Fe2(SO4)3, FeCl3, Fe(NO3)2)이 수산기와 먼저 반응하여 불용성인 철수산화 침전물을 형성함으로 인해 철성분이 제올라이트의 골격에 결합되기 어려울 뿐만 아니라 수산화기와의 우선적 반응으로 인해 알루미노 실리케이트 골격과의 반응이 불가능하므로 수처리에서는 이온교환이나 흡착능력을 감소시키고 일회용으로 사용할 수 밖에 없다.In the conventional method of synthesizing zeolite, when an iron component is contained, if an iron ion-exchange method or an iron salt is directly used as a raw material, a conventional iron salt (Fe 2 (SO 4 ) 3 , FeCl 3 , Fe (NO 3 ) 2 ) reacts first with hydroxyl groups to form an insoluble iron-oxide precipitate, which makes it difficult for the iron component to bond to the skeleton of the zeolite, and the reaction with the aluminosilicate skeleton due to preferential reaction with hydroxyl groups Therefore, it is inevitable to reduce the ion exchange capacity and adsorption ability in the water treatment and to use it as a disposable one.

따라서, 본 발명에서는 철성분 원료물질로서 킬레이트 화합물의 일종인 유기성 철 착화합물을 이용하여 제올라이트의 골격에 합성시킴으로써 철함량이 높더라도 이온교환 및 흡착능력의 감소없이 반복적으로 재사용할 수 있다. 그리고, 유기성 철 착화합물을 이용하여 철성분을 골격에 함유하고 삼차부틸알콜을 이용하여 고다공성을 형성함으로써 대기오염에서는 휘발성 물질의 흡착능력과 펜톤산화(Fenton's oxidation)에 의한 산화기능을 가질 수 있다.Therefore, in the present invention, by using an organic iron complex, which is a kind of chelate compound, as an iron ingredient material, it is synthesized on the skeleton of a zeolite so that the iron content can be reused repeatedly without decreasing ion exchange and adsorption ability. The organic iron complex is used to contain iron in the skeleton and the tertiary butyl alcohol to form a high porosity. Thus, in the air pollution, the adsorbing ability of volatile substances and the oxidizing function by Fenton's oxidation can be obtained.

본 발명에 의한 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법은 철성분 원료물질로서 유기성 철 착화합물인 암모니움 아이언 사이트레이트(ammonium iron citrate, C6H8O7FeNH3, 이하 'AIC'로 지칭)를 이용하여 제올라이트의 골격에 합성시키고, 다공성을 확보하기 위하여 유기성 지지체로서 물에 대한 용해도가 매우 높고 휘발성이 우수한 삼차부틸알콜(tertiary Buthyl Alcohol, t-Butanol, 이하 'TBA'로 지칭), 암모니아계 유기합성물질, 또는 아민계 유기합성물질을 이용한다.The process for producing an iron-containing porous zeolite according to the present invention uses ammonium iron citrate (C 6 H 8 O 7 FeNH 3 , hereinafter referred to as "AIC"), which is an organic iron complex, as an iron ingredient material Butanol (TBA), which is highly soluble in water and has excellent volatility, as an organic support, and ammonia-based organic synthesis (hereinafter referred to as "TBA"), Materials, or amine-based organic synthetic materials.

통상의 제올라이트 합성은 졸-겔에 의한 고온, 고압의 조건에서의 수열합성법에 의해 제조되는데, 본 발명에서도 알루미노 실리케이트 합성을 위한 주원료 물질로서 Na2SiO3, NaAl2O3, 또는 NaOH를 사용하였다.Conventional zeolite synthesis is produced by a hydrothermal synthesis method under high temperature and high pressure conditions by sol-gel. In the present invention, Na 2 SiO 3 , NaAl 2 O 3 , or NaOH is used as the main raw material for synthesis of aluminosilicate Respectively.

그리고, 본 발명에서 철성분이 함유된 제올라이트를 합성하기 위해서 철성분 원료물질로서 유기성 철 착화합물인 AIC를 사용한다. 일반적으로 철성분이 함유된 유기성 철 착화합물질은 ammonium iron citrate(AIC), Iron citrate, 및 Iron acetylacetonate 등 여러 가지가 있으나, AIC 만이 물에 100% 용해되면서 알칼리 용액에서도 OH기와 철수산화물을 형성하지 않고 양전하의 Fe+++를 형성하여 음전하의 (SiO4)-4와 화학적으로 결합하여 알루미노 실리케이트의 골격을 형성한다.In the present invention, in order to synthesize a zeolite containing an iron component, AIC, which is an organic iron complex, is used as an iron component raw material. In general, the organic iron complex containing iron is rich in ammonium iron citrate (AIC), iron citrate, and iron acetylacetonate. However, only AIC dissolves in water to form OH groups and iron oxides in alkaline solutions forming the Fe +++ in the positive charge to combine chemically with the (SiO 4) -4 a negative charge to form the backbone of the aluminosilicate.

그리고, 제올라이트에 다공성을 형성 및 유지하기 위한 TBA는 상온에서 100% 물에 용해되고, 휘발온도가 약 80℃로 매우 낮으며, 알칼리 조건에서 Na+와 반응하여 금속알콕사이드(t-BuONa, sodium tertialry butoxide)를 형성한다.TBA for forming and maintaining porosity in zeolite is dissolved in 100% water at room temperature, and the volatilization temperature is as low as about 80 ° C. In the alkaline condition, TBA reacts with Na + to form metal alkoxide (t-BuONa, sodium tertialry butoxide.

이하에서는 본 발명에 의한 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법에 대해 자세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing an iron component-containing porous zeolite according to the present invention will be described in detail.

본 발명의 제1 실시예에 의한 제조방법은 철성분이 함유된 제올라이트를 제조하는 방법에 대한 것이다.A manufacturing method according to the first embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a zeolite containing an iron component.

먼저, 화학적 성분이 SiO2, Al2O3, Na2O, H2O인 제올라이트를 합성하기 위하여, 주원료물질인 Al2O3와 SiO2를 소정 배합비로 혼합하고, 여기에 철원료물질인 AIC를 소정 배합비로 혼합하여 원료 혼합액을 제조하는 원료 혼합액 제조단계(S100)를 실시한다.First, in order to synthesize a zeolite whose chemical components are SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and H 2 O, Al 2 O 3 and SiO 2 , which are main raw materials, are mixed at a predetermined mixing ratio, AIC are mixed at a predetermined mixing ratio to prepare a raw material mixture liquid (S100).

이때, 원료 혼합액 내의 Al2O3를 1몰(mole)을 기준으로 SiO2는 2몰 ~ 50몰의 범위이고, SiO2의 몰비 증가에 따라 철성분의 몰비는 0.1몰 ~ 1몰의 범위로 증가시켜 주입하여 원료 혼합액을 제조한다(다만, 주원료물질인 Al2O3 1몰을 기준으로 Na2O는 1.5 ~ 3 몰, H2O는 400 ~ 1000몰이 배합되지만 주요원료물질이 아니므로 이하 생략한다).At this time, SiO 2 is in a range of 2 to 50 mol based on 1 mol of Al 2 O 3 in the raw material mixture, and the molar ratio of the iron component is in the range of 0.1 mol to 1 mol as the molar ratio of SiO 2 increases (However, based on 1 mole of Al 2 O 3 as the main raw material, 1.5 to 3 moles of Na 2 O and 400 to 1000 moles of H 2 O are blended, but since they are not main raw materials, Omitted).

이를 정리하면, 원료 혼합액 내의 몰비는 Al2O3 : SiO2 : AIC 내의 Fe = 1 : 1 ~ 50 : 0.1 ~ 1(여기서 AIC 내의 Fe는 용해도 및 기타 조건에 따라 AIC 내의 Fe 농도가 각각 상이하기 때문에 AIC 내에 잔존하는 Fe의 몰비로 규정하였음)이다.To summarize, the molar ratio in the raw material mixture solution is Al 2 O 3 : SiO 2 : Fe in the AIC = 1: 1 to 50: 0.1 to 1 (where Fe in the AIC is defined as the molar ratio of Fe remaining in the AIC since the Fe concentrations in the AIC are different depending on the solubility and other conditions).

원료 혼합액 제조단계(S100)가 완료되면, 졸 상태의 원료 혼합액을 겔상태의 혼합액으로 숙성하기 위한 혼합액 숙성단계(S200)를 실시한다. 혼합액 숙성단계는 졸상태의 원료 혼합액을 45℃ 내지 55℃, 바람직하게는 50℃의 온도로 교반하면서 20시간 ~ 30시간, 바람직하게는 24시간 숙성(aging)시켜서 젤 상태로 형성한다.When the raw material mixture preparation step (S100) is completed, a mixed solution aging step (S200) is performed for aging the raw material mixture solution in a sol state into a gel mixture solution. The aging of the mixed solution is performed in a gel state by stirring the raw material mixture in a sol state at a temperature of 45 ° C to 55 ° C, preferably 50 ° C, for 20 hours to 30 hours, preferably aging for 24 hours.

그리고, 숙성된 혼합액을 약 100℃ ~ 180℃의 오토클래이브에서 40시간 ~ 50시간, 바람직하게는 48시간 수열합성과정을 거치는 수열합성단계(S300)를 거친다.The aged mixture is subjected to a hydrothermal synthesis step (S300) in an autoclave at about 100 ° C to 180 ° C for 40 to 50 hours, preferably 48 hours for hydrothermal synthesis.

수열합성이 완료된 시료는 세척 및 여과 공정을 거쳐 약 100℃에서 건조시키는 마무리 단계(S400)에 의해 최종 제올라이트로 제조될 수 있다.The hydrothermally synthesized sample may be made into a final zeolite by a cleaning step (S400) in which the sample is washed and filtered and then dried at about 100 ° C.

본 발명의 제2 실시예에 의한 제조방법은 철성분이 함유된 다공성 제올라이트를 제조하는 방법에 대한 것이다.A method of manufacturing a porous zeolite containing an iron component according to a second embodiment of the present invention.

제2 실시예에 의한 제조방법은 졸-겔법에 의한 수열합성법으로 철성분을 함유하면서 다공성 제올라이트를 제조하기 위한 것으로서 유기성 지지체로서 삼차부틸알콜 중 하나인 TBA(tertiary Buthyl Alcohol), 암모니아 또는 아민계 유기합성물질을 사용하는데, TPAOH(tetra-propyl ammonium hydroxide), TBAOH(tetra-butyl ammonium hydroxide), TEAOH(tetra-ethyl ammonium hydroxide), TMAOH(tetra-methyl ammonium hydroxide) 또는 아민기를 포함하고 있는 트리 알킬아민(trialkylamine), 디알킬아민류(dialkylamine), 모노알킬 아민(monoalkylamine)류 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 TBA 및 TPAOH를 사용하는 경우에 대해서만 설명한다.The production method according to the second embodiment is for preparing a porous zeolite containing an iron component by a hydrothermal synthesis method by a sol-gel method. The organic zeolite is a tertiary buthyl alcohol (TBA), an ammonia or an amine organic Synthetic materials used include trialkylamines containing tetra-propyl ammonium hydroxide (TPAOH), tetra-butyl ammonium hydroxide (TBAOH), tetra-ethyl ammonium hydroxide (TEAOH), tetra- trialkylamine, dialkylamine, or monoalkylamine may be used. In the present invention, the case of using TBA and TPAOH will be described.

먼저, TBA를 사용하는 경우, 원료물질인 Al2O3와 SiO2를 소정 배합비로 혼합하고, 여기에 철원료물질인 AIC와 유기성 지지체 원료인 TBA를 소정 배합비로 혼합하여 원료 혼합액을 제조하는 원료 혼합액 제조단계(S100)를 실시한다.First, when TBA is used, Al 2 O 3 and SiO 2 , which are raw materials, are mixed at a predetermined blending ratio, and AIC, which is an iron raw material, and TBA, which is an organic support raw material, are mixed at a predetermined blending ratio to form a raw material mixture A mixed solution production step (S100) is carried out.

이때, 원료 혼합액 내의 Al2O3를 1몰(mole)을 기준으로 SiO2는 2몰 ~ 50몰의 범위이고, TBA는 1.5몰이고, SiO2의 몰비 증가에 따라 철성분의 몰비는 0.1몰 ~ 1몰의 범위로 증가시켜 주입하여 원료 혼합액을 제조한다.At this time, the range of the Al 2 O 3 in the raw material mixture based on 1 mol (mole) SiO 2 2 mol to 50 mol, TBA is 1.5 mol, and the molar ratio of the iron in accordance with the molar ratio of increase in the SiO 2 is 0.1 mol To 1 mol, to prepare a raw material mixture.

이를 정리하면, 원료 혼합액 내의 몰비는 Al2O3 : SiO2 : AIC 내의 Fe : TBA = 1 : 1 ~ 50 : 0.1 ~ 1 : 1.5(여기서 AIC 내의 Fe는 용해도 및 기타 조건에 따라 AIC 내의 Fe 농도가 각각 상이하기 때문에 AIC 내에 잔존하는 Fe의 몰비로 규정하였음)이다.To summarize, the molar ratio in the raw material mixture solution is Al 2 O 3 : SiO 2 : Fe in the AIC: TBA = 1: 1 to 50: 0.1 to 1: 1.5 (where Fe in the AIC is defined as the molar ratio of Fe remaining in the AIC because the Fe concentration in AIC differs according to the solubility and other conditions) to be.

원료 혼합액 제조단계(S100)가 완료되면, 졸 상태의 원료 혼합액을 겔상태의 혼합액으로 숙성하기 위한 혼합액 숙성단계(S200)를 실시한다. 혼합액 숙성단계는 졸상태의 원료 혼합액을 45℃ 내지 55℃, 바람직하게는 50℃의 온도로 교반하면서 20시간 ~ 30시간, 바람직하게는 24시간 숙성(aging)시켜서 젤 상태로 형성한다.When the raw material mixture preparation step (S100) is completed, a mixed solution aging step (S200) is performed for aging the raw material mixture solution in a sol state into a gel mixture solution. The aging of the mixed solution is performed in a gel state by stirring the raw material mixture in a sol state at a temperature of 45 ° C to 55 ° C, preferably 50 ° C, for 20 hours to 30 hours, preferably aging for 24 hours.

그리고, 숙성된 혼합액을 약 100℃ ~ 180℃의 오토클래이브에서 40시간 ~ 50시간, 바람직하게는 48시간 수열합성과정을 거치는 수열합성단계(S300)를 거친다.The aged mixture is subjected to a hydrothermal synthesis step (S300) in an autoclave at about 100 ° C to 180 ° C for 40 to 50 hours, preferably 48 hours for hydrothermal synthesis.

수열합성이 완료된 시료는 세척 및 여과 공정을 거쳐 약 100℃에서 건조시키는 마무리 단계(S400)에 의해 최종 제올라이트로 제조될 수 있다.The hydrothermally synthesized sample may be made into a final zeolite by a cleaning step (S400) in which the sample is washed and filtered and then dried at about 100 ° C.

여기서 TBA의 대체 물질로서 TPAOH를 사용하는 경우 동몰의 TPAOH로 대체하여 제조할 수 있으며, 다만, 마무리 단계(S400)에서 TPAOH 내의 유기물 성분을 제거하기 위하여 약 550℃에서 소성시킬 수 있다.If TPAOH is used as a substitute for TBA, the TPAOH may be replaced with an equimolar TPAOH. However, the TPAOH may be calcined at about 550 ° C to remove organic components in the TPAOH in the finishing step (S400).

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 졸-겔법을 이용한 제올라이트 합성법에서 철성분으로는 킬레이트화합물인 AIC를 이용하고 철성분이 함유된 다공성 제올라이트를 합성하기위해서는 AIC 와 TPAOH 또는 AIC 와 TBA를 사용하여 제조한다. 다만, 유기성 지지체 중 TBA는 TPAOH 보다 단가가 상대적으로 낮기 때문에 유기성 지지체로서 TBA를 사용하는 것이 훨씬 경제적이다.As described above, the present invention relates to a zeolite synthesis method using a sol-gel method in which AIC, which is a chelate compound, is used as an iron component, and AIC and TPAOH or AIC and TBA are used to synthesize a porous zeolite containing an iron component do. However, it is much more economical to use TBA as an organic support because the TBA of the organic support is relatively lower than that of TPAOH.

이하에서는 본 발명에 의한 철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법에 의한 실험결과에 대해 설명한다.Hereinafter, the experimental results of the method for producing the iron-containing porous zeolite according to the present invention will be described.

제올라이트를 구성하는 알루미노실리케이트 제조를 위한 주원료 중 실리카(SiO2)의 원료로 Na2SiO3, 알루미늄(Al2O3)의 원료로 NaAl2O3를 사용하였다. NaAl 2 O 3 was used as raw material for silica (SiO 2 ) and Na 2 SiO 3 and aluminum (Al 2 O 3 ) as main raw materials for the production of aluminosilicate constituting the zeolite.

합성한 제올라이트로는 Al2O3와 SiO2의 몰비가 낮은 A type 제올라이트(Zeolite-A, Al2O3 : SiO2 = 1 : 1)부터 Al2O3와 SiO2의 몰비가 높은 ZSM-5 (Al2O3 : SiO2 = 1 : 50)에 대하여 실험을 수행하였다. With a synthetic zeolite is Al 2 O 3 with a low molar ratio of SiO 2 A type zeolite (Zeolite-A, Al 2 O 3: SiO 2 = 1: 1) from Al 2 O 3 with a high molar ratio of SiO 2 ZSM- 5 (Al 2 O 3 : SiO 2 = 1: 50).

각각에 대하여 철성분은 철염(FeCl3) 과 유기성 철 착화합물(AIC : (NH4)5Fe(C6H4O7)2)을 사용하여 비교하였다. 다공성을 위한 물질로는 TPAOH(tetra-propyl ammonium hydroxide)와 TBA(tertiary butyl alcohol)을 사용하여 비교하였다. 제올라이트 합성은 졸-겔법에 의한 수열합성법으로 수행하였다.The iron components were compared with iron salts (FeCl 3 ) and organic iron complexes (AIC: (NH 4 ) 5 Fe (C 6 H 4 O 7 ) 2 ). Materials for porosity were compared using tetra-propyl ammonium hydroxide (TPAOH) and tertiary butyl alcohol (TBA). Zeolite synthesis was carried out by hydrothermal synthesis by sol - gel method.

제올라이트Zeolite 반응 10분 후의 암모니아성 질소(NH3-N) 잔류농도(mg/L)10 minutes after the reaction of ammonia-nitrogen (NH 3 -N) Residual Concentration (mg / L) Zeolite-AZeolite-A 20 → 7.720 → 7.7 AIC Zeolite-A
(본 발명)
* AIC Zeolite-A
(Invention)
AIC의 Fe : 0.1 moleFe of AIC: 0.1 mole 20 → 7.520 → 7.5
AIC의 Fe : 0.3 moleFe of AIC: 0.3 mole 20 → 6.320 → 6.3 AIC의 Fe : 0.5 moleFe of AIC: 0.5 mole 20 → 6.020 → 6.0 **Fe Zeolite-A ** Fe Zeolite-A FeCl3 Fe : 0.1 moleFeCl 3 Fe: 0.1 mole 20 → 14.520 → 14.5 FeCl3 Fe: 0.3 moleFeCl 3 Fe: 0.3 mole 20 → 18.320 → 18.3 FeCl3 Fe: 0.5 moleFeCl 3 Fe: 0.5 mole 20 → 2020 → 20

*AIC(ammonium iron citrate) : (NH4)5Fe(C6H4O7)2 * AIC (ammonium iron citrate): (NH 4) 5 Fe (C 6 H 4 O 7) 2

**Fe : FeCl3 ** Fe: FeCl 3

표 1은 철성분이 함유되지 않은 Zeolite-A, 유기성 철 착화합물에 의해 제조된 AIC Zeolite-A, 및 철염에 의해 제조된 Fe Zeolite-A 각각에 대하여 암모니아성 질소의 이온교환 및 흡착능력을 비교하여 나타낸 것이다. Table 1 compares the ion exchange and adsorption capacities of ammonia nitrogen with Zeolite-A containing no iron components, AIC Zeolite-A prepared with organic iron complexes, and Fe Zeolite-A prepared with iron salts. .

철성분이 없는 Zeolite-A의 경우 암모니아성 질소 잔류농도는 약 8mg/L를 나타내었으며, 본 발명의 유기성 철 착화합물 AIC Zeolite-A의 경우는 철성분이 제올라이트의 골격에 합성되어 철성분이 함유되어도 이온교환능력이 유사한 경향을 나타냈으나, 철염을 사용한 Fe Zeolite-A의 경우는 철성분이 제올라이트 표면에 도포되어 철염의 주입농도가 높을수록 이온교환 능력을 상실되는 것으로 판단되었다. In the case of Zeolite-A without iron component, the residual ammonia nitrogen concentration was about 8 mg / L. In the case of the organic iron complex AIC Zeolite-A of the present invention, the iron component was synthesized in the skeleton of the zeolite, Ion exchange capacity was similar. However, in the case of Fe Zeolite-A using iron salts, it was judged that the iron content was applied to the zeolite surface and the ion exchange capacity was lost as the iron salt concentration was increased.

제올라이트Zeolite 비표면적
(BET : m2/g)
Specific surface area
(BET: m 2 / g)
pore volume
(cc/g)
pore volume
(cc / g)
철함량
(%)
Iron content
(%)
ZSM-5ZSM-5 400400 0.130.13 -- AIC ZSM-5
(본 발명)
AIC ZSM-5
(Invention)
357357 0.140.14 1.41.4
Fe ZSM-5Fe ZSM-5 160160 0.060.06 1.51.5

표 2는 제올라이트에 철성분을 함유시키기 위하여 철염과 유기성 철 착화합물을 사용하였을 경우 제조된 제올라이트의 특성을 비교한 것으로서, 각각의 경우 철함량은 유사하였으나 철염을 사용한 경우는 철이온과 수산기와의 반응에 의한 철수산화물의 형성으로 기공이 막혀서 비표면적이 낮아지고 pore volume이 적어짐을 보여주고 있다. Table 2 compares the characteristics of the zeolites prepared by using iron salts and organic iron complexes to contain iron in the zeolite. In each case, the iron content was similar, but in the case of the iron salt, the reaction between the iron ion and the hydroxyl group The pore volume is reduced due to the formation of the iron oxide by the pore volume reduction and the pore volume is decreased.

반면에, 본 발명에서 유기성 철 킬레이트 화합물을 사용한 경우는 철 수산화물 형성없이 알루미노 실리케이트의 골격과 반응하여 철함량이 높더라도 비표면적 및 pore volume은 그대로 유지됨을 보여주고 있다.On the other hand, when the organic iron chelate compound is used in the present invention, the specific surface area and the pore volume are maintained even if the iron content is high by reacting with the skeleton of the aluminosilicate without iron hydroxide formation.

한편, 도 1은 합성된 제올라이트 표면의 전자현미경(SEM)이미지와 EDX mapping을 나타낸 것으로(도 1의 A: 제올라이트, 도 1의 B : AIC로 제조한 철성분 함유제올라이트, 도 1의 C : 철염으로 제조한 철성분 함유 제올라이트), 철염을 사용한 경우(C)는 철성분은 주로 표면에만 분포되어 분포량이 많으나 유기성 철착화합물을 사용한 경우(B) 표면에 상대적으로 적게 분포됨을 확인하였다. 이는 유기성 철 착화합물의 경우는 제올라이트 표면보다는 골격이나 channel에 함유되어 있기 때문인 것으로 판단되었다.1 shows an electron microscope (SEM) image and EDX mapping of the synthesized zeolite surface (A: zeolite in FIG. 1, B in FIG. 1: iron-containing zeolite prepared in AIC, (C) showed that the iron component was mainly distributed on the surface and distributed in a relatively large amount, whereas the organic iron complex compound (B) was relatively less distributed on the surface. This is because the organic iron complex is contained in the skeleton or channel rather than the zeolite surface.

그리고, 도 2는 합성된 제올라이트 표면을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 이용하여 촬영함으로써 결합에너지를 나타낸 것이다(도 2의 A: 제올라이트, 도 2의 B : AIC로 제조한 철성분 함유제올라이트, 도 2의 C : 철염으로 제조한 철성분 함유 제올라이트). 도 2의 A에서 제올라이트의 경우는 결합된 철성분을 함유하고 있지 않아 peak가 나타나지 않았으나, 도 2의 C에서 철염을 이용한 경우는 두 개의 peak가 나타나 일부는 골격과 반응하고 일부는 철수산화물로 잔류되어 있음을 알 수 있으며, 도 2의 B에서 AIC를 이용한 경우는 전량 골격과 반응 하나의 peak로 나타냄을 보여주었다.2 shows the binding energy by photographing the synthesized zeolite surface using X-ray photoelectron spectroscopy (A: zeolite in FIG. 2, B in FIG. 2: iron-containing zeolite prepared by AIC, C in Fig. 2: iron-containing zeolite prepared from iron salts). In FIG. 2A, zeolite did not contain a bound iron component and did not show a peak. However, in the case of using iron salt in FIG. 2C, two peaks appeared, some of which reacted with the skeleton, . In the case of using AIC in FIG. 2B, it is shown that the peak is reacted with the whole skeleton.

도 3은 본 발명에서 유기성 지지체로서 TPAOH를 이용하여 제조한 제올라이트와 TBA를 사용한 경우를 비교한 결과이다(도 3의 A : TPAOH로 제조한 다공성 제올라이트, 도 3의 B : TBA로 제조한 다공성 제올라이트). 본 실험결과에서 TBA와 TPAOH는 서로 유사한 특성을 나타내어 TPAOH 대체물질로서 TBA로 대체하여도 가능함을 보여주고 있다. TBA는 TPAOH에 비해 상대적으로 가격이 매우 저렴한 이점이 있다.FIG. 3 shows the results obtained by comparing TBA with zeolite prepared using TPAOH as an organic support in the present invention (A: porous zeolite prepared by TPAOH and B: porous zeolite prepared by TBA in FIG. 3) ). The results of this experiment show that TBA and TPAOH are similar to each other and can be replaced with TBA as a TPAOH substitute. TBA has a relatively low cost compared to TPAOH.

유기성 지지체Organic support 비표면적
(BET : m2/g)
Specific surface area
(BET: m 2 / g)
pore volume
(cc/g)
pore volume
(cc / g)
TPAOHTPAOH 350350 0.180.18 TBA(tertiary buthyl alcohol ) : 본 발명TBA (tertiary buthyl alcohol): The present invention 540540 0.250.25

그리고 표 3은 본 발명에서 유기성 지지체로서 사용된 TPAOH와 TBA에 대한 비표면적 및 pore volume의 물리적 특징을 비교한 것으로 TBA를 사용하는 경우가 상대적으로 비표면적이 매우 높음을 알 수 있다. Table 3 compares the physical properties of the specific surface area and the pore volume with respect to TPAOH and TBA used as an organic support in the present invention. It can be seen that the use of TBA has a relatively high specific surface area.

한편 도 4a 내지 도 4c는 각각 통상의 제올라이트, 철염을 사용한 제올라이트, 철성분 물질로 AIC를 이용하고 다공성 물질로 TBA를 사용한 제올라이트에 대한 BTEX(benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) 휘발성 물질 제거효율을 비교하여 나타낸 것이다. On the other hand, FIGS. 4A to 4C show the removal efficiencies of BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) volatile materials for zeolite, iron salt, and zeolite using AIC as a ferrous material and TBA as a porous material, respectively Respectively.

도 4a에 의하면 통상의 제올라이트의 경우 휘발성물질 제거효율이 매우 낮고, 도 4b에 의하면 철염을 사용한 경우는 다소 높아졌으며, 도 4c에 의하면 유기성 철 착화합물인 AIC 및 다공성 조성을 위한 TBA를 사용한 경우가 통상의 철염을 사용한 경우보다 제거효율이 매우 높음을 보여주고 있다. 이는 TBA에 의한 고다공성 형성에 따른 흡착능력의 향상과 AIC에 의한 펜톤산화 때문인 것으로 추정된다.4A shows that the removal efficiency of volatile materials is very low in the case of conventional zeolites and is slightly higher in the case of using iron salts according to FIG. 4B. According to FIG. 4C, the case of using AIC as the organic iron complex and TBA for the porous composition is It shows that the removal efficiency is higher than the case of using the iron salt. It is believed that this is due to the enhancement of adsorption capacity due to the formation of high porosity by TBA and the Fenton oxidation by AIC.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

Claims (12)

졸-겔법에 의한 수열합성법으로 철성분 원료물질로서 유기성 철 착화합물인 암모니움 아이언 사이트레이트(ammonium iron citrate, C6H8O7FeNH3, 이하 'AIC'로 지칭)를 이용하고, 제올라이트의 다공성을 확보하기 위한 유기성 지지체로서 TBA(tertiary Buthyl Alcohol)를 이용하여 제올라이트를 제조하는 방법에 있어서,
상기 제올라이트의 원료물질과 상기 암모니움 아이언 사이트레이트(AIC)를 일정비율로 혼합하되 상기 원료 혼합액 내의 몰비가 Al2O3 : SiO2 : AIC 내의 Fe = 1 : 1 ~ 50 : 0.1 ~ 1가 되도록 혼합하는 원료 혼합액 제조단계(S100);
상기 원료 혼합액을 겔상태의 혼합액으로 숙성시키기 위한 혼합액 숙성단계(S200);
상기 숙성된 혼합액을 일정온도로 오토클래이브에서 수열합성과정을 거치는 수열합성단계(S300);및
상기 수열합성이 완료된 시료를 세척 및 여과공정을 거쳐 일정온도에서 건조시키는 마무리 단계(S400)를 포함하는
철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법.
The ammonium iron citrate (C 6 H 8 O 7 FeNH 3 , hereinafter referred to as "AIC"), which is an organic iron complex, was used as a raw material for iron components by the hydrothermal synthesis method by the sol-gel method, (Tertiary buthyl alcohol) as an organic support for securing zeolite,
The raw material of the zeolite and the ammonia iron citrate (AIC) are mixed at a certain ratio so that the molar ratio in the raw material mixture is 1: 1 to 50: 0.1 to 1 in Al 2 O 3 : SiO 2 : AIC (S100);
Aging a mixed solution for aging the raw material mixture with a mixed solution in a gel state (S200);
A hydrothermal synthesis step (S300) of hydrothermally synthesizing the aged mixed solution at a predetermined temperature in an autoclave; and
And a finishing step (S400) of drying the sample subjected to the hydrothermal synthesis by washing and filtering and drying at a predetermined temperature
A method for producing a porous zeolite containing an iron component.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 혼합액 숙성단계(S200)는
상기 원료 혼합액을 45℃ 내지 55℃의 온도로 교반하면서 20시간 ~ 30시간 동안 숙성(aging)시켜서 젤 상태로 형성하는
철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the mixed solution aging step (S200)
Agitating the raw material mixture solution for 20 hours to 30 hours while stirring at a temperature of 45 ° C to 55 ° C to form a gel state
A method for producing a porous zeolite containing an iron component.
제1항에 있어서,
상기 수열합성단계(S300)는
상기 숙성된 혼합액을 100℃ 내지 180℃의 오토클래이브에서 40시간 내지 50시간 동안 수열합성시키는
철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
The hydrothermal synthesis (S300)
The aged mixed solution is hydrothermally synthesized in an autoclave at 100 ° C to 180 ° C for 40 to 50 hours
A method for producing a porous zeolite containing an iron component.
제1항에 있어서,
상기 마무리 단계(S400)는
100℃의 온도조건에서 건조시키는
철성분 함유 다공성 제올라이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
The finishing step (S400)
Dried at a temperature of 100 ° C
A method for producing a porous zeolite containing an iron component.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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