KR102059860B1 - Porous absorbent granule and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

The objective of the present invention is to provide a porous absorption molded body which can prevent valuable metal ion absorption performance from reducing by mixing absorbent powder with a binder material in a powder form, and ensure superior durability. The present invention provides the porous absorption molded body manufactured by mixing the absorbent powder and the binder powder and thermally treating the mixture.

Description

다공성 흡착 성형체 및 그 제조방법{POROUS ABSORBENT GRANULE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}POROUS ABSORBENT GRANULE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 다공성 흡착 성형체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성이 우수하며 반복적인 흡탈착 공정에서도 흡착성능을 유지할 수 있는 다공성 흡착 성형체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous adsorptive molded article and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a porous adsorptive molded article and a method for manufacturing the same, which are excellent in durability and can maintain adsorptive performance even in repeated adsorption and desorption processes.

최근 자원고갈 위기에 대처하기 위하여 자원의 재활용 문제가 세계적 이슈로 대두되고 있다. 새로운 자원을 발견한다는 것은 점점 한계에 도달하고 있어 자원고갈 위기에 대응하기 위해 대체 재료나 폐자원 활용 등의 근본적인 수단을 강구하여야 할 필요성이 크다. 이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 해수, 염수, 및 폐수로부터의 유가금속을 회수하기 위한 기술개발이 활발하게 진행 중이다. In order to cope with the recent resource depletion crisis, the issue of resource recycling has emerged as a global issue. The discovery of new resources is approaching its limit, and it is necessary to find fundamental means such as using alternative materials or waste resources to cope with the crisis of resource depletion. As an alternative to overcome this, technology development for recovering valuable metals from seawater, brine, and wastewater is actively underway.

이러한 유가금속 중 하나인 리튬은 세라믹, 2차 전지 재료, 냉매 흡착제, 촉매, 의약품 등의 매우 넓은 분야에 이용되고 있으며, 핵 융합 에너지 자원으로서 주목 받고 있다. 앞으로 대용량 전지, 전기 자동차 등이 실용화될 경우 리튬 및 리튬 화합물들의 수요가 더욱 증가할 것으로 예상된다. Lithium, one of such valuable metals, is used in a wide range of fields such as ceramics, secondary battery materials, refrigerant adsorbents, catalysts, and pharmaceuticals, and has attracted attention as a nuclear fusion energy source. If large-capacity batteries and electric vehicles are put to practical use, demand for lithium and lithium compounds is expected to increase further.

상업적으로 채굴 가능한 리튬 육상 자원의 세계 매장량이 400만 톤 내외에 불과한 것을 고려하면, 이러한 시점에서 리튬 자원의 확보를 위한 신기술의 개발이 절실하다고 할 수 있다. 이를 위해, 현재 해수, 염수, 및 리튬 배터리 폐수 등의 수용액에 미량으로 녹아있는 리튬을 효과적으로 채취하기 위한 연구들이 진행되고 있고, 이러한 연구들의 주된 관건은 리튬 이온에 대한 높은 선택성과 우수한 흡탈착 성능을 가진 고성능 흡착제를 개발하는 것이다.Considering that the world reserves of commercially available lithium land resources are only around 4 million tons, it is urgent to develop new technologies to secure lithium resources at this point. To this end, studies are being conducted to effectively collect a small amount of lithium dissolved in an aqueous solution such as seawater, brine, and lithium battery wastewater, and the main key of these studies is high selectivity to lithium ions and excellent adsorption and desorption performance. To develop high performance adsorbents.

한편 수중에 존재하는 유가금속 이온을 회수하는 방법으로 화학침전법, 용매추출법, 흡착법 등이 사용되고 있다.On the other hand, as a method of recovering valuable metal ions present in water, a chemical precipitation method, a solvent extraction method, and an adsorption method are used.

화학침전법은 알칼리 용제와 같은 침전제를 사용하여 pH 조절을 통해 금속 이온을 침전시켜 회수하거나, 알루미늄 화합물과 같은 공침제를 사용하여 금속 이온을 침전시켜 회수한다. 화학침전법은 가장 일반적인 회수 방법으로 사용되고 있으나 특정 대상물질에 대한 선택도가 낮아 다양한 금속 이온들이 함께 침전될 수 있어 선별적 회수가 어렵다는 단점이 있다.The chemical precipitation method recovers by precipitating metal ions through pH adjustment using a precipitant such as an alkali solvent, or by precipitating metal ions using a coprecipitation agent such as an aluminum compound. The chemical precipitation method is used as the most common recovery method, but has a disadvantage in that selective recovery is difficult because various metal ions can be precipitated together due to low selectivity for a specific target material.

용매추출법은 특정 금속 이온에 선택도를 지닌 유기용매를 사용하여 선택적으로 금속 이온을 추출하는 방법이다. 하지만 공정에 사용되는 유기용매가 고가이고, 특정 대상물질에 대한 선택도가 다소 낮아 대상물질을 분리하고 회수하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 또한 금속 이온의 농도가 낮은 조건에서 효율성이 떨어지는 문제로 상용성이 어렵다는 단점도 있다.Solvent extraction is a method of selectively extracting metal ions using an organic solvent having selectivity to specific metal ions. However, there is a problem that the organic solvent used in the process is expensive, and the selectivity for the specific target material is somewhat low, so that it is difficult to separate and recover the target material. In addition, there is a disadvantage that compatibility is difficult due to the problem of low efficiency in the condition of low metal ion concentration.

흡착법은 특정 이온에 대한 선택도를 지닌 흡착제를 사용하여 대상물질을 선별적으로 분리하는 방법이다. 이러한 흡착법은 이온의 농도가 낮은 조건에서도 조작성과 회수효율이 뛰어나고 환경오염의 염려가 없는 가장 실용적인 방법이다.Adsorption is a method of selectively separating target substances using an adsorbent having selectivity for a particular ion. This adsorption method is the most practical method that is excellent in operability and recovery efficiency even under low ionic concentration and does not cause environmental pollution.

흡착법에 사용되는 흡착제는 분말형태로 공정상 회수가 어려워 바인더 물질을 사용한 성형체 형태로 사용하고 있다. 그러나 성형체 제조시 바인더 물질이 흡착제 표면을 둘러싸고, 이 과정에서 흡착제가 지니는 흡착성능이 저하되는 문제가 나타난다.Adsorbents used in the adsorption method are difficult to recover in the form of powder and are used in the form of a molded article using a binder material. However, the binder material surrounds the surface of the adsorbent in the manufacture of the molded article, and in this process, the adsorption performance of the adsorbent is deteriorated.

바인더 물질로는 유기/무기 바인더가 있다. 무기 바인더로 널리 사용되는 물유리의 경우 흡착제 분말과 혼합하여 성형이 용이한 장점이 있으나, 성형체의 내구성 유지를 위해 500 ℃ 이상에서의 고온 열처리가 필요하다. 이로 인해 흡착제의 비표면적이 저하되는 문제가 있으며, 바인더 용액과 흡착제 분말과의 혼합 시 바인더 용액이 흡착제 주위를 둘러싸 흡착성능이 저하되는 문제가 있다. Binder materials include organic / inorganic binders. Water glass widely used as an inorganic binder has an advantage of being easily molded by mixing with an adsorbent powder, but high temperature heat treatment at 500 ° C. or higher is required to maintain durability of the molded body. As a result, there is a problem in that the specific surface area of the adsorbent is lowered, and when the binder solution and the adsorbent powder are mixed, there is a problem in that the binder solution surrounds the adsorbent and the adsorption performance is lowered.

유기 바인더는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐 알코올(PVA) 등과 같은 유기물질을 유기용제 및 물에 녹여 사용한다. 흡착제 분말과 유기 바인더 용액을 혼합한 후 별도의 경화 과정이 요구되며, 경화 후에도 성형체의 내구성이 낮아 흡착제 분말이 유실되는 단점을 지니고 있다. 또한, 바인더 용액이 흡착제 분말을 둘러싸 흡착성능이 저하되는 문제 및 유기용제 사용에 따른 환경오염 유발의 문제점이 있다.The organic binder is used by dissolving organic materials such as polyvinyl chloride (PVC) and polyvinyl alcohol (PVA) in an organic solvent and water. After mixing the adsorbent powder and the organic binder solution, a separate curing process is required, and even after curing, the durability of the molded body is low, so that the adsorbent powder is lost. In addition, there is a problem in that the binder solution surrounds the adsorbent powder and the adsorption performance is deteriorated and environmental pollution is caused by the use of the organic solvent.

한편 본 발명과 관련된 선행기술로 한국 등록특허공보 제10-1910403호는 리튬 이온 흡착을 위한 HTO 리튬 흡착제에 대해서 개시하고 있으나, 본 발명과 같이 흡착제에 분말 형태의 바인더 물질을 혼합한 흡착 성형체 구성에 대한 개시는 없다.Meanwhile, Korean Patent Publication No. 10-1910403 discloses an HTO lithium adsorbent for lithium ion adsorption as a related art. However, as in the present invention, the adsorbent body composition is obtained by mixing a binder material in powder form with an adsorbent. There is no disclosure.

대한민국 등록특허공보 제10-1910403호 (2018. 10. 22. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1910403 (August 22, 2018 notification)

본 발명의 목적은 바인더 물질에 의해 흡착제의 유가금속 이온 흡착성능이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.An object of the present invention is to prevent the valuable metal ion adsorption performance of the adsorbent from being lowered by the binder material.

본 발명의 다른 목적은 흡착제의 흡착성능을 유지하면서 내구성이 우수한 다공성 흡착 성형체를 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a porous adsorption molded body having excellent durability while maintaining the adsorption performance of the adsorbent.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡착제 분말 및 바인더 분말을 혼합 후 열처리하여 제조되는 다공성 흡착 성형체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a porous adsorption molded body prepared by heat treatment after mixing the adsorbent powder and binder powder.

상기 바인더 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지 분말일 수 있다.The binder powder is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacryl At least one thermoplastic resin powder selected from the group consisting of latex (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS).

상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말은 3:7 내지 9:1의 무게비로 혼합될 수 있다.The adsorbent powder and the binder powder may be mixed in a weight ratio of 3: 7 to 9: 1.

상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말을 90 내지 250 ℃에서 30 분 내지 120 시간 동안 열처리할 수 있다.The adsorbent powder and the binder powder may be heat treated at 90 to 250 ° C. for 30 minutes to 120 hours.

본 발명은 또한, (a) 리튬 반응물 및 티타늄 반응물을 혼합하여 리튬-티타늄 전구체를 제조하는 단계; (b) 상기 리튬-티타늄 전구체를 열처리하여 흡착제 분말을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 흡착제 분말을 바인더 분말과 혼합하여 열처리하는 단계;를 포함하는 다공성 흡착 성형체 제조방법을 제공한다.The invention also comprises the steps of (a) mixing the lithium reactant and the titanium reactant to produce a lithium-titanium precursor; (b) heat treating the lithium-titanium precursor to prepare an adsorbent powder; And (c) mixing the adsorbent powder with the binder powder and performing heat treatment.

상기 (a) 단계의 상기 리튬-티타늄 전구체의 Li과 Ti의 몰비가 0.5 내지 2.5:1이 되도록 혼합할 수 있다.It may be mixed so that the molar ratio of Li and Ti of the lithium-titanium precursor of step (a) is 0.5 to 2.5: 1.

상기 (a) 단계의 상기 리튬 반응물은 Li2CO3, LiOH, LiF, Li2SO4, LiNO3, LiCl, Li2O, C2H3LiO2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The lithium reactant of step (a) is any selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiF, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , LiCl, Li 2 O, C 2 H 3 LiO 2 , and combinations thereof It can be one.

상기 (a) 단계의 상기 티타늄 반응물은 TiO2, TiCl4, TiOCl2, TiOSO4, TiO(OH)2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The titanium reactant of step (a) may be any one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 , TiOCl 2 , TiOSO 4 , TiO (OH) 2 , and combinations thereof.

상기 (b) 단계의 상기 열처리는 500 내지 1000 ℃에서 수행될 수 있다.The heat treatment of step (b) may be performed at 500 to 1000 ℃.

상기 (c) 단계의 상기 바인더 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지 분말일 수 있다.The binder powder of step (c) is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET ), Polymethylmethacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS) may be at least one thermoplastic resin powder selected from the group consisting of.

상기 (c) 단계의 열처리는 90 내지 250 ℃에서 30 분 내지 120 시간 동안 수행될 수 있다.Heat treatment of step (c) may be performed at 90 to 250 ℃ for 30 minutes to 120 hours.

본 발명에 따른 다공성 흡착 성형체는 흡착제를 둘러싼 바인더 물질에 의해 흡착제의 유가금속 이온 흡착능력이 저하되지 않는 효과가 있다.Porous adsorption molded body according to the present invention has the effect that the adsorbent's valuable metal ion adsorption capacity is not lowered by the binder material surrounding the adsorbent.

또한, 본 발명에 따르면 분말 형태의 바인더 물질에 의해 흡착 성형체의 내구성이 증가하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention has the effect of increasing the durability of the adsorption molded body by the binder material in the form of a powder.

도 1은 흡착제 분말과 바인더 용액을 혼합하여 제조되는 종래의 다공성 흡착 성형체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합하여 제조된 다공성 흡착 성형체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체 제조방법의 공정순서도이다.
도 4는 LTO를 HTO 흡착제로 전환시 실시예 1 내지 5의 다공성 흡착 성형체의 리튬이온 용출성능을 비교한 그래프이다.
도 5는 HTO 흡착제 분말, 실시예 1, 및 실시예 2의 다공성 흡착 성형체의 리튬이온 흡착성능을 비교한 그래프이다.
1 is a view showing a conventional porous adsorption molded body prepared by mixing the adsorbent powder and the binder solution.
2 is a view showing a porous adsorption molded body prepared by mixing the adsorbent powder and the binder powder according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart of the process of manufacturing a porous adsorptive molded article according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph comparing the lithium ion elution performance of the porous adsorption molded body of Examples 1 to 5 when converting LTO to HTO adsorbent.
5 is a graph comparing lithium ion adsorption performance of the HTO adsorbent powder, the porous adsorbing bodies of Example 1, and Example 2. FIG.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, it should be noted that the description of other parts will be omitted in a range that does not distract from the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriate to the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts in accordance with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.

다공성 흡착 성형체Porous Adsorption Molded Body

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a porous adsorptive molded article according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 흡착제 분말과 바인더 용액을 혼합하여 제조되는 종래의 다공성 흡착 성형체를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합하여 제조된 다공성 흡착 성형체를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional porous adsorption molded body prepared by mixing the adsorbent powder and binder solution, Figure 2 is a view showing a porous adsorption molded body prepared by mixing the adsorbent powder and binder powder according to an embodiment of the present invention. to be.

본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체는 흡착제 분말 및 바인더 분말을 열처리하여 제조된다.Porous adsorption molded body according to an embodiment of the present invention is prepared by heat treatment of the adsorbent powder and binder powder.

상기 흡착제는 해수, 염수, 및 폐수 등에 포함된 유가금속 이온을 흡착 및 탈착하여, 유가금속을 회수할 수 있는 물질이다.The adsorbent is a substance capable of adsorbing and desorbing valuable metal ions contained in seawater, brine, and wastewater to recover valuable metals.

본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 리튬티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide; LTO)일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the adsorbent may be lithium titanium oxide (LTO) represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LixTiyOz Li x Ti y O z

상기 화학식 1에서, x, y 및 z는 0.1≤x≤4, 1≤y≤5 및 2≤z≤12를 만족한다. In Formula 1, x, y, and z satisfy 0.1 ≦ x ≦ 4, 1 ≦ y ≦ 5, and 2 ≦ z ≦ 12.

구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 리튬티타늄 산화물은 Li4Ti5O12, LiTi2O4, Li2TiO3, 또는 Li2Ti3O7 등으로 표시되는 것일 수 있고, 스피넬 구조(spinel structure) 또는 층상 구조(layered structure)일 수 있으나, 상기 리튬티타늄 산화물이 위와 같은 예시에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the lithium titanium oxide represented by Chemical Formula 1 may be represented by Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 O 4 , Li 2 TiO 3 , Li 2 Ti 3 O 7 , or the like, and a spinel structure Or it may be a layered structure (layered structure), the lithium titanium oxide is not limited to the above examples.

상기 흡착제는 분말 형태로, 리튬 반응물 및 티타늄 반응물을 일정비율로 혼합한 뒤 열처리 하여 제조될 수 있다.The adsorbent in powder form may be prepared by mixing the lithium reactant and the titanium reactant in a predetermined ratio and then heat treatment.

이때, Li와 Ti의 몰비가 0.5 내지 2.5:1이 되도록 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 혼합하는 것이 바람직하며, 2:1이 되도록 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.At this time, it is preferable to mix the lithium reactant and the titanium reactant so that the molar ratio of Li and Ti is 0.5 to 2.5: 1, and more preferably, 2: 1.

상기 리튬 반응물은 Li2CO3, LiOH, LiF, Li2SO4, LiNO3, LiCl, Li2O, C2H3LiO2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 티타늄 반응물은 TiO2, TiCl4, TiOCl2, TiOSO4, TiO(OH)2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.The lithium reactant may use any one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiF, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , LiCl, Li 2 O, C 2 H 3 LiO 2 , and a combination thereof. The titanium reactant may use any one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 , TiOCl 2 , TiOSO 4 , TiO (OH) 2 , and combinations thereof.

상기 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 혼합 후, 500 내지 1000 ℃의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 열처리 할 수 있으며, 600 ℃에서 4 시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다.After mixing the lithium reactant and the titanium reactant, it may be heat treated for 3 to 5 hours at a temperature of 500 to 1000 ℃, it is preferable to heat treatment for 4 hours at 600 ℃.

바인더는 흡착제에 표면코팅성을 부여하고 유가금속 흡착 후 흡착 성형체의 용이한 회수를 위하여 흡착제 분말에 첨가된다.The binder is added to the adsorbent powder for imparting surface coating property to the adsorbent and for easy recovery of the adsorbed molded body after adsorbing valuable metals.

상기 바인더는 흡착 성형체가 다공성 구조를 지닐 수 있도록 분말 형태인 것이 바람직하다. The binder is preferably in the form of a powder so that the adsorption molded body may have a porous structure.

구체적으로 상기 바인더 분말의 입도사이즈는 1 내지 500 μm일 수 있다. 이와 같이 다양한 크기의 바인더 분말을 사용하여, 다공성 흡착 성형체의 내부 기공사이즈를 용이하게 조절할 수 있다. Specifically, the particle size of the binder powder may be 1 to 500 μm. Thus, by using a binder powder of various sizes, it is possible to easily control the internal pore size of the porous adsorption molded body.

도 1을 참조하면, 종래에는 바인더 물질을 유기용제 또는 물에 녹여 용액 형태의 바인더를 흡착제 분말과 혼합하여 흡착 성형체를 제조하였다. 그러나 이는 별도의 경화과정이 요구되고, 경화 후 흡착 성형체의 내구성이 낮아져 흡착제 분말이 성형체로부터 유실되는 문제점이 있었다. 또한, 바인더 용액이 흡착제 분말을 둘러싸 흡착제의 비표면적을 감소시켜 흡착성능이 저하되고, 유기용제 사용에 따른 환경오염 문제점이 있었다.Referring to FIG. 1, conventionally, a binder material was dissolved in an organic solvent or water, and a binder in a solution form was mixed with an adsorbent powder to prepare an adsorption molded body. However, this requires a separate curing process, the durability of the adsorption molded body is lowered after curing, there is a problem that the adsorbent powder is lost from the molded body. In addition, the binder solution surrounds the adsorbent powder to reduce the specific surface area of the adsorbent, thereby degrading the adsorption performance and causing environmental pollution due to the use of organic solvents.

그러나 본 발명에 따라 분말 형태의 바인더를 흡착제 분말과 혼합하여 사용하는 경우 흡착제의 흡착성능을 유지함과 동시에 높은 내구성을 가지는 흡착 성형체를 제조할 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 흡착 성형체는 흡착제 분말과 바인더 분말이 혼합된 형태이다. 바인더 용액과 흡착제 분말을 혼합한 도 1의 성형체와 비교해 볼 때, 도 2의 성형체는 바인더 물질로 인해 흡착제 비표면적이 감소하는 정도가 현저히 낮기 때문에 흡착성능을 유지할 수 있다. 또한, 흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합하여 열처리함으로써 흡착성능을 유지함과 동시에 높은 내구성을 가지는 흡착 성형체를 제공할 수 있다.However, according to the present invention, when the binder in powder form is mixed with the adsorbent powder, an adsorbed molded article having high durability while maintaining the adsorbent performance of the adsorbent can be prepared. 2, the porous adsorptive molded body according to the present invention is in the form of a mixture of adsorbent powder and binder powder. Compared to the molded article of FIG. 1 in which the binder solution and the adsorbent powder are mixed, the molded article of FIG. 2 can maintain the adsorption performance because the degree of decrease in the specific surface area of the adsorbent due to the binder material is significantly lower. In addition, by adsorbing the adsorbent powder and the binder powder to heat treatment, it is possible to provide an adsorption molded body having high durability while maintaining the adsorption performance.

상기 바인더 분말은 열가소성 수지 분말을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a thermoplastic resin powder for the binder powder.

상기 바인더 분말로 사용할 수 있는 열가소성 수지 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.The thermoplastic resin powder that can be used as the binder powder is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate ( PET), polymethylmethacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS) can be used one or more selected from the group consisting of.

상기 바인더 분말은 상기 흡착제 분말과 3:7 내지 9:1의 무게비로 혼합되는 것이 바람직하며, 7:3의 무게비로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.The binder powder is preferably mixed with the adsorbent powder in a weight ratio of 3: 7 to 9: 1, and most preferably in a weight ratio of 7: 3.

상기 무게비가 상기 수치한정범위를 벗어나, 바인더 대비 흡착제를 과도하게 혼합하면 흡착 성형체의 내구성이 감소하는 문제점이 있으며, 흡착제 대비 바인더를 과도하게 혼합하면 흡착 성형체의 흡착성능이 감소하는 문제점이 있으므로 상기 범위를 만족하도록 혼합하는 것이 바람직하다The weight ratio is out of the numerical limit range, there is a problem that the durability of the adsorption molded body is reduced when the adsorbent is excessively mixed with the binder, and the adsorption performance of the adsorption molded body is reduced when the binder is excessively mixed with the adsorbent, the above range It is desirable to mix to satisfy

상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말을 혼합한 후 90 내지 250 ℃에서 열처리할 수 있다. 상기 열처리가 90 ℃ 미만에서 수행되는 경우 원하는 경도가 나오지 않아 흡착 성형체의 내구성이 떨어질 수 있으며, 250 ℃를 초과하는 경우 바인더 분말이 연소되거나 흡착 성형체에 균열이 일어날 수 있으므로 상기 범위 내에서 열처리하는 것이 바람직하다.After mixing the adsorbent powder and the binder powder may be heat-treated at 90 to 250 ℃. If the heat treatment is performed at less than 90 ℃ do not come out of the desired hardness and the durability of the adsorbing molded body may be lowered, if it exceeds 250 ℃ because the binder powder may be burned or cracks in the adsorbed molded body may be heat treated within the above range desirable.

또한, 상기 열처리는 30 분 내지 120 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment is preferably performed for 30 minutes to 120 hours.

다공성 흡착 성형체 제조방법Method for Manufacturing Porous Adsorption Molded Body

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체를 제조하는 방법을 설명하겠다.Hereinafter, a method of manufacturing a porous adsorptive molded article according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체 제조방법의 공정순서도이다.3 is a process flowchart of a method for preparing a porous adsorptive molded article according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체 제조방법은 Referring to Figure 3, the porous adsorptive molded article manufacturing method according to an embodiment of the present invention

(a) 리튬 반응물 및 티타늄 반응물을 혼합하여 리튬-티타늄 전구체를 제조하는 단계; (a) mixing a lithium reactant and a titanium reactant to produce a lithium-titanium precursor;

(b) 상기 리튬-티타늄 전구체를 열처리하여 흡착제 분말을 제조하는 단계; 및(b) heat treating the lithium-titanium precursor to prepare an adsorbent powder; And

(c) 상기 흡착제 분말을 바인더 분말과 혼합하여 열처리하는 단계;를 포함한다.(c) mixing the adsorbent powder with the binder powder and performing heat treatment.

우선 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 혼합하여 리튬-티타늄 전구체를 제조한다(S10).First, a lithium reactant and a titanium reactant are mixed to prepare a lithium-titanium precursor (S10).

리튬-티타늄 전구체는 분말 상태인 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 일정 비율로 균일하게 혼합하여 제조될 수 있다.The lithium-titanium precursor may be prepared by uniformly mixing the lithium reactant and the titanium reactant in a powder at a predetermined ratio.

상기 혼합은 볼 밀링(ball milling)과 같은 다양한 방법을 이용할 수 있다. 볼 밀링 공정을 예로 들어 설명하면, 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 균일하게 혼합 및 분쇄시키기 위하여 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 리튬 반응물과 티타늄 반응물을 기계적으로 균일하게 혼합할 수 있다.The mixing may use various methods such as ball milling. In the example of the ball milling process, the lithium reactant and the titanium reactant are charged into a ball milling machine to uniformly mix and grind the lithium reactant and the titanium reactant, and rotate at a constant speed using the ball mill to mechanically react the lithium reactant and the titanium reactant. Can be mixed uniformly.

볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다.Balls used for ball milling may use balls made of ceramics such as alumina and zirconia, and the balls may be all the same size, and balls having two or more sizes may be used together.

상기 리튬 반응물과 티타늄 반응물의 혼합 시, Li와 Ti의 몰비가 0.5 내지 2.5:1이 되도록 혼합하는 것이 바람직하며, 2:1이 되도록 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.When the lithium reactant and the titanium reactant are mixed, the molar ratio of Li and Ti is preferably 0.5 to 2.5: 1, more preferably 2: 1.

상기 리튬 반응물은 Li2CO3, LiOH, LiF, Li2SO4, LiNO3, LiCl, Li2O, C2H3LiO2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 티타늄 반응물은 TiO2, TiCl4, TiOCl2, TiOSO4, TiO(OH)2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.The lithium reactant may use any one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiF, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , LiCl, Li 2 O, C 2 H 3 LiO 2 , and a combination thereof. The titanium reactant may use any one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 , TiOCl 2 , TiOSO 4 , TiO (OH) 2 , and combinations thereof.

다음으로, 리튬-티타늄 전구체를 열처리하여 흡착제 분말을 제조한다(S20).Next, the lithium-titanium precursor is heat-treated to prepare an adsorbent powder (S20).

리튬-티타늄 전구체를 전기로에 장입하고, 온도를 상승시킨다. 이때 전기로의 승온 속도는 5 내지 20 ℃/min 정도인 것이 바람직하다. 전기로의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고, 전기로의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스(termal stress)가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 전기로의 온도를 올리는 것이 바람직하다. 이때 전기로 내의 압력은 상압을 유지하는 것이 바람직하다.Charge the lithium-titanium precursor into an electric furnace and raise the temperature. At this time, the temperature increase rate of the electric furnace is preferably about 5 to 20 ℃ / min. If the temperature rising speed of the furnace is too slow, productivity decreases due to a long time, and if the temperature rising speed of the furnace is too fast, thermal stress may be applied due to a rapid temperature rise, and thus the temperature of the furnace at the temperature rising rate in the above range. It is desirable to raise. At this time, the pressure in the electric furnace is preferably maintained at normal pressure.

상기 리튬-티타늄 전구체는 500 내지 1000 ℃의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 열처리 될 수 있으며, 600 ℃에서 4 시간 동안 열처리되는 것이 바람직하다.The lithium-titanium precursor may be heat-treated for 3 to 5 hours at a temperature of 500 to 1000 ℃, it is preferable that the heat treatment for 4 hours at 600 ℃.

열처리 온도가 너무 높은 경우에는 리튬이 휘발될 가능성이 있고, 열처리 온도가 너무 낮은 경우에는 리튬 반응물과 티타늄 반응물 사이에 반응이 이루어지지 않아 흡착제로 변환되지 않을 수 있으므로, 상기 범위의 열처리 온도에서 처리하는 것이 바람직하다.If the heat treatment temperature is too high, there is a possibility that lithium is volatilized, and if the heat treatment temperature is too low, the reaction does not occur between the lithium reactant and the titanium reactant and thus may not be converted into an adsorbent. It is preferable.

상기 열처리는 일정 시간을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 열처리는 공기(air) 또는 산소(O2)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The heat treatment is preferably maintained for a certain time. The heat treatment is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen (O 2 ).

마지막으로 흡착제 분말을 바인더 분말과 혼합하여 열처리한다(S30).Finally, the adsorbent powder is mixed with the binder powder for heat treatment (S30).

상기 바인더는 흡착제에 표면코팅성을 부여하고 유가금속 흡착 후 흡착 성형체의 용이한 회수를 위하여 첨가된다. The binder is added to give the surface coating property to the adsorbent and for easy recovery of the adsorbed molded body after the valuable metal adsorption.

상기 바인더는 흡착 성형체가 다공성 구조를 지닐 수 있도록 분말 형태인 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 바인더 분말의 입도사이즈는 1 내지 500 um일 수 있다. 이와 같이 다양한 크기의 바인더 분말을 사용하여, 다공성 흡착 성형체의 내부 기공사이즈를 용이하게 조절할 수 있다.The binder is preferably in the form of a powder so that the adsorption molded body may have a porous structure. Specifically, the particle size of the binder powder may be 1 to 500 um. Thus, by using a binder powder of various sizes, it is possible to easily control the internal pore size of the porous adsorption molded body.

도 1을 참조하면, 종래에는 바인더 물질을 유기용제 또는 물에 녹여 용액 형태의 바인더를 흡착제 분말과 혼합하여 흡착 성형체를 제조하였다. 그러나 이는 별도의 경화과정이 요구되고, 경화 후 흡착 성형체의 내구성이 낮아져 흡착제 분말이 성형체로부터 유실되는 문제점이 있었다. 또한, 바인더 용액이 흡착제 분말을 둘러싸 흡착제의 비표면적을 감소시켜 흡착성능이 저하되고, 유기용제 사용에 따른 환경오염 문제점이 있었다.Referring to FIG. 1, conventionally, a binder material was dissolved in an organic solvent or water, and a binder in a solution form was mixed with an adsorbent powder to prepare an adsorption molded body. However, this requires a separate curing process, the durability of the adsorption molded body is lowered after curing, there is a problem that the adsorbent powder is lost from the molded body. In addition, the binder solution surrounds the adsorbent powder to reduce the specific surface area of the adsorbent, thereby degrading the adsorption performance and causing environmental pollution due to the use of organic solvents.

그러나 본 발명에 따라 분말 형태의 바인더를 흡착제 분말과 혼합하여 사용하는 경우 흡착제의 흡착성능을 유지함과 동시에 높은 내구성을 가지는 흡착 성형체를 제조할 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 흡착 성형체는 흡착제 분말과 바인더 분말이 혼합된 형태이다. 바인더 용액과 흡착제 분말을 혼합한 도 1의 성형체와 비교해 볼 때, 도 2의 성형체는 바인더 물질로 인해 흡착제 비표면적이 감소하는 정도가 현저히 낮기 때문에 흡착성능을 유지할 수 있다. 또한, 흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합하여 열처리함으로써 흡착성능을 유지함과 동시에 높은 내구성을 가지는 흡착 성형체를 제공할 수 있다.However, according to the present invention, when the binder in powder form is mixed with the adsorbent powder, an adsorbed molded article having high durability while maintaining the adsorbent performance of the adsorbent can be prepared. 2, the porous adsorptive molded body according to the present invention is in the form of a mixture of adsorbent powder and binder powder. Compared to the molded article of FIG. 1 in which the binder solution and the adsorbent powder are mixed, the molded article of FIG. 2 can maintain the adsorption performance because the degree of decrease in the specific surface area of the adsorbent due to the binder material is significantly lower. In addition, by adsorbing the adsorbent powder and the binder powder to heat treatment, it is possible to provide an adsorption molded body having high durability while maintaining the adsorption performance.

상기 바인더 분말은 열가소성 수지 분말을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a thermoplastic resin powder for the binder powder.

상기 바인더 분말로 사용할 수 있는 열가소성 수지 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.The thermoplastic resin powder that can be used as the binder powder is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate ( PET), polymethylmethacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS) can be used one or more selected from the group consisting of.

상기 바인더 분말은 상기 흡착제 분말과 3:7 내지 9:1의 무게비로 혼합되는 것이 바람직하며, 7:3의 무게비로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.The binder powder is preferably mixed with the adsorbent powder in a weight ratio of 3: 7 to 9: 1, and most preferably in a weight ratio of 7: 3.

상기 무게비가 상기 수치한정범위를 벗어나, 바인더 대비 흡착제를 과도하게 혼합하면 흡착 성형체의 내구성이 감소하는 문제점이 있으며 흡착제 대비 바인더를 과도하게 혼합하면 흡착 성형체의 흡착성능이 감소하는 문제점이 있으므로, 상기 범위를 만족하도록 혼합하는 것이 바람직하다When the weight ratio is outside the numerical limit range, excessive mixing of the adsorbent with respect to the binder has a problem of decreasing durability of the adsorbent, and excessive mixing of the binder with the adsorbent has a problem of decreasing the adsorption performance of the adsorbent with the above-mentioned range. It is desirable to mix to satisfy

상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말을 혼합한 후 90 내지 250 ℃에서 열처리할 수 있다. 상기 열처리가 90 ℃ 미만에서 수행되는 경우 원하는 경도가 나오지 않아 흡착 성형체의 내구성이 떨어질 수 있으며, 250 ℃를 초과하는 경우 바인더 분말이 연소되거나 흡착 성형체에 균열이 일어날 수 있으므로 상기 범위 내에서 열처리하는 것이 바람직하다.After mixing the adsorbent powder and the binder powder may be heat-treated at 90 to 250 ℃. If the heat treatment is performed at less than 90 ℃ do not come out of the desired hardness and the durability of the adsorbing molded body may be lowered, if it exceeds 250 ℃ because the binder powder may be burned or cracks in the adsorbed molded body may be heat treated within the above range desirable.

또한, 상기 열처리는 30 분 내지 120 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment is preferably performed for 30 minutes to 120 hours.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

제조예 1 : 흡착제 분말 제조Preparation Example 1 Preparation of Adsorbent Powder

LiOH·H2O와 TiO2를 Li와 Ti 몰비가 2:1이 되도록 정량한 뒤, 볼 밀링으로 균일하게 혼합하고, 600 ℃에서 4 시간 동안 소성 및 건조하여 Li2TiO3 흡착제 분말을 제조하였다.LiOH.H 2 O and TiO 2 were quantified to have a Li and Ti molar ratio of 2: 1, uniformly mixed by ball milling, and calcined and dried at 600 ° C. for 4 hours to prepare a Li 2 TiO 3 adsorbent powder. .

<실시예> <Example>

상기 제조예 1에서 제조한 흡착제 분말과 바인더 분말을 다양한 무게비로 혼합하여 흡착 성형체를 제조하였다.The adsorbent powder and the binder powder prepared in Preparation Example 1 were mixed at various weight ratios to prepare an adsorbed molded body.

실시예 1Example 1

상기 제조예 1의 Li2TiO3 흡착제(이하, LTO) 분말과 바인더 분말을 혼합한 흡착 성형체를 제조하였다. 바인더로는 LDPE(Low Density Polyethylene) 분말을 사용하였다. 혼합 시 흡착제 분말과 바인더 분말의 무게비가 8:2가 되도록 혼합하였다. 혼합물을 150 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 흡착 성형체를 제조하였다.An adsorption molded body obtained by mixing the Li 2 TiO 3 adsorbent (hereinafter, LTO) powder and the binder powder of Preparation Example 1 was prepared. Low density polyethylene (LDPE) powder was used as the binder. At the time of mixing, the weight ratio of the adsorbent powder and the binder powder was mixed to be 8: 2. The mixture was heat treated at 150 ° C. for 1 hour to prepare an adsorption molded body.

실시예 2Example 2

LTO와 LDPE 분말의 무게비가 7:3이 되도록 혼합한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흡착 성형체를 제조하였다.Adsorption molded bodies were prepared in the same manner as in Example 1, except that the LTO and LDPE powders had a weight ratio of 7: 3.

실시예 3Example 3

LTO와 LDPE 분말의 무게비가 6:4가 되도록 혼합한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흡착 성형체를 제조하였다.Adsorption molded bodies were prepared in the same manner as in Example 1, except that the LTO and LDPE powders had a weight ratio of 6: 4.

실시예 4Example 4

LTO와 LDPE 분말의 무게비가 5:5가 되도록 혼합한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흡착 성형체를 제조하였다.Adsorption molded bodies were prepared in the same manner as in Example 1, except that the LTO and LDPE powders had a weight ratio of 5: 5.

실시예 5Example 5

LTO와 LDPE 분말의 무게비가 4:6이 되도록 혼합한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흡착 성형체를 제조하였다.Adsorption molded bodies were prepared in the same manner as in Example 1, except that the LTO and LDPE powders had a weight ratio of 4: 6.

실험예 1: 흡착 성형체의 유실률 측정결과 Experimental Example 1 Measurement Results of Loss Ratio of Adsorption Molded Body

흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합한 성형체로부터 흡착제 분말이 유실되는 정도를 측정하기 위해 성형체 5 g을 물 1 L에 담지하여 mechanical shaker을 사용하여 7일 동안 교반하였다. 교반 후 성형체를 수용액으로부터 분리하여 건조 후 무게를 측정하였으며, 교반 전/후 성형체의 무게변화를 측정하였다. 유실률은 다음과 같이 계산하였다.In order to measure the degree of loss of the adsorbent powder from the molded product mixed with the adsorbent powder and the binder powder, 5 g of the molded product was carried in 1 L of water and stirred for 7 days using a mechanical shaker. After stirring, the molded body was separated from the aqueous solution, and the weight after drying was measured, and the weight change of the molded body before and after stirring was measured. The loss rate was calculated as follows.

유실률(%) = (교반 후 성형체 무게변화(g) / 교반 전 성형체의 무게(g))Х100Loss rate (%) = (weight change of molding after stirring (g) / weight of molding before stirring (g))

LTO(g)LTO (g) LDPE(g)LDPE (g) 유실율(%)% Lost 실시예 1(LTO:LDPE = 8:2)Example 1 (LTO: LDPE = 8: 2) 1616 44 77 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)Example 2 (LTO: LDPE = 7: 3) 1414 66 1.31.3 실시예 3(LTO:LDPE = 6:4)Example 3 (LTO: LDPE = 6: 4) 1212 88 0.70.7 실시예 4(LTO:LDPE = 5:5)Example 4 (LTO: LDPE = 5: 5) 1010 1010 0.40.4 실시예 5(LTO:LDPE = 4:6)Example 5 (LTO: LDPE = 4: 6) 88 1212 0.30.3

상기 표 1은 실시예 1 내지 5로부터 제조된 흡착 성형체의 유실률을 비교한 표이다. 상기 표 1을 참고하면, LTO:LDPE의 무게비가 8:2인 실시예 1의 유실률이 가장 높으며, 실시예 3 내지 5의 경우 유실률의 변화가 미미한 것을 볼 수 있다. 이에 따라 성형체 제조시 바인더의 함량이 높아질수록 흡착제가 흡착 성형체로부터 유실되지 않으며, 흡착 성형체의 내구성이 뛰어남을 알 수 있다. Table 1 is a table comparing the loss ratio of the adsorption molded bodies prepared from Examples 1 to 5. Referring to Table 1, the loss ratio of Example 1 having a weight ratio of LTO: LDPE of 8: 2 is the highest, and in Examples 3 to 5, it can be seen that the change in the loss ratio is insignificant. Accordingly, it can be seen that as the content of the binder increases in manufacturing the molded article, the adsorbent is not lost from the adsorbed molded article, and the durability of the adsorbed molded article is excellent.

또한, 상기에서 설명한 바와 같이 바인더 분말이 흡착제의 흡착성능을 감소시키는 것을 고려하였을 때 내구성이 우수하면서도 흡착성능을 유지할 수 있도록 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)의 성형체를 사용하는 것이 가장 바람직할 것으로 판단된다.In addition, as described above, it is most preferable to use the molded article of Example 2 (LTO: LDPE = 7: 3) so that the binder powder can maintain the adsorption performance while maintaining the adsorption performance when considering the adsorption performance of the adsorbent. It is considered to be preferable.

실험예 2: 흡착 성형체의 리튬이온 용출성능 평가Experimental Example 2: Evaluation of Lithium Elution Performance of Adsorption Molded Body

리튬이온 흡착제로 전환하기 위해, 흡착제 분말과 바인더 분말을 혼합한 성형체의 리튬이온 용출성능을 평가하였다. In order to switch to a lithium ion adsorbent, the lithium ion elution performance of the molded object which mixed the adsorbent powder and binder powder was evaluated.

LTO 흡착제의 경우 리튬이온 흡착 공정 전 산 용액 처리를 통해 LTO 구조의 Li을 H로 치환시켜, HTO로 전환하여 사용하는 것이 일반적인 방법이다. 다공성 흡착 성형체 내의 Li+와 H+를 이온교환하기 위해 25 ℃에서 5 일 동안 0.3 M의 HCl 용액에 다공성 흡착 성형체를 분산시킨 후 HTO를 제조하였다.In the case of LTO adsorbent, it is a general method to convert Li of LTO structure into H and convert it to HTO through acid solution treatment before lithium ion adsorption process. In order to ion exchange Li + and H + in the porous adsorption body, HTO was prepared after dispersing the porous adsorption body in 0.3 M HCl solution at 25 ° C. for 5 days.

리튬이온 용출성능 실험을 위해 성형체 1g/0.3 M HCl 1 L의 조건으로 2 L 비이커에 담지하고, 원활한 용출을 위해 기계식 교반기(mechanical stirrer)를 사용하여 100 rpm의 교반 속도로 5 일 동안 교반하였다. For Li-ion elution performance experiment, it was loaded in a 2 L beaker under the condition of 1 g / 0.3 M HCl 1 L of a molded product, and stirred for 5 days at a stirring speed of 100 rpm using a mechanical stirrer for smooth elution.

도 4는 LTO를 HTO 흡착제로 전환시 실시예 1 내지 5의 다공성 흡착 성형체의 리튬이온 용출성능을 비교한 그래프이다.Figure 4 is a graph comparing the lithium ion elution performance of the porous adsorption molded body of Examples 1 to 5 when converting LTO to HTO adsorbent.

도 4를 참조하면, 바인더 분말 함량이 가장 낮은 실시예 1(LTO:LDPE = 8:2)의 경우 LTO 분말과 유사한 정도의 리튬이온 용출률을 가지는 것으로 나타났다. 또한 바인더 분말의 함량이 증가할수록 리튬이온의 용출률이 감소하는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 4, Example 1 (LTO: LDPE = 8: 2) having the lowest binder powder content was found to have a lithium ion dissolution rate similar to that of LTO powder. In addition, the dissolution rate of lithium ions decreased as the binder powder content increased.

이와 같은 결과는 상기에서 설명한 바와 같이 바인더 분말이 흡착제를 둘러싸 흡착제의 용출 반응 중 수용액 내 수소이온이 성형체 내부로 침투하는 것을 방해하기 때문인 것으로 보인다. 따라서 이를 억제하기 위하여 적절한 바인더 분말의 함량 조절이 필요할 것이다.This result seems to be because the binder powder surrounds the adsorbent and prevents hydrogen ions in the aqueous solution from penetrating into the molded body during the elution of the adsorbent as described above. Therefore, it will be necessary to control the content of the appropriate binder powder to suppress this.

도 4를 참조하면, 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)가 용출 성능에 있어 LTO 분말과 큰 차이를 보이지 않았다. 실시예 1(LTO:LDPE = 8:2)의 용출 성능도 LTO 분말과 유사하나 바인더 분말의 함량이 너무 적어 성형체의 내구성이 좋지 않을 것으로 판단되므로 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)의 성형체를 사용하는 것이 바람직할 것이다.Referring to FIG. 4, Example 2 (LTO: LDPE = 7: 3) showed no significant difference with the LTO powder in the elution performance. The dissolution performance of Example 1 (LTO: LDPE = 8: 2) was similar to that of LTO powder, but the content of the binder powder was so small that the durability of the molded body was not considered to be good. It would be desirable to use shaped bodies.

실험예 3: 흡착 성형체의 리튬이온 흡착성능 평가Experimental Example 3: Evaluation of Lithium Ion Adsorption Performance of Adsorption Molded Body

리튬이온 용출 후 다공성 흡착 성형체의 리튬이온 흡착성능을 평가하였다. After lithium ion elution, the lithium ion adsorption performance of the porous adsorption molded body was evaluated.

흡착 모액으로는 여과된 해수를 사용하였으며, 여과된 해수에 LiCl을 추가하여 해수 내 리튬이온의 농도가 약 30 ppm이 되도록 조절하였다. 흡착성능 실험은 LTO 1g/30 ppm Li spiked seawater 1 L의 조건으로 진행하였으며, mechanical shaker를 사용하여 100 rpm의 속도로 3 일 동안 혼합하였다. 혼합 후 흡착 모액을 분리 및 여과하여 리튬이온의 농도를 측정하였다.Filtered seawater was used as the adsorption mother liquor, and LiCl was added to the filtered seawater to adjust the concentration of lithium ions in the seawater to about 30 ppm. Adsorption performance experiment was carried out under the condition of 1 L Lg / 30 ppm Li spiked seawater, and was mixed for 3 days at a speed of 100 rpm using a mechanical shaker. After mixing, the adsorption mother liquor was separated and filtered to measure the concentration of lithium ions.

도 5는 HTO 흡착제 분말, 실시예 1, 및 실시예 2의 다공성 흡착 성형체의 리튬이온 흡착성능을 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing lithium ion adsorption performance of the HTO adsorbent powder, the porous adsorbing bodies of Example 1, and Example 2. FIG.

도 5를 참조하면, LTO 분말의 경우 약 11 mg/g으로 가장 높은 리튬이온 흡착성능을 보였으며, 실시예 1 및 실시예 2 성형체의 경우 약 9 mg/g의 리튬이온 흡착성능을 보였다. LTO 분말과 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)를 비교하였을 때, 실시예 2의 성형체는 리튬 이온 흡착성능이 약 17 % 정도 감소한 것을 볼 수 있다. 바인더 분말의 함량이 증가함에 따라 리튬이온의 흡착성능이 큰 폭으로 감소하지는 않았으므로, 흡착성능을 유지하면서 내구성이 우수한 실시예 2(LTO:LDPE = 7:3)의 성형체를 사용하는 것이 바람직할 것이다.Referring to FIG. 5, the LTO powder showed the highest lithium ion adsorption performance of about 11 mg / g, and the Example 1 and Example 2 molded bodies showed the lithium ion adsorption performance of about 9 mg / g. Comparing the LTO powder with Example 2 (LTO: LDPE = 7: 3), it can be seen that the molded article of Example 2 had a decrease in lithium ion adsorption performance by about 17%. As the content of the binder powder was increased, the adsorption performance of lithium ions did not decrease significantly. Therefore, it is preferable to use the molded article of Example 2 (LTO: LDPE = 7: 3) having excellent durability while maintaining the adsorption performance. will be.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 흡착 성형체 및 그 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.So far it has been described with respect to the porous adsorption molded article according to an embodiment of the present invention and specific embodiments of the manufacturing method thereof, it is obvious that various embodiments can be modified within the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.In other words, the foregoing embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (11)

분말 형태의 흡착제 및 분말 형태의 바인더를 혼합 후 열처리하여 제조되는 다공성 흡착 성형체로서,
상기 흡착 성형체는 흡착제 분말과 바인더 분말이 혼합된 형태를 갖고 있으며,
상기 분말 형태의 흡착제는 (a) 리튬 반응물 및 티타늄 반응물을 혼합하여 리튬-티타늄 전구체를 제조하고, (b) 상기 리튬-티타늄 전구체를 열처리하여 제조되는 것이고,
상기 바인더 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지 분말이고,
상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말은 3:7 내지 9:1의 무게비로 혼합된 것임을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체.
A porous adsorption molded body prepared by mixing and then heat treating a powder form adsorbent and a binder in powder form,
The adsorbing molded body has a form in which adsorbent powder and binder powder are mixed.
The adsorbent in powder form is prepared by (a) mixing a lithium reactant and a titanium reactant to prepare a lithium-titanium precursor, and (b) heat treating the lithium-titanium precursor.
The binder powder is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacryl At least one thermoplastic resin powder selected from the group consisting of latex (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS),
The adsorbent powder and the binder powder is a porous adsorption molded body, characterized in that mixed in a weight ratio of 3: 7 to 9: 1.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말을 90 내지 250 ℃에서 30 분 내지 120 시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체.
The method of claim 1,
Porous adsorption molded body, characterized in that the adsorbent powder and the binder powder is heat-treated at 90 to 250 ℃ for 30 minutes to 120 hours.
(a) 리튬 반응물 및 티타늄 반응물을 혼합하여 리튬-티타늄 전구체를 제조하는 단계;
(b) 상기 리튬-티타늄 전구체를 열처리하여 분말 형태의 흡착제를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 분말 형태의 흡착제를 분말 형태의 바인더와 혼합하여 열처리하는 단계;를 포함하는 제1항에 따른 다공성 흡착 성형체의 제조방법으로서,
상기 바인더 분말은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 및 폴리스타이렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지 분말이고,
상기 흡착제 분말과 상기 바인더 분말은 3:7 내지 9:1의 무게비로 혼합된 것임을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
(a) mixing a lithium reactant and a titanium reactant to produce a lithium-titanium precursor;
(b) heat treating the lithium-titanium precursor to prepare an adsorbent in powder form; And
(c) mixing the heat-treated adsorbent in powder form with a binder in powder form;
The binder powder is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), nylon, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacryl At least one thermoplastic resin powder selected from the group consisting of latex (PMMA), polyoxymethylene (POM), and polystyrene (PS),
The adsorbent powder and the binder powder is a method for producing a porous adsorption molded body, characterized in that mixed in a weight ratio of 3: 7 to 9: 1.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계의
상기 리튬-티타늄 전구체의 Li과 Ti의 몰비가 0.5 내지 2.5:1이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
The method of claim 5,
Of step (a)
Method for producing a porous adsorption molded body, characterized in that the mixing ratio of the lithium-titanium precursor of Li and Ti is 0.5 to 2.5: 1.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계의
상기 리튬 반응물은 Li2CO3, LiOH, LiF, Li2SO4, LiNO3, LiCl, Li2O, C2H3LiO2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
The method of claim 5,
Of step (a)
The lithium reactant is any one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiF, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , LiCl, Li 2 O, C 2 H 3 LiO 2 , and combinations thereof Method for producing a porous adsorption molded body.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계의
상기 티타늄 반응물은 TiO2, TiCl4, TiOCl2, TiOSO4, TiO(OH)2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
The method of claim 5,
Of step (a)
The titanium reactant is any one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 , TiOCl 2 , TiOSO 4 , TiO (OH) 2 , and combinations thereof.
제5항에 있어서,
상기 (b) 단계의 상기 열처리는 500 내지 1000 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
The method of claim 5,
The heat treatment of step (b) is a method for producing a porous adsorption molded body, characterized in that performed at 500 to 1000 ℃.
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 (c) 단계의 열처리는 90 내지 250 ℃에서 30 분 내지 120 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 흡착 성형체의 제조방법.
The method of claim 5,
The heat treatment of step (c) is carried out for 30 minutes to 120 hours at 90 to 250 ℃ method for producing a porous adsorption molded body.
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