KR102445472B1 - A silver contained hydrophobic alumino-silicate aerogel and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성의 에어로겔 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은 초임계 건조 방식을 이용하지 않고서, 방사성 요오드에 대한 흡착능이 우수한 에어로겔의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a hydrophobic airgel and a method for producing the same, and the method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel of the present invention does not use a supercritical drying method, but a method for producing an airgel having excellent adsorption capacity for radioactive iodine provides

Description

소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔 및 이의 제조방법{A silver contained hydrophobic alumino-silicate aerogel and preparation method thereof}A silver contained hydrophobic alumino-silicate aerogel and preparation method thereof

본 발명은 소수성의 에어로겔 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrophobic airgel and a method for preparing the same.

구체적으로, 본 발명은 은을 함유하며, 소수성인 알루미노-실리케이트 에어로겔 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to silver-containing, hydrophobic alumino-silicate airgels and methods for their preparation.

핵연료가 원자로에서 연소되는 동안 생성된 여러 종류의 핵분열 물질 중에서도 비교적 분열 수율이 높은 요오드(예를 들어, 131I, 129I)는 대표적인 휘발성 방사성 핵종이며, 사고나 비상시 배기를 통해 공기 중으로 쉽게 방출될 수 있는 물질이다. 요오드는 장반감기 핵종(예를 들어, 129I의 반감기: 1.57 x 107년)이며, 이의 높은 휘발성으로 인해 환경 중으로 노출될 수 있고, 인체 내에 흡입되어 갑상선에 축적될 수 있으므로, 이들에 대한 검출 및 제거 기술이 필요하다.Among the various types of fissile materials generated during nuclear fuel combustion in a nuclear reactor, iodine (eg, 131 I, 129 I), which has a relatively high fission yield, is a representative volatile radionuclide, and can be easily released into the air through exhaust in an accident or emergency. material that can be Iodine is a long-lived nuclide (for example, 129 I half-life: 1.57 x 10 7 years), can be exposed to the environment due to its high volatility, and can be inhaled into the human body and accumulated in the thyroid gland, so detection of them and removal techniques.

방사성 요오드를 제거하기 위한 기술로서, 요오드를 흡착제로 포집하여 고화한 후에 처분시설에 저장되어야 한다. 요오드를 포집하기 위한 흡착제는 요오드의 손실이 없도록 저온에서 가압소결에 의해 고화될 수 있어야 한다. 이를 위해, 무기 에어로겔이나 유-무기 복합 에어로겔 소재가 요오드 흡착제로서 꾸준히 연구 개발되고 있는 실정이다.As a technology for removing radioactive iodine, iodine must be collected and solidified with an adsorbent and then stored in a disposal facility. The adsorbent for collecting iodine should be able to be solidified by pressure sintering at a low temperature so that there is no loss of iodine. To this end, an inorganic airgel or an organic-inorganic composite airgel material has been continuously researched and developed as an iodine adsorbent.

또한, 요오드 흡착제 개발을 위한 에어로겔에 관한 연구의 일환으로, 금속 Ag 나 Ag+ 이온은 다양한 형태의 요오드나 요오드 이온과 결합하는 특성으로 인해, 에어로겔에 은을 함유시킨 에어로겔에 대한 연구가 계속되고 있다.In addition, as part of the research on airgels for the development of iodine adsorbents, metal Ag or Ag + ions combine with various types of iodine or iodine ions. .

이에 따라 최근에 요오드 포집효율을 증대시키고, 저온 가압소결이 용이하도록 은 기능화 실리카 에어로겔(silver-functionalized silica aerogel)과 은 함침 알루미노 규산염 에어로겔(silver impregnated aluminosilicate aerogel)이 개발된 바 있다.Accordingly, silver-functionalized silica aerogel and silver impregnated aluminosilicate aerogel have been recently developed to increase iodine capture efficiency and facilitate low-temperature pressure sintering.

그러나 현재까지 개발된 은 기능화 실리카 에어로겔이나 은 함침 알루미노 규산염 에어로겔을 이용한 흡착제는 친수성이어서 소수성인 방사성 요오드(I2)를 흡착하기에 적절한 흡착 효율을 나타내고 있지 못하며, 비표면적과 은 함유율 또한 낮아서 그 성능의 측면에서 여전히 부적합한 문제가 있음이 보고되고 있다.However, adsorbents using silver-functionalized silica airgel or silver-impregnated aluminosilicate airgel developed so far are hydrophilic and do not exhibit adequate adsorption efficiency to adsorb hydrophobic radioiodine (I 2 ), and their specific surface area and silver content are also low. It is reported that there are still unsuitable problems in terms of performance.

또한, 현재까지 알려진 은 함유 무기, 또는 유-무기 복합 에어로겔의 제조 방법은, 에어로겔 제조를 위한 알코겔의 건조방식으로 초임계 건조방식을 이용하는데, 초임계 건조는 초임계 장치의 가격이 비싸며, 일반적으로 240℃ 이상의 고온, 7.93 MPa 이상의 고압의 조건에서 건조가 실시되기 때문에 안전상 고도의 위험성이 따른다. In addition, the silver-containing inorganic or organic-inorganic composite airgel production method known to date uses a supercritical drying method as a drying method of an alcogel for airgel production. In general, since drying is carried out at a high temperature of 240°C or higher and a high pressure of 7.93 MPa or higher, there is a high risk of safety.

이에 따라, 소수성이면서 비표면적이 높고, 요오드 흡착 효율이 우수한 요오드 흡착제에 대한 연구 개발이 여전히 계속되고 있는 실정이다.Accordingly, research and development for an iodine adsorbent having high hydrophobicity, high specific surface area and excellent iodine adsorption efficiency is still ongoing.

본 발명은 흡착 성능이 우수한 방사성 요오드의 흡착제를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an adsorbent for radioactive iodine having excellent adsorption performance.

구체적으로, 본 발명은 소수성이면서, 비표면적이 증대되고, 은 함유율이 우수한 은 함유 에어로겔을 제공하고자 한다.Specifically, an object of the present invention is to provide a silver-containing airgel that is hydrophobic, has an increased specific surface area, and has an excellent silver content.

또한, 본 발명은 제조 공정의 비용과 안정성을 증대시키면서, 흡착 성능이 우수한 방사성 요오드의 흡착제 제조 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a radioactive iodine adsorbent having excellent adsorption performance while increasing the cost and stability of the manufacturing process.

구체적으로, 본 발명은 소수성이면서, 비표면적이 증대되고, 은 함유율이 우수한 은 함유 에어로겔의 제조방법을 제공하고자 한다.Specifically, an object of the present invention is to provide a method for producing a silver-containing airgel that is hydrophobic, has an increased specific surface area, and has an excellent silver content.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above purpose,

일 측면에서, 본 발명은 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하는 단계; 용매 교환법에 의해 상기 알코겔 내 공용매를 제1 치환 용매로 치환하는 공용매 교환 단계; 상기 알코겔 내 양이온을 은 이온(Ag+)으로 치환하여 은 함유 히드로겔을 형성하는 이온 교환 단계; 용매 교환법에 의해 상기 은 함유 히드로겔 내 용매를 비활성 유기 용매로 치환하여 은 함유 알코겔을 형성하는 히드로겔의 용매 교환 단계; 및 상기 은 함유 알코겔에 표면개질제를 첨가하여 표면을 소수성으로 개질하는 표면 개질 단계;를 포함하는, 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a method for forming a sodium alumino-silicate alcohol gel; a cosolvent exchange step of replacing the cosolvent in the alcogel with a first substituted solvent by a solvent exchange method; an ion exchange step of replacing cations in the alcohol gel with silver ions (Ag + ) to form a silver-containing hydrogel; a solvent exchange step of the hydrogel to form a silver-containing alcogel by replacing the solvent in the silver-containing hydrogel with an inert organic solvent by a solvent exchange method; and a surface modification step of modifying the surface to be hydrophobic by adding a surface modifier to the silver-containing alcogel.

다른 측면에서, 본 발명은 알루미노-실리케이트 에어로겔(Alumino-silicate aerogel)로서, 상기 에어로겔은 기공 내 은(Ag)을 함유하며, 표면에 소수성의 표면개질제로부터 유래한 단위를 포함하는 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 제공한다.In another aspect, the present invention is an alumino-silicate airgel, wherein the airgel contains silver (Ag) in the pores, and contains hydrophobic silver containing units derived from a hydrophobic surface modifier on the surface. An alumino-silicate airgel is provided.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 포함하는 방사성 요오드 흡착제를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a radioactive iodine adsorbent comprising the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 이용하여 방사성 요오드를 제거하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for removing radioactive iodine using the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel.

본 발명의 에어로겔은 소수성 표면을 갖게 되어 소수성인 요오드에 대한 포집 성능이 향상된 효과가 있다.Since the airgel of the present invention has a hydrophobic surface, there is an effect of improving the trapping performance of hydrophobic iodine.

또한, 본 발명의 에어로겔은 은 함량이 높고 비표면적이 커서 요오드 포집 성능이 우수한 효과가 있다.In addition, the airgel of the present invention has a high silver content and a large specific surface area, so that it has an excellent iodine trapping performance.

또한, 본 발명의 에어로겔은 기본 골격으로서 알루미노-실리케이트로 구성되어 있기 때문에 다른 소재 대비 비표면적이 크고, 요오드 포집 후 요오드 고화체의 제조 시에 저온 가압 소결이 가능한 장점이 있다.In addition, since the airgel of the present invention is composed of alumino-silicate as a basic skeleton, it has a large specific surface area compared to other materials, and has advantages in that it can be sintered under low pressure when preparing a solidified iodine body after iodine capture.

뿐만 아니라, 본 발명의 에어로겔은 일반 산업체에서 적용하고 있는 경유 및 디젤유에 불순물로 함유된 황의 유기 화합물을 제거하기 위한 흡착제로도 사용될 수 있을 것으로 기대되는 효과가 있다.In addition, the airgel of the present invention has an effect expected to be used as an adsorbent for removing organic compounds of sulfur contained as impurities in diesel oil and diesel oil applied in general industries.

본 발명의 에어로겔의 제조방법은 상기와 같은 특성의 에어로겔을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 성능이 우수한 에어로겔의 제조방법으로서 비용과 안정성을 우수하게 개선한 효과가 있다.The method for producing an airgel of the present invention not only can produce an airgel having the above characteristics, but also has the effect of excellently improving cost and stability as a method for producing an airgel having excellent performance.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔 형성을 위한 졸-겔법의 공정 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔의 제조 공정의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔의 제조 공정의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔의 제조 공정 및 제조 단계 별 Na/Si 및 Ag/Si 몰비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔의 물 위 부유 실험 결과 사진이다. (a) 좌측부터 실시예 1-1, 실시예 1-2, 실시예 1-3, (b) 좌측부터 실시예 2-1, 실시예 2-2, 실시예 2-3, (c) 좌측부터 실시예 3-1, 실시예 3-2, 실시예 3-3을 나타낸다.
도 6은 실시예 2의 제조 단계에 있어 각 공정에 따른 ATR-IR로 소수성 결합을 확인한 결과 그래프이다. (a)에 따르면 순수로 세정하는 경우 소수성 결합은 확인되지 않으며, (b)는 HMDZ로 표면 개질 후 실온 건조한 경우, (c)는 TMS로 표면 개질 후 상압 건조한 경우, (d)는 TMMS로 표면 개질 후 상압 건조한 경우 및 (e)는 HMDZ로 표면 개질 후 상압 건조한 경우의 소수성 결합에 대한 그래프를 나타낸다.
도 7은 실시예 2의 제조 단계에 있어 각 공정에 따른 은의 상 변화를 XRD로 분석한 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 AgASA의 기공 크기 분포를 나타낸다.
도 9는 (a) 실시예 1-3 및 (b) 실시예 3-2에 따른 AgASA의 사진을 나타낸다.
도 10은 실시예 1-3 및 실시예 3-2의 요오드 흡착 전(a) 및 후(b)의 사진이다.
도 11은 실시예 1-3에 따른 AgASA와 시중의 AgX(Sigma Aldrich 社)의 요오드 흡착 후 사진이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the above-described contents of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings It should not be construed as being limited.
1 is a sodium alumino-silicate for forming an alcohol cogel according to an embodiment of the present invention - a schematic diagram of the process of the gel method.
2 is a schematic diagram of a manufacturing process of an airgel according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a manufacturing process of an airgel according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the Na/Si and Ag/Si molar ratios for each manufacturing process and manufacturing step of the airgel according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing the results of a floating test of airgel according to an embodiment of the present invention. (a) From the left Example 1-1, Example 1-2, Example 1-3, (b) From the left Example 2-1, Example 2-2, Example 2-3, (c) Left From Example 3-1, Example 3-2, Example 3-3 is shown.
6 is a graph showing the result of confirming the hydrophobic bond by ATR-IR according to each process in the manufacturing step of Example 2. According to (a), when washing with pure water, hydrophobic bonding is not confirmed, (b) is when the surface is dried at room temperature after surface modification with HMDZ, (c) when the surface is dried at atmospheric pressure after surface modification with TMS, (d) is the surface with TMMS In the case of drying at atmospheric pressure after modification, and (e) shows a graph for hydrophobic bonding in the case of drying at atmospheric pressure after surface modification with HMDZ.
7 is a graph showing a result of XRD analysis of the phase change of silver according to each process in the manufacturing step of Example 2;
8 shows the pore size distribution of AgASA according to an embodiment of the present invention.
9 shows photographs of AgASA according to (a) Examples 1-3 and (b) Examples 3-2.
10 is a photograph of Example 1-3 and Example 3-2 before (a) and after (b) adsorption of iodine.
11 is a photograph after iodine adsorption of AgASA according to Example 1-3 and commercially available AgX (Sigma Aldrich).

본 발명의 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하는 단계; 용매 교환법에 의해 상기 알코겔 내 공용매를 제1 치환 용매로 치환하는 공용매 교환 단계; 상기 알코겔 내 양이온을 은 이온(Ag+)으로 치환하여 은 함유 히드로겔을 형성하는 이온 교환 단계; 용매 교환법에 의해 상기 은 함유 히드로겔 내 용매를 비활성 유기 용매로 치환하여 은 함유 알코겔을 형성하는 히드로겔의 용매 교환 단계; 및 상기 은 함유 알코겔에 표면개질제를 첨가하여 표면을 소수성으로 개질하는 표면 개질 단계;를 포함한다.The method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel of the present invention comprises the steps of: forming a sodium alumino-silicate alcogel; a cosolvent exchange step of replacing the cosolvent in the alcogel with a first substituted solvent by a solvent exchange method; an ion exchange step of replacing cations in the alcohol gel with silver ions (Ag + ) to form a silver-containing hydrogel; a solvent exchange step of the hydrogel to form a silver-containing alcogel by replacing the solvent in the silver-containing hydrogel with an inert organic solvent by a solvent exchange method; and a surface modification step of modifying the surface to be hydrophobic by adding a surface modifier to the silver-containing alcohol gel.

소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하는 단계Forming a sodium alumino-silicate alcogel

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하는 단계를 포함한다.The method for preparing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel includes forming a sodium alumino-silicate alcogel.

일 구현예에서, 상기 알코겔을 형성하는 단계는 졸-겔(sol-gel)법에 의한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the step of forming the alcogel may be by a sol-gel method, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 도 1에 졸-겔법의 제조공정 흐름도를 도시하였으나, 상기 졸-겔법의 공정이 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, although a flow chart of the manufacturing process of the sol-gel method is shown in FIG. 1, the process of the sol-gel method is not limited thereto.

상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하기 위한 전구체 재료(precursor material)는, Na 소스(source), Al 소스 및 Si 소스를 포함한다. 상기 Na, Al 및 Si 소스는 각각 Na, Al 및/또는 Si 금속을 함유하는 알콕사이드 화합물을 포함할 수 있다.A precursor material for forming the sodium alumino-silicate alcohol gel includes a Na source, an Al source and a Si source. The Na, Al and Si sources may include an alkoxide compound containing Na, Al and/or Si metal, respectively.

상기 소듐을 함유하는 알콕사이드 화합물은 예를 들어 소듐 메톡사이드(NaOCH3, NaOMe), 소듐 에톡사이드(NaOC2H5), 소듐 이소프록사이드[NaOCH(CH3)2] 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 알루미늄을 함유하는 알콕사이드 화합물은 예를 들어 알루미늄 트리-sec-부톡사이드{Al[OCH(CH3)C2H5]3, Al(OBus)3}, 알루미늄 트리메톡사이드[Al(OCH3)3], 알루미늄 트리에톡사이드[Al(OC2H5)3], 알루미늄 트리이소프록사이드{Al[OCH(CH3)2]3} 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 규소를 함유하는 알콕사이드 화합물은 테트라메틸 오르토실리케이트[Si(OCH3)4], 테트라에틸 실리케이트[Si(OC2H5)4], 테트라이소프로필 오르토실리케이트{Si[OCH(CH3)2]4} 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The sodium-containing alkoxide compound may include, for example, sodium methoxide (NaOCH 3 , NaOMe), sodium ethoxide (NaOC 2 H 5 ), sodium isoprooxide [NaOCH(CH 3 ) 2 ] or mixtures thereof. However, the present invention is not limited thereto. The alkoxide compound containing aluminum is, for example, aluminum tri-sec-butoxide {Al[OCH(CH 3 )C 2 H 5 ] 3 , Al(OBu s ) 3 }, aluminum trimethoxide [Al(OCH 3 ) ) 3 ], aluminum triethoxide [Al(OC 2 H 5 ) 3 ], aluminum triisoprooxide {Al[OCH(CH 3 ) 2 ] 3 } or mixtures thereof, but is not limited thereto it is not The silicon-containing alkoxide compound is tetramethyl orthosilicate [Si(OCH 3 ) 4 ], tetraethyl silicate [Si(OC 2 H 5 ) 4 ], tetraisopropyl orthosilicate {Si[OCH(CH 3 ) 2 ] 4 } or a mixture thereof, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔의 형성을 위해, 규소 알콕사이드와 물의 몰비를 1로 하여 산 촉매 하에서 부분 가수분해하여 모노머인 실라놀기[HO-Si(OC2H5)3]을 형성할 수 있다. 여기에 알루미늄 알콕사이드를 첨가하여 알코올 응축 반응에 의해 -O-Si-O-Al-O- 형태로 결합시킨 후 Na 를 첨가하여 Na[AlO4] 결합을 유도한 후 물을 첨가하여 축·중합에 의한 가교를 유도하는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, for the formation of the sodium alumino-silicate alcogel, a silanol group as a monomer [HO-Si(OC 2 H 5 ) 3 ] by partial hydrolysis under an acid catalyst with a molar ratio of silicon alkoxide and water to 1 can form. Here, aluminum alkoxide is added to form -O-Si-O-Al-O- by alcohol condensation reaction, Na is added to induce Na[AlO 4 ] bonding, and then water is added for condensation and polymerization. It may include inducing crosslinking by

상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔 내 Na 이온은 이후 '이온교환단계'를 통해 은 이온(Ag+)으로 치환되기 때문에 제조되는 에어로겔 내 은의 함량을 높이기 위해 알코겔 내 포함되는 Na의 함량을 개선하는 것이 필요할 수 있다. 이에, 에어로겔 제조를 위한 전구 재료에, 상기 Na, Al 및 Si 알콕사이드는 각각 이들의 금속 원소의 몰비가 1~2:1~1.5:1이 되는 함량으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 이들의 금속 원소의 몰비가 1.05:1:1 내지 1.3:1.1:1이 되는 함량으로 포함될 수 있다. 이때, Na/Al 몰비는 바람직하게는 1.05 - 1.2 로 하여 염기로 작용하는 Na 알콕사이드와 산으로 작용하는 Al 알콕사이드가 중화되도록 할 수 있다. 상기 범위 내에서 과잉의 Na 알콕사이드는 겔화 시간을 단축시킬 수 있으며, 예컨대 겔화에 소요되는 시간은 2 내지 3 시간으로 단축될 수 있다. 과도한 Na 알콕사이드의 첨가, 예를 들어 Na/Al 몰비가 1.25 이상이 되면 수화 반응 중에 겔화가 진행되어 몰드에 사출을 할 수 없어 다양한 형태의 겔을 얻을 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다. 위와 같이 삼 성분의 전구 재료는 물 첨가에 따른 축·중합반응에 의한 가교를 형성하기 전에 첨가되는 알코올 용매에 의해 용해되어야 한다.Since Na ions in the sodium alumino-silicate alcogel are then substituted with silver ions (Ag + ) through an 'ion exchange step', to increase the content of silver in the airgel to improve the content of Na contained in the alcogel something may be needed Accordingly, in the precursor material for manufacturing the airgel, the Na, Al and Si alkoxides may be included in an amount such that the molar ratio of their metal elements is 1 to 2:1 to 1.5:1, respectively. Specifically, the molar ratio of these metal elements may be included in an amount of 1.05:1:1 to 1.3:1.1:1. In this case, the Na/Al molar ratio is preferably set to 1.05 - 1.2 so that Na alkoxide acting as a base and Al alkoxide acting as an acid are neutralized. Excess Na alkoxide within the above range may shorten the gelation time, for example, the time required for gelation may be shortened to 2 to 3 hours. If excessive Na alkoxide is added, for example, when the Na/Al molar ratio is 1.25 or more, gelation proceeds during the hydration reaction and injection into the mold cannot be performed, so that various types of gels cannot be obtained. As above, the three-component precursor material must be dissolved by the alcohol solvent added before the cross-linking by the condensation and polymerization reaction following the addition of water.

소듐 알루미노-실리케이트 알코겔(Na+AlSi-OH 알코겔)을 상온에서 겔화시키는 경우 숙성하는데 약 6일이 소요될 수 있으나, 상온에서 겔화 후에 Na+AlSi-OH 알코겔의 숙성 온도를 50℃내지 55℃로 범위로 하는 경우 1일 이내에 숙성이 완료되어 제조 시간을 단축시킬 수 있으며 이로 인해 알코겔의 망목 구조를 강화시키는 효과를 나타낼 수 있다.When the sodium alumino-silicate alcogel (Na + AlSi-OH alcogel) is gelled at room temperature, it may take about 6 days to ripen, but after gelation at room temperature, the aging temperature of the Na + AlSi-OH alcogel is adjusted to 50° C. to In the case of a range of 55 ° C., aging is completed within 1 day, thereby shortening the manufacturing time, which may have the effect of strengthening the network structure of the alcohol gel.

공용매 교환 단계Cosolvent Exchange Steps

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 용매 교환법에 의해 상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔 내 공용매를 제1 치환 용매로 치환하는 단계를 포함한다.The method for preparing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel includes replacing a cosolvent in the sodium alumino-silicate alcogel with a first substituted solvent by a solvent exchange method.

상기 공용매 교환 단계는 상온 및 상압하 반복 희석 교환의 방법으로 수행하는 것일 수 있다.The co-solvent exchange step may be performed by repeated dilution exchange at room temperature and atmospheric pressure.

상기 공용매 교환 단계는, 종래 은 함유 에어로겔의 제조에 있어, 알코겔 형성 후 초임계 건조에 의해 용매를 제거한 후 은 함침 공정을 수행함에 있어서 초임계 건조에 의한 문제, 예컨대 공정의 고가의 비용, 공정의 안정성 저하, 에어로겔 물성의 저하 등의 문제를 해결하는 효과를 나타낼 수 있다.The co-solvent exchange step is a problem due to supercritical drying in performing the silver impregnation process after removing the solvent by supercritical drying after the formation of the alcohol in the production of the conventional silver-containing airgel, for example, the high cost of the process; It can exhibit the effect of solving problems such as a decrease in the stability of the process and a decrease in the physical properties of the airgel.

상기 공용매 교환 단계에서 치환 대상인 알코겔 내 공용매는 상기 알코겔 형성을 위한 용매를 포함한다. 상기 공용매 교환 단계는 물에 용해도(친화성)가 매우 낮은 알코겔 내 공용매 중의 2-부탄올을 제거하여 이온교환제인 AgNO3가 기공 표면에 접근을 용이토록, 물과 친화성이 높은 NaOH 및/또는 AgNO3에 대해서 친화성이 낮은 용매로 교환하여, 이후 단계에서 에어로겔 내 은 함량을 개선하기 위함이다. In the cosolvent exchange step, the cosolvent in the alcogel to be substituted includes a solvent for forming the alcogel. The co-solvent exchange step removes 2-butanol in the co-solvent in the alcohol gel, which has very low solubility (affinity) in water, so that AgNO 3 as an ion exchange agent can easily access the pore surface, NaOH and / or exchange with a solvent having a low affinity for AgNO 3 , in order to improve the silver content in the airgel in a later step.

상기 치환 대상인 공용매는, 상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔의 제조를 위해 첨가한 알코올과 수화 반응에 의해 생성된 알코올일 수 있다. 예를 들어, 상기 공용매는 에탄올, 이소프로판올, 2-부탄올, 메탄올 등을 포함하는 것일 수 있다.The cosolvent to be substituted may be an alcohol produced by a hydration reaction with an alcohol added for the preparation of the sodium alumino-silicate alcohol gel. For example, the cosolvent may include ethanol, isopropanol, 2-butanol, methanol, and the like.

상기 공용매 교환 단계의 치환 용매, 즉 상기 제1 치환 용매는 상기 치환 대상인 공용매와 상이한 용매로서, 예를 들어 순수(Purified Water, PW), 이소프로판올(IPA) 및 메탄올(MeOH)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 제1 치환 용매는 제조되는 에어로겔의 은 함량을 고려하여 이소프로판올, 메탄올 또는 이들의 혼합 용매를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The substituted solvent of the co-solvent exchange step, that is, the first substituted solvent is a solvent different from the cosolvent to be substituted, for example, from the group consisting of purified water (PW), isopropanol (IPA) and methanol (MeOH). It may include at least one selected, but is not limited thereto. Specifically, it may be preferable to use isopropanol, methanol, or a mixed solvent thereof in consideration of the silver content of the airgel to be prepared as the first substitution solvent.

일 구현예에서, 상기 알코겔 내 물과의 용해도가 낮은 부탄올을 이소프로판올로 교환하는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, it may include exchanging butanol having low solubility with water in the alcohol gel with isopropanol.

상기 공용매 교환 단계에서 치환되는 용매의 부피는 상기 알코겔의 부피의 10배 내지 15배, 예컨대 12배 내지 13배일 수 있다. 구체적으로, 공용매 교환 단계 후 알코겔의 기공 내 잔류하는 공용매의 부피는 기공 부피 대비 1% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The volume of the solvent substituted in the co-solvent exchange step may be 10 to 15 times the volume of the alcohol gel, for example 12 to 13 times. Specifically, the volume of the cosolvent remaining in the pores of the alcogel after the cosolvent exchange step may be 1% or less of the pore volume, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔 형성을 위해 Na:Al:Si 의 첨가 몰비를 1.05:1:1로 하여 제조된 Na+AlSi-OH 알코겔 내 공용매를 순수(Purified Water, PW)로 교환한 경우 Na/Si 몰비는 0.69인 반면, 이소프로판올로 교환한 경우 Na/Si 몰비는 1.07로 증가하는 것을 확인하였다. 이는, 알코겔의 기공 내 잔류한 미반응의 NaOH는 이소프로판올에 대한 용해도가 매우 낮아 외부로 방출되지 않고 알코겔의 기공 내에 잔류하게 되기 때문일 수 있으나, 본 발명의 기전이 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the sodium alumino-silicate cosolvent in the Na + AlSi-OH alcogel prepared by adding the molar ratio of Na:Al:Si to 1.05:1:1 for forming the silicate alcogel is mixed with purified water (Purified Water, PW), the Na/Si molar ratio was 0.69, whereas when it was replaced with isopropanol, it was confirmed that the Na/Si molar ratio increased to 1.07. This may be because unreacted NaOH remaining in the pores of the alcohol gel has very low solubility in isopropanol and is not released to the outside but remains in the pores of the alcohol gel, but the mechanism of the present invention is not limited thereto.

이온 교환 단계Ion exchange step

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 상기 알코겔 내 양이온을 은 이온(Ag+)으로 치환하여 은 함유 히드로겔을 형성하는 이온 교환 단계를 포함한다.The method for preparing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel includes an ion exchange step of replacing cations in the alcohol gel with silver ions (Ag + ) to form a silver-containing hydrogel.

상기 이온 교환 단계는 제조되는 에어로겔 내에 은을 함유시키기 위한 공정으로, 공지된 임의의 수단에 의해 수행될 수 있다.The ion exchange step is a process for containing silver in the airgel to be manufactured, and may be performed by any known means.

예를 들어, 상기 은 이온을 함유하는 수용액 내에 상기 알코겔을 침지시킴으로써 알코겔 내 양이온을 은으로 치환할 수 있다. 상기 이온 교환 단계에 의해 치환되는 알코겔 내 양이온은 소듐 이온(Na+)을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 수용액은 은 이온 소스로서 예를 들어 물에 용해도가 높은 AgNO3를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.For example, cations in the alcogel may be substituted with silver by immersing the alcogel in an aqueous solution containing the silver ion. The cations in the alcohol gel substituted by the ion exchange step may include sodium ions (Na + ). In addition, the aqueous solution may include, for example, AgNO 3 having high solubility in water as a silver ion source.

일 구현예에서, 상기 이온 교환 단계는 상기 알코겔과 AgNO3를 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the ion exchange step may include contacting the alcogel with AgNO 3 .

일 구현예에서, 상기 이온 교환 단계는 상기 알코겔을 AgNO3 수용액에 침지시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 AgNO3 수용액은 AgNO3를 0.1M 내지 1M, 예컨대 0.2M 내지 0.8M, 구체적으로 0.5M의 농도로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the ion exchange step may include immersing the alcogel in an AgNO 3 aqueous solution. The AgNO 3 aqueous solution may include AgNO 3 at a concentration of 0.1M to 1M, such as 0.2M to 0.8M, specifically 0.5M, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 알코겔을 AgNO3 수용액에 침지 시에 Ag/Na 몰비는 5 내지 7, 구체적으로 6.5인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, when the alcogel is immersed in an AgNO 3 aqueous solution, the Ag/Na molar ratio may be 5 to 7, specifically, 6.5, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 이온 교환은 상온에서 교반하여 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, the ion exchange may be performed by stirring at room temperature.

상기 이온 교환 단계는, 제조되는 에어로겔 내 은 함량을 높이기 위해, 상온에서 상기 은 이온 소스, 예컨대 AgNO3와 NaOH 등을 반응시키는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해 생성되는 Ag2O가 제조되는 에어로겔 기공 내에 포획됨으로써 에어로겔 내 은 함량이 개선되는 효과를 나타낼 수 있다. The ion exchange step may include reacting the silver ion source, such as AgNO 3 with NaOH, etc. at room temperature in order to increase the silver content in the prepared airgel. Ag 2 O generated through this can be captured in the airgel pores to be produced, thereby exhibiting the effect of improving the silver content in the airgel.

이후 제조되는 에어로겔을 물로 반복하여 세정하는 단계를 거침으로써, 상기 Ag2O 상(phase)이 공기 중에 노출되어 Ag2CO3 상으로 존재할 수 있으나, 본 발명의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. Thereafter, by repeatedly washing the prepared airgel with water, the Ag 2 O phase is exposed to the air and may exist as an Ag 2 CO 3 phase, but the form of the present invention is not limited thereto.

일 구현예에서, X선 회절 분석 결과 본 발명에 따른 에어로겔 내 Ag2CO3 상이 존재하는 것이 확인되었다. In one embodiment, as a result of X-ray diffraction analysis, it was confirmed that the Ag 2 CO 3 phase was present in the airgel according to the present invention.

히드로겔의 용매 교환 단계Solvent exchange step of hydrogel

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 용매 교환법에 의해 상기 은 함유 히드로겔(Ag+AlSi-OH) 내 용매를 비활성 유기 용매로 치환하여 은 함유 알코겔을 형성하는 히드로겔의 용매 교환 단계를 포함한다.In the method for producing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel, the silver-containing hydrogel (Ag + AlSi-OH) is replaced with an inert organic solvent by a solvent exchange method to form a silver-containing hydrogel. solvent exchange step.

이는, 상기 은 함유 히드로겔의 기공 내 물을 비활성의 유기 용매로 치환하여 이후 단계에서 소수성의 표면개질제가 겔 기공의 표면에 접근이 용이하도록 하여 그라프트 반응을 유도하기 위한 준비 단계일 수 있다.This may be a preparation step for inducing a graft reaction by replacing the water in the pores of the silver-containing hydrogel with an inert organic solvent so that the hydrophobic surface modifier can easily access the surface of the gel pores in a later step.

일 구현예에서, 상기 히드로겔의 용매 교환 단계는 상기 은 함유 히드로겔 내 물을 물과 친화성이 있는 알코올로 먼저 치환(1차 용매 교환)한 후, 치환된 알코올을 상기 비활성 유기 용매로 치환(2차 용매 교환)하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 물을 치환하는 알코올은 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, in the step of exchanging the solvent of the hydrogel, water in the silver-containing hydrogel is first substituted with an alcohol having water affinity (primary solvent exchange), and then the substituted alcohol is substituted with the inert organic solvent (secondary solvent exchange). Here, the alcohol substituting for the water may include at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, and isopropanol.

상기 비활성 유기 용매는 Ag에 대한 용해도가 낮은 용매로서, 예를 들어 헥산, 헵탄 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The inert organic solvent is a solvent having low solubility in Ag, and may include, for example, at least one selected from the group consisting of hexane, heptane toluene, and xylene, but is not limited thereto.

상기 히드로겔의 용매 교환 단계에서 1차 치환되는 알코올 용매의 부피는 상기 히드로겔의 부피의 10배 내지 15배, 예컨대 12배 내지 13배일 수 있으며, 교환 후 겔의 기공 내에 잔류하는 물의 부피는 기공 부피 대비 1% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The volume of the alcohol solvent to be first substituted in the solvent exchange step of the hydrogel may be 10 to 15 times, for example, 12 to 13 times, of the volume of the hydrogel, and the volume of water remaining in the pores of the gel after the exchange is It may be less than or equal to 1% by volume, but is not limited thereto.

상기 히드로겔의 용매 교환 단계에서 2차 치환되는 비활성 유기 용매의 부피는 상기 1차 용매 교환되어 형성된 알코겔의 부피의 10배 내지 15배, 예컨대 12배 내지 13배일 수 있으며, 교환 후 겔의 기공 내에 잔류하는 물의 부피는 기공 부피 대비 0.1% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The volume of the inert organic solvent to be secondarily substituted in the solvent exchange step of the hydrogel may be 10 to 15 times, for example 12 to 13 times, the volume of the alcohol gel formed by the first solvent exchange, and the pores of the gel after the exchange The volume of water remaining therein may be 0.1% or less of the pore volume, but is not limited thereto.

상기 히드로겔의 교환 단계, 예컨대 1차 용매 교환 및 2차 용매 교환 각각은 치환되는 용매가 기공 내 확산이 용이하도록 45℃ 내지 60℃, 예컨대 50℃ 내지 55℃의 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The exchanging step of the hydrogel, for example, the first solvent exchange and the second solvent exchange, respectively, may be carried out in the range of 45° C. to 60° C., such as 50° C. to 55° C., so that the solvent to be substituted can easily diffuse in the pores. However, the present invention is not limited thereto.

상기 히드로겔의 용매 교환 단계는, 상기 은 함유 히드로겔 내 은 이온(Ag+)을 환원하는 것을 포함할 수 있다.The solvent exchange step of the hydrogel may include reducing silver ions (Ag + ) in the silver-containing hydrogel.

구체적으로, 상기 온도 범위에서 히드로겔의 물을 알코올로 교환할 때(1차 용매 교환) Ag2O 또는 Ag2CO3 상은 환원되어 Ag 상으로 전환되는 것일 수 있으며, 겔의 망상 구조에 결합된 Al과 착화합물 형태인 Ag+[AlO4]- 내 Ag가 이탈하여 금속 Ag 상으로 전환되는 것을 포함할 수 있다.Specifically, when exchanging the water of the hydrogel with alcohol in the above temperature range (primary solvent exchange), the Ag 2 O or Ag 2 CO 3 phase may be reduced and converted to the Ag phase, which is bound to the network structure of the gel. Ag + [AlO 4 ] - in the form of a complex with Al, may include the separation of Ag and conversion into metallic Ag.

표면 개질 단계surface modification step

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 상기 은 함유 알코겔(AgAlSi-OH)에 표면개질제를 첨가하여 표면을 소수성으로 개질하는 표면 개질 단계를 포함한다.The method for preparing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel includes a surface modification step of modifying the surface to be hydrophobic by adding a surface modifier to the silver-containing alcohol gel (AgAlSi-OH).

상기 은 함유 알코겔은 표면, 구체적으로 기공 표면에 다수의 하이드록시 작용기(예컨대, -Si-OH, -Al-OH)가 존재하므로 친수성을 나타내는 것일 수 있다. 이때 Ag와의 반응이 없고, 분자 직경이 작아 겔 기공 내에 접근이 용이한 표면개질제에 의해 상기 알코겔의 표면을 소수성으로 개질하는 효과를 나타낼 수 있다.The silver-containing alcohol gel may exhibit hydrophilicity because a large number of hydroxyl functional groups (eg, -Si-OH, -Al-OH) exist on the surface, specifically, the pore surface. In this case, there is no reaction with Ag, and the surface of the alcohol gel can be hydrophobically modified by a surface modifier having a small molecular diameter and easy access to the gel pores.

상기 표면개질제는 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The surface modifier may include a compound represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3, but is not limited thereto.

[화학식 1][Formula 1]

R3SiOHR 3 SiOH

[화학식 2][Formula 2]

R3SiOR R 3 SiOR

[화학식 3][Formula 3]

R3SiNHSiR3 R 3 SiNHSiR 3

상기 화학식 1 내지 화학식 3에 있어서, 상기 R은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며, 단 상기 화합물은 1분자 내 적어도 2개의 작용기는 알킬기이다.In Formulas 1 to 3, each R is independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, provided that at least two functional groups in one molecule of the compound are an alkyl group.

일 구현예에서, 상기 표면개질제는 트리메틸실라놀[(CH3)3Si-OH, TMS], 트리메틸메톡시실란[(CH3)3Si-OCH3, TMMS], 헥사메틸디실라잔[(CH3)3Si-NH-Si(CH3)3, HMDZ] 또는 이들의 혼합물을 이용하는 것일 수 있다.In one embodiment, the surface modifier is trimethylsilanol [(CH 3 ) 3 Si-OH, TMS], trimethylmethoxysilane [(CH 3 ) 3 Si-OCH 3 , TMMS], hexamethyldisilazane [( CH 3 ) 3 Si-NH-Si(CH 3 ) 3 , HMDZ] or a mixture thereof may be used.

상기 표면 개질 단계에 의해 상기 은 함유 알코겔 내 수산기(-Si-OH)는 표면개질제 내 존재하는 -OH, -OCH3, -NH와 반응하여 -Si-R 결합을 갖는 소수화 개질된 겔(AgAlSi-R)로 전환될 수 있다.By the surface modification step, the hydroxyl group (-Si-OH) in the silver-containing alcohol gel reacts with -OH, -OCH 3 , -NH present in the surface modifier to have a -Si-R bond hydrophobization-modified gel (AgAlSi -R) can be converted to

일 구현예에서, 상기 은 함유 알코겔이 -Si-CH3 결합을 갖는 AgAlSi-CH3 겔로 전환될 수 있다.In one embodiment, the silver-containing alcogel may be converted into an AgAlSi-CH 3 gel having a -Si-CH 3 bond.

상기 표면 개질 단계를 위한 표면개질제의 사용량, 반응 온도 및 시간은 에어로겔의 표면 개질이 충분히 이루어질 수 있도록 하면 되는 것이고, 특별히 제한되는 것은 아니다.The amount of the surface modifier used, the reaction temperature and time for the surface modification step is to allow sufficient surface modification of the airgel, and is not particularly limited.

일 구현예에서, 상기 표면개질제는 상기 겔 총 부피를 기준으로 10 내지 40%, 예컨대 15 내지 30%, 구체적으로 20%의 사용량으로 이용하는 것일 수 있다. 또한, 상기 겔 내 비활성 유기 용매의 총 부피 대비 표면개질제의 부피비는 0.1 내지 0.5, 예컨대 0.2의 사용량으로 사용할 수 있다. In one embodiment, the surface modifier may be used in an amount of 10 to 40%, such as 15 to 30%, specifically 20%, based on the total volume of the gel. In addition, the volume ratio of the surface modifier to the total volume of the inert organic solvent in the gel may be used in an amount of 0.1 to 0.5, for example 0.2.

일 구현예에서, 상기 표면개질제로서 각각 TMS, TMMS 또는 HMDZ를 이용하는 경우, 상기 비활성 유기 용매의 총 부피 대비 표면개질제의 부피비를 일정한 비율로 유지하고, 예컨대 0.2의 양으로 하였을 때, TMS/산화물(NaAlSiO2+x 기준) 몰비를 8 내지 10, TMMS/산화물 몰비를 8 내지 10, HMDZS/산화물 몰비를 6 내지 10의 사용량으로 사용할 수 있다.In one embodiment, when TMS, TMMS or HMDZ is used as the surface modifier, respectively, the volume ratio of the surface modifier to the total volume of the inert organic solvent is maintained at a constant ratio, for example, when the amount is 0.2, TMS/oxide ( Based on NaAlSiO 2+x ), a molar ratio of 8 to 10, a TMMS/oxide molar ratio of 8 to 10, and a HMDZS/oxide molar ratio of 6 to 10 may be used.

일 구현예에서, 상기 표면개질 반응을 위한 반응 온도는 55℃, 반응 시간은 2일 내지 3일일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the reaction temperature for the surface modification reaction may be 55 ℃, the reaction time may be 2 to 3 days, but is not limited thereto.

상압 건조 단계atmospheric drying step

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법은, 상기 표면 개질 단계 후에 소수화 개질된 겔 내 함유되어 있는 용매를 건조하기 위해 상압 건조 단계를 더 포함할 수 있다.The method for preparing the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may further include a drying step at atmospheric pressure to dry the solvent contained in the hydrophobic-modified gel after the surface modification step.

상기 상압 건조 단계는 예를 들어 1.5℃/min의 승온속도로 55℃에서 3시간 유지 후, 150℃에서 12시간 유지 및 200℃에서 3시간 유지하는 열처리 프로그램에 의해 건조하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The atmospheric drying step may be, for example, drying by a heat treatment program of maintaining at 55° C. for 3 hours at a temperature increase rate of 1.5° C./min, maintaining at 150° C. for 12 hours and maintaining at 200° C. for 3 hours, but is limited thereto. it's not going to be

열처리 분위기는 종래의 경우 수소 분위기에서 수행하였으나, 본 발명에 따르면 은 이온이 용매 치환 단계에서 요오드와 반응성이 우수한 Ag 입자로 환원되었기 때문에 불활성 가스인 아르곤 또는 질소 분위기 및/또는 공기 분위기 하에서도 건조 반응을 수행할 수 있는 효과가 있다.The heat treatment atmosphere was carried out in a hydrogen atmosphere in the conventional case, but according to the present invention, since silver ions are reduced to Ag particles having excellent reactivity with iodine in the solvent substitution step, the drying reaction is performed even under an inert gas argon or nitrogen atmosphere and/or air atmosphere. has the effect of being able to

본 발명의 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 알루미노-실리케이트 에어로겔(Alumino-silicate aerogel)로서, 상기 에어로겔은 기공 내 은(Ag)을 함유하며, 표면에 소수성의 표면개질제로부터 유래한 단위를 포함한다.The hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel of the present invention is an alumino-silicate airgel (Alumino-silicate aerogel), wherein the airgel contains silver (Ag) in the pores, and contains a unit derived from a hydrophobic surface modifier on the surface. include

일 구현예에서, 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 상술한 제조방법에 따라 제조되는 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may be prepared according to the above-described manufacturing method.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 기공은 그 크기가 중-거대 기공 영역에 분포하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The pores of the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may be characterized in that their size is distributed in the medium-large pore region.

일반적으로 에어로겔의 기공 크기는 기공 직경이 2 nm 미만인 미세(micro) 기공 영역, 2 내지 100 nm 범위인 중대(meso) 기공 영역, 100 nm 초과인 거대(macro) 기공 영역으로 분류될 수 있는데, 본 발명에 따르면 기공 크기가 중-거대 기공 영역(기공 직경이 약 2 내지 약 200 nm 인 영역)에 있는 것일 수 있다. In general, the pore size of the airgel can be classified into a micropore region with a pore diameter of less than 2 nm, a meso pore region with a range of 2 to 100 nm, and a macropore region with a pore diameter greater than 100 nm. According to the invention, the pore size may be in a medium-large pore region (a region having a pore diameter of about 2 to about 200 nm).

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 160 내지 300 m2/g, 160 내지 250 m2/g, 165 내지 200 m2/g 또는 165 내지 180 m2/g의 비표면적을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may have a specific surface area of 160 to 300 m 2 /g, 160 to 250 m 2 /g, 165 to 200 m 2 /g, or 165 to 180 m 2 /g. , but is not limited thereto.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 0.8 내지 2 cm3/g, 0.8 내지 1.5 cm3/g 또는 1.0 내지 1.3 cm3/g의 기공 부피를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may have a pore volume of 0.8 to 2 cm 3 /g, 0.8 to 1.5 cm 3 /g, or 1.0 to 1.3 cm 3 /g, but is not limited thereto.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 총 중량 대비 40 내지 60 중량% 또는 43 내지 55 중량%의 은 함량을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may have a silver content of 40 to 60% by weight or 43 to 55% by weight based on the total weight, but is not limited thereto.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔에 함유된 은 입자의 평균 입경은 5.4 내지 6.6 nm의 크기를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 에어로겔 내 은의 함량이 높아짐에 따라 은 입자의 평균 입경 또한 증가하는 것일 수 있다.The silver particles contained in the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may have an average particle diameter of 5.4 to 6.6 nm, but is not limited thereto. As the silver content in the airgel increases, the average particle diameter of the silver particles may also increase.

일 구현예에서, 상기 은 입자의 평균 입경은 TEM을 통해 확인되는 것일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter of the silver particles may be confirmed through TEM.

상기 표면개질제는 상술한 바와 같으며, 상기 표면개질제로부터 유래한 단위는, 표면개질제 내 존재하는 알킬기와의 결합을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The surface modifier is as described above, and the unit derived from the surface modifier may represent a bond with an alkyl group present in the surface modifier, but is not limited thereto.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 10 내지 30 nm, 10 내지 25 nm, 11.9 내지 15.1, 19.0 내지 21.5 또는 20.7 내지 23.3 nm 직경의 기공 크기를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel may have a pore size of 10 to 30 nm, 10 to 25 nm, 11.9 to 15.1, 19.0 to 21.5, or 20.7 to 23.3 nm, but is not limited thereto.

상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 비표면적이 크기 때문에 요오드를 포집한 후 고화체의 제조 시 저온 가압 소결이 가능한 장점이 있다.Since the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel has a large specific surface area, there is an advantage in that iodine can be collected and then sintered under low pressure when preparing a solid body.

본 발명의 방사성 요오드 흡착제는 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 포함한다. 상기 방사성 요오드 흡착제는 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔만으로 구성되는 것일 수 있으나, 기재에 상기 에어로겔을 포함시켜 제조되는 블랑캣 등의 형태로 이용하는 것일 수 있으며, 그 이용 형태에 특별히 제한되는 것은 아니다.The radioactive iodine adsorbent of the present invention comprises the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel. The radioactive iodine adsorbent may be composed of only the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel, but may be used in the form of a blanket prepared by including the airgel in a substrate, and the form of use thereof is particularly limited. not.

또한, 상기 방사성 요오드 흡착제는 방사성 요오드 흡착뿐만 아니라 경유, 디젤유 등에 불순물로 함유된 황 함유 유기화합물을 제거하기 위한 흡착제로도 이용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the radioactive iodine adsorbent has the advantage that it can be used as an adsorbent for removing sulfur-containing organic compounds contained as impurities in light oil, diesel oil, etc. as well as adsorbing radioactive iodine.

본 발명의 방사성 요오드를 제거하는 방법은 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 이용하는 것을 포함한다. The method of removing radioactive iodine of the present invention includes using the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel.

상기 방사성 요오드를 제거하는 방법은 상기 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔은 수증기에 의한 성능 저하 문제를 최소화하고, 소수성인 방사성 I2 기체를 포집할 수 있기 때문에 포집 효율이 우수한 장점이 있다.The method of removing the radioactive iodine has an advantage in that the hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel minimizes the problem of performance degradation due to water vapor and has excellent collection efficiency because it can capture the radioactive I 2 gas which is hydrophobic.

일 구현예에서, 흡착제 중량 대비 흡착된 요오드 중량을 나타내는 요오드 흡착 용량은 0.4 내지 0.7, 구체적으로 0.468 내지 0.56을 나타낼 수 있음을 확인하였으나, 본 발명의 흡착 성능이 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, it was confirmed that the iodine adsorption capacity representing the weight of iodine adsorbed relative to the weight of the adsorbent may be 0.4 to 0.7, specifically 0.468 to 0.56, but the adsorption performance of the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속한 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples and the like will be described in detail to help the understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

[소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔(A silver-contained hydrophobic alumino-silicate aerogel, 이하 소수성 AgASA라 함)의 제조][Preparation of a silver-contained hydrophobic alumino-silicate aerogel, hereinafter referred to as hydrophobic AgASA]

졸-겔 합성, 공용매 교환, Ag/Na 이온 교환, 불순물 세정, 용매 교환, 기공 표면 개질, 미반응 실릴화제 세정 및 상압 건조 단계로 구성하여 소수성 AgASA 제조를 실시하였다.The hydrophobic AgASA was prepared by sol-gel synthesis, cosolvent exchange, Ag/Na ion exchange, impurity cleaning, solvent exchange, pore surface modification, unreacted silylating agent cleaning, and atmospheric drying steps.

[실시 공통 조건][Common Conditions for Implementation]

졸-겔 합성Sol-gel synthesis

도 1에 도시된 졸-겔의 제조공정에 따라 졸-겔의 합성을 실시하였다.The sol-gel was synthesized according to the manufacturing process of the sol-gel shown in FIG. 1 .

졸-겔을 합성하기 위해서, 소듐, 알루미늄, 실리콘의 전구 물질로서 각각 메탄올에 용해된 25wt% 소듐 메톡사이드(Sodium methoxide, 이하 NaOMe로 명칭), 알루미늄 트리 sec-부톡사이드(Aluminum-tri-sec-butoxide, 이하 Al(OBus)3로 명칭), 테트라에틸 오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, 이하 TEOS로 명칭)를 사용하였다.To synthesize the sol-gel, 25wt% sodium methoxide (hereinafter referred to as NaOMe), aluminum tri-sec-butoxide (Aluminum-tri-sec-) dissolved in methanol as precursors of sodium, aluminum, and silicon, respectively butoxide, hereinafter referred to as Al(OBu s ) 3 ), and tetraethyl orthosilicate (hereinafter referred to as TEOS) were used.

졸 생성 조건은 하기 표 1과 같이 하였으며, 원통형 몰드를 이용하여 제조된 원통형의 Na+AlSi-OH 알코겔을 절단하여 각각 입자 크기가 10 mm 및 5 mm 이하로 그래뉼화 하였다.The sol generation conditions were as shown in Table 1 below, and the cylindrical Na + AlSi-OH alcohol gel prepared using a cylindrical mold was cut and granulated to have particle sizes of 10 mm and 5 mm or less, respectively.

졸-겔의 무게는 NayAlySiO2+x 기준으로 5g 내지 15g씩 제조하였다. 졸 합성 및 졸의 수화 반응 시 졸의 교반 속도는 200 내지 600 rpm으로 하였다.The weight of the sol-gel was prepared by 5 g to 15 g based on Na y Al y SiO 2+x . During the sol synthesis and hydration reaction of the sol, the stirring speed of the sol was set to 200 to 600 rpm.

구분 division Na:Al:Si
첨가 몰비
Na:Al:Si
addition molar ratio
EtOH:TEOS
몰비
EtOH:TEOS
molar ratio
PW:TEOS
몰비
PW: TEOS
molar ratio
HOAc:TEOS
몰비
HOAc:TEOS
molar ratio
PriOH:Al(OBus)3
부피비
Pr i OH:Al(OBu s ) 3
volume ratio
몰드 직경 (mm)mold diameter (mm) 겔화 온도 (℃)gelation temperature (°C) 숙성 온도 (℃)Aging temperature (℃) 절단그래뉼 크기 (mm)Cutting granule size (mm)
실시예 1Example 1 1.05:1:11.05:1:1 1One 1One 0.050.05 33 2323 실온room temperature 실온room temperature <10<10 실시예 2Example 2 1.05:1:11.05:1:1 1One 1One 0.050.05 33 2323 실온room temperature 5050 <10<10 실시예 3Example 3 1.3:1.1:11.3:1.1:1 1One 1One 0.050.05 33 1414 실온room temperature 5555 <5<5

공용매교환common solvent exchange

숙성 겔의 공용매는 각각 순수(Purified Water: PW) 또는 아이소프로판올(PriOH)을 이용하여 교환하였다.The co-solvent of the aged gel was exchanged using purified water (PW) or isopropanol (Pr i OH), respectively.

여기서 공용매는 도 1과 같이 졸-겔 합성 시 첨가한 알코올과 수화 반응에 의해 생성된 알코올로 에탄올(EtOH), 아이소프로판올(PriOH), 2-부탄올 및 메탄올이 포함된다.Here, the cosolvent is an alcohol produced by hydration reaction with an alcohol added during sol-gel synthesis as shown in FIG. 1, and includes ethanol (EtOH), isopropanol (Pr i OH), 2-butanol, and methanol.

공용매교환은 졸-겔 합성에 따라 제조된 Na+AlSi-OH 알코겔 기공 내 공용매의 부피가 1% 이하가 되도록 실온에서 1일 동안 3회 반복 희석/여과하였다. 교반은 플라스틱 진탕기를 이용하여 120 rpm으로 수행하였다.Cosolvent exchange was repeated three times for 1 day at room temperature to dilute/filter the Na + AlSi-OH prepared according to the sol-gel synthesis so that the volume of the cosolvent in the pores of the alcogel was 1% or less. Stirring was performed at 120 rpm using a plastic shaker.

Ag/Na 이온 교환Ag/Na ion exchange

Ag/Na 이온 교환은 0.5 M AgNO3 수용액을 이용하여 수행하였다. 구체적으로, NayAlySiO2+x 산화물을 기준으로 하여 Na/Ag 몰비가 6.5가 되는 양으로 수행하였으며, 몰비는 AgNO3 수용액의 부피로 조절하였다.Ag/Na ion exchange was performed using 0.5 M AgNO 3 aqueous solution. Specifically, based on Na y Al y SiO 2+x oxide, the Na/Ag molar ratio was performed in an amount of 6.5, and the molar ratio was adjusted by the volume of AgNO 3 aqueous solution.

이온 교환은 실온에서 1일 동안 수행하였으며, 교반은 플라스틱 진탕기를 이용하여 120 rpm으로 수행하였다.Ion exchange was performed at room temperature for 1 day, and stirring was performed at 120 rpm using a plastic shaker.

불순물 세정Impurity cleaning

이온 교환 반응에 의해 생성되는 NaNO3와 과잉의 AgNO3와 같은 불순물 세정은 순수로 반복하면서 여과된 용액에 티슈를 적신 후 건조하여 변색되지 않을 때까지 실온에서 수행하였다.Impurities such as NaNO 3 and excess AgNO 3 generated by the ion exchange reaction were washed with pure water while wetted with a tissue in the filtered solution and dried at room temperature until discoloration did not occur.

교반은 플라스틱 진탕기를 이용하여 120 rpm으로 수행하였다.Stirring was performed at 120 rpm using a plastic shaker.

히드로겔의 용매 교환Solvent exchange of hydrogels

(1차 용매 교환) 친수성의 Ag+AlSi-OH 히드로겔을 소수성으로 표면 개질하기 전에 기공에 잔류하는 물을 물과 친화성이 있는 알코올로 먼저 교환하였다.(First solvent exchange) Before surface-modifying the hydrophilic Ag + AlSi-OH hydrogel to be hydrophobic, the water remaining in the pores was first exchanged with an alcohol having an affinity for water.

치환에 이용한 알코올의 종류 및 교환 온도를 표 2에 나타내었으며, 용매 교환은 Ag+AlSi-OH 히드로겔의 기공 내 물의 부피가 1% 이하가 되도록 1일동안 3회 반복 희석하였다.Table 2 shows the type of alcohol used for the substitution and the exchange temperature. The solvent exchange was repeated 3 times for 1 day so that the volume of water in the pores of the Ag + AlSi-OH hydrogel was 1% or less.

(2차 용매 교환) Ag+AlSi-OH 히드로겔 기공 내에 잔류하는 알코올을 비활성 유기 용매로 교환하였으며, 치환에 이용한 비활성 유기 용매의 종류와 교환 온도를 [표 2]에 나타내었다. 용매 교환은 Ag+AlSi-OH 알코겔의 기공 내 알코올의 부피가 1% 이하가 되도록 1일동안 3회 반복 희석/여과하였다.(Secondary solvent exchange) The alcohol remaining in the Ag + AlSi-OH hydrogel pores was exchanged with an inert organic solvent, and the type and exchange temperature of the inert organic solvent used for substitution are shown in [Table 2]. The solvent exchange was repeated 3 times for 1 day, diluted/filtered so that the volume of alcohol in the pores of the Ag + AlSi-OH alcohol gel was 1% or less.

실험
번호
Experiment
number
1차 용매 교환Primary solvent exchange 2차 용매 교환Second solvent exchange
알코올 종류alcohol type 교환 온도exchange temperature 비활성 유기 용매 종류Inert organic solvent type 교환 온도exchange temperature 실시예 1Example 1 EtOHEtOH 5050 HEPHEP 5050 실시예 2Example 2 PriOHPr i OH 5050 HEPHEP 5050 실시예 3Example 3 PriOHPr i OH 5555 HEPHEP 5555

기공의 소수화 표면 개질Hydrophobic surface modification of pores

표면 개질을 위해 소수성 실릴화제로는 Ag와 반응성이 없고 분자 직경이 작아 겔 기공 내에 접근이 용이한 트리메틸실라놀[Trimethylsilanol (TMS), (CH3)3Si-OH], 트리메틸메톡시실란[Trimethylmethoxysilane (TMMS), (CH3)3Si-OCH3], 헥사메틸디실라잔[Hexamethyldisilazane (HMDZ), (CH3)3Si-NH-Si(CH3)3]을 선정하여 표면 개질을 수행하였다.Trimethylsilanol (TMS), (CH 3 ) 3 Si-OH], trimethylmethoxysilane, trimethylsilanol (TMS), (CH 3 ) 3 Si-OH], trimethylmethoxysilane, which are not reactive with Ag and have a small molecular diameter for surface modification (TMMS), (CH 3 ) 3 Si-OCH 3 ], hexamethyldisilazane [Hexamethyldisilazane (HMDZ), (CH 3 ) 3 Si-NH-Si(CH 3 ) 3 ] was selected to perform surface modification. .

표면 개질 시 용매는 비활성 유기 용매 교환 시와 동일한 HEP(헵탄)을 사용하였으며, 실릴화제의 농도와 온도를 표 3에 나타내었으며 표면 개질을 3일 동안 수행하였다.In the surface modification, the same HEP (heptane) was used as the solvent when exchanging the inert organic solvent, and the concentration and temperature of the silylating agent are shown in Table 3, and the surface modification was performed for 3 days.

미반응 실릴화제 세정Unreacted silylating agent cleaning

미반응 실릴화제는 하기 [표 3]에 나타낸 온도에서 용매 교환 시와 동일한 부피의 HEP를 사용하여 1일동안 3회 반복 희석하여 세정/여과하였다.The unreacted silylating agent was washed/filtered by repeating dilution 3 times for 1 day using the same volume of HEP as the solvent exchange at the temperature shown in [Table 3] below.

실험
번호
Experiment
number
표면개질제surface modifier 표면개질 온도
(℃)
surface modification temperature
(℃)
표면개질제 부피(%)Surface modifier volume (%) 표면개질제/HEP
부피 비
Surface modifier/HEP
volume ratio
표면개질제/겔* 몰비Surface modifier/gel* molar ratio
실시예 1-1Example 1-1 TMSTMS 5555 2020 0.20.2 10 10 실시예 1-2Example 1-2 TMMSTMMS 5555 2020 0.20.2 8 8 실시예 1-3Examples 1-3 HMDZHMDZ 5555 2020 0.20.2 6 6 실시예 2-1Example 2-1 TMSTMS 5555 2020 0.20.2 1010 실시예 2-2Example 2-2 TMMSTMMS 5555 2020 0.20.2 88 실시예 2-3Example 2-3 HMDZHMDZ 5555 2020 0.20.2 0606 실시예 3-1Example 3-1 TMSTMS 5555 2020 0.20.2 1010 실시예 3-2Example 3-2 TMMSTMMS 5555 2020 0.20.2 1010 실시예 3-3Example 3-3 HMDZHMDZ 5555 2020 0.20.2 1010

* 겔 몰수: 산화물 기준* Number of moles of gel: based on oxide

상압 건조atmospheric drying

소수화 표면 개질된 겔을 상압에서 승온 속도를 1.5℃/min로하여 55℃에서 3h, 150℃에서 12h, 200℃에서 3h 동안 환원성 혼합 기체인 4% H2/Ar 흐름 하에서 건조를 수행하였다.The hydrophobized surface-modified gel was dried under a 4% H 2 /Ar flow, a reducing gas mixture, for 3 h at 55° C., 12 h at 150° C., and 3 h at 200° C. at a temperature increase rate of 1.5° C./min at atmospheric pressure.

[물리 화학적 특성 분석][Physical and Chemical Characterization]

이하에서 제조되는 각 단계 별 Na, Ag, Al 및Si 원소의 상대적 함량 분석은 에너지분산형 X-선 분광분석기[Energy dispersive X-ray spectrometer (EDS)]를 사용하여 분석하였다.The analysis of the relative content of Na, Ag, Al and Si elements for each step to be prepared below was analyzed using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS).

Ag 입자의 크기는 투과전자현미경[Transmission electron microscope (TEM)]을 통해 확인하였으며, Ag 상 변화 분석은 X-선 회절분석기[X-ray diffractometer (XRD)]를 통해 확인하였고, 제조되는 AgASA의 BET 표면적 및 기공 크기 분포는 BET 및 BJH 모델을 사용하였다.The size of Ag particles was confirmed by transmission electron microscope (TEM), and analysis of Ag phase change was confirmed by X-ray diffractometer (XRD), and BET of AgASA manufactured BET and BJH models were used for surface area and pore size distribution.

Ag 함량 및 요오드 수집 용액 내 요오드 함량은 유도결합플라즈마질량분석기 [Inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS)]로 분석하였다.Ag content and iodine content in the iodine collection solution were analyzed with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS).

[실시예 1. 저함량 은 함유 소수화 AgASA의 제조][Example 1. Preparation of low-content silver-containing hydrophobic AgASA]

표 1에 나타낸 졸-겔 합성 조건 및 도 2의 공정 흐름도에 따라서 소수화 AgASA를 제조하였다. 도 2의 공정 흐름도에 나타낸 바와 같이, 공용매 교환 단계에서 치환 용매로서 순수(PW)를 사용하였으며, 1차 용매 교환은 표 2에 나타낸 바와 같이 EtOH를 사용하였다. 나머지 조건은 상기의 실시 공통 조건과 동일하게 수행하였다.Hydrophobized AgASA was prepared according to the sol-gel synthesis conditions shown in Table 1 and the process flow diagram of FIG. 2 . As shown in the process flow diagram of FIG. 2 , pure water (PW) was used as a substitution solvent in the cosolvent exchange step, and EtOH was used for the primary solvent exchange as shown in Table 2. The rest of the conditions were the same as the above common conditions.

공정 단계 별 일정한 몰비로 첨가된 Si 대비 Na 및 Ag 몰(원자)비를 도 4에 Test no.1으로 나타내었다. 도 4를 참고하면, 순수로 Na+AlSi-OH 알코겔 기공 내 공용매를 교환하는 경우 겔화 시에 Na+[AlO4]- 착화합물 형성하지 못한 미반응 NaOH가 용해되어 겔 외부로 빠져나오므로 Na/Si몰비는 1.05 (졸 합성 시 주입 비)에서 0.69로 감소하는 것으로 확인되었다.The molar (atomic) ratio of Na and Ag to Si added at a constant molar ratio for each process step is shown as Test No. 1 in FIG. 4 . Referring to FIG. 4, when the cosolvent in Na + AlSi-OH alcohol gel pores is exchanged with pure water, Na + [AlO 4 ] - unreacted NaOH that did not form a complex compound is dissolved and escaped to the outside of the gel during gelation. It was confirmed that the /Si molar ratio decreased from 1.05 (injection ratio during sol synthesis) to 0.69.

AgASA는 표면 개질 반응에 의해 소수성을 가지므로 Si함량의 증가에 의해 Ag/Si비는 표면개질제의 종류와 거의 무관하게 0.51-0.52 범위인 것으로 확인되었다.Since AgASA has hydrophobicity by the surface modification reaction, it was confirmed that the Ag/Si ratio was in the range of 0.51 to 0.52, almost regardless of the type of the surface modifier, due to the increase in the Si content.

여기서, TMMS로 표면 개질한 AgASA(실시예 1-2) 내에 함유된 Ag 입자의 크기는 평균 5.4 nm임을 확인하였다.Here, it was confirmed that the average size of Ag particles contained in AgASA surface-modified by TMMS (Example 1-2) was 5.4 nm.

또한, 제조되는 AgASA의 소수성의 특성을 확인하기 위해서 물위에 부유 시험을 한 결과를 도 5(a)에 나타내었다. 도 5의 (a)사진을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, TMS(실시예 1-1), TMMS(실시예 1-2) 및 HMDZ(실시예 1-3)으로 표면 개질된 그래뉼은 모두 물위에 부유하였다.In addition, in order to confirm the hydrophobicity of the prepared AgASA, the result of a floating test on water is shown in FIG. 5(a). As can be seen from the photograph of Figure 5 (a), the granules surface-modified with TMS (Example 1-1), TMMS (Example 1-2) and HMDZ (Example 1-3) were all on water. was wealthy.

다음으로, 실시예 1에 따라 제조되는 AgASA의 BET 표면적, 누적 기공 부피 및 평균기공크기를 하기 표 4에 나타내었다. 표 4에 따르면, TMMS(실시예 1-2) 및 HMDZ(실시예 1-3)로 표면 개질한 AgASA의 BET 표면적은 각각 238 및 233 m2/g이나, TMS(실시예 1-1)로 표면 개질한 AgASA의 BET 표면적은 175 m2/g으로 다소 낮아짐을 확인하였다.Next, the BET surface area, cumulative pore volume, and average pore size of AgASA prepared according to Example 1 are shown in Table 4 below. According to Table 4, the BET surface areas of AgASA surface-modified with TMMS (Example 1-2) and HMDZ (Example 1-3) were 238 and 233 m 2 /g, respectively, but with TMS (Example 1-1). It was confirmed that the BET surface area of the surface-modified AgASA was slightly lowered to 175 m 2 /g.

또한, 실시예 1-2 및 실시예 1-3의 AgASA의 누적 기공 부피 및 평균기공크기는 각각 0.92-0.96 cm3/g 및 11.9-12.6 nm인 반면, 실시예 1-1의 AgASA는 각각 0.84 cm3/g 및 15.1 nm로 기공은 크나, 기공 부피(기공율)가 다소 낮은 구조를 보임을 확인하였다.In addition, the cumulative pore volume and average pore size of the AgASA of Examples 1-2 and 1-3 were 0.92-0.96 cm 3 /g and 11.9-12.6 nm, respectively, whereas the AgASA of Example 1-1 was 0.84, respectively. It was confirmed that, although the pores were large at cm 3 /g and 15.1 nm, the structure showed a rather low pore volume (porosity).

구분division BET 표면적BET surface area
(m(m 22 /g)/g)
누적 기공 부피, 탈착 기준Cumulative pore volume, based on desorption
(cm(cm 33 /g)/g)
평균기공크기, 탈착 기준Average pore size, based on desorption
(nm)(nm)
실시예 1-1Example 1-1 175175 0.840.84 15.115.1 실시예 1-2Example 1-2 238238 0.920.92 11.911.9 실시예 1-3Examples 1-3 233233 0.960.96 12.612.6

기공 크기 분포를 나타내는 도 8의 (a)에 따르면, 중-기공 영역의 기공크기분포를 갖는 은 교환 제올라이트와 달리 실시예 1의 AgASA는 중-거대 기공 영역의 기공크기분포를 갖는 특성이 있음을 확인하였다.According to (a) of FIG. 8 showing the pore size distribution, unlike the silver exchange zeolite having a meso-large pore size distribution, AgASA of Example 1 has the characteristic of having a meso-macropore size pore size distribution. Confirmed.

[실시예 2. 고함량 은 함유 소수화 AgASA의 제조][Example 2. Preparation of hydrophobized AgASA containing high silver content]

표 1에 나타낸 졸-겔 합성 조건 및 도 3의 공정흐름도에 따라서 소수화 AgASA를 제조하였다. 도 3의 공정 흐름도에 나타낸 바와 같이, 공용매 교환 단계에서 치환 용매로서 PriOH를 사용하였으며, 1차 용매 교환은 표 2에 나타낸 PriOH를 사용하였다. 나머지 조건은 상기의 실시 공통 조건과 동일하게 수행하였다.Hydrophobized AgASA was prepared according to the sol-gel synthesis conditions shown in Table 1 and the process flow diagram of FIG. 3 . As shown in the process flow diagram of FIG. 3 , Pr i OH was used as a substitution solvent in the cosolvent exchange step, and Pr i OH shown in Table 2 was used for the primary solvent exchange. The rest of the conditions were the same as the above common conditions.

공정 단계 별 일정한 몰비로 첨가된 Si 대비 Na 및 Ag 몰(원자)비를 도 4에 Test no.2로 나타내었다. PriOH로 Na+AlSi-OH 알코겔 기공내 공용매를 교환하는 경우 겔화 시에 기공 내 잔류한 미반응 NaOH는 PriOH에 용해도가 거의 없어서 계속 기공 내 잔류하다가 Ag/Na 이온교환시에 AgNO3와 반응하여 불용성의 Ag2O로 기공 내에 침적된다 [2NaOH + 2AgNO3 → Ag2O + NaNO3 + 1/2H2O]. 따라서 도 4를 참고하면, PriOH로 공용매를 교환하는 경우 Na/Si 몰비는 1.05 (졸 합성 시 주입 비)와 차이가 없으며, Ag/Na 이온교환 후에도 Ag/Si 몰비는 거의 동일함을 확인하였다.The molar (atomic) ratio of Na and Ag to Si added at a constant molar ratio for each process step is shown as Test No. 2 in FIG. 4 . In the case of exchanging the cosolvent in the pores of Na + AlSi-OH alcohol gel with Pr i OH, unreacted NaOH remaining in the pores during gelation has little solubility in Pr i OH, so it continues to remain in the pores during Ag/Na ion exchange. It reacts with AgNO 3 and is deposited as insoluble Ag 2 O in the pores [2NaOH + 2AgNO 3 → Ag 2 O + NaNO 3 + 1/2H 2 O]. Therefore, referring to FIG. 4, when exchanging the cosolvent with Pr i OH, the Na/Si molar ratio does not differ from 1.05 (injection ratio during sol synthesis), and even after Ag/Na ion exchange, the Ag/Si molar ratio is almost the same. Confirmed.

도 7에는 각 단계 별 Ag2O 상의 생성을 확인하기 위해서 XRD 분석 결과를 도시하였다. 분석 결과, 도 7의 (a)와 같은 Ag2CO3 상의 피크가 나타났다. 이는 순수로 불순물의 반복 세정/여과 및 XRD시료 준비과정 중 분말화 중에 CO2와 접촉에 의해서 Ag2O가 Ag2CO3로 변환되는 것으로 유추되었다.7 shows the results of XRD analysis to confirm the generation of the Ag 2 O phase for each step. As a result of the analysis, a peak of the Ag 2 CO 3 phase as shown in (a) of FIG. 7 appeared. It was inferred that Ag 2 O was converted into Ag 2 CO 3 by contact with CO 2 during repeated washing/filtration of impurities with pure water and powdering during XRD sample preparation.

1차 PriOH로 용매 교환 단계에서 망상에 결합된 Al과 결합하여 착화합물 형태인 Ag+[AlO4]- 에서 Ag가 이탈하여 금속 Ag상과 Ag2CO3는 Ag 상으로 환원됨을 확인하였다(도 6(b)). 이 단계 이후부터 모두 Ag상을 유지하였다(도 7(c): 2차 용매 교환 후, 도 7(d): TMS 표면 개질 에어로겔, 도 7(e): TMMS 표면 개질 에어로겔, 도 7(f): HMDZ 표면 개질 에어로겔).It was confirmed that Ag was separated from Ag + [AlO 4 ] - in the form of a complex compound by bonding with Al bound to the network in the solvent exchange step with the primary Pr i OH, and the metal Ag phase and Ag 2 CO 3 were reduced to the Ag phase ( 6(b)). All Ag phases were maintained after this step (Fig. 7(c): after secondary solvent exchange, Fig. 7(d): TMS surface-modified airgel, Fig. 7(e): TMMS surface-modified airgel, Fig. 7(f)) : HMDZ surface-modified airgel).

또한, TMMS로 표면 개질한 실시예 2-2에 따른 AgASA에 함유된 Ag 입자의 크기는 평균 5.9 nm였다.In addition, the average size of Ag particles contained in AgASA according to Example 2-2 surface-modified with TMMS was 5.9 nm.

또한, 제조되는 AgASA의 소수성의 특성을 확인하기 위해서 물위에 부유 시험을 한 결과를 도 5(b)에 나타내었다. 도 5의 (b)사진을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, TMS(실시예 2-1), TMMS(실시예 2-2)로 표면 개질된 그래뉼은 물에 약간 잠기며, 이는 Ag 함량의 증가에 의한 것으로 유추되었다.In addition, in order to confirm the hydrophobic properties of the prepared AgASA, the result of a floating test on water is shown in FIG. 5(b). As can be seen from the photograph (b) of FIG. 5 , the granules surface-modified with TMS (Example 2-1) and TMMS (Example 2-2) were slightly immersed in water, which resulted in an increase in Ag content. was inferred by

ATR-IR을 이용하여 실시예 2에 따른 AgASA의 소수성 결합을 확인한 결과(도 6), 순수로 세정하는 경우 소수성 결합은 검출되지 않았으며(도 6(a)), HMDZ로 표면 개질 후에 실온 건조(도 6(b)), TMS(도 6(c)), TMMS(도 6(d)) 및 HMDZ(도 6(e))로 표면개질 후 상압 건조한 에어로겔에서는 C-H (2961cm-1), Si-C (547 및 1258 cm-1) 결합이 검출되었다.As a result of confirming the hydrophobic bonding of AgASA according to Example 2 using ATR-IR (FIG. 6), no hydrophobic bonding was detected when washing with pure water (FIG. 6(a)), and drying at room temperature after surface modification with HMDZ (Fig. 6(b)), TMS (Fig. 6(c)), TMMS (Fig. 6(d)) and HMDZ (Fig. 6(e)) in the airgel dried at atmospheric pressure after surface modification, CH (2961cm -1 ), Si -C (547 and 1258 cm −1 ) binding was detected.

또한, AgASA는 표면 개질 반응에 의해 소수성을 가지므로 Si함량의 증가에 의해 Ag/Si비는 표면개질제의 종류와 거의 무관하게 0.93-0.96 범위인 것으로 확인되었다. In addition, since AgASA has hydrophobicity by the surface modification reaction, it was confirmed that the Ag/Si ratio was in the range of 0.93 to 0.96 due to the increase in the Si content, almost regardless of the type of the surface modifier.

다음으로, 실시예 2에 따라 제조되는 AgASA의 BET 표면적, 누적 기공 부피 및 평균기공크기를 하기 표 5에 나타내었다. 표 5에 따르면, TMS(실시예 2-1), TMMS(실시예 2-2) 및 HMDZ(실시예 2-3)로 표면 개질한 AgASA의 BET 표면적은 168- 179 m2/g로 거의 동일하며 Ag 함량 증가에 의해서 실시예 1 보다 다소 감소하는 것으로 확인되었다.Next, the BET surface area, cumulative pore volume, and average pore size of AgASA prepared according to Example 2 are shown in Table 5 below. According to Table 5, the BET surface area of AgASA surface-modified with TMS (Example 2-1), TMMS (Example 2-2) and HMDZ (Example 2-3) was almost the same as 168-179 m 2 /g. and it was confirmed to be somewhat decreased than in Example 1 by increasing the Ag content.

한편, 실시예 2에 따른 AgASA의 누적 기공 부피 및 평균기공크기는 0.97-1.15 cm3/g 및 19.0-21.5 nm로 실시예 1 보다 다소 증가하는 것으로 확인되었다.Meanwhile, it was confirmed that the cumulative pore volume and average pore size of AgASA according to Example 2 were 0.97-1.15 cm 3 /g and 19.0-21.5 nm, which were slightly increased compared to Example 1.

구분division BET 표면적BET surface area
(m(m 22 /g)/g)
누적 기공 부피, 탈착기준Cumulative pore volume, desorption criteria
(cm(cm 33 /g)/g)
평균기공크기, 탈착 기준Average pore size, based on desorption
(nm)(nm)
실시예 2-1Example 2-1 168168 0.970.97 19.019.0 실시예 2-2Example 2-2 179179 1.041.04 19.219.2 실시예 2-3Example 2-3 174174 1.051.05 21.521.5

기공 크기 분포를 나타내는 도 8의 (b)에 따르면, 실시예 2에 따른 AgASA는 중-거대 기공 영역의 기공크기분포를 갖는 특성을 갖는다.According to (b) of FIG. 8 showing the pore size distribution, AgASA according to Example 2 has a pore size distribution in the medium-large pore region.

[실시예 3. 고함량 은 함유 소수화 AgASA의 제조][Example 3. Preparation of hydrophobized AgASA containing high silver content]

표 1에 나타낸 졸-겔 합성 조건 및 도 3의 공정 흐름도에 따라서 소수화 AgASA를 제조하였다. 도 3의 공정 흐름도에 나타낸 바와 같이, 공용매 교환 단계에서 치환 용매로서 PriOH를 사용하였으며, 1차 용매 교환도 표 2에 나타낸 바와 같이 PriOH를 사용하였다. 나머지 조건은 상기의 실시 공통 조건과 동일하게 수행하였다.Hydrophobized AgASA was prepared according to the sol-gel synthesis conditions shown in Table 1 and the process flow diagram of FIG. 3 . As shown in the process flow chart of FIG. 3 , Pr i OH was used as a substitution solvent in the cosolvent exchange step, and Pr i OH was used as shown in Table 2 of the primary solvent exchange. The rest of the conditions were the same as the above common conditions.

공정 단계 별 일정한 몰비로 첨가된 Si 대비 Na 및 Ag 몰(원자)비를 도 4에 Test no.3으로 나타내었다. 도 4를 참고하면, 실시예 2와 동일하게 PriOH로 공용매를 교환함에 따라서 Na/Si 몰비는 1.30 (졸 합성 시 주입 비)와 차이가 없으며, Ag/Na 이온교환 후에도 Ag/Si 몰비는 거의 동일함을 확인하였다. The molar (atomic) ratio of Na and Ag to Si added at a constant molar ratio for each process step is shown as Test No. 3 in FIG. 4 . Referring to FIG. 4 , as in Example 2, as the cosolvent is exchanged with Pr i OH, the Na/Si molar ratio does not differ from 1.30 (injection ratio during sol synthesis), and even after Ag/Na ion exchange, the Ag/Si molar ratio was found to be almost identical.

또한, 제조되는 AgASA의 소수성의 특성을 확인하기 위해서 물위에 부유 시험을 한 결과를 도 5(c)에 나타내었다. 도 5의 (c) 사진을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, TMS(실시예 3-1), TMMS(실시예 3-2) 및 HMDZ(실시예 3-3)로 표면 개질된 그래뉼은 모두 물속에 가라 앉았는데 이는 Ag 함량이 매우 증가하였음을 확인할 수 있었다.In addition, in order to confirm the hydrophobic properties of the prepared AgASA, the result of a floating test on water is shown in FIG. 5(c). As can be seen from the photograph of Figure 5 (c), the granules surface-modified with TMS (Example 3-1), TMMS (Example 3-2) and HMDZ (Example 3-3) were all submerged in water. It was confirmed that the Ag content was greatly increased.

또한, AgASA는 표면 개질 반응에 의해 소수성을 가지므로 Si 함량의 증가에 의해 Ag/Si비는 표면 개질제의 종류와 거의 무관하게 1.08-1.1 범위인 것으로 확인되었다.In addition, since AgASA has hydrophobicity due to the surface modification reaction, it was confirmed that the Ag/Si ratio was in the range of 1.08-1.1 almost regardless of the type of the surface modifier due to the increase in the Si content.

다음으로, 실시예 3에 따라 제조되는 AgASA의 BET 표면적, 누적 기공 부피 및 평균기공크기는 표 6에 나타내었다. 표 6에 따르면, TMS(실시예 3-1), TMMS(실시예 3-2) 및 HMDZ(실시예 3-3)로 표면 개질한 AgASA의 BET 표면적은 169-172 m2/g로 실시예 2와 유사 수준을 나타내었다.Next, Table 6 shows the BET surface area, cumulative pore volume and average pore size of AgASA prepared according to Example 3. According to Table 6, the BET surface area of AgASA surface-modified with TMS (Example 3-1), TMMS (Example 3-2) and HMDZ (Example 3-3) was 169-172 m 2 /g. 2 and similar levels were shown.

한편, 실시예 3에 따른 AgASA의 누적 기공 부피 및 평균기공크기는 각각 1.12-1.24 cm3/g 및 20.7-23.4 nm로 실시예 2에 따른 AgASA보다 다소 증가한 것으로 확인되었다.On the other hand, it was confirmed that the cumulative pore volume and average pore size of AgASA according to Example 3 were 1.12-1.24 cm 3 /g and 20.7-23.4 nm, respectively, which were slightly increased compared to AgASA according to Example 2.

구분division BET 표면적BET surface area
(m(m 22 /g)/g)
누적 기공 부피, 탈착기준Cumulative pore volume, desorption criteria
(cm(cm 33 /g)/g)
평균기공크기, 탈착 기준Average pore size, based on desorption
(nm)(nm)
실시예 3-1Example 3-1 169169 1.121.12 20.720.7 실시예 3-2Example 3-2 172172 1.241.24 22.622.6 실시예 3-3Example 3-3 172172 1.291.29 23.423.4

실시예 3에 따른 AgASA 또한 도 8(c)와 같이 중-거대 기공 영역의 기공크기분포를 갖는 특성을 갖는 것을 확인하였으며, 실시예 3-2에 따른 TMMS로 표면 개질한 AgASA에 함유된 Ag 입자의 크기는 평균 6.6 nm였다.AgASA according to Example 3 was also confirmed to have a pore size distribution in the medium-large pore region as shown in FIG. 8(c), and Ag particles contained in AgASA surface-modified with TMMS according to Example 3-2 has an average size of 6.6 nm.

실시예 1-1 내지 실시예 3-3에 따른 AgASA의 BET 표면적, 누적 기공 부피 및 평균기공크기의 비교를 위해 표 4 내지 표 6의 값을 하기 표 7에 함께 나타내었다.For comparison of the BET surface area, cumulative pore volume, and average pore size of AgASA according to Examples 1-1 to 3-3, the values of Tables 4 to 6 are shown in Table 7 below.

구분division BET 표면적 (mBET surface area (m 22 /g)/g) 누적 기공 부피, 탈착기준 (cmCumulative pore volume, based on desorption (cm) 33 /g)/g) 평균기공크기, 탈착 기준(nm)Average pore size, based on desorption (nm) 실시예1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3 Example 3 실시예1Example 1 실시예 2 Example 2 실시예 3 Example 3 실시예1Example 1 실시예 2 Example 2 실시예 3 Example 3 1
(TMS)
One
(TMS)
175175 168168 169169 0.840.84 0.970.97 1.121.12 15.115.1 19.019.0 20.720.7
2(TMMS) 2 (TMMS) 238238 179179 172172 0.920.92 1.041.04 1.241.24 11.911.9 19.219.2 22.622.6 3(HMDZ) 3 (HMDZ) 233233 174174 172172 0.960.96 1.051.05 1.291.29 12.612.6 21.521.5 23.423.4

[은 함량 분석][Silver content analysis]

실시예 1-3에 따라 HMDZ로 표면 개질하여 제조한 AgASA(도 9(a))와 실시예 3-2에 따라 TMMS로 표면 개질하여 제조한 AgASA(도 9(b))의 은 함량을 분석한 결과, 각각 43 중량% 및 55중량%였다.Analysis of the silver content of AgASA prepared by surface modification with HMDZ according to Example 1-3 (FIG. 9(a)) and AgASA prepared by surface modification with TMMS according to Example 3-2 (FIG. 9(b)) As a result, they were 43 wt% and 55 wt%, respectively.

[요오드 흡착 용량 분석][Iodine adsorption capacity analysis]

실시예 1-3에 따른 AgASA와 실시예 3-2에 따른 AgASA를 이용하여 요오드 흡착 실험을 진행하였다.An iodine adsorption experiment was performed using AgASA according to Example 1-3 and AgASA according to Example 3-2.

요오드 흡착 용량 측정은 하기 표 8에 나타낸 흡착제 중량과 이의 동일한 중량의 요오드를 밀폐된 셀에 장입한 후 150℃에서 20시간 동안 요오드 흡착과, 150℃ 진공 하에서 2시간 동안 물리적으로 흡착된 요오드의 탈착 실험을 수행한 결과를 하기 표 8에 나타내었다. 표 9를 통해 실시예 1-3 및 실시예 3-2의 AgASA의 요오드 흡착 용량(흡착제 중량 대비 요오드 흡착 중량)은 0.468 내지 0.560임을 확인하였다.Iodine adsorption capacity was measured for iodine adsorption at 150° C. for 20 hours after loading iodine of the same weight as the weight of the adsorbent shown in Table 8 in a sealed cell, and desorption of physically adsorbed iodine for 2 hours under vacuum at 150° C. The results of the experiments are shown in Table 8 below. From Table 9, it was confirmed that the iodine adsorption capacity (iodine adsorption weight relative to the adsorbent weight) of AgASA of Examples 1-3 and 3-2 was 0.468 to 0.560.

사용 AgASAUse AgASA 흡착제 중량, ms(g)Adsorbent weight, m s (g) 요오드 흡착 중량, mI(g)Iodine adsorption weight, m I (g) 요오드 흡착 용량, mI/ms Iodine adsorption capacity, m I /m s 실시예 1-3Examples 1-3 0.50680.5068 0.2370.237 0.4680.468 실시예 3-2Example 3-2 0.50890.5089 0.2850.285 0.5600.560

또한, 실시예 1-3 및 실시예 3-2를 이용한 요오드 흡착 실험 전 후의 사진을 도 10에 도시하였으며, 도 10에 따르면 요오드 흡착 전 후 변색을 통해 요오드 흡착 효과가 있음을 확인하였다.In addition, the photos before and after the iodine adsorption experiment using Examples 1-3 and 3-2 are shown in FIG. 10, and according to FIG. 10, it was confirmed that there was an iodine adsorption effect through discoloration before and after iodine adsorption.

[요오드 포집 실험][Iodine Capture Experiment]

Sigma Aldrich 사의 AgX(은 교환 제올라이트)와 실시예 1-3에 따라 HMDZ을 이용하여 소수성으로 표면 개질한 AgASA를 사용하여 요오드 포집 비교 실험을 수행하였으며, 포집 실험의 조건은 하기 표 9에 나타내었다.A comparative experiment for iodine capture was performed using AgX (silver exchanged zeolite) manufactured by Sigma Aldrich and AgASA, which was surface-modified to be hydrophobic using HMDZ according to Examples 1-3. The conditions of the capture experiment are shown in Table 9 below.

AgX 는 4% H2/Ar 가스 흐름 하에 400 ℃에서 12 h 동안 열처리를 하여 환원 AgX로 전환시켜 사용하였다. 실시예 1-3에 따른 HMDZ 개질 AgASA는 흡착제 칼럼에 충진하기 위해서 파쇄한 후에 1-2 mm사이의 체로 분류하여 사용하였다. 포집 실험에서 운반 기체(4% H2/Ar)의 유량은 표준온도압력 기준으로 47-57 mL/min로 하였으며, 이에 상응하는 선속도는 1.0 - 1.2 cm/s이다. AgX was converted into reduced AgX by heat treatment at 400° C. for 12 h under a flow of 4% H 2 /Ar gas. The HMDZ-modified AgASA according to Example 1-3 was crushed to fill the adsorbent column, and then sorted through a sieve of 1-2 mm. In the capture experiment, the flow rate of the carrier gas (4% H 2 /Ar) was 47-57 mL/min based on the standard temperature and pressure, and the corresponding linear velocity was 1.0-1.2 cm/s.

1차 포집실험1st collection experiment 2차 포집실험2nd collection experiment 흡착제 종류Adsorbent type 환원 AgXreduced AgX 실시예 1-3Examples 1-3 환원 AgXreduced AgX 실시예 1-3Examples 1-3 사용 흡착제 무게 (g)Weight of adsorbent used (g) 1.0031.003 0.8020.802 0.7030.703 0.6970.697 사용 요오드 무게 (g)Iodine weight used (g) 0.0790.079 0.0820.082 0.0850.085 0.0830.083 사용 요오드 무게/사용 흡착제 무게Weight of iodine used/weight of adsorbent used 0.0790.079 0.1030.103 0.1210.121 0.1190.119 칼럼 직경 (mm)Column diameter (mm) 1010 운반 기체carrier gas 4% H2/Ar4% H 2 /Ar 유량 (mL/min)Flow (mL/min) 5757 5757 4747 4747 선속도 (cm/s)Linear velocity (cm/s) 1.21.2 1.21.2 1.01.0 1.01.0 온도(℃)Temperature (℃) 발생기-건조기generator-dryer 100100 100100 100100 100100 포집칼럼collection column 150150 건조기-수집병dryer-collector 100100 수집 용액 부피(mL)Collection solution volume (mL) 200200

포집 실험 별로 요오드 수집 용액을 100배로 희석하여 검출 한도가 50 ppb인 ICP-MS로 분석한 결과를 하기 표 10에 나타내었다. ICP-MS로 분석된 요오드의 농도와 수집 용액의 부피를 곱하여 얻은 요오드 무게(wc)와 요오드 발생기에 투입한 요오드의 무게(wg)를 기준으로 포집 효율[(1-wc/wg)×100%]을 계산하여 하기 표 11에 나타내었다.The results of analysis by ICP-MS with a detection limit of 50 ppb by diluting the iodine collection solution 100 times for each collection experiment are shown in Table 10 below. Collection efficiency [(1-w c /w g ) based on the weight of iodine (w c ) obtained by multiplying the concentration of iodine analyzed by ICP-MS and the volume of the collection solution and the weight of iodine added to the iodine generator (w g ) ) × 100%] was calculated and shown in Table 11 below.

하기 표 10 및 11의 결과에 따르면, 1차 실험에서는 투입 흡착제 대비 투입 요오드의 무게비가 실시예 1-3의 경우 0.103으로 환원 AgX의 0.079보다 높음에도 불구하고 포집 효율은 99.98%를 보였다. 2차 실험에서는 투입 흡착제 대비 투입 요오드의 무게비를 거의 동일하게 하고, 운반 가스의 선속도를 1.2 cm/s(1차 실험)에서 1.0 cm/s(2차 실험)로 낮추어서 실험한 결과, 수집 용액에서 요오드의 농도는 모두 50 ppb 이하로 검출이 불가능하였다.According to the results of Tables 10 and 11 below, in the first experiment, the weight ratio of the input iodine to the input adsorbent was 0.103 in Examples 1-3, which was higher than 0.079 of the reduced AgX, but the collection efficiency was 99.98%. In the second experiment, the weight ratio of the input iodine to the input adsorbent was almost the same, and the linear velocity of the carrier gas was lowered from 1.2 cm/s (first experiment) to 1.0 cm/s (second experiment). As a result, the collection solution The concentration of iodine was all less than 50 ppb, so it was impossible to detect.

ICP-MS 검출 한계치 기준으로 계산한 두 흡착제의 요오드 포집 효율은 99.98% 이상을 보였다.The iodine capture efficiency of the two adsorbents, calculated based on the ICP-MS detection limit, was over 99.98%.

실험번호Experiment number 요오드 농도 (ppb)Iodine Concentration (ppb) AgXAgX 실시예 1-3Examples 1-3 1One 300300 6868 22 < 50< 50 < 50< 50

실험번호Experiment number 요오드 포집 효율 (%)Iodine capture efficiency (%) AgXAgX 실시예 1-3Examples 1-3 1One 99.9299.92 99.9899.98 22 > 99.98> 99.98 > 99.98> 99.98

요오드와 반응하여 표면이 완전히 변색된 흡착제를 무작위 채취한 후에 파쇄하여 육안으로 관찰한 결과, 환원 AgX의 경우 내층은 대부분 반응되지 않은 반면 실시예 1-3은 내부까지 거의 완전히 변색되어 요오드 흡착이용률이 매우 높음을 확인하였다(도 11).As a result of randomly collecting the adsorbent whose surface was completely discolored by reaction with iodine, crushing it and visually observing it, in the case of reduced AgX, most of the inner layer did not react, whereas Example 1-3 was almost completely discolored to the inside, so that the iodine adsorption utilization rate was decreased. It was confirmed that it was very high (FIG. 11).

실험 결과, 실시예 1-3에 따른 AgASA는 은 교환 제올라이트(AgX) 보다 요오드 포집 효율 및 요오드 흡착이용률이 높음을 확인하였다.As a result of the experiment, it was confirmed that AgASA according to Examples 1-3 had higher iodine capture efficiency and iodine adsorption utilization rate than silver exchange zeolite (AgX).

Claims (19)

소듐 알루미노-실리케이트 알코겔을 형성하는 단계;
용매 교환법에 의해 상기 알코겔 내 공용매를 제1 치환 용매로 치환하는 공용매 교환 단계;
상기 알코겔 내 양이온을 은 이온(Ag+)으로 치환하여 은 함유 히드로겔을 형성하는 이온 교환 단계;
용매 교환법에 의해 상기 은 함유 히드로겔 내 용매를 비활성 유기 용매로 치환하여 은 함유 알코겔을 형성하는 히드로겔의 용매 교환 단계; 및
상기 은 함유 알코겔에 표면개질제를 첨가하여 표면을 소수성으로 개질하는 표면 개질 단계;를 포함하는, 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법으로서,
상기 히드로겔의 용매 교환 단계는, 상기 은 함유 히드로겔 내 은 이온(Ag+)을 환원하는 것을 포함하고,
상기 표면개질제는 상기 은 함유 알코겔 총 부피를 기준으로 15 내지 30%이고, 상기 은 함유 알코겔 내 비활성 유기 용매의 총 부피 대비 0.1 내지 0.5로 사용하는 것인, 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
forming a sodium alumino-silicate alcogel;
a cosolvent exchange step of replacing the cosolvent in the alcogel with a first substituted solvent by a solvent exchange method;
an ion exchange step of replacing cations in the alcohol gel with silver ions (Ag + ) to form a silver-containing hydrogel;
a solvent exchange step of the hydrogel to form a silver-containing alcogel by replacing the solvent in the silver-containing hydrogel with an inert organic solvent by a solvent exchange method; and
A method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine, comprising a; surface modification step of modifying the surface to be hydrophobic by adding a surface modifier to the silver-containing alcohol gel,
The solvent exchange step of the hydrogel comprises reducing silver ions (Ag+) in the silver-containing hydrogel,
The surface modifier is used in an amount of 15 to 30% based on the total volume of the silver-containing alcohol gel, and 0.1 to 0.5 percent based on the total volume of the inert organic solvent in the silver-containing alcohol gel. A method for producing a silver-containing alumino-silicate airgel.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 교환 단계에 의해 치환되는 알코겔 내 양이온은 소듐 이온(Na+)을 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine, wherein the cations in the alcohol gel replaced by the ion exchange step include sodium ions (Na + ).
청구항 1에 있어서,
상기 제1 치환 용매는 이소프로판올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The first substitution solvent comprises at least one selected from the group consisting of isopropanol and methanol.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 교환 단계는 상기 알코겔과 AgNO3를 접촉시키는 것을 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The ion exchange step comprises contacting the alcogel with AgNO 3 A method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine.
청구항 1에 있어서,
상기 히드로겔의 용매 교환 단계는 상기 은 함유 히드로겔 내 물을 알코올로 치환한 후, 치환된 알코올을 상기 비활성 유기 용매로 치환하는 것을 포함하는 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The solvent exchange step of the hydrogel comprises replacing water in the silver-containing hydrogel with alcohol and then replacing the substituted alcohol with the inert organic solvent. Method for manufacturing airgel.
청구항 5에 있어서,
상기 물을 치환하는 알코올은 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine, wherein the water-substituted alcohol comprises at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol and isopropanol.
청구항 1에 있어서,
상기 비활성 유기 용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The inert organic solvent comprises at least one selected from the group consisting of hexane, heptane, toluene and xylene.
청구항 1에 있어서,
상기 표면개질제는 트리메틸실라놀(TMS), 트리메틸메톡시실란(TMMS) 및 헥사메틸디실라잔(HMDZ)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The surface modifier contains at least one selected from the group consisting of trimethylsilanol (TMS), trimethylmethoxysilane (TMMS) and hexamethyldisilazane (HMDZ). Hydrophobic silver-containing for adsorption of radioactive iodine A method for preparing an alumino-silicate airgel.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 표면 개질 단계 후에 상압 건조 단계를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine comprising a drying step at atmospheric pressure after the surface modification step.
청구항 1에 있어서,
상기 소듐 알루미노-실리케이트 알코겔 생성을 위한 전구체 재료(precursor material)는 Na 소스(source), Al 소스 및 Si 소스를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔의 제조방법.
The method according to claim 1,
The precursor material for the production of the sodium alumino-silicate alcogel includes a Na source, an Al source and a Si source. manufacturing method.
알루미노-실리케이트 에어로겔(Alumino-silicate aerogel)로서,
상기 에어로겔은 기공 내 은(Ag)을 함유하며,
표면에 소수성의 표면개질제로부터 유래한 단위를 포함하고, 총 중량 대비 40 내지 60 중량%의 은 함량을 갖는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔.
An alumino-silicate airgel comprising:
The airgel contains silver (Ag) in the pores,
A hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine comprising units derived from a hydrophobic surface modifier on the surface and having a silver content of 40 to 60% by weight relative to the total weight.
청구항 12에 있어서,
상기 기공의 크기는 중-거대 기공 영역에 분포하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔.
13. The method of claim 12,
A hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine, wherein the pore size is distributed in the medium-large pore region.
청구항 12에 있어서,
160 내지 300 m2/g 의 비표면적을 갖는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔.
13. The method of claim 12,
A hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine, which has a specific surface area of 160 to 300 m 2 /g.
청구항 12에 있어서,
0.8 내지 2 cm3/g의 기공 부피를 갖는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔.
13. The method of claim 12,
A hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of radioactive iodine having a pore volume of 0.8 to 2 cm 3 /g.
삭제delete 청구항 12에 있어서,
상기 표면개질제는 (CH3)3Si-OH, (CH3)3Si-OCH3 및 (CH3)3Si-NH-Si(CH3)3로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 방사성 요오드의 흡착을 위한 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔.
13. The method of claim 12,
The surface modifier comprises at least one selected from the group consisting of (CH 3 ) 3 Si-OH, (CH 3 ) 3 Si-OCH 3 and (CH 3 ) 3 Si-NH-Si(CH 3 ) 3 Hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel for adsorption of phosphorus radioactive iodine.
청구항 1 내지 청구항 8, 청구항 10 및 청구항 11 중 어느 한 항에 따라 제조된 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 포함하는 방사성 요오드 흡착제.12. A radioactive iodine adsorbent comprising a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel prepared according to any one of claims 1 to 8, 10 and 11. 청구항 1 내지 청구항 8, 청구항 10 및 청구항 11 중 어느 한 항에 따라 제조된 소수성의 은 함유 알루미노-실리케이트 에어로겔을 이용하여 방사성 요오드를 제거하는 방법.A method for removing radioactive iodine using a hydrophobic silver-containing alumino-silicate airgel prepared according to any one of claims 1 to 8, 10 and 11.
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