KR20090119125A - Manufacturing methods of crystalline zeolite - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of crystalline zeolite is provided to produce zeolite particles of 100 nano size and sol effectively with a hydrothermal synthesis method. CONSTITUTION: A manufacturing method of crystalline zeolite comprises the following steps of: manufacturing zeolite powder of micron size by a hydrothermal synthesis method with a first zeolite precursor aqueous solution(S10); manufacturing zeolite nano powder and nano sol using ball milling or a pulverizer(S30); and manufacturing zeolite nano powder by the hydrothermal synthesis method by adding zeolite nano powder and nano sol(S40).

Description

결정성 제올라이트의 제조방법{Manufacturing methods of Crystalline zeolite}Manufacturing method of crystalline zeolite {Manufacturing methods of Crystalline zeolite}

본 발명은 주형물질이 배제된 결정성 제올라이트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수십 내지 수백 나노 크기의 결정성 제올라이트 입자를 저비용의 공정을 이용하여 제조할 수 있는 결정성 제올라이트의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a crystalline zeolite from which a template material is excluded, and more particularly, a method for preparing a crystalline zeolite, which can produce crystalline zeolite particles of tens to hundreds of nanoscales using a low cost process. It is about.

분자체는 물리적, 생화학적, 화학적 방법에 의하여 수많은 용도로서 사용된다. 그 중 가장 주목할만한 것으로서, 혼합물 중 성분의 분리를 수행하는 선택적 흡착제 및 촉매로서의 용도가 있다. 이러한 용도에 있어서, 분자체 물질 내에서 결정학적으로 정의된 공극 구조는 통상적으로 공극을 가질 것이 요구되며, 분자체 제조시에 사용되었던 모든 구조 주형물질(structure-directing agent) 등은 소결 등에 의하여 필수적으로 제거되어야 한다. 수많은 물질이 상기 분자체로서 작용하는 것으로 공지되어 있고, 이 중에서도 제올라이트(zeolite)는 가장 잘 알려져 있다.Molecular sieves find numerous uses by physical, biochemical and chemical methods. Among the most notable are the use as selective adsorbents and catalysts to effect separation of components in mixtures. In this application, the crystallographically defined pore structure in the molecular sieve material is typically required to have voids, and all the structure-directing agents used in the manufacture of the molecular sieve are essential by sintering or the like. Should be removed. Numerous materials are known to act as the molecular sieve, among which zeolites are best known.

제올라이트는 '비석(沸石)', 즉 끓는 돌이라고도 알려져 있으며, 일반적으로 규소알루미늄 산화물(Al2O3·SiO2,알루미나 실리카)을 총칭한다. 즉, 알루미나와 실리카를 어떤 비율로 혼합하는가에 따라 그 물성과 사용 용도가 많이 달라진다. 알루미나가 많아질수록 산도가 세지며, 고체산으로도 많이 사용된다. 제올라이트는 다른 실리케이트 결정에 비하여 기공이 크고, 이온 교환성이 우수하여 토양 개량제, 비료혼합제, 농약증량제 등의 농축수 공업 용도와 폐수처리제, 건조제, 세라믹 원료, 조경제, 건축제 및 크래킹 촉매, 합성연료제품 석유 화학용도로 널리 사용된다. 제올라이트의 용도를 다양화하기 위해서는 경제적인 합성방법 뿐 아니라, 제올라이트의 결정 크기, 입도의 분포 및 형태 등을 임의대로 제어할 수 있어야 한다. 최근에 나노기술로서 반도체, 센서 등의 응용분야에 다양한 나노입자들의 코팅제, 연마재로서의 활용을 위해 필요성이 확대되고 있다.Zeolites are also known as 'stones', ie boiling stones, and generally refer to aluminum aluminum oxide (Al 2 O 3 · SiO 2 , alumina silica). That is, the physical properties and the intended use vary greatly depending on the ratio of mixing alumina and silica. The more alumina, the stronger the acidity, and is also used as a solid acid. Zeolites have larger pores than other silicate crystals, and have excellent ion exchange properties, making them suitable for the concentrated water industry such as soil improvers, fertilizer mixes, pesticide extenders, wastewater treatment agents, desiccants, ceramic raw materials, crude economy, building and cracking catalysts, and synthesis. Fuel Products Widely used for petrochemical applications. In order to diversify the use of zeolites, it is necessary to be able to control the size, distribution and shape of the crystals of the zeolite as well as an economical synthesis method. Recently, as nanotechnology, the necessity for the application of various nanoparticles as a coating agent and an abrasive material in semiconductors, sensors, and the like has been expanded.

이러한 제올라이트는 균일한 나노미터 크기의 기공을 지닌 3차원 구조를 지니며, 테트라프로필암모늄 양이온의 주형물질이 존재하는 조건에서 합성하는 방법은 미국특허 제3,702,886호에 개시되어 있다.Such zeolites have a three-dimensional structure with uniform nanometer-sized pores, and a method of synthesizing in the presence of a template of tetrapropylammonium cation is disclosed in US Pat. No. 3,702,886.

그 이후에 다양한 유기 주형물질(organic directing agent)을 사용하여 제조하는 방법들이 개발되었다. Since then, methods have been developed using various organic directing agents.

상기 유기 주형물질은 상기 일반적인 제조방법에 있어서 제올라이트 전구체 수용액을 이루는 실리카 공급원, 알칼리 금속 공급원 등의 혼합 수용액 내에 포함되어, 소위 '주형 효과(templating effet)'에 의하여 소정의 분자체의 형성을 유도 하는 물질이다. 분자체 합성시의 유기 주형물질의 역할에 대해서는 [Lok et al., Zeolites 1983, volume 3, p282-291] 등의 문헌에 기재되어 있다. 상기 유기 주형물질의 효과는 결정 골격의 생성시에 상기 유기 화합물이 제올라이트의 결정 골격을 성장시키거나, 결정화를 유도하여 특정 결정 골격을 형성시키는 형판(template)과 같은 역할을 수행하는 것이다.The organic template material is included in a mixed aqueous solution of a silica source, an alkali metal source, or the like, which constitutes a zeolite precursor aqueous solution in the general manufacturing method, to induce the formation of a predetermined molecular sieve by a so-called 'templating effet'. It is a substance. The role of organic template materials in the synthesis of molecular sieves is described in Lok et al., Zeolites 1983, volume 3, p282-291. The effect of the organic template is that when the organic skeleton is formed, the organic compound grows as a template to induce crystallization of zeolite or to induce crystallization to form a specific crystal skeleton.

상기 유기 주형물질의 종류로는 테트라메틸암모늄(TMA), 테트라에틸암모늄(TEA), 트리에틸메틸암모늄(TEMA), 테트라프로필암모늄(TPA), 테트라부틸암모늄(TBA), 테트라부틸포스포늄(TBP), 트리메틸벤질암모늄(TMBA), 트리메틸세틸암모늄(TMCA), 트리메틸네오펜틸암모늄(TMNA), 트리페닐벤질포스포늄(TPBP) 등의 양이온과 OH-, Br-, Cl- 등의 음이온들로 구성된다. 그러나, 이 방법에 의하면 상용화를 위하여 고가의 유기 주형물질을 사용해야 하며, 바람직한 공극 구조를 얻기 위해서는 상기 유기 주형물질을 소성 등에 의하여 필수적으로 제거하여야 하는데, 이러한 소성공정의 수행비용이 고가인 단점이 있다.Examples of the organic template include tetramethylammonium (TMA), tetraethylammonium (TEA), triethylmethylammonium (TEMA), tetrapropylammonium (TPA), tetrabutylammonium (TBA), and tetrabutylphosphonium (TBP). composed of anions such as -), trimethylbenzylammonium (TMBA), trimethyl cetyl ammonium (TMCA), trimethyl neopentyl ammonium (TMNA), triphenyl benzyl phosphonium (TPBP) cation and OH, such as -, Br -, Cl do. However, according to this method, an expensive organic template material must be used for commercialization, and in order to obtain a desirable pore structure, the organic template material must be removed by firing or the like, which has a disadvantage in that the execution cost of the firing process is expensive. .

상술한 바와 같이, 현재 방식으로는 주형물질이 없는 조건에서 저가로 수십 나노미터 크기의 제올라이트 입자를 제조하는 것이 어렵기 때문에, 저가 공정으로 원하는 크기 및 비표면적을 갖는 제올라이트를 제조할 수 있는 공정의 개발이 요청된다.As described above, in the present method, it is difficult to manufacture tens of nanometer-sized zeolite particles at low cost in the absence of a template material, and thus, a low-cost process can produce a zeolite having a desired size and specific surface area. Development is requested.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수십 내지 수백 나노 크기 범위의 제올라이트 입자를 유기 주형물질을 배제하여 제조할 수 있는 결정성 제올라이트 나노분말 및 나노졸 제조방법을 제공하는데 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is a crystallinity that can be prepared by removing the organic template material zeolite particles in the range of tens to hundreds of nano size It is to provide a method for preparing zeolite nanopowder and nanosol.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 제1실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법은, 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액을 이용하여 수열합성에 의한 마이크론 크기의 제올라이트 분말을 제조하는 단계; 상기 제올라이트 분말 또는 상용화된 제올라이트 분말을 볼밀링 또는 마멸분쇄기 중 어느 하나를 이용하여 수십 나노미터 크기의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 제조하는 단계; 주형물질을 배제한 제2 제올라이트 전구체 수용액에 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 시드로서 첨가하여 수열합성에 의해 결정질 제올라이트 나노분말을 제조하는 단계를 포함한다.The present invention is to solve the above problems, the method for producing a crystalline zeolite according to the first embodiment of the present invention, by using a first zeolite precursor solution excluding a template material to prepare a micron-sized zeolite powder by hydrothermal synthesis Making; Preparing zeolite nanopowders and nanosols containing amorphous particles of several tens of nanometers in size by using either the milling or grinding mills of the zeolite powder or commercially available zeolite powder; And preparing a crystalline zeolite nanopowder by hydrothermal synthesis by adding the amorphous zeolite nanopowder and nanosol as seeds to a second aqueous solution of zeolite precursor without a template.

여기서, 상기 주형물질을 배제한 제올라이트 전구체 수용액은, 테트라오르토 실리케이트, 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카, 소듐실리케이트 중 적어도 하나로 이루어진 실리카 공급원, 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al(SO4)3), 소듐알루미네이트(NaAlO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 적어도 하나 로 이루어진 알루미나 공급원, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 어느 하나로 이루어진 하이드록실 이온공급원을 포함하는 것이 주형물질을 배제한 제올라이트 제조방법을 수행하기 위하여 바람직하다.Here, the zeolite precursor solution excluding the template material is a silica source consisting of at least one of tetraortho silicate, colloidal silica, fumed silica, sodium silicate, aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), Hydrogen consisting of at least one of an alumina source consisting of at least one of aluminum sulfate (Al (SO 4 ) 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide It is preferred to include a roxyl ion source for carrying out the method of preparing zeolite excluding the template material.

또한, 본 발명의 제2실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법은, 주형물질을 배제한 제올라이트 전구체 수용액을 이용하여 수열합성에 의한 마이크론 크기의 제올라이트 분말을 제조하는 단계; 상기 제올라이트 분말 또는 상용화된 제올라이트 분말을 볼밀링 또는 마멸분쇄기 중 어느 하나를 이용하여 수십 나노미터 크기의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 제조하는 단계; 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸에 하이드록실 이온공급원을 첨가하고 재수열처리하여 결정질을 갖는 제올라이트 나노분말을 제조하는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the crystalline zeolite according to the second embodiment of the present invention, preparing a micron-sized zeolite powder by hydrothermal synthesis using an aqueous solution of zeolite precursor excluding the template material; Preparing zeolite nanopowders and nanosols containing amorphous particles of several tens of nanometers in size by using either the milling or grinding mills of the zeolite powder or commercially available zeolite powder; And adding a hydroxyl ion source to the zeolite nanopowder comprising the amorphous and the nanosol and rehydrothermally treating the zeolite nanopowder having a crystalline phase.

여기서, 상기 주형물질을 배제한 제올라이트 전구체 수용액은, 테트라오르토실리케이트, 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카, 소듐실리케이트 중 적어도 하나로 이루어진 실리카 공급원, 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al(SO4)3), 소듐알루미네이트(NaAlO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 적어도 하나로 이루어진 알루미나 공급원, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 어느 하나로 이루어진 하이드록실 이온공급원을 포함하는 것이 주형물질을 배제한 제올라이트 제조방법을 수행하기 위하여 바람직하다.Here, the zeolite precursor solution excluding the template material is a silica source consisting of at least one of tetraorthosilicate, colloidal silica, fumed silica, and sodium silicate, aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), Hydroxyl consisting of at least one of an alumina source consisting of at least one of aluminum sulfate (Al (SO 4 ) 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide It is preferred to include an ion source for carrying out the method of preparing zeolite excluding the template material.

또한, 상기 제올라이트 나노분말을 제조한 후, 상기 응집된 제올라이트 나노 분말을 1 내지 100㎛ 크기의 지르코니아 볼을 이용한 볼밀링에 의하여 수계에서 분산하여 제올라이트 나노졸을 제조하는 단계를 더 포함하는 것이 나노미터 크기의 제올라이트 나노졸을 수득하기 위하여 바람직하다.In addition, after preparing the zeolite nanopowder, further comprising the step of dispersing the aggregated zeolite nanopowder in water by ball milling using a zirconia ball of 1 to 100㎛ size to prepare a zeolite nanosol nanometer It is preferred to obtain zeolite nanosols of size.

또한, 본 발명에서 사용하는 상기 제올라이트는 A-제올라이트, X-제올라이트, Y-제올라이트, 제올라이트 L, 및 펜타실 구조를 가지는 ZSM-5, 모더나이트, 베타-제올라이트, ZSM-8, ZSM-11, 실리카라이트-1(Silicalite-1) 중 어느 하나이다.In addition, the zeolite used in the present invention is A-zeolite, X-zeolite, Y-zeolite, zeolite L, and ZSM-5, mordenite, beta-zeolite, ZSM-8, ZSM-11 having a pentasil structure, Silicalite-1.

또한, 상기 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액 및 제2 제올라이트 전구체 수용액은, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 하나로 이루어진 전이금속 수용액을 더 포함한 것이 실리카 내에 동일치환되어 다양한 기능을 부여하는 분자체 역할을 하기 위하여 바람직하다.In addition, the first zeolite precursor aqueous solution and the second zeolite precursor aqueous solution excluding the template material include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), It is preferable to further include a transition metal aqueous solution made of at least one of cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), and zinc (Zn) in order to serve as a molecular sieve which is equally substituted in silica to impart various functions.

아울러, 상기 수열합성 및 재수열처리 시의 처리온도는, 50 내지 250℃이며, 합성시간은 1 내지 240시간인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the process temperature at the time of the hydrothermal synthesis and the rehydrothermal treatment is 50 to 250 ° C, and the synthesis time is 1 to 240 hours.

본 발명에 따르면, 주형물질을 배제한 수열합성법에 의하여 제조된 제올라이트 입자를 밀링 및 수열 과정을 거치면서 보다 효과적으로 수십 내지 백 나노미터 크기의 제올라이트 입자 및 졸을 제조할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the zeolite particles prepared by the hydrothermal synthesis method excluding the template material are subjected to milling and hydrothermal processes, thereby effectively producing zeolite particles and sol having a size of several tens to one hundred nanometers.

이하, 본 발명에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the manufacturing method of the crystalline zeolite by this invention is demonstrated.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.1 is a flow chart sequentially showing a method for producing a crystalline zeolite according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법은, 제1차 제올라이트 분말 제조단계(S10), 제1차 밀링단계(S20), 제2차 제올라이트 분말 제조단계(S30)를 거쳐 결정성 제올라이트의 나노입자가 제조되며, 여기에 제2차밀링단계(나노졸 제조단계)(S40)를 더 수행함으로써 결정성 제올라이트의 나노졸을 얻을 수 있다.As shown in Figure 1, the method for producing a crystalline zeolite according to the first embodiment of the present invention, the first zeolite powder manufacturing step (S10), the first milling step (S20), the second zeolite powder production Nanoparticles of crystalline zeolite are prepared through step S30, and nanosol of crystalline zeolite may be obtained by further performing a second milling step (nanosol preparation step) (S40).

상기 본 발명에 의한 결정성 제올라이트 제조방법에 의하여 생성되는 제올라이트는 A-제올라이트, X-제올라이트, Y-제올라이트, 제올라이트 L, 및 펜타실 구조를 가지는 ZSM-5, 모더나이트, 베타-제올라이트, ZSM-8, ZSM-11, 실리카라이트-1(Silicalite-1) 중 어느 하나이다.The zeolite produced by the crystalline zeolite manufacturing method according to the present invention is A-zeolite, X-zeolite, Y-zeolite, zeolite L, and ZSM-5 having a pentasil structure, mordenite, beta-zeolite, ZSM- 8, ZSM-11, or silicalite-1.

제1차 제올라이트 분말 제조단계(S10)는 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액을 제조하여 수열합성에 의한 마이크론 크기의 제올라이트 분말을 제조하는 단계이다. 다만, 본 발명에서는 제올라이트 분말 제조단계(S10)를 거치지 않고, 바로 상용화된 제올라이트 분말을 이용하여 제1차 밀링단계(S20)를 수행할 수도 있다. The first zeolite powder manufacturing step (S10) is a step of preparing a micron-sized zeolite powder by hydrothermal synthesis by preparing a first zeolite precursor solution excluding a template material. However, in the present invention, the first milling step (S20) may be performed by using a commercially available zeolite powder without passing through the zeolite powder manufacturing step (S10).

본 발명에서는 상기 제1제올라이트 전구체 수용액으로서, 테트라오르토실리케이트(TEOS), 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카(fumed silica), 소듐실리케이트 중 적어도 하나가 단독 또는 혼합되어 이루어진 실리카 공급원, 질산알루미늄(Al(NO3)3), 황산알루미늄(Al(SO4)3), 염화알루미늄(AlCl3), 소듐알루미네이트(NaAlO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 적어도 하나가 단독 또는 혼합되어 이루어진 알루미나 공급원, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH) 중 적어도 하나가 단독 또는 혼합되어 이루어진 하이드록실 이온공급원을 혼합하여 공급한다. 따라서, 앞서 설명한 유기 주형물질을 배제하고, 저가로 결정성 제올라이트를 얻을 수 있다. In the present invention, as the first zeolite precursor aqueous solution, at least one of tetraorthosilicate (TEOS), colloidal silica, fumed silica, sodium silicate, or a silica source, aluminum nitrate (Al (NO 3 3 ), an alumina source comprising at least one of aluminum sulfate (Al (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ), or aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) At least one of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH) is mixed or supplied with a hydroxyl ion source. Therefore, the crystalline zeolite can be obtained at low cost without the aforementioned organic template material.

특히 본 발명에서는 유기 주형물질을 배제하는 것을 특징으로 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 주형물질은 그 자체가 고가인데다가, 그 소성공정에 들어가는 비용 역시 고가인 단점이 있는바, 본 발명에서는 이를 배제한 제올라이트 나노입자의 제조방법을 제공한다.In particular, the present invention is characterized by excluding organic template material. As described above, the mold material itself is expensive, and the cost of the firing process is also expensive, the present invention provides a method for preparing zeolite nanoparticles without this.

상기 실리카 공급원과, 알루미나 공급원은 제올라이트 전구체 수용액 내에서 알루미노실리케이트 화합물로서 작용하며, 상기 하이드록실 이온공급원은 상기 알루미노실리케이트 화합물을 가수분해시킨 후, 다시 축합하면서 제올라이트 구조 형성시, 전하 균형재로서 구조 형성이 용이하도록 하는 역할을 수행한다. 또한, 제올라이트 구조 내에 들어가서 간접적으로 주형물질의 역할을 대신하는 효과를 발휘한다. The silica source and the alumina source act as an aluminosilicate compound in a zeolite precursor aqueous solution, and the hydroxyl ion source hydrolyzes the aluminosilicate compound and then condenses again to form a zeolite structure as a charge balance material. It serves to facilitate the formation of the structure. In addition, it is effective to enter the zeolite structure and indirectly take the role of the template material.

여기서, 상기 혼합물 내에서의 H2O 대 SiO2의 몰비는 5 내지 100, 바람직하게는 20 내지 60 범위 내이다. 상기 몰비가 5 미만으로 H2O가 적게 첨가된 경우에는 수열합성과정에서 나노입자 수용액의 겔화 등의 문제점이 있으며, 100을 초과하는 경우에는 비경제적이다. 또한, 상기 혼합물 내에서 Si/Al의 몰비는 바람직하게는 1 이상이며, 더욱 바람직하게는 1 내지 80 범위 내이다. 또한, 예를 들어 ZSM-5 제올라이트를 제조할 경우, SiO2 와 하이드록실 이온공급원으로서 NaOH의 몰비는 0.5 내지 20, 바람직하게는 1.5 내지 5의 범위 내이다. 그밖에, 예를 들어 제올라이트 L을 제조하는 경우에는 하이드록실 이온공급원으로서 KOH를 사용하는 등, 목적하는 제올라이트 생성물이 무엇인지에 따라 하이드록실 이온공급원 및 그 함량을 달리하여 사용한다. 상기 하이드록실 이온공급원의 함량이 지나치게 많은 경우에는(예를 들어 상기 ZSM-5 제조에 있어서 SiO2:NaOH가 1:20 이상인 경우) 수열합성이 불완전하게 수행되는 단점이 있으며, 그 함량이 너무 적은 경우(예를 들어 상기 ZSM-5 제조에 있어서 SiO2:NaOH가 1:0.5 미만인 경우)에는 상기 하이드록실 이온공급원으로서의 효과를 발휘할 수 없다는 단점이 있다.Here, the molar ratio of H 2 O to SiO 2 in the mixture is in the range of 5 to 100, preferably 20 to 60. When the molar ratio is less than 5 and less H 2 O is added, there is a problem such as gelation of the aqueous solution of nanoparticles during hydrothermal synthesis, and if it exceeds 100, it is uneconomical. In addition, the molar ratio of Si / Al in the mixture is preferably 1 or more, more preferably in the range of 1 to 80. In addition, for example, when preparing a ZSM-5 zeolite, the molar ratio of SiO 2 and NaOH as a hydroxyl ion source is in the range of 0.5 to 20, preferably 1.5 to 5. In addition, for example, when preparing a zeolite L, a hydroxyl ion source and its content are used differently depending on what kind of zeolite product is desired, such as using KOH as a hydroxyl ion source. When the content of the hydroxyl ion source is too large (for example, when SiO 2 : NaOH is 1:20 or more in the production of the ZSM-5), hydrothermal synthesis is incompletely performed, and the content thereof is too small. In the case of (eg, SiO 2 : NaOH in the production of ZSM-5 is less than 1: 0.5), there is a disadvantage in that the effect as the hydroxyl ion source cannot be exerted.

또한, 상기 제1제올라이트 전구체 수용액에 전이금속 수용액을 혼합할 수 있다. 상기 알칼리금속은 주기율표 상의 3족 내지 12족에 속하는 원소를 의미하며, 바람직하게는 4주기의 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 중에서 선택된 한가지를 단독으로 혹은 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 전이금속은 제올라이트 합성시에 동형치환이 가능하므로, 실리카 내에 균일하게 분산되어 촉매의 산점, 물리화학적 흡착 등의 다양한 기능을 부여하는 분자체 역할을 한다.In addition, a transition metal aqueous solution may be mixed with the first zeolite precursor aqueous solution. The alkali metal means an element belonging to Groups 3 to 12 of the periodic table, preferably 4 cycles of scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn) and iron. One selected from (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), and zinc (Zn) may be used alone or in admixture of two or more. Since the transition metal can be homomorphized during the synthesis of zeolite, the transition metal is uniformly dispersed in silica and serves as a molecular sieve to impart various functions such as acid point of the catalyst and physicochemical adsorption.

상기 제올라이트 전구체 수용액의 혼합이 마무리되면, 수열합성에 의하여 상기 제올라이트 전구체 수용액 또는 상기 상용화된 제올라이트 수용액을 반응시킨다. When the mixing of the zeolite precursor aqueous solution is finished, the zeolite precursor aqueous solution or the commercialized zeolite aqueous solution is reacted by hydrothermal synthesis.

수열합성은 물이 포함되어 있는 혼합물에 열을 가함으로써 결정의 성장을 빠르게 하는 목적으로 사용되며, 혼합물을 밀폐된 용기에 넣은 뒤, 온도를 높여 발생하는 압력하에서 반응시킴으로써 수행된다.Hydrothermal synthesis is used to accelerate the growth of crystals by applying heat to a mixture containing water. The hydrothermal synthesis is carried out by placing the mixture in an airtight container and then reacting it under pressure generated by raising the temperature.

상기 수열합성 반응에 사용되는 반응장치는 특별히 제한되지 아니하나, 경우에 따라 스테인리스강 오토클레이브 등에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 수열합성시의 처리온도는, 목적하는 결정성 제올라이트에 따라서 50 내지 250℃, 바람직하게는 90 내지 200℃이다. 또한 합성시간은 1 내지 240시간, 바람직하게는 10 내지 48시간이다. 합성시간은 수열합성 반응의 온도에 따라 달라질 수 있으며, 높은 합성 온도 하에서는 짧은 합성시간으로 조절될 수 있다.The reaction apparatus used for the hydrothermal synthesis reaction is not particularly limited, but in some cases, it is preferable to perform in a stainless steel autoclave or the like. The treatment temperature at the time of hydrothermal synthesis is 50 to 250 ° C, preferably 90 to 200 ° C, depending on the desired crystalline zeolite. In addition, the synthesis time is 1 to 240 hours, preferably 10 to 48 hours. The synthesis time may vary depending on the temperature of the hydrothermal reaction, and can be controlled with a short synthesis time under high synthesis temperature.

수열합성이 완료되면, 얻어진 결정을 통상의 방법으로 여과, 세척, 건조하여 결정질을 포함하는 마이크론 크기의 제올라이트 입자 또는 나노졸을 얻게 된다. 여기서 사용되는 세척기법은 특별히 제한되지 아니하나, 물, 펜탄, 아세톤 또는 메탄올 내에서의 초음파 처리를 수행할 수도 있다. Upon completion of hydrothermal synthesis, the obtained crystals are filtered, washed and dried in a conventional manner to obtain micron-sized zeolite particles or nanosols containing crystalline. The washing technique used herein is not particularly limited, but may also be subjected to sonication in water, pentane, acetone or methanol.

제1차 밀링단계(S20)는 상기 마이크론 크기의 제올라이트 입자 또는 상용화된 결정성 제올라이트 입자를 볼밀링(ball-milling) 또는 마멸분쇄기(attrition milling)로 밀링하여, 100nm 이하의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말를 얻는 단계이다. The first milling step (S20) is The micron-sized zeolite particles or commercially available crystalline zeolite particles are milled by ball milling or attrition milling to obtain zeolite nanopowders containing amorphous particles of 100 nm or less.

제1차 밀링단계(S20)를 수행함으로써, 1차적으로 나노미터 크기의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말를 얻을 수 있고, 상기 나노분말은 후공정에서 시드(seed)로서 사용됨으로써, 최종적으로 결정성을 갖춘 제올라이트 나노분말를 얻게 된다. 이때, 얻어진 나노입자의 비표면적은 100 내지 300m2/g, 바람직하게는 150 내지 250m2/g이다. 또한 입자크기는 5 내지 500nm, 바람직하게는 20 내지 150nm 범위 내이다. By carrying out the first milling step (S20), it is possible to obtain a zeolite nanopowder comprising primarily amorphous nanometer size, the nanopowder is used as a seed in a post-process, finally the crystallinity Zeolite nano powder is obtained. At this time, the specific surface area of the obtained nanoparticles is 100-300 m 2 / g, preferably 150-250 m 2 / g. The particle size is also in the range of 5 to 500 nm, preferably 20 to 150 nm.

제2차 제올라이트 분말 제조단계(S30)는 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 졸을 시드로서 주형물질을 배제한 제2 제올라이트 전구체 수용액에 첨가하여 수열합성에 의해 결정질 제올라이트 나노분말를 제조하는 단계이다. 제2 제올라이트 전구체는 상기 제1 제올라이트 전구체와 동일한 방법에 의하여 혼합하고, 수열합성은 상기 수열합성과 동일한 방법에 의하여 수행된다. 이때, 예를 들어 ZSM-5의 경우, 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노입자(시드)의 첨가량은 0.001 내지 30중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%이다. 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 시드의 첨가량이 0.001중량% 미만인 경우에는 서브마이크론 이하의 나노입자로의 크기 제어가 용이하지 못한 문제점이 있으며, 30중량%를 초과하는 경우에는 효과대비 비경제적이라는 단점이 있다. 제조된 결정질 제올라이트의 비표면적은 300m2/g 이상이며, 바람직하게는 350m2/g 이상이다. 또한, 상기 제조된 결정질 제올라이트의 입자크기는 50nm 내지 1㎛이다.The secondary zeolite powder manufacturing step (S30) is a step of preparing the crystalline zeolite nanopowder by hydrothermal synthesis by adding the zeolite nanopowder and the sol containing the amorphous to the second aqueous solution of the zeolite precursor excluding the template material as a seed. The second zeolite precursor is mixed by the same method as the first zeolite precursor, and hydrothermal synthesis is performed by the same method as the hydrothermal synthesis. At this time, for example, in the case of ZSM-5, the addition amount of the zeolite nanoparticles (seed) containing the amorphous is 0.001 to 30% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight. If the amount of the zeolite seed containing the amorphous is less than 0.001% by weight, it is not easy to control the size of the nanoparticles below the submicron, and if it exceeds 30% by weight, it is disadvantageous compared to the effect. . The specific surface area of the prepared crystalline zeolite is 300 m 2 / g or more, preferably 350 m 2 / g or more. In addition, the particle size of the prepared crystalline zeolite is 50nm to 1㎛.

상기 결정성 제올라이트 제조방법에 의하여 생성되는 제올라이트는 A-제올라 이트, X-제올라이트, Y-제올라이트, 제올라이트 L, 및 펜타실 구조를 가지는 ZSM-5, 모더나이트, 베타-제올라이트, ZSM-8, ZSM-11, 실리카라이트-1(Silicalite-1) 중 어느 하나이며, 바람직하게는 펜타실 형상의 3차원 구조를 갖는 ZSM-5이다. The zeolite produced by the crystalline zeolite manufacturing method is A-zeolite, X-zeolite, Y-zeolite, zeolite L, and ZSM-5 having a pentasil structure, mordenite, beta-zeolite, ZSM-8, ZSM-11 or any one of silicalite-1 (Silicalite-1), preferably ZSM-5 having a three-dimensional structure of pentasil shape.

나노졸 제조단계(제2차밀링단계)(S40)는 상기 결정성 제올라이트 나노분말을 볼밀링을 이용하여 수계에서 분산하여 제올라이트 나노졸을 제조하는 단계이며, 이로써, 상기 나노분말를 나노졸 형태로 얻을 수 있다.Nanosol manufacturing step (second secondary milling step) (S40) is a step of preparing a zeolite nanosol by dispersing the crystalline zeolite nanopowder in an aqueous system using ball milling, thereby obtaining the nanopowder in the form of nanosol Can be.

상기 볼밀링의 바람직한 실시태양으로서, 상기 응집된 결정성 제올라이트 나노분말을 수계에서 단분산된 나노입자로 분산하기 위하여 100㎛(1Φ)이하 크기, 더욱 바람직하게는 3 내지 20㎛(0.03 내지 0.2Φ)의 지르코니아 볼을 이용하여 볼밀링을 수행한다.As a preferred embodiment of the ball milling, in order to disperse the agglomerated crystalline zeolite nanopowder into monodispersed nanoparticles in an aqueous system, a size of 100 μm (1Φ) or less, more preferably 3 to 20 μm (0.03 to 0.2Φ) Ball milling is performed using a zirconia ball.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 2 is a flow chart sequentially showing a method for producing a crystalline zeolite according to a second embodiment of the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법은, 제올라이트 분말 제조단계(S100), 밀링단계(S200), 재수열처리단계(S300)를 거쳐 결정성 제올라이트의 나노분말이 제조되며, 여기에 나노졸 제조단계(제2차 밀링단계)(S400)를 더 수행함으로써 결정성 제올라이트의 나노졸을 얻을 수 있다.As shown in Figure 2, the method for producing a crystalline zeolite according to the second embodiment of the present invention, through the zeolite powder manufacturing step (S100), milling step (S200), rehydrothermal treatment step (S300) of the crystalline zeolite The nanopowder is prepared, and nanosol of crystalline zeolite may be obtained by further performing a nanosol preparation step (second milling step) (S400).

본 발명의 제2실시예는 상술한 제1실시예와 다른 공정은 동일하며, 제1실시예에서의 제2차 제올라이트 분말 제조단계(S30)에서 1차적으로 얻어진 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 졸을 시드로 사용한 반면, 제2실시예에서의 재수열 처리단계(S300)는 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말에 하이드록실 이온공급원을 첨가하고 재수열처리하는 것이다. 즉, 제1실시예에서는 1차 수득된 비정질을 포함하는 제올라이트 입자가 후공정에서 시드로서 사용되어 별도의 제2제올라이트 전구체 수용액과 혼합되었으나, 제2실시예에서는 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 입자만이 후공정으로 연속투입되는 점이 다르다.The second embodiment of the present invention is the same process as the above-described first embodiment, the zeolite nanopowder including the amorphous first obtained in the second zeolite powder manufacturing step (S30) in the first embodiment and While using the sol as a seed, the rehydrothermal treatment step (S300) in the second embodiment is to add a hydroxyl ion source to the zeolite nanopowder containing the amorphous and rehydrothermal treatment. That is, in the first embodiment, the zeolite particles containing the amorphous obtained first were used as seeds in a later process and mixed with a separate second zeolite precursor aqueous solution. In the second embodiment, only the zeolite particles containing the amorphous material were used. The point of continuous injection into the post process is different.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의하여 얻어진 결정성 제올라이트의 물성에 대하여 살펴보기로 한다. Hereinafter, the physical properties of the crystalline zeolite obtained by the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3은 주형물질 없이 콜로이달 실리카, 소듐알루미네이트, 수산화나트륨을 포함하여 이루어진 제올라이트 전구체 수용액을 170oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 결정질 ZSM-5 입자의 SEM 사진이고, 도 4는 상기 제올라이트 전구체 수용액을 주형물질 없이 100oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 NaA 제올라이트 입자의 FE-SEM 사진이며, 도 5는 상기 제올라이트 전구체 수용액을 주형물질 없이 150oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 NaY 제올라이트 입자의 FE-SEM 사진을 나타내는 도면이다. 도면에서 보는 바와 같이, 어떤 제올라이트 입자를 형성하던지, 1차 수열합성과정을 거치고 난 후에는 결정질의 형태가 불규칙적이며, 그 결정크기가 1 내지 10 ㎛ 이다. FIG. 3 is an SEM image of micron-sized crystalline ZSM-5 particles prepared by hydrothermal treatment of a zeolite precursor solution containing colloidal silica, sodium aluminate, and sodium hydroxide at 170 ° C. for 12 hours without a template material, and FIG. 4. Is a FE-SEM picture of the micron-sized NaA zeolite particles prepared by hydrothermal treatment of the zeolite precursor aqueous solution at 100 o C for 12 hours without a template material, Figure 5 is a zeolite precursor aqueous solution for 12 hours at 150 o C without a template material FE-SEM photograph of micron-sized NaY zeolite particles prepared by hydrothermal treatment. As shown in the figure, no matter what zeolite particles are formed, the crystalline form is irregular after the first hydrothermal synthesis process, the crystal size is 1 to 10 ㎛.

도 6은 도 3의 ZSM-5 입자를 볼밀링하여 얻어진 비정질을 지닌 ZSM-5 나노 크기 입자의 TEM 사진을 나타내는 도면이다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 볼밀링으로 인하여 5 내지 100nm의 나노입자가 생성되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 6 is a view showing a TEM image of amorphous ZSM-5 nano-sized particles obtained by ball milling the ZSM-5 particles of FIG. 3. As shown in the figure, it can be seen that due to the ball milling nanoparticles of 5 to 100nm are produced.

도 7의 A는 도 3에서 얻어진 ZSM-5 마이크론 분말의 XRD 패턴을 나타내는 도면이며, 도7의 B는 도 6에서 얻어진 밀링된 비정질을 포함하는 ZSM-5 나노분말의 XRD 패턴을 나타내는 도면이다. 상기 도면에서 보이는 바와 같이, ZSM-5 특유의 X선 회절패턴이 볼밀링을 수행한 후에 그 전의 것에 비하여 그 세기가 작아지는 것을 알 수 있고, 2θ의 값이 20~30도에서 넓은 분포의 피크가 보이는 것으로 보아 ZSM-5의 결정질이 비정질로 바뀌어 있음을 알 수 있다. FIG. 7A is a diagram illustrating an XRD pattern of ZSM-5 micron powders obtained in FIG. 3, and FIG. 7B is a diagram illustrating an XRD pattern of ZSM-5 nanopowders including milled amorphous particles obtained in FIG. 6. As shown in the figure, it can be seen that the intensity of XSM diffraction pattern peculiar to ZSM-5 is smaller than the previous one after ball milling, and the value of 2θ is a wide distribution peak at 20 to 30 degrees. It can be seen that the crystallinity of ZSM-5 is changed to amorphous.

도 8은 도 6에서 얻어진 비정질의 입자를 시드로 이용하여 도 3의 ZSM-5 제조를 위한 전구체 용액에 첨가하여 나노분말를 제조한 SEM 사진이다. 상기 도면을 토대로, 100 내지 200nm 크기의 나노분말을 얻은 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a SEM photograph of nanoparticles prepared by adding the amorphous particles obtained in FIG. 6 as a seed to a precursor solution for preparing ZSM-5 of FIG. 3. Based on the drawings, it can be seen that nanoparticles having a size of 100 to 200 nm were obtained.

도 9는 도 6에서 얻어진 입자를 사용하여 170oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 제조된 결정성 ZSM-5 나노분말의 TEM 사진이고 입자크기가 30 ~ 70 nm의 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있다. 도 10은 도 9에서 제조된 ZSM-5 나노분말의 XRD 사진이다. 이는 도7의 B의 2θ의 값이 20~30도에서 넓은 분포의 피크를 가진 비정질상을 나타냄에 비하여 도 10에서는 비정질상이 사라지고 결정질의 ZSM-5 회절패턴을 나타냄을 알 수 있다. 9 is a TEM photograph of a crystalline ZSM-5 nanopowder prepared by rehydrothermal treatment at 170 ° C. for 12 hours using the particles obtained in FIG. 6, and shows that nanoparticles having a particle size of 30 to 70 nm were produced. have. 10 is an XRD photograph of the ZSM-5 nanopowder prepared in FIG. 9. This indicates that the value of 2θ in B of FIG. 7 represents an amorphous phase having a wide distribution peak at 20 to 30 degrees, whereas in FIG. 10, the amorphous phase disappears and shows a crystalline ZSM-5 diffraction pattern.

도 11은 본 발명의 도 4에서 얻어진 입자를 볼밀링에 의하여 나노크기 입자로 분쇄된 비정질의 NaA 입자를 100oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 NaA 제올라이트 나노분말 제조방법에 따라 제조된 NaA 나노분말의 FE-SEM 사진이다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 본 발명의 제2실시예에 의한 재수열처리에 의하여 50 내지 100nm 크기의 나노분말이 형성되는 것을 알 수 있다.11 is a NaA nanoparticles prepared according to the method for preparing NaA zeolite nanopowder by rehydrothermal treatment of amorphous NaA particles pulverized into nano-size particles by ball milling the particles obtained in FIG. 4 at 100 ° C. for 12 hours. FE-SEM picture of the powder. As shown in the figure, it can be seen that the nanopowder having a size of 50 to 100 nm is formed by the rehydrothermal treatment according to the second embodiment of the present invention.

도 12는 도 5에 나타난 입자를 볼밀링하여, 나노크기 입자로 분쇄된 비정질의 NaY 입자를 얻고, 상기 입자를 150oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 NaY 제올라이트 나노분말 제조방법에 따라 제조된 NaY 나노분말의 FE-SEM 사진이다. 50 내지 100nm의 나노분말이 형성된 것을 확인할 수 있다. FIG. 12 is a ball milling of the particles shown in FIG. 5 to obtain amorphous NaY particles pulverized into nano-sized particles, and the particles are prepared according to the method for producing NaY zeolite nanopowder by rehydrothermal treatment at 150 ° C. for 12 hours. It is FE-SEM photograph of NaY nanopowder. It can be seen that the nano powder of 50 to 100nm is formed.

도 13은 본 발명의 제1실시예와 제2실시예내에 포함된 분산방법에 따라 도 9에서 얻어진 입자를 사용하여 볼밀링에 의하여 3시간 이내에서 수계조건에서 분산시켜 제조한 ZSM-5 나노졸의 입도를 측정한 데이터를 나타내는 도면이다. 도면에서 나타난 바와 같이, 나노졸의 입자 크기는 무게퍼센트 기준으로 평균 입경이 D10= 37nm, D50 = 50.8 nm, D90 = 90 nm (Wt. % 기준)의 크기분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다.13 shows the present invention According to the dispersion method included in Examples 1 and 2, the particle size of ZSM-5 nanosol prepared by dispersing in aqueous solution within 3 hours by ball milling using the particles obtained in FIG. 9 was measured. It is a figure which shows. As shown in the figure, the particle size of the nanosol has an average particle diameter based on weight percent. D10 = 37 nm, D50 = 50.8 nm, D90 = 90 nm (based on Wt.%) You can check it.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도1 is a flow chart sequentially showing a method for producing a crystalline zeolite according to a first embodiment of the present invention

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 결정성 제올라이트의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도2 is a flowchart sequentially showing a method for preparing a crystalline zeolite according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 주형물질 없이 170oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 ZSM-5 입자의 SEM 사진을 나타내는 도면3 is a SEM photograph of micron-sized ZSM-5 particles prepared by hydrothermal treatment at 170 ° C. for 12 hours without template material.

도 4는 주형물질 없이 100oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 NaA 제올라이트 입자의 FE-SEM 사진을 나타내는 도면Figure 4 is a view showing the FE-SEM picture of the micron-sized NaA zeolite particles prepared by hydrothermal treatment for 12 hours at 100 o C without a template material

도 5는 주형물질 없이 150oC에서 12시간 수열처리하여 제조된 마이크론 크기의 NaY 제올라이트 입자의 FE-SEM 사진을 나타내는 도면FIG. 5 shows FE-SEM photographs of micron-sized NaY zeolite particles prepared by hydrothermal treatment at 150 ° C. for 12 hours without a template material.

도 6은 도 3의 ZSM-5 입자를 볼밀링하여 의해 얻어진 비정질을 지닌 ZSM-5 나노 크기 입자의 TEM 사진을 나타내는 도면FIG. 6 is a TEM photograph of amorphous ZSM-5 nano-sized particles obtained by ball milling the ZSM-5 particles of FIG. 3. FIG.

도 7은 도 3 및 도6에서 얻어진 ZSM-5 마이크론 분말 및 나노분말의 XRD 패턴을 나타내는 도면7 is a view showing an XRD pattern of ZSM-5 micron powder and nanopowder obtained in FIGS. 3 and 6

도 8은 도 6에서 얻어진 비정질의 입자를 시드으로 이용하여 나노분말를 제조한 SEM 사진을 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a view showing an SEM photograph of nanoparticles prepared using the amorphous particles obtained in FIG. 6 as seeds.

도 9는 도 6에서 얻어진 비정질의 입자를 사용하여 170oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 제조된 결정질의 ZSM-5 나노분말의 TEM 사진9 is a TEM photograph of a crystalline ZSM-5 nanopowder prepared by rehydrothermal treatment at 170 ° C. for 12 hours using the amorphous particles obtained in FIG. 6.

도 10은 도 9의 ZSM-5 나노분말의 XRD 사진이다. 10 is an XRD photograph of the ZSM-5 nanopowder of FIG. 9.

도 11은 도 4에서 얻어진 입자를 볼밀링하여 나노크기 입자로 분쇄된 비정질의 NaA 입자를 100oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 제조된 NaA 나노분말의 FE-SEM 사진FIG. 11 is a FE-SEM photograph of NaA nanopowder prepared by reheating amorphous NaA particles pulverized into nano-sized particles by ball milling the particles obtained in FIG. 4 at 100 ° C. for 12 hours.

도 12는 도 5에서 얻어진 입자를 볼밀링하여 나노크기 입자로 분쇄된 비정질의 NaY 입자를 150oC에서 12시간 동안 재수열처리에 의해 제조된 NaY 나노분말의 FE-SEM 사진이다.FIG. 12 is an FE-SEM photograph of NaY nanopowder prepared by rehydrothermal treatment of amorphous NaY particles pulverized into nanosize particles by ball milling the particles obtained in FIG. 5 at 150 ° C. for 12 hours.

도 13은 도 9에서 얻어진 입자들을 볼밀링에 의하여 3시간 이내에서 수계조건에서 분산시켜 제조한 ZSM-5 나노졸의 입도를 측정한 데이터를 나타내는 도면FIG. 13 is a view showing data for measuring particle sizes of ZSM-5 nanosols prepared by dispersing the particles obtained in FIG. 9 under aqueous conditions within 3 hours by ball milling.

Claims (9)

주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액을 이용하여 수열합성에 의한 마이크론 크기의 제올라이트 분말을 제조하는 단계; Preparing a micron-sized zeolite powder by hydrothermal synthesis using an aqueous solution of a first zeolite precursor excluding a template material; 상기 제올라이트 분말 또는 상용화된 제올라이트 분말을 볼밀링 또는 마멸분쇄기 중 어느 하나를 이용하여 수십 나노미터 크기의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 제조하는 단계; Preparing zeolite nanopowders and nanosols containing amorphous particles of several tens of nanometers in size by using either the milling or grinding mills of the zeolite powder or commercially available zeolite powder; 주형물질을 배제한 제2 제올라이트 전구체 수용액에 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 시드로서 첨가하여 수열합성에 의해 결정질 제올라이트 나노분말을 제조하는 단계를 포함하는 결정성 제올라이트의 제조방법.A method for producing a crystalline zeolite comprising preparing a crystalline zeolite nanopowder by hydrothermal synthesis by adding the amorphous zeolite nanopowder and the nanosol as seeds to an aqueous solution of the second zeolite precursor excluding a template. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액 및 제2 제올라이트 전구체 수용액은, The first zeolite precursor aqueous solution and the second zeolite precursor aqueous solution, excluding the template material, 테트라오르토 실리케이트, 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카, 소듐실리케이트 중 적어도 하나로 이루어진 실리카 공급원, 질산알루미늄(Al(NO3)3), 황산알루미늄(Al(SO4)3), 염화알루미늄(AlCl3), 소듐알루미네이트(NaAlO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 적어도 하나로 이루어진 알루미나 공급원, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 어느 하나로 이루어진 하이드록실 이온공급원을 포함하 는 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. A silica source consisting of at least one of tetraortho silicate, colloidal silica, fumed silica, sodium silicate, aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), aluminum sulfate (Al (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), sodium A crystalline material comprising a source of alumina consisting of at least one of aluminate (NaAlO 2 ) and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), a hydroxyl ion source comprising at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide Method of preparing zeolites. 주형물질을 배제한 제올라이트 전구체 수용액을 이용하여 수열합성에 의한 마이크론 크기의 제올라이트 분말을 제조하는 단계; Preparing a micron-sized zeolite powder by hydrothermal synthesis using an aqueous solution of zeolite precursor without a template; 상기 제올라이트 분말 또는 상용화된 제올라이트 분말을 볼밀링 또는 마멸분쇄기 중 어느 하나를 이용하여 수십 나노미터 크기의 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸을 제조하는 단계; Preparing zeolite nanopowders and nanosols containing amorphous particles of several tens of nanometers in size by using either the milling or grinding mills of the zeolite powder or commercially available zeolite powder; 상기 비정질을 포함하는 제올라이트 나노분말 및 나노졸에 하이드록실 이온공급원을 첨가하고 재수열처리하여 결정질을 갖는 제올라이트 나노분말을 제조하는 단계를 포함하는 결정성 제올라이트의 제조방법.The method of preparing a crystalline zeolite comprising the step of adding a hydroxyl ion source to the zeolite nanopowder comprising the amorphous and nanosol and rehydrothermal treatment to prepare a zeolite nanopowder having a crystalline. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 주형물질을 배제한 제올라이트 전구체 수용액은, Zeolite precursor aqueous solution excluding the template material, 테트라오르토 실리케이트, 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카, 소듐실리케이트 중 적어도 하나로 이루어진 실리카 공급원, 질산알루미늄(Al(NO3)3), 황산알루미늄(Al(SO4)3), 염화알루미늄(AlCl3), 소듐알루미네이트(NaAlO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 적어도 하나로 이루어진 알루미나 공급원, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 어느 하나로 이루어진 하이드록실 이온공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. A silica source consisting of at least one of tetraortho silicate, colloidal silica, fumed silica, sodium silicate, aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), aluminum sulfate (Al (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), sodium A crystalline zeolite comprising a source of alumina consisting of at least one of aluminate (NaAlO 2 ) and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and a hydroxyl ion source consisting of at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide. Manufacturing method. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 제올라이트 나노분말을 제조한 후, After preparing the zeolite nano powder, 상기 응집된 제올라이트 나노분말을 1 내지 100㎛ 크기의 지르코니아 볼을 이용한 볼밀링에 의하여 수계에서 분산하여 제올라이트 나노졸을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법.Dispersing the aggregated zeolite nano powder in water by ball milling using a zirconia ball having a size of 1 to 100 μm to prepare a zeolite nanosol. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 제올라이트는 A-제올라이트, X-제올라이트, Y-제올라이트, 제올라이트 L, 및 펜타실 구조를 가지는 ZSM-5, 모더나이트, 베타-제올라이트, ZSM-8, ZSM-11, 실리카라이트-1(Silicalite-1) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. The zeolite may be A-zeolite, X-zeolite, Y-zeolite, zeolite L, and ZSM-5 having a pentasil structure, mordenite, beta-zeolite, ZSM-8, ZSM-11, silicalite-1 (Silicalite- It is any one of 1) The manufacturing method of crystalline zeolite characterized by the above-mentioned. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액 및 제2 제올라이트 전구체 수용액은, The first zeolite precursor aqueous solution and the second zeolite precursor aqueous solution, excluding the template material, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 하나로 이루어진 전이금속 수용액을 더 포함한 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. Among scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn) Method for producing a crystalline zeolite, characterized in that it further comprises at least one aqueous transition metal. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 주형물질을 배제한 제1 제올라이트 전구체 수용액 및 제2 제올라이트 전구체 수용액은, The first zeolite precursor aqueous solution and the second zeolite precursor aqueous solution, excluding the template material, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 하나로 이루어진 전이금속 수용액을 더 포함한 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. Among scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn) Method for producing a crystalline zeolite, characterized in that it further comprises at least one aqueous transition metal. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 수열합성 및 재수열처리 시의 처리온도는, 50 내지 250℃이며, 합성시간은 1 내지 240시간인 것을 특징으로 하는 결정성 제올라이트의 제조방법. The process temperature at the time of the hydrothermal synthesis and rehydrothermal treatment is 50 to 250 ℃, the synthesis time is 1 to 240 hours, characterized in that the manufacturing method of crystalline zeolite.
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