KR20220116798A - Hydroxyapatite-Zeolite Composite Using Industrial Products And Method for Manufacturing the Same - Google Patents

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KR20220116798A
KR20220116798A KR1020210020086A KR20210020086A KR20220116798A KR 20220116798 A KR20220116798 A KR 20220116798A KR 1020210020086 A KR1020210020086 A KR 1020210020086A KR 20210020086 A KR20210020086 A KR 20210020086A KR 20220116798 A KR20220116798 A KR 20220116798A
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Abstract

The present invention relates to a hydroxyapatite-zeolite composite in which a phosphoric acid solution, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), and an alkali activator are mixed with industrial by-products such as fly ash and fine slag powder and hydroxyapatite capable of adsorbing anions and zeolite capable of adsorbing cations are simultaneously synthesized so that large amounts of cations and anions can be absorbed.

Description

수산화인회석-제올라이트 복합체 및 그 제조 방법{Hydroxyapatite-Zeolite Composite Using Industrial Products And Method for Manufacturing the Same}Hydroxyapatite-Zeolite Composite Using Industrial Products And Method for Manufacturing the Same

본 발명은 제올라이트 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라이애쉬와 슬래그 미분말과 같은 산업부산물에 인산 용액과 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide) 및 알칼리 활성화제 등을 혼합하여 음이온 흡착에 능한 수산화인회석과 양이온 흡착에 능한 제올라이트를 동시에 합성함으로써 양이온과 음이온을 대량으로 흡착할 수 있는 수산화인회석-제올라이트 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a zeolite composite and a method for producing the same, and more particularly, by mixing a phosphoric acid solution, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide) and an alkali activator with industrial by-products such as fly ash and fine slag powder to anion The present invention relates to a hydroxyapatite-zeolite complex capable of adsorbing a large amount of cations and anions by simultaneously synthesizing hydroxyapatite capable of adsorption and a zeolite capable of cation adsorption, and a method for preparing the same.

도시교통 수요의 폭발적 증가와 함께 도로 건설이 확산되면서 도시의 대기 및 하천의 수질 환경이 급격히 악화되고 있다. 21세기 건설분야의 지속적인 성장을 위해서도 주변 환경의 오염원을 능동적으로 완화하는 기능성 재료에 대한 수요가 증가하고 있다.As road construction spreads along with the explosive increase in urban transportation demand, the urban air and water quality environment of rivers is rapidly deteriorating. For the continuous growth of the construction sector in the 21st century, the demand for functional materials that actively mitigate pollution sources in the surrounding environment is increasing.

최근 들어 도시 하천이나 호수의 수질정화의 목적으로 천연 또는 합성 제올라이트를 콘크리트에 혼입하여 제조한 하천블록이 수질정화용으로 사용되고 있다. 예를 들어 등록특허 제10-0961564호에는 결합재로 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 및 보통 포틀랜드 시멘트 등을 사용하고, 환경오염 및 수질정화를 극대화하기 위하여 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, Ca형 인공 제올라이트 및 활성탄소를 결합재 100중량부에 대하여 소정의 비율로 혼합하며, 혼화제로서 유동화제와 고성능 AE감수제와, 콘크리트의 구조성능 및 내구성 향상을 위하여 길이가 3∼30mm인 친수성 폴리아미드(Polyamide) 섬유, 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol) 섬유, 이형 강섬유 및 방청매쉬를 보강재로서 혼입하여 제조함으로써, 수질정화 및 환경정화 성능이 우수하고 물리역학적 기능이 탁월한 수질 및 환경정화와 토질안정화 기능을 갖는 고기능 친환경 콘크리트의 제조방법이 개시되어 있다. Recently, for the purpose of water purification of urban rivers or lakes, river blocks manufactured by mixing natural or synthetic zeolite with concrete are used for water purification. For example, in Patent Registration No. 10-0961564, blast furnace slag cement, fly ash cement, and ordinary Portland cement are used as binders, and in order to maximize environmental pollution and water purification, natural zeolite, synthetic zeolite, Ca-type artificial zeolite and active Carbon is mixed in a predetermined ratio with respect to 100 parts by weight of the binder, and as an admixture, a fluidizing agent and a high-performance AE water reducing agent, and a hydrophilic polyamide fiber with a length of 3 to 30 mm to improve the structural performance and durability of concrete, polyvinyl Manufacturing method of high-functional eco-friendly concrete with excellent water and environmental purification and soil stabilization functions with excellent water and environmental purification performance and excellent physico-mechanical functions by mixing polyvinyl alcohol fibers, deformable steel fibers and rust-preventing mesh as reinforcing materials This is disclosed.

또한 등록특허 제10-1984862호에는 플라이 애시, 슬래그 및 알칼리 활성화제를 혼합한 지오폴리머 슬러리로부터 수열합성반응을 이용하여 고강도 제올라이트를 제조함으로써 다수의 나노 공극을 형성하여 우수한 흡착성능을 갖도록 한 고강도 제올라이트 및 그의 제조방법이 개시되어 있다. In addition, Patent Registration No. 10-1984862 discloses a high-strength zeolite having excellent adsorption performance by forming a number of nanopores by manufacturing high-strength zeolite from a geopolymer slurry mixed with fly ash, slag and alkali activator using hydrothermal synthesis reaction. and a manufacturing method thereof are disclosed.

그러나, 이러한 종래의 제올라이트 복합체는 양이온 흡착 성능은 우수하지만 음이온은 흡착이 되지 않아 중금속 제거 능력에 한계가 있으며, 슬래그 등의 산업부산물에 함유되어 있는 칼슘 성분을 유효하게 사용하기 힘든 문제가 있다. However, these conventional zeolite composites have excellent cation adsorption performance, but do not adsorb anions, so there is a limitation in heavy metal removal ability, and there is a problem in that it is difficult to effectively use the calcium component contained in industrial by-products such as slag.

대한민국 등록특허 제10-0961564호(2010.05.27. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0961564 (Registered on May 27, 2010) 대한민국 등록특허 제10-1984862호(2019.05.27. 등록)Republic of Korea Patent No. 10-1984862 (registered on May 27, 2019)

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 음이온 흡착 성능이 우수한 수산화인회석과 양이온 흡착 성능이 우수한 제올라이트를 동시에 합성하여 양이온과 음이온을 대량으로 흡착할 수 있으며, 수산화인회석의 결정 응집 현상을 억제함으로써 흡착성능을 더욱 향상시킬 수 있는 수산화인회석-제올라이트 복합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to simultaneously synthesize hydroxyapatite having excellent anion adsorption performance and zeolite having excellent cation adsorption performance to adsorb a large amount of cations and anions, and to determine hydroxyapatite An object of the present invention is to provide a hydroxyapatite-zeolite composite capable of further improving adsorption performance by suppressing aggregation, and a method for manufacturing the same.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수산화인회석-제올라이트 복합체는, 산업부산물 미분말과, 인산 용액, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide), 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합하여 수산화인회석(hydroxyapatite) 및 제올라이트가 합성된 것이다. The hydroxyapatite-zeolite composite according to the present invention for achieving the above object is prepared by mixing fine industrial by-product powder, phosphoric acid solution, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB), and alkaline metal hydroxide solution to form hydroxyapatite. and zeolite are synthesized.

상기 산업부산물 미분말은 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말 중 어느 하나를 단독으로 사용하거나, 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말을 혼합하여 이루어질 수 있다.The fine powder of industrial by-products may be made by using either one of fine fly ash powder and fine slag powder alone, or by mixing fine fly ash powder and fine slag powder.

상기 수산화인회석-제올라이트 복합체의 칼슘(Ca)/인(P)의 몰비율은 1.3~1.7 인 것이 바람직하다.The molar ratio of calcium (Ca)/phosphorus (P) of the hydroxyapatite-zeolite composite is preferably 1.3 to 1.7.

본 발명에 따른 수산화인회석-제올라이트 복합체를 제조하는 방법은,The method for preparing the hydroxyapatite-zeolite composite according to the present invention comprises:

(S1) 산업부산물 미분말과 인산 용액을 혼합하여 교반하는 단계;(S1) mixing and stirring the industrial by-product fine powder and phosphoric acid solution;

(S2) 상기 S1 단계에서 만들어진 혼합물에 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)과 알칼리성 수산화 금속 용액을 투입하고, 정해진 온도로 가열하면서 교반하는 단계; 및,(S2) adding cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and an alkaline metal hydroxide solution to the mixture made in step S1, and stirring while heating to a predetermined temperature; and,

(S3) 상기 S2 단계의 혼합물을 교반없이 일정 시간동안 가열하여 양생하는 단계;(S3) curing the mixture of step S2 by heating it for a predetermined time without stirring;

를 포함한다. includes

상기 S1 단계에서는 1~2시간동안 교반하여 칼슘 이온의 용출을 유도한다. In the step S1, the elution of calcium ions is induced by stirring for 1 to 2 hours.

상기 S1 단계에서 칼슘(Ca)/인(P)의 몰비율이 1.3~1.7 이 되도록 인산 용액의 양을 조절하여 혼합한다. In step S1, the amount of phosphoric acid solution is adjusted and mixed so that the molar ratio of calcium (Ca)/phosphorus (P) is 1.3 to 1.7.

또한 상기 S2 단계에서는 90 ~ 120℃의 온도에서 진행될 수 있다.In addition, the step S2 may be carried out at a temperature of 90 ~ 120 ℃.

본 발명에 따르면, 산업부산물인 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말에 인산 용액과 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합함으로써 음이온 흡착 성능이 우수한 수산화인회석과 양이온 흡착 성능이 우수한 제올라이트를 동시에 합성하여 수질 정화 또는 대기 정화에 사용할 수 있다.According to the present invention, hydroxyapatite with excellent anion adsorption performance and zeolite with excellent cation adsorption performance are synthesized simultaneously by mixing a phosphoric acid solution and an alkaline metal hydroxide solution with fine industrial by-product slag powder and fly ash fine powder, which can be used for water purification or air purification. can

특히 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide)을 첨가하여 수산화인회석의 결정핵을 분산시켜 수산화인회석의 결정 응집을 억제함으로써 비표면적을 증가시켜 흡착성능을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In particular, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) is added to disperse the crystal nuclei of hydroxyapatite to inhibit crystal aggregation of hydroxyapatite, thereby increasing the specific surface area and further improving the adsorption performance.

도 1은 수산화인회석-제올라이트 복합체 시편에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of a hydroxyapatite-zeolite composite specimen.

이하 본 발명에 따른 수산화인회석-제올라이트 복합체 및 그 제조 방법의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, examples of the hydroxyapatite-zeolite composite and method for preparing the same according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 수산화인회석-제올라이트 복합체는, 산업부산물 미분말로서 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말, 인산 용액, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide), 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합하여, 음이온 흡착 성능이 우수한 수산화인회석과 양이온 흡착 성능이 우수한 제올라이트가 동시에 합성된 분말 형태의 복합체로서, 상기 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)의 첨가로 인해 수산화인회석의 결정 응집 현상을 최소화한 복합체이다. The hydroxyapatite-zeolite composite according to the present invention is a fine powder of industrial by-products, including fine slag powder, fine fly ash powder, phosphoric acid solution, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB), and alkaline metal hydroxide solution. It is a complex in the form of a powder in which hydroxyapatite and zeolite having excellent cation adsorption performance are simultaneously synthesized, and is a complex in which crystal aggregation of hydroxyapatite is minimized due to the addition of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB).

상기 산업부산물 미분말은 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말이며, 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말은 단독으로 사용될 수도 있고 혼합하여 사용될 수도 있다. The fine powder of the industrial by-product is a fine fly ash powder and a fine slag powder, and the fine fly ash powder and the fine slag powder may be used alone or in combination.

상기 슬래그 미분말은 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3 및 CaO로 이루어져 있으며, K2O, Na2O, MgO, TiO2 등과 같은 여러 다른 금속 산화물들이 소량 함유될 수 있다. 슬래그의 칼슘 성분은 인산의 인과 반응하여 수산화인회석[Ca10(PO4)6(OH)2]을 합성하며, 여분의 성분에서 제올라이트를 합성하게 된다. The fine slag powder is mainly composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 and CaO, and various other metal oxides such as K 2 O, Na 2 O, MgO, TiO 2 and the like may be contained in small amounts. The calcium component of the slag reacts with phosphorus of phosphoric acid to synthesize hydroxyapatite [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ], and zeolite is synthesized from the excess component.

상기 플라이애쉬 미분말은 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3를 포함하고, 일부는 결정 구조 또는 비정질 구조일 수 있다. 상기 플라이애쉬는 제올라이트를 합성하게 된다. 플라이애쉬 미분말은 제올라이트 합성량을 충분히 늘리기 위해 첨가하나, 그 양이 높을수록 수산화인회석의 합성을 방해하므로 복합체 전체 중량의 30 중량% 이하가 바람직하다. The fly ash fine powder includes SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 , and some may have a crystalline structure or an amorphous structure. The fly ash is to synthesize zeolite. The fine fly ash powder is added to sufficiently increase the amount of zeolite synthesis, but as the amount increases, the synthesis of hydroxyapatite is hindered, so 30 wt% or less of the total weight of the composite is preferable.

상기 인산 용액은 인산의 산성으로 칼슘 성분 용출량을 높이고, 수산화인회석 합성에 필요한 인 성분을 제공한다. 아래의 표 1에 기재된 것과 같이, 수산화인회석[Ca10(PO4)6(OH)2]은 칼슘(Ca)/인(P)의 몰비율이 1.33~1.67에서 가장 높은 비표면적을 갖는 것으로 확인되었으므로, 칼슘/인의 몰비율을 1.3~1.7 로 제한하는 것이 바람직하다. The phosphoric acid solution increases the elution amount of the calcium component due to the acidity of phosphoric acid, and provides the phosphorus component necessary for the synthesis of hydroxyapatite. As shown in Table 1 below, it was confirmed that hydroxyapatite [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] has the highest specific surface area when the molar ratio of calcium (Ca) / phosphorus (P) is 1.33 to 1.67. Therefore, it is preferable to limit the molar ratio of calcium / phosphorus to 1.3 to 1.7.

Ca/PCa/P A(㎡/g)A (m2/g) 1.001.00 180.2180.2 1.331.33 198.5198.5 1.671.67 227.2227.2 2.002.00 181.6181.6

또한 인(P)이 너무 적게 들어가면 FAU 제올라이트 합성율이 낮아지게 되고, 반대로 인이 너무 많이 들어가면 Na-P1(Na5.92Al6Si10O43.28) 제올라이트 합성율이 낮아지게 되며, 어느쪽이든 수산화인회석 합성에 방해가 된다. 또한 인산 용액은 산성으로서 칼슘(Ca) 이온 용출을 유도하지만, 인산이 너무 많이 들어가게 되면 pH가 지나치게 낮아져서 제올라이트와 수산화인회석의 합성에 방해가 된다. In addition, if too little phosphorus (P) is added, the synthesis rate of FAU zeolite will be lowered. Conversely, if too much phosphorus is added, the synthesis rate of Na-P1 (Na 5.92 Al 6 Si 10O43.28 ) zeolite will be lowered, and either side will interfere with the synthesis of hydroxyapatite. becomes In addition, the phosphoric acid solution is acidic and induces calcium (Ca) ion elution, but if phosphoric acid is added too much, the pH becomes too low, which interferes with the synthesis of zeolite and hydroxyapatite.

수산화인회석-제올라이트 복합체는 높은 알칼리도로 인해 수산화인회석의 결정 응집현상을 야기하고 이로 인해 흡착성능이 감소하는 현상이 발생할 수 있으나, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)를 함께 사용함으로써 수산화인회석의 결정 응집을 방지함으로써 음이온에 대한 흡착성능을 증가시킴과 동시에 제올라이트의 성능 향상시킬 수 있다. 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)은 양이온성 계면활성제로서, 수산화인회석의 결정핵을 분산시켜 수산화인회석의 결정이 응집되지 않고 작게 분포되어 형성되도록 함으로써 비표면적을 증가시키는 작용을 한다. 또한, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)는 제올라이트를 형성할 때 구조 지시제 또는 Template로 활용되어 제올라이트 형성에 도움을 주고, 비표면적 역시 증가시킬 수 있다. 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)은 10~100mM 농도로 사용되는 것이 바람직하다. The hydroxyapatite-zeolite composite causes crystal aggregation of hydroxyapatite due to its high alkalinity, which may cause a decrease in adsorption performance. By doing so, it is possible to increase the adsorption performance for anions and at the same time improve the performance of the zeolite. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is a cationic surfactant, and acts to increase the specific surface area by dispersing the crystal nuclei of hydroxyapatite so that the crystals of hydroxyapatite are distributed and formed small without agglomeration. In addition, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used as a structure indicator or template when forming zeolite to help form zeolite, and can also increase specific surface area. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is preferably used at a concentration of 10 to 100 mM.

알칼리성 수산화 금속 용액은 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 혼합되면 지오폴리머(Geopolymer) 슬러리를 생성하게 되며, 지오폴리머 슬러리는 몰드에 넣은 다음 챔버 내에서 가열하면 수열합성반응을 일으켜 Na-P1(Na5.92Al6Si10O43.28) 제올라이트 또는 FAU 제올라이트로 상변환된다. 수산화인회석 및 제올라이트는 pH에 따라 합성도 및 종류가 변화되므로 알칼리성 수산화 금속 용액을 통해 pH를 조정한다. 즉, 저농도 알칼리 용액(2~3M)에서는 Na-P1(Na5.92Al6Si10O43.28) 및 FAU 제올라이트를 얻을 수 있고, 고농도 알칼리 용액(5M 이상)에서는 Sodalite 제올라이트 등의 제올라이트를 얻을 수 있는데, 가장 흡착력이 좋은 것으로 평가되는 FAU 제올라이트 및 Na-P1 제올라이트를 생성하는 2~3M 농도가 바람직하다. 또한 수산화인회석의 응집현상을 억제하고 Hydroxysodalite의 생성을 억제하기 위해 알칼리성 수산화 금속 용액은 3M이 바람직한 것으로 확인되었다.When the alkaline metal hydroxide solution is mixed with fine slag powder and fine fly ash powder, a geopolymer slurry is created. 6 Si 10O43.28 ) zeolite or FAU zeolite. Since hydroxyapatite and zeolite change in the degree and type of synthesis depending on the pH, the pH is adjusted through an alkaline metal hydroxide solution. That is, in a low concentration alkaline solution (2 to 3M), Na-P1 (Na 5.92 Al 6 Si 10O43.28 ) and FAU zeolite can be obtained, and in a high concentration alkaline solution (5M or more), a zeolite such as Sodalite zeolite can be obtained, A concentration of 2-3M to produce FAU zeolite and Na-P1 zeolite, which are evaluated to have the best adsorption capacity, is preferred. In addition, it was confirmed that 3M alkaline metal hydroxide solution was preferable to suppress the aggregation of hydroxyapatite and the formation of hydroxysodalite.

알칼리성 수산화 금속 용액으로서 수산화나트륨 용액 등을 사용할 수 있다. 알칼리성 수산화 금속 용액으로서 수산화칼륨을 사용하는 경우, 칼륨의 이온화 정도가 칼슘보다 높아 수산화인회석의 합성을 방해하게 되므로 칼륨 이온을 함유한 금속염은 사용하지 않는 것이 바람직하다. As the alkaline metal hydroxide solution, a sodium hydroxide solution or the like can be used. When potassium hydroxide is used as the alkaline metal hydroxide solution, it is preferable not to use a metal salt containing potassium ions because the ionization degree of potassium is higher than that of calcium, which interferes with the synthesis of hydroxyapatite.

한편 수산화인회석 및 제올라이트를 합성하는데 있어서 온도 및 압력 조건 또한 중요한 영향을 미친다. 수열합성반응 온도는 대략 50~500℃ 일 수 있으며, 25 ~ 150℃가 바람직하다. 또한 합성물질의 결정도를 높이고 물의 증발을 방지하기 위해 오토클레이브와 같은 내열 및 내압성 챔버에 넣어 양생하는 것이 바람직하다. 특히 100℃ 이상의 온도에서는 물의 증발을 막기 위해서는 내열 및 내압성 챔버에 넣어 양생하는 것이 필수적이다.Meanwhile, in synthesizing hydroxyapatite and zeolite, temperature and pressure conditions also have an important influence. The hydrothermal synthesis reaction temperature may be approximately 50 ~ 500 ℃, preferably 25 ~ 150 ℃. In addition, in order to increase the crystallinity of the synthetic material and to prevent evaporation of water, it is preferable to put it in a heat-resistant and pressure-resistant chamber such as an autoclave to cure it. In particular, at a temperature of 100°C or higher, it is essential to put it in a heat-resistant and pressure-resistant chamber to prevent water evaporation.

다음으로 상술한 수산화인회석-제올라이트 복합체를 제조하는 방법을 상세히 설명한다. Next, a method for preparing the above-described hydroxyapatite-zeolite composite will be described in detail.

본 발명의 수산화인회석-제올라이트 복합체 제조 방법은 다음의 단계들을 포함한다. The method for preparing the hydroxyapatite-zeolite composite of the present invention includes the following steps.

(S1) 슬래그 미분말 및 플라이애쉬 미분말과 인산 용액을 혼합하여 교반하는 단계(S1) mixing and stirring the slag fine powder and fly ash fine powder with the phosphoric acid solution

(S2) 상기 S1 단계에서 만들어진 혼합물에 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)과 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합하고, 정해진 온도로 가열하면서 교반하는 단계(S2) mixing cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and an alkaline metal hydroxide solution with the mixture made in step S1, and stirring while heating to a predetermined temperature

(S3) 상기 S2 단계의 혼합물을 교반없이 일정 시간동안 가열하여 양생하는 단계(S3) curing the mixture of step S2 by heating it for a certain period of time without stirring

상기 S1 단계에서는 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 인산 용액을 가열없이 1~2시간동안 교반하여 칼슘 이온의 용출을 유도한다. 이 때 2시간 이상 교반할 경우 용액이 젤리화되므로 교반 시간은 2시간을 초과하지 않는 것이 바람직하다. In the step S1, the fine slag powder, the fine fly ash powder, and the phosphoric acid solution are stirred for 1 to 2 hours without heating to induce the elution of calcium ions. At this time, when stirring for more than 2 hours, the solution becomes jelly, so it is preferable that the stirring time does not exceed 2 hours.

상기 S2 단계에서는 상기 S1 단계에서 만들어진 혼합물에 수산화나트륨 용액과 같은 알칼리성 수산화 금속 용액과 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)을 혼합한 후에 90 ~ 120℃의 온도에서 약 2시간 동안 교반한다. 이 때 온도는 90 ~ 120℃ 를 유지해야 넓은 비표면적을 갖는 복합체를 제조할 수 있다. In step S2, an alkaline metal hydroxide solution such as sodium hydroxide solution and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) are mixed with the mixture made in step S1, followed by stirring at a temperature of 90 to 120° C. for about 2 hours. At this time, the temperature must be maintained at 90 ~ 120 ℃ to manufacture a composite having a large specific surface area.

상기 S3 단계에서는 교반을 중지하고, 오토클레이브 등을 이용하여 혼합물을 밀봉하여 증발을 최대한 억제한 상태에서 24~48 시간 동안 25 ~ 150℃ 이하의 온도에서 양생한다.In step S3, stirring is stopped, and the mixture is sealed using an autoclave, etc., and cured at a temperature of 25 to 150° C. or less for 24 to 48 hours in a state where evaporation is maximally suppressed.

실시예Example

슬래그 미분말 25g과 플라이애쉬 5g과 인산 용액(1.5M, 100㎖)을 혼합하여 2시간 동안 교반한다. 이 때, 칼슘/인의 몰비율을 1.7로 맞춘다(단계 S1). 25 g of fine slag powder, 5 g of fly ash, and a phosphoric acid solution (1.5 M, 100 ml) are mixed and stirred for 2 hours. At this time, the molar ratio of calcium/phosphorus is adjusted to 1.7 (step S1).

그리고 상기 슬래그 미분말과 인산 용액의 혼합물에 수산화나트륨(3M)와 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)(0~100mM)을 혼합한 용액 350㎖를 혼합하고 100℃에서 2시간 동안 교반하여 혼합물을 제조한다(단계 S2). 이 때, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)의 농도를 각각 0mM, 30mM, 50mM, 70mM, 100mM으로 다르게 하여 다섯 종류의 혼합물을 제조하였다.Then, 350 ml of a solution of sodium hydroxide (3M) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) (0-100 mM) was mixed with the mixture of the slag fine powder and the phosphoric acid solution, and stirred at 100 ° C. for 2 hours to prepare a mixture ( step S2). At this time, five types of mixtures were prepared by varying the concentrations of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) to 0 mM, 30 mM, 50 mM, 70 mM, and 100 mM, respectively.

교반이 완료되면, 상기 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말, 인산 용액, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB), 수산화나트륨 용액의 혼합물을 오토클레이브(Auto-clave) 챔버에 넣은 후, 100℃, 0.15 MPa 조건 하에서 48시간 동안 가열하여 수열합성반응을 수행하였다(단계 S3). When stirring is complete, a mixture of the fine slag powder, fine fly ash powder, phosphoric acid solution, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), and sodium hydroxide solution is placed in an auto-clave chamber, and then 48 A hydrothermal synthesis reaction was performed by heating for a period of time (step S3).

그런 다음, 제조된 물질을 충분히 세척한 후 여과시켜 수산화인회석-제올라이트 복합체 시편을 얻었다.after that, The prepared material was sufficiently washed and then filtered to obtain a hydroxyapatite-zeolite composite specimen.

이와 같이 만들어진 5개의 복합체 시편에 대하여 X선 회절 분석을 수행한 결과(도 1 참조), 수산화인회석과 FAU 제올라이트가 동시에 합성되었으며, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)의 농도가 증가할수록 수산화인회석의 결정도가 감소하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 결정이 작게 분산되었기 때문이다.As a result of performing X-ray diffraction analysis on the five composite specimens prepared in this way (see FIG. 1), hydroxyapatite and FAU zeolite were simultaneously synthesized, and as the concentration of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) increased, the crystallinity of hydroxyapatite increased. It can be seen that the decrease is due to the small dispersion of the crystals.

상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 산업부산물인 슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말에 인산 용액과 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합함으로써 음이온 흡착 성능이 우수한 수산화인회석과 양이온 흡착 성능이 우수한 제올라이트를 동시에 합성할 수 있으며, 여기에 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)을 혼합하여 수산화인회석의 결정핵을 분산시켜 수산화인회석의 결정 응집을 억제하고, 이로써 비표면적을 증가시켜 흡착성능을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, hydroxyapatite with excellent anion adsorption performance and zeolite with excellent cation adsorption performance can be simultaneously synthesized by mixing a phosphoric acid solution and an alkaline metal hydroxide solution with fine industrial by-product slag powder and fly ash fine powder, Here, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is mixed to disperse crystal nuclei of hydroxyapatite to inhibit crystal aggregation of hydroxyapatite, thereby increasing specific surface area to improve adsorption performance.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various substitutions, additions and modifications within the scope not departing from the technical spirit described above. Of course, it will be understood that such modified embodiments also fall within the protection scope of the present invention as defined by the appended claims below.

Claims (7)

산업부산물 미분말과, 인산 용액, 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB; Cetyl trimethylammonium bromide), 알칼리성 수산화 금속 용액을 혼합하여 수산화인회석(hydroxyapatite) 및 제올라이트가 합성된 수산화인회석-제올라이트 복합체.A hydroxyapatite-zeolite complex in which hydroxyapatite and zeolite are synthesized by mixing fine industrial by-product powder, phosphoric acid solution, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB), and alkaline metal hydroxide solution. 제1항에 있어서, 상기 산업부산물 미분말은 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말 중 어느 하나를 단독으로 사용하거나, 플라이애쉬 미분말과 슬래그 미분말을 혼합하여 이루어진 수산화인회석-제올라이트 복합체.The hydroxyapatite-zeolite composite according to claim 1, wherein the fine powder of industrial by-products is made by using either fine fly ash powder or fine slag powder alone or by mixing fine fly ash powder and fine slag powder. 제1항에 있어서, 칼슘(Ca)/인(P)의 몰비율이 1.3~1.7 인 수산화인회석-제올라이트 복합체.The hydroxyapatite-zeolite composite according to claim 1, wherein the molar ratio of calcium (Ca)/phosphorus (P) is 1.3 to 1.7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 수산화인회석-제올라이트 복합체를 제조하는 방법으로서,
(S1) 산업부산물 미분말과 인산 용액을 혼합하여 교반하는 단계;
(S2) 상기 S1 단계에서 만들어진 혼합물에 브롬화세틸트리메틸암모늄(CTAB)과 알칼리성 수산화 금속 용액을 투입하고, 정해진 온도로 가열하면서 교반하는 단계; 및,
(S3) 상기 S2 단계의 혼합물을 교반없이 일정 시간동안 가열하여 양생하는 단계;
를 포함하는 수산화인회석-제올라이트 복합체의 제조 방법.
A method for preparing the hydroxyapatite-zeolite composite according to any one of claims 1 to 3, comprising:
(S1) mixing and stirring the industrial by-product fine powder and phosphoric acid solution;
(S2) adding cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and an alkaline metal hydroxide solution to the mixture made in step S1, and stirring while heating to a predetermined temperature; and,
(S3) curing the mixture of step S2 by heating it for a predetermined time without stirring;
A method for producing a hydroxyapatite-zeolite composite comprising a.
제4항에 있어서, 상기 S1 단계에서는 1~2시간동안 교반하여 칼슘 이온의 용출을 유도하는 수산화인회석-제올라이트 복합체의 제조 방법.[Claim 5] The method of claim 4, wherein in step S1, elution of calcium ions is induced by stirring for 1 to 2 hours. 제4항에 있어서, 상기 S1 단계에서 칼슘(Ca)/인(P)의 몰비율이 1.3~1.7 이 되도록 인산 용액의 양을 조절하여 혼합하는 수산화인회석-제올라이트 복합체의 제조 방법.[Claim 5] The method of claim 4, wherein the amount of the phosphoric acid solution is adjusted and mixed so that the molar ratio of calcium (Ca)/phosphorus (P) is 1.3 to 1.7 in step S1. 제6항에 있어서, 상기 S2 단계에서는 90 ~ 120℃의 온도에서 진행되는 수산화인회석-제올라이트 복합체의 제조 방법.
The method of claim 6, wherein in step S2, the hydroxyapatite-zeolite composite is performed at a temperature of 90 to 120°C.
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