KR20230062049A - SAPO-34 zeolite-coated composite membrane manufacturing method and SAPO-34 zeolite coated composite membrane manufactured through the same for gas separation - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a manufacturing method for silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, which comprises the steps of: preparing a SAPO-34 seed solution including at least one aluminum supply source, at least one phosphorus supply source, at least one silicon supply source, at least one organic mold body, and water; preparing a SAPO-34 growth solution including at least one aluminum supply source, at least one phosphorus supply source, at least one silicon supply source, at least one organic mold body, and water; immersing a supporter in the SAPO-34 seed solution; calcining the supporter; and hydrothermal-synthesizing the supporter by immersing the same in the SAPO-34 growth solution. Accordingly, the silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane of the present invention has excellent separation characteristics for separating nitrogen and methane, hydrogen and carbon dioxide, hydrogen and methane, and hydrogen and nitrogen.

Description

SAPO-34 제올라이트가 박막코팅된 기체분리 복합막 제조방법 및 이를 통해 제조되는 SAPO-34 제올라이트 복합막{SAPO-34 zeolite-coated composite membrane manufacturing method and SAPO-34 zeolite coated composite membrane manufactured through the same for gas separation}SAPO-34 zeolite-coated composite membrane manufacturing method and SAPO-34 zeolite coated composite membrane manufactured through the same for gas separation}

SAPO-34 제올라이트가 박막코팅된 기체분리 복합막 제조방법 및 이를 통해 제조되는 SAPO-34 제올라이트 기체분리 복합막에 관한 것이다.A method for manufacturing a gas separation composite membrane coated with a thin film of SAPO-34 zeolite and a SAPO-34 zeolite gas separation composite membrane manufactured thereby.

천연가스는 주성분이 메탄으로 전 세계 에너지 소비의 약 23%를 담당하고 있으며 (J. Membr. Sci 520 (2016) 240) International Energy Agency (IEA)는 2035년 경에는 44% 증가할 것이라고 예상하고 있다. 메탄이 포함된 천연가스나 세일가스, 매립지 등에서 메탄(CH4)은 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 수소(H2) 등의 불순물과 함께 존재하여 분리정제가 필수적이다. 특히, 미국의 경우, 천연가스 지층의 17% 정도가 높은 질소 농도로 인하여 활용되지 못하고 있다. 매립지가스, 바이오매스, 유기성 폐기물 분야 연구에서도 고농도의 메탄에 불순물로 이산화탄소 및 질소 등이 포함되어 있다. 대우건설/가스공사 기술자료를 살펴보면, 경우에 따라서 20% 이상이 질소가 10-50% 정도 포함되어 있으며, 이중 질소가 포함된 메탄의 경우 천연가스, 세일가스, 석탄가스전, 매립지 등이 있으며 시장대체 효과는 60만원/톤으로 가정하면 세계 144조원에 해당하는 것으로 추정된다.Natural gas, whose main component is methane, accounts for about 23% of global energy consumption (J. Membr. Sci 520 (2016) 240), and the International Energy Agency (IEA) predicts that it will increase by 44% by 2035. . Methane (CH 4 ) in methane-containing natural gas, shale gas, landfill, etc. exists together with impurities such as carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), and hydrogen (H 2 ), so separation and purification are essential. In particular, in the case of the United States, about 17% of natural gas formations are not utilized due to high nitrogen concentration. In research on landfill gas, biomass, and organic waste, high-concentration methane contains carbon dioxide and nitrogen as impurities. Looking at the technical data of Daewoo E&C/Gas Corporation, in some cases, more than 20% of nitrogen contains 10-50% of nitrogen, and in the case of methane containing nitrogen, natural gas, sale gas, coal gas field, landfill, etc. Assuming that the substitution effect is KRW 600,000/ton, it is estimated to be equivalent to KRW 144 trillion worldwide.

고순도 메탄을 회수하기 위해서는 기존의 증류기술로는 질소와 메탄의 액화온도가 비슷하여 에너지 소비가 크며 대형 플랜트가 요구되어 중소규모에서는 경제성이 없고 에너지가 많이 들어 적용되지 않고 있다. 또한 이 중 이산화탄소의 제거는 기존의 흡수, 흡착 및 분리막 소재와 기술로 충분히 제거가 가능하지만 질소와 메탄은 분자크기(kinetic diameter)가 질소는 0.365 nm, 메탄은 0.4 nm로 서로 비슷하여 흡착, 막분리 등에서 상업화되는 분리기술이 없어 채굴을 하지 않거나 그대로 태워 버려지고 있는 실정이다. In order to recover high-purity methane, the existing distillation technology has similar liquefaction temperatures of nitrogen and methane, so energy consumption is high and a large plant is required. In addition, the removal of carbon dioxide can be sufficiently removed with existing absorption, adsorption, and separation membrane materials and technologies, but nitrogen and methane have similar kinetic diameters of 0.365 nm for nitrogen and 0.4 nm for methane, so adsorption and membrane There is no separation technology commercialized in separation, etc., so it is not mined or burned as it is.

<참고표><Reference table>

Figure pat00001
Figure pat00001

기체분리막 기술은 현재 이러한 질소를 제거하고 고순도의 메탄 회수하는 경우 심냉증류법에 비해 에너지를 적게 들이면서 정제하여 최소한 심냉증류법에 비해 1/4이하로 값싸게 천연가스를 대체할 수 있어 경제성이 아주 높다 (Lokhandwala et al. (2010) J. of Membrane Sci., 346, 270-279). 독일의 Wessling 그룹은 메탄 회수를 위해서 분리막 선택도로 CH4/N2 6.7 ~ 8.0 또는 N2/CH4 3.5 ~ 4.0 이상을 제시한 바 있다 (J. Membr. Sci. 2016, 498, 291-301).The current gas separation membrane technology removes such nitrogen and recovers high-purity methane, refines it while consuming less energy than deep cold distillation, and can replace natural gas at least 1/4 cheaper than deep cold distillation, so it is very economical. (Lokhandwala et al. (2010) J. of Membrane Sci., 346, 270-279). The Wessling group in Germany has proposed CH 4 /N 2 6.7 ~ 8.0 or N 2 /CH 4 3.5 ~ 4.0 or more as membrane selectivity for methane recovery (J. Membr. Sci. 2016, 498, 291-301). .

특히 중소규모로 산재되어 있는 천연가스나 매립지 발생 지역에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있어 막분리 공정이 도입될 경우 중소규모의 집약적인 플랜트가 가능하며 이에 따라 N2/CH4 혹은 CH4/N2 선택도 및 투과도가 높은 N2 제거용 분리막이 필요하며 막분리소재 개발 및 공정은 중요 연구 분야라 할 수 있다.In particular, it has the advantage of being easily applicable to small and medium-sized scattered natural gas or landfill generating areas, so when the membrane separation process is introduced, small and medium-sized intensive plants are possible, and accordingly, N 2 /CH 4 or CH 4 /N 2 Separation membranes for N 2 removal with high selectivity and permeability are required, and the development and process of membrane separation materials are important areas of research.

과거의 질소/메탄 고분자소재를 이용한 분리막 연구의 예를 보면. 미국 등록특허 제9403120호에서는 perfluorinated monomer를 사용하여 기체분리막을 제조하였으며 (N2/CH4 선택도 5.3, N2 permeance 28 GPU), 미국 MTR사에서 실록산계 복합막을 적용한 NitroSep™이란 상업명으로 CH4/N2 분리막을 제조하고 막분리공정을 개발하였으나 분리막의 경우 선택도가 3~4 정도로 낮아 상용화되기에는 부족하다. matrimid 5218 기반의 폴리이미드의 탄화과정을 적용한 탄소분자체분리막의 경우 질소/메탄의 선택도가 8 이상을 보였지만 여전히 투과도가 수 GPU로 낮아 상용화에 어려움이 있었다 (ada. Materials, 2017, 170-631). 미국 등록특허 제6630011호에서는 CH4 선택적인 분리막과 N2 선택적인 분리막을 사용한 2단계 공정을 설계하였으나 N2/CH4 혹은 CH4/N2 선택도 및 투과도가 낮아 상용화되기에는 여전히 어려움이 많다.Looking at an example of a separation membrane study using a nitrogen/methane polymer material in the past. In US Patent No. 9403120, a gas separation membrane was prepared using a perfluorinated monomer (N 2 /CH 4 selectivity 5.3, N 2 permeance 28 GPU), and a siloxane-based composite membrane was applied by MTR in the United States under the commercial name NitroSep™. A 4 /N 2 separation membrane was manufactured and a membrane separation process was developed, but the selectivity of the separation membrane is low to about 3 to 4, which is insufficient for commercialization. In the case of a carbon molecular sieve membrane to which a carbonization process of polyimide based on matrimid 5218 was applied, the selectivity of nitrogen/methane was higher than 8, but the permeability was still as low as several GPUs, making commercialization difficult (ada. Materials, 2017, 170-631). . US Patent No. 6630011 designed a two-step process using a CH 4 selective membrane and an N 2 selective membrane, but there are still many difficulties in commercialization due to low N 2 /CH 4 or CH 4 /N 2 selectivity and permeability. .

이에 따라 고투과성, 고선택성의 N2/CH4 혹은 CH4/N2 분리막 개발에서 기존의 고분자막의 낮은 질소/메탄 선택도의 한계(3~4)를 벗어날 수 있는 중요한 무기막소재로서 실리코알루미노포스페이트(SAPO)는 PO2 +, AlO2 - 및 SiO2 사면체 단위의 3차원 미세다공성 결정 프레임워크 구조를 갖는 재료에 주목하게 되었다. 합성된 그대로의 형태에서의 무수 상태에 기초한 그의 본질적인 실험적 화학 조성은 하기와 같이 표시될 수 있다.Accordingly, in the development of high permeability and high selectivity N 2 /CH 4 or CH 4 /N 2 separation membranes, silicon aluminium is an important inorganic membrane material that can overcome the limitations (3 to 4) of low nitrogen/methane selectivity of existing polymer membranes. Norphosphate (SAPO) has attracted attention as a material with a three-dimensional microporous crystal framework structure of PO 2+ , AlO 2 - and SiO 2 tetrahedral units. Its essential empirical chemical composition based on the anhydrous state in as-synthesized form can be expressed as:

mR:(SixAlyPz)O2 mR:(Si x Al y P z ) O 2

상기 식에서, R은 결정 내 기공 시스템(intracrystalline pore system)에 존재하는 적어도 하나의 유기 구조 유도제(organic structure directing agent)를 나타내고, m은 (SixAlyPz)O2의 몰당 존재하는 R의 몰을 나타내고, x, y 및 z는 각각 옥사이드 모이어티(moiety)에 존재하는 규소, 알루미늄 및 인의 몰 분율을 나타낸다.In the above formula, R represents at least one organic structure directing agent present in the intracrystalline pore system, and m is the number of R present per mole of (Si x Al y P z ) O 2 represent moles, and x, y and z represent the mole fractions of silicon, aluminum and phosphorus present in the oxide moiety, respectively.

실리코알루미노포스페이트계 분자체인 SAPO-n는 유기 아민을 주형제로 하고, 알루미나 수화물, 인산 및 실리카 졸을 알루미늄 소스, 인 소스 및 실리콘 소스로 하여, 먼저 수열 결정화법을 이용하여 미세 기공 구조의 유기 아민/실리코알루미노포스페이트 복합체를 형성한 후, 배소를 통해 주형제(유기 아민)를 제거하여 얻어진다. 여기서, CHA 토폴리지 구조를 가진 실리코알루미노포스페이트 분자체인 SAPO-34는 그 적절한 채널(channel) 구조, 적절한 프로톤산 성질, 비교적 큰 비표면적, 바람직한 흡착 성능 및 바람직한 열안정성 및 수열 안정성 등으로 인해 메탄올에 의한 올레핀 제조(MTO) 반응에서 우수한 촉매 활성과 선택성을 나타낸다.SAPO-n, a silicoaluminophosphate-based molecular sieve, uses an organic amine as a template and alumina hydrate, phosphoric acid, and silica sol as an aluminum source, phosphorus source, and silicon source. It is obtained by removing the template agent (organic amine) through roasting after forming the /silicoaluminophosphate complex. Here, SAPO-34, a silicoaluminophosphate molecular chain with a CHA topology structure, has an appropriate channel structure, appropriate protonic acid properties, relatively large specific surface area, desirable adsorption performance, and desirable thermal and hydrothermal stability, etc. It shows excellent catalytic activity and selectivity in the olefin production (MTO) reaction by

SAPO-34는 카바자이트형(CHA) 분자체로서, 이중 육각 고리가 ABC 방식으로 적층되어 형성된 팔각 고리 타원구형 케이지 및 3차원 교차 채널 구조를 가지며, 기공 직경은 038×038 nm이고, 미세 기공 분자체에 속한다. 그 공간 대칭군은 R3m으로, 삼방 결정계에 속한다. SAPO-34는 Si, Al, P 및 O의 4종 원소로 구성되며, 그 조성은 일정 범위에서 변화하며, 일반적으로 n(Si)<n(P)<n(Al)이다. 이러한 SAPO-34는 0.38 nm의 기공 직경을 가짐으로써 선택적으로 질소(분자크기: 0.365 nm)를 투과시키고, 메탄(분자크기: 0.4 nm)의 투과를 막는 분리막 기능을 할 수 있다. 그러나, 질소 역시 분자크기가 SAPO-34의 기공크기와 유사하기 때문에 분리막을 투과시 높은 확산 저항을 받게되는 문제가 있다.SAPO-34 is a chabazite-type (CHA) molecular sieve, which has an octagonal ring elliptical cage formed by stacking double hexagonal rings in an ABC manner and a three-dimensional cross-channel structure, with a pore diameter of 038 × 038 nm and a fine pore size belongs to itself Its spatial symmetry group is R3m, which belongs to the trigonal crystal system. SAPO-34 is composed of four elements of Si, Al, P, and O, and its composition varies within a certain range, and is generally n(Si)<n(P)<n(Al). This SAPO-34 has a pore diameter of 0.38 nm, so that it can selectively transmit nitrogen (molecular size: 0.365 nm) and function as a separator to prevent methane (molecular size: 0.4 nm) from permeating. However, since nitrogen also has a molecular size similar to the pore size of SAPO-34, there is a problem in that it receives high diffusion resistance when permeating through the separator.

특히 SAPO-34 분리막의 제조는 결함이 없는 연속적인 박막 형성이 상업화에 중요하지만 제조과정에서 200℃ 이상의 고온에서 합성이 되므로 결정성장의 과정에서 코팅층의 균일성의 확보가 어려움으로 인해, 현재까지 제조된 분리막의 코팅두께는 5 ㎛ 이상으로 질소/메탄의 선택도는 8.6까지 얻을 수 있지만, 질소 투과도가 수십 GPU 이하로 낮고 코팅두께를 3 ㎛ 이하로 낮추어 질소투과도를 높이는 경우 결함이 생겨 상용화에 여전히 문제가 있었다 (J. of Membrane Sci., 2017, 17~123).In particular, in the manufacture of SAPO-34 separator, continuous thin film formation without defects is important for commercialization, but since it is synthesized at a high temperature of 200 ℃ or more during the manufacturing process, it is difficult to secure the uniformity of the coating layer in the process of crystal growth. The coating thickness of the separation membrane is 5 μm or more, and the selectivity of nitrogen / methane can be obtained up to 8.6. However, if the nitrogen permeability is low to tens of GPUs or less and the nitrogen permeability is increased by lowering the coating thickness to 3 μm or less, defects occur and commercialization is still a problem. There was (J. of Membrane Sci., 2017, 17~123).

본 발명의 일 측면에서의 목적은 질소/메탄의 선택도가 우수하고, 동시에 질소의 투과도가 우수한 SAPO-34 기반의 분자체 소재를 대상으로 다공성 세라믹층에 결함이 없는 코팅층이 3 ㎛ 이하로 최고 0.1 ㎛까지 얇아 질소투과도가 높고 질소/메탄 선택도가 우수한 복합막의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of one aspect of the present invention is to form a defect-free coating layer of less than 3 μm on a porous ceramic layer for a SAPO-34-based molecular sieve material having excellent nitrogen / methane selectivity and excellent nitrogen permeability at the same time. It is an object of the present invention to provide a method for preparing a composite membrane that is as thin as 0.1 μm and has high nitrogen permeability and excellent nitrogen/methane selectivity.

본 발명의 다른 측면에서의 목적은 수소/이산화탄소, 수소/메탄, 수소/질소의 선택도가 우수하고, 동시에 투과도도 우수한 SAPO-34 분자체 기반의 복합막의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a composite membrane based on a SAPO-34 molecular sieve having excellent hydrogen/carbon dioxide, hydrogen/methane, and hydrogen/nitrogen selectivity and excellent permeability.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계;preparing a SAPO-34 seed solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계;preparing a SAPO-34 growth solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;

상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계;immersing the support in the SAPO-34 seed solution;

상기 지지체를 하소시키는 단계; 및calcining the support; and

상기 SAPO-34 성장 용액에 상기 지지체를 침지하켜 수열합성시키는 단계;를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법이 제공된다.A method for preparing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of hydrothermal synthesis by immersing the support in the SAPO-34 growth solution is provided.

또한, 본 발명의 다른 측면에서Also, in another aspect of the present invention

상기의 제조방법으로 제조되며,It is produced by the above manufacturing method,

지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,

상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막이 제공된다.The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is provided with a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that 0.1 ㎛ to 3 ㎛.

나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,

상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛이고,The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is 0.1 μm to 3 μm,

질소/메탄 분리, 수소/이산화탄소 분리, 수소/메탄 분리 및 수소/질소 분리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기체들 간의 분리 용도로 적용되는 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막이 제공된다.Silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that it is applied for separation between gases selected from the group consisting of nitrogen / methane separation, hydrogen / carbon dioxide separation, hydrogen / methane separation and hydrogen / nitrogen separation Provided.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법으로 제조되는 복합막은 질소/메탄의 선택도가 7 이상으로 유지되고, 질소의 투과도는 100 GPU를 상회하여 기체 분리 성능이 우수하다.The composite membrane prepared by the manufacturing method of the SAPO-34 composite membrane provided in one aspect of the present invention maintains a nitrogen/methane selectivity of 7 or more, and has a nitrogen permeability exceeding 100 GPU, resulting in excellent gas separation performance.

도 1은 실시예 1에서 준비된 SAPO-34 시드 용액의 시드 결정을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고;
도 2는 실시예 1에서 준비된 SAPO-34 복합막을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
1 is a photograph of seed crystals of the SAPO-34 seed solution prepared in Example 1 observed with a scanning electron microscope (SEM);
2 is a photograph of the SAPO-34 composite film prepared in Example 1 observed with a scanning electron microscope (SEM).

본 발명의 일 측면에서In one aspect of the invention

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계;preparing a SAPO-34 seed solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계;preparing a SAPO-34 growth solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;

상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계;immersing the support in the SAPO-34 seed solution;

상기 지지체를 하소시키는 단계; 및calcining the support; and

상기 SAPO-34 성장 용액에 상기 지지체를 침지하켜 수열합성시키는 단계;를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법이 제공된다.A method for preparing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of hydrothermal synthesis by immersing the support in the SAPO-34 growth solution is provided.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a SAPO-34 composite membrane provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each step.

상기 방법으로 제조되는 복합막은 질소/메탄 분리용 복합막, 수소/이산화탄소 분리용 복합막, 수소/메탄 분리용 복합막 및 수소/질소 분리용 복합막으로 적용될 수 있다. 구체적인 일례로 질소/메탄 분리용으로 적용되어 높은 선택도와 더불어 높은 투과도를 나타낼 수 있다.The composite membrane prepared by the above method may be applied as a composite membrane for nitrogen/methane separation, a composite membrane for hydrogen/carbon dioxide separation, a composite membrane for hydrogen/methane separation, and a composite membrane for hydrogen/nitrogen separation. As a specific example, it can be applied for nitrogen / methane separation and exhibit high permeability as well as high selectivity.

먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법은 적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계를 포함한다.First, the method for manufacturing a SAPO-34 composite film provided in one aspect of the present invention includes at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template, and water. and preparing the seed solution.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법은 적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계를 포함한다.Next, the method for manufacturing a SAPO-34 composite film provided in one aspect of the present invention includes at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template, and water. 34 includes preparing the growth solution.

상기 단계들을 통해 SAPO-34 시드 용액과 SAPO-34 성장 용액을 준비하여 후술하는 지지체에 시드 코팅 및 시드의 성장을 통한 SAPO-34 합성이 수행될 수 있다.By preparing a SAPO-34 seed solution and a SAPO-34 growth solution through the above steps, SAPO-34 synthesis can be performed through seed coating and seed growth on a support described later.

상기 알루미늄 공급원은 알루미나 알콕사이드(aluminium alkoxide) 및 유사보헤마이트(Pseudo-Boehmite) 등을 사용할 수 있다.As the aluminum source, alumina alkoxide and pseudo-Boehmite may be used.

상기 인 공급원은 인산(H3PO4), 트리에틸인산(triethyl phosphate) 등의 유기 인산염 및 TBPB(tetrabutylphosphonium bromide) 등의 유기 인산 화합물을 사용할 수 있다.As the phosphorus source, organic phosphates such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and triethyl phosphate, and organic phosphoric acid compounds such as tetrabutylphosphonium bromide (TBPB) may be used.

상기 규소 공급원은 콜로이달 실리카(colloidal silica), 흄드 실리카(fumed silica) 및 실리카 졸(silica sol) 등을 사용할 수 있다.As the silicon source, colloidal silica, fumed silica, and silica sol may be used.

상기 유기 주형체는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAOH), 디에틸아민 (DEA), 트리에틸아민(TEA), 몰포린(morpholine), 디프로필아민(DPA), 이소프로필아민(IPA) 및 디에탄올아민(DEtA) 등을 사용할 수 있다.The organic template is tetraethylammonium hydroxide (TEAOH), diethylamine (DEA), triethylamine (TEA), morpholine, dipropylamine (DPA), isopropylamine (IPA) and diethylamine. Ethanolamine (DEtA) and the like can be used.

상기 SAPO-34 시드 용액은 다음의 몰 조성을 갖는 것이 바람직하다.The SAPO-34 seed solution preferably has the following molar composition.

1 Al2O3 : a P2O5 : b SiO2 : c 유기주형체 : d H2O1 Al 2 O 3 : a P 2 O 5 : b SiO 2 : c Organic template : d H 2 O

여기서 a는 1 내지 3의 범위이고, b는 0.3 내지 0.9의 범위이고, c는 2 내지 8의 범위이고, d는 30 내지 150의 범위이다.where a ranges from 1 to 3, b ranges from 0.3 to 0.9, c ranges from 2 to 8, and d ranges from 30 to 150.

구체적으로, a는 1.2 내지 2.8의 범위일 수 있고, 1.4 내지 2.6의 범위일 수 있고, 1.6 내지 2.4의 범위일 수 있고, 1.8 내지 2.2의 범위일 수 있고, 1.9 내지 2.1의 범위일 수 있다.Specifically, a may range from 1.2 to 2.8, may range from 1.4 to 2.6, may range from 1.6 to 2.4, may range from 1.8 to 2.2, or may range from 1.9 to 2.1.

또한, b는 0.4 내지 0.8의 범위일 수 있고, 0.45 내지 0.75의 범위일 수 있고, 0.5 내지 0.7의 범위일 수 있고, 0.55 내지 0.65의 범위일 수 있고, 0.57 내지 0.63의 범위일 수 있다.In addition, b may range from 0.4 to 0.8, may range from 0.45 to 0.75, may range from 0.5 to 0.7, may range from 0.55 to 0.65, and may range from 0.57 to 0.63.

또한, c는 2.3 내지 7.6의 범위일 수 있고, 2.6 내지 7.2의 범위일 수 있고, 2.9 내지 6.8의 범위일 수 있고, 3.2 내지 6.4의 범위일 수 있고, 3.5 내지 6.0의 범위일 수 있고, 3.8 내지 5.6의 범위일 수 있다.In addition, c may be in the range of 2.3 to 7.6, may be in the range of 2.6 to 7.2, may be in the range of 2.9 to 6.8, may be in the range of 3.2 to 6.4, may be in the range of 3.5 to 6.0, may be in the range of 3.8 to 5.6.

또한, d는 40 내지 120의 범위일 수 있고, 50 내지 100의 범위일 수 있고, 60 내지 90의 범위일 수 있고, 65 내지 85의 범위일 수 있고, 70 내지 80의 범위일 수 있고, 72 내지 78의 범위일 수 있다.In addition, d may be in the range of 40 to 120, may be in the range of 50 to 100, may be in the range of 60 to 90, may be in the range of 65 to 85, may be in the range of 70 to 80, and may be in the range of 72 to 78.

나아가, 상기 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계는,Furthermore, the step of preparing the SAPO-34 seed solution,

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물의 혼합물을 준비하는 단계;preparing a mixture of at least one aluminum source, at least one organic mold and water;

상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계;adding at least one silicon source to the mixture;

상기 혼합물에 적어도 하나의 인 공급원을 첨가하는 단계; 및adding at least one phosphorus source to the mixture; and

상기 혼합물을 수열합성하는 단계;를 포함할 수 있다.It may include; hydrothermal synthesis of the mixture.

상기 적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물의 혼합물을 준비하는 단계에서 혼합물의 준비는 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 60분 내지 240분, 90분 내지 180분 동안 수행될 수 있다.In the step of preparing the mixture of the at least one aluminum source, the at least one organic template, and water, the preparation of the mixture is 60 minutes to 240 minutes, 90 minutes to 180 °C in the temperature range of 20 ° C to 40 ° C, 25 ° C to 35 ° C. It can be done in minutes.

상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계는 첨가 후 혼합을 위한 교반 공정이 수행될 수 있고, 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 30분 내지 120분, 45분 내지 90분 동안 수행될 수 있다.In the step of adding at least one silicon source to the mixture, a stirring process for mixing may be performed after the addition, and at a temperature range of 20 ° C to 40 ° C, 25 ° C to 35 ° C, 30 minutes to 120 minutes, 45 minutes to 45 minutes It can be done for 90 minutes.

상기 혼합물에 적어도 하나의 인 공급원을 첨가하는 단계는 인산을 적용하는 경우 10분 내지 60분, 20분 내지 50분에 걸쳐 천천히 Dropwise 방식으로 첨가하는 것일 수 있다. 혼합을 위한 교반 공정이 수행될 수 있고, 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 12시간 내지 60시간, 24시간 내지 48시간 동안 수행될 수 있다.The step of adding at least one phosphorus source to the mixture may be a slow dropwise addition over 10 minutes to 60 minutes and 20 minutes to 50 minutes when phosphoric acid is applied. A stirring process for mixing may be performed, and may be performed for 12 to 60 hours and 24 to 48 hours at a temperature range of 20 ° C to 40 ° C and 25 ° C to 35 ° C.

상기 수열합성은 120℃ 내지 180℃, 130℃ 내지 180℃, 140℃ 내지 180℃, 150℃ 내지 180℃, 160℃ 내지 180℃의 온도범위에서 12시간 내지 60시간, 16시간 내지 54시간, 20시간 내지 48시간, 34시간 내지 42시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.The hydrothermal synthesis is carried out in a temperature range of 120 ° C to 180 ° C, 130 ° C to 180 ° C, 140 ° C to 180 ° C, 150 ° C to 180 ° C, 160 ° C to 180 ° C for 12 hours to 60 hours, 16 hours to 54 hours, 20 It is preferably carried out for 48 hours, 34 hours to 42 hours.

상기 SAPO-34 성장 용액은 유기주형체로 제1 유기주형체 및 제2 유기주형체를 포함할 수 있고, 다음의 몰 조성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 유기주형체는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드일 수 있고, 제2 유기주형체는 디프로필아민일 수 있다.The SAPO-34 growth solution may include a first organic template and a second organic template as organic templates, and preferably has the following molar composition. The first organic template may be tetraethylammonium hydroxide, and the second organic template may be dipropylamine.

1 Al2O3 : a P2O5 : b SiO2 : c' 제1 유기주형체 : c'' 제2 유기주형체 : d H2O1 Al 2 O 3 : a P 2 O 5 : b SiO 2 : c' first organic template: c'' second organic template: d H 2 O

여기서 a는 0.5 내지 2의 범위이고, b는 0.1 내지 0.8의 범위이고, c'는 0.5 내지 2의 범위이고, c''는 0.8 내지 3.2의 범위이고, d는 75 내지 300의 범위이다.wherein a ranges from 0.5 to 2, b ranges from 0.1 to 0.8, c′ ranges from 0.5 to 2, c″ ranges from 0.8 to 3.2, and d ranges from 75 to 300.

구체적으로, a는 0.6 내지 1.8의 범위일 수 있고, 0.7 내지 1.6의 범위일 수 있고, 0.8 내지 1.4의 범위일 수 있고, 0.8 내지 1.2의 범위일 수 있고, 0.9 내지 1.1의 범위일 수 있다.Specifically, a may range from 0.6 to 1.8, may range from 0.7 to 1.6, may range from 0.8 to 1.4, may range from 0.8 to 1.2, or may range from 0.9 to 1.1.

또한, b는 0.15 내지 0.75의 범위일 수 있고, 0.20 내지 0.70의 범위일 수 있고, 0.25 내지 0.65의 범위일 수 있고, 0.27 내지 0.60의 범위일 수 있고, 0.30 내지 0.55의 범위일 수 있고, 0.33 내지 0.50의 범위일 수 있고, 0.35 내지 0.40의 범위일 수 있다.In addition, b may be in the range of 0.15 to 0.75, may be in the range of 0.20 to 0.70, may be in the range of 0.25 to 0.65, may be in the range of 0.27 to 0.60, may be in the range of 0.30 to 0.55, may be in the range of 0.33 to 0.50, and may range from 0.35 to 0.40.

또한, c'는 0.6 내지 1.8의 범위일 수 있고, 0.7 내지 1.6의 범위일 수 있고, 0.8 내지 1.4의 범위일 수 있고, 0.8 내지 1.2의 범위일 수 있고, 0.9 내지 1.1의 범위일 수 있다.In addition, c' may be in the range of 0.6 to 1.8, may be in the range of 0.7 to 1.6, may be in the range of 0.8 to 1.4, may be in the range of 0.8 to 1.2, and may be in the range of 0.9 to 1.1.

또한, c''는 0.9 내지 3.0의 범위일 수 있고, 1.0 내지 2.8의 범위일 수 있고, 1.1 내지 2.6의 범위일 수 있고, 1.2 내지 2.4의 범위일 수 있고, 1.3 내지 2.2의 범위일 수 있고, 1.4 내지 2.0의 범위일 수 있고, 1.4 내지 1.8의 범위일 수 있고, 1.5 내지 1.7의 범위일 수 있다.In addition, c″ may be in the range of 0.9 to 3.0, may be in the range of 1.0 to 2.8, may be in the range of 1.1 to 2.6, may be in the range of 1.2 to 2.4, may be in the range of 1.3 to 2.2, , may range from 1.4 to 2.0, may range from 1.4 to 1.8, and may range from 1.5 to 1.7.

또한, d는 90 내지 270의 범위일 수 있고, 105 내지 240의 범위일 수 있고, 130 내지 210의 범위일 수 있고, 145 내지 180의 범위일 수 있고, 145 내지 155의 범위일 수 있다.In addition, d may be in the range of 90 to 270, may be in the range of 105 to 240, may be in the range of 130 to 210, may be in the range of 145 to 180, and may be in the range of 145 to 155.

나아가, 상기 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계는,Furthermore, the step of preparing the SAPO-34 growth solution,

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원 및 물의 혼합물을 준비하는 단계;preparing a mixture of at least one aluminum source, at least one phosphorus source, and water;

상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계;adding at least one silicon source to the mixture;

상기 혼합물에 적어도 하나의 제1 유기 주형체를 첨가하는 단계;adding at least one first organic template to the mixture;

상기 혼합물에 적어도 하나의 제2 유기 주형체를 첨가하는 단계; 및adding at least one second organic template to the mixture; and

상기 혼합물을 수열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.It may include; hydrothermally treating the mixture.

상기 적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 인 공급원 및 물의 혼합물을 준비하는 단계에서 혼합물의 준비는 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 60분 내지 240분, 90분 내지 180분 동안 수행될 수 있다.In the step of preparing a mixture of the at least one aluminum source, at least a phosphorus source, and water, the preparation of the mixture is performed at a temperature range of 20 ° C to 40 ° C and 25 ° C to 35 ° C for 60 minutes to 240 minutes and 90 minutes to 180 minutes It can be.

상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계는 첨가 후 혼합을 위한 교반 공정이 수행될 수 있고, 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 30분 내지 120분, 45분 내지 90분 동안 수행될 수 있다.In the step of adding at least one silicon source to the mixture, a stirring process for mixing may be performed after the addition, and at a temperature range of 20 ° C to 40 ° C, 25 ° C to 35 ° C, 30 minutes to 120 minutes, 45 minutes to 45 minutes It can be done for 90 minutes.

상기 혼합물에 적어도 하나의 제1 유기 주형체를 첨가하는 단계는 제1 유기 주형체로 테트라에틸암모늄 하이드록사이드를 적용할 수 있고, 첨가 후 혼합을 위한 교반 공정이 수행될 수 있으며, 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 30분 내지 120분, 45분 내지 90분 동안 수행될 수 있다. In the step of adding at least one first organic template to the mixture, tetraethylammonium hydroxide may be applied as the first organic template, a stirring process for mixing may be performed after addition, and a temperature of 20 ° C to 40 ℃, it may be carried out for 30 minutes to 120 minutes, 45 minutes to 90 minutes at a temperature range of 25 ℃ to 35 ℃.

상기 혼합물에 적어도 하나의 제2 유기 주형체를 첨가하는 단계는 제2 유기 주형체로 디프로필아민을 적용할 수 있고, 첨가 후 혼합을 위한 교반 공정이 수행될 수 있으며, 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃의 온도범위에서 30분 내지 120분, 45분 내지 90분 동안 수행될 수 있다. In the step of adding at least one second organic template to the mixture, dipropylamine may be applied as the second organic template, a stirring process for mixing may be performed after the addition, and a temperature of 20 ° C to 40 ° C, 25 It may be carried out for 30 minutes to 120 minutes, 45 minutes to 90 minutes at a temperature range of ℃ to 35 ℃.

상기 수열처리는 35℃ 내지 80℃, 37℃ 내지 75℃, 39℃ 내지 70℃, 41℃ 내지 65℃, 43℃ 내지 60℃, 45℃ 내지 55℃, 47℃ 내지 53℃의 온도범위에서 6시간 내지 24시간, 10시간 내지 20시간, 12시간 내지 18시간, 16시간 내지 18시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.The hydrothermal treatment is 6 at a temperature range of 35 ℃ to 80 ℃, 37 ℃ to 75 ℃, 39 ℃ to 70 ℃, 41 ℃ to 65 ℃, 43 ℃ to 60 ℃, 45 ℃ to 55 ℃, 47 ℃ to 53 ℃ It is preferably performed for 10 hours to 24 hours, 10 hours to 20 hours, 12 hours to 18 hours, and 16 hours to 18 hours.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법은 상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계를 포함한다.Next, the manufacturing method of the SAPO-34 composite membrane provided in one aspect of the present invention includes immersing the support in the SAPO-34 seed solution.

상기 복합막은 지지체에 SAPO-34 제올라이트층을 형성시켜 제조되는 지지체/SAPO-34 제올라이트층 구조를 가지는 것으로, 우선 SAPO-34 시드 용액을 사용하여 지지체를 침지시킨다.The composite membrane has a support/SAPO-34 zeolite layer structure prepared by forming a SAPO-34 zeolite layer on a support, and first, the support is immersed using a SAPO-34 seed solution.

상기 지지체는 세라믹 지지체이고, 중공사(hollow fiber) 형태인 것이 바람직하다. 상기 세라믹은 α-알루미나, γ-알루미나, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 실리카, 글래스, 멀라이트(mullite), 지르코니아(zirconia), 티타니아(titania), 이트리아(yttria), 세리아(ceria), 바나디아(vanadia), 실리콘, 스테인레스 스틸, 카본, 칼슘 산화물 및 인 산화물 등일 수 있다.The support is a ceramic support and is preferably in the form of a hollow fiber. The ceramics include α-alumina, γ-alumina, polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyimide, silica, glass, mullite, zirconia, titania, and yttria. (yttria), ceria, vanadia, silicon, stainless steel, carbon, calcium oxide and phosphorus oxide, and the like.

상기 침지는 30초 내지 600초 동안 수행될 수 있고, 45초 내지 300초 동안 수행될 수 있으며, 50초 내지 200초 동안 수행될 수 있고, 55초 내지 100초 동안 수행될 수 있다.The immersion may be performed for 30 seconds to 600 seconds, may be performed for 45 seconds to 300 seconds, may be performed for 50 seconds to 200 seconds, and may be performed for 55 seconds to 100 seconds.

상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계를 반복하여 수행할 수 있고, 구체적으로 30초 내지 600초 동안 침지시키고, 60℃ 내지 180℃, 90℃ 내지 120℃의 온도에서 건조시키는 단계를 반복하여 수행할 수 있다.The step of immersing the support in the SAPO-34 seed solution may be repeatedly performed, specifically, immersing for 30 seconds to 600 seconds and drying at a temperature of 60 ° C to 180 ° C and 90 ° C to 120 ° C. can be done by

또한, 상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계를 수행하고 난 후, 침지시킨 지지체를 러빙하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 지지체에 과도하고 붙은 SAPO-34 시드 결정들을 러빙을 통해 제거할 수 있다.In addition, after performing the step of immersing the support in the SAPO-34 seed solution, it is preferable to include the step of rubbing the immersed support. SAPO-34 seed crystals excessively attached to the support may be removed through rubbing.

나아가, 상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계를 통해 지지체에 형성된 SAPO-34 시드는 나노입자 형태이고, 0.005 ㎛ 내지 0.1 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.05 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.03 ㎛일 수 있다.Furthermore, the SAPO-34 seed formed on the support through the step of immersing the support in the SAPO-34 seed solution is in the form of nanoparticles, may be 0.005 μm to 0.1 μm, may be 0.01 μm to 0.05 μm, and may be 0.01 μm to 0.03 μm. μm.

또한, 상기 지지체는 기공 크기가 0.01 ㎛ 이하일 수 있고, 0.001 ㎛ 내지 0.01 ㎛일 수 있고, 0.002 ㎛ 내지 0.009 ㎛일 수 있고, 0.003 ㎛ 내지 0.008 ㎛일 수 있고, 0.004 ㎛ 0.007 ㎛일 수 있고, 0.005 ㎛ 내지 0.006 ㎛일 수 있고, 0.005 ㎛ 내지 0.01 ㎛일 수 있고, 0.006 ㎛ 내지 0.01 ㎛일 수 있고, 0.007 ㎛ 내지 0.01 ㎛일 수 있다.In addition, the support may have a pore size of 0.01 μm or less, 0.001 μm to 0.01 μm, 0.002 μm to 0.009 μm, 0.003 μm to 0.008 μm, 0.004 μm, 0.007 μm, and 0.005 μm. It may be ㎛ to 0.006 ㎛, may be 0.005 ㎛ to 0.01 ㎛, may be 0.006 ㎛ to 0.01 ㎛, may be 0.007 ㎛ to 0.01 ㎛.

상기와 같이 기공 크기가 0.01 ㎛ 이하인 지지체에 SAPO-34 시드 용액을 침지시켜 크기가 0.005 ㎛ 내지 0.1 ㎛, 바람직하게는 0.01 ㎛ 0.05 ㎛인 나노입자 시드를 형성할 수 있다.As described above, nanoparticle seeds having a size of 0.005 μm to 0.1 μm, preferably 0.01 μm and 0.05 μm may be formed by immersing the SAPO-34 seed solution in the support having a pore size of 0.01 μm or less.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법은 상기 지지체를 하소시키는 단계를 포함한다.Next, the manufacturing method of the SAPO-34 composite membrane provided in one aspect of the present invention includes calcining the support.

상기 단계에서는 SAPO-34 시드 용액으로 침지시켜 시드 결정을 포함하는 지지체를 하소시킨다.In this step, the support containing the seed crystals is calcined by dipping into the SAPO-34 seed solution.

상기 하소는 400℃ 내지 600℃, 450℃ 내지 550℃의 온도범위에서 30분 내지 600분, 60분 내지 300분, 90분 내지 270분 동안 수행될 수 있다.The calcination may be performed for 30 minutes to 600 minutes, 60 minutes to 300 minutes, and 90 minutes to 270 minutes at a temperature range of 400 ℃ to 600 ℃, 450 ℃ to 550 ℃.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막의 제조방법은 상기 SAPO-34 성장 용액에 상기 지지체를 침지하켜 수열합성시키는 단계를 포함한다.Next, the manufacturing method of the SAPO-34 composite membrane provided in one aspect of the present invention includes hydrothermal synthesis by immersing the support in the SAPO-34 growth solution.

상기 단계에서는 지지체에 형성된 SAPO-34 시드 결정을 성장시키고자 지지체를 SAPO-34 성장 용액에 투입한다.In the above step, the support is put into the SAPO-34 growth solution to grow the SAPO-34 seed crystals formed on the support.

상기 수열합성은 120℃ 내지 180℃, 140℃ 내지 180℃, 160℃ 내지 180℃의 온도범위에서 4시간 내지 36시간, 6시간 내지 24시간, 8시간 내지 12시간 동안 수행될 수 있다.The hydrothermal synthesis may be performed at a temperature range of 120°C to 180°C, 140°C to 180°C, and 160°C to 180°C for 4 hours to 36 hours, 6 hours to 24 hours, and 8 hours to 12 hours.

또한, 상기 수열합성시키는 단계를 수행하고 난 후, 지지체를 350℃ 내지 550℃, 380℃ 내지 500℃, 400℃ 내지 450℃의 온도로 30분 내지 120분, 45분 내지 90분, 50분 내지 70분 동안 가열하여 유기 주형체를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after performing the hydrothermal synthesis step, the support is heated to a temperature of 350 ° C to 550 ° C, 380 ° C to 500 ° C, 400 ° C to 450 ° C for 30 minutes to 120 minutes, 45 minutes to 90 minutes, 50 minutes to 50 minutes. A step of heating for 70 minutes to remove the organic template may be further included.

나아가, 수열합성을 통해 시드로부터 성장되는 SAPO-34 제올라이트 층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.5 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.2 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.1 ㎛일 수 있고, 0.01 ㎛ 내지 0.05 ㎛일 수 있고, 0.05 ㎛ 내지 2.8 ㎛일 수 있고, 0.08 ㎛ 내지 2.5 ㎛일 수 있고, 0.1 ㎛ 내지 2.5 ㎛일 수 있다.Further, the thickness of the SAPO-34 zeolite layer grown from the seed through hydrothermal synthesis may be 0.01 μm to 3 μm, 0.01 μm to 2 μm, 0.01 μm to 1 μm, and 0.01 μm to 0.5 μm. , may be 0.01 μm to 0.2 μm, may be 0.01 μm to 0.1 μm, may be 0.01 μm to 0.05 μm, may be 0.05 μm to 2.8 μm, may be 0.08 μm to 2.5 μm, may be 0.1 μm μm to 2.5 μm.

또한, 본 발명의 다른 측면에서Also, in another aspect of the present invention

상기의 제조방법으로 제조되며,It is produced by the above manufacturing method,

지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,

상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막이 제공된다.The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is provided with a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that 0.01 ㎛ to 3 ㎛.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 제조방법으로 제공되는 복합막은 SAPO-34 제올라이트층의 두께가 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛로 형성될 수 있고, 이에 따라 질소/메탄의 선택도가 높을 뿐만 아니라 우수한 질소 투과도를 나타낼 수 있다.In the composite membrane provided by the manufacturing method provided in one aspect of the present invention, the thickness of the SAPO-34 zeolite layer may be formed to be 0.1 μm to 3 μm, and thus has high nitrogen / methane selectivity as well as excellent nitrogen permeability can indicate

상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.01 ㎛ 이상 3 ㎛ 미만인 것이 바람직하고, 0.05 ㎛ 내지 2.8 ㎛인 것이 바람직하고, 0.08 ㎛ 내지 2.5 ㎛인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 내지 2.5 ㎛인 것이 바람직하다.The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is preferably 0.01 μm to less than 3 μm, preferably 0.05 μm to 2.8 μm, preferably 0.08 μm to 2.5 μm, and preferably 0.1 μm to 2.5 μm.

나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,

상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛이고,The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is 0.01 μm to 3 μm,

질소/메탄 분리, 수소/이산화탄소 분리, 수소/메탄 분리 및 수소/질소 분리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기체들 간의 분리 용도로 적용되는 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막이 제공된다.Silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that it is applied for separation between gases selected from the group consisting of nitrogen / methane separation, hydrogen / carbon dioxide separation, hydrogen / methane separation and hydrogen / nitrogen separation Provided.

본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 SAPO-34 복합막은 질소/메탄의 선택도가 7 이상으로 유지되고, 질소의 투과도는 100 GPU를 상회하여 기체 분리 성능이 우수하다.The SAPO-34 composite membrane provided in another aspect of the present invention maintains a nitrogen/methane selectivity of 7 or more and has a nitrogen permeability of more than 100 GPU, and thus has excellent gas separation performance.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.

단, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다. However, the following Examples and Experimental Examples are only for explaining the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.

<실시예 1><Example 1>

SAPO-34 시드 용액 준비SAPO-34 seed solution preparation

알루미늄 이소프로폭사이드(Aluminum-isopropoxide) 4.63 g, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAOH) 18.68 g, 물(DI water) 1.381 g의 순서로 혼합하고 2시간 동안 교반하였다 (Oil bath 30℃, 1000 rpm). 재현성을 위해 Conical Tube를 사용하였고, 알루미늄 이소프로폭사이드는 최대한 곱게 그라인딩(grinding)하여 제조하였으며, 30분 이후 용액이 투명해지는 것을 확인하였다.4.63 g of aluminum-isopropoxide, 18.68 g of tetraethylammonium hydroxide (TEAOH), and 1.381 g of water (DI water) were mixed in this order and stirred for 2 hours (Oil bath 30 ° C, 1000 rpm ). For reproducibility, a conical tube was used, aluminum isopropoxide was prepared by grinding as finely as possible, and it was confirmed that the solution became transparent after 30 minutes.

혼합물에 규소 공급원으로 AS-40 (LUDOX) 1 g을 넣고 1시간 동안 교반하였다 (Oil bath 30℃, 1000 rpm).1 g of AS-40 (LUDOX) was added to the mixture as a silicon source and stirred for 1 hour (Oil bath 30° C., 1000 rpm).

혼합물에 인산(H3PO4) 5.12 g을 30분에 걸쳐 천천히 Dropwise로 떨어뜨린 후, 3일 동안 교반하였다 (Oil bath 30℃, 1000 rpm). Phosphoric acid in the mixture (H 3 PO 4 ) After dropping 5.12 g slowly dropwise over 30 minutes, the mixture was stirred for 3 days (Oil bath 30° C., 1000 rpm).

혼합물을 180℃의 온도에서 2일 동안 수열합성하여 SAPO-34 시드 용액을 준비하였다.The mixture was hydrothermally synthesized at 180 °C for 2 days to prepare a SAPO-34 seed solution.

SAPO-34 성장 용액 준비Preparing the SAPO-34 growth solution

물(DI water) 52.39 g, 인산(H3PO4) 5.12 g, 알루미늄 이소프로폭사이드(Aluminum-isopropoxide) 9.25 g의 순서로 혼합하고 2시간 동안 교반하였다 (30℃, 1000 rpm).52.39 g of water (DI water), 5.12 g of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), and 9.25 g of aluminum-isopropoxide were mixed in this order and stirred for 2 hours (30° C., 1000 rpm).

혼합물에 규소 공급원으로 AS-40(LUDOX) 1.20 g을 넣고 1시간 동안 교반하였다 (30℃, 1000 rpm).1.20 g of AS-40 (LUDOX) was added to the mixture as a silicon source and stirred for 1 hour (30° C., 1000 rpm).

혼합물에 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAOH) 9.34 g을 넣고 1시간 동안 교반하였다 (30℃, 1000 rpm).9.34 g of tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) was added to the mixture and stirred for 1 hour (30° C., 1000 rpm).

혼합물에 디프로필아민(DPA) 3.63 g을 넣고 1시간 동안 교반하였다 (30℃, 1000 rpm).3.63 g of dipropylamine (DPA) was added to the mixture and stirred for 1 hour (30° C., 1000 rpm).

혼합물을 50℃의 온도에서 17시간 동안 교반하며 수열처리를 수행하여 SAPO-34 성장 용액을 준비하였다.The mixture was subjected to hydrothermal treatment while stirring at a temperature of 50 ° C. for 17 hours to prepare a SAPO-34 growth solution.

SAPO-34 복합막 제조Manufacture of SAPO-34 composite membrane

지지체로 알루미나 중공사(Alumina Hollow fiber)를 준비하여 앞과 뒤를 모두 테플론 테이프(Teflon tape)로 막아두었다.An alumina hollow fiber was prepared as a support, and both the front and back sides were blocked with Teflon tape.

상기에서 준비된 SAPO-34 시드 용액에 알루미나 중공사를 1분 정도 담근 후, 120℃ 오븐에서 30분 동안 건조시켰다. 이를 2회 반복 수행하였다. 이후, 알루미나 중공사에 과도하게 붙은 시드 결정들을 러빙(rubbing)을 통해서 제거하였다.After immersing the alumina hollow fiber in the SAPO-34 seed solution prepared above for about 1 minute, it was dried in an oven at 120° C. for 30 minutes. This was repeated twice. Thereafter, seed crystals excessively attached to the alumina hollow fibers were removed through rubbing.

이후, 지지체를 500℃의 온도에서 3시간 동안 하소시켰다.Thereafter, the support was calcined at a temperature of 500° C. for 3 hours.

이후, 상기에서 준비된 SAPO-34 성장 용액에 상기 지지체를 침지시켜 180℃의 온도에서 10시간 동안 수열합성하였다.Thereafter, the scaffold was immersed in the SAPO-34 growth solution prepared above, and hydrothermal synthesis was performed at a temperature of 180° C. for 10 hours.

최종적으로, 지지체를 420℃의 온도(1℃/min)에서 1시간 동안 처리하여 유기 주형체를 제거하고, SAPO-34 복합막을 제조하였다.Finally, the organic template was removed by treating the support at a temperature of 420° C. (1° C./min) for 1 hour, and a SAPO-34 composite membrane was prepared.

<실험예 1> 모폴로지 분석<Experimental Example 1> Morphology analysis

상기 실시예 1에서 준비된 SAPO-34 시드 용액의 시드 결정을 주사전자현미경(SEM)으로 분석하여 도 1에 나타내었고, 상기 실시예 1에서 준비된 SAPO-34 복합막을 주사전자현미경(SEM)으로 분석하여 도 2에 나타내었다.The seed crystals of the SAPO-34 seed solution prepared in Example 1 were analyzed with a scanning electron microscope (SEM) and shown in FIG. 1, and the SAPO-34 composite film prepared in Example 1 was analyzed with a scanning electron microscope (SEM). shown in Figure 2.

도 1에 나타낸 바와 같이, SAPO-34 시드 용액을 통해 형성된 시드 결정을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 1, it was confirmed that seed crystals formed through the SAPO-34 seed solution.

도 2에 나타낸 바와 같이, SAPO-34 복합막은 약 0.1 ~ 3 ㎛ 두께의 SAPO-34 제올라이트층이 형성되었음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 2, it was confirmed that a SAPO-34 zeolite layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm was formed in the SAPO-34 composite membrane.

<실험예 2> 복합막 성능 분석<Experimental Example 2> Composite membrane performance analysis

상기 실시예 1의 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛의 SAPO-34 복합막을 이용하여 단일 기체 분리 성능을 측정하였다. 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 메탄(CH4), 수소(H2)의 기체 투과도와 선택도를 아래의 식을 통해 분석하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Single gas separation performance was measured using the 0.1 μm to 3 μm SAPO-34 composite membrane of Example 1. The gas permeability and selectivity of carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ), and hydrogen (H 2 ) were analyzed through the equation below, and the results are shown in Table 1.

<식><expression>

Permeance (GPU) = 106 × Volume flow rate (cm3/s) / Pressure (cmHg) × Membrane area (cm2)Permeance (GPU) = 10 6 × Volume flow rate (cm 3 /s) / Pressure (cmHg) × Membrane area (cm 2 )

투과기체들 종류Types of permeating gases COCO 22 NN 22 CHCH 44 HH 22 기체투과측정온도 (25℃)Gas permeation measurement temperature (25℃) 투과도permeability
(GPU)(GPUs)
3,560~60,7203,560~60,720 119~1,020119~1,020 16.5~68.916.5 to 68.9 1,830~10,1501,830~10,150
선택도selectivity N2/CH4 = 7.2~14.8N 2 /CH 4 = 7.2 to 14.8

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, SAPO-34 복합막은 25℃의 온도에서 코팅층의 두께 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛로 변화함에 따라 전체적으로 7.2~14.8의 질소/메탄 선택도와 119~1,020 GPU 질소 투과도로 뛰어난 질소/메탄 분리특성을 보임을 확인하였다.As shown in Table 1, the SAPO-34 composite membrane exhibits excellent nitrogen/methane selectivity of 7.2 to 14.8 and GPU nitrogen permeability of 119 to 1,020 as the thickness of the coating layer varies from 0.1 μm to 3 μm at a temperature of 25 ° C. It was confirmed that methane separation properties were exhibited.

Claims (15)

적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계;
적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원, 적어도 하나의 규소 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물을 포함하는 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계;
상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계;
상기 지지체를 하소시키는 단계; 및
상기 SAPO-34 성장 용액에 상기 지지체를 침지하켜 수열합성시키는 단계;를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
preparing a SAPO-34 seed solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;
preparing a SAPO-34 growth solution comprising at least one aluminum source, at least one phosphorus source, at least one silicon source, at least one organic template and water;
immersing the support in the SAPO-34 seed solution;
calcining the support; and
Method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of hydrothermal synthesis by immersing the support in the SAPO-34 growth solution.
제1항에 있어서,
상기 복합막은 질소/메탄 분리용 복합막, 수소/이산화탄소 분리용 복합막, 수소/메탄 분리용 복합막 및 수소/질소 분리용 복합막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 복합막인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The composite membrane is at least one composite membrane selected from the group consisting of a composite membrane for nitrogen / methane separation, a composite membrane for hydrogen / carbon dioxide separation, a composite membrane for hydrogen / methane separation, and a composite membrane for hydrogen / nitrogen separation Silicoaluminophosphate Method for manufacturing a -34 (SAPO-34) composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 SAPO-34 시드 용액을 준비하는 단계는,
적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 유기 주형체 및 물의 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계;
상기 혼합물에 적어도 하나의 인 공급원을 첨가하는 단계; 및
상기 혼합물을 수열합성하는 단계;를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The step of preparing the SAPO-34 seed solution,
preparing a mixture of at least one aluminum source, at least one organic mold and water;
adding at least one silicon source to the mixture;
adding at least one phosphorus source to the mixture; and
Method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of hydrothermal synthesis of the mixture.
제1항에 있어서,
상기 SAPO-34 시드 용액은 다음의 몰 조성을 갖는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법:
1 Al2O3 : a P2O5 : b SiO2 : c 유기주형체 : d H2O
여기서 a는 1 내지 3의 범위이고, b는 0.3 내지 0.9의 범위이고, c는 2 내지 8의 범위이고, d는 30 내지 150의 범위이다.
According to claim 1,
The method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane in which the SAPO-34 seed solution has the following molar composition:
1 Al 2 O 3 : a P 2 O 5 : b SiO 2 : c Organic template : d H 2 O
where a ranges from 1 to 3, b ranges from 0.3 to 0.9, c ranges from 2 to 8, and d ranges from 30 to 150.
제3항에 있어서,
상기 수열합성은 120℃ 내지 180℃의 온도범위에서 12시간 내지 60시간 동안 수행되는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 3,
The hydrothermal synthesis is a method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane that is carried out for 12 hours to 60 hours at a temperature range of 120 ℃ to 180 ℃.
제1항에 있어서,
상기 SAPO-34 성장 용액을 준비하는 단계는,
적어도 하나의 알루미늄 공급원, 적어도 하나의 인 공급원 및 물의 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물에 적어도 하나의 규소 공급원을 첨가하는 단계;
상기 혼합물에 적어도 하나의 제1 유기 주형체를 첨가하는 단계;
상기 혼합물에 적어도 하나의 제2 유기 주형체를 첨가하는 단계; 및
상기 혼합물을 수열처리하는 단계;를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The step of preparing the SAPO-34 growth solution,
preparing a mixture of at least one aluminum source, at least one phosphorus source, and water;
adding at least one silicon source to the mixture;
adding at least one first organic template to the mixture;
adding at least one second organic template to the mixture; and
Method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of hydrothermal treatment of the mixture.
제1항에 있어서,
상기 SAPO-34 성장 용액은 다음의 몰 조성을 갖는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법:
1 Al2O3 : a P2O5 : b SiO2 : c' 제1 유기주형체 : c'' 제2 유기주형체 : d H2O
여기서 a는 0.5 내지 2의 범위이고, b는 0.1 내지 0.8의 범위이고, c'는 0.5 내지 2의 범위이고, c''는 0.8 내지 3.2의 범위이고, d는 75 내지 300의 범위이다.
According to claim 1,
The manufacturing method of the silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, wherein the SAPO-34 growth solution has the following molar composition:
1 Al 2 O 3 : a P 2 O 5 : b SiO 2 : c' first organic template: c'' second organic template: d H 2 O
wherein a ranges from 0.5 to 2, b ranges from 0.1 to 0.8, c′ ranges from 0.5 to 2, c″ ranges from 0.8 to 3.2, and d ranges from 75 to 300.
제6항에 있어서,
상기 수열처리는 35℃ 내지 80℃의 온도범위에서 6시간 내지 24시간 동안 수행되는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 6,
The hydrothermal treatment is a method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane that is performed for 6 hours to 24 hours at a temperature range of 35 ℃ to 80 ℃.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 세라믹 지지체이고, 중공사(hollow fiber) 형태인 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane in which the support is a ceramic support and is in the form of a hollow fiber.
제1항에 있어서,
상기 SAPO-34 시드 용액에 지지체를 침지시키는 단계를 수행하고 난 후, 침지시킨 지지체를 러빙하는 단계를 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane comprising the step of immersing the support in the SAPO-34 seed solution and then rubbing the immersed support.
제1항에 있어서,
상기 하소는 400℃ 내지 600℃의 온도범위에서 30분 내지 600분 동안 수행되는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The calcination is a method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane that is carried out for 30 minutes to 600 minutes at a temperature range of 400 ℃ to 600 ℃.
제1항에 있어서,
상기 수열합성은 120℃ 내지 180℃의 온도범위에서 4시간 내지 36시간 동안 수행되는 것인 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
The hydrothermal synthesis is a method for producing a silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane that is carried out for 4 hours to 36 hours at a temperature range of 120 ℃ to 180 ℃.
제1항에 있어서,
상기 수열합성시키는 단계를 수행하고 난 후, 지지체를 350℃ 내지 550℃의 온도로 30분 내지 120분 동안 가열하여 유기 주형체를 제거하는 단계를 더 포함하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막의 제조방법.
According to claim 1,
After performing the hydrothermal synthesis step, the support is heated at a temperature of 350 ° C to 550 ° C for 30 minutes to 120 minutes to remove the organic template. ) Manufacturing method of composite membrane.
제1항의 제조방법으로 제조되며,
지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,
상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막.
It is produced by the manufacturing method of claim 1,
A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,
Silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that the thickness of the SAPO-34 zeolite layer is 0.01 ㎛ to 3 ㎛.
지지체 및 상기 지지체 표면에 형성된 SAPO-34 제올라이트층을 포함하고,
상기 SAPO-34 제올라이트층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛이고,
질소/메탄 분리, 수소/이산화탄소 분리, 수소/메탄 분리 및 수소/질소 분리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기체들 간의 분리 용도로 적용되는 것을 특징으로 하는 실리코알루미노포스페이트-34(SAPO-34) 복합막.
A support and a SAPO-34 zeolite layer formed on the surface of the support,
The thickness of the SAPO-34 zeolite layer is 0.01 μm to 3 μm,
Silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) composite membrane, characterized in that it is applied for separation between gases selected from the group consisting of nitrogen / methane separation, hydrogen / carbon dioxide separation, hydrogen / methane separation and hydrogen / nitrogen separation .
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