KR20230092433A - 나트륨 이온 흡착제, 이의 제조 방법 및 나트륨 이온 제거 방법 - Google Patents

나트륨 이온 흡착제, 이의 제조 방법 및 나트륨 이온 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 나트륨 이온 흡착제, 이의 제조방법 및 나트륨 이온 제거 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, 나트륨 이온을 제거하는 나트륨 이온 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. [화학식 1] HxM1-xAlSi2O6 상기 화학식 1에서, M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
Figure pat00010
이다.

Description

나트륨 이온 흡착제, 이의 제조 방법 및 나트륨 이온 제거 방법{ADSORBENT FOR REMOVING SODIUM ION, ITS PREPARATION METHOD AND METHOD OF REMOVING SODIUM ION}
본 실시예들은 나트륨 이온 및 이종의 이온을 함유하는 용액에서 나트륨 이온을 선택적으로 제거하는 나트륨 이온 흡착제, 이의 제조 방법 및 나트륨 이온 제거 방법에 관한 것이다.
용액 중의 유가원소를 회수하는 데 있어 나트륨 이온은 불순물로 작용한다. 예를 들면, Na와 K가 용존할 경우, 경제적 가치가 있는 K를 회수할 때, Na는 불순물로 작용하여 회수되는 K 화합물이 가치를 가질 수 없기 때문에 Na를 제거하여야 한다.
일반적으로 용액 중의 이온을 제거하는 방법은 침전법, 흡착법, 이온교환수지, 멤브레인 등이 있다.
나트륨 이온의 경우, 나트륨을 포함하는 염의 용해도가 대체로 매우 높기 때문에 침전법은 거의 사용되지 않고 있다.
흡착법, 이온교환수지와 멤브레인은 일부 연구가 이루어지고 있으나, 나트륨 이온의 선택석이 낮으며, 제조 비용과 운영비가 고가로 사용하는 데 제약이 많다.
따라서, 용액 중의 나트륨 이온을 선택적으로 제거할 수 있는 경제적인 방법이 요구된다.
본 실시예에서는 상기에서 살펴본 바와 같이, 나트륨 이온 및 이종의 이온을 함유하는 용액에서 나트륨 이온을 선택적으로 제거할 수 있는 나트륨 이온 흡착제 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 나트륨 이온을 선택적으로 제거할 수 있는 흡착제를 이용하여, 나트륨 이온 및 이종의 이온을 포함하는 용액에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 제거 방법을 게공하고자 한다.
일 실시예에 따른 나트륨 이온 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
HxM1-xAlSi2O6
상기 화학식 1에서, M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
Figure pat00001
이다.
상기 흡착제는 용액 내의 나트륨 이온을 선택적으로 흡착할 수 있고, 상기 흡착제의 평균 입경(D50)은 10㎛ 내지 300㎛ 범위인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 광물을 다단 처리하여 흡착제를 수득하는 제1 단계; 및 상기 수득된 흡착제를 분리하는 제2 단계;를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나트륨 이온 흡착제 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 광물을 다단 처리하여 흡착제를 수득하는 제1 단계;는 상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계; 상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계; 및 상기 수득된 제2 고형물을 세정 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계;는 1000℃ 내지 1200℃ 범위의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
또한, 상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계;는 상기 제1 고형물질과 산을 혼합하고, 150℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
또한, 상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계;는 상기 제1 고형물질과 산을 혼합하고, 상기 제1 고형물질의 중량기준으로 10wt% 내지 40wt% 범위로 상기 산을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 수득된 제2 고형물을 세정 처리하는 단계;는 수세정 처리 단계; 및 염기세정 처리 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 나트륨 이온 함유 용액에 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 흡착제를 첨가하는 단계; 상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 나트륨 이온 흡착제에 흡착시키는 단계; 및 상기 나트륨 이온이 흡착된 나트륨 이온 흡착제를 상기 용액으로부터 분리하는 단계;를 포함하는, 나트륨 이온 제거 방법을 제공할 수 있다.
상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계;는 30℃ 내지 95℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계;는 상기 흡착제가 첨가된 용액의 pH가 7 이상일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광물을 이용하여 나트륨 이온을 선택적으로 제거할 수 있는 나트륨 이온 흡착제를 제조하여 경제적 측면에서 유리하다.
나트륨 이온 및 이종의 이온을 함유하는 용액에서 나트륨을 선택적으로 제거함으로써, 리튬이 포함되는 용액일 경우, 리튬의 손실을 줄여 후단 리튬 이용 공정에 고농도의 리튬을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 나트륨 이온 흡착제의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 2는 일 실시예에 따라 제조된 나트륨 이온 흡착제의 XRD 분석 결과이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 실시예로, 나트륨 이온을 함유하는 용액에서 나트륨 이온을 선택적으로 제거하는 나트륨 이온 흡착제를 제공할 수 있다.
본 발명의 명세서 전반에서 별도의 설명이 없을 경우 흡착제는 나트륨 이온 흡착제를 의미한다.
일 실시예에 따른, 나트륨 이온 흡착제는 알칼리 원소, 알루미늄, 실리콘을 포함하고, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
HxM1-xAlSi2O6
상기 화학식 1에서,
M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
Figure pat00002
이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 나트륨 이온에 대한 우수한 흡착 선택도를 나타낸다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 해수(seawater) 및 염수(brine)와 같은 수성 소스에 포함된 나트륨 이온을 효과적으로 회수할 수 있는 나트륨 이온 흡착제로써 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 스포듀민(spodumene)과 같이 리튬을 함유한 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물의 재활용을 통해 얻어질 수 있다.
한편, 상기 나트륨 이온 흡착제의 평균 입경(D50)은, 1㎛ 내지 400㎛ 범위일 수 있고, 구체적으로 10㎛ 내지 300㎛ 범위일 수 있다. 입자 평균 입경(D50)이 상기 범위 미만일 경우, 나트륨 이온을 흡착한 흡착제를 분리하는 공정에서 고액 분리가 어려운 문제가 있다. 또한, 입자 입경이 상기 범위보다 클 경우, 흡착제의 비표면적이 저하되고, 나트륨 이온 흡착성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로, 나트륨 이온 흡착제의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 나트륨 이온 흡착제의 제조 방법을 도시한 것이다. 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 제조하는 방법을 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 나트륨 이온 흡착제의 제조 방법은 광물을 다단 처리하여 나트륨 이온 흡착제를 수득하는 제1 단계(S1); 및 상기 수득된 나트륨 이온 흡착제를 분리하는 제2 단계(S2);를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광물은 스포듀민(spodumene)과 같이 리튬을 함유한 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나트륨 이온 흡착제를 제조할 수 있다.
[화학식 1]
HxM1-xAlSi2O6
상기 화학식 1에서,
M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
Figure pat00003
이다.
또한, 상기 광물을 다단 처리하여 나트륨 이온 흡착제를 수득하는 제1 단계(S1);는 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계, 상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계; 및 상기 수득된 제2 고형물을 세정 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
우선, 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계에서, 소정의 입자 크기로 준비된 광물을 1000℃ 내지 1200℃ 범위의 온도에서 가열할 수 있다. 다만, 상기 온도범위로 한정되지 않는다. 고온 열처리 온도가 상기 온도 범위 미만일 경우, 광물 내의 불순물질이 충분하게 제거되지 않아 제조된 흡착제의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 고온 열처리 온도가 상기 온도 범위보다 클 경우, 광물내의 화학성분들이 고온에서 화학반응이 발생하여 제조된 흡착제의 흡착성능이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 고온 열처리는 30분 이상 수행될 수 있고, 구체적으로 30분 내지 3시간 범위에서 수행될 수 있다. 다만, 상기 시간 범위로 한정되지 않는다. 고온 열처리 시간이 너무 짧으면, 광물 내의 불순물질이 충분하게 제거되지 않고, 고온 열처리 시간이 너무 길면, 광물내의 화학성분들이 고온에서 화학반응이 발생할 수 있어, 제조된 흡착제의 흡착성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계에서, 원료로 사용되는 광물은 소정의 입자크기로 준비될 수 있다. 상기 광물의 평균 입경(D50)은 1㎛ 내지 10mm일 수 있고, 구체적으로 1㎛ 내지 1000㎛ 범위일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
그 다음, 상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계에서, 상기 수득된 제1 고형물은 산과 혼합될 수 있다.
상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계에서, 수득된 제1 고형물은 냉각된 후 산과 혼합된다. 상기 산은 제1 고형물의 중량기준으로 10wt% 내지 40wt%로 혼합될 수 있고, 구체적으로 20wt% 내지 30wt%로 혼합될 수 있다. 다만 상기 범위로 한정되지 않는다.
또한 상기 산은 황산(H2SO4)일 수 있고, 30분 이상 반응할 수 있다.
상기 제1 고형물과 산이 혼합된 혼합물은 150℃ 내지 350℃ 범위의 온도, 구체적으로 200℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 산 처리될 수 있다. 산 처리 온도가 상기 온도 범위 미만일 경우, 제1 고형물 즉 불순물질이 제거된 광물 내의 리튬과 황산의 수소의 이온 교환이 제대로 이루어 지지 않아 제조되 흡착제의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 산 처리 온도가 상기 온도 범위보다 클 경우, 광물내의 화학성분들이 황산과 화학반응이 발생하여 제조된 흡착제의 흡착성능이 저하되는 문제가 있다.
또한, 교반 부재가 구비되어 상기 제1 고형물과 산의 혼합물을 교반할 수 있다.
그 다음, 제2 고형물을 세정 처리하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 제2 고형물은 물과 혼합되어 세정 처리될 수 있다.
이때, 상기 물은 제2 고형물의 중량기준으로 100wt% 내지 1000wt%로 혼합될 수 있고, 교반 부재를 이용해서 교반을 진행할 수 있다. 여기서, 제2 고형물에 포함되어 있는 리튬이 상기 물에 용해될 수 있다.
또한, Ca(OH)2를 투입하여 제2 고형물은 물이 혼합된 수용액의 pH를 조절할 수 있다. 투입된 상기 Ca(OH)2는 상기 수용액에 포함되는 리튬과 함께 용해되는 Al, Si 이온을 줄일 수 있다.
상기 pH는 4 내지 10범위로 조절될 수 있다. pH가 상기 pH 범위 미만일 경우, 흡착제가 용해될 수 있는 문제가 있다. 또한, pH가 상기 pH 범위보다 클 경우, 알칼리 용액의 소모량이 증가하여 경제성이 저하되는 문제가 있다.
상기 세정 처리를 통하여 나트륨 이온 흡착제가 제조된다.
그 다음, 수득된 나트륨 이온 흡착제를 분리 및 건조하는 제2 단계(S2)를 수행할 수 있다.
상기 나트륨 이온 흡착제는 원심분리나 여과분리를 통하여 용액으로부터 분리할 수 있다.
분리된 나트륨 이온 흡착제는 추가로 수세정 처리 할 수 있다. 이때 상기 나트륨 이온 흡착제의 무게의 3배 이상의 물을 혼합하여 세정할 수 있다.
수세정 처리된 나트륨 이온 흡착제는 온도 조건에서 건조될 수 있고, 상기 건조 온도는 30℃ 내지 100℃ 범위의 온도일 수 있다.
건조된 나트륨 이온 흡착제는 추가의 분쇄작업을 수행하여, 소정의 입경 범위를 가지는 나트륨 이온 흡착제를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로, 나트륨 이온 흡착제를 이용하여 나트륨 이온을 포함하는 용액 내의 나트륨 이온을 제거하는 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로 나트륨 이온을 포함하는 용액 내의 나트륨 이온을 선택적으로 제거하는 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 나트륨 이온 흡착제를 이용하여 나트륨 이온 함유 용액 내에서 나트륨 이온을 선택적으로 제거할 수 있다.
[화학식 1]
HxM1-xAlSi2O6
상기 화학식 1에서,
M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
Figure pat00004
이다.
일 실시예에 따른, 나트륨 이온 제거 방법은, 나트륨 이온 함유 용액에 나트륨 이온 흡착제를 첨가하는 단계; 및 상기 나트륨 이온 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 나트륨 이온 흡착제에 흡착시키는 단계; 및 상기 나트륨 이온이 흡착된 나트륨 이온 흡착제를 상기 용액으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 나트륨 이온 함유 용액에 나트륨 이온 흡착제를 첨가하는 단계에서, 용액 내의 나트륨 이온 농도는 0.01g/L 내지 130g/L일 수 있고, 구체적으로 0.1g/L 내지 10g/L일 수 있다.
또한, 상기 나트륨 이온 함유 용액에는 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 철 이온, 망간 이온 중 선택되는 한가지 이상 이온이 추가로 함유될 수 있다. 상기 이온들은 0.1g/L 내지 10g/L 범위의 농도로 용액속에 존재할 수 있다.
상기 흡착제를 나트륨 이온 함유 용액에 투입한 후, 교반하면서 나트륨 이온을 상기 나트륨 이온 흡착제에 흡착시킬 수 있다. 이때 교반 속도는 200rpm 내지 500rpm 범위 일 수 있고, 구체적으로 250rpm 내지 350rpm일 수 있다. 상기 교반 속도가 상기 범위일 경우, 상기 흡착제의 나트륨 이온 제거 효율이 우수하다.
한편, 나트륨 이온 흡착제를 나트륨 이온 함유 용액에 투입한 후, 가열 조건에서 교반하면서 나트륨 이온을 상기 흡착제에 흡착시킬 수 있다. 이때, 상기 가열온도는 30℃ 내지 90℃ 범위의 온도일 수 있고, 구체적으로 70℃ 내지 90℃ 범위의 온도범위일 수 있다. 가열온도가 상기 범위일 경우, 상기 흡착제가 나트륨 함유 용액에서 나트륨 이온에 대한 선택적 흡착 효율이 우수하다.
또한, 나트륨 이온 함유 용액과 상기 흡착제가 혼합된 용액의 pH는 7 이상일 수 있고, 구체적으로 7보다 크고 14 이하 범위일 수 있다. 이는 흡착 기작이 흡착제의 H+와 용액중의 Na+가 이온교환하는 것으로 용액이 알칼리성을 유지할 경우, 상기 나트륨 이온 흡착 반응에 유리하다.
이 하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
제조예 1
스포듀민(Spodumene)이 포함된 광물 100g을 도가니에 넣고 1,100℃에서 1시간 열처리한 후 공냉하였다. 상기 열처리 산물과 황산(98%)을 무게비로 100:23으로 혼합한 후 250℃에서 1시간 열처리 후 고형물질을 분리하였다.
상기 열처리 후 분리된 고형물질과 증류수를 무게비로 1:2로 혼합하고 교반하였다. 교반 10분이 경과하였을 때, 상기 고형물질 무게의 10%에 Ca(OH)2 고형 분말을 투입하고 계속하여 20분 교반한 후, 고액 분리하였다. 분리된 고형물질은 3배 이상 무게의 증류수를 이용하여 세척하였다. 그 다음, 고형물질을 분리하여, 45℃에서 항량까지 건조하여, 나트륨 이온 흡착제를 제조하였다.
제조된 흡착제의 XRD 분석 결과는 도 2에 나타내었다.
도 2를 참고하면, H0.9Na0.1AlSi2O6가 제조되었음을 확인할 수 있다.
실시예 1
수산화나트륨을 사용하여 나트륨 이온 농도가 192mg/L인 용액 원액을 제조하였다.
상기 원액 400mL에 실시예 1에서 제조된 나트륨 이온 흡착제 4g을 넣고 300rpm으로 교반을 진행하였다.
소정의 온도 조건에서 일정 시간 교반을 진행한 후, 시료를 채취, 고액분리한 후 용액 내의 나트륨 이온 농도를 측정하였다.
온도를 30, 50, 70, 90℃, 교반 시간을 3, 5, 7시간으로 하였을 때, 채취된 용액 내의 나트륨 이온 농도는 표 1에 나타내었다.
Figure pat00005
표 1을 참고하면, 30℃ 및 50℃에서는 나트륨 이온 농도가 거의 변화하지 않음을 알 수 있다. 또한, 70℃에서는 교반 시간이 증가할 수록, 나트륨 이온 농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 7시간 교반 하였을 경우, 나트륨 이온 농도가 151mg/L로 감소하여, 원액 내의 나트륨 이온의 약 21%가 제거되었음을 확인할 수 있다. 또한, 90℃에서는 3시간 교반을 진행한 후, 용액 내의 나트륨 이온 농도가 96mg/L까지 감소하였고, 7시간 교반을 진행한 경우에는, 나트륨 이온 농도가 77mg/L 되어, 원액 내의 나트륨 이온 약 60%가 제거되었음을 확인할 수 있다.
따라서, 제조예 1에서 제조되 흡착제를 사용하여 용액 내의 나트륨 이온을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2
나트륨, 칼륨 이온 농도가 각각 189mg/L, 198mg/L인 용액 원액을 제조하였다.
상기 원액 400mL에 제조예 1에서 제조된 흡착제 4g을 넣고 300rpm으로 교반하였다.
소정의 온도 조건에서 일정 시간 교반을 진행한 후, 시료를 채취, 고액분리한 후 용액 내의 나트륨 이온 농도를 측정하였다.
온도를 30, 50, 70, 90℃, 교반 시간을 3, 5, 7시간으로 하였을 때, 채취된 용액 내의 나트륨 이온 농도는 표 2에 나타내었다.
Figure pat00006
표 2를 참고하면, 30℃ 및 50℃에서는 나트륨 이온 농도가 거의 변화하지 않음을 알 수 있다. 그러나, 70℃에서는 교반 시간에 증가함에 따라 나트륨 이온 농도가 감소하는 것으로 나타났고, 7시간 교반을 진행하였을 때, 나트륨 이온 농도가 165mg/L로 감소하여, 상기 원액 내의 나트륨 이온이 약 12% 제거된 것을 확인할 수 있다. 이때, 칼륨 이온의 농도는 변화가 거의 없는 것으로 나타나, 용액 원액 내의 나트륨 이온이 선택적으로 제거되었음을 확인할 수 있다.
또한, 90℃에서는 나트륨 이온 농도가 3시간 후 114mg/L로 감소하였고, 교반 시간이 증가함에 따라 나트륨 이온 농도의 감소폭이 증가하는 것을 나타났다. 교반 시간이 7시간인 경우, 용액 내의 나트륨 이온 농도가 63mg/L로, 원액 내 나트륨 이온의 약 66%가 제거된 것을 확인 할 수 있다. 한편, 칼륨 이온 농도는 변화가 거의 없는 것을 나타나, 나트륨 이온을 효과적으로 선택, 제거할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나트륨 이온을 제거하는 흡착제:
    [화학식 1]
    HxM1-xAlSi2O6
    상기 화학식 1에서,
    M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
    Figure pat00007
    이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제는 용액 내의 나트륨 이온을 선택적으로 흡착하는 것인,
    나트륨 이온 흡착제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제의 평균 입경(D50)은, 10㎛ 내지 300㎛ 범위인 것인,
    나트륨 이온 흡착제.
  4. 광물을 다단 처리하여 흡착제를 수득하는 제1 단계; 및
    상기 수득된 흡착제를 분리하는 제2 단계;를 포함하는 것인,
    화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
    [화학식 1]
    HxM1-xAlSi2O6
    상기 화학식 1에서,
    M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
    Figure pat00008
    이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광물을 다단 처리하여 흡착제를 수득하는 제1 단계;는
    상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계;
    상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계; 및
    상기 수득된 제2 고형물을 세정 처리하는 단계;를 포함하는 것인,
    나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광물을 고온 열처리하여 제1 고형물을 수득하는 단계;는
    1000℃ 내지 1200℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인,
    나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계;는
    상기 제1 고형물질과 산을 혼합하고,
    150℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인,
    나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수득된 제1 고형물을 고형물질을 산 처리하여 제2 고형물을 수득하는 단계;는
    상기 제1 고형물질과 산을 혼합하고,
    상기 제1 고형물질의 중량기준으로 10wt% 내지 40wt% 범위로 상기 산을 혼합하는 것인,
    나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 수득된 제2 고형물을 세정 처리하는 단계;는
    수세정 처리 단계; 및
    염기세정 처리 단계;를 포함하는 것인,
    나트륨 이온 흡착제 제조 방법.
  10. 나트륨 이온 함유 용액에 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 흡착제를 첨가하는 단계;
    상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 나트륨 이온 흡착제에 흡착시키는 단계; 및
    상기 나트륨 이온이 흡착된 나트륨 이온 흡착제를 상기 용액으로부터 분리하는 단계;를 포함하는,
    나트륨 이온 제거 방법.
    [화학식 1]
    HxM1-xAlSi2O6
    상기 화학식 1에서,
    M은 Na, K, Cs, Rb 중에서 선택된 1종 이상 원소이고,
    Figure pat00009
    이다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계;는
    30℃ 내지 95℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인,
    나트륨 이온 제거 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 흡착제가 첨가된 용액을 교반하면서 나트륨 이온을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계;는
    상기 흡착제가 첨가된 용액의 pH가 7 이상인 것인,
    나트륨 이온 제거 방법.

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JP3395039B2 (ja) * 2000-01-27 2003-04-07 独立行政法人産業技術総合研究所 銀イオンまたはナトリウムイオン吸着剤および吸着処理方法
CN103706325B (zh) * 2013-12-17 2015-12-30 南京工业大学 一种用于液态提锂的锂渣吸附剂的制备方法
KR102521570B1 (ko) * 2018-08-27 2023-04-12 주식회사 엘지화학 리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법
KR102316889B1 (ko) * 2019-12-12 2021-10-22 주식회사 포스코 리튬 부산물을 이용한 제올라이트 제조 방법
CN111250036B (zh) * 2020-02-13 2022-11-01 中国科学院青海盐湖研究所 一种钠离子吸附剂、其制备方法及其应用

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