KR20240030476A - method for manufacturing of metal ion-exchanged synthetic zeolite for adsorption of Ammonia gas from coal fly ash - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석탄비산재(coal fly ash ; CFA)와 알칼리의 적절한 조합 및 전이금속을 이온교환시켜 결정도와 암모니아 가스의 흡착성능이 우수한 제올라이트를 제조하는 방법에 관한 것이며, 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 NaOH/CFA 비가 0.7 ~ 1.1의 중량비로 하여 용융한 후 물을 투입하고, 30℃에서 5시간 숙성 및 50 ~ 90℃에서 1 ~ 5시간 결정화하여 합성제올라이트를 제조하고 제조된 합성제올라이트(HDZ)를 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환하여 암모니아 가스 흡착용 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 것으로 이루어진다.
본 발명은 유해성 물질이면서 폐기물인 비산재를 활용하여 흡착소재를 개발하는 점에서 친환경적이며, 또 본 발명의 전이금속으로 이온교환된 제올라이트(M-HDZ)는 2차 미세먼지 유발 주요 전구물질인 암모니아(NH3)를 제거하는 효과가 우수한 특징이 있다.
The present invention relates to a method of producing zeolite with excellent crystallinity and ammonia gas adsorption performance by ion-exchanging transition metals and an appropriate combination of coal fly ash (CFA) and alkali. ) and solid sodium hydroxide (NaOH) were melted at a weight ratio of 0.7 to 1.1 NaOH/CFA, then water was added, aged at 30°C for 5 hours and crystallized at 50 to 90°C for 1 to 5 hours to produce synthetic zeolite. It consists of manufacturing zeolite for ammonia gas adsorption (M-HDZ) by exchanging the prepared synthetic zeolite (HDZ) with a transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu.
The present invention is environmentally friendly in that it develops an adsorption material using fly ash, which is a hazardous material and a waste, and the zeolite (M-HDZ) ion-exchanged with a transition metal of the present invention removes ammonia (a major precursor that causes secondary fine dust). It has an excellent effect in removing NH 3 ).

Description

석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법{method for manufacturing of metal ion-exchanged synthetic zeolite for adsorption of Ammonia gas from coal fly ash}Method for manufacturing of metal ion-exchanged synthetic zeolite for adsorption of Ammonia gas from coal fly ash}

본 발명은 석탄비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법에 관한 것이며, 구체적으로는 석탄비산재로부터 전이금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash, and specifically relates to a method for producing a synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which transition metal ions are exchanged from coal fly ash.

암모니아는 악취를 유발하는 질소계 악취물질이며, 환경 기초 시설 및 산업시설 등의 다양한 경로를 통하여 대기 중으로 배출되고 있다. 특히, 암모니아성 질소의 방출은 수질오염뿐만 아니라 악취발생의 원인이고 대기오염원이기 때문에 암모니아성 질소를 감소시키거나 제거하는 것은 매우 중요하며, 암모니아 자체로도 대기 환경에 미치는 영향이 크지만 암모니아와 연관된 2차 생성된 미세먼지에 고농도 사례 일수가 증가함에 따라 암모니아 제거의 필요성이 높아지고 있다.Ammonia is a nitrogen-based odor substance that causes bad odor, and is discharged into the atmosphere through various routes such as environmental infrastructure and industrial facilities. In particular, it is very important to reduce or remove ammonia nitrogen because the release of ammonia nitrogen not only causes water pollution but also causes bad odors and is a source of air pollution. Ammonia itself has a significant impact on the air environment, but ammonia-related As the number of days with high concentrations of secondary fine dust increases, the need for ammonia removal is increasing.

암모니아 흡착을 위해 제올라이트를 적용한 연구는 대부분 수용액 상태에서 존재하는 암모니아성 질소 제거에 국한되어 있었으며, Mg2+와 Cu2+로 이온교환된 제올라이트 X를 이용한 암모니아 가스의 흡착에 적용한 사례가 일부 있지만 암모니아 가스 제거를 위한 흡착제로 제올라이트를 적용한 사례는 매우 드문 실정이다.Most studies on the application of zeolite for ammonia adsorption were limited to the removal of ammonia nitrogen present in aqueous solution. There are some cases of application to the adsorption of ammonia gas using zeolite Cases of applying zeolite as an adsorbent for gas removal are very rare.

석탄비산재(coal fly ash)는 석탄을 원료로 하는 화력발전소에서 연소 부산물로써 대량으로 발생하고 있으며, 유해 폐기물로 규제하지 않고 있기 때문에 건설, 환경 및 농업 등 여려 산업분야에서 폭 넓게 재활용되고 있으며. 석탄비산재는 높은 Si, Al 성분을 보유하고 있기 때문에 제올라이트 합성에 매우 적합한 선구물질로도 알려져 있다.Coal fly ash is generated in large quantities as a combustion by-product in thermal power plants using coal as a raw material, and because it is not regulated as hazardous waste, it is widely recycled in various industrial fields such as construction, environment, and agriculture. Coal fly ash is known to be a very suitable precursor material for zeolite synthesis because it contains high Si and Al components.

석탄비산재(coal fly ash)를 이용한 제올라이트의 제조와 관련한 선행기술로 예를 들면, 특허문헌 1에 700∼900℃에서 열처리한\만 석탄비산재를 1∼5N 알칼리 용액와 반응시킨 후, 고액분리하여 분취한 상징액에 SiO2/Al2O3 반응몰비에 의해 계산된 양의 함알루미늄 물질을 첨가하여 20∼30℃에서 6∼24시간 동안 숙성시키고, 수열처리함으로서 고형상의 제올라이트를 분리하는 석탄비산재로부터 A형 제올라이트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 수열처리하여 고형상 제올라이트를 분리하는 단계에서 탈수처리된 알칼리수용액 내의 잔존하는 Si, Al 및 알칼리 농도를 고려하여 알칼리제, 함알루미늄물질 및 물과 Na원으로 염화나트륨을 첨가하여 순환 사용하는 것을 특징으로 하는 석탄비산재로부터 A형 제올라이트를 제조하는 방법을 개시하고 있으며, 특허문헌 2에 석탄비산재 및 알칼리물질을 혼합하여 열처리한 1차 처리물을 물에 용해시키고, 알루미늄 소스, 실리카 소스 및 제올라이트 시드 중 어느 하나 이상을 혼합하여 2차 처리물을 형성한 다음 숙성시 및 수열반응을 통해 결정화시켜 정방형 결정구조의 Na-A형 제올라이트의 대량 합성방법을 개시하고 있다.As a prior art related to the production of zeolite using coal fly ash, for example, in Patent Document 1, coal fly ash heat-treated at 700-900°C was reacted with a 1-5N alkali solution, and then separated into solid and liquid for fractionation. An amount of aluminum-containing material calculated by the reaction molar ratio of SiO 2 /Al 2 O 3 is added to a supernatant, aged at 20-30°C for 6-24 hours, and subjected to hydrothermal treatment to separate solid zeolite from coal fly ash. In the method of producing type A zeolite, in the step of separating the solid zeolite by hydrothermal treatment, considering the remaining Si, Al, and alkali concentration in the dehydrated alkaline aqueous solution, an alkali agent, an aluminum-containing material, water, and a Na source are used. A method for producing type A zeolite from coal fly ash is disclosed, which is characterized by circular use by adding sodium chloride. In Patent Document 2, a primary treatment product heat-treated by mixing coal fly ash and an alkali material is dissolved in water, A method for mass synthesizing Na-A type zeolite with a tetragonal crystal structure is disclosed by mixing one or more of an aluminum source, a silica source, and a zeolite seed to form a secondary treatment product and then crystallizing it through aging and hydrothermal reaction.

또 특허문헌 3에 전이금속으로 이온교환된 제올라이트와 관련한 선행기술로 실리카의 원료, 알루미나의 원료, 염기성 물질, 증류수 및 벤질기를 포함하는 구조유도물질을 교반하여 수화젤 상태의 합성 모액이되, 실리카(SiO2) 1.0M 당 벤질기를 포함하는 구조유도물질 0.2 내지 0.4M인 합성 모액을 준비하는 단계; 상기 합성 모액을 회전시키며 수열처리 하여 얻은 고형물을 분리, 세척, 건조하여 Na-form의 제올라이트(as-made)를 제조하는 제1 단계; 상기 Na-form의 제올라이트(as-made)에 잔존하는 Na 이온을 제거하기 위하여 수소 이온을 교환하여 H-SSZ-13을 제조하는 제2 단계; 및 상기 H-SSZ-13에 전이금속 이온을 교환하여 M은 전이금속인 M-SSZ-13을 제조하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수열안정성이 향상된 전이금속이 이온 교환된 제올라이트의 제조방법을 개시하고 있다.In addition, according to the prior art related to zeolite ion-exchanged with a transition metal in Patent Document 3, raw materials of silica, raw materials of alumina, basic substances, distilled water, and structure-inducing materials containing a benzyl group are stirred to form a synthetic mother liquor in the form of a hydrogel, and silica (SiO 2 ) Preparing a synthetic mother solution containing 0.2 to 0.4 M of a structure-directing material containing a benzyl group per 1.0 M; A first step of producing Na-form zeolite (as-made) by separating, washing, and drying the solid obtained by hydrothermal treatment while rotating the synthetic mother liquor; A second step of producing H-SSZ-13 by exchanging hydrogen ions to remove Na ions remaining in the Na-form zeolite (as-made); And a third step of producing M-SSZ-13, where M is a transition metal, by exchanging transition metal ions with H-SSZ-13. Preparation of zeolite in which transition metal ions are exchanged with improved hydrothermal stability. The method is disclosed.

본 발명의 발명자는 석탄비산재(coal fly ash)로부터 제조된 전이금속이온으로 교환된 합성 제올라이트가 암모니아 가스의 흡착성능이 우수한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The inventor of the present invention confirmed that synthetic zeolite exchanged with transition metal ions prepared from coal fly ash had excellent ammonia gas adsorption performance and completed the present invention.

특허문헌1; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0274118호Patent Document 1; Republic of Korea Patent Publication Registration No. 10-0274118 특허문헌2; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-2060505호Patent Document 2; Republic of Korea Patent Publication Registration No. 10-2060505 특허문헌3; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1902694호Patent Document 3; Republic of Korea Patent Publication Registration No. 10-1902694

본 발명에서 해결하려는 과제는 석탄비산재(coal fly ash ; CFA)로부터 암모니아 가스 흡착용 금속이온이 교환된 합성 제올라이트의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 석탄비산재(coal fly ash ; CFA)와 알칼리의 적절한 조합 및 전이금속이온으로 교환시켜 결정도와 암모니아 가스의 흡착성능이 우수한 제올라이트를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 전이금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 제올라이트(M-HDZ)의 제공을 목적으로 하는 것이다.The problem to be solved by the present invention relates to a method for producing synthetic zeolite in which metal ions for ammonia gas adsorption are exchanged from coal fly ash (CFA), and more specifically, to the method of producing a synthetic zeolite in which metal ions for ammonia gas adsorption are exchanged from coal fly ash (CFA). For the purpose of providing a method for producing zeolite with excellent crystallinity and ammonia gas adsorption performance by an appropriate combination and exchange with transition metal ions, and a zeolite for ammonia gas adsorption (M-HDZ) in which transition metal ions are exchanged manufactured thereby. It is done.

본 발명은 아래에서 석탄비산재(coal fly ash ; CFA)를 'CFA', 합성제올라이트를 'HDZ', 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)를 'M-HDZ'로 약칭하여 기재하는 경우도 있으며, 'M-HDZ'에서 ‘M'은 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속을 나타낸다.In the following, the present invention is abbreviated as 'CFA' for coal fly ash (CFA), 'HDZ' for synthetic zeolite, and 'M-HDZ' for zeolite exchanged with transition metal ions (M-HDZ). Also, in 'M-HDZ', 'M' represents a transition metal selected from Mn, Fe, Co, and Cu.

본 발명에서 과제 해결수단으로 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법은 석탄비산재(coal fly ash)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 550℃ 고온에서 용융한 후 분쇄하여 분쇄물을 얻는 제 1 공정, 제 1 공정의 분쇄물에 물을 투입하고 숙성 및 결정화하여 합성 제올라이트(HDZ)를 제조하는 제 2 공정 및 제 2 공정의 합성 제올라이트(HDZ)를 전이금이온속으로 교환하여 암모니아 가스 흡착용 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 제 3 공정으로 이루어진다.In the present invention, as a means of solving the problem, a method of manufacturing a synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash is melted at a high temperature of 550 ° C. and then pulverized. The first process of obtaining pulverized material, the second process of producing synthetic zeolite (HDZ) by adding water to the pulverized material of the first process, maturation and crystallization, and the process of converting the synthetic zeolite (HDZ) of the second process into transition gold ions. It consists of a third process of producing zeolite for ammonia gas adsorption (M-HDZ) by exchanging it.

본 발명에 따른 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법의 일 실시형태는 a). Si/Al를 1.2중량비로 고정하고, 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 NaOH/CFA 비가 0.7 ~ 1.1의 중량비로 하여 550℃ 고온에서 2시간 동안 용융한 후 분쇄하여 분쇄물을 얻는 제 1 공정, b). 제 1 공정의 분쇄물에 물을 중량비로 1:5의 비율로 투입하고, 30℃에서 1~ 5시간 숙성 및 50 ~ 90℃에서 1 ~ 5시간 결정화하여 합성 제올라이트(HDZ)를 제조하는 제 2 공정 및 c). 제 2 공정의 합성 제올라이트(HDZ)를 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환하여 암모니아 가스 흡착용 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 제 3 공정으로 이루어진다.One embodiment of the method for producing a synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash according to the present invention is a). Si/Al is fixed at a weight ratio of 1.2, coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) are melted at a high temperature of 550°C for 2 hours with a weight ratio of NaOH/CFA of 0.7 to 1.1, and then ground. The first process of obtaining pulverized material, b). A second process in which synthetic zeolite (HDZ) is produced by adding water to the pulverized product of the first process at a weight ratio of 1:5, maturing at 30°C for 1 to 5 hours, and crystallizing at 50 to 90°C for 1 to 5 hours. process and c). The third process consists of manufacturing zeolite for ammonia gas adsorption (M-HDZ) by exchanging the synthetic zeolite (HDZ) of the second process with a transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu.

본 발명에 따른 상기 제 1 공정 및 제 2 공정은 용융/수열 합성법으로 제올라이트를 제조하는 공정이며, 용융/수열 합성법은 비산재(CFA)에 함유된 quartz, mullite 등을 zeolite source로 이용되기 쉬운 Na2SiO3, NaAlSiO4 등 무정형 및 수용성 형태로 변화시켜 물 혹은 알칼리 수용액에 잘 녹고, 제올라이트 합성에 필요한 SiO2, Al2SO3의 성분을 수열합성법 보다 더 많이 얻을 수 있다.The first and second processes according to the present invention are processes for producing zeolite by melt/hydrothermal synthesis, and the melt/hydrothermal synthesis method produces Na 2 from quartz, mullite, etc. contained in fly ash (CFA), which can be easily used as a zeolite source. By changing it to amorphous and water-soluble forms such as SiO 3 and NaAlSiO 4 , it is highly soluble in water or aqueous alkaline solutions, and more components of SiO 2 and Al 2 SO 3 required for zeolite synthesis can be obtained than through hydrothermal synthesis.

본 발명에 따른 상기 제 1 공정의 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)의 NaOH/CFA 비가 0.9의 중량%이다.The NaOH/CFA ratio of coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) in the first process according to the present invention is 0.9% by weight.

본 발명에 따른 상기 제 2 공정의 결정화는 90℃에서 5시간 결정화하여 합성제올라이트(HDZ)를 제조한다.In the second process according to the present invention, synthetic zeolite (HDZ) is produced by crystallization at 90°C for 5 hours.

본 발명에 따른 상기 제 3 공정의 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)는 전이금속 함량이 3 ~ 5중량%이다.The zeolite (M-HDZ) exchanged with one transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu in the third process according to the present invention has a transition metal content of 3 to 5% by weight.

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)이다.It is a zeolite (M-HDZ) exchanged with one transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu, prepared by the production method according to the present invention.

본 발명은 대기 중의 1차 미세먼지 발생물질인 유해성 물질이면서 폐기물인 비산재를 활용하여 흡착소재를 개발하는 점에서 친환경적이며, 또 본 발명의 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)는 2차 미세먼지 유발 주요 전구물질인 암모니아(NH3) 가스를 제거하는 효과가 우수할 뿐 아니라 암모니아 가스 제거를 위한 흡착제로 제올라이트를 적용한 사례는 매우 드문 실정에서 기술적으로나 상업적으로 매우 유리한 장점을 지니고 있다.The present invention is environmentally friendly in that it develops an adsorption material by utilizing fly ash, which is a waste and a hazardous material that is the primary fine dust generator in the atmosphere, and the zeolite (M-HDZ) exchanged with the transition metal ion of the present invention is a secondary Not only is it highly effective in removing ammonia (NH 3 ) gas, a major precursor that causes fine dust, but it is also very technologically and commercially advantageous, as cases of applying zeolite as an adsorbent for ammonia gas removal are very rare.

도 1은 합성제올라이트(HDZ)와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ에 대한 XRD 패턴
도 2는 HDZ와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ의 NH3-TPD의 도표
도 3은 HDZ와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ에 대한 산세기(acidity)의 도표
도 4의 NH3 가스 흡착 파과곡선
도 5는 HDZ와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ의 흡착용량 도표
Figure 1 shows XRD patterns for synthetic zeolite (HDZ) and Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ.
Figure 2 is a diagram of NH 3 -TPD of HDZ and Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ and Cu-HDZ
Figure 3 is a chart of acidity for HDZ and Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ and Cu-HDZ.
NH 3 gas adsorption breakthrough curve in Figure 4
Figure 5 is an adsorption capacity chart of HDZ, Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ.

이하에서는 <실시예> 및 <시험예> 등에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠으며, 아래 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through <Examples> and <Test Examples>, etc., but the present invention is not limited by the description below.

본 발명에 따른 석탄비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법은 a). Si/Al를 1.2로 고정하고 석탄비산재(coal fly ash)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 NaOH/CFA 비가 0.7 ~ 1.1의 중량비로 하여 550℃ 고온에서 2시간 동안 용융한 후, 분쇄하여 분쇄물을 얻는 제 1 공정, b). 제 1 공정의 분쇄물에 물을 중량비로 1:5의 비율로 투입하고, 30℃에서 5시간 숙성 및 50 ~ 90℃에서 1 ~ 5시간 결정화하여 합성제올라이트(HDZ)를 제조하는 제 2 공정 및 c). 제 2 공정의 합성제올라이트(HDZ)를 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속으로 이온교환하여 전이금속으로 이온교환된 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 제 3 공정으로 이루어진다.The method for producing a synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash according to the present invention is a). Si/Al is fixed at 1.2, coal fly ash and solid sodium hydroxide (NaOH) are melted at a high temperature of 550°C for 2 hours with a weight ratio of NaOH/CFA of 0.7 to 1.1, and then pulverized to produce the pulverized product. The first process of obtaining, b). A second process of producing synthetic zeolite (HDZ) by adding water to the pulverized product of the first process at a weight ratio of 1:5, maturing at 30°C for 5 hours and crystallizing at 50 to 90°C for 1 to 5 hours, and c). The third process involves ion-exchanging the synthetic zeolite (HDZ) from the second process with a transition metal selected from Mn, Fe, Co, and Cu to produce zeolite ion-exchanged with the transition metal (M-HDZ).

본 발명에 따른 상기 제 1 공정 및 제 2 공정은 용융/수열 합성법으로 제올라이트를 제조하는 공정으로 이루어지며, 용융/수열 합성법은 제올라이트 합성에 필요한 SiO2, Al2SO3의 성분을 수열합성법 보다 더 많이 얻을 수 있다.The first and second processes according to the present invention consist of manufacturing zeolite by melt/hydrothermal synthesis, and the melt/hydrothermal synthesis method produces more components of SiO 2 and Al 2 SO 3 necessary for zeolite synthesis than the hydrothermal synthesis method. You can get a lot.

본 발명의 상기 제 1 공정은 Si/Al를 1.2중량비로 고정하고 NaOH/CFA 비가 0.7 ~ 1.1의 중량비가 되게 석탄비산재(CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 배합하고, 550℃ 고온에서 2시간 동안 용융한 후 SiO2, Al2SO3의 성분을 이온형태로 용출하기 위하여 용융물을 분쇄하여 분쇄물로 얻는 것으로 이루어진다.In the first process of the present invention, Si/Al is fixed at a weight ratio of 1.2, coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) are mixed so that the NaOH/CFA ratio is 0.7 to 1.1, and 2 times at a high temperature of 550°C. After melting for a period of time, the melt is pulverized to obtain pulverized material in order to elute the components of SiO 2 and Al 2 SO 3 in the form of ions.

대표적인 제올라이트 A가 이론적으로 Si/Al가 1이므로 Al source가 Si source보다 과량일 필요는 없고, 석탄비산재는 Si/Al가 1.2이므로 그대로 고정하고, 석탄비산재에 Al성분이 상대적으로 부족한 경우 Al source를 필요량 만큼 보충한다.Since the representative zeolite A theoretically has Si/Al of 1, the Al source does not need to be in excess of the Si source, and the coal fly ash has a Si/Al of 1.2, so it is fixed as is. If the Al component in the coal fly ash is relatively insufficient, the Al source is used. Supplement as needed.

상기 선택하는 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)는 석탄화력발전소에서 배출되는 비산재로 사업장폐기물로 분류되며, 비산재의 기본성분은 실리카, 알루미나, 산화철 및 산화칼슘 등 성분이 다양하게 함유되어 있으며 SiO2 + Al2SO3의 함량 이 70% 이상이면 흡착소재 합성에 바람직다.The coal fly ash (CFA) selected above is fly ash discharged from coal-fired power plants and is classified as industrial waste. The basic components of fly ash include various components such as silica, alumina, iron oxide, and calcium oxide, and SiO 2 + If the content of Al 2 SO 3 is more than 70%, it is desirable for synthesizing adsorption materials.

또한 반응을 촉진하는 동시에 Na-P 등 원하지 않는 흡착소재 형태를 억제하기 위하여 시약급 zeolite(WAKO)-A seed를 소량 첨가한다.In addition, a small amount of reagent grade zeolite (WAKO)-A seed is added to promote the reaction and at the same time suppress the formation of unwanted adsorption materials such as Na-P.

석탄비산재(CFA) 중에 SiO2 + Al2SO3 의 함량이 50% 이하인 경우 흡착소재를 합성하면 거의 결정화가 진행되지 않으며, 결정화가 진행되더라도 Al source나 Si source 부족분을 많이 보충해야 하며, 또 석탄비산재 성분 중 CaO는 흡착소재 합성을 방해하므로 그 함량이 10% 이하인 석탄비산재가 흡착소재 합성에 바람직하다.If the content of SiO 2 + Al 2 SO 3 in coal fly ash (CFA) is less than 50%, almost no crystallization occurs when an adsorbent material is synthesized. Even if crystallization occurs, a large amount of Al source or Si source deficiency must be supplemented, and coal Among the fly ash components, CaO interferes with the synthesis of adsorption materials, so coal fly ash with a content of 10% or less is preferable for the synthesis of adsorption materials.

상기 석탄비산재(CFA)는 단단한 유리질의 구형입자와 주로 중공성입자, 다공성 무정형 등의 형태가 있으나, 중공성 입자가 용적대비 가장 낮은 표면적을 가지고 있어 흡착소재 합성에 바람직하며, 크기는 20 ~ 30㎛ 정도이다.The coal fly ash (CFA) comes in the form of hard glassy spherical particles, mainly hollow particles, and porous amorphous particles, but hollow particles have the lowest surface area compared to volume, so they are preferable for synthesizing adsorption materials, and have a size of 20 to 30. It is about ㎛.

본 발명의 상기 제 2 공정은 분쇄물로부터 SiO2, Al2SO3의 성분을 이온형태로 용출한 후, 용출된 수용액을 30℃에서 5시간 동안 숙성하고 이를 50 ~ 90℃에서 0.5 ~ 5시간 결정화하는 공정이며, 결정화된 고형물은 수차례 세척 및 여과한 다음, 고형물을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 합성제올라이트(HDZ)를 제조하는 것으로 이루어진다.In the second process of the present invention, the components of SiO 2 and Al 2 SO 3 are eluted from the pulverized material in the form of ions, then the eluted aqueous solution is aged at 30°C for 5 hours and then aged at 50 to 90°C for 0.5 to 5 hours. This is a crystallization process, and consists of washing and filtering the crystallized solid several times and then drying the solid at 100°C for 2 hours to produce synthetic zeolite (HDZ).

본 발명의 상기 제 3 공정은 상기 제 2 공정에서 제조한 합성 제올라이트(HDZ)의 암모니아 가스 흡착능을 높이기 위하여 전이금속 전구물질과 반응시켜 전이금속 이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 것으로 이루어진다.The third process of the present invention is to produce zeolite (M-HDZ) exchanged with transition metal ions by reacting with a transition metal precursor to increase the ammonia gas adsorption capacity of the synthetic zeolite (HDZ) prepared in the second process. It comes true.

상기 M-HDZ에서 M은 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 전이금속을 나타내며, 이온교환은 상기 전이금속 전구물질의 1 ~ 5중량%의 용액과 30℃에서 24시간 반응시키며, 전이금속 전구물질은 염산염, 질산염 및 황산염으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다.In the M-HDZ, M represents a transition metal selected from Mn, Fe, Co, and Cu, and ion exchange is performed by reacting with a solution of 1 to 5% by weight of the transition metal precursor at 30° C. for 24 hours, and the transition metal precursor is The substance consists of one selected from hydrochloride, nitrate and sulfate.

상기 이온교환반응 종료한 후, 증류수로 여과 및 세척한 다음, 105℃에서 2 시간 건조시키는 것으로 이루어지며, 건조된 전이금속이온으로 교환된 제올라이트를 550 ℃에서 2시간 동안 소성하여 잔류하는 Cl-, N03 - 또는 SO4 2- 이온을 제거하는 것으로 이루어진다. After completion of the ion exchange reaction, it is filtered and washed with distilled water, and then dried at 105°C for 2 hours. The zeolite exchanged with the dried transition metal ion is calcined at 550°C for 2 hours to remove the remaining Cl - , It consists in removing N0 3 - or SO 4 2- ions.

이하에서는 <실시예> 및 <시험예>를 통하여 본 발명에 따른 석탄비산재로부터 가스상 암모니아 흡착용 전이금속으로 이온교환된 제올라이트의 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the method for producing zeolite ion-exchanged from coal fly ash to a transition metal for gaseous ammonia adsorption according to the present invention will be described in more detail through <Examples> and <Test Examples>.

<실시예 1><Example 1>

교반 및 온도가 조절되는 테프론으로 코팅된 300㎖ 용량의 스텐리스 반응기에 합성조건으로 Si/Al 비를 1.2로 고정하고, NaOH/CFA 중량비가 0.9가 되도록 석탄비산재(CFA)와 고형 수산화나트륨(Na0H)를 투입하고 550℃에서 1시간 동안 소성한 후 상온에서 분쇄하여 분쇄물을 얻는다(제 1 공정). In a 300 ml stainless steel reactor coated with Teflon where stirring and temperature are controlled, the Si/Al ratio was fixed to 1.2 as synthesis conditions, and coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) were added so that the NaOH/CFA weight ratio was 0.9. ) is added and fired at 550°C for 1 hour, then pulverized at room temperature to obtain pulverized product (first process).

합성반응기에 상기에서 얻은 분쇄물과 물을 중량비로 1:5의 비율로 투입한 후 교반하면서 30℃에서 5시간 숙성 후, 90℃에서 5시간 결정화 과정을 수행하여 합성 제올라이트(HDZ)를 제조하였다(제 2 공정).The pulverized material and water obtained above were added to the synthesis reactor at a weight ratio of 1:5, then aged at 30°C for 5 hours while stirring, and then crystallized at 90°C for 5 hours to prepare synthetic zeolite (HDZ). (2nd process).

반응용기에 상기에서 제조한 합성 제올라이트(HDZ)를 일정하게 분할한 원료에 전이금속인 Mn의 염산염 5중량%의 수용액을 첨가하고 30℃에서 24시간 교반하면서 반응시킨 다음, 반응물을 3회 반복하여 여과하고 세척한 후 105℃에서 2시간 건조하였다.In a reaction vessel, a 5% by weight aqueous solution of Mn hydrochloride, a transition metal, was added to the raw material of the synthetic zeolite (HDZ) prepared above, and reacted with stirring at 30°C for 24 hours. The reactants were repeated three times. After filtering and washing, it was dried at 105°C for 2 hours.

상기 건조된 Mn이온으로 교환된 제올라이트(Mn-HDZ)를 550 ℃에서 2시간 동안 소성과정을 진행하여 잔여 염소이온을 제거하고 5중량% 함량의 Mn이온으로 교환된 제올라이트(Mn-HDZ)를 제조하였다(제 3 공정).The dried Mn ion-exchanged zeolite (Mn-HDZ) was calcined at 550°C for 2 hours to remove remaining chlorine ions and produce Mn-ion exchanged zeolite (Mn-HDZ) with a content of 5% by weight. (3rd process).

상기 제 2 공정에서 수득한 합성 제올라이트(HDZ)의 남은 부분도 일정하게 분할하고 전이금속 Fe, Co 및 Cu 각각의 염산염 5중량%의 수용액을 첨가하고, 상기 Mn이온으로 교환된 제올라이트(Mn-HDZ)를 제조하는 조건과 동일하게 반응시켜 각각 5중량%의 전이금속이 이온교환된 Fe-HDZ, Co-HDZ, Cu-HDZ를 제조하였다(제 3 공정).The remaining portion of the synthetic zeolite (HDZ) obtained in the second step was equally divided, an aqueous solution of 5% by weight of hydrochloride of each of the transition metals Fe, Co, and Cu was added, and the zeolite (Mn-HDZ) exchanged with the Mn ion was added. ) were reacted under the same conditions to produce Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ in which 5% by weight of transition metals were ion-exchanged (third process).

상기에서 제조된 합성 제올라이트(HDZ)와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ에 대한 XRD 패턴을 [도 1]에 나타내었다.The XRD patterns for the synthetic zeolite (HDZ) prepared above, Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ are shown in [Figure 1].

<시험예 1> 암모니아 승온 탈착 실험(NH3-TPD)<Test Example 1> Ammonia desorption experiment at elevated temperature (NH 3 -TPD)

상기 <실시예 1>에서 제조한 합성 제올라이트(HDZ)와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ 각각의 산점세기 특성을 분석하기 위해 암모니아 승온 탈착 실험(NH3-TPD)을 수행하였다. In order to analyze the scattering intensity characteristics of the synthetic zeolite (HDZ) prepared in <Example 1> and each of Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ, an ammonia elevated temperature desorption experiment (NH 3 -TPD) was performed. carried out.

NH3-TPD에 TCD(Thermal Conductivity Detector)가 장착된 BETCAT-M(Belcat Inc., Japan) 장비를 사용하였으며, 시료의 양은 100mg으로 하고, 전처리 조건은 아래 [표 1]로 나타내었다. BETCAT-M (Belcat Inc., Japan) equipment equipped with NH 3 -TPD and TCD (Thermal Conductivity Detector) was used, the amount of sample was 100 mg, and the pretreatment conditions are shown in [Table 1] below.

StepStep Time(min)Time(min) Temperature(℃)Temperature(℃) GasGas Flow rate(ml/min)Flow rate(ml/min) 1One 55 3030 HeHe 5050 22 5252 550550 HeHe 5050 33 6060 550550 HeHe 5050 44 1One 3030 HeHe 5050 55 1010 3030 HeHe 5050 66 3030 3030 5% NH3/He5% NH3 /He 5050 77 1515 3030 HeHe 5050 88 5252 550550 HeHe 3030 99 3030 550550 HeHe 3030

전처리 후, 30℃에서 5mol/mol%의 NH3/He 가스(50㎖/min)를 흡착시킨 뒤, 550℃까지 10℃/min으로 승온하면서 탈착되는 암모니아를 TCD를 이용하여 측정하고 NH3-TPD 결과를 [도 2]로 나타내었다.After pretreatment, 5 mol/mol% NH 3 /He gas (50 mL/min) was adsorbed at 30°C, and the ammonia desorbed was measured using TCD while raising the temperature at 10°C/min to 550°C, and NH 3 - The TPD results are shown in [Figure 2].

[도 2]에 나타낸 바와 같이 암모니아를 탈착 실험한 결과 저온부(Low temperature : LT)와 고온부(High temperature : HT)에서 대부분 암모니아 탈착피크가 나타나는 것을 알 수 있다. [도 2]의 5wt%로 이온교환된 M-HDZ(도면 2의 b~ e) 경우 100℃ 부근에서 1차 LT 탈착피크가 나타났으며, 특히, HDZ와 Mn-HDZ를 비교해 보면 HDZ에 비해 이온교환된 Mn-HDZ의 탈착온도가 약간 고온 쪽으로 이동하였으며 탈착피크의 면적도 증가하였다. 또한, 대부분 2차 HT 탈착피크는 300℃ 부근에서 나타났지만, Cu-HDZ에서 나타난 바와 같이 Cu이온으로 교환된 경우에는 400℃ 이상에서 탈착피크가 감소되었다. 이는 Cu이온으로 교환된 제올라이트에 흡착된 암모니아 가스를 탈착시킬 경우 다른 금속이온으로 교환된 제올라이트보다 높은 고온의 온도가 필요함을 알 수 있다.As shown in [Figure 2], as a result of the ammonia desorption experiment, it can be seen that most ammonia desorption peaks appear at low temperature (LT) and high temperature (HT). In the case of M-HDZ ion exchanged at 5 wt% in [Figure 2] (b to e in Figure 2), the first LT desorption peak appeared around 100°C. In particular, when comparing HDZ and Mn-HDZ, compared to HDZ, The desorption temperature of ion-exchanged Mn-HDZ shifted to a slightly higher temperature, and the area of the desorption peak also increased. In addition, most secondary HT desorption peaks appeared around 300°C, but as shown in Cu-HDZ, when exchanged with Cu ions, the desorption peak decreased above 400°C. This shows that when desorbing ammonia gas adsorbed on zeolite exchanged with Cu ions, a higher temperature is required than on zeolite exchanged with other metal ions.

<시험예 2> 산세기(acidity)를 측정<Test Example 2> Measuring acidity

[도 2]의 NH3-TPD 면적 값을 이용하여 합성 제올라이트(HDZ)와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ에 대한 산세기(acidity)를 측정하고 그 결과를 [도 3]에 나타내었다.The acidity of synthetic zeolite (HDZ), Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ was measured using the NH 3 -TPD area value in [Figure 2], and the results were measured in [Figure 2]. 3].

[도 3]에 나타낸 바와 같이 산세기는 Mn-HDZ > Cu-HDZ ≒ Co-HDZ > Fe-HDZ > HDZ 순서로 나타났으며 Mn-HDZ가 다른 양이온이 교환된 제올라이트보다 높은 산세기를 가진다는 것을 알 수 있다. 이는 HDZ에 비해 이온교환을 통해 Mn-HDZ의 산점들이 제올라이트 공극 및 표면상에 고루 분포되어 암모니아 흡착 성능이 증가한 것으로 판단되었다. 또한, 이온교환된 제올라이트의 경우 이온교환과정에서 HDZ 안에 있는 Cu2+, Co2+, Fe3+ 또는 Mn2+이온들이 합성된 제올라이트에 균일하게 분포되면서 구조체를 이루는 알루미나 사이트의 산점수를 증가시킴에 따라 암모니아 가스에 대한 흡착 성능을 높이는 것으로 보여진다. 이는 HDZ 표면위에 위치한 이온들만 원하는 양으로 전환되어 NH3 가스 흡착에 대한 브뢴스테드 산점(brønsted acid site) 크기에 영향을 미친다고 판단된다. As shown in [Figure 3], the acid strength appeared in the order of Mn-HDZ > Cu-HDZ ≒ Co-HDZ > Fe-HDZ > HDZ, and Mn-HDZ has a higher acid strength than other cation-exchanged zeolites. You can see that It was judged that compared to HDZ, the acid sites of Mn-HDZ were evenly distributed on the pores and surface of zeolite through ion exchange, resulting in increased ammonia adsorption performance. In addition, in the case of ion-exchanged zeolite, Cu 2+ , Co 2+ , Fe 3+ or Mn 2+ ions within the HDZ are distributed uniformly in the synthesized zeolite during the ion exchange process, increasing the acid point number of the alumina site forming the structure. It appears that the adsorption performance for ammonia gas is improved depending on the method. This is believed to affect the size of the Brønsted acid site for NH 3 gas adsorption by converting only the ions located on the HDZ surface to the desired amount.

<시험예 3> NH3 가스 흡착 파과곡선 <Test Example 3> NH 3 gas adsorption breakthrough curve

상기 <실시예 1>에서 제조한 합성 제올라이트(HDZ)와 Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ 및 Cu-HDZ에 대한 NH3 가스 흡착 파과실험을 수행하고 그 결과로 [도 4]의 NH3 가스 흡착파과곡선을 나타내었다An NH 3 gas adsorption breakthrough experiment was performed on the synthetic zeolite (HDZ) prepared in <Example 1>, Mn-HDZ, Fe-HDZ, Co-HDZ, and Cu-HDZ, and as a result, NH of [FIG. 4] 3 Gas adsorption breakthrough curve is shown.

[도 4]에 나타낸 바와 같이 Mn-HDZ > Co-HDZ > Cu-HDZ > Fe-HDZ > HDZ 순서로 암모니아 흡착 파과곡선이 나타났으며, HDZ의 경우 35 min에 암모니아 농도가 감지되었지만, 이온교환된 제올라이트들의 경우에는 47min 이상에서 암모니아 농도가 나타났으며, 특히, Mn-HDZ의 경우에는 65min에서 암모니아 피크가 감지되었으며, 이온교환되기 전보다 약 1.8배 이상의 암모니아 흡착 능력이 향상되었다. 이는 이온교환된 Fe-HDZ, Cu-HDZ, Co-HDZ 및 Mn-HDZ의 경우 HDZ에 구성된 Na+이온들과 100% 이온교환을 진행한 것으로 나타났다. 이는 Fe3+, Co3+, Cu2+ 및 Mn2+의 이온 크기가 Na+이온 크기에 비해 훨씬 작기 때문에 HDZ 내부에 위치된 Na+이온들과 치환된 것으로 판단된다. As shown in [Figure 4], the ammonia adsorption breakthrough curve appeared in the order of Mn-HDZ > Co-HDZ > Cu-HDZ > Fe-HDZ > HDZ. In the case of HDZ, ammonia concentration was detected at 35 min, but ion exchange In the case of the zeolites, the ammonia concentration appeared at more than 47 min. In particular, in the case of Mn-HDZ, the ammonia peak was detected at 65 min, and the ammonia adsorption ability was improved by about 1.8 times more than before ion exchange. This showed that in the case of ion-exchanged Fe-HDZ, Cu-HDZ, Co-HDZ, and Mn-HDZ, 100% ion exchange was performed with Na + ions composed of HDZ. This is believed to have been replaced by Na + ions located inside the HDZ because the ion sizes of Fe 3+ , Co 3+ , Cu 2+ and Mn 2+ are much smaller than the size of Na + ions.

이는 HDZ 내부와 표면 위에 위치한 이온이 전이금속 양이온들과 이온교환되어 브뢴스테드 산점들이 제올라이트에 고루 분포되어 암모니아 흡착 성능을 높아지는 것으로 판단된다.This is believed to be because ions located inside and on the surface of the HDZ are ion exchanged with transition metal cations, causing Brønsted acid sites to be evenly distributed in the zeolite, thereby increasing ammonia adsorption performance.

<시험예 4> NH3 흡착량 평가<Test Example 4> NH 3 adsorption amount evaluation

고정층 흡착실험에서 얻어지는 파과곡선에서 실험시간까지 흡착된 흡착질의 양을 나타내는 흡착제의 흡착용량(mg adsorbate/g adsorbent)은 이론적으로 아래 [계산식 1]으로 구할 수 있다(Kim et al., 2010; Kim and Lee, 2012). The adsorption capacity of the adsorbent (mg adsorbate/g adsorbent), which represents the amount of adsorbate adsorbed up to the test time from the breakthrough curve obtained in the fixed bed adsorption experiment, can theoretically be obtained using [Calculation 1] below (Kim et al., 2010; Kim and Lee, 2012).

[계산식 1][Calculation Formula 1]

상기 계산식에서 q는 흡착용량을 나타내며, CA0와 CA는 각각 반응기 입출구에서 흡착질의 농도, Q는 혼합가스 유량, w는 흡착제의 양, Mw는 흡착질의 분자량, t는 반응기 운전시간을 나타내며, 본 시험예에서는 w = 0.1g, T = 20℃, Q = 100 mL/min, CA0 = 1,000ppm의 조건에서 고정층 흡착실험을 수행하였다.In the above calculation formula, q represents the adsorption capacity, C A0 and C A are the concentration of the adsorbent at the inlet and outlet of the reactor, Q is the mixed gas flow rate, w is the amount of adsorbent, M w is the molecular weight of the adsorbent, and t is the reactor operating time. , In this test example, a fixed bed adsorption experiment was performed under the conditions of w = 0.1g, T = 20°C, Q = 100 mL/min, and C A0 = 1,000ppm.

[도 4]의 NH3 흡착 파과곡선을 통계분석(Sigma plot 14.5)을 이용하여 회귀분석을 통해 CNH3와 t를 구하여 상기 [계산식 1]에 의해 흡착용량을 구하여 [도 5]에 나타내었다.C NH3 and t were obtained through regression analysis of the NH 3 adsorption breakthrough curve in [Figure 4] using statistical analysis (Sigma plot 14.5), and the adsorption capacity was calculated using the above [Calculation 1], which is shown in [Figure 5].

[도 5]에 나타낸 바와 같이 NH3의 흡착용량은 Mn-HDZ(56.0 mg/g) > Co-HDZ(45.0 mg/g) > Cu-HDZ(43.3 mg/g) > Fe-HDZ(36.0 mg/g) > HDZ(27.4 mg/g) 순으로 높게 나타났으며 강한 산점 및 산세기가 증가하게 되면 촉매활성이 증가하고 산성 가스인 SO2와의 친화력이 높아져 흡착량이 감소하다는 이전 연구결과(Kim and Lee, 2012)와 일치하는 경향이며, 본 발명에서 비산재로부터 합성된 HDZ의 공극에 전이금속이온(Cu2+, Co2+, Fe3+ 또는 Mn2+)을 이온교환하게 되면 HDZ 공극에 존재하는 산점이 증가하여 알카리성 가스인 NH3의 흡착량이 증가하는 것으로 판단된다. As shown in [Figure 5], the adsorption capacity of NH 3 is Mn-HDZ (56.0 mg/g) > Co-HDZ (45.0 mg/g) > Cu-HDZ (43.3 mg/g) > Fe-HDZ (36.0 mg) /g) > HDZ (27.4 mg/g), and previous research showed that as the strong acid site and acid strength increase, the catalytic activity increases and the affinity with the acidic gas SO 2 increases, thereby reducing the amount of adsorption (Kim and Lee, 2012), and in the present invention, when transition metal ions (Cu 2+ , Co 2+ , Fe 3+ or Mn 2+ ) are ion exchanged in the pores of HDZ synthesized from fly ash, they are present in the HDZ pores. It is believed that the amount of adsorption of NH 3 , an alkaline gas, increases as the acid point increases.

Claims (5)

a). Si/Al의 비를 1.2로 고정하고 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)을 NaOH/CFA 비가 0.7 ~ 1.1의 중량비로 하여 550℃ 고온에서 2시간 동안 용융한 후 분쇄하여 분쇄물을 얻는 제 1 공정,
b). 제 1 공정의 분쇄물에 물을 중량비로 1:5의 비율로 투입하고, 30℃에서 5시간 숙성 및 50 ~ 90℃에서 1 ~ 5시간 결정화하여 합성 제올라이트(HDZ)를 제조하는 제 2 공정 및
c). 제 2 공정의 합성 제올라이트(HDZ)를 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환하여 암모니아 가스 흡착용 제올라이트(M-HDZ)를 제조하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법.
a). The Si/Al ratio was fixed at 1.2, and coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) were melted at a high temperature of 550°C for 2 hours with a weight ratio of NaOH/CFA of 0.7 to 1.1, and then ground. The first process of obtaining pulverized material,
b). A second process of producing synthetic zeolite (HDZ) by adding water to the pulverized product of the first process at a weight ratio of 1:5, maturing at 30°C for 5 hours and crystallizing at 50 to 90°C for 1 to 5 hours, and
c). Characterized by a third process of producing ammonia gas adsorption zeolite (M-HDZ) by exchanging the synthetic zeolite (HDZ) of the second process with a transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu. Method for producing synthetic zeolite for adsorption of ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 공정의 석탄비산재(coal fly ash ;CFA)와 고형의 수산화나트륨(NaOH)의 NaOH/CFA 비가 0.9의 중량%인 것을 특징으로 하는 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법.
In claim 1,
A synthetic zeolite for adsorbing ammonia gas in which metal ions are exchanged from coal fly ash, characterized in that the NaOH / CFA ratio of the coal fly ash (CFA) and solid sodium hydroxide (NaOH) in the first process is 0.9% by weight. Manufacturing method.
청구항 2에 있어서,
상기 제 2 공정의 결정화는 90℃에서 5시간 결정화하여 합성제올라이트(HDZ)를 제조하는 것을 특징으로 하는 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법.
In claim 2,
A method for producing synthetic zeolite for ammonia gas adsorption in which metal ions are exchanged from coal fly ash, characterized in that the crystallization in the second process is crystallized at 90° C. for 5 hours to produce synthetic zeolite (HDZ).
청구항 3에 있어서,
상기 제 3 공정의 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)는 전이금속 함량이 3 ~ 5중량%인 것을 특징으로 하는 석탄 비산재로부터 금속이온이 교환된 암모니아 가스 흡착용 합성 제올라이트의 제조방법.
In claim 3,
The zeolite (M-HDZ) exchanged with one transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu in the third process is a metal ion extracted from coal fly ash, characterized in that the transition metal content is 3 to 5% by weight. Method for producing synthetic zeolite for adsorption of exchanged ammonia gas.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 기재된 제조방법으로 제조된 Mn, Fe, Co 및 Cu로부터 선택되는 하나의 전이금속이온으로 교환된 제올라이트(M-HDZ)를 특징으로 하는 암모니아 흡착용 제올라이트.
A zeolite for ammonia adsorption characterized by a zeolite (M-HDZ) exchanged with one transition metal ion selected from Mn, Fe, Co, and Cu prepared by the production method according to any one of claims 1 to 4.
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