KR980008310A - 다공성 복합 산화물의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 복합 산화물의 제조 방법에 관한 것이다. 실리콘 옥사이드 원을 함유하는 용액과 알루미늄 옥사이드 원을 함유하는 용액을 준비하는 단계, 상기 용액중 하나의 용액을 다른 용액에 서서히 투여하면서 교반하는 단계, 상기 단계에서 얻어진 혼합 용액에 염산을 투여하여 맑은 졸을 제조하는 단계 및 상기 졸에 수산화나트륨을 넣고 상온에서 30분 내지 12시간 동안 반응시키는 단계를 통하여 제조되는 다공성 복합 산화물은 미세 기공이 풍부하게 형성되어 있으며 기공 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 균일하다. 따라서, 본 발명의 다공성 복합 산화물은 촉매를 담지하는 담체로 사용하기에 적합하다.

Description

다공성 복합 산화물의 제조 방법
도1 내지 도3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합 산화물의 기공 크기에 따른 기공 부피의 분포도를 나타내는 그래프이다.
도4는 종래의 방법에 따라 제조된 복합 산화물의 기공 크기에 따른 기공 부피의 분포도를 나타내는 그래프이다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래 기술]
본 발명은 다공성 복합 산화물의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 미세 기공이 풍부하고 균일하게 형성되어 있을 뿐만 아니라 기공의 직경에 따른 부피의 분포도가 균일하여 담체로 사용하는데 적합한 다공성 복합 산화물의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 화학 관련 산업의 발달은 다양한 촉매의 개발을 수반하고 있다. 촉매는 물질의 합성, 분해, 개질 등에 있어서, 거의 필수적인 요소로서 이에 관한 중요성은 명백하다 하겠다.
이러한 촉매로서 금속 또는 기타 성분의 미립자가 사용되는 것이 일반적이다. 그 이용방법은 다양하지만, 통상적으로 담체(carrier)에 담지시켜 사용하는 것이 일반적이다.
이러한 담체는 그 자체가 반응성을 갖지 않는 것이 일반적이지만, 특히 원하는 미세 기공이 풍부하게 형성되어 있어야 된다. 촉매 반응을 원활하게 하기 위하여, 미립 물질인 촉매 성분과 반응 물질이 접촉할 수 있는 공간이 필요하기 때문이다.
현재 일반적으로 사용되는 담체로는 실리카, 알루미나, 알루미노실리케이트(alumino-silicate), 제올라이트, 활성탄 등이 있다.
이중, 알루미노실리케이트는 다양한 크기의 기공을 갖는 성질이 있어서, 담체로서 널리 이용되고 있다. 알루미노실리케이트는 수용성 알루미늄 옥사이드 원과 실리콘 옥사이드 원을 물에 용해시킨 다음, 100℃ 이상의 고온, 고압에서 수열반응시켜 얻어지는 것이 일반적이다.
담체의 표면에 형성되어 있는 기공은 촉매가 담지될 수 있는 영역으로서, 기공에서 촉매는 반응 물질과 접촉하여 반응 물질을 활성화시킨다. 따라서, 원활한 촉매 반응을 위하여, 반응 물질과 촉매가 접촉할 수 있는 기공이 풍부하게 형성되어 있는 담체의 개발에 대한 요구는 끊임없이 증가하고 있는데, 종래의 방법에 의해 제조되는 알루미노실리케이트는 이에 부응하지 못하고 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 담체로서 사용하기에 적합하도록 미세 기공이 풍부하게 형성되어 있으며 기공 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 균일한 다공성 복합 산화물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 실리콘 옥사이드 원을 함유하는 용액과 알루미늄 옥사이드 원을 함유하는 용액을 준비하는 단계, 상기 용액중 하나의 용액을 다른 용액에 서서히 투여하면서 교반하는 단계, 상기 단계에서 얻어진 혼합 용액에 염산을 투여하여 맑은 졸을 제조하는 단계 및 상기 졸에 수산화나트륨을 넣고, 상온에서 30분 내지 12시간 동안 반응시킨 다음, 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에서는 실리콘 옥사이드 원과 알루미늄 옥사이드 원을 100℃ 이하의 저온에서 반응시키는 것을 특징으로 한다. 알루미노실리케이트는 온도 조건에 따라 기공의 크기 및 분포가 매우 달라질 수 있으며, 종래의 수열합성법과는 달리 저온에서 반응시키면 미세 기공이 풍부하게 형성된다는 것이 밝혀져 본 발명에 이르게 된 것이다.
본 발명에 따르면, 알루미노실리케이트는 반응 온도 이외에는 종래의 일반적인 방법으로 제조된다. 이하, 복합 산화물인 알루미노실리케이트의 제조 공정을 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
우선, 수용성 실리콘 옥사이드 원과 수용성 알루미늄 옥사이드 원을 별도의 용기에서 물에 용해시킨다.
본 발명에 있어서, 실리콘 옥사이드 원으로는 실리케이트 염이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 소디윰 실리케이트이다. 알루미늄 옥사이드 원으로는 알루미네이트 염이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 소디윰 알루미네이트이다. 반응 물질이 물에 대한 용해 속도가 느릴 경우, 가열할 수 있다. 특히, 실리콘 옥사이드 원은 실온에서 물에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에, 가열하여 용해시키는 것이 적절하다. 가열온도는 사용되는 반응 물질의 용해도 및 성질에 따라 달리하는데, 통상적으로 50 내지 60℃가 바람직하다.
실리콘 옥사이드 원과 알루미늄 옥사이드 원이 용해되어 있는 각각의 용액이 준비되면, 이들 용액을 혼합한다. 실리콘 옥사이드 원과 알루미늄 옥사이드 원의 함량비는 알루미늄에 대한 실리콘의 몰비가 1 내지 3이 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 실리콘 옥사이드 원과 알루미늄 옥사이드 원이 균일하게 혼합되도록, 혼합될 두 용액중 어느 하나의 용액을 다른 용액에 서서히 투여해야 한다. 또한, 용액의 혼합 과정에서 투여되는 용액을 가열 및 교반하는 것이 필요하다.
상기 두 용액의 혼합이 완료되면, 맑고, 투명한 졸이 얻어질 때까지 염산을 첨가한다. 이어, 수산화나트륨을 투여한 다음, 상온에서 유지하면 알루미노실리케이트가 형성되면서 겔상으로 변한다. 반응은 30분 내지 12시간 동안 이루어지며, 30분 내지 1시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 여기에서, 수산화나트륨은 물에 용해된 실리콘 옥사이드 원과 알루미늄 옥사이드 원이 원활하고 균일하게 반응하게 하는 작용을 하는 것이다. 염산과 수산화나트륨은 각각의 희석 용액의 형태로 투여되는 것이 바람직하며, 수산화나트륨을 투여한 후 반응 용액의 pH는 3 내지 12가 바람직하다.
마지막으로, 형성된 겔을 여과한 다음, 걸러진 침전물을 건조시키면 미세 분말 상태의 알루미노실리케이트가 얻어진다. 이 때, 건조는 공기분위기, 100 내지 150℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 소디윰 실리케이트(Na2SiO3) 98.4g을 증류수 150㎖에 투여한 다음, 55℃의 온도로 유지하여 완전히 용해시켰다. 별도의 용기에서, 소디윰 알루미네이트(NaAlO2) 152.5g을 증류수 700㎖에 용해시켰다. 소디윰 알루미네이트 용액을 소디윰 실리케이트 용액에 서서히 투여하였다. 이 때, 혼합되는 용액을 교반함과 동시에 계속 가열하여 온도가 55℃ 부근에서 계속 유지되도록 하였다. 혼합이 완료된 후, 반응 혼합물이 맑아질 때까지 6N HCl을 투여하였다. 맑은 용액에, pH가 11이 될 때까지 6N NaOH를 투여한 다음, 60분 동안 방치하여 겔을 얻었다. 진공 감압장치를 이용하여, 겔을 여과한 다음, 120℃에서 24시간 동안 건조시켜 분말 상태의 알루미노실리케이트를 제조하였다.
제조된 분말을 300℃에서 3시간 동안 방치하여, 기공 표면에 존재하는 불순물을 제거하였다. 이어, 분말의 표면적과 기공 분포도를 측정하였는데, BET 표면적이 395.5(㎡/g)이고 기공의 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 전체적으로 균일하였다(도1).
2. pH가 7이 되도록 6N NaOH를 투여하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말 상태의 알루미노실리케이트를 제조한 다음, 불순물을 제거하였다.
제조된 분말에 대한 표면적과 기공 분포도를 측정하였는데, BET 표면적이 238.8(㎡/g)이고 기공의 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 전체적으로 균일하였다(도2).
3. pH가 3이 되도록 6N NaOH를 투여하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말 상태의 알루미노실리케이트를 제조한 다음, 불순물을 제거하였다.
제조된 분말에 대한 표면적과 기공 분포도를 측정하였는데, BET 표면적이 409.6(㎡/g)이고 기공의 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 전체적으로 균일하였다(도3).
[비교예]
실시예 1과 동일한 방법을 통하여, 소디윰 실리케이트와 소디윰 알루미네이트가 용해된 졸을 얻었다. 졸에, pH가 7이 될 때까지 6N NaOH를 투여한 다음, 60분 동안 방치하여 겔을 얻었다. 겔을 고압 반응기에 넣고, 150℃, 150psi에서 1시간 동안 반응시켰다. 진공 감압장치를 이용하여, 반응 결과물을 여과한 다음, 100℃에서 24시간 동안 건조시켜 분말 상태의 알루미노실리케이트를 제조하였다.
제조된 분말에 대한 표면적과 기공 분포도를 측정하였는데, 종래의 방법에 따라 제조된 알루미노실리케이트는 기공의 크기에 따른 기공 부피의 분포도가 전체적으로 균일하였지만(도 4), BET 표면적이 135(㎡/g)로서 작았다.
[발명의 효과]
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 저온 반응에 의해 제조되는 다공성 복합 산화물은 미세 기공이 풍부하게 형성되어 있으며 기공 크기에 따른 부피의 분포도가 균일하여 담체로 사용하기에 적합하다.

Claims (9)

  1. 실리콘 옥사이드 원을 함유하는 용액과 알루미늄 옥사이드 원을 함유하는 용액을 준비하는 단계; 상기 용액중 하나의 용액을 다른 용액에 서서히 투여하면서 교반하는 단계; 상기 단계에서 얻어진 혼합 용액에 염산을 투여하여 맑은 졸을 제조하는 단계; 및 상기 졸에 수산화나트륨을 넣고, 상온에서 30분 내지 12시간 동안 반응시킨 다음, 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 옥사이드 원과 상기 알루미늄 옥사이드 원은 상기 알루미늄과 실리콘의 몰비가 1 내지 3이 되도록 투여되는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 옥사이드 원은 실리케이트 염인 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실리케이트 염은 소디윰 실리케이트인 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 옥사이드 원은 알루미네이트 염인 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 알루미늄 염은 소디윰 알루미네이트인 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수산화나트륨은 상기 졸의 pH가 3 내지 12가 되도록 투여되는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반응은 30분 내지 1시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 건조는 공기 분위기, 100 내지 150℃ 조건하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 복합 산화물의 제조 방법.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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