A Study on the Ion-exchange Characteristics of Zeolites(A, 13X, Y, Mordenite, Chabazite)

제올라이트(A, 13X, Y, Mordenite, Chabazite)의 이온교환특성 연구

The objective of this study is to experimentally investigate the ion exchange characteristics of five types of Zeolite(Zeolite-A, 13X, Y, Mordenite, Chabazite) for effective removal of Cs, Sr and Co ions in water solution at low concentration(0.01 N and 0.005 N). Total ion exchange capacity and equilibrium isotherm are measured, and free-energy change(${\Delta}G^0$) and enthalpy change(${\Delta}H^0$) in ion exchange reaction are calculated from experimental results. In addition the ion exchange equilibrium in the three-component system for three types of zeolite showing better efficiency is measured and plotted in triangle coordinates. It is shown from experimental results that the magnitude of free-energy change increases with the increasing ion selectivity, and the difference of free energy change between ions correlates closely with that of ion selectivity. The results also shows that Chabazite is effective for the adsorption of Cs ion, and Zeolite-A and Zeolite-13X for that of Sr and Co ions.

본 연구에서는 Cs, Sr, Co이온과 5가지 유형의 제올라이트(A, 13X, Y, Mordenite, Chabazite)를 대상으로 낮은 이온농도(0.01N과 0.005N)의 수용액 중에서 이온평형 isotherm과 총 이온교환용량을 측정하고, 그 결과를 이용하여 이온교환반응에 따르는 자유에너지변화(${\Delta}G^0$)와 엔탈피변화(${\Delta}H^0$)를 계산하였다. 또 이들 5종의 제올라이트 중 이온교환특성이 뛰어난 3종을 대상으로 3종의 이온이 공존할 경우의 이온교환평형을 측정하여 그 결과를 삼성분계 도표에 나타내었다. 실험결과, 이온선택도와 이온교환반응에 따르는 자유에너지변화(${\Delta}G^0$)의 크기 순서가 일치하며, ${\Delta}G^0$크기의 차이가 선택도 크기의 차이와도 상관관계가 있다는 사실을 확인하였다. 그리고 Cs이온의 흡착에는 Chabazite가 적합하고, Sr과 Co이온의 흡착에는 제올라이트-A와 13X가 효과적인 것으로 나타났다.