Impact of the Silicate Polymerization on the Formation of Insoluble Aluminium Silicate

The goal of this research was to identify the impact of silicate polymerization on the formation of insoluble aluminiumsilicate salts which could be a cause of irreversible fouling in the membrane process by lab-scale test. For this, the amount and characteristics of precipitates that were formed in six samples with different Al and Si concentration were analyzed. And the particles was also observed by SEM-EDS(Scanning Electron Microscope - Electron Dispersion Spectrophotometer) to compare morphology and ratio of Al and Si in each precipitates. Finally the reactive and nonreactive silicate contents in the solution and precipitates were analyzed to calculate silicate form content in each fraction. The amount of precipitates was in proportion to the total concentration of both element in solution. And the amount of insoluble particle that was not dissolved in the acid solution was recorded the highest in the sample 2 of which Si concentration was lower than the saturation concentration, 50 mg/L. The content of reactive silicate in precipitates was also recorded the highest value in sample 2 of which almost silicate form was reactive. When the silicate concentration is same, that value was recorded the highest in the sample with highest Al concentration. The SEM morphology of the precipitates was similar to that of Aluminiumhydroxide and the insoluble precipitates was not dissolved in acidic solution with pH 2.7 was able to observed only in sample 2. The ratio of Al and Si in the precipitates was ranged $0.48\sim3.14$, thai of sample 2 was recorded the highest value, 3.14. It is concluded that the insoluble aluminiumsilicate could be easily formed in the solution of which silicate exist as a reactive form and coexisting Al is sufficient.

수 중 존재하는 실리케이트의 존재형태가 불용성 알루미늄실리케이트 형성에 미치는 영향

본 연구에서는 알루미늄 실리케이트의 형성으로 인한 파울링 메카니즘을 밝히기 위한 기초단계로서 잔류 알루미늄농도와 실리케이트의 존재형태가 알루미늄실리케이트 생성에 미치는 영향을 배치실험을 통해서 알아보고자 하였다. 이를 위해서 Al과 Si의 조성이 다른 용액에서 생성되는 침전물의 양을 정량하고 생성된 침전물의 형상과 원자조성비를 SEM-EDS로 관찰하였다. 아울러 용액과 침전물중의 실리케이트 형태를 분석하여 불용성 알루미늄 실리케이트의 형성과의 관계를 밝히고자 하였다. 생성된 알루미늄실리 케이트의 양은 용액 중 총 실리케이트 농도와 알루미늄의 농도가 증가할수록 증가하였다. 이 중 pH 2.7에서도 녹지 않고 남아있는 침전물은 용액 중 실리케이트가 거의 반응성형태로 존재한 시료 2에서 가장 높았다. 또한 생성된 침전물의 반응성실리케이트의 함량은 용액 중 반응성 실리케이트농도가 높은 시료에서 가장 높았으며, 용액의 실리케이트의 농도가 같은 시료 중에서는 알루미늄의 농도가 높은 시료에서 높았다. 생성된 침전물의 형상을 SEM - EDS로 관찰한 결과 시료 2에서 pH 2.7에서도 녹지 않는 불용성 염이 형성되었음을 알 수 있었다. 생성된 침전물의 Al/Si비율은 $0.48\sim3.14$였으며, 불용성 염이 뚜렷하게 관찰된 시료 2의 Al/Si 비율이 3.14로 가장 높았다. 이상의 결과를 통하여 막에서 비가역적 파울링의 원인이 되는 불용성 알루미늄실리케이트는 용액의 실리케이트가 반응성 물질로 존재할 때 생성되기 쉬우며, 아울러 공존하는 잔류알루미늄의 농도비도 매우 중요한 영향인자라는 것을 알 수 있었다.