An Experimental Study on the Properties of Chloride Binding of Mg/Al-NO3 and Ca/Al-NO3 Layered Double Hydroxides in Solution

Chloride ions ingress continuously in reinforced concrete through pores of it by $Cl^-$. Finally, it causes a localized corrosion of the rebar and then it generates cracks on concrete structures. Recently, new materials removing harmful anions have been developed. Layered double hydroxides(LDHs) has an excellent ability to remove harmful anions because various anions can be adsorbed in the interlayer space between divalent and trivalent cations. Thus, LDHs has been applied in various fields. Especially, LDHs is expected to be effective adsorbent binding chloride ions. In this study, $Ca/Al-NO_3$ and $Mg/Al-NO_3$ LDHs were prepared by using a co-precipitation method. $Ca/Al-NO_3$ and $Mg/Al-NO_3$ LDHs were compared and analyzed by using XRD, SEM analysis. Many nano size hexagonal crystals were observed by SEM. Experiments for binding chloride ions of LDHs were conducted by using potentiometric method. The experimental data were measured every 15 minutes. It was observed that the chloride ion content is reduced by increasing of LDHs mass fraction and the reaction rate of $Mg/Al-NO_3$ is faster than $Ca/Al-NO_3$. In future studies, binding chloride capacity in cement materials will be evaluated based on results of this study.

수용액내에서 Mg/Al-NO3 및 Ca/Al-NO3 층상이중수산화물(LDHs)의 염소이온 고정화 특성에 관한 실험적 연구

본 연구에서는 염해에 열화작용을 일으키는 염소이온을 고정하기 위한 방안으로 이온교환능력과 흡착능력이 우수하다고 알려진 층상이중수산화물(LDHs)을 활용하였다. 실험에 앞서 두 종류의 LDHs(Mg/Ca)를 공침법을 사용하여 합성하였고, 합성된 고형물을 활용하여 수용액내에서 실험적 연구를 진행하였다. 일반적 합성법인 공침법으로 기존문헌의 입증된 나노 입자의 LDHs를 제조 할 수 있었으며 이는 건축재료로써의 적용에 앞서 간단한 제조방법만으로도 제조가 가능하다는 긍정적인 효과로 볼 수 있다. 또한, 이온교환시간 15분내에서는 Mg체계가 고정속도가 빨랐으나, 그 후의 시간에서는 최대 4시간까지 Ca체계의 고정량이 우수하였다. 임계치 $1.2kg/m^3$의 경우 0.5 g당 Mg/Ca은 각각 0.0035g, 0.0015g의 염소이온을 고정하였다. 또한, 효과가 우수했던 이온교환된 Ca체계를 XRD 분석한 결과 층간에 삽입한 $NO_3$가 용출되고 염소이온이 치환되었음을 알 수 있었다. 시멘트계의 적용시 Mg체계보다 Ca체계가 우수한 고정효과를 기대 할 수 있다고 판단되며, 향후 연구에서는 본 연구에 결과를 바탕으로 시멘트계 재료에서의 염소이온 고정효율을 평가하고자 한다.