Synthesis of Na-A Type Zeolite and Its Ability to Adsorb Heavy Metals

This study was performed to synthesize Na-A type zeolite with melting slag from the Mapo incineration site and recycle the zeolite as an environmental remediation agent. The melting slag used had a favorable composition containing 26.6% $SiO_2$, 10.9% $Al_2O_3$ and 2.7% $Na_2O$ for zeolite synthesis although there were high contents of iron oxides, including 19.6% $Fe_2O_3$ and 18.9% FeO, which had been used as a flux for the melting. It was confirmed that the Na-A type zeolite could be successfully synthesized at $80^{\circ}C$ and $SiO_2/Al_2O_3\;=\;0.80{\sim}1.96$. The cation exchange capacities (CEC) of the zeolites was determined to be about 220 cmol/kg leveled off at the synthetic time more than 10hrs. The adsorption capacities of zeolite to heavy metals (Cd, Cu, Mn and Pb) were high except for As arid Cr. It was also confirmed through the Eh and pH analysis that As and Cr existed in the forms of $HAsO_4^{2-}$ and $CrO_4^{2-}$. The low absorption rates of zeolite for As and Cr are attributed to the fact that the pore size ($4\;{\AA}$) of Na-A type is smaller than those of $HAsO_4^{2-}$ and $CrO_4^{2-}$ ions ($4\;{\AA}$ ionic radii and $8\;{\AA}$ diameter).

Na-A형 제올라이트의 합성 및 중금속에 대한 흡착능

본 연구는 마포소각장에서 발생된 용융슬래그로부터 Na-A형 제올라이트를 합성하여 환경 저감재로 재활용키 위한 목적에서 수행되었다. 초기물질로 사용된 용융슬래그는 용제(flux)로 사용된 Fe 성분(19.6% of $Fe_2O_3$, and 18.9% of FeO)이 비교적 높기는 하지만, 상대적으로 제올라이트의 주요 성분인 $SiO_2$, $Al_2O_3$ 및 $Na_2O$가 각각 26.6%, 10.9% 및 2.7% 함유되어 제올라이트의 합성에 유리한 조성을 가지고 있다. 제올라이트의 수열합성은 $80^{\circ}C$에서 수행되었으며, $SiO_2/Al_2O_3\;=\;0.80{\sim}1.96$인 넓은 범위의 화학조성에서 Na-A형 제올라이트가 합성되는 것을 확인하였다. 제올라이트의 양이온 교환 능력은 10 h 이상의 합성시간에서 일정하게 거의 220 cmol/kg인 것으로 측정되었다. 합성된 제올라이트의 중금속 (As, Cr, Cd, Cu, Mn 및 Pb)에 대한 흡착능을 측정한 결과, As 및 Cr을 제외한 모든 중금속에서 높은 흡착율을 보였다. As와 Cr은 Eh-pH분석을 통해 각각 $HAsO_4^{2-}$와 $CrO_4^{2-}$인 이온상으로 존재하고 있음을 확인하였다. As와 Cr에 대한 제올라이트의 흡착률이 낮은 것은 이들 이온상들의 크기가 Na-A형 제올라이트의 pore size ($4\;{\AA}$)보다 상대적으로 큰 유효 이온반경($4\;{\AA}$, 직경 $8\;{\AA}$)을 가지고 있기 때문인 것으로 결론지었다.