Pervaporation Characteristics of Ion-exchanged NaA Type Zeolite Membranes

The present work was attempted to improve the performance for the removal of water from ethanol/water mixtures through the ion-exchanged zeolite membrane in which $Na^{+}$ ion was substituted to either $K^{+}$ or $Ca^{2+}$ ion. The membranes were ion-exchanged with 0.5 mole/L aqueous solution of either KCl or $CaCl_2$ at $80^{\circ}C$ for 4 hrs. In case of the ion-exchanged membrane in which $Na^{+}$ ion was substituted to $K^{+}$ ion, the total flux was decreased from $900\;g/m^2{\cdot}hr{\sim}2,500\;g/m^2{\cdot}hr$ to $600\;g/m^2{\cdot}hr{\sim}2,000\;g/m^2{\cdot}hr$ and the separation factor was increased from $600{\sim}2,200$ to $850{\sim}2,500$ compared to the NaA type zeolite membrane. And in case of the ion-exchanged membrane in which $Na^{+}$ ion is substituted to $Ca^{2+}$ ion, both the total flux and selectivity of water showed the similar tendency compared to the NaA type zeolite membrane. It is thought that the improved separation would be possible if the pore size of the zeolite membrane is controlled by the ion exchange.

이온 교환된 NaA형 제올라이트 분리막의 투과증발 특성

제올라이트 분리막 제조 시 제올라이트 골격 내에 존재하는 $Na^{+}$ 양이온을 $K^{+}$ 이온과 $Ca^{2+}$ 이온으로 교환하여 보다 효율적인 물/에탄올 혼합물로부터 물의 분리를 도모하고자 하였다. NaA형 제올라이트 분리막을 각각의 0.5 M KCI $CaCl_2$, $80^{\circ}C$ 수용액에서 4시간 동안 이온교환 하였다. $Na^{+}$ 이온을 $K^{+}$ 이온으로 교환한 결과, 이온 교환 전 총 투과플럭스는 $900\;g/m^2{\cdot}hr{\sim}2,500\;g/m^2{\cdot}hr$이었으나 이온 교환 후 $600\;g/m^2{\cdot}hr{\sim}2,000\;g/m^2{\cdot}hr$ 정도로 낮아졌으며, 이온 교환 전 $600{\sim}2,200$의 선택도를 나타내던 분리막의 선택도가 이온 교환 후에 $850{\sim}2,500$까지 높아짐을 확인하였다 또한, $Na^{+}$ 이온을 $Ca^{2+}$ 이온으로 교환한 결과, 제올라이트 분리막의 전체 투과플럭스와 선택도 모두 이온 교환 전 후 유사한 결과 값이 나타남을 확인하였다. 따라서 친수성 제올라이트 분리막의 유효세공경을 제어하고 적절한 크기로 조절하여 유기물/물 혼합물 분리에 활용한다면 보다 효과적인 유기물의 선택적 분리가 가능할 것으로 판단된다.