Template-free Hydrothermal Synthesis of High Phase Purity Mordenite Zeolite Particles Using Natural Zeolite Seed for Zeolite Membrane Preparation

In this study, the natural mordenite (MOR) zeolite seeds were used for the synthesis of high purity mordenite crystals. The effect of seed concentration and crystallization time on the phase purity and surface morphology of MOR crystals has also been reported. The diffraction, elemental and scanning analysis of MOR zeolite particles obtained from 100 g hydrothermal solution batch containing 3 g natural seed, hydrothermally treated at $140^{\circ}C$ for 72 h reveal the high phase-purity of as-synthesized sample having crystals of uniform size ($1-2{\mu}m$). Moreover, high seed concentration leads to the production of mesoporous MOR particles composed of needle shape primary nano crystallites. The gases adsorption performances of as-synthesized MOR particle were carried out at $25^{\circ}C$ and 0-1 bar. Surprisingly, MOR particles show good adsorption potential for $CO_2$ (97.19 mg/g) compared to other gases. Thus it confirms that high purity MOR particles can be synthesized without using any organic template which gives an advantage of separation performance at lower price.

제올라이트 분리막 제조를 위한 유기주형 없는 고순도 모데나이트 제올라이트 입자 수열합성에 관한 연구

본 연구에서는 고순도의 모데나이트(Mordenite) 입자를 합성하기 위하여 천연 제올라이트를 시드로 사용하여 시드의 농도 및 수열합성 시간에 따른 천연 제올라이트 시드가 합성에 미치는 영향을 고찰하였다. 그 결과 시드가 입자의 형성에 큰 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었고 시드를 3 g/100 g batch 주입하여 $140^{\circ}C$에서 72시간 동안 수열합성을 진행하였을 때 $1-2{\mu}m$ 사이즈의 고순도 모데나이트 입자를 합성할 수 있었다. 이를 통해 모데나이트 입자의 성장 기구를 규명할 수 있었으며, 모데나이트 입자 형성에 있어 시드는 첫째, 구형 모데나이트 전구체 형성 자리 공급의 역할과, 둘째 모데나이트 원료 물질 소스 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 합성된 모데나이트 입자의 가스 흡착량 분석 결과 $CO_2$ 기체의 흡착량이 97.19 mg/g로 다른 가스들에 비해 비교적 높은 흡착성능을 보였으며, $CO_2/H_2$의 선택도가 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 이러한 결과들을 바탕으로 용도에 맞는 고순도 상의 모데나이트 입자를 합성할 수 있음을 확인하였고 보다 낮은 가격으로 우수한 분리성능을 갖는 분리막 소재개발에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.