Synthesis of Nanoporous NiO-SiO2 Pillared Clays and Surface Modification of the Pillaring Species

Nanoporous materials with nanometer-sized pores, are of great interest in the various applications such as selective adsorbents, heterogeneous catalysts and catalyst supports because of their high porosity, surface area, and size selective adsorption properties. This study is aimed to prepare nanoporous catalytic materials on the basis of two-dimersional clay by pillaring of $SiO_2$ sol particles. $SiO_2$ Pillared Montmorillonite (Si-PILM) was prepared by ion exchanging the interlayer $Ni^{2+}$ ions of clay with $SiO_2$ nano-sized particles of which the surface was modified with nicked polyhydroxy cations sach as $Ni_4(OH)_4^{4+}$. Nano-sized $SiO_2$ particles were formed by the controlled hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS). Upon pillaring of $Ni^+$-modified $SiO_2$ nano particles between the clay layers, the basal spacing was expanded largely to $45{\AA}$ and the extremely large specific surface area ($S_{BET}$) of $760m^2/g$ was obtained.

나노다공성 NiO-SiO2 가교화 점토의 합성 및 가교물질의 표면개질 연구

점토를 이용한 나노 다공성 촉매 제조를 목적으로 $Ni^{2+}$ 이온으로 피복된 $SiO_2$ 나노 졸 입자를 2차원 충상점토 화합물의 층간에 삽입, 가교화 시켜 비표면적 및 다공도가 우수한 $NiO-SiO_2$ 가교화 점토($NiO-SiO_2$-PILM)를 합성하였다. 나노 크기의 실리카 졸 입자는 tetraethyl orthosilicate(TEOS)를 가수분해하여 합성하였고, 여기에 $Ni^{2+}$ 수용액을 첨가한 다음 NaOH 용액을 적정하여 $Ni^{2+}-SiO_2$ 혼합 나노 졸입자를 완성하였다. 이렇게 제조된 혼합 졸 용액을 1wt%의 점토 수분산액에 첨가하여 $60{\circ}C$에서 5h 이온교환 반응을 통해 층간에 삽입, 수세, 건조 후 $40^{\circ}C$에서 2시간 열처리 하므로써 다공성 가교화 점토를 제조하였다. 나노 졸 입자의 가교화에 따라 점토의 층간거리($d_{001}$)는 $45{\AA}$ 정도 크게 증가하였고 $600^{\circ}C$까지도 다공구조가 안정하게 유지되었다. 또한 질소 흡착-탈착 등온선 분석 결과 비표면적($S_{BET}$)이 최대 $760m^2/g$으로 다공 구조가 매우 잘 발달되어 있음을 확인하였고, $NiO-SiO_2$ 졸 가교화 점토의 경우 $NiO-SiO_2$ 나노입자가 층간에 이중층으로 배열되어 있음을 알 수 있었다.