• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.838-846
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• 2016

산업체에서 많이 사용되는 연소공정은 배가스 성분의 회수나 제거를 필요로 한다. 최근에는 배가스로부터 이산화탄소를 회수하기 위해 제올라이트 13X를 사용하는 MBA(이동상흡착) 공정이 개발되었다. 본 연구에서는 제올라이트 13X에 대한 이산화탄소, 질소, 이산화황 및 수증기의 흡착 실험을 수행하여 흡착평형 및 고체입자 안으로의 흡착속도를 조사하였다. 여러 실험온도에서의 흡착데이터를 Langmuir, Toth, Freundlich 등온흡착식에 적용하여 각 흡착등온식의 파라미터를 구했고, 이론식에 의한 예측값과 실험데이터가 잘 일치함을 확인하였다. 이산화황과 수증기가 불순물로 존재할 경우에 주성분인 이산화탄소의 흡착량을 측정하였다. 이성분 흡착 데이터는 순수 성분에 대해 얻어진 파라미터를 extended Langmuir 등온흡착식에 적용하여 예측한 결과와 잘 일치하였다. 다만, $H_2O$ 불순물이 대략 ${\sim}10^{-5}H_2O\;mol/g$ zeolite 13X 이하 존재할 때에는 $CO_2$ 흡착량이 순수 $CO_2$의 흡착보다 오히려 소량 증가하는 현상이 관찰되었다. 실험으로 측정한 흡착속도를 구형 입자 확산모델에 적용하여 이산화탄소, 이산화황, 질소, 수분의 확산계수와 활성화에너지를 구했다. 미량의 불순물이 흡착되어있을 때는 이산화탄소나 이산화황의 확산계수가 줄어들었다. 본 연구에서 얻어진 파라미터 값들은 실제 흡착공정의 설계에 유용할 것이다.

• 대한화학회지
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• 제39권1호
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• pp.7-13
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• 1995

$Ca^{2+}$ 이온으로 완전히 치환된 제올라이트 $X(Ca_{46}Al_{92}Si_{100}O_{384})$와 $Ca^{2+}$ 이온과 $K^+$ 이온으로 치환된 제올라이트 $X(Ca_{46}Al_{92}Si_{100}O_{384})$를 $360^{\circ}C에서2{\times}10^{-6}$ Torr의 진공하에서 탈수한 구조를 $21^{\circ}C에서$ 입방공간군 Fd3을 사용하여 단결정 X-선 회절법으로 해석하고 구조를 정밀화하였다. 탈수한 $Ca_{46}-X$의 구조는 Full-matrix 최소자승법 정밀화 계산에서 $I>3\sigma(I)인$ 166개의 독립반사를 사용하여 최종오차인자를 R_1=0.096,\;R_2=0.068$까지 정밀화 계산하였고, $Ca_{32}K_{28}-X$의 구조는 130개의 독립반사를 사용하여 R_1=0.078,\;R_2=0.056$까지 정밀화시켰다. 탈수된 $Ca_{46}-X$에서 $Ca^{2+}$ 이온은 점유율이 높은 서로 다른 두개의 자리에 위치하고 있었다. 16개의 $Ca^{2+}$ 이온은 이중 6-산소고리(D6R)의 중심에 위치하였고(자리 I; $(Ca(1)-O(3)=2.51(2)\AA)$, 30개의 $Ca^{2+}$ 이온은 큰 동공쪽으로 약 0.44 $\AA$ 들어간 자리에 위치하고 있다(Ca(2)-O_(2)=2.24(2) $\AA$, $O(2)-Ca(2)-O(2)=119(1)^{\circ}).$ 탈수한 $Ca_{32}K_{28}-X$의 구조에서 모든 $Ca^{2+}$ 이온과 $K^+$ 이온은 4개의 서로 다른 결정학적 자리에 위치하고 있었다 : 16개의 $Ca^{2+}$ 이온은 D6R의 중심에 위치하였고, 다른 16개의 $Ca^{2+}$ 이온과 16개의 $K^+$ 이온은 큰 동공에 있는 자리 II에 각각 위치하고 있었다. 이러한 $Ca^{2+}$ 이온과 $K^+$ 이온은 O(2)의 평면에서 큰 동공쪽으로 약 0.56 $\AA$과 1.54 $\AA$ 들어간 자리에 각각 위치하고 있었다. $(Ca(2)-O(2)=2.29(2)\AA$, $O(2)-Ca(2)-O(2)=119(1)^{\circ}$, $K(1)-O(2)=2.59(2)\AA$, and $O(2)-K(1)-O(2)=99.2(8)^{\circ}).$ 12개의 $K^+$ 이온은 큰 동공에 있는 자리 III에 위치하고 있었다. $(K(2)-O(4)=3.11(6)\AA$ and $O(1)-K(2)-O(1)=128(2)^{\circ}).$

• 대한화학회지
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• 제21권3호
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• pp.204-209
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• 1977

경북 구룡포산 천연제올라이트에 대한 물리적 성질과 촉매활성이 검토되었다. 정량분석과 X-선 회절스펙트럼으로부터 천연제올라이트는 30 ${\sim}$ $40{\%}$의 mordenite를 함유하고 있다. 원시료의 표면적은 $75m^2$/g에 불과하나 2N 염산으로 처리시 $320m^2$/g에 이른다. 톨루엔불균화 반응에 대해서도 2N에서 최대의 전화율을 보여주나, 활성저하가 심한 것으로 나타났으며 크실렌에 대한 벤젠의 선택성은 처리한 산농도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권2호
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• pp.51-58
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• 2017

본 연구에서는 오염퇴적물의 원위치 피복을 위한 소재의 적용성 평가를 위해 양이온교환용량이 다른 제올라이트의 중금속 흡착특성을 평가하였다. 실험을 위해 양이온교환용량이 높은 제올라이트(HCzeo, 163.74 cmol/kg), 중간 값의 양이온교환용량의 제올라이트(MCzeo, 127.20 cmol/kg), 양이온교환용량이 낮은 제올라이트(LCzeo, 70.62 cmol/kg)를 사용하였다. 비표면적을 측정한 결과 HCzeo ($59.43m^2/g$) > MCzeo ($52.10m^2/g$) > LCzeo ($10.12m^2/g$)순으로 높은 결과를 나타내었다. 광물학적 조성 분석을 위해 XRD 측정결과 LCzeo는 quartz와 albite로 구성되었고 MCzeo와 HCzeo의 구성광물은 quartz, albite와 더불어 clinoptilolite, heulandite, mordenite도 측정되었다. HCzeo, MCzeo, LCzeo를 이용한 Cd, Cu, Ni, Zn의 동역학적 흡착실험 결과 실험 6시간대에 흡착 평형에 도달하였다. 평형흡착실험 결과 Cd과 Zn의 흡착은 제올라이트의 양이온교환용량에 따라 증가하였지만 Cu와 Ni의 흡착은 양이온교환용량에 따라 증가하는 경향을 보이지 않았다. 이에 따라 오염퇴적물의 원위치 피복적용에 있어 Cd과 Zn으로 오염된 지역은 양이온교환용량이 높은 제올라이트의 피복적용이 효과적이지만 Cu와 Ni로 오염된 지역의 경우 가격이 저렴한 양이온교환용량이 낮은 제올라이트를 적용하여도 무방할 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제16권2호
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• pp.135-149
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• 2003

국내산 제올라이트는 대부분 모오데나이트를 부수적으로 약간씩 수반하는 Ca-형 클리놉틸로 라이트 위주의 광물상을 이루는 것이 대부분이지만, 드물게 페리어라이트, 휼란다이트나 모오데나이트 계열의 광석도 산출된다. X-선회절 정량분석 결과에 의하면, 이들은 대개 50∼90 wt% 정도의 제올라이트 함유 수준을 나타낸다. 제올라이트 광석에 상당량 (대개 10 wt% 이상) 수반되는 불순 광물성분으로는 석영, 장석류, 스멕타이트 및 단백석이 대부분을 이룬다. 국내산 제올라이트 광석 (125 $\mu\textrm{m}$ 이하의 입도)의 CEC 값은 암모늄아세테이트 법 기준으로 대부분 100 meq/100 g 이상의 CEC 값 ($CEC_{AA}$ )을 갖는 것으로 밝혀졌다. 특히 구룡포 지역에서 산출되는 일부 클리놉틸로라이트 계열의 광석들은 170∼190 meq/100 g 정도의 높은 CEC 값을 보였다. 제올라이트의 양이온 교환특성은 광종에 따라 현격한 차이를 보이는 것으로 나타난다 페리어라이트 계열의 광석은 낮은 품위에도 불구하고 비교적 높은 $CEC_{AA}$ 수준을 보이는데 비해서, 휼란다이트는 90 wt% 가까울 정도로 높은 품위에도 불구하고 상대적으로 매우 낮은 $CEC_{AA}$ 을 나타내는 것이 특징이다. 또한 고용체 상을 이루는 클리놉틸로라이트-휼란다이트 계열의 광석들의 골격조성으로부터 계산된 이론적 CEC값과 실험적으로 구해진 실측치, 즉 $CEC_{AA}$ 는 상호 부합되지 않는 것으로 나타난다. 클리놉틸로라이트 계열의 광석은 일반적으로 휼란다이트의 경우보다 상대적으로 높은 $CEC_{AA}$ 를 보인다. 이는 휼란다이트의 교환성 양이온의 조성, 즉 Ca 이온의 함유도와 중합단층과 같은 공동 구조상의 특이성에 기인한 것으로 사료된다. 클리놉틸로라이트 계열의 광석들의 $CEC_{AA}$ /은 제올라이트의 함량 변화와 대체적으로는 부합되는 경향을 보이지만, 전적으로 엄밀히 규제되지는 않는 경향을 보인다. 이는 이 제올라이트의 결정화학적 다양성, 즉 골격조성(Si/Al)과 교환성 양이온 조성(특히 Ca과 K의 함량)에 의해서 단위 광물 당의 $CEC_{AA}$ /가 변하기 때문인 것으로 해석된다. 또한 메칠렌블루 법으로 측정된 CEC 값($CEC_{MB}$ /)이 예상보다 높은 수준을 보이는 것은 광석 내에 함유된 스멕타이트에 의한 효과뿐만 아니라, 공동의 입경이 클리놉틸로라이트-휼란다이트 보다 상대적으로 큰 제올라이트들, 즉 페리어라이트와 모오데나이트도 메칠렌블루 이온 ($C_{16}$ $H_{18}$ $N_3$S+)과 부분적으로 반응했을 개연성을 시사하는 것으로 사료된다. 특히 스멕타이트의 함유도가 상대적으로 낮은 페리어라이트 광석이 가장 높은 수준의 $CEC_{AA}$를 보인다는 사실이 이를 뒷받침한다.

• 청정기술
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• 제20권2호
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• pp.179-188
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• 2014

본 연구에서는 고정탑 반응기(높이 30 cm, 내경 1 cm)에 서로 다른 4종류의 제올라이트(zeolite) 시료를 충전하여, 탈착압력이 $CO_2$ 흡착파과 및 탈착파과 거동에 미치는 영향을 연구하였다. 흡착제로는 상용물질인 제올라이트 3A, 4A, 5A, 13X 펠렛(pellet)을 사용하였다. 연속조작(cyclic operation)실험은 흡착-탈착 순으로 5회 반복하여 실험하였으며, 흡착 및 탈착 시간은 각각 80분이었다. 탈착압력이 연속조작거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 탈착 압력(혹은 재생 압력)을 진공(0 bar)에서 3 bar까지 변경하며 실험을 진행하였다. 흡착압력(3 bar), 온도(293 K), 농도($CO_2:N_2=10:90$vol%)와 유량(400 ccm) 조건은 고정하였다. 파과시간(breakthrough time), 포화시간(saturation time), 재생시간(regeneration time), 흡착량 그리고 탑 내 온도변화 등을 측정하였다. 상기 변수 실험을 통하여 연소 후 $CO_2$ 포집에 적합한 흡착제 및 운전조건을 찾고자 하였다.

• 한국광물학회지
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• 제6권2호
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• pp.116-121
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• 1993

제올라이트 $Na_{78}Rb_{28}-X$ 단결정을 $Na_{92}-X(Na_{92}Si_{100}Al_{92}O_{384})$을 $350^{\circ}C$에서 0.1Torr의 Rb 증기로 처리하여 만들어서 그 구조를 X-선 단결정법으로 공간군 Fd3로서 결정하였다 (${\alpha}=25.045(4){\AA}$). 구조는 I>$3{\sigma}(I)$인 회절반점 353개를 사용하여 최종오차지수 $R_1=0.082$, $R_2=0.084$까지 정밀화하였다. 단위포당 92개의 $Na^+$ 이온 중 대략 28개의 $Na^+$ 이온이 환원되고, 환원되어 생성된 28개의 Na' 중 약 14개만 제올라이트 골조내에 잔류하고 있다. 소다라이트 동공내에 사면체의 대칭성 ($T_d$)을 가지고 결합각 $109.5^{\circ}$, 결합거리 $2.80(2){\AA}$를 갖는다. $Na_5{^{4+}}$ 클라스트를 이루는 4개의 말단 원자와 골조 산소원자 사이의 결합거리는 $2.80(2){\AA}$이다. 몇몇 이중 6-링의 중심에 $Na_5{^{4+}}$ 클라스트 두 개를 선형으로 연결하여 지그재그형의 덩어리로 만드는 $Na^0$원자가 있다. 소다라이트 동공 중심과 이중 6-링에 있는 $Na^0$원자의 비편재화된 전자가 $Na_5{^{4+}}$ 클라스트를 안정화시키고 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.783-791
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• 2008

Li-X 제올라이트 흡착탑에서의 $H_2/CO_2$(80:20 vol%), $H_2/CO$(90:10 vol%), $H_2/CH_4$(90:10 vol%)의 이성분계 기체의 흡착 동특성을 연구하였다. 각 계에서 공급유속(6.24~10.24 LPM), 흡착압력(6.1~10.1 bar)에 대한 영향을 살펴보았다. 동특성 실험 결과 파과시간은 공급유속이 적을수록, 흡착압력이 높을수록 증가하였으며 탑 내부 온도의 영향으로 tailing 현상이 발생하였다. Li-X 제올라이트 흡착탑에서 공급 유량과 압력의 확산계수에 의한 LDF식을 사용하여 예측하였다. 본 연구에서는 비등온과 비단열상태, Dual-site langmuir 등온식과 고려하여 해석하였으며 실험 데이터와 비교하였다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2003년도 가을 학술논문집
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• pp.207-214
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• 2003

원자력시설에서 방사성요오드 제거용으로 사용되는 TEDA 침착활성탄의 고온공정에서의 메틸요오드의 제거성능을 은이온제올라이트(AgX)와 상호 비교하였다. $30^{\circ}C~400^{\circ}C$ 온도범위에서 온도에 따른 메틸요오드의 흡착량 및 탈착후 잔존량을 측정한 결과, 비첨착활성탄의 흡착성능은 온도가 증가함에 따라 급격히 감소하지만 TEDA 침착활성탄의 흡착성능은 $100^{\circ}C$부근에서도 AgX와 거의 유사한 값을 나타내었고, 탈착후 잔존량은 $250^{\circ}C$까지도 비침착활성탄에 비하여 매우 높은 값을 유지하였다. 또한 $100^{\circ}C$ 이상의 고온공정에서 AgX 및 TEDA 침착활성탄을 충전한 고정층 파괴특성을 상호 비교하였으며, 반응 생성기체의 분석으로부터 AgX에 의한 메틸요오드 제거 메커니즘을 제안하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권1호
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• pp.175-183
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• 2008

흡착제 Li-X 제올라이트(UOP)에서 $CO_2$, CO, $CH_4$, $H_2$에 대한 단일성분 및 혼합성분의 흡착평형 실험을 정적부피법에 의해 수행하였다. 실험 데이터는 압력범위 0~20 bar와 온도범위 293.15 K, 303.15 K, 313.15 K에서 실시하였다. 각각 등온식의 파라미터들은 단일성분 실험을 통해 결정했고, 결정한 파라미터로 혼합성분의 흡착 평형을 예측하였으며 실험값과 비교하였다. Li-X 제올라이트에서의 $H_2/CO_2$, $H_2/CO$, $H_2/CH_4$ 혼합성분의 흡착평형 실험 결과는 extended langmuir-freundlich(L-F) 등온식, dual-site langmuir(DSL) 등온식을 이용해 예측하였으며 실험값과 비교하였다. L-F 등온식은 다른 모델들에 비해 $CH_4$와 $H_2$에서 좋은 예측 결과를 보여주었다. 또한 DSL 등온 식은 $CO_2$와 CO에서 좋은 예측 결과를 보여주었다.