변형된 ZSM-5 제올라이트 촉매에서 톨루엔의 n-프로필알코올에 대한 산촉매 반응이 조사되었고, 이알킬벤젠 이성질체들의 100$^{\circ}C$에서의 흡착 실험이 수행되었다. 4-프로필암모늄이온, 알루민산나트륨, 콜로이달실리카 등으로부터 수열반응에 의하여 ZSM-5가 합성되었으며, H-, K-, Sr-, P-Mg-HZSM-5, H-Y 및 H-모더나이트 등이 전통적인 방법에 의하여 만들어졌다. HZSM-5에서 톨루엔의 n-프로필알코올에 의한 주반응생성물은 크실렌, 프로필톨루엔 뿐만 아니라 에틸톨루엔을 포함하며, P-Mg-HZSM-5에서는 이알킬벤젠 이성질체중 높은 파라 선택성이 얻어졌다. 다양한 p-이성질체들의 확산계수는 1 ${times}$ 10$^{-10}$ cm$^2$/sec로 일정했으며 o-이성질체보다 m-이성질체가 10배 이상 느리게 나타났다. 이들 반응 및 흡착특성이 제올라이트의 세공구조에 의한 형상 선택성, 제올라이트의 산성도 등의 관점에서 해석되었다.
Zinc oxide (5, 10 and 15 wt%) impregnated NaZSM-5 zeolite synthesized using rice husk ash as silica source was tested for $CO_2$ adsorption. The materials were characterized by XRD, SEM-EDS, $CO_2$-TPD and BET techniques. The heat of the reaction (${\Delta}$Hr) derived from DSC for ZnO(10%)/NaZSM-5 was found to be 495 Btu/lb and the maximum $CO_2$ adsorption capacity of ZnO(10%)/NaZSM-5 is 140 mg/g of sorbent. Extraction of silica from the agricultural waste, rice husk and its use in the zeolite synthesis is an added advantage in this study. Hence, from the study it is concluded that zinc oxide impregnated NaZSM-5 could be treated as novel material for $CO_2$ adsorption as they were found to be regenerable, selective and recyclable.
The adsorption equilibrium data for the binary gas mixture system from the pure gas adsorption data of carbon dioxide and ethylene on ZSM-5 prepared were predicted. The binary gas mixture adsorption data have been examined against predicted values by two models-the vacancy solution model(VSM) and the statistical thermodynamic model(STM), using parameters obtained from the single component isotherm. The binary gas mixture data for the carbon dioxide-ethylene system were obtained for cation exchanged forms of ZSM-5 for the gas phase carbon dioxide mole fraction of 0.752 at $37^{\circ}C$ and 1 atm. The experimental adsorption phase diagrams were obtained for carbon dioxide-ethylene on sodium form ZSM-5 synthesized. The single component adsorption isotherms for carbon dioxide and ethylene were also obtained for this zeolite. The single component data were used to obtain parameters derived in two models. These parameters were, in turn, used to predict the binary mixture isotherms for this zeolite. Both the vacancy solution and the statistical thermodynamic models give satisfactory predictions of adsorption phase diagrams for the binary gas mixtures of carbon dioxide and ethylene on sodium exchanged ZSM-5. Also the correlation between the experimental data and the predicted values is generally in good agreement. The system appears to show ideal behavior with a relatively constant separation factor. The slight increase in adsorption capacity with an increase in ionic radius is due, in part, to the higher polarizability associated with larger cations.
Adsorption and heterogeneous electro-Fenton process using iron-loaded ZSM-5 nano-zeolite were investigated for the removal of Tetracycline (TC) from wastewater. The nano-zeolite was synthesized hydrothermally and modified through impregnation. The zeolite was characterized by XRD, FT-IR, FE-SEM, N2 adsorption-desorption, and NH3-TPD techniques. The equilibrium data were best represented by the Freundlich isotherm. The pseudo-second-order kinetic model was the most accurate model for the adsorption of TC on the modified nano-zeolite. The effect of parameters such as pH of solution and current density were investigated for the heterogeneous electro-Fenton process. The results showed that the current density of 150 mA and pH of 3 led to the highest TC removal (90.35%) at 50 min. The nano-zeolite showed the appropriate reusability. Furthermore, the developed kinetic model was in good agreement with the removal data of TC through the electro-Fenton process.
Pervaporation with a membrane is one of the economic technologies for separation of liquid mixtures including organic/water mixtures. The ZSM-5 membrane was used fur pervaporation of dichloromethane, 1,2-dichloroethane and trans-1,2-dichloroethylene from their aqueous solutions since its physical property shows very hydrophobic. ZSM-5 crystals were hydrothermally grown and deposited on the inside of a porous sintered stainless steel tube by the secondary growth method. Fluxes of dichlorinated organic compounds were observed to be $50{\~}429\;g/m^2/h$ while separation factors were $15{\~}320$ depending on a mole fraction of a dichlorinated organic compound in a feed solution ranged from 0.0001 to 0.001 mole fraction and the operation temperature between $25^{\circ}C\;and\;35^{\circ}C$.
폐 플라스틱을 이용한 연료유 생산 공정을 위한 폴리프로필렌(PP) 수지에 대한 열분해 반응 실험을 하였다. 질소 분위기에서 상온에서 $650^{\circ}C$ 까지의 비등온 조건에서의 열분석기와 $420^{\circ}C$ 등온에서의 Pyrolyser GC-mass 분석기, $420^{\circ}C$의 배치형 반응기에서 무촉매반응과 천연제올라이트, 폐 FCC 촉매, ZSM-5 등의 제올라이트 계 촉매를 사용한 열분해 실험이 행하여졌다. TGA 실험에서 PP 수지의 열분해반응은 $330^{\circ}C$ 부근에서 시작되어, $497^{\circ}C$에서 완결되었다. 촉매반응에서 제올라이트 계열 촉매는 폐 FCC 촉매> 천연제올라이트> ZSM-5> PP의 순으로 열분해 반응속도를 높이는데 유효하였다. 열분해가 완료되는 온도도 폐 FCC 촉매 첨가 시 가장 낮게 나타났다. PY-G.C. mass 실험에서 PP 수지 만의 경우에서보다 촉매가 첨가됨에 따라 탄소 수가 낮은 생성물이 생성되는 것을 알 수 있었다. ZSM-5 촉매나 폐 FCC 촉매 첨가 시 특히 낮은 탄소 수의 생성물이 많이 생성되었다. 회분식 반응기에서 초기 오일생성율은 폐 FCC 촉매 첨가시 가장 높지만, 최종 오일전환율은 천연제올라이트 첨가 시가 폐 FCC 촉매 첨가 시보다 2% 정도 높았다. 탄소분석에서도 폐 FCC 촉매 첨가가 경유 성분이 주성분으로 요구되는 연료유 제조에 우수 하였다.
형상 선택성 ZSM-5 제올라이트 촉매상에서 메탄올로부터 $C_2-C_{10}4의 탄화수소 형성을 조사하였다. 메탄올로 부터 dimethylether를 거쳐 생성되는 $C_2-C_5$의 올레핀들이 ZSM-5의 강한 산점에서 고리화 반응등에 의하여 방향족 화합물이 많이 포함된 탄화수소화합물로 전환된다고 생각된다. 메탄올의 전환반응에 대한 ZSM-5 촉매의 높은 활성과 활성저하에 대한 안정성은 특유의 교차되는 세공관구조와 소수성에 기인하는 것으로 보인다.
마그네슘 함수 규산염인 사문석으로부터 염산침출하여 얻은 다공성의 침출잔사를 실리카원으로 사용하였다. ZSM-5 제올라이트는 사문석 침출잔사와 알루미늄원인 수산화 알루미늄을 각각 수산화나트륨에 혼합 용해하여 고온고압반응기를 사용하여 수열반응에 의하여 합성하였다. 반응온도와 반응시간, 알칼리 농도 및 하소온도 등을 변화시키며 실험을 행하였으며, 반응온도 $170^{\circ}C$, 반응시간 24시간, 조성 $11.7Na_2O{\cdot}Ai_2O_3{\cdot}90SiO_2{\cdot}3510H_2O{\cdot}10.8(TPA)_2O$ 그리고 하소온도 $600^{\circ}C$, 3시간에서 가장 높은 결정화도를 갖는 ZSM-5 제올라이트를 합성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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