무기화학실험 | 제올라이트 A의 합성 및 분석

 

 

 

TIP

 

 

제올라이트 A를 합성하고 분석기기를 이용하여 구조를 분석한다.

 

 

 

제올라이트의 응용

제올라이트는 천연물로 산출되기도 하고 수열반응을 통해 합성되기도 한다. 천연 제올라이트는 30여종에 불과하며 세공크기, 결정구조, 순도 등의 문제로 공업적 응용에는 제약이 있다. 이에 비해 합성 제올라이트는 세공크기나 구조 및 물성에 따라 다양하게 만들 수 있다.

 

1. 촉매

제올라이트는 강한 산성과 고온에서의 안정성으로 원유를 절단하여 가솔린 등 작은 탄화수소 분자를 생성하는 크래킹 촉매 등 다양한 반응의 산촉매로 활발하게 쓰이고 있고, 그 밖에도 제올라이트 세공 내부에 미세한 금속 나노 입자들을 내포시켜 이들 이용한 다양한 촉매 반응도 널리 이용되고 있다. 특히 제올라이트 세공 속의 표면적은 보통 1000㎡/g에 이르며 이렇게 넓은 표면적은 활성점(Active site)을 넓은 면적에 분포시키는데 매우 유리하여 제올라이트를 유용한 촉매로 사용하는데 크게 기여하고 있다.

 

미국의 유명한 정유사인 Mobil사는 1970년대 초의 석유파동 후 대체자원의 일환으로 제올라이트 촉매인 ZSM-5 촉매의 물질특허를 1972년에 출원하고 1976년 메탄올로부터 한 단계의 공정으로 C4-C11사이의 고옥탄가의 가솔린을 합성하는 MTG(methanol to gasoline)공정을 개발. Mobil 에서 ZSM-5촉매를 개발하게 된 것은 기능직 연구원이 다른 제올라이트를 합성하다가 실수로 원하는 물질과는 다른 처음 보는 물질이 우연하게 합성된 것을 실패했다고 버리지 않고 Methanol 전환반응을 시켜보니 product가 수십 종류가 나온 것이 계기가 되었던 재미있는 일화가 있다. 실제로 한국도 주유소 에서 판매되는 휘발유중 제올라이트촉매를 이용하는 촉매분해

 

2. 흡착제 및 탈수제

제올라이트를 고온에서 진공 탈수시키면 세공 내에 세공입구를 통과할 수 있는 다양한 분자들을 흡착시킬 수 있게 되는데 1000㎡/g에 이르는 내부의 넓은 표면을 이용한 흡착제로서도 활발히 사용되고 있다. 이때 흡착되는 물질이 물이면 제올라이트는 강한 탈수제가 된다. 그밖에도 천연 제올라이트들은 여러 가지 용도로 사용되어 왔다. 이를테면 가축용 사료의 첨가제로 사용하여 가축의 성장을 촉진하고, 토양에 배합하여 농작물 수확을 높이고, 특히 이탈리아 지방에서는 건축용 벽돌로 사용하여 계절의 변화에 관계없이 실내의 온도와 습도를 일정하게 유지하는데도 응용되어온 예들은 매우 흥미로우면서도 지혜로운 사용의 예로 볼 수 있다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 비커1(1L)에 Water-glass 67.65g과 물 273.72g을 넣는다.

 

2) 비커2(400㎖)에 NaOH(98%) 68.13g과 NaAlO₂ 30.00g과 물 246.34g을 넣는다.

 

3) 상온에서 비커1과 비커2를 각각 1시간 동안 교반시킨다.

 

4) 비커1에 비커2의 내용물을 천천히 붓고 다시 1시간 동안 교반시킨 후 pH를 측정한다.

 

5) 30분 간격으로 반응물을 약 5㎖ 씩 Sampling 한다.

 

6) Sampling 한 시료를 증류수에 씻어 거른 후 20분간 건조시킨다.

 

7) 건조된 파우더를 XRD를 이용하여 결정화도를 측정한다.

 

8) 반응이 끝난 테플론 반응기의 생성물을 증류수로 씻고 거른 후, 100℃에서 건조시킨다.

 

9) 건조시킨 생성물을 XRD로 분석하고 SEM을 찍는다.

 

 

 

[무기화학실험]제올라이트 A의 합성 및 분석 레포트