무기화학실험 | 제올라이트 특징 및 제조(The Preparation and Characterization of an X-Type Zeolite)

 

 

 

TIP

 

 

제올라이트는 이온교환, 촉매, 흡착제 및 탈수제, 분자 체로서의 기능을 갖고 있다. 본 실험에서는 이러한 특성을 갖는 제올라이트를 직접 합성해보고자 하였으며 제올라이트의 특성을 알아보기 위한 실험으로 벤젠을 이용하여 흡착시켰고, 열적 안정성, 이온교환에 대하여 확인해 보았다. 그리고 이렇게 합성된 제올라이트는 IR과 TGA (Thermogravimetric Analyzer)로 확인하였다.

 

 

 

제올라이트(zeolite)

내부에 있는 나노크기의 구멍속에 물분자들을 가득 채우고 있는데 이 광석을 가열하면 내포된 물분자가 증발하여 수증기를 발생하기 때문에 "끓는(zeo) 돌(lite)이라는 의미로 명명된 광속입니다. 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치환작용이 뛰어나 수분외에 다른물질들을 20배까지 흡수, 흡착하여 보관하고 있다가 서서히 배출하는 능력이 있다.

 

 

Zeolite의 구조

AlO₄와 SiO₄가 산소를 공유하면서 일정한 결정성 3차원적으로 무한히 연결된 구조를 이루고 있다. M2/n Al₂O₃, xSiO₂, yH₂O

 

 

 

제올라이트의 용도

1. 이온 교환제 : Zeolite 세공 속에 존재하는 양이온들은 수용액 중에서 다른 여러 가지 금속 및 유기 양이온으로 용이하게 교환하고, 물속의 (Ca²⁺)과 (Mg²⁺)을 (Na⁺) 이온으로 교환시켜 주어 경수(hard water)를 연수(softwater)로 변환시켜주는데 널리 사용되고 있다.

 

2. 촉매 : 강산 산성과 고온에서의 안정성으로 제올라이트는 다양한 반응의 산 촉매로  쓰인다. 제올라이트 세공 내부에 미세한 금속 나노입자들을 내포시켜 이들을 이용한 다양한 촉매 반응으로 사용가능 하다.

 

3. 흡착제 및 탈수제 : 제올라이트를 고온에서 진공 탈수시키면 세공 내에 세공입구를 통과할 수 있는 다양한 분자들을 흡착 시킬 수 있게 되는데 1000㎡/s에 이르는 내부의 넓은 표면을 이용한 흡착제로서도 활발히 사용되고 있다. 이때 흡착되는 물질이 물이면 제올라이트는 강한 탈수제가 된다.

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실험 방법

1. Zeolite 합성

1) Silicalgel 3.0g+ NaOH 2.4g+ 6ml증류수

 

2) Al(OH)₃ 2.64g + NaOH 2.4g + 9ml증류수(10m, 80℃, stirring)

 

3) 두 용액을 혼합+ 증류수 27ml (stirring)

 

4) Polypropylene screw cap bottle에 넣고 90℃ 3h

 

5) 식힌 후 Filter, 여과, 세척, 건조

 

6) 무게 측정, IR,TGA

 

2. 이온교환

1) 증류수 100ml + 0.1g CoCl₂ + zeolite1g

 

2) 연분홍색 ⇒ 무색 (stirring, heating)

 

3) 여과, 세척, 건조 후 무게 측정

 

3. Benzen 흡착

1) Zeolite 무게 측정

 

2) 데시게이터 이용 Benzene 흡착

 

3) Zeolite 무게 측정, IR, TGA

 

4. TGA(열무게 분석 측정법)

1) 시간에 따라 시효의 온도를 일정 속도로 증가

 

2) 시료의 무게를 시간 또는 온도의 함수로 연속적 기록

 

3) 온도 범위 : 실온 ～ 1500 ℃ (실온 ～ 700 ℃)

 

4) 가열 및 냉각 속도 : 0 ～ 200 ℃ /min

 

5) 질소 or 아르곤 기류

 

6) 분해, 산화, 기화, 승화, 탈착 등의 변화

 

 

 

[Chemistry/무기화학] - 무기화학실험 | The Preparation and Characterization of X-Type Zeolite

 

 

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