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마이크로파 및 초음파 활용 제올라이트 합성 - 석탄 비산재 재활용

전문가 제언: ○ 제올라이트(zeolite)는 함수 알루미노 규산염의 다공성 결정 물질을 지칭한다. 제올라이트는 일정한 나노 규모의 많은 기공과 넓은 비표면적으로 인해 우수한 흡착능 및 양이온 교환능을 갖고 있다. 이는 건축 자재, 이온 교환재, 합성 세제, 촉매제, 오염물 제거, 오염 토양 개질, 수질 정화, 유해가스 흡착, 향균제, 탈취제, 탈수제 등으로 사용되고 있다.

？ 무기물질인 석탄재(coal ash)의 주요 구성성분은 SiO2, Al2O3 등이다. 제올라이트의 주요 구성성분은 SiO2, Al2O3, H2O, Na2O 등이다. 석탄재의 성분인 SiO2, Al2O3 등은 제올라이트에서 동일 성분이므로 제올라이트가 합성될 수 있다.

○ 합성에 활용된 에너지장 관점에서 볼 때, 석탄 비산재계 인공 제올라이트 합성 기술은 기술 진화 법칙을 따르고 있다. 다시 말해, 점차로 고급 에너지원(예: 마이크로파, 초음파)을 활용한 기술로 전이되고 있다.

？ 처음에 전통적 합성 기술에서는 고온 고압 하에서 에너지장으로 전통적 열 에너지(즉, 옴 히팅)을 활용하므로 긴 합성 시간, 고 에너지 소비량 등과 같은 단점을 갖는다.

？ 전통적 기술에서 진화된 스마트 합성 기술에서는 에너지장으로 전기장 에너지(즉, 마이크로파 가열) 및/또는 음파 에너지(즉, 초음파)를 활용하고 있다. 그 결과, 스마트 합성 기술은 합성 시간 단축, 에너지 소비량 절감 등과 같은 강점을 갖는다.

○ 국내 현황 및 향후 연구 개발 동향 : 고급 에너지원(예: 마이크로파, 초음파)을 활용한 석탄 비산재계 제올라이트 합성 기술과 관련하여, 국내에서 활발한 연구가 수행되고 있다. 2015년에 용융 단계 후에 마이크로파를 활용하여 석탄재로부터 제올라이트X 합성 기술을, 2013년에 전통적 히팅 및 마이크로 히팅을 활용하여 제올라이트A 합성 기술을 연구하였다 [서울과학기술대학교]. 2004년에 수열반응 전처리 과정으로 초음파 및 융해염 과정을 도입하여 제올라이트 합성 기술을 연구하였다 [충남대학교]. 향후에는 랩 규모를 벗어난 합성 연구가 필요하다.

저자: Syed Salman Bukhari, et al.
자료유형: 니즈학술정보