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Controlled structural collapse of high-Al zeolite via decationization and its applications in adsorption = 제올라이트의 구조 붕괴 조절에 따른 기공 구조 변화에 대한 연구 및 흡착 특성 분석
서명 / 저자 Controlled structural collapse of high-Al zeolite via decationization and its applications in adsorption = 제올라이트의 구조 붕괴 조절에 따른 기공 구조 변화에 대한 연구 및 흡착 특성 분석 / Hyeonbin Kim.
저자명 Kim, Hyeonbin ; 김현빈
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

In zeolite chemistry, it was known that the decationization ($NH4^+$ ion-exchange followed by calcination) of highly aluminous zeolites (Si/Al<1.3) results in a loss of zeolite crystallinity. Although such structural transformation has been known for several decades, the pore structures of the amorphous phases have not been investigated. The reason might be attributed to the lack of scientific interests in the ill-defined amorphous materials and to the hasty conclusion that the atomically ‘collapsed’ phase would be nonporous. In this thesis, two phenomena, generation of mesopores and reduction of micropore size, was observed via decationization of two different zeolites (FAU and LTA structures). In case of NaX zeolite (FAU structure, Si/Al = 1.2), the controlled decationization of NaX zeolite can produce hierarchically micro-/mesoporous zeolites and solely mesoporous aluminosilicates having an amorphous framework. The hierarchically porous NaX zeolite has significantly higher adsorption capacities and catalytic activities for bulky molecular species compared with conventional NaX zeolite due to the presence of secondary mesoporosity that allows the facile diffusion of bulky molecules. The controlled collapse or atomic disordering of NaA zeolite (LTA structure, Si/Al = 1.0) with decationization can systematically narrow the effective pore size below 0.4 nm and tune the molecular sieving effect. As the zeolite is gradually disordered, the adsorption amounts for all gas molecules decrease; however, larger molecules show a much faster decrease than that of the smaller ones. Consequently, the adsorption selectivities could be remarkably enhanced for various gas pairs. Moreover, the decationized NaA zeolites were applied for mixed matrix membrane (MMM) to improve their $CO_2$/$CH_4$ permselectivity by enhancing the diffusion selectivity. This simple and controllable post-modification method would be industrially suitable for generation of mesopores and control of molecular sieving effect, which are promising as adsorbents and heterogeneous catalysts.

제올라이트 역사상 탈양이온화를 통해 Si/Al가 1.3 이하인 알루미늄 함량이 높은 제올라이트가 결정성을 잃는다는 것은 오래전부터 알려져 있었다. 그러나 비결정화된 물질에 대한 연구는 전혀 진행된 적이 없었으며, 기존의 과학자들이 특성 분석이 어려운 비결정화된 물질에 대한 관심이 없었을 뿐만 아니라 비결정화된 물질은 기공이 없는 구조라 단정지었기 때문이라 생각한다. 본 연구에서는 탈양이온화를 통해 비결정화된 물질의 기공 구조 분석을 통하여 두 가지 현상을 발견하였다. FAU 구조의 NaX 제올라이트의 경우, 탈양이온화를 조절하여 마이크로 및 메조 기공을 가지는 위계다공성 제올라이트를 합성할 수 있었다. 생성된 메조 기공은 크기가 큰 분자들의 원활한 확산을 도와 흡착 및 촉매 반응에서 더 높은 흡착량과 반응성을 얻을 수 있었다. LTA 구조의 NaA 제올라이트에서는 탈양이온화를 통해 구조 붕괴에 따라 기공 크기가 0.4 nm 이하로 연속적으로 줄어드는 것을 볼 수 있었으며 이는 제올라이트의 분자체 효과를 조절할 수 있는 방법임을 확인하였다. 이를 혼합기질 분리막에도 적용해 분리막의 성능을 향상시켰다. 이 방법은 매우 경제적임으로 흡착제나 불균일계 촉매의 기공 구조를 조절할 수 있는 산업적 합성 방법으로 응용될 수 있을 거라 기대된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 18023
형태사항 viii, 79 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김현빈
지도교수의 영문표기 : Minkee Choi
지도교수의 한글표기 : 최민기
수록잡지명 : "Gradual disordering of LTA zeolite for continuous tuning of the molecular sieving effect". The Journal of Physical Chemistry C, v.121, pp.6807-6812(2017)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Including references
주제 zeolite
decationization
amorphous
hierarchically porous
molecular sieving effect
제올라이트
탈양이온화
비결정성
위계다공성
분자체 효과
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