실시간 X-선 분말회절법을 이용한 수계환경에서 나트로라이트의 탈수 반응 연구
Study of Dehydration of Natrolites in Hydrous Environment Using In-situ X-ray Powder Diffraction
안다연(부산대학교); 이수진(부산대학교); 이현승(부산대학교); 공정민(부산대학교); 이용문(부산대학교)
58권 5호, 465~477쪽
초록
본 연구는 비구조 양이온(Extra-Framework Cation, EFC)의 수화에너지 및 이온 반경에 따라 나트로라이트(Natrolite, NAT)의 열적 안정성과 상전이 거동이 수계환경에서 어떻게 달라지는지를 체계적으로 비교하고자 하였다. 이를 위해 Na-, K-, Cs-NAT를 대상으로 고온 승온 X-선 회절 실험을 수행하였으며, 무수 및 유수환경에서의 상전이 온도와 열팽창계수를 분석하였다. Na-NAT는 수화에너지가 가장 크고 이온 반경이 작아 수계환경에서 상전이 온도가 475 oC까지 지연되었으며, K-NAT는 중간 수준의 지연 효과를 보였다. 반면 Cs-NAT는 수화에너지가 낮고 반경이 커 수분의 재유입이 제한되어 무수 및 유수환경 모두 에서 가장 낮은 상전이 온도를 보였다. 열팽창 거동 또한 유사한 경향을 보였으며, Na-NAT는 상전이 전까지 양의 열팽창을 유지한 반면, K- 및 Cs-NAT는 상전이 이전부터 음의 열팽창을 나타냈다. 본 연구는 E FC의 물리화학적 특성이 나트로라이트의 열적 거동에 결정적인 영향을 미친다는 것을 규명하였으며, 이는 고온 환경에서의 제올라이트 기반 소재 설계에 활용될 수 있는 가능성을 시사한다.
Abstract
This study systematically compares the thermal stability and phase transition behavior of natrolite (NAT) in aqueous and anhydrous environments as a function of the extra-framework cation (EFC)’s hydration energy and ionic radius. High-temperature in situ X-ray diffraction experiments were conducted on Na-, K-, and Cs-exchanged NAT samples, and the transition temperatures and thermal expansion coefficients were analyzed. Na-NAT, with the highest hydration energy and the smallest ionic radius, exhibited a significant delay in phase transition up to 475 °C under aqueous conditions. K-NAT showed an intermediate delay, while Cs-NAT, having the lowest hydration energy and the largest radius, exhibited the lowest transition temperature regardless of water presence. Thermal expansion behavior followed similar trends: Na-NAT showed positive expansion before dehydration, while K- and Cs-NAT exhibited negative thermal expansion even before the transition. This study reveals that the physicochemical properties of EFCs critically affect the thermal behavior of natrolite, suggesting their potential utility in designing zeolite-based materials for high-temperature applications.
- 발행기관:
- 대한자원환경지질학회
- 분류:
- 지질학