Abstract
Zeolite X adsorbents with large surface area were prepared for using oxygen PSA adsorbent. Selective adsorption performance of nitrogen on the synthesized zeolite X adsorbent was improved by the cation exchange of adsorbent. The zeolite X which had over $650m^2/g$ surface area was synthesized at the conditions of $SiO_2\;:\;Na_2O\;:\;H_2O\;:\;Al_2O_3$ = 2.5 : 3.5 : 150 : 1 mole ratio, $98^{\circ}C$ temperature and 18 h synthesized time in 50 L reactor. The metal ions Li, Ag, Ca, Br, Sr, etc. were investigated for ion exchange with zeolite X. Ag ion was showed the highest ion exchange rate among these metal ions and all metal ions were exchanged with Na ion at equivalent rate. Compared with the NaX adsorbent, the ion exchanged zeolite X adsorbent remarkably improved its adsorption performance of nitrogen at the conditions of $10{\sim}40^{\circ}C$ temperature and 0~9 atm pressure. At an equilibrium pressure under 0.5 atm, adsorption performance of nitrogen on the ion exchanged zeolite adsorbent increased in the order of Ag > Li > Ca > Sr> Ba > K, whereas at an equilibrium pressure over 1 atm showed in the order of Li > Ag > Ca > Sr > Ba > K. Nitrogen/oxygen separation factor of Li ion exchanged zeolite X adsorbent was 13.023 at the partial pressure of nitrogen/oxygen gas mixture similar to air and $20^{\circ}C$ adsorption temperature.
산소 PSA용 흡착제의 제조를 위하여 표면적이 큰 제올라이트 X형 흡착제를 합성하고 양이온교환을 통하여 질소의 선택적 흡착 능력이 우수한 흡착제로 제조하였다. 제올라이트 X형 흡착제는 50 L급 대형 반응기에서 $SiO_2\;:\;Na_2O\;:\;H_2O\;:\;Al_2O_3$ = 2.5 : 3.5 : 150 : 1의 조성으로 $98^{\circ}C$, 18 h 동안 반응한 결과 표면적이 $650m^2/g$ 이상의 표면적을 나타내었다. 흡착제의 양이온교환은 Li, Ag, Ca, Br, Sr 등의 금속 이온을 대상으로 조사하였다. Ag 이온의 이온교환 속도가 가장 빠르게 일어났으며 모든 금속 이온이 제올라이트 X형에 포함된 Na 이온과 거의 당량적으로 이온 교환이 일어남을 알 수 있었다. 양이온 교환된 제올라이트 X형 흡착제의 질소와 산소의 흡착 성능을 $10{\sim}40^{\circ}C$, 0~9 atm의 범위에서 측정한 결과 이온교환을 하지 않은 NaX 흡착제에 비하여 월등히 높은 흡착 성능을 나타내었으며 이온 교환된 제올라이트 X형 흡착제의 질소 흡착량은 0.5 atm 이하의 저압에서는 Ag > Li > Ca > Sr > Ba > K 이온의 순으로 나타났으나 1 atm 이상의 고압에서는 Li > Ag > Ca > Sr > Ba > K 이온의 순으로 나타났다. 공기의 조성에 준하는 질소 및 산소의 분압에서 흡착량의 비를 조사하여 질소/산소 분리도를 측정한 결과 $20^{\circ}C$의 온도에서 Li으로 이온 교환된 흡착제의 분리도는 13.023을 나타내었다.
