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시멘트 공장에서는 시멘트 생산량의 약 15-20%를 차지하는 것이 시멘트 부산물인 CKD(cement kiln dust)이다. 현재는 CKD가 소각 방법으로 제거되고 있으나 이 CKD를 활용한 이산화탄소 저감 공정에 대한 연구가 증가하고 있다. 하지만 이 공정의 주요 문제점은 CKD 내 칼슘이온이 존재한다는 점이다. 공정 운행 시 고농도의 염화칼륨 수용액 내 미량의 칼슘 이온은 공정의 문제를 야기하는 원인으로 작용할 수 있다. 본 연구에서는 칼슘 이온 제거에 효과적인 방법의 하나인 제올라이트를 이용하여 수용액상 칼슘 이온을 제거하고자 하였다. 제올라이트는 Si/Al ratio 제어를 통해 성능을 증진시키고자 하였으며, 이를 위해 13X 제올라이트를 alumination, dealumination 방법으로 개질한 후 칼슘 이온 제거성능을 비교하였다. 그 중 alumination(조건: 70 ℃, 0.1 M NaAlO2)방법이 95.77 %로 칼슘 이온 제거성능이 가장 우수하며 기존 제올라이트 대비 성능이 약 6% 증진됨을 확인하였다. 반면 dealumination 방법으로 개질이 수행된 제올라이트는 기존 대비 성능이 약 73% 저하됨을 확인하였다. XRD, BET, FT-IR, ICP 분석을 통해 개질된 제올라이트의 구조, 비표면적, 산점, Si/Al ratio를 확인하였으며, Si/Al ratio가 칼슘 이온 제거성능의 주요 영향인자로 판단된다.
Cement kiln dust (CKD) is a byproduct of cement production, which accounts for about 15-20% of cement production. Currently, CKD is being disposed of by incineration, but research on using CKD for carbon dioxide reduction is increasing. However, the major problem with this process is the presence of calcium ions in CKD. Trace amounts of calcium ions in a high concentration potassium chloride solution during the process can cause problems. In this study, we aimed to remove calcium ions in the solution using zeolite, an effective method for calcium ion removal. To enhance its performance, we modified 13X zeolite through alumination and dealumination methods to control the Si/Al ratio, and compared their calcium ion removal efficiency. Alumination (conditions: 70 ℃, 0.1 M NaAlO2) showed the best performance, with a calcium ion removal efficiency of 95.77%, which was about 6% higher than that of unmodified zeolite. On the other hand, the dealumination-modified zeolite showed a performance decrease of about 73% compared to unmodified zeolite. The structure, specific surface area, acidity, and Si/Al ratio of the modified zeolites were characterized by XRD, BET, FT-IR, and ICP analyses, and the Si/Al ratio was identified as the main factor affecting the calcium ion removal efficiency.
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Zeolite, Si/Al ratio, Alumination, Calcium ion, Ion change
