기계화학을 이용한 천연광물원료로부터 촉매담체입자 설계 연구
상세정보
| 자료유형 | KIGAM 보고서 |
|---|---|
| 서명 | 기계화학을 이용한 천연광물원료로부터 촉매담체입자 설계 연구 |
| 저자 | 신희영 |
| 언어 | KOR |
| 청구기호 | KR-2000-(T)-18-2000-R |
| 발행사항 | 한국자원연구소, 2000 |
| 초록 | 메카노케미스피에서 기본적으로 중요한 반응은 마찰력과 윤활력, 피복력 등을 들 수 있다. 이와같은 현상을 기반으로 현재 기술선진국에서는 무기물, 유기물(폴리머) 및 금속 산업에 이의 적용을 연구하고 있다. 특히, 초미립자 제조의 무기질을 이용하는 약 700역 속의 분체 산업 및 이의 응용분야에서 입자의 형상 변화에 따른 물리적 변화, 새로운 분리정제시스템 구축, 잔재 응력의 소진분야 및 밀도 변화분야 등의 기초과학 분야에 적용되고 있다. 또한 초미립분말제조 있어서의 자원처리 및 광물의 화학적 처리는 제조 공정상 준비단계에서 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 이는 원료물질의 고순도화 및 제련공정에서의 회수율 향상을 의미하는 것이며, 이를 응용한 응용기술의 활용은 무한한 기술수요의 예측이 가능하다. 첫째, 본 연구에서는 고에너지형 유성밀을 사용하여 분쇄과정에서 발생하는 메카노케미컬 현상을 검토하였다. 시료는 광학용재료, 반도체용 도구재, 발열재, 연마재 및 충전재 등의 기본원료인 석영으로 하였으며 유성밀에 의한 석영의 미분쇄 과정에 발생하는 메카노케미컬 현상에 대해 고찰하였다. 분쇄물에 대한 메카노케미컬 현상은 입도, 비표면적, 밀도 등 기본물성의 변화 및 입자표면의 무정형화, 가열에 따른 상변화 등을 통하여 평가하였다. 분쇄물에 대한 물성 및 결정학적, 열적 특성으로부터 무정형구조의 메카노케미컬 반응물이 생성됨을 확인하였다. 메카노케미컬 반응물의 입자밀도는 비정질 석영의 밀도값 2.2.0g/㎠에 근사한 2.2.4g/㎠이었으며 이는 무정형구조임을 시사하는 X선회절 분석결과와도 일치하였다. 또한 DTA 분석결과 573℃에서 고온형 석영으로 전이되는 과정에 발생하는 흡열피크의 면적변화로부터 메카노케미컬 반응물의 결정질 부분이 크게 감소되었음을 알 수 있었다. 적외선스팩트럼 분석결과, 기계적 에너지에 의한 석영의 Si-O 결합이 파쇄되고, 실라눌기의 생성이 확인되었다. 한편 유성밀의 장시간 분쇄과정은 분쇄초기의 입도감소구간, 분쇄한계점에서의 응집체형성구간 그리고 메카노케미컬 반응물 생성구간의 3단계로 이루어지는 것으로 판단되었다. 둘째, 견운모, 운모입자를 모입자로 하고 TiO₂입자를 자입자로 하여 Theta-composer를 사용하여 메카노케미컬법에 의한 개질 실험을 행하였다. 모입자와 자입자의 혼합비는 10:1로 하였으며 강력한 전단력을 줄 경우 자입자는 모입자에 충돌시 메카노푸전에 의한 부착을 유발하였다. 이에 대한 평가는 화상분석을 통한 부착능 실험에서 견운모는 33.11%의 부착효율을, 운모는 33.4%의 효율을 나타내었다. 자외선 차단효과실험에서 개질된 운모와 견운모는 공히 UV-C영역에서는 거의 완벽한 차단효과가 있었으며, UV-B영역에서는 약 70% 차단효과가 있었다. 그러나 UV-A영역에서 견운모는 약 60%, 운모는 약 20-30% 차단효과가 있었다. 셋째, 규석을 이용하여 기능성 무기물 충전제를 제조하는 방법으로서, 유성밀을 사용한 건식 분쇄법으로 고기능성의 다공성 복합입자를 제조하였으며, 이 방법은 각종 촉매산업에서의 다공성 촉매담체의 역할을 원활히 수행할 뿐만 아니라, 각종 충전제로의 사용시 흐름성 및 혼합성질을 향상시킬 수 있는 소재를 제조하는 것이다. 분쇄기계로 고에너지형 유성밀 타입을 사용하였으며, 분쇄메디아인 볼의 장입량의 조절, 시료충전률의 조절, 분쇄시간의 조절 등을 통한 건식 분쇄를 시행하여 다공성 복합이자 생산을 하였다. 넷째, 입자요소법 시뮬레이션에 의거하여 통내 유동입자군의 유동기구에 관한 역학 모델을 제안하고, 입자군의 배출 유동과정에서의 분체압 및 그 맥동 주파수의 추산법을 도출했다. 본 연구에서는 여러 가지 예시를 들면서, 입자요소법의 분체공학으로의 적용이 분체 현상의 공학 모델의 추출에 대단한 위력을 발휘한다는 사실을 도출하였다. 이 공학 모델에 의해 실체의 분체 조작의 설계가 가능하게 되는 하나의 이용법이다. 다섯째, 분체의 충전성 및 유동성 파악은 분쇄의 진행과정에서 필수적인 기본요건이다. 이는 다수의 입자가 모여 있을 때, 비로서 나타나는 중요한 물성으로 각종 분체공정의 운전 조건에 큰 영향을 미치게 된다. 분체의 충전상태는 입자군의 집합상태, 입자간 상호 작용력 및 주위 환경에 따라 결정되어지는 정적인 존재 상태라 할 수 있으며, 유동성은 힘의 평형이 깨졌을 때 입자 사이의 변화가 일어나는 현상이라 할 수 있다. 유동입자군 중 1개의 입자인 주목입자의 운동은 주위의 접촉입자로부터 받은 힘에 의하여 결정된다. 따라서 주위의 입자로부터 받은 접촉력을 시시각각 아는 것이 가능하다면 주목의 거동을 뉴튼의 운동 방정식에 의해 나타낼 수 있다. 즉 주어진 힘의 질량으로 가속도를 구하고, 입자의 속도, 변위로부터 유동하는 입자의 운동 궤적을 계산할 수 있다. 이 방법으로 유동하는 모든 입자의 운동 궤적을 구하면 그것이 입자군의 유동 거동을 나타내는 것이 된다. 본 연구에서는 입자간 접촉에 발생하는 제반 물리적 성질을 고려한 입자 충전 모델을 이용하여, 입자 유동성에 관한 모의 실험을 행하였다 |
| 페이지 | xxxiii, 392 p. |
| 키워드 | 기계화학, 천연광물원료, 촉매담체입자, 촉매, 무기질원료, 규석, 운모, 환경촉매, 분쇄, 화장품, 분말, 담지, 지지체 |
| 원문 | 다운로드 |
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- 관리자
- 한국지질자원연구원
- 등록일
- 2001-02-08
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Cite as
신희영. (2000). 기계화학을 이용한 천연광물원료로부터 촉매담체입자 설계 연구. 한국자원연구소.
