제올라이트 NaA의 삼성분 이온교환평형 예측에 관한 연구

김상원; 한상섭; 조찬휘; 이한주

HWAHAK KONGHAK, Vol.32, No.3, 308-316, June, 1994

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제올라이트 NaA의 삼성분 이온교환평형 예측에 관한 연구

A study on Prediction of Ternary Ion Exchange Equilibria in Zeolite NaA

김상원, 한상섭, 조찬휘, 이한주

초록

제올라이트 A를 통한 다성분 이온교환평형의 동태를 알아보고, 이성분 실험 데이터로부터 삼성분계의 이온 교환평형을 예측하였다. 이를 위해서 Na/Sr, Na/Cs, Sr/Cs, Na/Ca, Na/Mg, Ca/Mg의 이성분계와 Na/Sr/Cs, Na/Ca/Mg의 삼성분계에 대한 이온교환평형 실험을 수행하였으며 최근의 문헌에 실린 몇 가지 이온교환평형 데이터를 이용하였다. 예측방법으로서 비선형회귀법으로 Wilson 활동도 계수식을 적용하기 위한 매개변수를 결정한 후 주어진 한 상의 조성에서 다른 한 상의 조성을 예측하기 위한 연립방정식의 해를 시행착오법으로 구하였다. Na/Sr/Cs의 삼성분계의 이온교환평형에서 Sr 이온이 가장 큰 선택서을 보였으며 이 가운데 Na/Cs간의 선택도는 Sr 이온의 존재에 영향을 많이 받았다. Na/Ca/Mg계에서는 Ca 이온이 강한 선택성을 나타내었으며 이성분계에서의 거동과 유사함을 보였다. 예측 결과 15-20%의 상대오차 범위에서 실험치와 일치하였다.

A study has been made to predict multicomponent ion exchange equilibria data from the corresponding binary isotherms in zeolite NaA, Na/Sr/Cs and Na/Ca/Mg ternary isotherms are presented, together with isotherms for the six binary system (Na/Sr, Na/Cs, Sr/Cs, Na/Ca, Na/Mg and Ca/Mg systems). Predictive equations for these ternary systems could be solved iteratively using activity coefficients and thermodynamic equilibrium constants for the binary systems obtained from experimental data. The zeolite phase activity coefficients were obtained from the Wilson model. Na/Sr/Cs ternary system displayed high selectivity for Sr²⁺ ion and the presence of Sr²⁺ion significantly influenced the relative selectivity of Na/Cs in this ternary system. Na/Ca/Mg ternary system showed high selectivity for Ca²⁺ ion and equilibrium of this system was not significantly affected by the introduction of a third ion. The prediction method was found to be in agreement with experimental data within 15-20% relative error.

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