제올라이트층으로 코팅된 기판의 제조방법 document_id A220623037989

좁게 말하면, 광물적인 의미에서 제올라이트는 실리케이트 광물, 구체적으로는 화학적으로 착물 구조를 갖는 알루미늄 실리케이트로서, 다공성의 4면체 네트워크(T-네트워크)의 형성에 의해 특정된다.　 IZA(국제 제올라이트 협회)의 일반적인 정의에 따르면, 제올라이트는 1,000 Å3 당 19 T-원자 미만의 네트워크 밀도를 갖는 T-네트워크를 갖는 물질을 의미한다.　 제올라이트는 내부 보이드(void)를 갖는 구조를 가지며, 상기 보이드는 분자 크기를 받아들일 수 있다.　 이것은 제올라이트가 그 다공성 구조 내에 각각 외래 원자 또는 외래 분자를 수용할 수 있는 특성을 갖게 되는 이유이다.　 예를 들면, 제올라이트는 많은 양의 물을 저장하고, 가열시에 이들을 다시 방출할 수 있다.　 따라서, 열 교환기와 접촉하는 제올라이트 물질은 잠재 축열기(latent heat accumulator)를 만드는데 특히 적합하다.　 종래 기술에 따르면, 성형된 제올라이트 물질 또는 제올라이트 커다란 벌크(heaped bulk)가 사용되며, 이것은 예를 들면 금속성 스폰지와 같은 개방세공형(open-pored) 고형 몸체 내에 도입되어 열교환기와 열접촉하게 된다.　 후자에 대한 참고문헌은 예를 들면 DE 101 59 652 C2가 있다. 아울러, 제올라이트는 많은 다른 적용 분야, 예를 들면 이온 교환 공정을 위한 화학 산업에서 사용되며, 이때 분말 형태로서 수 마이크로미터의 결정 크기를 갖는 대부분의 합성 제올라이트가 도입된다.　 아울러, 제올라이트는 분자 체(sieve)로 사용된다.　 이 경우, 마찬가지로 상기 제올라이트 물질은 결정 또는 성형된 물질의 유리된(loose) 벌크 형태로 필터 시스템 내로 도입될 수 있다. 열이 제올라이트에 공급되거나 열이 제올라이트 물질로부터 추출되는 경우에, 각각, 유리된 제올라이트 벌크는 인접한 열 교환기 구조와의 열 접촉이 불충분하게 이루어질 수 밖에 없기 때문에 적합하지 않게 된다. 게다가, 특히 잠재 축열기용으로는, 보통 소르베이트(sorbate)로 불리는 작동 매체(working medium)는 흡착제(sorbent) 물질로서 효과적인 방법으로 제올라이트에 공급되어야 한다. 이는 흡착제 물질내에 육안으로 보이는 수송 구멍(macroscopic transport pores)들을 필요로 한다. 그러므로 그러한 적용 목적을 위해, 분말로 합성되는 제올라이트는 바인더의 도움으로 펠렛의 형태로 더 큰 유니트로 만들어진다. 그러나 제올라이트의 적용-관련 특성이 영향을 받고, 대부분의 경우에, 대부분의 결합제에 의해 불리하게 변화된다는 것은 이롭지 않다. 게다가, 펠렛의 사용은 아직 인접한 열 교환기로의 충분한 열 접촉을 보장할 수 없다. 이러한 이유로, 제올라이트 층이 도포되는 열 교환기 시스템이 추천된다. 대표적으로 알려진 제올라이트를 이용한 기판 코팅방법은 두 단계 과정이다. 먼저, 제올라이트 분말이 선행 합성 단계에서 제조된다. 표준 입자(결정) 크기를 갖는 분말 제올라이트를 수득하기 위하여 이러한 제올라이트 분말에 예를 들어, 분쇄나 제분 단계와 같은 기계적인 2차 처리를 가할 수 있다. 다음, 그렇게 합성되거나 전합성된 제올라이트 물질은 일반적으로 바인더와 혼합되어 소위 코팅과정으로서 담체 기판에 도포된다. 그러나, 이러한 과정은 특히 복합 삼차원 열 교환기 구조에 있어서는 똑같은 두께를 갖는 제올라이트 층을 열 교환기 전체 표면으로 도포하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 게다가, 그러한 합성후(postsynthetic) 코팅 방법은 다수의 제조 단계를 포함한다. 더 나아가, 대부분의 바인더는 결합 분자와 입자가 제올라이트 결정의 표면에 내려앉기 때문에 제올라이트의 관련 특성을 변화시킨다. US 2003/0091872 A1는 전형적인 알루미늄 실리케이트를 만드는, 알루미늄이나 니켈 또는 강철 또는 티타늄 같은 금속에 제올라이트 층을 만드는 방법에 관한 것이다. 이는 중성에서 pH12까지의 일반적인 pH-범위에서 전형적인 알루미늄 실리케이트 제올라이트용 합성 현탁액을 사용함으로써 달성될 수 있다. 또한, 현탁액은 알루미늄을 포함한다. 알루미늄-포함 기판을 알루미늄-포함 현탁액으로 도입한 후에 기판의 알루미늄 원자는 제올라이트 네트워크에 삽입되는데 이에 따라 제올라이트 층의 기판에 대한 접착이 향상된다. DE 103 09 009 A1는 세라믹 담체 물질이 사용되는 방법을 기술한다. 이에 따르면 담체는 동시에 전형적인 알루미늄 실리케이트 제올라이트 제조를 위한 교차-결합하는 원소 실리콘의 공여체이다. 또한, 제올라이트를 만들 수 있는 원소를 갖는 현탁액을 제조하는 것, 게다가 기판위에 매우 점성이 높은 층인 전형적인 알루미늄 실리케이트 제올라이트를 인시츄(in-situ) 결정화하기 위한 가열 뿐 아니라 현탁액에 기판을 도입하는 것에 관한 다른 문헌이 알려져 있다. EP 0 649 387 B2, EP 1 222 961 A2 및 JP 08119624 A 참조. 종래의 방법은 충분히 만족스럽지 못하였다. 이에 따라 전형적인 알루미늄 실리케이트 제올라이트가 형성되었을지라도 그들의 기판에 대한 고정은 완벽하지 않았다.