KR100247556B1 - Core-shell structure catalysts - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 조성 및 제조방법에 의해 형성된 코아(core)부분과 쉘(shell)부분의 이중구조를 가지고 있으며 올레핀이나 파라핀 등의 가암모니아 산화반응에 의한 니트릴화합물의 제조시 촉매로 사용되어 우수한 촉매활성을 나타내는 다음 화학식 1로 표시되는 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a solid catalyst having a core-shell structure, and more particularly, has a dual structure of a core portion and a shell portion formed by different compositions and preparation methods, and includes olefins and paraffins. The present invention relates to a solid catalyst having a core-shell structure represented by the following Chemical Formula 1, which is used as a catalyst in the preparation of a nitrile compound by ammonia oxidation and shows excellent catalytic activity.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서: A는 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고; d가 1일 때, a는 0.001 ~ 3이고, b는 0.01 ~ 5이고, c는 0.1 ~ 5이고, z는 0 ~ 90이며; x 및 y는 코아(core)부분과 쉘(shell)부분에서 다른 성분에 의해 원자가를 맞추기 위해 정해지는 값이다.In Chemical Formula 1, A is at least one element selected from bismuth, boron, phosphorus, and molybdenum; when d is 1, a is 0.001-3, b is 0.01-5, c is 0.1-5, z is 0-90; x and y are values that are set to match valences by different components in the core and shell parts.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매Solid catalyst with core-shell structure

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

[발명의 목적][Purpose of invention]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical field to which the invention belongs and the prior art in that field]

본 발명은 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 조성 및 제조방법에 의해 형성된 코아(core)부분과 쉘(shell)부분의 이중구조를 가지고 있으며 올레핀이나 파라핀 등의 가암모니아 산화반응에 의한 니트릴화합물의 제조시 촉매로 사용되어 우수한 촉매활성을 나타내는 다음 화학식 1로 표시되는 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a solid catalyst having a core-shell structure, and more particularly, has a dual structure of a core portion and a shell portion formed by different compositions and preparation methods, and includes olefins and paraffins. The present invention relates to a solid catalyst having a core-shell structure represented by the following Chemical Formula 1, which is used as a catalyst in the preparation of a nitrile compound by ammonia oxidation and shows excellent catalytic activity.

상기 화학식 1에서 : A는 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고; d가 1일 때, a는 0.001 ~ 3이고, b는 0.01 ~ 5이고, c는 0.1 ~ 5이고, z는 0 ~ 90이며; x 및 y는 코아(core)부분과 쉘(shell)부분에서 다른 성분에 의해 원자가를 맞추기 위해 정해지는 값이다.In Chemical Formula 1, A is at least one element selected from bismuth, boron, phosphorus, and molybdenum; when d is 1, a is 0.001-3, b is 0.01-5, c is 0.1-5, z is 0-90; x and y are values that are set to match valences by different components in the core and shell parts.

아크릴로니트릴은 니트릴류 고무, 프라스틱류, 섬유, 수지 등의 원료로 사용되고 있다. 종래에는 아크릴로니트릴을 제조하기 위하여 아세틸렌 또는 에틸렌 옥사이드를 HCN과 반응시켜 제조하였지만, 원료가 고가(高價)이어서 경제성에 문제점을 갖고 있었기 때문에 새로운 공정으로 대체되어야만 하였다.Acrylonitrile is used as a raw material for nitrile rubber, plastics, fibers and resins. Conventionally, acetylene or ethylene oxide was reacted with HCN to prepare acrylonitrile. However, since the raw materials were expensive and had problems in economics, they had to be replaced by new processes.

아크릴로니트릴의 제조방법은 프로필렌을 원료물질로 하는 촉매반응으로서, 프로필렌, 암모니아, 산소 또는 산소를 함유하는 기체의 반응에 의해 제조하고 있으며, 이는 크게 두 종류의 제조방법으로 대별된다.The production method of acrylonitrile is a catalytic reaction using propylene as a raw material, and is produced by the reaction of propylene, ammonia, oxygen or a gas containing oxygen, which is roughly divided into two kinds of production methods.

첫 번째 제조방법에서는 우선 프로필렌이 산소 또는 산소를 함유한 기체와 접촉하여 산화하고 아크롤레인으로 전환되며 다시 암모니아와 반응하여 아크릴로니트릴을 생성하게 되는 일종의 '산화반응'이다. 이 과정에서는 아크롤레인의 중합반응으로 인하여 부산물이 생성될 뿐만 아니라 암모니아와 반응하여 갖가지 알수 없는 부산물이 생성되므로 결국은 목적물의 순도가 저하되고, 공정조작에 어려움이 따르게 되며, 또한 두 단계의 독립된 제조공정을 거치기 때문에 단가가 높다는 단점이 있다.In the first process, propylene is a kind of 'oxidation reaction' in which propylene is oxidized in contact with oxygen or oxygen-containing gas, converted to acrolein, and then reacted with ammonia to produce acrylonitrile. In this process, not only by-products are generated due to the polymerization of acrolein, but also various unknown by-products are generated by reacting with ammonia, which ultimately lowers the purity of the target product and causes difficulty in the operation of the process. There is a disadvantage in that the unit price is high.

두 번째 제조방법은 현재 상업적으로 가장 많이 이용되고 있는 방법으로서, 프로필렌을 직접 암모니아 및 산소와 촉매반응시켜 아크릴로니트릴을 생성하는 '가암모니아 산화반응'에 의한 방법이다.The second manufacturing method is currently the most commercially used method, which is a method of 'ammonooxidation reaction' in which propylene is directly catalytically reacted with ammonia and oxygen to produce acrylonitrile.

올레핀의 가암모니아 산화반응은 개발된지 반세기의 역사를 가지고 있고, 산업화한지 약 35년이 지난 현재에도 일명 "저급 올레핀의 알릴 산화반응"이라고 불리워지고 있다. 이러한 올레핀의 가암모니아 산화반응은 일종의 촉매반응으로서, 경제적 그리고 산업적으로의 중요성이 대두되고 있기 때문에 이에 대한 연구가 다방면에서 이루어지고 있다.The ammonia oxidation of olefins has a history of half a century since its development, and even about 35 years after industrialization, it is still called "allyl oxidation of lower olefins." The ammonia oxidation of such olefins is a kind of catalytic reaction, and as a result of economic and industrial importance, research on this has been conducted in various fields.

가장 뚜렷한 변화는 올레핀의 가암모니아 산화반응공정 뿐만 아니라 대부분 촉매의 조성성분과 제조방법에서의 발전에서 나타나고 있다. 그 결과로 아크릴로니트릴의 경우 상업플랜트에서 약 80% 이상의 향상된 수율을 보이고 있고, 산화 반응에서 아크릴산은 90% 이상의 수율을 얻고 있다. 올레핀의 가암모니아 산화반응에 의한 아크릴로니트릴 제조를 위한 상업플랜트에서 사용하고 있는 촉매는 주성분이 비스무스-몰리브덴 산화물이나 철-안티몬 산화물로서 여기에 많은 종류의 원소들을 첨가한 매우 복잡한 다성분계 복합산화물들이라고 알려져 있다.The most obvious changes have been made not only in the process of ammonia oxidation of olefins, but also in the development of most catalyst components and processes. As a result, acrylonitrile shows an improved yield of about 80% or more in commercial plants, and acrylic acid yields more than 90% in an oxidation reaction. Catalysts used in commercial plants for the production of acrylonitrile by ammonia oxidation of olefins are bismuth-molybdenum oxides or iron-antimony oxides, which are very complex multicomponent complex oxides with many kinds of elements added thereto. It is known.

올레핀의 산화반응 또는 가암모니아 산화반응은 앞에서 설명한 바와 같이 촉매상에서 반응물인 올레핀과 암모니아, 산소의 반응으로 이루어지는데, 그 중에서 촉매의 역할에 대한 중요성이 인식되면서 신촉매의 개발보다는 기존촉매를 개선시켜 성능을 향상시키는 방향으로 발명이 진행되고 있다. 그 중에서도 특히, 본 발명과 유사하거나 두드러지게 활성을 나타내는 촉매의 제조방법에 관한 특허를 중심으로 설명하면 다음과 같다.As described above, olefin oxidation or ammonia oxidation reaction consists of reaction of olefin, ammonia, and oxygen as a reactant on the catalyst. Among them, the importance of the catalyst is recognized and the existing catalyst is improved rather than the development of a new catalyst. The invention is in the direction of improving performance. In particular, the following description will be made with reference to a patent on a method for producing a catalyst similar or significantly active than the present invention.

1972년 프로필렌으로부터 아크릴로니트릴을 제조하는 Mo-Bi-Fe-P 계열의 촉매를 발명하면서 BET 비표면적이 58 ㎡/g인 Bi-MO-P-Silica 촉매에 Fe(No4)3를 함침시켜 비표면적이 7.3 ㎡/g인 촉매를 새로운 방법으로 제조하였고, 이러한 촉매는 반응온도 470 ~ 485℃에서 전환율 91.0%, 선택도 75.2%의 활성을 나타냈다고 보고한 바 있다[독일특허 제2,127,996호].In 1972, invented a Mo-Bi-Fe-P series catalyst for producing acrylonitrile from propylene, and impregnated with Fe (No 4 ) 3 in a Bi-MO-P-Silica catalyst with a BET specific surface area of 58 m 2 / g. A catalyst having a specific surface area of 7.3 m 2 / g was prepared by a new method, and it was reported that the catalyst exhibited 91.0% conversion and 75.2% selectivity at a reaction temperature of 470 to 485 ° C. [German Patent No. 2,127,996] .

1977년 Bi-Mo-P-K-Co-Ni-SiO2촉매를 사용후 재생하는 방법으로서, MoO3, H3PO4, HNO3, Bi(NO3)3·5H2O, H2O를 포함하는 용액을 재생할 촉매에 함침하여 다시 프로필렌으로부터 아크릴로니트릴을 제조하는 촉매로 사용할 수 있다고 보고한 바 있다[미국특허 제4,052,332호].Regeneration after using Bi-Mo-PK-Co-Ni-SiO 2 catalyst in 1977, including MoO 3 , H 3 PO 4 , HNO 3 , Bi (NO 3 ) 3 · 5H 2 O, H 2 O It has been reported that the solution can be used as a catalyst for impregnating a regeneration catalyst into acrylonitrile from propylene again (US Pat. No. 4,052,332).

1978년 (NH4)6Mo7O24용액에 염산을 첨가하고 Fe(NO3)3·9H2O 용액을 혼합한 다음 건조, 분쇄, 소성과정을 거치고, 여기에 Bi(NO)3·5H2O 용액을 분사하여 다시 건조, 소성하는 과정을 반복하여 촉매를 만든 후 반응온도 455℃에서 약 70%의 선택도로 아크릴로니트릴을 제조하였다고 보고한 바 있다[영국특허 제1,518,215호].In 1978, hydrochloric acid was added to the (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 solution and the Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O solution was mixed, followed by drying, pulverization, and calcining, followed by Bi (NO) 3 · 5H. It has been reported that acrylonitrile was prepared with a selectivity of about 70% at a reaction temperature of 455 ° C. after repeating the process of spraying 2 O solution again to dry and calcining [UK Patent No. 1,518,215].

미국의 Standard Oil사에서는 Bi(NO)3·5H2O 용액에 (NH4)6Mo7O24용액을 혼합하여 pH를 조절해서 용액 A를 만들고, 다른 용기에 KNO3, Ni(NO3)3.6H2O, Co(NO3)2·6H2O, Fe(NO3)3·9H2O을 포함한 용액 B를 만든 후 다시 다른 용기에 H3PO4와 실리카졸을 섞고 여기에 용액 A를 섞었다. 그 다음에 계속해서 용액 B를 섞어서 건조, 소성, 분쇄의 과정을 거쳤다. 이와 같은 방법으로 제조한 대표적인 촉매로는 50%[[Bi2Mo3O12]½[K0.1Ni2.5Co4.5Fe3P0.5Mo10.5Ox]]+50%SiO2있으며, 이 촉매의 특성은 아크릴로니트릴과 HCN의 수율이 증가하였고 암모니아의 소비가 감소하는 것이라고 보고하였다[미국특허 제4,212,766호].In the United States, Standard Oil Co., Ltd. mixes (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 solution with Bi (NO) 3 · 5H 2 O solution to adjust pH to make Solution A, and add KNO 3 , Ni (NO 3 ) 3. Make Solution B containing 3 .6H 2 O, Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, and then mix H 3 PO 4 and silica sol in another container and add the solution A was mixed. Subsequently, Solution B was mixed and dried, calcined and ground. Typical catalysts prepared in this manner are 50% [[Bi 2 Mo 3 O 12 ] ½ [K 0.1 Ni 2.5 Co 4.5 Fe 3 P 0.5 Mo 10.5 O x ]] + 50% SiO 2 . Reported increased yields of acrylonitrile and HCN and reduced consumption of ammonia (US Pat. No. 4,212,766).

또한 Standard Oil사에서는 Mo, Fe, Bi의 복합산화물에 주기율표상의 1A, 2A, 3A, 4A, 5A족에 속하는 원소, 예를들면 아세트산칼륨(KOAc)용액으로 칼륨(K)을 함침시켜 촉매를 제조하고, 이러한 촉매를 이용하여 430℃에서 80%의 아크릴로니트릴을 얻을 수 있었고 특히 제조한 함침촉매가 기존의 비함침촉매(nonimpregnating catalyst)보다 수율이 높았다고 보고하였다[일본공개특허 소83-143,842호, 미국특허 제4,144,134호].In addition, Standard Oil manufactures a catalyst by impregnating potassium (K) with Mo, Fe, and Bi complex oxides with an element belonging to groups 1A, 2A, 3A, 4A, and 5A on the periodic table, for example, potassium acetate (KOAc) solution. Using this catalyst, 80% of acrylonitrile was obtained at 430 ° C., and it was reported that the prepared impregnated catalyst was higher in yield than the conventional nonimpregnating catalyst [JP-A-83-143,842]. No. 4,144,134.

일본의 Nitto Chemical Industry사에서는 Mo-Bi-Fe-Ni-Si의 산화물 촉매를 제조하는 방법으로서, Mo와 Fe 등으로 구성된 슬러리 또는 분산액을 pH 조정하여 제조하였고, 다시 가열하면서 원하는 다른 성분을 첨가해서 분사건조하거나 열처리하여 유동층 촉매를 제조하였고, 이 촉매를 이용하여 450℃에서 98.8%의 전환율과 83.2%의 아크릴로니트릴을 얻을 수 있었다고 보고하였다[일본공개특허 평1-265,067호].Japan's Nitto Chemical Industry Co., Ltd. is a method of preparing an oxide catalyst of Mo-Bi-Fe-Ni-Si, prepared by adjusting pH of a slurry or dispersion composed of Mo, Fe, etc. A fluidized bed catalyst was prepared by spray drying or heat treatment, and it was reported that 98.8% conversion and 83.2% acrylonitrile were obtained at 450 ° C. using this catalyst (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 1-265,067).

Standard Oil사에서는 Mo, Bi, Fe, Co, Ni, Cr의 산화물과 P, Sb 및 알카리금속이나 알카리토금속, 희토류 금속 등을 주성분으로 하는 가암모니아 산화반응용 촉매에 대하여 보고한 바 있다[미국특허 제5,134,105호].Standard Oil Co., Ltd. has reported a catalyst for ammonia oxidation reaction mainly composed of oxides of Mo, Bi, Fe, Co, Ni, Cr, P, Sb, and alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth metals. 5,134,105].

독일의 Technische Hochschule "Carl Schorlemmer" Leuna-Merseurg에서는 Bi, No, Cr, Fe, Co, Na, Si 등으로 구성된 산화물에 Bi(NO3)3·5H2O를 함침하는 방법으로 촉매를 제조하여 선택도를 증가시켰다고 보고하였다[독일특허 제4,124,666호, 제4,200,006호].At the German Technische Hochschule "Carl Schorlemmer" Leuna-Merseurg, the catalyst was prepared by impregnating Bi (NO 3 ) 3 · 5H 2 O with an oxide consisting of Bi, No, Cr, Fe, Co, Na, Si, etc. It was reported that the degree was increased (German Patent Nos. 4,124,666 and 4,200,006).

상기에서 예시한 특허외에도 많은 연구논문에서는 관련 촉매에 대해 논의하고 있다.In addition to the patents exemplified above, many research papers discuss related catalysts.

독일의 Burkhardt, I. 등은 Fe2O3-MoO3/SiO2촉매의 제조에 있어 MoO3/SiO2촉매에 Fe의 첨가가 산화-환원 성질만큼 산성을 변화시킨다는 것을 보고하였고 촉매에 대한 암모니아의 작용을 적외선 분광광도계에 의해 연구하였다[React. Kinet. Catal. Lett. 1987, 34(2), 309~15].Burkhardt, I., et al., In Germany, reported that the addition of Fe to MoO 3 / SiO 2 catalysts changed acidity by oxidation-reduction properties in the production of Fe 2 O 3 -MoO 3 / SiO 2 catalysts. Was studied by an infrared spectrophotometer [React. Kinet. Catal. Lett. 1987, 34 (2), 309-15].

독일의 Kripylo, Peter 등은 Bi-Mo 다성분계 복합산화물에 있어 구조와 활성과의 관계에 대하여 연구하였는데 Bi-Mo계 촉매에서 활성상은 MoO3층사이에 Fe, Co, Cr 이온이 있는 구조로 구성되어 있고 이들 이온은 활성상의 형성에 큰 영향을 주며 Bi의 함량이 증가할수록 아크릴로니트릴의 선택도가 증가한다고 보고하였다[Chem. Tech. 1991, 43(3), 116~20].Kripylo and Peter of Germany studied the relationship between structure and activity in Bi-Mo multicomponent composite oxides. In Bi-Mo catalysts, the active phase consists of Fe, Co and Cr ions between MoO 3 layers. It is reported that these ions have a great influence on the formation of the active phase and that the selectivity of acrylonitrile increases with increasing Bi content [Chem. Tech. 1991, 43 (3), 116-20].

또한 Caldararu, H 등은 쉐라이트(scheelite) 구조를 갖는 Bi3FeMo2O12와 Bi3Fe2Mo2O12에서 Fe3+이온의 위치, 즉 구조에 따른 촉매활성의 변화에 대해 관찰하였다. 예를들면, 단사 또는 사방정계 형태를 갖는 Bi3FeMo2O12에서 Fe3+이온은 사면체의 꼭지점에 위치되어 있으며 이 경우 환원에 의해 영향을 받지 않는다는 것이다[Z. Phys. Chem. 1992, 177(1), 75~92].In addition, Caldararu, H, et al. Observed the change of catalytic activity according to the position of Fe 3+ ions in Bi 3 FeMo 2 O 12 and Bi 3 Fe 2 Mo 2 O 12 having a sheelite structure. For example, in Bi 3 FeMo 2 O 12 having a monoclinic or tetragonal form, Fe 3+ ions are located at the vertices of the tetrahedron and are not affected by reduction in this case [Z. Phys. Chem. 1992, 177 (1), 75-92].

Mehner, H. 등은 표면분석과 투과전자현미경 등의 분석에 의해 다성분계 Mo산화물 촉매에서 반응에 관계되는 활성상은 표면에 있지 않으며 모든 성분이 반응에 참여하여 복합적인 역할을 한다고 보고한 바 있다[Mater. Sci. Eng., B 1994, 25(1), 1~4]Mehner and H. et al. Reported that active phases related to reactions in multi-component Mo oxide catalysts are not on the surface and all the components participate in the reactions by surface analysis and transmission electron microscope analysis. Mater. Sci. Eng., B 1994, 25 (1), 1-4]

상기에서 설명한 바와 같이 촉매활성의 증가에 관한 노력은 다각적으로 이루어지고 있다.As described above, efforts to increase the catalytic activity have been made in various ways.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]

일반적으로 가암모니아 산화반응에서 Bi2O3-MoO3계열의 촉매가 높은 활성을 나타내는 것으로 알려져 있고, 다성분계 복합산화물 촉매의 경우 유사(類似) 성분이라 할지라도 제조방법에 따라 촉매활성에 큰 차이가 나타낸다는 것을 기본 기술사상으로하여 본 발명을 완성하게 되었다.Generally, it is known that Bi 2 O 3 -MoO 3 series catalysts show high activity in ammonia oxidation reactions. In the case of multicomponent composite oxide catalysts, even if the analogous components are different, the catalytic activity varies greatly depending on the preparation method. The present invention has been completed based on the basic technical idea that.

그 결과 몰리브덴, 철, 니켈, 비스무스, 인 및 실리콘을 활성성분으로 하고 그 외에 알카리 금속 또는 기타 금속을 포함하고 있으며, 슬러리방법에 의해[(100-z)FebNicModOy/ z%SiO2] 조성으로 코아부분을 형성하고 여기에 함침방법(impregnation)을 도입하여 [AaOx] 조성의 쉘부분을 형성하도록 하여 기존의 단순 슬러리방법에 의해 제조된 다성분계 복합산화물 촉매에서보다 활성이 우수한 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.As a result, molybdenum, iron, nickel, bismuth, phosphorus and silicon as active ingredients, in addition to alkali metals or other metals, and by the slurry method [(100-z) Fe b Ni c Mo d O y / z In the multicomponent composite oxide catalyst prepared by the conventional simple slurry method by forming a core part with% SiO 2 ] composition and introducing an impregnation method to form a shell part with [A a O x ] composition It is an object to provide a solid catalyst having a more excellent core-shell structure.

또한, 본 발명에 따른 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매는 촉매 활성이 우수하고 가격이 비싼 비스무스의 사용을 최대한 억제시키면서도 높은 활성을 나타내기 때문에 경제적으로도 유리하며, 반응시 고정층 반응기나 유동층 반응기에서 모두 우수한 활성을 나타낸다는 장점이 있다.In addition, the solid catalyst having a core-shell structure according to the present invention is economically advantageous because it exhibits high activity while maximally inhibiting the use of bismuth, which has excellent catalytic activity and is expensive, and in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor during the reaction. All have the advantage of excellent activity.

[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]

본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매를 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by a solid catalyst having a core-shell structure represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서 : A는 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고; d가 1일 때, a는 0.001 ~ 3이고, b는 0.01 ~ 5이고, c는 0.1 ~ 5이고, z는 0 ~ 90이며; x 및 y는 코아(core)부분과 쉘(shell)부분에서 다른 성분에 의해 원자가를 맞추기 위해 정해지는 값이다.In Chemical Formula 1, A is at least one element selected from bismuth, boron, phosphorus, and molybdenum; when d is 1, a is 0.001-3, b is 0.01-5, c is 0.1-5, z is 0-90; x and y are values that are set to match valences by different components in the core and shell parts.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 고체촉매의 조성을 표기함에 있어 촉매의 코아부분과 쉘부분을 각각 [(100-z)FebNicModOy/ z%SiO2]와 [AaOx]로 분리하여 표기하고 있으나, 하지만 두 부분을 합쳐서 (100-w)%AaFebNicModOx+y+w%SiO2로 표시하는 것은 전체적인 화학적 구성은 동일하나 본 발명을 이해하고 표현하는데 큰 차이가 있음을 밝힌다. 따라서, 본 발명에서는 코아부분과 쉘부분을 각각 분리하여 설명한다.In describing the composition of the solid catalyst according to the present invention, the core portion and the shell portion of the catalyst are separated by [(100-z) Fe b Ni c Mo d O y / z% SiO 2 ] and [A a O x ], respectively. Although expressed, the two parts combined (100-w)% A a Fe b Ni c Mo d O x + y + w% SiO 2 is the same in overall chemical composition but large to understand and express the present invention Make a difference. Therefore, in the present invention, the core portion and the shell portion will be described separately.

본 발명에 따른 고체촉매의 코아(core)부분은 실리카를 담체로 하고 철, 니켈, 몰리브덴 등의 활성금속 각각을 적절하게 첨가하는 일명 "슬러리 방법"으로 제조한다. 예를들면 실리카 졸과 분해될 수 있는 음이온 함유염, 즉 아세테이트, 시트레이트, 질산, 트리페닐 등을 포함한 염이나 화합물을 용액으로 만들어 혼합한 후 pH를 3 ~ 5로 조절하고 가열이나 추출 등에 의해 용매를 제거하면서 슬러리 상태로 만든다. 그리고 혼합용액을 건조기에서 건조하고 200℃ ~ 500℃에서 1차로 소성한 다음 25 ~ 70 mesh 크기로 분쇄한다.The core portion of the solid catalyst according to the present invention is prepared by a so-called "slurry method" in which silica is used as a carrier and each of an active metal such as iron, nickel and molybdenum is appropriately added. For example, silica sol and anion-containing salts that can be decomposed, i.e., salts or compounds containing acetate, citrate, nitric acid, triphenyl, etc. are made into a solution and mixed. Slurry to remove solvent. The mixed solution is dried in a drier, firstly baked at 200 ° C. to 500 ° C., and then ground to a size of 25 to 70 mesh.

상기와 같은 슬러리 방법으로 제조한 코아(core) 분쇄물에 [AaOx]에 해당하는 염용액을 함침시켜 쉘(shell)부분을 형성한다. 예를들면, A성분원소가 포함된 염 또는 화합물 최소 1종 이상을 적절한 용매에 녹여 코아부분에 함침시킨다. 이때, 사용되는 A성분원소가 포함된 염은 상기 코아형성에서 언급한 바와 같이 아세테이트, 시트레이트, 질산, 트리페닐 등의 음이온 함유염이나 그 밖의 화합물의 사용도 가능하다. 함침한 물질은 50℃ ~ 200℃로 건조하고 다시 200℃ ~ 700℃에서 소성하여 본 발명이 목적으로 하는 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매를 제조하게 된다.A core portion prepared by the slurry method as described above is impregnated with a salt solution corresponding to [A a O x ] to form a shell portion. For example, at least one salt or compound containing element A is dissolved in a suitable solvent to impregnate the core portion. In this case, as the salt containing the component A component to be used, as mentioned in the above core formation, it is also possible to use anion-containing salts or other compounds such as acetate, citrate, nitric acid and triphenyl. The impregnated material is dried at 50 ° C. to 200 ° C. and calcined again at 200 ° C. to 700 ° C. to prepare a solid catalyst having a core-shell structure as an object of the present invention.

한편, 코아부분을 촉매활성, 부산물의 생성억제 및 기계적강도 향상 등을 목적으로하여 촉매제조 분야에서 일반적으로 일컫고 있는 증진제(promotor) 예를들면, 전이금속, 알카리금속, 알카리토금속 및 희토류 등을 코아 구성성분에 첨가할 수도 있다. 또한, 상기와 동일한 목적으로 쉘구성성분중에도 상기의 증진제들을 첨가할 수도 있다.On the other hand, for the purpose of catalytic activity of the core portion, suppression of by-product formation and improvement of mechanical strength, cores commonly referred to in the field of catalyst production include transition metals, alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth cores. It can also be added to the ingredients. It is also possible to add these enhancers in the shell component for the same purpose as above.

본 발명에 따른 촉매 활성에 있어서 코아와 쉘의 이중구조를 갖는 것이 매우 중요하며, 이들은 각기 서로 다른 역할을 담당하게 되는 것으로 연구결과 판명되었다. 즉, 코아-쉘 구조의 고체촉매를 구성하는 성분들의 조성에 있어서도 전체적인 화학적 조성[(100-w)%AaFebNicModOx+y+w%SiO2]이 동일하다 할지라도 코아와 쉘부분을 구성하는 조성성분 및 조성비에 따라 그 활성에 커다란 차이를 나타내게 된다. 본 발명자들의 연구결과에 따르면, 상기에서 예시한 바와 같이 코아부분이 [(100-z)FebNicModOy/ z%SiO2] 조성을 가지고, 쉘부분이 [AaOx] 조성을 가지게 될 경우, 각 성분들간의 상승효과(synergy effect)에 의해 고체촉매가 최대활성을 나타낸다.It is very important to have a dual structure of core and shell in the catalytic activity according to the present invention, and they have been found to play different roles. That is, even if the overall chemical composition [(100-w)% A a Fe b Ni c Mo d O x + y + w% SiO 2 ] is the same in the composition of the components constituting the core-shell structured solid catalyst, According to the composition and composition ratio constituting the core and the shell portion will show a large difference in the activity. According to the results of the present inventors, as illustrated above, the core portion has a [(100-z) Fe b Ni c Mo d O y / z% SiO 2 ] composition, and the shell portion has a [A a O x ] composition. If it has, the solid catalyst exhibits maximum activity due to the synergy effect between the components.

또한, 본 발명에 따른 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매는 기존의 가암모니아 산화반응용 촉매 제조시 필수성분으로 함유되어온 값비싼 비스무스의 사용을 최대한 억제하면서도 높은 촉매활성을 얻고 있다는 점에서 또 다른 우수성이 있다.In addition, the solid catalyst having a core-shell structure according to the present invention is another superior in that it obtains high catalytic activity while maximally suppressing the use of expensive bismuth, which is included as an essential ingredient in the conventional catalyst for ammonia oxidation. There is this.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

[비교예 1]Comparative Example 1

Fe(NO3)3·9H2O 18.66g과 Ni(NO3)3·6H2O 39.33g을 10% HNO3150㎖에 용해시켜 용액 A를 만들었다. (NH4)6Mo7O24·4H2O 29.12g을 가열 용해시킨 다음, 40% 실리카졸 93.83g을 첨가하여 용액 B를 만들었다. 용액 A와 용액 B를 혼합하고 암모니아수로 pH를 3으로 조절한 다음 핫플레이트(hot plate)에서 용매를 가열 증발시킨 후, 140℃의 오븐에서 건조하고 다시 290℃와 450℃에서 소성한 후 25~70 mesh로 분쇄하였다. 그 결과 50%MoF0.28Ni0.82Oy/50%SiO2조성의 촉매를 제조하였다.18.66 g of Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O and 39.33 g of Ni (NO 3 ) 3 .6H 2 O were dissolved in 150 mL of 10% HNO 3 to form Solution A. 29.12 g of (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O was dissolved in heat, and then 93.83 g of 40% silica sol was added to make Solution B. Mix solution A and solution B, adjust the pH to 3 with ammonia water, evaporate the solvent by heating on a hot plate, dry in an oven at 140 ° C, calcinate at 290 ° C and 450 ° C, and then 25 ~ Grinded to 70 mesh. As a result, a catalyst having a composition of 50% MoF 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 was prepared.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 반응온도 445℃, 반응물의 부피비를 프로필렌/암모니아/산소/질소=1/1.3/2.2/9.6로 하고 접촉시간을 0.6sec로 하여 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행했을때 전환율은 8.2%, 아크릴로니트릴의 선택도는 42%의 결과를 얻었다.The ammonia reaction of propylene was carried out using a catalyst prepared according to the above-described method at a reaction temperature of 445 ° C. and the volume ratio of the reactant to propylene / ammonia / oxygen / nitrogen = 1 / 1.3 / 2.2 / 9.6 and a contact time of 0.6 sec. When performed, the conversion was 8.2%, and the selectivity of acrylonitrile was 42%.

[실시예 1]Example 1

H3PO4용액(0.05g/㎖)을 0.1㎖ 취하여 물을 약간 가한 다음, 상기 비교예 1에서 만든 산화물 2.35g을 넣고 핫플레이트(hot plate)에서 물을 가열 증발시킨 후 140℃에서 건조하였다. 다시 Bi(NO3)3·5H2O용액(0.25g/㎖)을 0.1㎖ 취하고 10% HNO3를 가하여 균일하게 저어주었다. 그런다음 핫플레이트에서 물을 가열 증발시킨 후 140℃에서 건조시키고, 575℃에서 소성하였다. 그 결과 [Bi0.01P0.01Ox][50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2] 조성의 촉매를 제조하였다.0.1 ml of H 3 PO 4 solution (0.05 g / ml) was added thereto, and water was added thereto. Then, 2.35 g of the oxide prepared in Comparative Example 1 was added thereto, and the water was evaporated by heating on a hot plate, followed by drying at 140 ° C. . 0.1 ml of Bi (NO 3 ) 3 .5H 2 O solution (0.25 g / ml) was further added, and 10% HNO 3 was added thereto to stir uniformly. The water was then evaporated by heating on a hotplate, dried at 140 ° C., and calcined at 575 ° C. As a result, a catalyst having a composition of [Bi 0.01 P 0.01 O x ] [50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 ] was prepared.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 반응온도 445℃, 반응물의 부피비를 프로필렌/암모니아/산소/질소=1/1.3/2.2/9.6로 하고 접촉시간을 0.6 sec로 하여 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행했을때 전환율은 72.3%, 아크릴로니트릴의 선택도는 8.32%를 나타냈다.The ammonia reaction of propylene was carried out using a catalyst prepared according to the above-described method at a reaction temperature of 445 ° C. and the volume ratio of the reactant to propylene / ammonia / oxygen / nitrogen = 1 / 1.3 / 2.2 / 9.6 and a contact time of 0.6 sec. When performed, the conversion was 72.3% and the selectivity of acrylonitrile was 8.32%.

[실시예 2]Example 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 그 조성을 달리하여 [Bi0.03Ox][50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2] 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that [Bi 0.03 O x ] [50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 ] catalyst was prepared.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행하였을때 전환율은 71.9%, 아크릴로니트릴의 선택도는 81.8%를 나타냈다.When the ammonia oxidation of propylene was carried out in the same manner as in Example 1 using the catalyst prepared in the above method, the conversion was 71.9% and the selectivity of acrylonitrile was 81.8%.

[실시예 3]Example 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 그 조성을 달리하여 [Bi0.03P0.03Ox][50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2] 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that [Bi 0.03 P 0.03 O x ] [50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 ] catalyst was prepared.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행하였을때 전환율은 80.1%, 아크릴로니트릴의 선택도는 86.1%를 나타냈다.When the ammonia oxidation of propylene was carried out in the same manner as in Example 1 using the catalyst prepared according to the above method, the conversion was 80.1% and the selectivity of acrylonitrile was 86.1%.

[실시예 4]Example 4

상기 실시예 4에서 제조한 [Bi0.03P0.03Ox][50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2] 조성의 촉매를 제조하였다.A catalyst having a composition of [Bi 0.03 P 0.03 O x ] [50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 ] prepared in Example 4 was prepared.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 반응온도 445℃, 반응물의 부피비를 프로필렌/암모니아/산소/질소=1/1.3/2.2/9.6로 하고 접촉시간을 1.8 sec로 하여 가암모니아 산화반응시켰을때 전환율은 96.5%, 아크릴로니트릴의 선택도는 86.1%의 결과를 얻었다.Conversion rate when ammonia was oxidized at a reaction temperature of 445 ° C. using a catalyst prepared by the above method, and the volume ratio of the reactant was propylene / ammonia / oxygen / nitrogen = 1 / 1.3 / 2.2 / 9.6 and the contact time was 1.8 sec. The selectivity of 96.5% silver and acrylonitrile was 86.1%.

[실시예 5]Example 5

상기 실시예 4에서 제조시 사용한 성분중 P 대신에 Mo를 사용하여 [Bi0.03P0.03Ox][50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2] 조성의 촉매를 제조하였다.A catalyst having a composition of [Bi 0.03 P 0.03 O x ] [50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 ] was manufactured using Mo instead of P among the components used in the preparation of Example 4.

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 반응온도 445℃, 반응물의 부피비를 프로필렌/암모니아/산소/질소=1/1.3/2.2/9.6로 하고 접촉시간을 0.6 sec로 하여 가암모니아 산화반응시켰을때 전환율은 80.7%, 아크릴로니트릴의 선택도는 85.1%의 결과를 얻었다.Conversion rate when ammonia was oxidized at a reaction temperature of 445 ° C. using a catalyst prepared according to the above method, with a volume ratio of propylene / ammonia / oxygen / nitrogen = 1 / 1.3 / 2.2 / 9.6 and a contact time of 0.6 sec. The selectivity of 80.7% silver and acrylonitrile was 85.1%.

[비교예 2]Comparative Example 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 다만 산화물은 575℃에서 3시간 소성하였다. 그 결과 50%MoFe0.28Ni0.82Oy/50%SiO2조성의 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the oxide was calcined at 575 ° C. for 3 hours. As a result, a catalyst having a composition of 50% MoFe 0.28 Ni 0.82 O y / 50% SiO 2 was prepared.

제조한 촉매를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행하였을대 전환율은 8.2%, 아크릴로니트릴의 선택도는 42%로서 상기 실시예 1과 동일한 결과를 얻었다.When the ammonia oxidation of propylene was carried out in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst, the conversion was 8.2% and the selectivity of acrylonitrile was 42%, which was the same as in Example 1.

[비교예 3]Comparative Example 3

Fe(NO3)3·9H2O 2.33g, Ni(NO3)3·6H2O 4.92g, Bi(NO3)3·5H2O 0.03g을 10% HNO320㎖에 넣고 용해하여 용액 C를 만들었다. (NH4)6Mo7O24·4H2O 3.64g을 물에 가해 녹이고, 교반하면서 85% H3PO40.071g와 40% 실리카졸 12.2g을 넣고 완전히 균일하게 혼합하여 용액 D를 만들었다. 용액 C와 용액 D를 혼합하고 암모니아수로 pH를 3으로 조절한 다음 핫플레이트(hot plate)에서 용매를 가열 증발시켰고 140℃에서 건조시킨 후 290℃부터 575℃까지 공기중에서 소성시켰다. 그리고 25~70mesh로 분쇄하였다. 이상의 제조방법은 슬러리방법에 의한 것으로 제조된 촉매는 50%MoFe0.28Ni0.82Bi0.03P0.03Ox/50%SiO2의 화학식을 가진다.2.33 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, 4.92 g of Ni (NO 3 ) 3 · 6H 2 O, and 0.03 g of Bi (NO 3 ) 3 · 5H 2 O were dissolved in 20 ml of 10% HNO 3 , and dissolved. Made C 3.64 g of (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O was added to dissolve in water, and 0.071 g of 85% H 3 PO 4 and 12.2 g of 40% silica sol were added thereto while stirring. Solution C and Solution D were mixed, pH was adjusted to 3 with ammonia water, and the solvent was evaporated by heating on a hot plate, dried at 140 ° C., and calcined in air from 290 ° C. to 575 ° C. And crushed to 25 ~ 70mesh. The catalyst prepared by the slurry method has a chemical formula of 50% MoFe 0.28 Ni 0.82 Bi 0.03 P 0.03 O x / 50% SiO 2 .

이상의 제조방법으로 제조한 촉매를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 프로필렌의 가암모니아 산화반응을 수행하였을때 전환율은 59.8%, 아크릴로니트릴의 선택도는 86.7%를 나타냈다.When the ammonia oxidation of propylene was carried out in the same manner as in Example 1 using the catalyst prepared according to the above method, the conversion was 59.8% and the selectivity of acrylonitrile was 86.7%.

상기 표 1의 결과에 의하면, 비교예 1에서와 같이 코아부분의 조성만으로 구성된 촉매는 활성이 낮으며, 소성온도를 높인 비교예 2의 경우에서 동일한 활성을 나타내는 바, 이로써 촉매의 소성온도는 활성증가에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.According to the results of Table 1, as in Comparative Example 1, the catalyst composed of only the core part composition had low activity, and showed the same activity in Comparative Example 2 in which the firing temperature was increased, whereby the firing temperature of the catalyst was active. It can be seen that it does not significantly affect the increase.

실시예 1은 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 코아부분을 형성하고 여기에 비스무스(Bi)와 인(P)을 함침시킨 경우로서, 활성이 크게 향상되었음을 알 수 있다. 실시예 2은 쉘부분에 비스무스만을 함친시킨 경우로서 활성은 크게 증가하였다. 실시예 3의 경우는 상기 실시예 1에서의 코아부분인 비스무스(Bi)와 인(P)의 함침량을 증가시킨 예로서 이 경우 촉매 활성이 크게 향상되었는바, 이로써 비스무와 인의 함침량 즉 코아부분은 촉매활성에 지대한 영향을 미침을 알 수 있다. 그리고, 실시예 4는 상기 실시예 3에서 제조한 촉매를 사용한 가암모니아 산화반응에서의 접촉시간을 증가시켜서 촉매의 활성을 증가시킨 예이며, 실시예 5는 인(P) 대신 몰리브덴(Mo)를 첨가한 것이다.Example 1 is a case of forming a core portion in the same manner as in Comparative Example 1 and impregnated with bismuth (Bi) and phosphorus (P), it can be seen that the activity is greatly improved. In Example 2, when only the bismuth was included in the shell, activity was greatly increased. In Example 3, as an example of increasing the impregnation amount of the bismuth (Bi) and phosphorus (P), which is the core part in Example 1, the catalytic activity was greatly improved in this case. It can be seen that the part has a great influence on the catalytic activity. And, Example 4 is an example of increasing the activity of the catalyst by increasing the contact time in the ammonia oxidation reaction using the catalyst prepared in Example 3, Example 5 replaces molybdenum (Mo) instead of phosphorus (P) It is added.

또한, 비교예 3은 순수하게 슬러리방법에 의해 상기 실시예 3과 동일한 조성의 촉매를 제조한 예로서, 촉매활성이 실시예 3의 촉매와 비교하여 크게 떨어진다는 것을 알수 있다.In addition, Comparative Example 3 is a purely prepared catalyst of the same composition as in Example 3 by the slurry method, it can be seen that the catalytic activity is significantly lower than the catalyst of Example 3.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매는 코아부분과 쉘부분을 구성하는 촉매의 조성이 상이함은 물론 이의 제조방법도 슬러리방법과 함침방법으로 서로 상이하게 설정되어 있어 기존의 가암모니아 산화 반응에서 사용되어온 산화물 촉매와는 그 조성 및 촉매 구조가 전혀 상이함을 쉽게 알 수 있다. 또한, 촉매활성에 있어서도 화학적 조성은 서로 같을지라도 이의 제조방법에 따라 활성에서 커다란 차이를 나타낸다.As described above, the solid catalyst having a core-shell structure according to the present invention is not only different in composition of the catalyst constituting the core portion and the shell portion, but also the production method thereof is set differently from each other by the slurry method and the impregnation method. It can be easily seen that the composition and the catalyst structure are completely different from the oxide catalyst used in the conventional ammonia oxidation reaction. In addition, also in the catalytic activity, although the chemical composition is the same as each other shows a large difference in activity according to the preparation method thereof.

따라서, 본 발명에 따른 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매는 올레핀의 가암모니아 산화반응에 의한 니트릴 화합물 제조용 촉매로 매우 유용하다.Therefore, the solid catalyst having a core-shell structure according to the present invention is very useful as a catalyst for preparing nitrile compounds by ammonia oxidation of olefins.

Claims (3)

다음 화학식 1로 표시되는 것임을 특징으로 하는 올레핀의 가암모니아 산화 반응용 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매.A solid catalyst having a core-shell structure for ammonia oxidation of olefins, which is represented by the following Chemical Formula 1. [화학식 1][Formula 1] 상기 화학식 1에서 : A는 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고; d가 1일 때, a는 0.001 ~ 3이고, b는 0.01 ~ 5이고, c는 0.1 ~ 5이고, z는 0 ~ 90이며; x 및 y는 코아(core)부분과 쉘(shell)부분에서 다른 성분에 의해 원자가를 맞추기 위해 정해지는 값이다.In Chemical Formula 1, A is at least one element selected from bismuth, boron, phosphorus, and molybdenum; when d is 1, a is 0.001-3, b is 0.01-5, c is 0.1-5, z is 0-90; x and y are values that are set to match valences by different components in the core and shell parts. 제1항에 있어서, 상기 고체촉매는 [(100-z)FebNicModOy/ z%SiO2] 조성의 코아(core) 부분과, [AaOx] 조성의 쉘(shell) 부분으로 구성된 이중구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매.The core catalyst of claim 1, wherein the solid catalyst comprises a core portion of [(100-z) Fe b Ni c Mo d O y / z% SiO 2 ] and a shell of [A a O x ] composition. A solid catalyst having a core-shell structure, characterized in that it has a double structure consisting of a portion. 철과 니켈이 함유된 용액에 몰리브덴과 실리카 졸이 함유된 용액을 혼합하고, 혼합용액의 pH를 3 ~ 5으로 조절한 다음 슬러리 반응을 진행하여 건조 분쇄하여 코아(core) 부분을 형성하는 과정; 그리고 코아(core) 분쇄물에 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 성분원소를 함침시켜 쉘(shell) 부분을 형성하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 올레핀의 가암모니아 산화반응용 코아-쉘 구조를 갖는 고체촉매의 제조방법.Mixing a solution containing molybdenum and silica sol in a solution containing iron and nickel, adjusting the pH of the mixed solution to 3 to 5 and then performing a slurry reaction to dry grinding to form a core part; And olefin represented by the following Chemical Formula 1, comprising a process of forming a shell portion by impregnating core pulverized with at least one component selected from bismuth, boron, phosphorus and molybdenum. A method for preparing a solid catalyst having a core-shell structure for ammonia oxidation. [화학식 1][Formula 1] 상기 화학식 1에서 : A는 비스무스, 붕소, 인 및 몰리브덴 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고; d가 1일 때, a는 0.001 ~ 3이고, b는 0.01 ~ 5이고, c는 0.1 ~ 5이고, z는 0 ~ 90이며; x 및 y는 코아(core)부분과 쉘(shell)부분에서 다른 성분에 의해 원자가를 맞추기 위해 정해지는 값이다.In Chemical Formula 1, A is at least one element selected from bismuth, boron, phosphorus, and molybdenum; when d is 1, a is 0.001-3, b is 0.01-5, c is 0.1-5, z is 0-90; x and y are values that are set to match valences by different components in the core and shell parts.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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