KR100519461B1 - Natural zeolite-supported catalyst, method of manufacturing the same, and method of removal of n2o using the same - Google Patents

Natural zeolite-supported catalyst, method of manufacturing the same, and method of removal of n2o using the same Download PDF

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Abstract

가격 경쟁력이 우수한 동시에 아산화질소 등의 질소산화물 제거 효능이 우수한 촉매 및 이의 제조방법, 그리고 아산화질소 등의 질소산화물을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 이를 위하여 천연 제올라이트 담지체와 Fe, Co, 또는 Cu인 활성물질을 가지는 천연제올라이트 담지체 촉매를 제공한다. 더불어, 천연제올라이트를 산처리하고, 이어서 산처리된 천연 제올라이트를 암모늄 화합물 수용액을 이용하여 1차 이온교환한 후, 1차 이온교환된 천연 제올라이트에 활성물질을 담지하는 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법을 제공한다. 또한 천연 제올라이트 담지체 촉매를 이용하여 직접 분해 또는 환원제를 사용한 N2O 등의 제거방법을 제공한다. 합성 제올라이트 대신에 천연 제올라이트를 담지체로 사용함으로써 저가의 촉매 제조가 가능해지고, 공정투자비 및 유지보수비가 감소하여 아산화질소의 경제적인 제거가 가능해진다. Disclosed are a catalyst, a method for preparing the same, and a method for removing nitrogen oxides, such as nitrous oxide, which are excellent in price and at the same time have an excellent effect of removing nitrogen oxides such as nitrous oxide. To this end, there is provided a natural zeolite carrier catalyst having a natural zeolite carrier and an active material which is Fe, Co, or Cu. In addition, the natural zeolite acid treatment, and then the acid-treated natural zeolite primary ion-exchange using an aqueous solution of ammonium compound, and then a method for producing a natural zeolite carrier catalyst supporting the active material in the primary ion-exchanged natural zeolite To provide. In addition, the present invention provides a method for removing a N 2 O or the like by using a natural zeolite carrier catalyst or a direct decomposition or reducing agent. By using natural zeolite as a support instead of synthetic zeolite, a low-cost catalyst can be produced, and process investment and maintenance costs can be reduced, thereby enabling economic removal of nitrous oxide.

Description

천연 제올라이트 담지체 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아산화질소의 제거방법{NATURAL ZEOLITE-SUPPORTED CATALYST, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD OF REMOVAL OF N2O USING THE SAME}NATURAL ZEOLITE-SUPPORTED CATALYST, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD OF REMOVAL OF N2O USING THE SAME}

본 발명은 촉매 및 이를 이용한 아산화질소의 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천연 제올라이트를 담지체로 사용하는, 질소 산화물 제거효능이 탁월한 촉매, 그 제조방법, 및 이를 이용한 아산화질소의 제거방법에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst and a method for removing nitrous oxide using the same, and more particularly, to a catalyst having excellent nitrogen oxide removal effect using a natural zeolite as a support, a method for preparing the same, and a method for removing nitrous oxide using the same. will be.

아산화질소(N2O)는 질산암모늄을 열분해할 때 생기는 무색 투명한 기체로서 일반적인 질소산화물(NOx)과 더불어 배기가스 내에 포함되어 있다. 아산화질소는 얼굴 근육의 경련을 유발하고, 마취성이 있는 유해가스로서 촉매를 사용하여 이를 배기가스 중에서 제거하기 위한 연구가 널리 진행되고 있다.Nitrous oxide (N2O) is a colorless and transparent gas produced by pyrolysis of ammonium nitrate and is included in the exhaust gas along with general nitrogen oxides (NOx). Nitrous oxide causes cramps in facial muscles, and research has been widely conducted to remove it from the exhaust gas using a catalyst as an anesthetic gas.

아산화질소를 제거하기 위한 촉매 시스템에서 촉매 담지체로 주로 합성 제올라이트가 사용된다. 합성 제올라이트로는 가장 널리 사용되는 ZSM-5계 촉매, MFI(IUPAC 위원회의 제올라이트 명명법에 따름. 이하, 동일), MOR 등을 예시할 수 있으며, 이러한 합성 제올라이트 계열의 촉매는 직접 물성제조법에 의해서 제조된다. 한편, 상술한 제올라이트 담지체에 담지되는 활성물질 성분으로는 철, 코발트, 구리 등을 예시할 수 있으며, 이러한 촉매시스템에 의해 아산화질소를 직접 분해하거나 환원제를 사용하여 선택적으로 아산화질소를 제거한다. Synthetic zeolites are mainly used as catalyst carriers in catalyst systems for removing nitrous oxide. Synthetic zeolites may include the most widely used ZSM-5 catalysts, MFI (following the IUPAC committee's zeolite nomenclature, the same below), MOR, and the like, and these synthetic zeolite catalysts may be prepared by direct physical property manufacturing. do. On the other hand, the active material components supported on the zeolite support described above may be exemplified iron, cobalt, copper, etc., by using such a catalyst system to directly decompose nitrous oxide or selectively remove nitrous oxide using a reducing agent.

구체적으로, 대한민국 공개특허 10-1993-0009637에는 구리, 코발트, 로듐, 이리듐, 루테늄 및 팔라듐 중에서 금속이온을 선택하고, 촉매 담지체로 Beta, MOR, MFI, MEL 및 FER 등의 합성 제올라이트를 사용한 촉매를 이용한 N2O의 접촉분해 방법이 개시되어 있다.Specifically, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1993-0009637 includes a metal ion selected from copper, cobalt, rhodium, iridium, ruthenium, and palladium, and a catalyst using a synthetic zeolite such as Beta, MOR, MFI, MEL, and FER as a catalyst carrier. A catalytic cracking method of N 2 O used is disclosed.

그리고 대한민국 공개특허 10-2002-0081309호에는 산화코발트 화합물(0.1-50%) 및 마그네슘 화합물(50-99.9%)로 구성된 촉매를 이용하여 N2O를 분해하는 기술에 대하여 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2002-0081309 discloses a technique for decomposing N 2 O using a catalyst composed of a cobalt oxide compound (0.1-50%) and a magnesium compound (50-99.9%).

상술한 발명들은 모두 아산화질소를 제거할 수 있는 기술을 제공하고 있기는 하지만, 모두 합성 제올라이트를 사용함으로써 천연 제올라이트와는 근본적으로 촉매물성의 차이를 가진다. 더구나 활성물질을 담지하는 담지체와 활성물질을 포함하는 촉매의 경우 촉매의 구성상 담지체에 해당되는 제올라이트 성분이 대부분이 가격을 결정짓게 되는데, 상술한 합성 제올라이트는 공정투자비 및 유지보수면에서 가격 상승의 요인이 크다. Although all of the above-described inventions provide a technique for removing nitrous oxide, all have a fundamental catalytic difference from natural zeolites by using synthetic zeolites. In addition, in the case of a catalyst supporting the active material and a catalyst including the active material, most of the zeolite components corresponding to the support will determine the price. The synthetic zeolite described above has a price in terms of process investment and maintenance. The cause of the rise is large.

이러한 합성 제올라이트의 문제점을 고려하여 천연 제올라이트를 사용하여 유해가스를 제거하기 위한 기술이 개발되어 있다. 즉, 대한민국 공개특허 제10-2002-0051049호에는 천연 제올라이트를 사용한 촉매를 이용하여 일산화탄소를 흡착 및 제거하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 상기 발명의 경우 아산화질소가 아닌 일산화탄소의 제거를 목적으로 하므로 그 작용기작이 상이하고, 또한 활성물질을 사용하지 않고, 1 차적인 전처리 가공만을 하여 흡착제로만 사용하므로 그 효율이 떨어질 수밖에 없는 문제점이 있다. In view of the problems of the synthetic zeolite, a technique for removing harmful gases using natural zeolite has been developed. That is, Korean Patent Publication No. 10-2002-0051049 discloses a technique for adsorbing and removing carbon monoxide using a catalyst using natural zeolite. However, in the case of the present invention, since the purpose of the removal of carbon monoxide, not nitrous oxide, is different, its function is different, and since only the first pretreatment is used without an active substance, only the adsorbent is used, so that the efficiency is inevitably deteriorated. have.

또한 제조되는 촉매의 형태는 다양한 형상을 갖는 지지체(substrate)상에 코팅되거나 혹은 제조된 촉매를 직접 성형하여 활용될 수 있는데, 상술한 발명들에는 N2O를 제거하기 위한 형상촉매 제조분야에 대해서는 구체적인 기술구성을 제시하고 있지 못하다. In addition, the type of catalyst to be prepared may be utilized by directly forming a catalyst coated or prepared on a substrate having a variety of shapes, the above-described invention is a specific technology for the shape catalyst manufacturing field for removing N 2 O It does not present a composition.

한편, 대한민국 공개특허 10-2002-0081255호에는 합성 제올라이트(MFI, BEA, FER, MOR, MEL)에 철을 담지한 촉매를 사용하고 환원제로 암모니아를 사용하는 2단 촉매 반응기를 제공하고 있는 데, 이에 의하면 NOx와 N2O를 동시에 제거하는 것이 가능해진다. 즉, 상기 특허에서는 N2O 및 NOx를 동시에 효과적으로 저감하기 위해서 각각의 이들 오염원에 선택적으로 제거가 가능한 두 개의 촉매층(dual catalytic reactors)으로 구성하고, N2O와 NOx는 각각 선택성이 높은 다른 종의 환원제로 주입하는데, 이는 가격경쟁면 측면에서 단일 촉매층을 사용하는 것보다 불리하다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2002-0081255 provides a two-stage catalytic reactor using an iron-supported catalyst in synthetic zeolites (MFI, BEA, FER, MOR, MEL) and using ammonia as a reducing agent. This makes it possible to simultaneously remove NOx and N2O. That is, the patent consists of two catalyst layers (dual catalytic reactors) that can be selectively removed from each of these pollutants in order to effectively reduce N2O and NOx at the same time, and N2O and NOx are each injected with different species of reducing agent having high selectivity. This is disadvantageous in terms of price competitiveness than using a single catalyst layer.

따라서 가격 경쟁력이 우수한 천연 제올라이트를 담지체로 사용하여 효과적으로 아산화질소뿐만 아니라 기타 질소산화물을 동시에 제거할 수 있는 촉매에 대한 기술개발이 요청된다. Therefore, there is a need for a technology development for a catalyst that can effectively remove nitrous oxide as well as other nitrogen oxides at the same time by using natural zeolite with excellent price competitiveness as a support.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 가격 경쟁력이 우수한 동시에 아산화질소 등의 질소산화물 제거 효능이 우수한 촉매를 제공하는 것이다.Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a catalyst having excellent cost competitiveness and excellent nitrogen oxide removal efficiency such as nitrous oxide.

본 발명의 제2 목적은 상기 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a method for preparing the catalyst.

본 발명의 제3 목적은 상기 촉매를 사용하여 아산화질소 등의 질소산화물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a method for removing nitrogen oxides such as nitrous oxide using the catalyst.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 천연 제올라이트와 천연 제올라이트 상에 담지되고, Fe, Co, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 제공한다.In order to achieve the first object of the present invention described above, an embodiment of the present invention is supported on natural zeolite and natural zeolite, and includes at least one active material selected from the group consisting of Fe, Co, and Cu It provides a natural zeolite carrier catalyst.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법의 일실시예에 의하면, 천연 제올라이트 및 산성 용액을 포함하는 제1 혼합물을 가열하여 상기 천연 제올라이트를 산처리하고, 이어서, 산처리된 천연 제올라이트 및 암모늄 화합물 수용액을 포함하는 제2 혼합물을 가열하여 산처리된 천연 제올라이트를 1차 이온교환한 후 1차 이온교환된 천연 제올라이트 및 활성물질 전구체 수용액을 포함하는 제3 혼합물을 가열하여 2차 이온교환하여 천연 제올라이트 담지체 촉매를 제조한다.In order to achieve the above-described second object of the present invention, according to one embodiment of the method for producing a natural zeolite carrier catalyst of the present invention, the first mixture containing the natural zeolite and an acidic solution is heated to acid Treatment, followed by heating a second mixture comprising an acid treated aqueous solution of natural zeolite and ammonium compound to primary ion exchange the acid treated natural zeolite followed by a first aqueous solution of ionized natural zeolite and active material precursor The third mixture is heated to secondary ion exchange to produce a natural zeolite carrier catalyst.

여기서, 활성물질 전구체는 Fe이온, Co이온, 및 Cu이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이온과 NO3-, CO3-, Cl-, 및 SO42-로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온의 화합물이다.Here, the active material precursor is a compound of a metal ion selected from the group consisting of Fe ions, Co ions, and Cu ions and an anion selected from the group consisting of NO3-, CO3-, Cl-, and SO42-.

상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 아산화질소 등의 제거방법의 일실시예에 의하면, 우선 천연 제올라이트와 천연 제올라이트 상에 담지된 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비한 후, 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 N2O를 반응시켜 N2O 등을 제거한다. In order to achieve the above-mentioned third object of the present invention, according to one embodiment of the method for removing nitrous oxide and the like of the present invention, first, a natural zeolite carrier catalyst comprising a natural zeolite and an active substance supported on the natural zeolite After the preparation, the prepared natural zeolite carrier catalyst is reacted with N 2 O to remove N 2 O and the like.

상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 아산화질소 등의 제거방법의 다른 실시예에 의하면, 우선 천연 제올라이트와 천연 제올라이트 상에 담지된 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비한 후, 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 N2O, 환원제를 반응시켜 N2O 등을 제거한다. In order to achieve the above-mentioned third object of the present invention, according to another embodiment of the method for removing nitrous oxide and the like of the present invention, first, a natural zeolite carrier catalyst comprising a natural zeolite and an active substance supported on the natural zeolite After the preparation, the prepared natural zeolite carrier catalyst is reacted with N 2 O and a reducing agent to remove N 2 O and the like.

본 발명에 의하면, 합성 제올라이트 대신에 천연 제올라이트를 담지체로 사용함으로써 저가의 촉매 제조가 가능하고, 공정투자비 및 유지보수비가 감소하여 아산화질소의 경제적인 제거가 가능해진다. 그리고 본 발명에 따른 공정은 넓은 운전온도(operating temperature)를 가지기 때문에 유동층 소각설비, 질산제조공정, 각종 산업연소설비 등의 다양한 공정의 후처리 기술에 적용이 가능하다.  According to the present invention, by using a natural zeolite as a support instead of a synthetic zeolite, it is possible to manufacture a low-cost catalyst and to reduce the process investment and maintenance costs, thereby enabling economic removal of nitrous oxide. And because the process according to the invention has a wide operating temperature (operating temperature) is applicable to the post-treatment technology of various processes, such as fluidized bed incineration plant, nitric acid manufacturing process, various industrial combustion equipment.

또한, 본 발명에 의한 촉매에 적절한 환원제와 탈질촉매를 사용함으로써 아산화질소뿐만 아니라 모든 형태의 질소산화물을 동시에 연속공정에서 제거하는 것이 가능하다. In addition, by using a reducing agent and a denitration catalyst suitable for the catalyst according to the present invention, it is possible to remove not only nitrous oxide but also all types of nitrogen oxides in a continuous process at the same time.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

우선, 본 발명은 천연 제올라이트를 담지체로 하는 촉매의 일실시예를 제공한다.First, the present invention provides one embodiment of a catalyst having a natural zeolite as a support.

상기 천연 제올라이트 담지체 촉매는 천연 제올라이트를 포함한다. 상기 천연 제올라이트로는 HEU 계열의 촉매 등을 사용할 수 있으며, 후술하는 산처리 및 1차 이온교환을 거쳐서 제조된다. The natural zeolite carrier catalyst comprises a natural zeolite. As the natural zeolite, an HEU-based catalyst or the like may be used, and is prepared through acid treatment and primary ion exchange described later.

예를 들면, NH4Cl 또는 HCl 등의 산성용액을 사용하여 90 내지 97℃에서 7 시간 가열하는 산처리 과정을 4회 반복하고, 증류수로 5회 이상 세척을 실시하여 고체시료의 표면 pH가 7의 범위에서 유지하도록 하고, 세척이 끝난 시료는 110℃에서 24 시간동안 건조한 후 500℃에서 4시간동안 소성을 한 경우 상기 천연 제올라이트는 비표면적이 220m2/g으로 증가하고, 0.4중량%의 나트륨, 0.02 중량%의 칼륨, 0.2 중량%의 칼슘이 감소하게 된다. For example, an acid treatment of heating at 90 to 97 ° C. for 7 hours using an acidic solution such as NH 4 Cl or HCl is repeated four times, and washed five times or more with distilled water to have a surface pH of the solid sample in the range of 7. When the washed sample is dried at 110 ° C. for 24 hours and calcined at 500 ° C. for 4 hours, the natural zeolite increases its specific surface area to 220 m 2 / g, 0.4% by weight of sodium, and 0.02 weight % Potassium and 0.2% calcium are reduced.

또한 본 실시예의 천연 제올라이트 담지체 촉매는 상기 천연 제올라이트 상에 담지된 활성물질을 포함한다. 상기 활성물질은 Fe, Co, Cu, 또는 이들의 혼합물인데, 1차 이온교환된 천연 제올라이트 담지체 촉매를 상기 활성물질의 전구체 수용액 상에 가열하여 2차 이온교환하여 제조한다. In addition, the natural zeolite carrier catalyst of the present embodiment includes an active material supported on the natural zeolite. The active material is Fe, Co, Cu, or a mixture thereof, which is prepared by heating a first ion-exchanged natural zeolite carrier catalyst on a precursor aqueous solution of the active material and performing secondary ion exchange.

여기서, 제조된 천연 제올라이트 담지체 촉매는 상기 천연 제올라이트 약 95 내지 99.99 중량%와 상기 활성물질 약 0.001 내지 5 중량%을 포함한다. 활성물질의 양이 약 0.001 중량% 미만이면 활성물질의 양이 미미하여 효과적인 아산화질소 등의 제거가 어려워지고, 약 5 중량%를 초과하는 경우 활성물질, 특히 Co, Cu는 담지체에 효율적으로 담지되기 어려운 문제점이 있다. Here, the prepared natural zeolite carrier catalyst contains about 95 to 99.99% by weight of the natural zeolite and about 0.001 to 5% by weight of the active material. If the amount of the active substance is less than about 0.001% by weight, the amount of the active substance is insignificant, which makes it difficult to effectively remove nitrous oxide, etc. There is a difficult problem.

본 발명에서는 가격이 합성 제올라이트의 1/100 정도에 불과한 천연제올라이트를 사용함으로써 아산화질소 등의 경제적으로 제거할 수 있다.In the present invention, it is possible to economically remove nitrous oxide and the like by using natural zeolite whose price is only about 1/100 of that of synthetic zeolite.

도 1은 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하며 본 발명의 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법의 일실시예를 설명하면 우선, 천연 제올라이트를 산처리한(S10) 후, 상기 산처리된 천연 제올라이트를 암모늄 화합물 수용액을 사용하여 1차 이온교환하고(S20), 이어서 상기 1차 이온교환된 천연 제올라이트를 활성물질 전구체 수용액을 사용하여 2차 이온교환한다(S30).1 is a flow chart illustrating an embodiment of a method for preparing a natural zeolite carrier catalyst according to the present invention. Referring to Figure 1 and describes an embodiment of the method for producing a natural zeolite carrier catalyst of the present invention, first, the acid-treated natural zeolite (S10), the acid-treated natural zeolite using an aqueous solution of ammonium compound 1 After primary ion exchange (S20), the primary ion-exchanged natural zeolite is subjected to secondary ion exchange using an active material precursor aqueous solution (S30).

우선, 천연 제올라이트를 산처리한다(S10). First, the natural zeolite is acid treated (S10).

상기 천연 제올라이트로는 예를 들면 HEU형 천연 제올라이트를 사용할 수 있다. 천연 제올라이트는 합성 제올라이트에 비하여 가격이 약 1/100 수준에 불과하기 때문에 경제적인 측면에서 월등히 유리하다.As said natural zeolite, HEU type natural zeolite can be used, for example. Natural zeolites are only about 1/100 the price of synthetic zeolites, which is an economic advantage.

상기 산처리는 상기 천연 제올라이트와 NH4Cl 또는 HCl 등의 산성용액의 제1 혼합물을 90 내지 97℃에서 5 내지 9 시간 가열하여 실시한다. 여기서 온도가 90℃ 미만이거나, 반응시간이 5 시간 미만이면 촉매가 충분히 담지되지 못하는 문제점이 발생하며, 97℃를 초과하거나 9시간을 초과하면 경제적으로 바람직하지 않고 장시간 산처리에 의하여 제올라이트 상에 균일하게 분포되어 있는 세공이 파괴될 우려가 있다. The acid treatment is carried out by heating the first mixture of the natural zeolite and an acid solution such as NH 4 Cl or HCl at 90 to 97 ° C. for 5 to 9 hours. If the temperature is less than 90 ℃ or the reaction time is less than 5 hours, there is a problem that the catalyst is not sufficiently supported, if it exceeds 97 ℃ or more than 9 hours it is economically undesirable and uniform on the zeolite by acid treatment for a long time There is a fear that the pores distributed in a good manner will be destroyed.

상기 제1 혼합물을 90 내지 97℃의 온도범위에서 7시간 동안 가열하여 산처리하는 과정을 4회 이상 반복하는 것이 가장 바람직하다. It is most preferable to repeat the process of acid treatment by heating the first mixture for 7 hours at a temperature range of 90 to 97 ℃.

또한, 상기 산처리 후에 후처리 과정을 반복할 수 있는 데 후술하는 후처리 과정은 본 실시예의 각 단계이후에 모두 행해질 수 있다. 상기 후처리는 상기 산처리된 천연 제올라이트를 증류수로 세척하고, 상기 세척된 천연 제올라이트를 건조한 후, 상기 건조된 천연 제올라이트를 소성함으로써 실시된다. 예를 들면, 증류수로 5회 이상 세척을 실시하여 고체시료의 표면 pH가 7의 범위에서 유지하도록 하고, 세척이 끝난 시료는 110℃에서 24 시간동안 건조한 후 500℃에서 4시간동안 소성작업을 거쳐 촉매지지체 시료를 제조한다. In addition, the post-treatment process may be repeated after the acid treatment, and the post-treatment process described below may be performed after each step of the present embodiment. The post treatment is performed by washing the acid treated natural zeolite with distilled water, drying the washed natural zeolite, and calcining the dried natural zeolite. For example, by washing five times or more with distilled water to maintain the surface pH of the solid sample in the range of 7, the washed sample is dried for 24 hours at 110 ℃ and then calcined at 500 ℃ for 4 hours A catalyst support sample is prepared.

이러한 산처리 과정을 거친 후에 상기 천연 제올라이트는 Na, K, Ca 등의 알칼리 금속이 감소하고 비표면적은 증가하게 된다. 즉, 불순물이 제거되고 아산화질소 제거를 위한 비표면적이 크게 증가하여 효과적인 아산화질소의 제거가 가능해진다. After this acid treatment, the natural zeolite is reduced in alkali metals such as Na, K, Ca and the specific surface area is increased. In other words, impurities are removed and the specific surface area for nitrous oxide removal is greatly increased, so that effective nitrous oxide removal is possible.

이어서, 상기 산처리된 천연 제올라이트를 암모늄 화합물 수용액를 사용하여 1차 이온교환한다(S20).Subsequently, the acid treated natural zeolite is first ion exchanged using an aqueous ammonium compound solution (S20).

여기서 암모늄 화합물 수용액으로는 NH4NO3, NH4Cl 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있고, 1차 이온교환 반응의 조건은 상기 산처리 조건과 유사하다. 즉 상기 산처리된 천연 제올라이트와 암모늄 화합물 수용액의 제2 혼합물을 90 내지 97℃에서 5 내지 9 시간 가열하여 수행된다. 또한, 이러한 1차 이온교환 후에 상기 산처리 과정 후와 마찬가지로, 상기 1차 이온교환된 천연 제올라이트를 증류수로 세척하고, 상기 세척된 천연 제올라이트를 건조한 후, 상기 건조된 천연 제올라이트를 소성하는 후처리 과정을 추가할 수 있다. 예를 들면, 증류수로 5회 이상 세척을 실시하여 고체시료의 표면 pH가 7의 범위에서 유지하도록 하고, 세척이 끝난 시료는 110℃에서 24 시간동안 건조한 후 500℃에서 4시간 동안 소성작업을 실시한다. Here, as the aqueous solution of ammonium compound, NH 4 NO 3, NH 4 Cl or a mixture thereof can be used, and the conditions of the primary ion exchange reaction are similar to the acid treatment conditions. That is, the second mixture of the acid-treated natural zeolite and the aqueous ammonium compound solution is heated at 90 to 97 ° C. for 5 to 9 hours. In addition, after the first ion exchange, as in the acid treatment process, the first ion-exchanged natural zeolite is washed with distilled water, the washed natural zeolite is dried, and the post-treatment process of firing the dried natural zeolite. You can add For example, by washing five times or more with distilled water to maintain the surface pH of the solid sample in the range of 7, the washed sample is dried for 24 hours at 110 ℃ and then calcined at 500 ℃ for 4 hours do.

활성물질(Fe, Co, Cu)은 용액 상에서 2가 이상의 이온형태로 존재하므로 1차 이온교환에 의하여 피담지물인 제올라이트의 표면에 소성 제조된 제올라이트(0가)가 우선적으로 1가의 형태(여기서는 암모늄 (NH4+)형태)로 만들어 줌으로써 효율적으로 2차 이온교환이 이루어지도록 한다. Since the active materials (Fe, Co, Cu) exist in the form of bivalent or more ions in solution, the zeolite (zero-valent) calcined and manufactured on the surface of the supported zeolite by primary ion exchange is preferentially monovalent (here, ammonium). (NH4 +) to make secondary ion exchange more efficient.

마지막으로, 상기 1차 이온교환된 천연 제올라이트를 활성물질 전구체 수용액을 사용하여 2차 이온교환한다(S30).Finally, the primary ion-exchanged natural zeolite is subjected to secondary ion exchange using an active material precursor aqueous solution (S30).

상기 활성물질 전구체로는 Fe이온, Co이온, 및 Cu이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이온과 NO3-, CO3-, Cl-, 및 SO42-로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온의 화합물을 사용한다. 예를 들면, Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Cu(NO3)2 등을 사용할 수 있다. As the active material precursor, a compound of a metal ion selected from the group consisting of Fe ions, Co ions, and Cu ions and an anion selected from the group consisting of NO3-, CO3-, Cl-, and SO42- is used. For example, Fe (NO 3) 3, Co (NO 3) 2, Cu (NO 3) 2, or the like can be used.

상기 2차 이온교환 역시 1차 이온교환된 천연 제올라이트와 활성물질 전구체 수용액을 포함하는 제3 혼합물을 90 내지 97℃에서 5 내지 9 시간 가열하여 실시한다. 또한, 이러한 2차 이온교환 후에 상기 1차 이온교환된 천연 제올라이트의 후처리와 마찬가지로, 상기 2차 이온교환된 천연 제올라이트를 증류수로 세척하고, 상기 세척된 천연 제올라이트를 건조한 후, 상기 건조된 천연 제올라이트를 소성할 수도 있다. The secondary ion exchange is also carried out by heating the third mixture containing the primary ion-exchanged natural zeolite and the active material precursor aqueous solution at 90 to 97 ℃ for 5 to 9 hours. In addition, after the secondary ion exchange, the secondary ion exchanged natural zeolite is washed with distilled water, the dried natural zeolite is dried, and the dried natural zeolite is dried, as in the post treatment of the primary ion exchanged natural zeolite. It may also be fired.

이러한 2차 이온교환을 한 후 제조된 촉매에 담지되는 활성물질의 양은 약 0.001 내지 5 중량% 정도이다. 상기 방법에 의하여 제조된 천연 제올라이트 담지체 촉매는 담지체로 합성 제올라이트가 아닌 천연 제올라이트를 사용하기 때문에 가격적인 측면에서 매우 저렴하며 아산화질소뿐만 아니라 기타 질소산화물도 단일 촉매층으로 동시에 제거할 수 있다. After the secondary ion exchange, the amount of the active substance supported on the prepared catalyst is about 0.001 to 5% by weight. The natural zeolite carrier catalyst prepared by the above method is very inexpensive in terms of cost because it uses a natural zeolite rather than a synthetic zeolite as a carrier, and can remove not only nitrous oxide but also other nitrogen oxides simultaneously with a single catalyst layer.

또한 본 발명은 상기 제조된 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용한 아산화질소 등의 제거방법의 실시예들을 제공한다.In another aspect, the present invention provides embodiments of a method for removing nitrous oxide and the like using the prepared natural zeolite carrier catalyst.

도 2는 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용한 아산화질소 등의 제거방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 상기 도 1에 개시된 방법에 의하여 천연 제올라이트 담지체 촉매를 제조하여 준비하고(S110), 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용하여 N2O를 제거한다(S120). Figure 2 is a flow chart illustrating an embodiment of a method for removing nitrous oxide and the like using a natural zeolite carrier catalyst according to the present invention. Referring to FIG. 2, a natural zeolite carrier catalyst is prepared and prepared by the method disclosed in FIG. 1 (S110), and N 2 O is removed using the prepared natural zeolite carrier catalyst (S120).

우선, 천연 제올라이트, 및 상기 천연 제올라이트 상에 담지된 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비한다(S110). 상기 천연 제올라이트 담지체 촉매는 도 1에 개시된 방법에 의하여 제조된다.First, a natural zeolite carrier catalyst comprising a natural zeolite and an active material supported on the natural zeolite is prepared (S110). The natural zeolite carrier catalyst is prepared by the method disclosed in FIG.

이어서, 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 N2O를 반응시켜 N2O를 제거한다(S120).Subsequently, N 2 O is removed by reacting the prepared natural zeolite carrier catalyst with N 2 O (S120).

구체적인 반응 조건의 예를 들면, 산소분위기에서 500 내지 650℃에서 수행되며 이는 환원제를 주입하지 않은 직접분해법으로, 환원제를 사용한 경우보다 고온에서 반응시켜야 효과적인 아산화질소의 분해가 가능해진다. 500℃ 미만인 경우 아산화질소의 제거가 불충분하고, 650℃를 초과하면 고온을 위하여 많은 에너지가 필요하기 때문에 경제적인 면에서 바람직하지 않다.For example, specific reaction conditions may be performed at 500 to 650 ° C. in an oxygen atmosphere. This is a direct decomposition method in which no reducing agent is injected. If it is less than 500 ° C., the removal of nitrous oxide is insufficient, and if it exceeds 650 ° C., a large amount of energy is required for high temperature, which is not economically desirable.

이때 환원제를 사용하지 않는 직접분해 또는 환원제를 사용한 아산화질소의 제거 반응기구를 살펴보면 다음과 같다. At this time, looking at the reactor for the removal of nitrous oxide using a direct decomposition or reducing agent without using a reducing agent as follows.

2N2O → 2N2 + O2 [반응식 1]2N2O → 2N2 + O2 [Scheme 1]

4N2O + CH4 → 4N2 + CO2 + 2H2O [반응식 2]4N2O + CH4 → 4N2 + CO2 + 2H2O [Scheme 2]

2N2O + CH4 + O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O [반응식 3]2N2O + CH4 + O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O [Scheme 3]

3N2O + 2NH3 → 4N2 + 3H2O [반응식 4]3N2O + 2NH3 → 4N2 + 3H2O [Scheme 4]

N2O + 2NH3 + O2 → 2N2 + 3H2O [반응식 5]N2O + 2NH3 + O2 → 2N2 + 3H2O [Scheme 5]

상기 반응식 1 내지 5는 N2O 제거를 위해 요구되는 반응들이지만, 촉매의 운전온도가 400∼600℃의 온도범위에서 대부분 운전되어지기 때문에 환원제(CH4, NH3)가 포함된 반응에서는 환원제가 산화되는 부반응도 동시에 관찰된다. 환원제로 NH3를 사용할 경우, 산소 분위기하에서 하기 반응식 6 내지 8과 같이 N2O의 제거반응과 경쟁반응이 발생할 수 있다. The reaction schemes 1 to 5 are reactions required for N 2 O removal, but since the operating temperature of the catalyst is mostly operated in a temperature range of 400 to 600 ° C., a reaction in which the reducing agent is oxidized in a reaction including reducing agents (CH 4 and NH 3) is performed. Is also observed at the same time. When NH 3 is used as a reducing agent, a reaction of removing N 2 O and a competition reaction may occur in an oxygen atmosphere as shown in Schemes 6 to 8 below.

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O [반응식 6]4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O [Scheme 6]

4NH3 + 4O2 → 2N2O + 6H2O [반응식 7]4NH3 + 4O2 → 2N2O + 6H2O [Scheme 7]

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O [반응식 8]4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O [Scheme 8]

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O [반응식 9]CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O [Scheme 9]

반응식 6 내지 9는 가급적으로 억제되어져야 할 반응들인데 반응식 6과 9는 환원제의 산화반응으로 인해 N2O의 제거활성이 최고점을 관찰되었다가 다시 감소하게 되는 현상이 발생할 수 있다. 또한 반응식 7, 8은 오히려 N2O 및 NO를 발생시키는 것이므로 해당반응의 경로로 진행이 되지 않는 촉매를 선정해야한다.Schemes 6 to 9 are reactions that should be suppressed as much as possible. In Schemes 6 and 9, the peak of N 2 O removal activity is observed due to the oxidation reaction of the reducing agent and may decrease again. In addition, since Scheme 7, 8 generates N 2 O and NO, it is necessary to select a catalyst that does not proceed as a path of the reaction.

본 발명에서 제조된 천연 제올라이트 촉매는 직접분해 반응(반응식 1)과 과잉 산소 분위기 하에서 메탄이 환원제로 사용된 반응(반응식 3)으로 발생되는 것을 주입농도의 변화 실험과 전이 거동(transient behavior) 실험으로 확인할 수 있다. 고정된 반응온도 하에서 반응 기구식에서의 제한 반응물(limiting reactant)의 농도를 서서히 증가시키면서 발생하는 가스의 농도변화를 조사한 결과 경쟁반응 및 부반응들은 파악되지 않는다. The natural zeolite catalyst prepared in the present invention is produced by a direct decomposition reaction (Scheme 1) and a reaction using methane as a reducing agent (Scheme 3) under an excess oxygen atmosphere as a change experiment of injection concentration and a transient behavior test. You can check it. Competitive reactions and side reactions are not identified by investigating the concentration change of gas produced by gradually increasing the limiting reactant concentration in the reaction mechanism under fixed reaction temperature.

도 3은 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용한 아산화질소 등의 제거방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 도 3을 참조하면, 상기 도 1에 개시된 방법에 의하여 천연 제올라이트 담지체 촉매를 제조하여 준비하고(S210), 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 환원제를 사용하여 N2O를 제거한다(S220). 3 is a flow chart for explaining another embodiment of a method for removing nitrous oxide and the like using the natural zeolite carrier catalyst according to the present invention. Referring to FIG. 3, a natural zeolite carrier catalyst is prepared and prepared by the method disclosed in FIG. 1 (S210), and N 2 O is removed using the prepared natural zeolite carrier catalyst and a reducing agent (S220).

우선, 천연 제올라이트, 및 상기 천연 제올라이트 상에 담지된 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비한다(S210). 상기 천연 제올라이트 담지체 촉매는 도 1에 개시된 방법에 의하여 제조된다.First, a natural zeolite carrier catalyst comprising a natural zeolite and an active material supported on the natural zeolite is prepared (S210). The natural zeolite carrier catalyst is prepared by the method disclosed in FIG.

이어서, 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 환원제를 사용하여 N2O를 제거한다(S220).Subsequently, N 2 O is removed using the prepared natural zeolite carrier catalyst and a reducing agent (S220).

상기 환원제로는 메탄, 프로판, 프로필렌, 암모니아, 요소, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 그리고 상기 아산화질소의 제거는 400 내지 550℃에서 수행되는데 이는 환원제를 사용함으로써 상기 직접분해시 보다 공정온도를 낮게 제어하여도 아산화질소의 효과적인 제거가 가능하기 때문이다. 예를 들어, 공간속도 5,000 내지 30,000/hr로 아산화질소를 투입하면서, 반응온도 300 내지 600℃, 주입비([CH4]/[N2O]) 1 내지 2, 산소 2%에서 He를 혼합가스로 사용하여 아산화질소의 제거가 실시된다. 나머지 조건이 동일한 경우 철이 이온교환된 촉매가 환원제인 메탄(CH4)을 N2O와 동일한 농도에서 반응시킨 결과 가장 우수한 활성을 나타낸다. As the reducing agent, methane, propane, propylene, ammonia, urea, or a mixture thereof may be used. And the removal of the nitrous oxide is carried out at 400 to 550 ℃ because it is possible to effectively remove the nitrous oxide even by controlling the process temperature lower than the direct decomposition by using a reducing agent. For example, while using nitrous oxide at a space velocity of 5,000 to 30,000 / hr, He is used as a mixed gas at a reaction temperature of 300 to 600 ° C., an injection ratio ([CH 4] / [N 2 O]) of 1 to 2, and oxygen of 2%. Nitrous oxide is removed. When the other conditions are the same, the iron-exchanged catalyst shows the best activity as a result of reacting methane (CH4), which is a reducing agent, at the same concentration as N2O.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, an Example is for illustrating this invention and is not limited only to these.

[실시예]EXAMPLE

[실시예 1] - 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조Example 1 Preparation of Natural Zeolite Support Catalyst

(산처리)(Acid treatment)

천연 제올라이트(natural zeolite: NZ)는 자연상태로 직접 촉매원료물질로 사용하기에는 불순물을 많이 포함하고 있으며, 촉매로서 요구되는 높은 비표면적 및 산점분포 등이 매우 낮다. 그러므로 사용전에 이와 같은 촉매적 특성을 갖추기 위해서 산용액에서 처리를 한 뒤 사용하였다. 본 실시예에서는 이를 위해 1N농도의 NH4Cl(혹은 HCl) 수용액을 800ml 제조하여 천연 제올라이트 300g과 혼합하여 90∼97℃에서 7시간 동안 산처리를 4회 이상 실시하였다. 특히, 각 각의 처리단계에서 2차 증류수로 5회 이상 세척을 실시하여 고체시료의 표면 pH가 7의 범위에서 유지하도록 하였다. 세척이 끝난 시료는 110℃에서 24시간동안 건조작업과 500℃에서 4시간동안 소성작업을 거쳐 촉매지지체 시료를 제조하였다(HNZ). 이와 같이 1차적으로 산처리가 끝난 천연 제올라이트는 원료시료 상에 포함된 알칼리원소 성분들이 상당량 감소하였는데 처리전후 촉매시료에 대해 원소분석을 실시한 결과, Na는 2.1%에서 0.4%으로, K는 2.3%에서 0.02%으로, Ca은 0.4%에서 0.2%로 각각 감소하였다. 또한 비표면적은 45m2/g에서 220m2/g으로 증가하였다.Natural zeolites (NZ) contain a lot of impurities in order to be used directly as a catalyst raw material in a natural state, and have a very low specific surface area and acid point distribution required as a catalyst. Therefore, it was used after treatment in acid solution in order to have such catalytic properties before use. In this example, 800 ml of an aqueous solution of NH 4 Cl (or HCl) at a concentration of 1N was prepared and mixed with 300 g of natural zeolite, and subjected to acid treatment four times or more at 90 to 97 ° C. for 7 hours. In particular, in each treatment step was washed five times or more with secondary distilled water to maintain the surface pH of the solid sample in the range of 7. The washed sample was dried for 24 hours at 110 ° C. and calcined at 500 ° C. for 4 hours to prepare a catalyst support sample (HNZ). As mentioned above, the primary zeolite treated with acid was significantly reduced in alkali element components in the raw material sample. As a result of elemental analysis of the catalyst sample before and after treatment, Na was 2.1% to 0.4%, and K was 2.3%. At 0.02%, Ca decreased from 0.4% to 0.2%, respectively. The specific surface area also increased from 45m2 / g to 220m2 / g.

(1차 이온교환)(Primary ion exchange)

이와 같이 제조된 천연 제올라이트 상에 촉매활성물질 철, 코발트, 구리 등을 효과적으로 담지하기 위해 우선 NH4NO3 또는 NH4Cl 0.1N 수용액을 제조하여 1차 이온교환을 실시하였다. 제조조건은 앞서 산처리 조건과 거의 유사하게 실시하였는데, 95℃ 반응온도에서 7시간 동안 이온교환을 하였으며 1차 이온교환이 끝난 후 증류수로 5회이상 세척을 하였다. 세척이 끝난 시료는 110??에서 24시간동안 건조하였다.In order to effectively support the catalytically active materials iron, cobalt, copper and the like on the natural zeolite thus prepared, first, an aqueous solution of NH 4 NO 3 or NH 4 Cl 0.1N was prepared, and primary ion exchange was performed. The preparation conditions were carried out almost similarly to the acid treatment conditions, and were ion exchanged at 95 ° C. for 7 hours and washed five times with distilled water after the first ion exchange. The washed samples were dried at 110 ° for 24 hours.

(2차 이온교환)(Secondary ion exchange)

활성물질인 철, 코발트, 구리를 1차 이온교환된 천연 제올라이트상에 담지하기 위해 Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Cu(NO3)2의 활성물질 전구시약을 각각 0.1N 준비하여 2차 이온교환을 실시하였다. 500ml 활성물질 수용액에 산처리한 300g 천연 제올라이트가 혼합된 슬러리는 95℃에서 7시간동안 2차 이온교환을 실시하였다. 그리고, 마지막으로 110℃에서 24시간동안 건조작업과 500℃에서 4시간동안 소성작업을 거쳐 최종 N2O 제거 촉매를 제조하였다. 최종 제조된 촉매에 대하여 활성물질이 철, 코발트, 구리가 이온교환된 촉매를 각각 Fe/HNZ, Co/HNZ, Cu/HNZ라고 하며, 동일한 조건에서 담지된 활성물질의 량은 Fe(4.5%), Co(0.3%), Cu(2.7%)을 각각 관찰되었다.In order to support the active materials iron, cobalt, and copper on the primary ion-exchanged natural zeolite, 0.1 N of the active material precursors of Fe (NO 3) 3, Co (NO 3) 2 and Cu (NO 3) 2 were prepared. Primary ion exchange was performed. The slurry mixed with 300 g natural zeolite acid-treated in 500 ml aqueous solution was subjected to secondary ion exchange at 95 ° C. for 7 hours. Finally, the final N 2 O removal catalyst was prepared by drying at 110 ° C. for 24 hours and firing at 500 ° C. for 4 hours. The catalysts in which the active material was ion-exchanged with iron, cobalt, and copper were called Fe / HNZ, Co / HNZ, and Cu / HNZ, respectively. The amount of active material supported under the same conditions was Fe (4.5%). , Co (0.3%) and Cu (2.7%) were observed, respectively.

[실시예 2] - 아산화질소의 제거Example 2 Removal of Nitrous Oxide

하기 표 1은 본 상기 실시예 1에서 제조된 촉매들에 대하여 공간속도 15,000/hr, 환원제인 메탄을 N2O와 동일한 농도로 주입하여 반응온도에 따른 촉매의 N2O 제거성능을 보여주고 있다. 제조된 촉매들은 반응온도에 따라 사용될 수 있으며, 철이 이온교환된 천연 제올라이트 촉매는 상대적으로 넓은 운전온도를 갖는 것으로 관찰되었다.Table 1 below shows the N 2 O removal performance of the catalyst according to the reaction temperature by injecting methane, which is a space velocity of 15,000 / hr, and reducing agent, at the same concentration as N 2 O, for the catalysts prepared in Example 1. The prepared catalysts can be used according to the reaction temperature, and it was observed that the iron-ionized natural zeolite catalyst has a relatively wide operating temperature.

반응온도(℃)Reaction temperature (℃) N2O 제거 전환율(%)% N2O removal conversion Fe/HNZFe / HNZ Co/HNZCo / HNZ Cu/HNZCu / HNZ 300300 7.47.4 3.73.7 3.43.4 350350 39.639.6 29.629.6 4.974.97 400400 81.381.3 63.363.3 13.113.1 450450 97.897.8 90.990.9 36.736.7 500500 100100 100100 69.569.5 550550 100100 100100 97.697.6

[실시예 3] - 직접분해 활성비교Example 3 Direct Degradation Activity Comparison

하기 표 2는 상기 실시예 1에서 제조된 촉매들에 대해서 환원제 주입없이 N2O 제거반응을 관찰한 것이다. 구체적으로 공간속도 15,000/hr, 2% 산소를 포함하는 혼합가스조건에서 활성을 비교관찰한 것이다. 반응온도 450℃ 이하까지는 50%미만의 낮은 활성을 보여주었지만, 600℃ 이상의 온도에서 코발트가 이온교환된 촉매(Co/HNZ)는 100%제거 활성을 보여주었다. 직접분해반응에서는 활성물질의 담지량과 관계없이 코발트가 높은 활성을 보여주어서 환원제가 포함되지 않은 공정에도 적용할 수 있을 것으로 판단되었다. Table 2 below shows the N 2 O removal reaction for the catalysts prepared in Example 1 without injection of a reducing agent. Specifically, the observation was to compare the activity in the mixed gas conditions containing space velocity 15,000 / hr, 2% oxygen. The reaction showed a lower activity of less than 50% up to 450 ° C., but the cobalt ion-exchanged catalyst (Co / HNZ) showed a 100% removal activity at temperatures above 600 ° C. In the direct decomposition reaction, cobalt showed high activity irrespective of the amount of active substance supported, so it could be applied to the process without reducing agent.

반응온도(℃)Reaction temperature (℃) N2O 직접 분해 전환율(%)N2O direct decomposition conversion rate (%) Fe/HNZFe / HNZ Co/HNZCo / HNZ Cu/HNZCu / HNZ 300300 -- -- 0.20.2 350350 3.13.1 3.03.0 0.70.7 400400 9.09.0 12.912.9 2.42.4 450450 12.212.2 38.138.1 5.35.3 500500 18.218.2 73.473.4 15.915.9 550550 38.238.2 95.595.5 55.055.0 600600 72.172.1 100100 97.297.2 650650 96.396.3 100100 100100

[실시예 4] - Fe/HNZ 촉매 환원제에 따른 활성 Example 4 Activity According to Fe / HNZ Catalytic Reducing Agent

하기 표 3은 Fe/HNZ 촉매에 대한 메탄, 프로판, 암모니아 등의 환원제에 대해 공간속도 15,000/hr에서 반응온도에 따른 N2O 제거활성을 비교 관찰한 것이다. 환원제의 경우 메탄이 가장 우수한 N2O 제거활성을 보여주었으며, 암모니아는 N2O 환원반응에서는 가장 낮은 활성이 관찰되었다(단, α= [환원제주입농도]/[N2O농도]이다). Table 3 compares the N 2 O removal activity according to the reaction temperature at a space velocity of 15,000 / hr for reducing agents such as methane, propane, and ammonia for the Fe / HNZ catalyst. In the case of the reducing agent, methane showed the best N2O removal activity, and ammonia showed the lowest activity in the N2O reduction reaction, except that α = [reducing agent injection concentration] / [N2O concentration].

반응온도(℃)Reaction temperature (℃) N2O 제거 전환율(%)% N2O removal conversion CH4(α=2)CH4 (α = 2) CH4(α=1)CH4 (α = 1) C3H8(α=1)C3H8 (α = 1) NH3(α=1)NH3 (α = 1) 300300 11.711.7 7.47.4 9.79.7 0.00.0 350350 44.744.7 39.639.6 32.532.5 11.111.1 400400 88.788.7 81.381.3 78.478.4 29.229.2 450450 100100 97.897.8 100100 42.342.3 500500 67.867.8 550550 98.598.5

본 발명에 의하면, 합성 제올라이트 대신에 천연 제올라이트를 담지체로 사용함으로써 저가의 촉매 제조가 가능해지고, 공정투자비 및 유지보수비가 감소하여 아산화질소의 경제적인 제거가 가능해진다. According to the present invention, by using a natural zeolite as a support instead of a synthetic zeolite, it is possible to manufacture a low-cost catalyst, and to reduce the process investment and maintenance costs, thereby enabling economic removal of nitrous oxide.

그리고 본 발명에 따른 공정은 넓은 운전온도(operating temperature)를 가지기 때문에 유동층 소각설비, 질산제조공정, 각종 산업연소설비 등의 다양한 공정의 후처리 기술에 적용이 가능하다. And because the process according to the invention has a wide operating temperature (operating temperature) is applicable to the post-treatment technology of various processes, such as fluidized bed incineration plant, nitric acid manufacturing process, various industrial combustion equipment.

또한, 본 발명에 의한 촉매에 적절한 환원제와 탈질촉매를 사용함으로써 아산화질소뿐만 아니라 모든 형태의 질소산화물을 동시에 연속공정에서 제거하는 것이 가능하다. In addition, by using a reducing agent and a denitration catalyst suitable for the catalyst according to the present invention, it is possible to remove not only nitrous oxide but also all types of nitrogen oxides in a continuous process at the same time.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1은 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a flow chart illustrating an embodiment of a method for preparing a natural zeolite carrier catalyst according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용한 아산화질소 등의 제거방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다. Figure 2 is a flow chart illustrating an embodiment of a method for removing nitrous oxide and the like using a natural zeolite carrier catalyst according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 천연 제올라이트 담지체 촉매를 사용한 아산화질소 등의 제거방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 3 is a flow chart for explaining another embodiment of a method for removing nitrous oxide and the like using the natural zeolite carrier catalyst according to the present invention.

Claims (7)

알칼리계 금속이 0.01중량% 내지 0.4중량%가 포함된 천연 제올라이트; 및Natural zeolite containing 0.01 wt% to 0.4 wt% of an alkali metal; And 상기 천연 제올라이트 상에 담지되고, Fe, Co, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매.A natural zeolite carrier catalyst supported on the natural zeolite and comprising at least one active material selected from the group consisting of Fe, Co, and Cu. 제1 항에 있어서, 상기 알칼리계 금속은 나트륨, 칼륨 및 칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 천연 제올라이트 담지체 촉매.The natural zeolite carrier catalyst according to claim 1, wherein the alkali metal is any one selected from the group consisting of sodium, potassium and calcium. 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 천연 제올라이트 95 내지 99.99 중량%; 및95 to 99.99% by weight of the natural zeolite; And 상기 활성물질 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 제올라이트 담지체 촉매.Natural zeolite carrier catalyst comprising 0.01 to 5% by weight of the active material. 천연 제올라이트 및 산성 용액을 포함하는 제1 혼합물을 90~97℃에서 5~9시간동안 가열하여 상기 천연 제올라이트를 산처리하는 단계;Acid treating the natural zeolite by heating the first mixture including the natural zeolite and the acidic solution at 90-97 ° C. for 5-9 hours; 상기 산처리된 천연 제올라이트 및 암모늄 화합물 수용액을 포함하는 제2 혼합물을 90~97℃에서 5~9시간동안 가열하여 상기 산처리된 천연 제올라이트를 1차 이온교환하는 단계; 및Primary ion exchange of the acid-treated natural zeolite by heating a second mixture including the acid-treated natural zeolite and an aqueous ammonium compound solution at 90-97 ° C. for 5-9 hours; And 상기 1차 이온교환된 천연 제올라이트 및 Fe이온, Co이온, 및 Cu이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이온과 NO3-, CO3-, Cl-, 및 SO42-로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온의 화합물인 활성물질 전구체 수용액을 포함하는 제3 혼합물을 90~97℃에서 5~9시간동안 가열하여 2차 이온교환하는 단계를 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매의 제조방법. Activity of the primary ion-exchanged natural zeolite and a compound of a metal ion selected from the group consisting of Fe, Co, and Cu ions and an anion selected from the group consisting of NO3-, CO3-, Cl-, and SO42- A method of producing a natural zeolite carrier catalyst comprising heating a third mixture comprising an aqueous solution of a material precursor for 2-9 hours at 90-97 ° C. for 5-9 hours. a) 알칼리계 금속이 0.01중량% 내지 0.4중량%가 포함된 천연 제올라이트; 및a) natural zeolite containing 0.01% to 0.4% by weight of an alkali metal; And 상기 천연 제올라이트 상에 담지되고, Fe, Co, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비하는 단계;Preparing a natural zeolite carrier catalyst supported on the natural zeolite and including at least one active material selected from the group consisting of Fe, Co, and Cu; b) 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 N2O를 500~650℃에서 반응시켜 N2O를 제거하는 단계를 포함하는 아산화질소의 제거방법.b) removing the nitrous oxide comprising the step of removing the N2O by reacting the prepared natural zeolite carrier catalyst and N2O at 500 ~ 650 ℃. a) 알칼리계 금속이 0.01중량% 내지 0.4중량%가 포함된 천연 제올라이트; 및a) natural zeolite containing 0.01% to 0.4% by weight of an alkali metal; And 상기 천연 제올라이트 상에 담지되고, Fe, Co, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성물질을 포함하는 천연 제올라이트 담지체 촉매를 준비하는 단계;Preparing a natural zeolite carrier catalyst supported on the natural zeolite and including at least one active material selected from the group consisting of Fe, Co, and Cu; b) 상기 준비된 천연 제올라이트 담지체 촉매와 환원제 및 N2O를 포함하는 혼합물을 400~550℃에서 반응시켜 N2O를 제거하는 단계를 포함하는 아산화질소의 제거방법.b) a method of removing nitrous oxide comprising the step of removing the N 2 O by reacting the prepared mixture containing the natural zeolite carrier catalyst, a reducing agent and N 2 O at 400 ~ 550 ℃. 제6 항에 있어서, 상기 환원제가 메탄, 프로판, 프로필렌, 암모니아, 및 요소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아산화질소의 제거방법.7. The method for removing nitrous oxide according to claim 6, wherein the reducing agent is at least one selected from the group consisting of methane, propane, propylene, ammonia, and urea.
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