KR100536479B1 - 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법 - Google Patents

과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100536479B1
KR100536479B1 KR10-2003-0035665A KR20030035665A KR100536479B1 KR 100536479 B1 KR100536479 B1 KR 100536479B1 KR 20030035665 A KR20030035665 A KR 20030035665A KR 100536479 B1 KR100536479 B1 KR 100536479B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
perfluorocarbon
decomposition
transition metal
porous alumina
Prior art date
Application number
KR10-2003-0035665A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040104152A (ko
Inventor
최원용
이종협
이명철
김필
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 학교법인 포항공과대학교
Priority to KR10-2003-0035665A priority Critical patent/KR100536479B1/ko
Publication of KR20040104152A publication Critical patent/KR20040104152A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100536479B1 publication Critical patent/KR100536479B1/ko

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8659Removing halogens or halogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64Pore diameter
    • B01J35/6472-50 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/20Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/204Inorganic halogen compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매 및 상기 촉매를 이용한 과불화탄소의 분해방법에 관한 것이다.
본 발명의 촉매는 기존의 알루미나 촉매보다 비표면적이 커서 과불화탄소 가스 분해 반응 효율이 높고, 기존 촉매의 단점인 플루오르로 인한 촉매의 활성감소가 없으며, 또한 본 발명의 과불화탄소 분해 시스템을 이용하여 과불화탄소 분해 반응시 물을 적정량 첨가하면 촉매의 활성을 높게 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매 및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법{Composite catalyst of porous alumina and transition metal for perfluorocarbon destruction and process for destructing perfluorocarbon using the same}
본 발명은 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 촉매 및 이를 이용한 과불화탄소(perfluorocarbon) 분해방법에 관한 것이다.
과불화탄소는 화학적으로 매우 안정하고 거의 독성이 없는 물질이지만 지구 온난화를 일으키는 주요 온실 가스로서, 특히 CF4 및 C2F6 등은 대기 중에서 무려 10,000 내지 50,000년 동안 체류하면서 지표면의 온도를 상승시킨다. 과불화탄소의 지구온난화 지수는 CO2의 그것보다 6,000 내지 25,000 배 정도이다. 또한, 과불화탄소중의 CF4는 현재 알려진 분자 중에서 가장 안정한 비극성 분자 화합물로서 분해처리가 매우 어렵고, 실제로 화학 공정 등에 사용되는 과불화탄소의 사용 효율이 15 내지 60 % 정도임을 감안 할 때 나머지 과불화탄소는 그대로 대기 중에 방출되고 있는 실정이다.
사용 후 남은 과불화탄소를 극저온법으로 회수하여 재사용할 수 있으나, 고순도의 과불화탄소를 회수하기 위해서는 다른 성분들을 제거하기 위한 배출가스의 전처리가 요구되므로 다른 과불화탄소 분해처리 방법보다 회수 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
과불화탄소를 분해하는 공정은 연소 및 열분해 기술, 플라즈마 분해, 화학 분해, 촉매 분해 등 여러 가지 방법이 제시되고 있다.
공업적으로는, 연소 및 열분해 방법이 가장 선호되는 방법이지만 과불화탄소를 분해 처리하려면 1,000℃ 이상의 고온을 요구하여 많은 양의 에너지를 필요로 하므로 운전 비용이 많이 들고 분해산물에 HF, HCl 및 NOx, SOx등과 같은 유해물질이 포함되어 있어 후처리 공정을 거쳐야 한다는 단점이 있다.
최근에 많은 연구가 진행되고 있는 플라즈마 분해법은 저온에서 과불화탄소를 분해할 수는 있으나 대량으로 처리하는 것이 곤란하며 전기 비용이 많이 든다. 또한 CVD 장치 내의 오염에 의한 분해 효율 감소 및 분해 산물인 HF, COF2, NOx의 발생으로 후처리 공정이 요구된다. 최근에는 부생성물의 생성을 막기 위해 플라즈마 반응기 내에 금속 산화물과 CF4만 반응시켜 금속 불화물 및 CO2등의 무해물질을 생성하는 연구도 보고되고 있다. 한국 특허 공개공보 제2001-63392호(출원인: (주)케이씨텍) 및 제2001-49466호(출원인: 가시야마 공업주식회사)에는 과불화탄소 함유 가스를 플라즈마에 의해 처리하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 촉매분해법은 과불화탄소를 고체 촉매와 접촉시켜, 연소 및 열분해하는 것보다 낮은 온도에서 분해 시키는 방법으로서, 분해 산물로서 HF와 CO2만 배출되기 때문에 후처리 공정에서는 간단한 습식처리법으로 HF를 제거하면 되기 때문에 단기적인 관점에서는 과불화탄소 배출을 저감하는 기술로는 매우 바람직한 방법으로 알려져 있다. 그러나 플루오르로 인한 촉매 활성의 감소 때문에 장시간의 운전이 곤란하다는 문제점이 있다. 한국 특허 공개공보 99-45278호(출원인: 히다찌엔지니어링 주식회사)에는 과불화탄소 및 SiF4를 포함하는 배기가스를 가열 후 알루미나 촉매 하에 분해하는 방법이 개시되어 있으며, 특히 비표면적이 150 m2/g 이하인 비기공성 알루미나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 한국 특허 공개공보 제2001-67074호(출원인: 루센트테크놀로지사)에는 리튬, 칼륨 또는 나트륨과 같은 화학적 환원제를 사용하여 전기화학적 방법에 의해 과불화탄소를 처리하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 유럽 특허 EP 663233호에는 나트륨 또는 칼륨 염과 규소 또는 그의 화합물의 존재 하에서 과불화물을 650 내지 1,000 ℃ 범위의 온도에서 처리하는 방법이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플루오르로 인한 촉매 활성 감소를 최소화하고 후처리 공정이 단순화되어 경제적으로 과불화탄소를 분해할 수 있는 과불화탄소 분해용 촉매를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 촉매를 이용하여 과불화탄소를 효율적으로 분해할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매를 제공한다.
본 발명의 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 있어서, 상기 전이금속은 Ni, Cr, V, La, Fe, Co, Mg, Cu, Ti, Zr, Mn, Zn, Cd, Ga, Ge, Sn, Ag, Au, Pd, Pt, Rh 및 Ir으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 있어서, 상기 촉매 중 전이금속의 담지량이 1 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 있어서, 상기 다공성 알루미나의 기공 직경이 3 내지 5nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 있어서, 상기 촉매의 비표면적이 400m2/g 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 있어서, 상기 촉매는 분말 또는 과립 형태로 제조되는 것이 바람직하다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상기의 촉매가 충진된 반응기에 과불화탄소를 공급하여 500 내지 700 ℃의 온도에서 반응시켜 분해하는 방법을 제공한다.
본 발명의 과불화탄소 분해방법에 있어서, 상기 반응기에 물을 부가하여 함께 반응시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 과불화탄소 분해방법에 있어서, 상기 반응기에 물을 10 cc/min 이하의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매 및 과불화탄소 분해방법을 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 사용한 촉매는 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매로서, 과립(pellet) 또는 분말 형태로 사용될 수 있다. 과립 형태의 촉매를 사용할 경우 촉매 입경이 약 60-80 mesh인 촉매를 사용하는 것이 바람직하지만, 실제 공정에 따라 촉매 입자의 크기는 조절될 수 있다.
본 발명의 촉매에서 알루미나에 담지되는 전이금속의 담지량은 전체 촉매 중 약 5 내지 30 중량%이며, 사용되는 전이금속은 Ni, Cr, V, La, Fe, Co, Mg, Cu, Ti, Zr, Mn, Zn, Cd, Ga, Ge, Sn, Ag, Au, Pd, Pt, Rh 및 Ir으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상이다.
본 발명의 촉매 제조시 사용할 수 있는 전이금속의 원료를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 구리는 코퍼(Ⅱ) 나이트레이트-2,5-하이드레이트(Copper(Ⅱ) nitrate-2,5-hydrate, Cu(NO3)2-½H2O)(Fluka사 제품), 마그네슘은 마그네슘 나이트레이트 헥사하이드레이트(magnesium nitrate hexahydrate, Mg(NO3)2-6H2O)(Aldrich사 제품), 철은 아이언(Ⅲ) 나이트레이트 노나하이드레이트(Iron(Ⅲ) nitrate nonahydrate, Fe(NO3)6-9H2O)(Junsei사 제품), 코발트는 코발트 나이트레이트 헥사하이드레이트(cobalt nitrate hexahydrate, Co(NO3)6-6H2O)(Junsei사 제품), 크롬은 크로뮴(Ⅲ) 나이트레이트 노나히드레이트(chromium(Ⅲ) nitrate nonahydrate, Cr(NO3)6-9H2O)(Junsei사 제품), 니켈은 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(nickel nitrate hexahydrate, Ni(NO3)6-6H2O)(Fluka사 제품), 란탄은 란타늄 나이트레이트 헥사하이드레이트(lanthanum(Ⅲ) nitrate hexahydrate, La(NO3)6-6H2O)(Fluka사 제품), 바나듐은 바나듐(Ⅲ) 아세틸아세토네이트(vanadium(Ⅲ) acetylacetonate)(Aldrich사 제품) 등을 사용할 수 있다.
복합체 촉매 중 전이금속의 담지량은 1 내지 30 중량%인 것이 바람직한데, 1중량% 미만인 경우에는 활성점이 너무 희석되어 바람직하지 못하고, 30중량%를 초과하는 경우에는 활성점의 분산이 고르지 못하여 바람직하지 못하다.
복합체 촉매에 있어서, 상기 알루미나 촉매의 기공 직경은 3 내지 5nm인 것이 활성점의 분산이 고르기 때문에 가장 바람직하다.
상기 복합체 촉매의 비표면적은 400m2/g 이상으로서 클수록 바람직하다. 본 발명의 촉매는 기존의 비기공성 알루미나 촉매보다 반응 표면적이 매우 넓은 촉매인데, 비표면적이 400m2/g 미만인 경우에는 기존 촉매와 비교하여 활성점의 수에서 차이가 나지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
상기와 같이 제조된 다공성 알루미나-전이금속 촉매를 반응기에 충전하여 500 내지 700℃의 온도에서 과불화탄소 가스의 분해반응을 수행할 수 있다. 반응 온도가 500℃ 미만이면 활성이 낮아서 바람직하지 못하고, 700℃를 초과하는 경우에는 에너지 효율 측면에서 바람직하지 못하다.
처리되는 과불화탄소 가스의 농도는 처리되는 가스 중 약 5 v/v% 이하인 것이 적절하며, 운반기체로서 질소, 산소 또는 아르곤 기체 등과 혼합하여 농도를 적절하게 조절할 수 있다.
또한 과불화탄소 분해반응시 상기 촉매가 충진된 반응기에 물을 부가하여 함께 반응시키는 것이 바람직하며, 특히 그 유량이 10 cc/min 이하인 것이 바람직한데 물의 공급유량이 10 cc/min을 초과하는 경우에는 촉매의 활성이 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 촉매를 사용하여 과불화탄소 가스를 분해하면, 촉매 표면에서 물분자와 과불화탄소가 고온에서 서로 반응하여 HF 및 CO2 등의 생성물이 생기며, HF는 후속공정에서 간단한 습식처리법에 의해 효과적으로 처리될 수 있다.
본 발명에 따라 과불화탄소 가스를 촉매법으로 분해하는 공정은 예를 들면 도 1에 나타낸 시스템에 의해 수행될 수 있다. 반응기 내부에는 본 발명에 따른 분말 또는 과립 형태의 촉매가 충진 되어 있으며 반응기의 온도 측정을 위한 열전대(thermocouple)와 온도조절을 위한 전원 공급 장치가 연결되어 있다. 내열성 재질의 반응기를 가열로(고온을 유지하기 위해 가열로 내부는 단열재 및 내화재가 충진 되어 있음) 내에 위치시키고, 과불화탄소 가스 및 운반 기체를 반응기 내로 투입하는 동시에 실린지 펌프를 이용하여 반응기 내로 물을 투입하여 과불화탄소 분해반응을 수행할 수 있다.
반응기 내에서 과불화탄소 가스의 고온 분해반응 후 배기 가스가 배출되는데, 배기 가스의 성분 및 농도를 측정하기 위해 가스 유출부에 GC - MS(mass spectrometer)나 FT-IR(Fourier transformation-infrared spectrophotometer)을 부착시켜, 반응 후 배출되는 미반응 과불화탄소 가스나 부산물의 존재여부를 확인할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
전이 금속으로서 Ni을 사용하고 그 함량이 전체 촉매의 10 중량% 정도가 되도록 촉매를 제조하였다. 먼저 계면활성제로서 라우르 산(lauric acid, Aldrich사 제품) 2g 및 sec-부틸알콜 용액 23ml를 혼합한 용액에 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Aldrich사 제품) 1.45g을 다시 혼합하여 마이셀이 형성된 용액을 제조하였다. 알루미늄 원료로서 알루미늄 sec-부톡사이드(aluminum sec-butoxide)가 함유된 용액 12.315g 및 물 12ml를 상기 마이셀이 형성된 용액에 부가하여 상기 반응액을 상온에서 24시간 동안 교반시키면서 가수분해 및 응축반응을 수행하였다. 반응 후 반응액을 여과하고 여과액을 24시간 동안 건조기에서 건조하여 얻어진 샘플을 600℃에서 6시간 소성한 뒤 최종적으로 비표면적이 400m2/g 이상이고 기공의 직경이 4nm인 다공성 알루미나-니켈 복합체 촉매를 얻었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 전이금속만을 달리하여 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매를 제조하였다. 즉, 니켈 니트레이트 헥사하이드레이트 대신 란타늄 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 알루미나-란탄 복합체 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 비표면적이 300m2/g 이상이고 기공의 직경이 4nm인 다공성 알루미나-란탄 복합체 촉매를 얻었다.
비교예 1
상업용 알루미나(Degussa사 제품, 표면적 100 m2/g) 및 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용하여 통상적인 함침법을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 Ni/Al2O3 촉매 10중량%를 제조하였다.
CF 4 분해 특성
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 촉매를 도 1의 시스템에 적용하여 CF4 분해반응을 수행하였다. 먼저 상기 촉매를 반응기에 충진하고 1,000℃ 까지 온도를 조절할 수 있는 가열로(고온을 유지하기 위해 가열로 내부는 단열재 및 내화재인 석면이 충진되어 있음) 내부에 촉매가 충진된 반응기를 설치하였다. 그리고, 반응기의 온도측정을 위한 열전대와 온도조절을 위한 전원 공급 장치를 반응기에 연결하였다. 상기와 같이 과불화탄소 분해 시스템을 도 1과 같이 구성하고, CF4 가스 분해반응을 수행하였다.
한편, CF4를 운반기체인 질소, 산소 또는 아르곤 등과 혼합하여 1 부피%가 되도록 농도를 조절하고 물(0.1ml/h)과 함께 20 cc/분, 30 cc/분 및 60 cc/분의 유속으로 반응기에 투입하고 반응기의 온도를 서서히 높이면서 CF4의 분해공정을 수행하였다.
CF4와 촉매가 반응기에서 고온에서 분해 반응을 거친 후 배출되는 배가스의 농도를 측정하기 위해 반응물 유출부에 FT-IR을 장착하여 반응 후 배출되는 미반응의 과불화탄소가스나 부산물의 존재 여부를 확인할 수 있도록 하였다. 표 1에 그 결과를 나타내었다.
다양한 촉매 시스템에서의 CF4의 분해반응 조건 및 분해 효율
반응조건 분해효율(%)(Destruction efficiency)
반응온도(℃) CF4 농도(%) 촉매사용량(g) 유량(cc/min) 촉매층체류시간(sec) 실시예 1 비교예 1
600 1 0.5 20 1.5 96 93
700 1 0.5 20 1.5 99 99
600 1 0.5 30 1.0 94 72
700 1 0.5 30 1.0 99 97
600 1 0.5 60 0.5 66 60
700 1 0.5 60 0.5 95 88
600 1 0.1 20 0.3 60 34
700 1 0.1 20 0.3 90 83
표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 다공성 Ni-알루미나 촉매 시스템을 사용하여 과불화탄소 가스 중 가장 온난화 지수가 큰 CF4의 분해반응을 수행한 결과, 기존의 전이금속 산화물이 담지 된 알루미나 촉매(Ni-Al2O3)보다 높은 분해 성능을 나타내었다. CF4를 포함한 반응 가스의 유속이 20cc/min인 경우에는 두 촉매 간의 반응효율에 큰 차이를 보이지 않으나, 유속을 30 및 60cc/min으로 증가시킨 경우 본 발명의 촉매 시스템이 우수한 분해 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 상기 결과는 본 발명의 촉매의 비표면적이 기존의 알루미나 촉매의 표면적보다 크기 때문에 반응기체의 접촉 면적이 그 만큼 증가해서 나타난 현상으로 판단된다.
수명 특성
실시예 1에서 제조된 다공성 알루미나-니켈 복합체 촉매에 대하여 전술한 바와 같은 CF4 분해 반응을 수행하면서 촉매 수명을 측정하였다. 반응시간은 약 10시간 정도였으며, 그 결과는 아래 표 2와 같다.
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 촉매는 10시간 이상의 반응에서도 촉매의 활성이 높게 유지되고 있음을 확인할 수 있었다. 기존 촉매의 단점인 플루오르로 인한 촉매의 활성감소는 본 발명의 촉매를 사용하는 경우에는 전혀 관찰할 수 없었으며, 매우 높은 공간 속도인 12,000 h-1 이상에서 장시간 운전하는 경우에도 95%이상의 높은 촉매 분해 활성을 유지하였다.
반응시간에 따른 CF4의 분해 효율 및 반응조건
촉매 (Ni-meso alumina)반응시간(hrs) 반응 조건 물공급속도(ml/h) 분해효율(%)
반응온도(℃) CF4 농도(%) 촉매 사용량(g) 유량(cc/min)
0 700 1 0.5 60 0.1 95
4 700 1 0.5 60 0.1 95
6 700 1 0.5 60 0.1 95
10 700 1 0.5 60 0.1 95
물 첨가에 따른 CF 4 분해 반응
실시예 1의 다공성 알루미나-니켈 복합체 촉매를 사용하여 물의 첨가량에 따른 CF4 분해 반응 효율성을 측정하였다. 물을 부가하지 않는 경우에는 표면에 남아 있는 히드록실기가 분해 반응에 의해 소모되어 반응 시작 30분만에 촉매 활성이 소멸되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 물을 지속적으로 반응기 내에 수증기 상태로 부가하면 CF4를 거의 99% 이상 분해 할 수 있음을 확인할 수 있었다. 물의 양이 소량만 증가하여도 반응 활성이 높게 유지됨을 확인할 수 있었으나, 부가되는 수증기의 양이 10 cc/min을 초과하면 오히려 활성이 감소하는 결과를 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 과량의 물이 CF4와 서로 경쟁적으로 촉매 표면에 흡착되는 현상에 기인한 것으로서 그 결과 촉매 표면의 반응 부위(active site)가 줄어들어 촉매의 활성이 저하되어 CF4의 분해반응이 잘 일어나지 않게 되는 것으로 판단된다.
물의 첨가량에 따른 CF4의 분해 효율 및 반응조건
물 공급속도(ml/h) 반응 조건 분해효율(%)
반응온도 (℃) CF4 농도(%) 촉매사용량(g) 유량(cc/min) 반응시간(hr)
0 700 1 0.1 20 2 31
0.1 700 1 0.1 20 2 90
0.2 700 1 0.1 20 2 87
0.3 700 1 0.1 20 2 90
0.4 700 1 0.1 20 2 83
0.5 700 1 0.1 20 2 80
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 촉매는 기존의 알루미나 촉매보다 비표면적이 커서 과불화탄소 가스 분해 반응 효율이 높고, 기존 촉매의 단점인 플루오르로 인한 촉매의 활성감소가 없다. 또한 본 발명의 과불화탄소 분해 시스템을 이용하여 과불화탄소 분해시키는 경우 적정량의 물을 첨가하면 촉매의 활성을 높게 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 촉매를 이용하여 과불화탄소 가스를 분해하는 시스템을 개략적으로 도시한 그림이다.

Claims (9)

  1. 다공성 알루미나에 전이금속이 1 내지 30 중량%의 양으로 담지되고, 비표면적이 400m2/g 이상인, 과불화탄소 분해용 복합체 촉매.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속은 Ni, Cr, V, La, Fe, Co, Mg, Cu, Ti, Zr, Mn, Zn, Cd, Ga, Ge, Sn, Ag, Au, Pd, Pt, Rh 및 Ir으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 촉매.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 알루미나의 기공 직경이 3 내지 5nm인 것을 특징으로 하는 촉매.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매가 분말 또는 과립 형태인 것을 특징으로 하는 촉매.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항의 촉매가 충진된 반응기에, 과불화탄소를 공급하고 500 내지 700 ℃의 온도에서 반응시켜 과불화 탄소를 분해하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 반응기에 물을 부가하여 함께 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 반응기에 물을 10 cc/min 이하의 유량으로 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR10-2003-0035665A 2003-06-03 2003-06-03 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법 KR100536479B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0035665A KR100536479B1 (ko) 2003-06-03 2003-06-03 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0035665A KR100536479B1 (ko) 2003-06-03 2003-06-03 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040104152A KR20040104152A (ko) 2004-12-10
KR100536479B1 true KR100536479B1 (ko) 2005-12-14

Family

ID=37379865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0035665A KR100536479B1 (ko) 2003-06-03 2003-06-03 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100536479B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100930978B1 (ko) * 2007-10-15 2009-12-10 한국과학기술연구원 금속-알루미나 과립형 입자 촉매 및 이를 이용한 삼산화황분해방법
KR20190085358A (ko) 2018-01-10 2019-07-18 김진홍 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치 및 방법
KR102081820B1 (ko) * 2019-09-17 2020-02-26 박태영 HFCs 분해 처리 방법
KR20210032882A (ko) * 2020-02-19 2021-03-25 한국남동발전 주식회사 2가 마그네슘 이온이 담지된 산화알루미늄을 이용한 HFCs를 분해처리 방법
KR20240050985A (ko) 2022-10-12 2024-04-19 한국과학기술원 고내구성, 고내열성 계층적 촉매 복합체 및 이의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859110B1 (ko) * 2017-04-26 2018-06-29 한국생산기술연구원 과불화 화합물 저감 및 불화주석 생성 장치 및 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100930978B1 (ko) * 2007-10-15 2009-12-10 한국과학기술연구원 금속-알루미나 과립형 입자 촉매 및 이를 이용한 삼산화황분해방법
KR20190085358A (ko) 2018-01-10 2019-07-18 김진홍 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치 및 방법
KR102081820B1 (ko) * 2019-09-17 2020-02-26 박태영 HFCs 분해 처리 방법
KR20210032882A (ko) * 2020-02-19 2021-03-25 한국남동발전 주식회사 2가 마그네슘 이온이 담지된 산화알루미늄을 이용한 HFCs를 분해처리 방법
KR102235570B1 (ko) 2020-02-19 2021-04-01 한국남동발전 주식회사 2가 마그네슘 이온이 담지된 산화알루미늄을 이용한 HFCs를 분해처리 방법
KR20240050985A (ko) 2022-10-12 2024-04-19 한국과학기술원 고내구성, 고내열성 계층적 촉매 복합체 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040104152A (ko) 2004-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR890001298B1 (ko) 활성탄 촉매의 활성화방법
KR101357188B1 (ko) 팔라듐-금 촉매 제조방법
KR20020010110A (ko) 암모니아 정제방법
KR100983740B1 (ko) 산화 탈수소 촉매, 및 이를 이용한 프로판으로부터 프로필렌의 제조방법
EP2928819B1 (en) Process for sulphur recovery with simultaneous hydrogen production from nh3 and h2s containing feed gas
EP3760309A1 (en) Method of making a catalyst for a sulphur recovery process with concurrent hydrogen production; catalyst, and hydrogen production method
KR20190037444A (ko) 고성능 질소산화물 저감 촉매 및 그 제조방법
KR100536479B1 (ko) 과불화탄소 분해용 다공성 알루미나-전이금속 복합체 촉매및 이를 이용한 과불화탄소 분해방법
KR20020000152A (ko) 불소 화합물의 분해 처리 방법 및 분해 처리 장치
WO2006075840A1 (en) Manganese oxide-titania aerogel catalysts, preparing method of the same, and oxidative destruction of chlorinated aromatic compounds using the same
US20230406701A1 (en) Direct decomposition device and direct decomposition method for hydrocarbon
GB2087383A (en) Preparation of 1,1,1,3,3,-hexafluoropropane-2-ol
JP7410192B2 (ja) 窒素含有炭素触媒の再生方法及びその使用
KR20090104774A (ko) 활성화된 탄소 촉매
JPH04271835A (ja) 廃ガスからの窒素酸化物を還元させる触媒
KR20010006396A (ko) 배기가스중의 질소산화물의 제거방법
WO2021114481A1 (zh) 一种hfc-23资源化利用中提高催化剂稳定性的方法
KR20030004660A (ko) 암모니아/수소 혼합가스가 함유된 배가스 정화방법 및 그장치
CN116139941A (zh) 一种用于提高次氯酸根氧化性能的镍基催化剂及其制备方法和应用
CN114950519B (zh) 一种渗氮有机硫水解催化剂的制备方法
KR20110078241A (ko) 산화 탈수소 에어로젤 촉매, 및 이를 이용한 프로판으로부터 프로필렌의 제조방법
KR102382083B1 (ko) 염기 용액을 이용한 무기물 내의 염소 제거 방법 및 이 방법으로 제조된 질소산화물 선택적 환원용 촉매
KR100382050B1 (ko) 배가스 내의 다이옥신 및 질소산화물 제거용 저온 촉매 및이를 이용한 연소배가스의 처리방법
KR100425787B1 (ko) 유기 할로겐 분해 촉매의 제조 방법 및 유기 할로겐분해용 필터의 제조 방법
KR101419041B1 (ko) 구리를 제1성분으로 하는 백금족 이원금속 촉매상에서 배기가스 내의 아산화질소를 저온촉매환원법으로 제거하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20091208

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee