KR100665235B1 - 기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents

기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹 원료, 수용성 금속염 및 임의적으로 가연성 물질로부터 제조되는 기상 화합물을 흡착 분해하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매 및 다공성 세라믹 원료에 수용성 금속염을 함침 및 소성시켜 세라믹 기공 내부에 금속 산화물을 균일하게 함유시키는 단계를 포함하는 기상 화합물을 흡착 분해할 수 있는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 세라믹 촉매는 유기 기상 화합물을 광의 지원 여부와 상관없이 100 ℃ 이하의 저온 특히 상온 (25 ℃ 내외)에서 흡착 분해시킬 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매 및 이의 제조방법{CERAMIC CATALYST HAVING ABSORPTION AND DISINTEGRATION PROPERTIES FOR VAPOR PHASE CHEMICALS AND PREPARATION METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 촉매의 제조 공정을 나타낸 것으로, 도면 내의 부호는 각각 다음을 의미한다.
(A: 수용성 금속염, B: 세라믹 원료, C: 가연성 물질, D: 증류수, E: 촉매;
1: 촉매 원료 혼합 공정, 2: 촉매 원료 성형 공정, 3: 건조 공정, 4: 소성 공정)
도 2는 본 발명에서 이용한 유기 기상 화합물 분해 실험 장치를 나타낸 것으로, 도면 내의 부호는 각각 다음을 의미한다.
(1: 밀폐형 반응 용기, 2: 셉텀(septum), 3: 증발 접시, 4: 촉매 투입기, 5: 휀, 6: 전기 조절기)
본 발명은 기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다공성 세라믹 원료에 수용성 금속염을 함침 소성 시켜 세라믹 내부에 금속 산화물을 균일하게 함유시켜 얻어지는 기상 화합물의 흡착 분해 가능한 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 악취 물질을 포함하는 기상 화합물의 분해 촉매는 일반적으로 100 ℃ 이상의 고온에서만 그 기능의 발현이 가능하고, 대부분의 경우, 그 적용 대상 물질이 한정적이었다 (일본 특개 2001-38207호, 미국특허 6,344,987호). 따라서, 이들 분해 촉매를 실생활에서의 악취 분해 또는 100 ℃ 이하의 저온에서의 산업용 휘발 물질 분해에 활용하는 것은 사실상 불가능하였으며, 이를 활용하기 위해서는 기상 화합물이 공정 조건상 100 ℃ 이상의 온도를 갖거나, 100 ℃ 이상의 온도를 갖도록 인위적으로 가열시켜야만 하였다. 그 결과 이들 촉매의 적용성은 극도로 한정되었으며, 경제적인 측면에서도 기상 화합물의 분해에 상당한 비용을 지불하여야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 100 ℃ 이하의 저온에서도 광의 지원 여부와 상관없이 기상 화합물을 흡착 분해할 수 있는 세라믹 촉매 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 기상 화합물의 흡착 분해 가능한 세라믹 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다공성 세라믹 원료에 수용성 금속염을 함침, 소성시켜 세라믹 내부에 금속 산화물을 균일하게 분산시켜 얻어지는 기상 화합물의 흡착 분해 가능한 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매는 광의 지원 여부와 상관없이 상온과 같은 낮은 온도에서 유기 기상 화합물을 분해할 수 있는 상온 무광 촉매로서, 별도로 광을 조사하거나 고온으로 승온시킬 필요없이 간편하게 유기 기상 화합물을 분해할수 있다는 장점을 갖는다.
우선, 본 발명은 다공성 세라믹 원료 70 내지 99.5 중량%와 수용성 금속염 0.5 내지 30 중량%의 혼합물을 물과 함께 혼합한 후, 이를 성형, 건조 및 소성하여 얻어지며, 상기 세라믹 원료 내에 금속 산화물이 균일하게 분산되어 있는, 기상 화합물의 흡착 분해 가능한 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 제공한다. 본 발명의 다공성 세라믹 촉매는 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물에 가연성 물질을 상기 혼합물 총중량의 70 중량% 이하의 양으로 추가적으로 혼합하여 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 다공성 세라믹 촉매는 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액으로 추가적으로 피복된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은,
(a) 다공성 세라믹 원료 70 내지 99.5 중량%와 수용성 금속염 0.5 내지 30 중량%를 혼합하고,
(b) 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물을 물과 함께 반죽하여 원하는 형태로 성형하고,
(c) 상기 얻어진 성형물을 상온에서 충분히 건조시킨 후, 400 내지 1,400 ℃ 의 온도에서 소성하여 상기 성형물 내에 금속 산화물을 균일하게 분산시키는 단계를 포함하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법은 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물에 가연성 물질을 상기 혼합물 총중량의 70 중량% 이하의 양으로 추가적으로 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법은 상기 단계 (c) 이후에,
(d) 상기 얻어진 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액에 5 분 이상 침적시킨 후, 충분히 건조시키고, 400 내지 1,400 ℃의 온도에서 2차 소성하여 상기 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 금속 산화물로 피복시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 다공성 세라믹 원료는 분말 형태가 바람직하며, 다공성 알루미나(Al2O3), 점토, 고령토, 구석, 도석, 장석, 맥반석, 제올라이트, 벤토나이트, 알루미늄 화합물(예컨대, 황산알루미늄) 및 10 중량% 이상의 다공성 알루미나와 50 중량% 이상의 다공성 실리카(SiO2) 함유 소성물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 물질 또는 두 가지 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 수용성 금속염은 수용성 코발트염(예컨대, Co(C2H3O2)2), 마그네슘염(예컨대, Mg(C2H3 O2)2), 스트론튬염(예컨대, Sr(C2H3O2)2 ), 바륨염(예컨대, Ba(C2H3O2)2), 바나듐염(예컨대, V2(SO 4)3), 크롬염(예컨대, Cr(NO3)3), 망간염(예컨대, Mn(C2H3O2)2), 철염(예컨대, FeCl3), 니켈염(예컨대, NiSO4), 구리염(예컨대, CuCl2), 아연염(예컨대, ZnCl2), 카드뮴염(예컨대, Cd(C2H3 O2)2), 주석염(예컨대, SnCl2), 비스무스염(예컨대, BiPO4), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화바륨(Ba(OH)2)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 가지 이상의 물질일 수 있다. 이 때, 상기 수용성 금속염으로서 수용성 코발트염(예컨대, Co(C2H3O2)2)을 단독으로 사용하거나, 수용성 코발트염과 마그네슘염(예컨대, Mg(C2H3O2)2), 스트론튬염(예컨대, Sr(C2H3O2)2), 바륨염(예컨대, Ba(C2H3O2)2), 바나듐염(예컨대, V2(SO4 )3), 크롬염(예컨대, Cr(NO3)3), 망간염(예컨대, Mn(C2H3O2)2), 철염(예컨대, FeCl3), 니켈염(예컨대, NiSO4), 구리염(예컨대, CuCl2), 아연염(예컨대, ZnCl2), 카드뮴염(예컨대, Cd(C2H3O 2)2), 주석염(예컨대, SnCl2), 비스무스염(예컨대, BiPO4), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화바륨(Ba(OH)2)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 가지 이상의 물질과의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수용성 금속염들은 400 내지 1400 ℃의 온도에서 소성되는 경우, 대응하는 금속 산화물로 분해되는 특성을 갖는다. 따라서, 상기 수용성 금속염과 다공성 세라믹 원료를 물과 함께 혼합하여 400 내지 1400 ℃의 온도에서 소성시킴으로써 세라믹 층에 금속 산화물이 균일하게 분산된 세라믹 촉매를 형성할 수 있다.
본 발명에서 임의적으로 사용 가능한 가연성 물질은 분말 형태가 바람직하며, 높은 온도에서 산소와 반응하여 물과 이산화탄소 등으로 완전히 분해 가능한 물질로서, 아디핀산, 멜라닌, 설탕, 스테아린산, 파라핀 등과 같이 탄소, 수소 및 산소로 이루어진 분말형 탄화수소 화합물; 카본블랙, 미분탄, 흑연가루 등과 같은 분말형 탄소 화합물; 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이들 가연성 물질은, 세라믹 원료와 혼합되어 400 내지 1400 ℃의 온도에서 소성시, 물과 이산화탄소로 완전 분해되어 균일한 기공을 갖는 다공성 세라믹층을 형성할 수 있다.
본 발명의 세라믹 촉매에 의하여 흡착 분해 가능한 기상 화합물은 모든 악취 물질을 포함하며, 특히, 알데히드류, 알코올류, 아민류 및 벤젠류를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 기상 화합물을 흡착 분해하는 세라믹 촉매의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.
(a) 상기 다공성 분말 형태의 세라믹 원료 70 ~ 99.5 중량%와 상기 수용성 금속염 0.5 ~ 30 중량%를 총 100 중량%가 되도록 혼합한다. 이 때, 수용성 금속염의 사용량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 금속 산화물의 함량이 부족하여 최종 제품의 분해 능력이 크게 저하되고, 사용량이 30 중량%를 넘는 경우에는 세라믹 기공 내부에서 금속 산화물 분포의 균일도가 크게 악화되어 분해 능력이 저하된다. 가장 바람직한 수용성 금속염의 사용량은 0.5 ~ 10 중량%이다.
이 때, 보다 균일한 기공을 갖는 다공성 세라믹층을 형성하기 위하여, 상기 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물에 가연성 물질을 상기 혼합물 총중량의 70 중량% 이하의 양으로 첨가할 수 있다. 상기 가연성 물질의 함량이 70 중량%를 넘게 되면 기공이 너무 크거나 기공이 붕괴될 수도 있으므로 바람직하지 않다. 가장 바람직한 가연성 물질의 함량은 약 25 ~ 65 중량%이다.
(b) 이어서, 상기 세라믹 원료, 수용성 금속염, 및 임의적으로, 가연성 물질의 혼합물에 적당량의 물을 넣어 반죽한 후, 원하는 형태로 성형한다. 이 때, 사용되는 물의 양은 전체 고형물의 50 ~ 250 중량%가 바람직하다. 사용되는 물의 양이 전체 고형물의 50 중량% 미만인 경우에는 반죽이 푸석푸석하여 수용성 금속염을 세라믹 기공 내에 균일하게 함침시키는 것이 불가능하고, 250 중량%를 넘는 경우에는 건조 과정 또는 소성 과정에서 세라믹 촉매의 기공 형성에 문제를 야기할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 혼합 및 반죽 과정은 수용성 금속염이 물에 용해된 상태로 다공성 세라믹 원료의 기공 내부에 균일하게 함침될 수 있도록 반복하여 수행하는 것이 좋다.
(c) 그 다음으로, 상기에서 얻어진 성형물을 상온에서 충분히 건조시킨 후, 400 내지 1400 ℃의 온도에서 소성시켜, 세라믹 원료의 기공 내에 금속 산화물을 균일하게 함침시켜, 본 발명의 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 제조한다. 소성 온도가 400 ℃ 미만인 경우에는 수용성 금속염이 분해되지 않기 때문에 세라믹층에 금속 산화물을 생성시킬 수 없고, 1400 ℃보다 높은 경우에는 금속 산화물 또는 금속이 액체 상태로 변하여 이탈할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 소성 시간은 1 시간 이상인 것이 바람직하다.
(d) 임의적으로, 상기 공정에 추가하여, 상기에서 제조된 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 양으로 함유된 금속염 수용액에 5 분 이상 침적시키고, 충분히 건조시킨 후, 400 내지 1400 ℃의 온도에서 2차 소성시켜, 금속 산화물이 피복된 세라믹 촉매를 제조할 수 있다. 이와 같은 피복에 의하여 세라믹 촉매는 다양한 기공과 분해 특성을 갖게 된다. 상기 금속염 수용액 내에 함유된 수용성 금속염의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 세라믹에 피복되는 금속 산화물의 함량이 적어 피복 효과가 저하될 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 금속염 함량의 과다로 인하여 금속염 피복의 균일성이 현저히 저하될 수 있다. 가장 바람직하게는, 약 5 내지 15 중량%의 금속염을 함유하는 금속염 수용액을 사용하는 것이 좋다. 2 차 소성 온도는 400 내지 1400 ℃, 소성 시간은 30 분 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 다공성 세라믹 촉매는 상온(약 25 ℃ 내외)을 포함하는 100 ℃ 이하의 저온에서도 유기 기상 화합물을 흡착 분해하는 특성을 갖게 되며, 100 ℃ 이상의 고온에서는 물과 이산화탄소를 분해하는 특성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 촉매의 제조 공정을 나타내는 것으로, 수용성 금속염 A, 세라믹 원료 B와 가연성 물질 C를 균일한 조성 분포가 되도록 혼합하는 촉매 원료 혼합 공정 1을 수행하고, 상기 수용성 금속염이 완전히 용해되도록 증류수 D를 적당량 첨가하여 반죽하여 원하는 형태로 성형하는 촉매 원료 성형 공정 2를 거친 후, 상기 성형된 촉매 원료를 상온에서 충분히 건조시키는 건조 공정 3 및 이를 400 ℃ 내지 1400 ℃의 온도에서 소성시키는 소성 공정 4를 거쳐 세라믹 촉매를 제조하는 것을 보여준다.
도 2는 본 발명에서 이용한 유기 기상 화합물 분해 실험 장치를 나타내는 것 이다. 흡착 분해 실험의 대상으로서 기체 또는 기화 가능한 화합물을 원하는 농도가 되도록 셉텀(septum) 2를 통하여 밀폐된 스테인레스 용기 1에 주입한다. 주입되는 화합물이 액체인 경우에는 증발접시 3에 주사하여 화합물이 서서히 기화되도록 한다. 흡착 분해 촉매를 다공성 입자 형태로 바닥이 500 메쉬(mesh) 스테인레스 철망으로 이루어진 촉매 적층 용기 4에 장입한다. 전선과 콘센트 6으로 외부의 전원과 연결된 휀 5는 용기 내의 유체를 촉매 적층 용기 바닥 쪽으로 송풍하여 용기 내 유체의 지속적 순환을 유지시키는 역할을 한다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 사상을 보다 구체적으로 표현하여 이해를 돕고자 하는 것에 불과하고, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니며, 당업자에게 있어서 그 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.
[실시예]
실시예 1: 세라믹 원료에 따른 세라믹 촉매의 분해 특성
세라믹 원료 90 중량부와 제2 염화철(FeCl2), 아세트산망간, 황산바나듐, 아세트산마그네슘, 아세트산코발트, 염화아연, 아세트산카드뮴, 질산바륨 및 염화주석 각 1 중량부를 혼합한 후에 상기 혼합물에 평균 입경 20 ㎛의 스테아린산 분말 50 중량부를 첨가하여 세라믹 촉매 원료 혼합물을 제조하였다. 상기 세라믹 원료로서, 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 다공성 알루미나, 고령토, 맥반석, 제올라이트 및 다공성 알루미나(50 중량%)와 다공성 실리카 (50 중량%)를 함유하는 소성물 을 각각 사용하였다.
상기 혼합물과 증류수를 동일한 무게 비율로 섞어 반죽한 후, 직경 3 cm, 길이 10 cm의 원통형으로 성형하고, 상온에서 72 시간 건조시켰다. 건조된 성형물을 전기오븐에서 1000 ℃로 10 시간 소성시킨 다음, 상온 냉각시켜 세라믹 촉매를 얻었다.
상기와 같이 얻어진 원통형 세라믹 촉매를 평균 입경 1 mm가 되도록 분쇄한 후, 5 g을 취하여, 도 2의 유기 기상 화합물 분해 실험 장치에 넣고 실험 장치를 밀봉한 후, 셉텀(septum)을 통하여 프로피온알데히드(C2H3CHO) 1000 ppm을 주입하고, 상온 (25 내지 30 ℃)과 60 ℃에서 24 시간 방치한 후, 실험 장치 내부의 프로피온알데히드의 분해율을 가스크로마토그래피(HP-5890)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
세라믹원료 분해율 (부피%)
상온 60 ℃
다공성 알루미나 3 6
고령토 3 7
맥반석 4 9
제올라이트 6 15
다공성 알루미나와 실리카 함유 소성물 5 12
실시예 2: 금속 산화물에 따른 세라믹 촉매의 분해 특성 1
다공성 알루미나 20 중량부, 고령토 20 중량부, 제올라이트 20 중량부, 맥반석 20 중량부 및 벤토나이트 20 중량부가 혼합된 세라믹 원료 97 중량부 및 아세트산코발트 2 중량부와 아래의 표 2에 기재된 수용성 금속염 1 중량부를 혼합한 후, 상기 혼합물에 평균 입경 0.2 ㎛의 미분탄 분말 60 중량부를 첨가하여 세라믹 촉매 원료 혼합물을 제조하였다.
상기 혼합물에 증류수를 무게 비율로 1.5 배 섞어 반죽한 후에, 직경 3 cm, 길이 10 cm의 원통형으로 성형하고, 상온에서 72 시간 건조시켰다. 건조된 성형물을 전기로에서 1100 ℃로 12 시간 소성하고, 상온 냉각시켜 세라믹 촉매를 얻었다.
상기와 같이 얻어진 원통형 세라믹 촉매를 평균 입경 1 mm가 되도록 분쇄시킨 후 5 g을 취하여, 도 2의 유기 기상 화합물 분해 실험 장치에 넣고 실험 장치를 밀봉한 후, 셉텀을 통하여 부탄올(C4H9OH) 1000 ppm을 주입하고 상온(25 ~ 30 ℃)과 60 ℃에서 24 시간 방치한 후 실험 장치 내부의 부탄올의 분해율을 가스크로마토그래피(HP-5890)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
수용성 금속염 분해율 (부피%)
상온 60 ℃
아세트산마그네슘 (Mg(C2H3O2)2) 2 5
아세트산스트론튬 (Sr(C2H3O2)2) 3 8
질산바륨 (Ba(NO3)2) 2 4
황산바나듐 (V2(SO4)3) 5 12
질산크롬 (Cr(NO3)3) 4 10
아세트산망간 (Mn(C2H3O2)2) 3 7
염화제이철 (FeCl3) 2 5
황산니켈 (NiSO4) 3 7
염화구리 (CuCl2) 3 6
염화아연 (ZnCl2) 2 5
아세트산카드뮴 (Cd(C2H3O2)2) 4 9
염화주석 (SnCl2) 2 4
인산비스무스 (BiPO4) 3 5
수산화칼슘 (Ca(OH2) 4 9
수산화리튬 (LiOH) 3 7
수산화나트륨 (NaOH) 3 6
수산화칼륨 (KOH) 4 8
수산화바륨 (Ba(OH)2) 2 5
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 세라믹 원료에 수용성 금속염을 혼합하여 소성시킴으로써 세라믹 원료 내에 금속 산화물을 분산시키는 방법으로 제조된 본 발명에 따른 세라믹 촉매와 추가로 세라믹 촉매의 표면을 수용성 금속염으로 피복시키는 방법으로 제조된 본 발명에 따른 세라믹 촉매는 유기 기상 화합물을 100 ℃ 이하의 저온 특히 상온(25 ℃ 내외)에서 흡착 분해시킬 수 있다.
실시예 3: 금속 산화물에 다른 세라믹 촉매의 분해 특성 2
다공성 알루미나 20 중량부, 장석 20 중량부, 제올라이트 20 중량부, 맥반석 20 중량부 및 벤토나이트 20 중량부가 혼합된 세라믹 원료 97부 및 아세트산코발트 2 중량부와 아래의 표 3에 기재된 수용성 금속염 1 중량부를 혼합한 후, 이 혼합물에 평균 입경 0.2㎛의 미분탄 분말 60 중량부를 첨가하여 세라믹 촉매 원료 혼합물을 제조하였다.
이 혼합물에 증류수를 무게 비율로 1.5 배 섞어 반죽한 후, 직경 3㎝, 길이 10㎝의 원통형으로 성형하고 상온에서 72시간 건조시켰다. 건조된 성형물을 전기로에서 900℃로 12시간 소성하여 상온 냉각시키고, 세라믹 촉매를 얻었다.
상기와 같이 얻어진 원통형 세라믹 촉매를 평균 입경 1㎜가 되도록 분쇄한 후, 5 g을 취하여 도 2의 유기 기상 화합물 분해 실험 장치에 넣고, 물을 증발접시에 충분히 넣어 용기 내의 습도가 포화상태가 될 수 있도록 실험 장치를 밀봉하였다. 그리고 나서, 셉텀을 통하여 이산화탄소(CO2)를 2,000 ppm 농도로 주입하고, 120 ℃로 가열하면서 72시간 방치한 후, 실험 장치 내부의 이산화탄소 및 생성물들을 가스크로마토그래피(HP-5890)를 이용하여 측정하였다. 혼합된 수용성 금속염의 종류에 따른 이산화탄소의 분해율을 다음의 표 3에 나타내었다.
수용성 금속염 분해율 (부피%)
120 ℃
아세트산마그네슘 (Mg(C2H3O2)2) 3
아세트산스트론튬 (Sr(C2H3O2)2) 4
질산바륨 (Ba(NO3)2) 3
황산바나듐 (V2(SO4)3) 5
질산크롬 (Cr(NO3)3) 4
아세트산망간 (Mn(C2H3O2)2) 4
염화제이철 (FeCl3) 3
황산니켈 (NiSO4) 4
염화구리 (CuCl2) 4
염화아연 (ZnCl2) 3
아세트산카드뮴 (Cd(C2H3O2)2) 4
염화주석 (SnCl2) 3
인산비스무스 (BiPO4) 4
수산화칼슘 (Ca(OH2) 5
수산화리튬 (LiOH) 4
수산화나트륨 (NaOH) 3
수산화칼륨 (KOH) 4
수산화바륨 (Ba(OH)2) 3
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매는 100 ℃ 이상의 고온에서는 이산화탄소를 분해하는 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
실시예 4: 금속염 수용액에 추가적으로 함침 및 소성시킨 세라믹 촉매의 분해 특성
실시예 1의 방법 중 세라믹 원료로서 다공성 알루미나를 사용하여 제조된 촉매를 하기의 금속염 수용액 10 중량%에 넣고 3 시간동안 함침시킨 후, 상온에서 24시간 건조시켰다. 건조된 금속염 함침 촉매를 전기 오븐에서 1000 oC로 1시간 소성시킨 후, 상온으로 냉각시켜 본 발명의 세라믹 촉매를 얻었다. 상기와 같이 얻어진 원통형 세라믹 촉매를 평균 입경 1 mm가 되도록 분쇄한 후, 5 g을 취하여, 도 2의 유기 기상 화합물 분해 실험 장치에 넣고 실험 장치를 밀봉한 후, 셉텀(septum)을 통하여 프로피온알데히드(C2H3CHO) 1000 ppm을 주입하고, 상온 (25 내지 30 ℃)과 60 ℃에서 24 시간 방치한 후, 실험 장치 내부의 프로피온알데히드의 분해율을 가스크로마토그래피(HP-5890)를 이용하여 측정하여, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
금속염 수용액 분해율 (부피%)
상온 60 ℃
수산화 칼슘 4 8
수산화 나트륨 4 7
수산화 칼륨 3 7
수산화 바륨 4 7
수산화 리튬 5 8
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속염 수용액에 추가적으로 함침 및 소성시킨 세라믹 촉매는 상온 및 60 ℃와 같이 비교적 낮은 온도에서도 우수한 분해 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 세라믹 원료에 수용성 금속염을 분산시켜 얻어지거나, 임의적으로, 수용성 금속염으로 피복되어 얻어지는, 다양한 기공을 갖는 본 발명의 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매는 획기적으로 강화된 유기 기상 화합물 분해 특성을 가지므로, 100 ℃ 이하의 저온, 특히 상온 (약 25℃)에서도 기상 화합물의 흡착 분해 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 금속 산화물 함유 다공성 촉매는 악취 물질 제거 등 산업적 이용 가능성이 매우 클 것으로 기대된다.

Claims (16)

  1. 다공성 세라믹 원료 70 내지 99.5 중량%와
    수용성 코발트염, 마그네슘염, 스트론튬염, 바륨염, 바나듐염, 크롬염, 망간염, 철염, 니켈염, 구리염, 아연염, 카드뮴염, 주석염, 비스무스염, 수산화칼슘, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화바륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 가지 이상의 물질인 것인 수용성 금속염 0.5 내지 30 중량%의 혼합물을
    물과 함께 혼합한 후,
    이를 성형, 건조 및 소성하여 얻어지며,
    상기 세라믹 원료 내에 금속 산화물이 균일하게 분산된, 기상 화합물의 흡착 분해 가능한 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물에 상기 혼합물 총중량의 70 중량% 이하의 가연성 물질이 추가적으로 혼합되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  3. 제1항에 있어서, 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  4. 제2항에 있어서, 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 원료가 다공 성 알루미나(Al2O3), 점토, 고령토, 구석, 도석, 장석, 맥반석, 제올라이트, 벤토나이트, 알루미늄 화합물 및 10 중량% 이상의 다공성 알루미나와 50 중량% 이상의 다공성 실리카(SiO2) 함유 소성물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 수용성 금속염이 수용성 코발트염이거나, 수용성 코발트염과 마그네슘염, 스트론튬염, 바륨염, 바나듐염, 크롬염, 망간염, 철염, 니켈염, 구리염, 아연염, 카드뮴염, 주석염, 비스무스염, 수산화칼슘, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화바륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 가지 이상의 물질과의 혼합물 인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  8. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 가연성 물질은 아디핀산, 멜라닌, 설탕, 스테아린산 및 파라핀으로 이루어진 군 중에서 선택되는 분말형 탄화수소 화합물; 카본블랙, 미분탄 및 흑연가루로 이루어진 군 중에서 선택되는 분말형 탄소 화합물; 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매.
  9. (a) 다공성 세라믹 원료 70 내지 99.5 중량%와 코발트염, 마그네슘염, 스트론튬염, 바륨염, 바나듐염, 크롬염, 망간염, 철염, 니켈염, 구리염, 아연염, 카드뮴염, 주석염, 비스무스염, 수산화칼슘, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화바륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 가지 이상을 사용하는 것인 수용성 금속염 0.5 내지 30 중량%를 혼합하고,
    (b) 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물을 물과 함께 반죽하여 원하는 형태로 성형하고,
    (c) 상기 얻어진 성형물을 상온에서 건조시킨 후, 400 내지 1,400 ℃의 온도에서 소성하여 상기 성형물 내에 금속 산화물을 균일하게 분산시키는 단계를 포함하는 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 원료와 수용성 금속염의 혼합물에 가연성 물질을 상기 혼합물 총중량의 70 중량% 이하의 양으로 추가적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 단계 (c) 이후에,
    (d) 상기 얻어진 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액에 5 분 이상 침적시킨 후, 건조시키고, 400 내지 1,400 ℃의 온도에서 2차 소성하여, 상기 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 금속 산화물로 피복시키는 단계를 추가적으로 포함하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (c) 이후에,
    (d) 상기 얻어진 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 수용성 금속염이 1 내지 20 중량%의 함량으로 함유된 금속염 수용액에 5 분 이상 침적시킨 후, 건조시키고, 400 내지 1,400 ℃의 온도에서 2차 소성하여, 상기 금속 산화물 함유 다공성 세라믹 촉매를 금속 산화물로 피복시키는 단계를 추가적으로 포함하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 원료로서 다공성 알루미나(Al2O3), 점토, 고령토, 구석, 도석, 장석, 맥반석, 제올라이트, 벤토나이트, 알루미늄 화합물 및 10 중량% 이상의 다공성 알루미나와 50 중량% 이상의 다공성 실리카(SiO2) 함유 소성물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 수용성 금속염으로서 수용성 코발트염을 단독으로 사용하거나, 수용성 코발트염과 마그네슘염, 스트론튬염, 바륨염, 바나듐염, 크롬염, 망간염, 철염, 니켈염, 구리염, 아연염, 카드뮴염, 주석염, 비스무스염, 수산화칼슘, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화바륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
  16. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 가연성 물질로서 아디핀산, 멜라닌, 설탕, 스테아린산 및 파라핀으로 이루어진 군 중에서 선택된 분말형 탄화수소 화합물; 카본블랙, 미분탄 및 흑연가루로 이루어진 군 중에서 선택된 분말형 탄소 화합물; 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 촉매의 제조 방법.
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