KR100923024B1

KR100923024B1 - 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법

Info

Publication number: KR100923024B1
Application number: KR1020070132927A
Authority: KR
Inventors: 최주홍; 배명환; 조용수; 김진형
Original assignee: (주)신텍
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-10-22
Also published as: KR20090065568A

Abstract

본 발명은 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 화력발전소, 소각로, 그리고 각종 산업공정 등의 고정원에서 발생하는 공해물질을 기존의 처리공정보다 효율적이고 에너지 친화적이며 경제적으로 처리하기 위하여 분진과 질소산화물을 동시에 제거할 수 있는 촉매필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법은 이물질 제거단계와, 유기물질 제거단계와, 코팅 셀 장착단계와, 제1수용액 주입단계와, 제1회전코팅단계와, 제1건조단계와, 제2수용액 주입단계와, 제2회전코팅단계와, 제2건조단계와, 소성단계를 포함한다.

본 발명으로 제조된 촉매필터로 배출가스에 포함된 분진을 제거하면 집진효율이 99.99%까지 올라간다. 즉 화력발전소, 소각로 그리고 일반 보일러에서 배출되는 가스 중의 분진을 처리할 경우 그 배출량을 2ppm 이하로 제어할 수 있다. 이와 동시에 질소산화물을 90% 까지 처리하여 500ppm으로 배출되는 가스를 처리할 경우 그 배출량을 50ppm 이하로 조절할 수 있다.

세라믹 필터, 회전코팅, 타이타니아 촉매

Description

캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법{CATALYST COATING METHOD FOR CANDLE TYPE CERAMIC FILTER}

촉매필터는 세라믹과 금속소재의 고온 세라믹 필터를 활용하여 기존의 집진기능을 가진 필터에 촉매를 부착하여 분진과 질소산화물을 동시에 처리할 수 있는 기능을 가진 것이다. 고정원에서 배출되는 공해물질은 주로 분진, 황산화물, 질소산화물, 염소화합물, 그리고 중금속 가스 등으로 분류된다. 이들 물질을 개별적으로 처리할 수 있는 기술은 이미 상용화되어 있지만 처리하고자 하는 가스가 갖고 있는 에너지 활용도를 높이고 보다 환경 친화적이고 경제적인 처리 시스템을 개발하기 위하여 복합처리기술의 필요성이 강조된다. 이 중에서 분진과 집진을 동시에 수행할 수 있는 촉매필터를 사용하여 배출가스 중의 삭스(SOx), 분진, 녹스(NOx)를 효율적으로 처리할 수 있는 SOx-NOx-ROx Box(SNRB) 공정을 바브콕 앤 윌콕스(Babcock & Wilcok)사가 미국 특허 US4,309,386 및 유럽특허 EP 0268353에서 소개하였다. 이 공정은 선택적촉매환원(이하 "SCR"이라고 함.) 기능이 부여된 촉매필터 집진기 전단에 SOx 흡수제와 환원제인 암모니아를 주입하여 SOx를 흡수시키고 난 후에 분진과 NOx를 동시에 제거하는 시스템이다.

SCR 반응에 적용하는 촉매로는 금속산화물인 V₂O₅, Fe₂O₃, CuO, Cr₂O₃, NiO, CeO₂, Pr₆O₁₁, Nd₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃ 등이 알려져 있다. 이들 촉매들은 SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ 등의 허니컴이나 모노리스(monolith)의 지지체에 코팅되어 사용되고 있다. 이 중에서 V₂O₅-WO₃-TiO₂ 계 촉매가 상업공정에서 많이 활용되고 있다. 특히 WO₃는 촉매의 브론스테드(Bronsted)와 루이스(Lewis) 산점의 재생성에 큰 역할을 가지며 또한 SO₂에 의한 활성 저하의 영향을 최소화시켜 촉매의 활성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 따라서 V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매는 90% 이상의 NOx 제거 효율을 보일 뿐만 아니라 반응에 영향을 미치는 SO₂에 대한 내구성이 좋은 것으로 알려져 있다. V₂O₅-TiO₂ 촉매는 고온 촉매로서 300~400℃에서 우수한 질소산화물 제거 성능을 보이나 저온에서는 낮은 효율성을 보이는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 같은 효율을 보이면서 저온에서도 활성을 가지는 촉매로 MnOx, MoO₂, CeO₂, SnO₂, ZrO₂ 등이 많이 연구되고 있다. 또한 저온의 SCR 반응을 위한 귀금속 촉매로써 Pt, Pd, Ru 등이 있다. 귀금속촉매는 저온에서 우수한 성능을 보이나 고온에서는 환원제인 암노 니아의 산화반응을 촉진시키고 배기가스 중에 포함되어 있는 황산화물에 의해 촉매활성이 저하되는 단점이 있다. 제올라이트계 촉매로서, H-ZSM-5, 모데나이트(mordenite), Y-제올라이트 등이 활용되고 있으며, 제올라이트 자체에 촉매를 부착시키거나 금속이온을 교환시켜서 촉매를 부착하는 방법을 사용한다. 이와 같이 현재 금속 및 비금속 산화물 등의 촉매와 각종 비금속 산화물과 제올라이트 등의 조합으로 약 1000 여종의 암모니아 사용 SCR 촉매가 보고되었다.

재래적으로 상기의 촉매들은 주로 허니컴이나 모니리스 형 세라믹 필터에 부착되어 배기가스 중의 질소산화물 처리에 활용되고 있다. 그러나 기존의 허니컴이나 모노리스는 집진 기능이 없기 때문에 전단에 150℃ 정도의 중·저온에서 운전되는 전기 집진기나 여과포 집진기에서 분진을 제거한 후에 다시 SCR 반응온도로 가열하여 300~400℃의 고온에서 SCR 반응을 진행시키는 공정을 주로 따르고 있다. 따라서 다단계 장치를 사용하는 데 따르는 처리 시설비, 설비 운전비, 그리고 에너지 손실을 줄이기 위하여 집진과 SCR 반응이 동시에 진행될 수 있는 촉매필터의 활용이 매우 바람직하다.

촉매필터의 개발을 위하여 기존에 개발된 성능이 높은 촉매를 집진필터에 효과적으로 부착하는 방법이 우선적으로 중요하다. 미국 특허 US 4,220,633은 백 필터(bag filter)에 귀금속 또는 금속 산화물 촉매를 스프레이 방식으로 코팅하여 촉매필터를 제조하는 방법을 소개하였다. 필터소재로써, 유리, 금속, 세라믹 섬유가 사용되었다. 미국특허 US 4,732,879는 여러 가지 성분의 SCR 촉매를 함유하는 졸-겔 용액에 유리섬유 천을 담가서 제조하는 담금법(immersing method) 방법을 사용 하여 촉매필터를 제조하였다. 미국특허 US 5,620,669와 US 5,843,390에서는 SCR 촉매를 팽창시킨 e-PTFE(polytetrafluoroethylene) 복합섬유에 혼합한 후에 e-PTFE와 같이 펠트로 제작하여 다공질 촉매필터를 제작하는 방법을 소개하였다. 대한민국 공개특허공보 10-2002-0030991은 SCR 촉매를 슬러리로 만들어 스프레이 방식에 의하여 백 필터에 코팅시키는 방법을 제시하였다.

상기에 소개된 백 필터 형태의 집진필터에 고정된 촉매필터는 사용 온도가 250℃ 이하로 제한적이고 또한 백필터는 처리가스 량이 많을 경우 집진 효율이 떨어지기 때문에 초정밀 집진효율을 충족시키기 어렵다. 따라서 고온 운전과 초정밀 집진을 실현하기 위하여 성형체 세라믹 필터를 활용하여 제작된 촉매필터가 필요하다. 세라믹 성형체 특히 허니컴 트루-플로우 필터(honeycomb through-flow filter)에 촉매를 코팅하는 방법은 디젤 자동차 배기가스 정화용 또는 연소용 촉매필터 제조를 위하여 다양하게 개발되었다. 디젤 자동차용 매연필터로는 주로 허니컴 형태의 필터가 사용된다. 대한민국 공개특허공보 10-2005-034983에서는 디젤매연촉매필터를 제조하기 위하여 촉매성분의 입자들로 슬러리를 제조하여 여기에 필터를 담그는 방법(액침법)으로 촉매를 필터에 고정시키는 방법이 제시되었다. 대한민국 공개특허공보 10-2006-0056530에서는 촉매성분을 콜로라이드 상태로 제조하여 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등 유기용제 및 고분자 물질로 입자의 사이즈를 조절하여 필터의 미세기공에도 촉매가 잘 코팅되는 촉매필터 제조방법을 제시하였다. 딥코팅(Dip coating)법으로 허니컴 월-플로우 필터(honeycomb well-flow filter)에 촉매를 고정시키는 방법은 국제특허 공개공보 WO 01112320과 미국특허 공개공보 US200410258594에 소개되었다.

상기에서 소개한 바와 같이 세라믹 성형체에 촉매를 고정시키는 방법에 있어서 필터의 미세기공에 까지 촉매입자를 분산시키기 위하여 졸-겔 콜로이드 상태의 용액에 필터를 담가서 끄집어내는 담근법(deep coating)법이 통용되어 왔다. 이 경우 분산제나 고분자 물질을 사용하여 고분자 각인법을 활용하더라도 처리과정에서 촉매입자의 응집에 의하여 만족스런 분산이 어려운 것으로 보고되었다. 그리고 촉매입자의 분산도를 높이기 위하여 미리 제조된 촉매입자를 슬러리 상태로 하여 담근법으로 촉매필터를 제조할 경우 필터의 미세기공에 촉매입자를 분산시키기가 어려운 문제점이 있었다. 특히 필터의 두께가 두껍고 촉매가 필터의 내부 기공의 표면에 부착되어야 하는 캔들형 세라믹 필터의 경우 스프레이 코팅과 같이 표면에만 코팅이 이루어지는 기술로는 촉매필터를 제조할 수 없었다. 따라서 필터 내부의 기공까지 촉매입자를 분산시키는 효과적인 기술이 필요하다.

본 발명에서는 촉매를 세라믹 필터에 효과적으로 부착시키기 위하여 필터의 주 담체인 타이타니아(TiO₂)를 언더 코팅한 후에 촉매성분을 수용액에 녹여서 언더 코팅한 필터를 담지 시킨 후에 일반적인 건조와 소성과정을 거처서 촉매필터를 제조하는 회전코팅법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법은 이물질 제거 단계와, 유기물질 제거단계와, 코팅 셀 장착단계와, 제1수용액 주입단계와, 제1회전코팅단계와, 제1건조단계와, 제2수용액 주입단계와, 제2회전코팅단계와, 제2건조단계와, 소성단계를 포함한다.

상기 이물질 제거단계는 물을 사용하여 캔들형 세라믹 필터의 이물질을 세척하는 단계이다. 상기 유기물질 제거단계는 묽은 산 또는 알카리 수용액을 사용하여 세라믹 필터에 부착된 유기물질을 제거하는 단계이다. 상기 코팅 셀 장착단계는 상기 세라믹 필터를 수용하여 밀폐시키고 상기 세라믹 필터의 내부에 유체를 공급하기 위한 유체흡입구를 구비한 코팅 셀에 상기 캔들형 세라믹 필터를 장착하는 단계이다. 상기 제1수용액 주입단계는 상기 유체흡입구를 통하여 상기 캔들형 세라믹 필터의 내부에 타이타니아 수용액을 주입하는 단계이다. 상기 제1회전코팅단계는 상기 코팅 셀을 회전시켜서 상기 세라믹 필터에 타이타니아 입자를 코팅하는 단계이다. 상기 제1건조단계는 상기 세라믹 필터를 건조하는 단계이다. 상기 제2수용액 주입단계는 상기 유체흡입구를 통하여 상기 세라믹 필터의 내부에 촉매수용액을 주입하는 단계이다. 상기 제2회전코팅단계는 상기 코팅 셀을 회전시켜서 상기 세라믹 필터에 상기 촉매를 코팅하는 단계이다. 상기 제2건조단계는 상기 세라믹 필터를 건조하는 단계이다. 상기 소성단계는 상기 세라믹 필터를 가열하여 소성하는 단계이다.

또한, 상기의 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법에 있어서, 상기 제1수용액 주입단계는 상기 타이타니아 수용액의 높이가 상기 세라믹 필터의 두께보다 높도록 상기 타이타니아 수용액을 주입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법에 있어서, 상기 제1건조단계는 상기 코팅 셀을 회전시키면서 상기 코팅 셀의 하부에 열을 가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법에 있어서, 상기 소성단계는 450 내지 500℃ 정도의 온도에서 3시간 동안 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제조된 촉매필터를 사용할 경우 배출가스 공정을 간단히 구성하고 동시에 공정의 에너지를 효과적으로 회수할 수 있다. 즉 기존의 배기가스 처리공정은 여과포 집진기나 전기 집진기로 분진을 처리하기 위하여 공정가스의 온도를 150℃ 이하로 내린 후에 분진을 제거한 후 다시 질소산화물 제거를 위하여 공정가스의 온도를 300℃ 이상 가열하는 방법을 택하고 있다. 또한 황산화물을 습식으로 처리하기 위하여 공정가스 온도를 상온으로 내리는 방법을 택하고 있다. 그러나 촉매필터를 사용할 경우 그 전단에 탈황제를 주입하여 고온에서 탈황을 수행하고 이때 생성되는 황입자와 분진은 촉매필터에서 제거한 후에 질소산화물을 고온에서 동 시에 처리하면 간단하게 공해 가스를 처리할 수 있다. 필요한 경우 이 고온 청정가스로부터 에너지를 회수하면 열교환기의 수명을 늘임과 동시에 공해가스를 효과적으로 처리할 수 있다. 그리고 차후에 공정가스에 많이 포함되어 있는 이산화탄소를 촉매 전환하여 메탄올 등의 유용한 물질로 전환 시키는 공정을 연계시킬 때 그 촉매전환을 위한 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법의 일 실시예의 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀에 캔들형 세라믹 필터가 장착된 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀을 회전하기 위한 장치의 일 실시예이며, 도 4는 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀을 회전하기 위한 장치의 다른 실시예이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법의 실시예를 설명한다.

도 1에 도시된 방법은 이물질 제거단계(S10)와, 유기물질 제거단계(S20)와, 코팅 셀 장착단계(S30)와, 제1수용액 주입단계(S40)와, 제1회전코팅단계(S50)와, 제1건조단계(S60)와, 제2수용액 주입단계(S70)와, 제2회전코팅단계(S80)와, 제2건조단계(S90)와, 소성단계(S100)를 포함한다.

이물질 제거단계(S10)는 물을 사용하여 캔들형 세라믹 필터의 이물질을 세척하는 단계이다. 본 발명의 실시예에서 사용된 세라믹 필터(10)는 석탄청정에너지 공정과 같이 850℃ 이상의 온도에서 사용할 목적으로 상용 개발된 미국 필터(filter)사의 상품명 Dia-Schumalith 10-20이다. Dia-Schumalith 10-20은 SiC 입자가 세라믹 소결재에 의하여 소결결합으로 필터의 성형체를 이룬다. 성형체의 두께는 10㎜이며, 외경이 60㎜이고, 내경이 40㎜의 캔들형 필터이다. 필터(10)의 집진특성을 향상시키기 위하여 필터(10)의 외벽에 아주 작은 세라믹 입자를 도포하여 표면여과가 형성되게 하였으며, 그 박막 기공의 평균 직경은 약 10㎛ 정도로써 대부분의 집진이 여기에서 수행된다. 그리고 내부의 지지층은 기공의 평균직경이 100㎛ 정도로써 여기에 나노 사이즈의 SCR 촉매를 효과적으로 부착시키는 것이 본 발명의 목적이다. 분진을 포함한 공해가스가 촉매필터를 통과할 때 먼저 촉매필터의 외벽에서 제거되고 질소산화물은 필터(10)를 통과할 때 내부의 촉매층에서 제거된다. 이물질 제거단계(S10)에서 세라믹 필터(10)를 물로 잘 세척하여 이물질을 제거한다.

유기물질 제거단계(S20)는 세라믹 필터(10)에서 이물질을 제거한 후에 묽은 가성소오다 또는 묽은 질산 수용액을 사용하여 세라믹 필터(10)에 부착된 유기물질을 제거하는 단계이다. 세라믹 필터(10)에 부착된 유기물질을 제거한 후 다시 물로 세척하여 건조시킨다.

코팅 셀 장착단계(S30)는 세라믹 필터(10)를 코팅 셀(20)에 장착하는 단계이다. 코팅 셀(20)은 세라믹 필터(10)를 아래에서 설명하는 회전코팅을 하기 위하여 특별히 고안되었다. 코팅 셀(20)은 셀커버(21)와, 플렌지(23)를 구비한다. 셀커버(21)의 내부에는 세라믹 필터(10)가 장착되고, 플렌지(23)는 셀커버(21)의 양단에 볼트(25)로 체결된다. 플렌지(23)에는 코팅 셀(20)의 내부에 장착된 세라믹 필터(10)의 내부로 타이타니아 수용액 등 유체를 공급하기 위하여 유체흡입구(29)가 형성되어 있다. 또한 셀커버(21)의 플렌지(23)의 결합부위에는 세라믹 필터(10)에 공급된 유체가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 O-링을 사용하여 밀봉시킨다.

제1수용액 주입단계(S40)는 유체흡입구(29)를 통하여 타이타니아 수용액을 주입한다. 이때 필터(10)가 수용액에 충분히 적셔지기 위하여 수용액의 높이가 필터의 두께보다 약간 높게 유지하도록 타이타니아 수용액을 주입한다.

제1회전코팅단계(S50)는 코팅 셀(20)을 회전시켜서 상기 세라믹 필터에 타이타니아 입자를 코팅하는 단계이다.

코팅 셀(20)의 회전은 도 3에서 보는 바와 같이 두 개의 롤러(30)를 설치하고, 코팅 셀(20)을 롤러(30) 위에 장착하여 코팅 셀(20)을 회전할 수 있다. 또는 도 4에서 보는 바와 같이 모터(45)에 기어박스(47)를 연결하여 코팅 셀(20)을 회전시킬 수 있다. 이때 타이타니아 수용액은 저장고(40)에 저장된 후 유도관(41)을 통하여 필터(10) 내부로 공급될 수 있다. 미설명부호(43)는 지지대이다.

타이타니아 수용액은 필터(10)의 내부에서 바닥 부분을 적신다. 코팅 셀(10) 이 회전을 하면 상기 수용액을 함유한 필터(10)의 바닥부분은 천정 위치에 도달한다. 그러면 수용액이 빠져나와 다시 바닥부분을 적신다. 코팅 셀(20)이 회전을 하면 이러한 동작을 반복함으로 타이타니아 수용액은 필터의 모든 부위로 충분히 스며들게 된다.

제1건조단계(S60)는 코팅 셀(20) 내부에 남아 있는 타이타니아 수용액을 제거한 후 필터(10)를 건조시킨다. 이때 코팅 셀(20)을 회전하면서 코팅 셀(20)의 하부에 약한 열을 가열하여 필터(10)를 서서히 건조시킨다. 이는 종래의 담근 코팅(deep coating) 과정의 건조 중에서 한쪽으로 용액이 쏠리어 촉매가 균일하게 코팅되지 못하였던 현상을 효과적으로 개선한 것이다. 이와 같이 건조하면 필터(10)의 미세기공까지 촉매입자가 부착되는 것은 물론 필터(10)의 전체 기공에 촉매가 골고루 부착되는 효과를 얻을 수 있다.

제2수용액 주입단계(S70)는 유체흡입구(29)를 통하여 세라믹 필터(10)의 내부에 촉매수용액을 주입하는 단계이다. 일차적으로 타이타니아 입자를 코팅한 필터(10)를 150 내지 250℃의 온도에서 건조시켜서 코팅표면을 안정시킨 후 여러 가지 촉매를 용해한 수용액을 타이타니아 입자가 코팅된 필터(10)에 주입한다. 이때 사용하는 SCR 촉매는 사용조건에 따라 여러 가지 조성으로 구성될 수 있다. 즉 300 내지 350℃의 고온용 촉매는 대표적으로 V₂O₅-WO₃를 타이타니아에 부착시킨 조성을 갖는다. 그리고 200℃ 전후의 저온용 촉매로써는 Pt, MnOx 등의 조촉매가 함유된 촉매의 조성이 유효하다.

제2회전코팅단계(S80)는 코팅 셀(20)을 회전시켜서 세라믹 필터(10)에 상기 촉매를 코팅하는 단계이다.

제2건조단계(S90)는 세라믹 필터(10)에서 촉매수용액을 완전히 건조한다.

소성단계(S100)는 필터(10)를 450 내지 500℃ 정도의 온도에서 3시간 동안 소성시킨다. 이러한 과정을 거치면 최종적으로 SCR 촉매필터가 제조된다. 이하에서는 상기의 방법으로 제조된 실험예를 설명한다.

실험예 1

PH 1.4인 36%HCl 수용액에 상용 TiO₂인 Degussa P25(Germany) 파우더를 첨가하여 농도가 10wt%되게 제조하여 1시간 동안 교반하여 TiO₂ 용액을 제조한다. SiC계 상용 세라믹 필터(Schumaclith 10-20)를 수평회전 코팅 셀에 장착한다. 코팅 셀을 수평회전기 롤러 위에 올려놓고 200rpm의 속도로 회전시키면서 TiO₂ 수용액을 챔버 내부로 주입한다. TiO₂ 수용액이 필터 내부의 기공을 완전히 채워지도록 1시간 정도 계속 회전을 시키면서 회전코팅을 시킨다. 이후 코팅 셀 내부에 남아 있는 TiO₂ 수용액을 제거한 후 다시 롤러 위에 올려놓는다. 코팅 셀을 100rpm의 속도로 회전을 시키고 히터의 온도조절기를 이용하여 70℃의 온도를 유지하면서 2시간동안 증발 건조시킨다. 이후 필터를 코팅 셀에서 분리한 뒤 120℃에서 2시간 건조하고 500℃ 의 전기로에서 3시간 동안 소성을 시킨다.

V₂O₅-WO₃/TiO₂/SiC 촉매필터를 제조하기 위하여 증류수 300㎖에 옥살산 6g을 섞은 옥살산 수용액(약 pH=1.2)에 암모늄 바나데이트(NH₄VO₃)와 암모늄 메타텅스테이트((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O) 전구체를 용해시킨다. V₂O₅는 TiO₂ 담지량의 약 1wt%, WO₃는 TiO₂ 담지량의 8wt%이다. 이 용액을 다시 TiO₂/SiC 필터가 설치되어 있는 코팅 셀에 주입한 후에 100rpm의 속도로 회전시키면서 70℃의 온도로 증발건조시켜 V₂O₅-WO₃ 촉매를 TiO₂/SiC 필터에 부착시킨다. 용매가 완전히 건조된 후에 필터를 분리하여 120℃에서 2시간 더 건조하여 기공 내에 존재하는 수분을 완전히 제거한 뒤 500℃에서 3시간 소성을 시켜서 촉매필터를 제조하였다.

제조된 필터는 NO 700ppm, NH₃ 700ppm, O₂ 7%의 질소분위기 가스에서 2㎝/s의 여과속도로 성능시험이 실시되었으며, 280-350℃의 온도 영역에서 90% 이상의 NO 전환율과 95% 이상의 N2 선택도를 나타내었다. 그리고 분진과 질소산화물의 농도가 가각 500~650 mg/sm³과 85~90 ppm의 농도로 배출되는 상용 보일러 배출 가스에서는 분진과 질소 산화물 배출양이 각각 1 mg/sm³과 7 ppm 이하이었다.

실험예 2

MnO₂-V₂O₅-WO₃/TiO₂/SiC 촉매필터를 제조하기 위하여 실험예 1과 동일한 방법을 TiO₂를 SiC 필터에 코팅하였다. 옥살산 수용액(약 pH=1.2)에 암모늄 바나데이트(NH₄VO₃)와 암모늄 메타텅스테이트((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O) 그리고 Manganese(Ⅱ) nitrate hydrate(Mn(NO₃)₂·xH₂O) 전구체를 용해시킨 후 실험예 1과 동일한 공정을 반복하여 촉매필터를 제조한다. V₂O₅와 WO₃의 함량은 V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매에서의 함량과 동일하게 하고 MnO₂의 함량은 최적의 활성을 가지는 함량을 찾기 위해서 V₂O₅의 함량의 50wt%로 맞추었다.

제조된 필터는 NO 700 ppm, O₂ 7%의 질소 분위기 가스에서 2㎝/s의 여과속도로 성능시험이 실시되었으며, 220-320℃의 온도영역에서 95% 이상의 NO 전환율과 95% 이상의 N2 선택도를 나타내었다. 그리고 분진과 질소산화물의 농도가 각각 500 ~ 650 mg/sm³과 85 ~90 ppm의 농도로 배출되는 상용 보일러 배출 가스에서는 분진과 질소 산화물 배출양이 각각 1mg/sm³과 5ppm 이하이었다.

실험예 3

Pt-V₂O₅-WO₃/TiO₂ /SiC 촉매필터를 제조하기 위하여 실험예 1과 동일한 방법으로 TiO₂를 SiC 필터에 코팅하였다.

옥살산 수용액 (약 pH=1.2)에 암모늄 바나데이트(NH₄VO₃)와 암모늄 메타텅스테이트((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O) 그리고 Ammonium tetrachloroplatinate(Cl₄H₈N₂Pt) 전구체를 용해시킨 후 실험예 1과 동일한 공정을 반복하여 촉매필터를 제조한다. V₂O₅과 WO₃의 함량은 V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매에서의 함량과 동일하게 하고 Pt의 함량은 V₂O₅의 15wt%를 계산하여 촉매 용액을 제조하였다.

제조된 필터는 NO 700 ppm, NH₃ 700 ppm, O2 7%의 질소 분위기 가스에서 2cm/s의 여과속도로 성능시험이 실시되었으며, 190-230℃의 온도 영역에서 98% 이상의 NO 전환율과 95% 이상의 N2 선택도를 나타내었다. 그리고 분진과 질소산화물의 농도가 각각 500 ~ 650 mg/sm³과 85 ~ 90 ppm의 농도로 배출되는 상용 보일러 배출가스에서는 분진과 질소 산화물 배출량이 각각 1mg/sm³과 10 ppm 이하이었다.

도 1은 본 발명에 따른 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법의 일 실시예의 개념도,

도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀에 캔들형 세라믹 필터가 장착된 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀을 회전하기 위한 장치의 일 실시예,

도 4는 도 1에 도시된 실시예에서 코팅 셀을 회전하기 위한 장치의 다른 실시예이다.

<도면부호의 간단한 설명>

10 : 세라믹 필터 20 : 코팅 셀

21 : 셀커버 23 : 플렌지

25 : 볼트 27 : O-링

29 : 유체흡입구 30 : 롤러

40 : 저장고 41 : 유도관

43 : 지지대 45 : 모터

47 : 기어박스

Claims

물을 사용하여 캔들형 세라믹 필터의 이물질을 세척하는 이물질 제거단계와,

상기 이물질 제거단계 후 묽은 산 또는 알카리 수용액을 사용하여 세라믹 필터에 부착된 유기물질을 제거하는 유기물질 제거단계와,

상기 유기물질 제거단계 후 상기 캔들형 세라믹 필터를 수용하여 밀폐시키고 상기 세라믹 필터의 내부에 유체를 공급하기 위한 유체흡입구를 구비한 코팅 셀에 상기 캔들형 세라믹 필터를 장착하는 코팅 셀 장착단계와,

상기 코팅 셀 장착단계 후 상기 유체흡입구를 통하여 상기 캔들형 세라믹 필터의 내부에 타이타니아 수용액의 높이가 상기 세라믹 필터의 두께보다 높도록 상기 타이타니아 수용액을 주입하는 제1수용액 주입단계와,

상기 제1수용액 주입단계 후 상기 코팅 셀을 회전시켜서 상기 세라믹 필터에 타이타니아 입자를 코팅하는 제1회전코팅단계와,

상기 제1회전코팅단계 후 상기 세라믹 필터를 건조하는 제1건조단계와,

상기 제1건조단계 후 상기 유체흡입구를 통하여 상기 세라믹 필터의 내부에 촉매수용액을 주입하는 제2수용액 주입단계와,

상기 제2수용액 주입단계 후 상기 코팅 셀을 회전시켜서 상기 세라믹 필터에 상기 촉매를 코팅하는 제2회전코팅단계와,

상기 제2회전코팅단계 후 상기 세라믹 필터를 건조하는 제2건조단계와,

상기 제2건조단계 후 상기 세라믹 필터를 가열하여 소성하는 소성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1건조단계는 상기 코팅 셀을 회전시키면서 상기 코팅 셀의 하부에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 소성단계는 450 내지 500℃ 정도의 온도에서 3시간 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 캔들형 세라믹 필터에 촉매를 코팅하는 방법.
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