KR101367023B1 - MANGANESE/TITANIA-BASED CATALYST, METHOD OF PREPARING THE SAME AND METHOD OF REMOVING NOx BY USING THE SAME - Google Patents

MANGANESE/TITANIA-BASED CATALYST, METHOD OF PREPARING THE SAME AND METHOD OF REMOVING NOx BY USING THE SAME Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조 및 응용에 관한 것으로, 망간 전구체와 티타니아 담체를 순차적으로 담지, 건조 및 소성하여 망간/티타니아 촉매를 제조하는 방법에 있어서, 상기 담지 공정 전 상기 티타니아 담체의 표면전하를 측정하여 0~1.5의 제타전위를 갖는 티타니아 담체를 선정하고, 선정된 티타니아 담체에 산화세륨을 혼합하여 상기 망간 전구체와 담지, 건조 및 소성함으로써 저온 영역에서 우수한 탈질 효율을 갖는 망간/티타니아 촉매와 망간/티타니아-세리아 촉매를 제공할 수 있다.The present invention relates to the preparation and application of a manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal, the method for preparing a manganese / titania catalyst by sequentially supporting, drying and firing a manganese precursor and a titania carrier, wherein the titania before the supporting process By measuring the surface charge of the carrier, a titania carrier having a zeta potential of 0 to 1.5 was selected, and a cerium oxide was mixed with the selected titania carrier to be supported, dried, and calcined with the manganese precursor. / Titania catalyst and manganese / titania-ceria catalyst can be provided.

Description

질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매와, 그 제조방법 및 이를 이용하여 질소산화물을 제거하는 방법{MANGANESE/TITANIA-BASED CATALYST, METHOD OF PREPARING THE SAME AND METHOD OF REMOVING NOx BY USING THE SAME}Manganese / Titania catalyst for removing nitrogen oxides, a method of manufacturing the same, and a method for removing nitrogen oxides using the same {MANGANESE / TITANIA-BASED CATALYST, METHOD OF PREPARING THE SAME AND METHOD OF REMOVING NOx BY USING THE SAME}

본 발명은 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조 및 응용에 관한 것으로, 특히, 140~250℃의 저온 영역에서 우수한 탈질 활성을 나타내는 망간/티타니아 촉매와 그 제조방법 및 이를 이용하여 질소산화물을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the preparation and application of a manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal, in particular, a manganese / titania catalyst showing excellent denitrification activity in a low temperature region of 140 ~ 250 ℃ and a method for producing the same and to remove the nitrogen oxide using the same It is about how to.

최근, 산업용 보일러, 가스터빈, 화력발전소, 폐기물 소각설비, 선박용 엔진 등의 운용 과정에서 발생하여 환경오염을 야기하는 질소산화물(NOx : NO, NO2, N2O 등)의 제거와 관련하여 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, 이하, “SCR”이라 함)이 널리 사용되고 있다.Recently, it is selective with regard to the removal of nitrogen oxides (NOx: NO, NO 2 , N 2 O, etc.) that occur during the operation of industrial boilers, gas turbines, thermal power plants, waste incineration plants, marine engines, etc. and cause environmental pollution. Selective Catalytic Reduction (hereinafter referred to as “SCR”) is widely used.

이러한 SCR에 사용되는 촉매로는 귀금속 촉매로부터 염기성 금속 촉매까지 다양한 촉매가 제안되어 왔으나 실질적으로 질소산화물의 제거 특성에는 담지되는 활성물질의 역할과, 담체와의 상호작용이 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.As catalysts used for such SCRs, various catalysts have been proposed, ranging from precious metal catalysts to basic metal catalysts. However, the role of the active substance and the interaction with the carrier are known to have a significant effect on the removal characteristics of nitrogen oxides. .

구체적으로, 최근 SCR에 널리 사용되고 있는 바나듐/티타니아 촉매는 350℃ 전후의 온도 영역에서 우수한 활성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 그러나 현재까지 상용화된 바나듐/티타니아 촉매의 대부분은 300℃ 이상의 고온 영역에서는 높은 활성을 나타내지만 약 260℃ 이하의 저온 영역에서는 낮은 활성화 에너지로 인해 산화/환원 반응을 구현하기 어려운 문제점이 있었다.Specifically, vanadium / titania catalysts, which are widely used in SCR, have recently been reported to exhibit excellent activity in the temperature range around 350 ° C. However, most of the commercially available vanadium / titania catalysts exhibit high activity in the high temperature region of 300 ° C. or higher, but have difficulty in implementing an oxidation / reduction reaction due to low activation energy in the low temperature region of about 260 ° C. or lower.

한편, “Journal of catalysis, 221, pp.421-431, 2004”(이하, "종래기술 1"이라 함)에는 저온 영역에서 사용 가능한 촉매로 망간/티타니아 촉매가 개시되어 있다. 특히, 종래기술 1에는 촉매 반응시 이산화황에 대한 피독이 강하게 발생하므로 질소산화물 제거 전에 이산화황을 제거한 후 SCR을 사용하는 기술내용이 소개되어 있으며, 전이금속인 Mn, V, Co, Cu, Cr, Fe, Ni 등의 활성금속을 티타니아에 담지하여 촉매 반응 특성을 비교한 내용도 나타나 있다.Meanwhile, "Journal of catalysis, 221, pp. 421-431, 2004" (hereinafter referred to as "prior art 1") discloses a manganese / titania catalyst as a catalyst usable in a low temperature region. Particularly, in the prior art 1, poisoning of sulfur dioxide occurs strongly during the catalytic reaction, so that the technical content of using SCR after removing sulfur dioxide before removing nitrogen oxide is introduced, and transition metals Mn, V, Co, Cu, Cr, Fe A comparison of the catalytic reaction characteristics is also shown by supporting active metals such as Ni and Ni in titania.

또한, 공개특허 제10-2010-0001315호(이하, "종래기술 2"라 함)에는 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조방법 및 이를 이용하여 수분이 함유된 배가스의 질소산화물을 제거하는 방법이 개시되어 있으며, 보다 상세하게는 활성탄을 질산구리 용액으로 함침시킨 후 망간산화물을 담지하여 질소산화물을 제거하는 기술내용을 포함하고 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0001315 (hereinafter referred to as "Prior Art 2") discloses a method for preparing a catalyst composition for removing nitrogen oxide and a method for removing nitrogen oxide in an exhaust gas containing water using the same. More specifically, it includes the technical content of impregnating activated carbon with a copper nitrate solution and then carrying a manganese oxide to remove nitrogen oxides.

상술한 바와 같이 현재 질소산화물 제거용 촉매에 대한 연구는 저온에서 산화/환원 능력을 향상(종래기술 1의 경우)시키거나 활성금속인 망간의 분산도를 개선하여 흡착점을 증진(종래기술 2의 경우)시키는 기술내용이 주를 이루고 있다. 그러나 고활성 망간/티타니아 촉매의 제조를 위해 티타니아 지지체를 선정하는 방법이나 저온에서 산화/환원 능력의 향상과 함께 망간의 분산도를 개선함으로써 흡착점을 증진시켜 질소산화물의 제거 활성을 높이는 방법에 대한 연구는 아직 부족한 실정이며, 이러한 상황을 고려할 때 실제 복합적으로 촉매의 활성을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구, 개발이 요구된다고 할 수 있다.As described above, the present study on the catalyst for removing nitrogen oxides has improved the adsorption point by improving the oxidation / reduction capacity at the low temperature (in the case of the prior art 1) or by improving the dispersion of manganese which is the active metal (the prior art 2 The main technical content is the case. However, the method of selecting a titania support for the preparation of a highly active manganese / titania catalyst, or improving the oxidation / reduction capacity at low temperature and improving the dispersion of manganese to enhance the adsorption point to increase the removal activity of nitrogen oxides Research is still insufficient, and considering such a situation, it may be said that research and development on ways to improve the activity of the catalysts are required.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 질소산화물 제거용 촉매에 사용되는 다양한 상용 티타니아 담체 중 최적의 티타니아 담체를 선정하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for selecting an optimal titania carrier among various commercial titania carriers used in the catalyst for removing nitrogen oxides.

또한, 본 발명의 다른 목적은 망간의 분산도를 향상시켜 140~250℃의 저온 영역에서 우수한 탈질 활성을 나타내는 질소산화물 제거용 촉매와 그 제조방법 및 이를 이용하여 질소산화물을 제거하는 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to improve the dispersion of manganese to provide a catalyst for removing nitrogen oxides exhibiting excellent denitrification activity in a low temperature region of 140 ~ 250 ℃, a method for producing the same and a method for removing nitrogen oxides using the same There is.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,As means for solving the above-mentioned technical problem,

본 발명은, 망간 전구체와 티타니아 담체를 순차적으로 담지, 건조 및 소성하여 망간/티타니아 촉매를 제조하는 방법에 있어서, 상기 담지 공정 전 상기 티타니아 담체의 표면전하를 측정하여 0~1.5의 제타전위를 갖는 티타니아 담체를 선정하고, 선정된 티타니아 담체에 산화세륨을 혼합하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for preparing a manganese / titania catalyst by sequentially supporting, drying and firing a manganese precursor and a titania carrier, wherein the surface charge of the titania carrier is measured before the supporting process to have a zeta potential of 0 to 1.5. It provides a method for producing a nitrogen oxide removal manganese / titania catalyst, characterized in that the titania carrier is selected, and cerium oxide is mixed with the selected titania carrier.

이 경우, 상기 산화세륨은 상기 티타니아 담체 기준으로 4~8wt% 혼합되고, 상기 망간 전구체는 티타니아-세리아 담체에 20wt% 로 혼합되는 것이 바람직하다.In this case, the cerium oxide is preferably mixed 4 ~ 8wt% based on the titania carrier, the manganese precursor is preferably mixed in 20wt% to the titania-ceria carrier.

이 경우, 상기 망간 전구체로는 망간나이트레이트 하이드레이트(Mn(NO3)2xH2O) 또는 망간 아세테이트 테트라 하이드레이트((C2H3O2)2Mn4H2O) 중에서 적의 선택하여 사용할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.In this case, the manganese precursor may be selected from manganese nitrate hydrate (Mn (NO 3 ) 2 x H 2 O) or manganese acetate tetra hydrate ((C 2 H 3 O 2 ) 2 Mn 4 H 2 O). It is not particularly limited.

한편, 상기 소성 공정은 질소, 산소를 포함하는 기체 분위기의 로 내에서 300~500℃의 온도로 0.5~5시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.On the other hand, the firing process is preferably maintained for 0.5 to 5 hours at a temperature of 300 ~ 500 ℃ in a furnace of a gas atmosphere containing nitrogen, oxygen.

이 경우, 상기 로는 튜브(tube)형 로, 컨벡션(convection)형 로, 또는 화격자형 로 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In this case, the furnace may be any one selected from a tube furnace, a convection furnace, or a grate furnace.

또한, 본 발명은 제타전위가 0~1.5인 티타니아 담체와, 상기 티타니아 담체에 분산된 망간 전구체로 이루어지는 망간/티타니아 촉매와, 상기 티타니아 담체에 담지되는 산화세륨을 더 포함하는 망간/티타니아-세리아 촉매를 제공한다.In addition, the present invention further comprises a manganese / titania-ceria catalyst comprising a titania carrier having a zeta potential of 0 to 1.5, a manganese / titania catalyst comprising a manganese precursor dispersed in the titania carrier, and a cerium oxide supported on the titania carrier. To provide.

이 경우, 상기 망간/티타니아 촉매의 망간 산화가는 4+ 형태로 존재하고, 표면에 노출된 망간 원자와 티타니아-세리아 원자의 비는 0.32 이상인 것이 바람직하다.In this case, the manganese oxide value of the manganese / titania catalyst is present in 4+ form, and the ratio of manganese atoms and titania-ceria atoms exposed on the surface is preferably 0.32 or more.

아울러, 본 발명은 상술한 질소산화물 제거용 망간/티타니아-세리아 촉매에 암모니아 및 질소산화물이 포함된 공기 또는 수분 및 질소산화물이 함유된 배가스를 통과시켜 질소산화물을 제거하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for removing nitrogen oxides by passing air containing ammonia and nitrogen oxides or exhaust gas containing moisture and nitrogen oxides through the manganese / titania-ceria catalyst for nitrogen oxide removal described above.

이 경우, 상기 배가스의 산소 농도는 3~15%이고, 상기 암모니아와 상기 질소산화물의 몰비는 0.8~1.2일 수 있다.In this case, the oxygen concentration of the exhaust gas is 3 ~ 15%, the molar ratio of the ammonia and the nitrogen oxide may be 0.8 ~ 1.2.

한편, 상술한 질소산화물의 제거는 140~250℃의 온도와 60,000hr-1 이하의 공간속도 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the above-mentioned removal of the nitrogen oxide is preferably made at a temperature of 140 ~ 250 ℃ and space velocity of 60,000hr -1 or less.

본 발명에 따르면, 망간의 담지 전 티타니아의 표면전하를 측정하여 티타니아 입자와 망간 입자 사이에 척력과 인력이 나타나는 제타전위(0~1.5)를 갖는 티타니아를 담체로 선정하여 사용함으로써 상대적으로 큰 티타니아 입자에 망간 입자가 균일하게 분산될 수 있다.According to the present invention, the surface charge of titania before loading of manganese is measured to select titania having a zeta potential (0 to 1.5) showing repulsion and attraction between the titania particles and the manganese particles as a carrier, and thus, a relatively large titania particle is used. Manganese particles may be uniformly dispersed in the.

또한, 티타니아 담체에 4~8wt%의 산화세륨을 혼합하여 망간을 담지함으로써 촉매의 환원 능력과 망간의 분산도를 향상시켜 140~250℃의 저온 영역에서도 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.In addition, by mixing 4-8 wt% of cerium oxide on a titania carrier to support manganese, the reduction ability of the catalyst and the degree of dispersion of manganese can be improved to effectively remove nitrogen oxides even in a low temperature region of 140 to 250 ° C.

도 1은 티타니아 담체의 비표면적과 망간/티타니아 촉매의 탈질 효율과의 상관 관계를 나타낸 그래프,
도 2는 티타니아 담체의 공극 크기와 망간/티타니아 촉매의 탈질 효율과의 상관 관계를 나타낸 그래프,
도 3은 티타니아 담체의 전체 공극 부피와 망간/티타니아 촉매의 탈질 효율과의 상관 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 티타니아 담체의 표면전하와 망간/티타니아 촉매의 탈질 효율과의 상관 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 티타니아 담체에 혼합된 산화세륨의 함량에 따른 망간/티타니아-세리아 촉매의 망간 산화 상태를 나타낸 그래프,
도 6은 티타니아 담체에 혼합된 산화세륨의 함량에 따른 망간/티타니아-세리아 촉매의 망간 분산 상태를 나타낸 이미지,
도 7은 티타니아 담체에 혼합된 산화세륨의 함량에 따른 망간/티타니아-세리아 촉매의 암모니아 흡착 특성을 나타낸 그래프,
도 8은 티타니아 담체에 혼합된 산화세륨의 함량에 따른 망간/티타니아-세리아 촉매의 환원력을 나타낸 그래프.
1 is a graph showing the correlation between the specific surface area of titania carriers and the denitrification efficiency of manganese / titania catalysts,
2 is a graph showing the correlation between the pore size of titania carriers and the denitrification efficiency of manganese / titania catalysts,
3 is a graph showing the correlation between the total pore volume of titania carriers and the denitrification efficiency of manganese / titania catalysts,
4 is a graph showing the correlation between the surface charge of titania carriers and the denitrification efficiency of manganese / titania catalysts;
5 is a graph showing the manganese oxidation state of the manganese / titania-ceria catalyst according to the content of cerium oxide mixed in the titania carrier;
6 is an image showing the manganese dispersion state of the manganese / titania-ceria catalyst according to the content of cerium oxide mixed in the titania carrier;
7 is a graph showing ammonia adsorption characteristics of manganese / titania-ceria catalysts according to the content of cerium oxide mixed in a titania carrier;
8 is a graph showing the reducing power of the manganese / titania-ceria catalyst according to the content of cerium oxide mixed in the titania carrier.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법은 망간 전구체와 티타니아 담체를 담지, 건조 및 소성하되, 특정 범위의 표면전하를 갖는 티타니아를 담체로 선정하여 망간/티타니아 촉매의 질소산화물 제거 활성을 향상시킨 것에 기술적 특징이 있다.In the method for preparing a manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxides according to the present invention, a manganese precursor and a titania carrier are supported, dried and calcined, but titania having a specific range of surface charge is selected as a carrier to remove nitrogen oxides of the manganese / titania catalyst. There are technical features in improving the activity.

즉, 본 발명은 망간의 담지 전 다양한 상용 티타니아 용액의 제타전위를 측정하여 0~1.5 범위의 제타전위를 갖는 티타니아를 담체로 선정함으로써 티타니아의 표면전하에 따라 티타니아 입자와 망간 입자의 인력 및 척력이 나타나는 환경을 제공하여 상대적으로 큰 티타니아 표면에 미세한 망간 입자가 응집되지 않고 균일하게 담지될 수 있도록 한 것이다.That is, the present invention measures the zeta potential of various commercial titania solutions before carrying manganese and selects titania having a zeta potential in the range of 0 to 1.5 as a carrier so that the attraction and repulsive force of titania particles and manganese particles are changed according to the surface charge of titania. It provides an environment to appear so that fine manganese particles can be uniformly supported on a relatively large titania surface without aggregation.

한편, 본 발명에서는 질소산화물 제거 활성을 보다 향상시키기 위해 상술한 바와 같이 선정된 티타니아 담체에 티타니아 담체 기준으로 4~8wt%의 산화세륨(CeO2)을 혼합한 후 망간을 담지하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다. 이 경우, 망간 산화물은 MnO2의 형태로 나타나며, 첨가된 산화세륨으로 인해 촉매의 환원력이 보다 증진될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, in order to further improve the nitrogen oxide removal activity, after carrying out the mixing of 4-8 wt% of cerium oxide (CeO 2 ) based on the titania carrier with the titania carrier selected as described above, it is another technical aspect. It features. In this case, the manganese oxide appears in the form of MnO 2 , and the reducing power of the catalyst can be further enhanced due to the added cerium oxide.

아울러, 본 발명은 망간의 분산도를 개선하여 암모니아의 흡착력을 증진시킴으로써 암모니아를 이용한 질소산화물 제거 특성도 얻을 수 있는 바 이하 본 발명에 따른 망간/티타니아-세리아 촉매의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.In addition, the present invention can obtain the nitrogen oxide removal characteristics using ammonia by improving the dispersibility of manganese to enhance the adsorption power of ammonia to be described in more detail for the preparation method of manganese / titania-ceria catalyst according to the present invention do.

먼저, 티타니아에 산화세륨을 티타니아 무게 기준으로 4~8wt% 담지하여 담체를 제조한다. 이 경우, 티타니아와 산화세륨의 혼합은 다음과 같은 공정을 통해 이루어진다. 구체적으로 설명하면, 우선 회전진공증발기를 이용하여 티타니아와 산화세륨 슬러리(Slurry)의 수분을 제거하는데, 이 경우, 잔여 수분이 완전히 제거될 수 있도록 건조설비에서 하루 이상 충분히 건조시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 건조가 완료되면 시료를 공기 분위기의 로 내에서 300~500℃의 온도로 0.5~5시간 동안 유지하여 소성함으로써 티타니아-세리아 담체가 완성된다.First, a carrier is prepared by supporting cerium oxide on titania in an amount of 4 to 8 wt% based on the weight of titania. In this case, the mixing of titania and cerium oxide is performed through the following process. Specifically, first, a rotary vacuum evaporator is used to remove the water of the titania and the cerium oxide slurry (Slurry). In this case, it is preferable to dry enough in a drying facility for at least one day so that residual water can be completely removed. When the drying is completed as described above, the titania-ceria carrier is completed by baking the sample at a temperature of 300 to 500 ° C. for 0.5 to 5 hours in a furnace in an air atmosphere.

이후, 망간전구체가 용해된 수용액과, 티타니아 및 산화세륨이 혼합된 수용액을 충분히 혼합하여 슬러리를 제조한다. 이 경우, 망간 전구체는 수용액 상에 티타니아-세리아 담체의 무게비로 20중량% 용해시킨다. 본 발명에서 상기 망간 전구체는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 망간나이트레이트 하이드레이트(Mn(NO3)2xH2O) 또는 망간 아세테이트 테트라 하이드레이트((C2H3O2)2Mn4H2O)를 사용하는 것이 바람직하다.Thereafter, an aqueous solution in which manganese precursor is dissolved, and an aqueous solution in which titania and cerium oxide are mixed are sufficiently mixed to prepare a slurry. In this case, the manganese precursor is dissolved in an aqueous solution by 20% by weight of the titania-ceria carrier. In the present invention, the manganese precursor is not particularly limited, but manganese nitrate hydrate (Mn (NO 3 ) 2 x H 2 O) or manganese acetate tetra hydrate ((C 2 H 3 O 2 ) 2 Mn 4 H 2 O) It is preferable to use.

계속하여, 회전진공증발기를 이용하여 슬러리의 수분을 제거하는데, 이 경우에도 잔여 수분을 완전히 제거할 수 있도록 건조설비에서 하루 이상 충분히 건조시키는 것이 바람직하다.Subsequently, a rotary vacuum evaporator is used to remove the water from the slurry, and in this case, it is preferable to dry it at least one day in a drying facility so as to completely remove the remaining water.

마지막으로, 건조가 완료되면 시료를 소성시킨다. 소성은 앞서 설명한 티타니아-세리아 담체의 소성 공정과 동일하게 공기 분위기의 로 내에서 300~500℃의 온도로 0.5~5 시간 동안 유지한다.Finally, the sample is fired when drying is complete. Firing is carried out for 0.5 to 5 hours at a temperature of 300 to 500 ° C. in a furnace in an air atmosphere in the same manner as the firing process of the titania-ceria carrier described above.

이상으로 본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법에 대해 설명하였다. 상술한 방법으로 제조된 본 발명의 질소산화물 제거용 망간/티타니아-세리아 촉매는 금속판, 금속섬유, 세라믹 필터, 허니컴(honeycomb)과 같은 구조물에 코팅하여 사용하거나 공기 정화기, 실내 장식물, 내외장재, 벽지 등에 코팅하여 사용할 수 있다.In the above, the method for preparing a manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxide according to the present invention has been described. The manganese / titania-seria catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention prepared by the above-described method may be used by coating on structures such as metal plates, metal fibers, ceramic filters, honeycombs, or air purifiers, interior decorations, interior and exterior materials, wallpaper, etc. Can be used by coating.

또한, 본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아-세리아 촉매는 소량의 바인더와 함께 입자형 또는 모노리스(monolith) 형태로 압출 가공하여 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 촉매는 1~10㎛의 입자크기로 균일하게 분쇄하여 코팅 또는 압출하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 입자의 크기가 1㎛ 미만인 경우에는 미분쇄 단계로 인해 경제성 면에서 바람직하지 않고, 10㎛를 초과하는 경우에는 코팅물 또는 압출물의 균일성 및 접착력이 저하되는 문제가 있기 때문이다. 본 발명에서 촉매의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 분말 형태를 비롯하여 허니컴, 슬레이트, 플레이트, 펠렛 등의 다양한 형태가 가능함은 물론이다.In addition, the manganese / titania-ceria catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention may be used by extrusion processing in a particulate or monolith form with a small amount of binder. In this case, it is preferable that the catalyst is uniformly pulverized to a particle size of 1 ~ 10㎛ coated or extruded. This is because when the size of the particles is less than 1 μm, it is not preferable in terms of economics due to the fine grinding step, and when the size of the particles exceeds 10 μm, there is a problem that the uniformity and adhesion of the coating or the extrudate are lowered. In the present invention, the form of the catalyst is not particularly limited, and various forms such as honeycomb, slate, plate, pellet, and the like may be possible.

한편, 본 발명에 따라 제조되는 질소산화물 제거용 망간/티타니아-세리아 촉매는 암모니아와 질소산화물의 몰비가 0.8~1.2이고, 공간속도가 60,000hr-1인 범위에서 질소산화물을 효과적으로 분해할 수 있다. 여기서, 공간속도는 촉매가 처리할 수 있는 오염가스의 양을 나타내는 지표로서 전체 가스의 유량(부피)에 대한 촉매량(부피)의 비율로 나타내며, 예컨대, 공간속도가 크면 촉매의 단위 부피당 처리 가스양이 많음을 의미한다.On the other hand, the manganese / titania-ceria catalyst for nitrogen oxide removal prepared according to the present invention can effectively decompose nitrogen oxides in the molar ratio of ammonia and nitrogen oxides 0.8 to 1.2, the space velocity of 60,000hr -1 . Here, the space velocity is an index indicating the amount of polluting gas that the catalyst can treat, which is expressed as a ratio of the amount of catalyst (volume) to the flow rate (volume) of the entire gas. It means plenty.

상술한 바와 같은 질소산화물의 제거는 아래에서 설명하는 반응 조건 하에서 이루어질 수 있다.Removal of nitrogen oxides as described above can be made under the reaction conditions described below.

구체적으로, 반응기는 내경 10mm, 길이 600mm인 석영관을 이용하여 제작되며, 이러한 반응기 내에 촉매층을 고정하기 위해 촉매층 하부에 석영(quartz wool)을 충진한다. 이 경우, 가스주입관은 스테인레스 관으로 제작하고, 반응기에 공급되는 가스는 NO, N2, O2, NH3가 주입된 각 실린더로부터 MFC(Mass Flow Controller, MKS Co.)를 이용하여 유량을 조절한다. 한편, 수분의 공급은 버블러(bubbler)를 통해 수분을 함유한 N2를 반응기에 주입하는 방식으로 이루어지는데, 이 경우 공급량을 일정하게 유지하기 위해 이중재킷 형태의 버블러 외부에 서큘레이터(circulator)를 이용하여 일정 온도의 물을 순환시키며, 반응기로 유입되는 부분은 수분의 응축을 방지하기 위해 히팅밴드(heating band)를 감아 180℃로 일정하게 유지한다. 한편, 반응기의 온도는 고정층 상부에 장착된 K-type의 열전대를 이용하여 PID 온도제어기로 조절한다.Specifically, the reactor is manufactured using a quartz tube having an inner diameter of 10 mm and a length of 600 mm, and fills quartz wool under the catalyst layer to fix the catalyst layer in the reactor. In this case, the gas injection pipe is made of stainless steel pipe, and the gas supplied to the reactor uses a MFC (Mass Flow Controller, MKS Co.) from each cylinder into which NO, N 2 , O 2 , and NH 3 are injected. Adjust. On the other hand, the water supply is made by injecting N 2 containing water into the reactor through a bubbler (bubbler), in this case circulator outside the double jacket type bubbler in order to maintain a constant supply amount The water is circulated at a constant temperature by using), and the portion flowing into the reactor is kept at 180 ° C by winding a heating band to prevent condensation of moisture. On the other hand, the temperature of the reactor is controlled by a PID temperature controller using a K-type thermocouple mounted on the fixed bed.

이상으로 본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법과 그 응용에 대해 설명하였다. 이하, 본 발명의 성능 평가 방법에 대해 구체적으로 살펴본 후 본 발명의 실시예에 대해 설명하도록 한다.In the above, the preparation method and application of the manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention have been described. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described after looking at the performance evaluation method of the present invention in detail.

우선, 본 발명에 따라 제조된 망간/티타니아 촉매에서는 망간이 담지되기 전 티타니아의 물리화학적 특성이 질소산화물 제거 효율에 큰 영향을 미치게 되는데, 이러한 티타니아의 물리화학적 특성으로 비표면적과 공극 크기 및 공극 부피는 BET(Brunauer Emmett-Teller)식과, BJH(Barrett-Joyer-Hanlenda)법에 의해 측정될 수 있다. 또한, 티타니아 용액의 제타전위는 제타전위 측정기를 이용하여 전기영동광산란법(레이져 도플러법, Electrophoretic Light Scattering)의 원리로 분산 상태에 있는 콜로이드 입자 및 고체 표면의 제타전위를 측정할 수 있다. 이 경우, 제타전위는 분산계의 분산, 응집, 안정성, 입자 기능성의 제어 지표가 된다.First, in the manganese / titania catalyst prepared according to the present invention, the physicochemical properties of titania before manganese is loaded have a great influence on the removal efficiency of nitrogen oxide, and the physicochemical properties of titania have specific surface area, pore size and pore volume. BET (Brunauer Emmett-Teller) formula and BJH (Barrett-Joyer-Hanlenda) can be measured by. In addition, the zeta potential of the titania solution can be measured by using a zeta potential meter to measure the zeta potential of colloidal particles and solid surfaces in a dispersed state on the principle of electrophoretic light scattering (Laser Doppler method). In this case, the zeta potential is a control index of dispersion, aggregation, stability and particle functionality of the dispersion system.

한편, 본 발명에 따라 제조된 망간/티타니아-세리아 촉매에서는 전술한 바와 같이 티타니아와 소량의 산화세륨의 혼합으로 담지된 망간의 산화 상태가 변화하는데, 이러한 망간 및 티타니아의 산화 상태 변화나 촉매의 특성은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 의해 분석, 결정된다. 즉, XPS 분석에 의하면, 촉매 표면상에 존재하는 각 원소의 특성 피크(peak)를 그 원소가 포함된 산화물의 고유 결합 에너지(binding energy)를 기준으로 분리하여 촉매 표면에 존재하는 산화물의 종류 및 분포 비율을 알 수 있으므로 XPS를 통해 망간 산화물의 산화가 변화 및 촉매 표면에 노출된 원자 분포를 분석하면 망간의 산화가 및 분산도가 선택적 질소산화물 제거에 미치는 영향을 간접적으로 확인할 수 있다.Meanwhile, in the manganese / titania-ceria catalyst prepared according to the present invention, as described above, the oxidation state of manganese supported by the mixing of titania and a small amount of cerium oxide changes, and the oxidation state of manganese and titania or the characteristics of the catalyst are changed. Is analyzed and determined by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). That is, according to the XPS analysis, the characteristic peak of each element present on the surface of the catalyst is separated based on the intrinsic binding energy of the oxide containing the element, and the type of oxide present on the surface of the catalyst and Since the distribution ratio is known, XPS can indirectly confirm the effect of manganese oxide oxidation and dispersion on the selective NOx removal by analyzing the change in the oxidation of manganese oxide and the atomic distribution exposed on the catalyst surface.

또한, 분산도는 EDS Mapping을 통해 표면에 분산된 정도를 알 수 있으며, 암모니아 TPD 분석을 통해 암모니아 흡착 세기도 분석할 수 있다. 암모니아 TPD 기법은 촉매의 전처리 후 상온에서 암모니아를 1시간 정도 충분히 흡착 한 후에 탈착되는 암모니아의 intensity가 일정해지면 600℃까지 승온시키면서 Mass spectrum을 이용하여 탈착되는 암모니아 intensity를 측정하여 흡착된 암모니아 양을 평가할 수 있다.In addition, the degree of dispersion can be seen the degree of dispersion on the surface through EDS Mapping, and the ammonia adsorption intensity can also be analyzed through the ammonia TPD analysis. The ammonia TPD technique can be used to evaluate the amount of adsorbed ammonia by measuring the ammonia intensity desorbed using mass spectrum while increasing the temperature of the adsorbed ammonia at room temperature after pretreatment of the catalyst for 1 hour and then increasing the temperature to 600 ° C. Can be.

한편, 촉매의 환원 능력은 H2-TPR 기법을 이용하여 분석할 수 있다. 촉매의 전처리 후 상온에서 H2를 1시간 정도 충분히 흡착 한 후에 탈착되는 H2의 intensity가 일정해지면 600℃까지 승온시키면서 TCD signal을 이용하여 H2 intensity를 측정하여 촉매의 환원 특성을 평가할 수 있다.On the other hand, the reduction capacity of the catalyst can be analyzed using the H 2 -TPR technique. After pretreatment of the catalyst, after sufficiently adsorbing H 2 at room temperature for about 1 hour, when the intensity of the desorbed H 2 becomes constant, the reduction characteristics of the catalyst may be evaluated by measuring the H 2 intensity using a TCD signal while increasing the temperature to 600 ° C.

이상으로 본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법과 그 응용에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 발명은 아래의 실시예에 의해 보다 명확하게 이해될 수 있으나, 이는 본 발명의 예시를 위한 것에 불과하고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
In the above, the preparation method and application of the manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention have been described. Hereinafter will be described in detail for the embodiment of the present invention. The present invention may be more clearly understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration only and are not intended to limit the scope of the present invention.

제조예Manufacturing example 1 One

본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조에 있어 다양한 상용 티타니아 담체 중 최적의 티타니아 담체를 선정하기 위하여 여러 티타니아 담체의 표면전하, 비표면적, 공극 크기, 전체 공극 부피를 측정하고, 망간 전구체로 망간나이트레이트 하이드레이트(Mn(NO3)2xH2O : Aldrich Chemical Co.의 상품명) 또는 망간 아세테이트 테트라 하이드레이트((C2H3O2)2Mn4H2O : Aldrich Chemical Co.의 상품명)를 티타니아 담체의 무게 기준으로 10wt%가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 망간 전구체 수용액을 제조하였다. 계속하여, 망간 전구체 수용액과 티타니아 전구체 수용액을 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후 진공 증발기를 이용하여 70℃ 및 교반 조건 하에서 가열하고, 80~120℃의 온도에서 하루 이상 건조시켜 미세기공에 포함된 수분을 완전히 제거하였다. 마지막으로, 튜브(tube)형 로, 컨벡션(convection)형 로, 또는 화격자형 로에서 300~500℃의 온도로 0.5~5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 망간/티타니아 촉매를 제조하였다.
In the preparation of the manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention, the surface charge, specific surface area, pore size, and total pore volume of various titania carriers were measured to select the optimum titania carrier among various commercial titania carriers. manganese nitrate hydrate as the precursor (Mn (NO 3) 2 xH 2 O: Aldrich Chemical Co. in the trade name) or manganese acetate tetrahydrate ((C 2 H 3 O 2 ) 2 Mn 4 H 2 O: Aldrich Chemical Co. of Brand name) was quantified to 10 wt% based on the weight of the titania carrier, and then dissolved in distilled water heated to 60 ° C. or higher to prepare an aqueous solution of manganese precursor. Subsequently, the manganese precursor aqueous solution and the titania precursor aqueous solution are mixed to prepare a slurry form, and then heated under 70 ° C. and stirring conditions by using a vacuum evaporator, and dried at a temperature of 80 ° C. to 120 ° C. for at least one day. Was removed completely. Finally, manganese / titania catalysts were prepared by firing in a tube furnace, convection furnace, or grate furnace at a temperature of 300-500 ° C. for 0.5-5 hours under an air atmosphere.

제조예Manufacturing example 2 2

본 발명에 따른 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조에 있어 활성이 가장 우수한 티타니아 담체를 선정하고, 선정된 티타니아 담체에 망간 전구체로 망간나이트레이트 하이드레이트(Mn(NO3)2xH2O : Aldrich Chemical Co.의 상품명) 또는 망간 아세테이트 테트라 하이드레이트((C2H3O2)2Mn4H2O : Aldrich Chemical Co.의 상품명)를 티타니아 담체의 무게 기준으로 20wt%가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 망간 전구체 수용액을 제조하였다. 계속하여, 망간 전구체 수용액과 티타니아 전구체 수용액을 혼합하여 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 망간/티타니아 촉매를 제조하였다.
In the preparation of the manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention, a titania carrier having the highest activity is selected, and manganese nitrate hydrate (Mn (NO 3 ) 2 x H 2 O: Aldrich is selected as a manganese precursor to the selected titania carrier. Chemical Co.) or manganese acetate tetra hydrate ((C 2 H 3 O 2 ) 2 Mn 4 H 2 O: brand name of Aldrich Chemical Co.) was quantified to 20wt% based on the weight of the titania carrier 60 ℃ It was dissolved in distilled water heated above to prepare an aqueous solution of manganese precursor. Subsequently, the manganese precursor aqueous solution and the titania precursor aqueous solution were mixed to prepare a manganese / titania catalyst in the same manner as in Preparation Example 1.

실시제조예Production Example

본 발명에서 망간이 담지될 담체는 전술한 바와 같이 활성 물질과 상호 작용을 통해 질소산화물 제거 활성에 큰 영향을 미친다. 따라서 제조예 1에서 가장 우수한 활성을 나타내는 티타니아 담체에 산소 전달 능력이 우수한 산화세륨을 소량 첨가하였을 때 질소산화물 제거 활성에 미치는 영향을 확인하기 위해 산화세륨을 티타니아 무게 기준으로 4~8wt% 담지하여 상술한 제조예 1과 동일한 방법으로 망간/티타니아-세리아 촉매를 제조하였다.
In the present invention, the carrier to be supported with manganese has a great influence on the NOx removal activity through interaction with the active substance as described above. Therefore, in order to confirm the effect on the nitrogen oxide removal activity when a small amount of cerium oxide having excellent oxygen transfer ability is added to the titania carrier having the best activity in Preparation Example 1, the cerium oxide is supported by 4 to 8 wt% based on the weight of titania. A manganese / titania-seria catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1.

비교제조예Comparative Manufacturing Example

본 발명에서 티타니아 담체에 과량의 산화세륨을 담지하였을 때 질소산화물 제거 활성에 미치는 영향을 확인하기 위해 산화세륨을 티타니아 무게 기준으로 20~50wt% 담지하여 상술한 실시제조예와 동일한 방법으로 망간/티타니아-세리아 촉매를 제조하였다.
In the present invention, in order to check the effect of excess cerium oxide on the titania carrier on nitrogen oxide removal activity, 20 to 50 wt% of cerium oxide is supported on the basis of the weight of titania. Manganese / Titania A ceria catalyst was prepared.

실시예Example 1 One

전술한 제조예 1 에 의해 제조된 다양한 망간/티타니아 촉매를 대상으로 저온에서의 질소산화물 제거 특성을 평가하였다. 구체적으로, 실험은 공급된 암모니아와 질소산화물의 몰비는 1.0, 산소는 8%, 수분은 8%, 공간속도는 60,000hr-1로 유지한 상태에서 이루어졌으며, 이러한 방법으로 측정한 질소산화물 전환율과 티타니아 담체의 다양한 물리화학적 특성과의 상관 관계를 도 1 내지 도 4에 나타내었다.Nitrogen oxide removal characteristics at low temperatures were evaluated for various manganese / titania catalysts prepared by Preparation Example 1 described above. Specifically, the experiment was carried out while maintaining the molar ratio of the supplied ammonia and nitrogen oxides of 1.0, oxygen of 8%, moisture of 8%, space velocity of 60,000hr -1 . Correlations with various physicochemical properties of titania carriers are shown in FIGS.

도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 동일한 망간 담지량 및 반응 조건이더라도 티타니아 담체의 비표면적, 공극 크기 및 공극 부피에 따라 질소산화물 제거 활성은 큰 차이를 보이지만 질소산화물 제거 효율과는 큰 상관 관계가 없음을 알 수 있다. 또한, 도 4에는 티타니아가 가지는 다양한 표면전하에 따른 망간/티타니아 촉매의 질소산화물 제거 효율이 나타나 있는데, 이로부터 티타니아의 제타전위가 -15~5 범위의 다양한 표면전하를 가지고 있음을 알 수 있고, 표면전하가 커질수록 질소산화물 제거 효율이 증가하여 1.35에서 최대치를 나타내지만 그 이상에서는 탈질 효율이 급격하게 감소함을 확인할 수 있다.
As shown in Figures 1 to 3, even though the same amount of manganese loading and reaction conditions, the nitrogen oxide removal activity shows a great difference according to the specific surface area, pore size and pore volume of the titania carrier, but there is no significant correlation with the nitrogen oxide removal efficiency. It can be seen. In addition, Figure 4 shows the nitrogen oxide removal efficiency of the manganese / titania catalyst according to the various surface charges of titania, from which it can be seen that the zeta potential of titania has a variety of surface charges in the range of -15 ~ 5, As the surface charge increases, the NOx removal efficiency increases, indicating a maximum value at 1.35, but above that, the denitrification efficiency rapidly decreases.

실시예Example 2 2

전술한 제조예 2, 실시제조예 그리고 비교제조예에 의해 제조된 망간/티타니아 촉매 및 망간/티타니아-세리아 촉매를 대상으로 저온에서의 질소산화물 제거 특성을 평가하였다. 구체적으로, 실험은 공급된 암모니아와 질소산화물의 몰비는 1.0, 산소는 8%, 수분은 8%, 공간속도는 60,000hr-1로 유지한 상태에서 이루어졌으며, 이러한 방법으로 측정한 질소산화물의 전환율을 하기의 [표 1]에 나타내었다.The characteristics of nitrogen oxide removal at low temperatures were evaluated for the manganese / titania catalysts and the manganese / titania-ceria catalysts prepared in Preparation Example 2, Example Preparation Examples and Comparative Preparation Examples. Specifically, the experiment was carried out while maintaining the molar ratio of ammonia and nitrogen oxide supplied 1.0, oxygen 8%, moisture 8%, space velocity 60,000hr -1 , the conversion rate of nitrogen oxide measured by this method Is shown in Table 1 below.

구 분division NOX conversion(%)NO X conversion (%) 120℃120 DEG C 140℃140 ° C 160℃160 ° C 180℃180 DEG C Mn/TiO2 Mn / TiO 2 22.522.5 42.542.5 7070 8888 Mn/Ce(4)-TiO2 Mn / Ce (4) -TiO 2 32.532.5 59.559.5 7979 90.590.5 Mn/Ce(8)-TiO2 Mn / Ce (8) -TiO 2 26.526.5 53.553.5 7676 90.590.5 Mn/Ce(20)-TiO2 Mn / Ce (20) -TiO 2 20.520.5 36.536.5 56.556.5 75.575.5 Mn/Ce(50)-TiO2 Mn / Ce (50) -TiO 2 1717 2424 3939 54.554.5

[표 1]에 나타난 바와 같이, 동일한 망간 담지량 및 반응 조건이더라도 티타니아 담체와 혼합된 산화세륨의 혼합비에 따라 질소산화물 제거 활성에 큰 차이가 있음을 알 수 있으며, 특히, 실시제조예에 따라 제조된 망간/티타니아-세리아 촉매가 160℃ 영역에서 80%의 우수한 질소산화물 제거 활성을 나타내 제조예 2에 따라 제조된 촉매보다 15% 이상 활성이 증진되었음을 확인할 수 있다. 반면, 비교제조예에 따라 제조된 망간/티타니아-세리아 촉매의 경우에는 오히려 제조예 2에 따라 제조된 촉매보다 활성이 20% 이상 저하된 것으로 나타났다.
As shown in Table 1, it can be seen that even in the same amount of manganese loading and reaction conditions, there is a large difference in nitrogen oxide removal activity according to the mixing ratio of the cerium oxide mixed with the titania carrier, and in particular, according to the preparation example The manganese / titania-seria catalyst showed good nitrogen oxide removal activity of 80% in the region of 160 ° C., indicating that the activity was increased by 15% or more than the catalyst prepared according to Preparation Example 2. On the other hand, in the case of the manganese / titania-ceria catalyst prepared according to Comparative Preparation Example, rather than the catalyst prepared according to Preparation Example 2 was found to be more than 20% lower activity.

실시예Example 3 3

전술한 제조예 2, 실시제조예 그리고 비교제조예에 의해 제조된 망간/티타니아 촉매 및 망간/티타니아-세리아 촉매에 대해 망간의 산화 상태를 확인하기 위해 XPS 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 5 에 나타내었다.The manganese / titania catalyst and the manganese / titania-ceria catalyst prepared by Preparation Example 2, Preparation Example and Comparative Preparation Example described above were subjected to XPS analysis to confirm the oxidation state of manganese. Indicated.

도 5에 나타난 바와 같이, 실시제조예에 따라 제조된 망간/티타니아-세리아 촉매의 망간 산화 상태는 주로 4+로 존재하였으며, 이에 반해 비교제조예에 따라 제조된 촉매의 망간 산화 상태는 주로 3+종으로 존재하고 있음을 확인할 수 있다. 이어서, 전술한 제조예 2, 실시제조예 그리고 비교제조예에 의해 제조된 촉매를 대상으로 촉매 표면에 노출된 원자를 확인하기 위해 XPS 분석을 수행하였으며, 그 결과로 촉매의 단위 부피당 원자수(atom/cm3)를 계산하여 원자% 및 원자비율을 하기의 [표 2]에 나타내었다.
As shown in FIG. 5, the manganese oxidation state of the manganese / titania-ceria catalyst prepared according to the Preparation Example was mainly 4+ , whereas the manganese oxidation state of the catalyst prepared according to the Comparative Preparation Example was mainly 3+. It can be seen that it exists as a species. Subsequently, XPS analysis was performed to identify the atoms exposed on the catalyst surface of the catalyst prepared by Preparation Example 2, Example Preparation Example and Comparative Preparation Example, and as a result, the number of atoms per unit volume of the catalyst (atom / cm 3 ) to calculate the atomic% and atomic ratio are shown in the following [Table 2].

구 분division 제조예Manufacturing example 실시제조예Production Example 비교제조예Comparative Manufacturing Example Mn/TiO2 Mn / TiO 2 Mn/Ce(4)-TiO2 Mn / Ce (4) -TiO 2 Mn/Ce(8)-TiO2 Mn / Ce (8) -TiO 2 Mn/Ce(20)-TiO2 Mn / Ce (20) -TiO 2 Mn/Ce(50)-TiO2 Mn / Ce (50) -TiO 2 MnMn 8.278.27 10.2210.22 6.776.77 6.846.84 5.215.21 CeCe -- 4.044.04 4.394.39 7.287.28 8.918.91 TiTi 18.0118.01 17.7517.75 16.7516.75 15.2615.26 13.5313.53 Mn/TiMn / Ti 0.460.46 0.580.58 0.400.40 0.450.45 0.380.38 Mn/CeMn / Ce -- 2.532.53 1.541.54 0.930.93 0.580.58 Mn/(Ce+Ti)Mn / (Ce + Ti) -- 0.470.47 0.320.32 0.300.30 0.230.23

[표 2]로부터 실시제조예에 따라 제조된 촉매의 Mn/(Ce+Ti) 원자 비는 0.32 이상인데 반해 비교제조예에 따라 제조된 촉매의 Mn/(Ce+Ti) 원자 비는 0.3 이하로 감소함을 알 수 있다. 이는 티타니아 담체에 산화세륨을 첨가함으로써 망간의 산화 상태뿐 아니라 활성 사이트인 망간의 표면 노출 정도를 제어할 수 있음을 의미한다.
The Mn / (Ce + Ti) atomic ratio of the catalyst prepared according to the Preparation Example from Table 2 is 0.32 or more, whereas the Mn / (Ce + Ti) atomic ratio of the catalyst prepared according to the Comparative Preparation Example is 0.3 or less. It can be seen that the decrease. This means that addition of cerium oxide to the titania carrier can control not only the oxidation state of manganese, but also the degree of surface exposure of manganese, the active site.

실시예Example 4 4

전술한 제조예 2, 실시제조예 그리고 비교제조예에 의해 제조된 망간/티타니아 촉매 및 망간/티타니아-세리아 촉매에 대하여 망간의 분산 정도를 좀 더 명확하게 확인하기 위하여 EDS Mapping 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 실시제조예에 따라 제조된 촉매가 망간의 분산이 가장 우수하고, 제조예 2에 따라 제조된 촉매의 망간의 분산은 저조함을 알 수 있다. 이에 반해 비교제조예에 따라 제조된 촉매의 망간 원자는 많이 노출되어있기는 하나 대부분 응집되어 있음을 알 수 있다.For the manganese / titania catalyst and the manganese / titania-ceria catalyst prepared by Preparation Example 2, Preparation Example and Comparative Preparation Example described above, EDS Mapping analysis was performed to more clearly confirm the degree of dispersion of manganese. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, it can be seen that the catalyst prepared according to the preparation example had the best dispersion of manganese, and the dispersion of manganese of the catalyst prepared according to Preparation Example 2 was low. In contrast, it can be seen that the manganese atoms of the catalyst prepared according to Comparative Preparation Example are mostly exposed but are aggregated.

이어서, 상술한 망간의 분산 정도가 암모니아 흡착에 미치는 영향을 확인하기 위해 암모니아 TPD 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, 실시제조예에 따라 제조된 촉매가 암모니아 흡착량이 가장 많았으며, 비교제조예에 따라 제조된 촉매의 암모니아 흡착량은 매우 저조함을 알 수 있다. 이는 티타니아 담체에 적정 첨가된 산화세륨(4~8wt%)의 영향으로 망간의 분산도가 증진되고, 흡착점이 증가하여 암모니아 흡착 특성이 향상되었음을 의미한다. 즉, 흡착 사이트의 증가로 수분 및 질소산화물을 함유한 배가스에서 질소산화물의 제거 효율이 향상된 것이다.
Subsequently, an ammonia TPD experiment was performed to confirm the effect of the above-described dispersion of manganese on ammonia adsorption, and the results are shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, the catalyst prepared according to the preparation example showed the highest amount of ammonia adsorption, and the ammonia adsorption amount of the catalyst prepared according to the comparative example was very low. This means that the dispersion of manganese is enhanced by the effect of cerium oxide (4-8 wt%) added to the titania carrier and the adsorption point is increased, thereby improving the ammonia adsorption characteristics. That is, the removal efficiency of nitrogen oxides in the flue gas containing moisture and nitrogen oxides is improved by increasing the adsorption site.

실시예Example 5 5

전술한 제조예 2, 실시제조예 그리고 비교제조예에 의해 제조된 망간/티타니아 촉매 및 망간/티타니아-세리아 촉매에 대하여 망간의 분산도와 암모니아 흡착량에 이어 촉매들의 환원력을 확인하기 위하여 H2-TPR 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타난 바와 같이, 실시제조예에 따라 제조된 촉매는 제조예 2에 따라 제조된 촉매에 비해 환원온도가 저온으로 이동함을 확인할 수 있으며, 비교제조예에 따라 제조된 촉매는 환원온도가 다시 고온으로 이동함을 확인할 수 있다. 이는 적정량의 세리아 첨가로 인해 촉매의 환원 능력이 향상되었음을 의미하며, 이로 인해 질소산화물 제거 활성에 큰 영향을 미치게 되는 것이다.H 2 -TPR for the manganese / titania catalyst and the manganese / titania-ceria catalyst prepared by the preparation example 2, the preparation example and the comparative preparation example described above to confirm the reducing power of the catalysts following the dispersion of manganese and the ammonia adsorption amount An experiment was performed and the results are shown in FIG. 8. As shown in Figure 8, the catalyst prepared according to the preparation example can be seen that the reduction temperature is shifted to a low temperature compared to the catalyst prepared according to Preparation Example 2, the catalyst prepared according to the comparative example is the reduction temperature is It can be seen that it moves to high temperature again. This means that the addition of an appropriate amount of ceria improves the reducing capacity of the catalyst, which greatly affects the NOx removal activity.

Claims (11)

망간 전구체와 티타니아 담체를 순차적으로 담지, 건조 및 소성하여 망간/티타니아 촉매를 제조하는 방법에 있어서,
상기 담지 공정 전 상기 티타니아 담체의 표면전하를 측정하여 0~1.5의 제타전위를 갖는 티타니아 담체를 선정하는 단계를 더 포함하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법.
In the method for preparing a manganese / titania catalyst by sequentially supporting, drying and calcining the manganese precursor and titania carrier,
The method of manufacturing a manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal further comprising the step of selecting the titania carrier having a zeta potential of 0 to 1.5 by measuring the surface charge of the titania carrier before the supporting process.
제 1 항에 있어서,
선정된 티타니아 담체에 산화세륨을 혼합한 후 상기 망간 전구체와 담지, 건조 및 소성하되, 상기 산화세륨은 상기 티타니아 담체 기준으로 4~8wt% 혼합되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
After mixing cerium oxide on the selected titania carrier, it is supported with the manganese precursor, dried and calcined, wherein the cerium oxide is mixed with 4-8 wt% of the manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxides, based on the titania carrier. Manufacturing method.
삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 망간 전구체는 망간나이트레이트 하이드레이트(Mn(NO3)2xH2O) 또는 망간 아세테이트 테트라 하이드레이트((C2H3O2)2Mn4H2O)인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The manganese precursor is manganese nitrate hydrate (Mn (NO 3 ) 2 x H 2 O) or manganese acetate tetra hydrate ((C 2 H 3 O 2 ) 2 Mn 4 H 2 O) Manganese for removing nitrogen oxides / Titania catalyst production method.
제 2 항에 있어서,
상기 소성 공정은 질소, 산소를 포함하는 기체 분위기의 로 내에서 300~500℃의 온도로 0.5~5시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The firing process is a method for producing a nitrogen oxide removal manganese / titania catalyst, characterized in that maintained for 0.5 to 5 hours at a temperature of 300 ~ 500 ℃ in a gas atmosphere containing nitrogen, oxygen.
제타전위가 0~1.5인 티타니아 담체와, 상기 티타니아 담체에 분산된 망간 전구체로 이루어지는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매.A manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxides comprising a titania carrier having a zeta potential of 0 to 1.5 and a manganese precursor dispersed in the titania carrier. 제 6 항에 있어서,
상기 티타니아 담체에 상기 티타니아 담체 기준으로 4~8wt% 담지되는 산화세륨을 더 포함하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매.
The method according to claim 6,
A manganese / titania catalyst for nitrogen oxide removal further comprising cerium oxide supported on the titania carrier based on the titania carrier.
제 7 항에 있어서,
상기 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 망간 산화가는 4+인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매.
The method of claim 7, wherein
Manganese oxide removal manganese / titania catalyst characterized in that the manganese oxide value of the nitrogen oxide removal manganese / titania catalyst 4 + .
제 7 항에 있어서,
상기 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매의 표면에 노출된 망간 원자와 티타니아-세리아 원자의 비는 0.32 이상인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매.
The method of claim 7, wherein
A manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxides, characterized in that the ratio of manganese atoms exposed to the surface of the nitrogen oxide removal manganese / titania catalyst is at least 0.32.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 질소산화물 제거용 망간/티타니아 촉매에 암모니아와 질소산화물이 포함된 공기 또는 수분과 질소산화물이 함유된 배가스를 통과시켜 질소산화물을 제거하는 방법.A method for removing nitrogen oxides by passing air containing ammonia and nitrogen oxides or exhaust gas containing water and nitrogen oxides through the manganese / titania catalyst for removing nitrogen oxides according to any one of claims 7 to 9. 제 10 항에 있어서,
상기 질소산화물을 제거하는 방법은 140~250℃의 온도와 60,000hr-1 이하의 공간속도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 질소산화물을 제거하는 방법.
11. The method of claim 10,
The method of removing the nitrogen oxides is a method for removing nitrogen oxides, characterized in that made at a temperature of 140 ~ 250 ℃ and space velocity of 60,000hr -1 or less.
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