KR101404214B1 - 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 혼성 합금 촉매 담지체 - Google Patents
동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 혼성 합금 촉매 담지체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 합금 촉매 담지체에 관한 것으로, 그 목적은 담지 하고자 하는 금속염들을 기계적으로 동시 혼합 후, 혼합된 금속염을 녹여 다공성 지지체에 함침시켜 합금입자가 담지된 촉매 담지체들을 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 합금 촉매 담지체를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 a) 둘 이상의 금속염들과 다공성 지지체 간의 혼합단계와;
b) 공동 용융함침에 의한 금속염들 간의 융합단계와;
c) 고온 소성과정을 통해 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화 시키는 단계;를 포함하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 합금촉매 담지체를 발명의 특징으로 한다.
본 발명의 구성은 a) 둘 이상의 금속염들과 다공성 지지체 간의 혼합단계와;
b) 공동 용융함침에 의한 금속염들 간의 융합단계와;
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Description
본 발명은 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 혼성 합금 촉매 담지체에 관한 것으로, 자세하게는 합금입자 또는 다중계 금속 입자를 지지체에 쉽게 담지 하기 위해 두가지 이상의 염을 이용하여 용융 함침 과정을 통해 담지된 혼성염을 소성하는 기술에 관한 것이다.
피셔-트롭쉬 반응을 포함한 산업분야에 사용되는 금속 및 산화금속 담지 촉매의 제조방법은 일반적으로 습식 담지법을 사용하는데, 이러한 전통적인 습식 담지법의 경우 다공성 알루미나, 실리카, 지르코니아 등의 산화금속 지지체에 여러 금속염 용액을 일정한 농도로 흡수 및 건조과정을 거쳐 담지시켜 제조하는 것이 일반적이다.
상기한 습식 함침법 중 종래의 기술로는 대한민국 공개특허 제 10-2004-83481호(미립구 촉매의 제조방법)가 있다.
종래 습식 담지법으로 제조되는 금속 촉매 중 피셔-트롭쉬 반응에 사용되는 금속 촉매를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
피셔-트롭쉬 반응은 합성 가스로부터 액체 연료 생산을 위한 코발트 촉매를 이용한 피셔-트롭쉬 반응 기술로서, 이러한 피셔-트롭쉬 반응은 기존에는 분말 촉매와 구형 또는 펠릿 형태로 이루어진 입자 촉매를 이용하는 슬러리 반응기나 고정층 반응기 기술이 사용되고 있다.
구체적으로 종래 코발트 촉매를 이용하는 피셔-트롭쉬 반응의 선행 기술로는 미국 특허 제 4605680가 있는데, 이 기술에서는 감마-알루미나와 이타-알루미나 등에 지지되고 그룹 IIIB 또는 IVB 금속 산화물로 활성화된 코발트 촉매 제조에 관한 기술이 있고, 미국 특허 제 4717702에는 유기 용매로 이루어진 함침 용액을 이용하여, 코발트 입자의 분산성이 높고 입자 크기가 작은 코발트 촉매 제조에 관한 기술이 나타나 있다.
또한 미국 특허 제 6130184에는 촉매 전구체와 담지체 전구체 변형을 통한 고활성 코발트 촉매개발에 관한 예가 있으며, 제 6537945와 제 6740621에는 각각 열안정성과 내마모성이 향상된 촉매 개발에 관한 기술이 나타나 있다.
최근 미국 특허 제 7984180에는 마이크로채널 반응기에 코발트 촉매를 사용하여 효과적인 반응열 제어에 관한 기술이 보고되고 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 습식 담지법을 이용할 경우 균일한 촉매를 얻기 위해서는 금속염 마다 적합한 용매를 선택하여야 하고 흡수와 고온 건조를 반복해야 하는 과정이 필요하다.
또한, 금속염을 높은 농도로 담지 시키기 위해서는 염의 흡수와 건조과정이 더욱 길어져 1회 제조시에 따른 촉매량에 한계가 있고 제조시간 및 노력이 많이 필요하였다.
이와 같이 기존에 알려진 습식 담지법을 이용할 경우 균일한 촉매를 얻기 위해서는 금속염 마다 적합한 용매를 선택하여야 하고 각 담지염 종류별로 염 용액의 흡수와 고온 건조를 반복해야 하는 과정이 필요하다.
특히 혼성 합금 입자나 산화금속 합금 촉매의 제조시에는 그 합성 조건의 선택이 중요하며 실험 절차가 상당히 복잡해지는 단점을 가지고 있다(대한민국 특허 공개번호 제 10-2011-01096240호, 명칭: 메조다공성 탄소를 담체로 하고 복합금속을 담지한 수상개질반응의 촉매 및 그의 제조 방법).
더구나, 2종 이상의 다중 계열의 금속이 담지된 촉매를 얻기를 얻기 위해서는 단계별로 최적화된 조건 설정 및 확인 과정이 필요하였다.
최근에 개발되어지는 용융함침법을 이용한 촉매 제조 방식은 담지 촉매 제조 방식이 비교적 간편하고 재현성이 높은 장점을 가진다(de Jong et al., J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 18318-18325).
하지만, 용융함침 기술을 이용한 이종의 혼합 금속염들을 혼성하는 조건 및 이에 대한 구체화 된 소성 및 환원 과정을 통한 합금화 과정이 개발되어지지 못한 실정이다.
합금 촉매 및 다중 금속이 혼성화된 담지 촉매의 개발은 추후에 연속적인 촉매반응(Tandem Catalytic Reaction)이나 기존 촉매 반응에서 새로운 활성을 보여줄 수 있으리라 예상된다. 특히, 코발트와 철의 경우 적절한 혼성이 되면 Fischer-Tropsch 합성과 같은 고온, 고압 반응에서 그 상대적 단점을 보완해 줄 수 있다고 알려져 있다 (Fierro et al, Appl. Catal. A: Gen., 2007, 326, 65-73).
상기에서 살펴본 바와 같이 기존에 알려진 습식 담지법으로 만들어진 혼성 금속 촉매들은 적합한 조건을 찾기가 힘들고 제조 과정이 복잡한 단점을 가지고 있었고, 최근 개발 되어지는 용융함침법을 이용한 담지촉매 제조 방법은 제조 과정이 간편하고 빠른 장점을 지고 있으나 합금 및 혼성 촉매들을 제조하는 기술이 알려지지 않아 새로운 합금 촉매 및 다중 금속이 혼성화된 담지 촉매 개발의 필요성이 대두되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 담지 하고자 하는 금속염들을 기계적으로 동시 혼합 후, 혼합된 금속염을 녹여 다공성 지지체에 함침시켜 합금입자가 담지된 지지체 촉매들을 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 혼성 합금 촉매 담지체를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 담지 하고자 하는 금속염들을 기계적으로 동시 혼합 후, 혼합된 금속염을 녹여 다공성 지지체에 함침시켜 합금입자가 담지된 지지체 촉매 담지체 제조시 용융점이 높은 소량의 조촉매를 포함하여 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법 및 그 혼성 합금 촉매 담지체를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 a) 둘 이상의 금속염들과 다공성 지지체 간의 혼합단계와;
b) 공동 용융함침에 의한 금속염들 간의 융합단계와;
c) 고온 소성과정을 통해 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화 시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 a) 단계는 두가지 이상의 금속염과 담지를 원하는 다공성 지지체를 막자 사발이나 분쇄기를 이용하여 기계적으로 균일하게 갈아주는 단계일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b)단계에서 금속염은 용융점이 20℃ ~ 130℃인 것을 사용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b)단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 공동 융점 부근에서 함침하는 단계로, 함침 용융온도는 사용되는 금속염들 간의 융점 최고 온도와 최저 온도차이가 20℃ 이내일 경우에는 혼성 염들 중 가장 높은 융점을 가지는 염을 기준으로 함침 하는 단계일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b)단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 공동 융점 부근에서 함침하는 단계로, 함침 용융 온도는 사용되는 금속염들 간의 융점 최고 온도와 최저 온도차이가 20℃ 보다 큰 융점차이를 가지고 있으면 DSC(Differential Scanning Calorimeter)나 융점 분석 장치를 통해 함침 융점을 결정하는 단계일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 금속염은 Be(NO3)2, Mg(NO3)26H2O, Al(NO3)39H2O, Cr(NO3)9H2O, Ca(NO3)4H2O, Mn(NO3)2, Fe(NO3)39H2O, Co(NO3)26H2O, Ni(NO3)26H2O, Cu(NO3)23H2O, Cu(NO3)22.5H2O, Zn(NO3)2H2O, Zn(NO3)26H2O, Sr(NO3)24H2O, MgCl26H2O, CrCl36H2O, CaCl26H2O, MnCl24H2O, FeCl36H2O, CoCl26H2O, CuCl22H2O, SrCl26H2O, Al2(SO4)318H2O, Cr2(SO4)312H2O, FeSO47H2O, CoSO47H2O, NiSO46H2O, CuSO45H2O, ZnSO46H2O 로 이루어진 군중에서 선택된 두가지 염 이상일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 다공성 지지체는 다공성 실리카, 알루미나, charcoal, 지르코니아, 세리아, 타이타니아 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 다공성 실리카는 고분자 계면활성제를 주형으로 사용하고 실리카 선구물질의 솔-젤(sol-gel) 과정에 의해 제조된 메조다공성 실리카인 것을 사용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 다공성 실리카는 SBA-1, SBA-15, SBA-16, KIT-6, MCM-48, MCF(mesocellular siliceous foam) 중에서 선택된 어느 하나의 합성된 메조다공성 실리카인 것을 사용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b) 단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 융점 부근에서 함침하는 단계와; 용융함침 후 상온에서 건조시키는 단계;로 이루어질 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 c) 단계는, 대기, 질소, 수소 중 어느 하나의 분위기 하에서 소성하여 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화하는 단계일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 c) 단계에서 수소분위기하에서 환원되면서 소성된 합금 촉매 담지체에 에탄올을 사용하여 직접적 산화를 막는 단계를; 더 포함할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b) 단계는 혼성염의 함침시 반응용기 온도를 혼성 용융점에서 2 ~ 20℃ 정도 높여 진행하되, 반응은 닫힌계에서 실시하고, 반응시간은 24 ~ 48 시간 유지할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 b)단계를 거쳐 건조된 혼성염 분말에 용매에 용해된 조촉매를 습식 담지법으로 첨가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 조촉매는 전체 합금 촉매 무게 100wt% 중 0.1 ~ 5.0wt% 이내로 첨가할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 조촉매는 RuCl3, Ru(acac)2, PtCl2, Pt(acac)2, PdCl2, MnCl2, Mn(acac)2, MgCl2, Mg(acac)2, AuCl3, AgCl, CuCl2, Cu(acac)2, ZnCl2, Zn(acac)2, RhCl3, CdCl2, Cd(acac)2, IrCl3, ReCl3 중에서 선택된 하나 이상을 첨가할 수 있다.
또한 본 발명은 다른 실시 양태로, 상기 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법에 따라 둘 이상의 금속염이 합금화되어 지지체 속에 담지된 것을 특징으로 하는 혼성 합금 촉매 담지체를 제공함으로써 달성된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 혼합된 금속염의 동시 용융함침법을 제공함으로써, 합금 입자가 담지된 촉매 담지체의 신뢰성 및 대량생산이 편리하다는 장점과,
또한 본 발명에 따른 동시 용융함침 방식을 이용하면 두가지 이상의 다양한 합금 나노 입자를 쉽게 다공성 산화금속 지지체에 담지 시킬 수 있고, 또한 이에 대한 산화물 형태들도 쉽게 제조가 가능하다는 장점과,
또한 본 발명은 염이 담지된 지지체에 대한 소성 조건을 공기, 질소, 수소 가스를 흘러주어 다양하게 변화시켜 주면 얻어지는 입자의 산화상태를 조절 가능하여 합금뿐만 아니라 복합 산화 금속 촉매 담지체로의 적용 또한 가능하다는 장점과,
또한 본 발명은 추가적으로 다양한 조촉매의 첨가가 가능하여 얻어진 합금 입자가 담지된 촉매 담지체 들은 다양한 기상 및 액 상등 여러 불균일계 촉매 반응에서 우수한 혼성 촉매들을 쉽고 다양하게 만들 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공동 용융 함침을 통한 합금입자 합성방법을 보인 개념도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 두 가지 이상 금속염의 단순 기계적 혼합 후 동시 용융 함침에 따른 촉매 담지체 합성 방법을 보인 단계별 공정 순서도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 추가 금속염의 첨가 과정에서 습식 담지법을 이용한 소량의 조촉매가 첨가된 혼성 촉매 담지체 제조 공정도이고,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트 및 산화철 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 코발트-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 및 소성 분위기 별 코발트-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 코발트-니켈 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 대기 중에서 소성된 산화철 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 철-니켈 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 11은 본 발명의 실시예 4에 따른 대기 중 400℃에서 소성된 혼성금속 알루미나 담지 촉매 담지체( a) 코발트-철 계, b) 코발트-니켈계 c) 철-니켈 계)의 TEM 사진이고,
도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 Cu/Zn/알루미나 혼합 파우더의 DSC( a) 첫번째 사이클 b) 두번째 사이클) 그래프이고,
도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 Cu/Zn/MCF 혼합 파우더의 DSC(a) 첫번째 사이클 b) 두번째 사이클) 그래프이고,
도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 대기 중 500℃에서 소성된 혼성금속 CuO-ZnO담지 촉매 담지체(a) Cu-Zn/알루미나 계, b) Cu-Zn/실리카 계)의 TEM 사진이고,
도 15는 본 발명의 실시예 5에 따른 지지체 및 소성 분위기에 따른 구리-아연 합금 혼성 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트, 산화철 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 17은 본 발명의 실시예 6에 따른 500℃ 수소 분위기에서 환원된 코발트-니켈-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 18은 본 발명의 실시예 6에 따른 소성 분위기에 따른 코발트-철-니켈 합금 혼성 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 19는 본 발명의 실시예 7에 따른 Ru의 추가 습식 담지시 Co/Al2O3 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 두 가지 이상 금속염의 단순 기계적 혼합 후 동시 용융 함침에 따른 촉매 담지체 합성 방법을 보인 단계별 공정 순서도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 추가 금속염의 첨가 과정에서 습식 담지법을 이용한 소량의 조촉매가 첨가된 혼성 촉매 담지체 제조 공정도이고,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트 및 산화철 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 코발트-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 및 소성 분위기 별 코발트-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 코발트-니켈 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 대기 중에서 소성된 산화철 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 500℃ 수소 분위기 에서 환원된 철-니켈 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 11은 본 발명의 실시예 4에 따른 대기 중 400℃에서 소성된 혼성금속 알루미나 담지 촉매 담지체( a) 코발트-철 계, b) 코발트-니켈계 c) 철-니켈 계)의 TEM 사진이고,
도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 Cu/Zn/알루미나 혼합 파우더의 DSC( a) 첫번째 사이클 b) 두번째 사이클) 그래프이고,
도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 Cu/Zn/MCF 혼합 파우더의 DSC(a) 첫번째 사이클 b) 두번째 사이클) 그래프이고,
도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 대기 중 500℃에서 소성된 혼성금속 CuO-ZnO담지 촉매 담지체(a) Cu-Zn/알루미나 계, b) Cu-Zn/실리카 계)의 TEM 사진이고,
도 15는 본 발명의 실시예 5에 따른 지지체 및 소성 분위기에 따른 구리-아연 합금 혼성 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 대기 중에서 소성된 산화코발트, 산화철 및 산화니켈 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 a) 400℃, b) 500℃, c) 600℃에서의 TEM 사진이고,
도 17은 본 발명의 실시예 6에 따른 500℃ 수소 분위기에서 환원된 코발트-니켈-철 합금 혼성 실리카 담지 촉매 담지체의 TEM 사진이고,
도 18은 본 발명의 실시예 6에 따른 소성 분위기에 따른 코발트-철-니켈 합금 혼성 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이고,
도 19는 본 발명의 실시예 7에 따른 Ru의 추가 습식 담지시 Co/Al2O3 담지 촉매 담지체의 XRD spectra 변화도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 공동 용융 함침을 통한 합금입자 합성방법을 보인 개념도로, 본 발명은 크게 a) 둘 이상의 금속염들과 다공성 지지체 간의 혼합단계와; b) 공동 용융함침에 의한 금속염들 간의 융합단계와; c) 고온 소성과정을 통해 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화 시키는 단계; 로 구성됨을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 두 가지 이상 금속염의 단순 기계적 혼합 후 동시 용융 함침에 따른 촉매 담지체 합성 방법을 보인 단계별 공정 순서도인데, 상기 도 1의 단계를 보다 구체적 단계로 표현한 공정이다. 이를 살펴보면,
상기 a) 단계에 해당하는 두가지 이상의 금속염과 담지를 원하는 다공성 지지체를 막자 사발이나 분쇄기 등을 이용하여 기계적으로 균일하게 갈아주는 단계(S100)와;
상기 b) 단계에 해당하는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 융점 부근에서 함침하는 단계(S200)와; 용융함침 후 상온에서 건조시키는 단계(S300)와;
상기 c) 단계에 해당하는 건조후 분말을 공기(대기), 질소, 수소 중 어느 하나의 분위기 하에서 소성하여 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화하는 단계(S400);로 이루어진다. 이때 수소분위기하에서 환원된 합금촉매 담지체에 에탄올을 사용하여 직접적 산화를 막는 단계(S500);를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 다중으로 혼성될 수 있는 금속염 수화물은 용융점이 20℃에서 130℃ 사이가 바람직하다. 하나의 금속 수화물염의 용융점이 20℃ 이하가 되면 다중 금속염의 혼합시에 상온에서 일부 또는 전체 염이 녹아 지지체와의 균일한 혼합이 힘들고, 130℃이상이 되면 저온 융점을 가지는 염들과 혼성이 되더라도 용융함침되는 온도가 높아 반응 용기 내부에 증기압이 높아지고 사용하는 플라스틱 용기에 변형이 올 수 있기 때문이다.
이러한 금속염 수화물 군으로는 Be(NO3)2, Mg(NO3)26H2O, Al(NO3)39H2O, Cr(NO3)9H2O, Ca(NO3)4H2O, Mn(NO3)2, Fe(NO3)39H2O, Co(NO3)26H2O, Ni(NO3)26H2O, Cu(NO3)23H2O, Cu(NO3)22.5H2O, Zn(NO3)2H2O, Zn(NO3)26H2O, Sr(NO3)24H2O, MgCl26H2O, CrCl36H2O, CaCl26H2O, MnCl24H2O, FeCl36H2O, CoCl26H2O, CuCl22H2O, SrCl26H2O, Al2(SO4)318H2O, Cr2(SO4)312H2O, FeSO47H2O, CoSO47H2O, NiSO46H2O, CuSO45H2O, ZnSO46H2O 가 있는데, 본 발명은 이러한 군 중에서 선택된 두가지 염 이상을 동시에 혼합해 주면된다.
또한 상기 혼합 분말을 반응기에 넣고 혼합 금속염의 공동 융점 부근에서 함침하는 단계에서 함침 용융 온도는 금속염들 간의 혼합 시에 혼성된 염 상태의 융점에 의해 결정 되어지며, 사용되는 금속염들 간의 융점 최고 온도와 최저 온도차이가 20℃ 이내일 경우에는 편의상 혼성 염들 중 가장 높은 융점을 가지는 염을 기준으로 함침이 가능하다.
하지만 서로 혼합하고자 하는 금속염들 간의 최고 온도와 최저 온도차이가 융점이 20℃ 보다 큰 상이한 융점차이를 가지고 있으면 DSC(Differential Scanning Calorimeter)나 융점 분석 장치를 통해 함침 융점을 결정할 수 있다.
상기한 금속염들과 함께 사용되는 본 발명의 대표적인 다공성 지지체로는 기공이 잘 발달 되어 있고, 유효 표면적이 큰 다공성 실리카, 알루미나, charcoal, 지르코니아, 세리아, 타이타니아 등이 가능하며, 특히 금속염을 높은 함량으로 담지 하고자 할 때는 지지체의 기공 부피(pore volume)가 클수록 유리하다.
상기 다공성 실리카 지지체는 일반적으로 사용되는 메조다공성 실리카이면 모두 사용가능 하지만, 고분자 계면활성제를 주형으로 사용하고 실리카 선구물질의 솔-젤(sol-gel) 과정에 의해 제조 될 수 있다.
또한 합성으로 얻어 질 수 있는 메조다공성 실리카는 SBA-1, SBA-15, SBA-16, KIT-6, MCM-48, MCF(mesocellular siliceous foam) 등을 선택할 수 있으나 보다 바람직하게는 기공 부피가 크고 기공 크기가 30 nm 수준인 MCF 물질이 금속염의 20wt% 이상 고담지에 적합하다(Stucky, G. D. et. al., Chem. Mater. 2000, 12, 686).
다공성 지지체의 기공 부피(pore volume)에 따라 혼성 금속염은 5 ~ 80 wt%까지 다양하게 담지 시킬 수 있으며, 담지 되는 합금입자의 분산성을 위해 보다 바람직하게는 10 ~ 30wt% 의 금속 입자가 지지체에 담지 될 수 있다.
또한 지지체에 수화물 염이 담지된 상태에서 수소 분위기에서 소성을 하게 되면 담지 된 혼성염의 분해 및 환원으로 인해 나노미터 크기의 합금입자가 형성되며, 대기 중에서 소성을 하게 되면 이에 대한 산화된 형태를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 함금 촉매 담지체 제조 과정에서 사용되는 금속염의 양과 반응온도에 따라 반응용기의 선택이 가능하며, 주로 스테인레스 스틸(stainless steel)로 제작된 반응기나 고분자 플라스틱 중 폴리프로필렌(Polypropylene)이나 테프론(Teflon)으로 제작된 용기를 사용하면 된다.
또한 금속염을 녹여서 잘 담지 시키기 위해서는 반응용기 내의 온도 조절과 압력 유지가 중요하며, 주로 혼성염의 함침은 염의 지지체 내부로의 완전한 함침이 가능하도록 혼성 용융점에서 2 ~ 20℃ 정도 높여서 진행이 가능하며, 반응 중 발생하는 증기압으로 인한 압력이 사라지지 않도록 반응은 반드시 닫힌계에서 이루어져야 한다.
또한 반응시간은 염들이 충분히 녹아 담지체 속으로 들어갈 수 있도록 24 ~ 48 시간 정도가 바람직하다.
도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 추가 금속염의 첨가 과정에서 습식 담지법을 이용한 소량의 조촉매가 첨가된 혼성 촉매 담지체 제조 공정도이다.
한편, 본 발명은 합금촉매 담지체 제조과정 중에 전체 합금 촉매 담지체 무게 100wt% 중 0.1 ~ 5.0wt% 이내의 범위로 소량의 조촉매로서 적용하기 위한 수계 또는 비수계 금속염을 첨가하고자 할때는 촉매의 균일성을 위해 도 3의 단계별 과정과 같이 기존 습식 담지법을 통해 소량의 금속염을 담지 하는 것이 가능하다.
첨가 시점은 상기 용융함침 후 상온에서 건조시키는 단계(S300)가 끝난후 조촉매 추가공정 즉, 건조 후 염이 함침된 분말에 물 또는 유기용매에 녹인 금속염을 습식 담지법으로 첨가하는 단계(S600)가 추가 된다.
이러한 조촉매 첨가 공정 중에 추가적으로 사용될 수 있는 염으로는 용융점이 높아 용융함침법의 적용이 힘든 무수물 염의 첨가가 가능하다.
구체적으로 살펴보면 RuCl3, Ru(acac)2, PtCl2, Pt(acac)2, PdCl2, MnCl2, Mn(acac)2, MgCl2, Mg(acac)2, AuCl3, AgCl, CuCl2, Cu(acac)2, ZnCl2, Zn(acac)2, RhCl3, CdCl2, Cd(acac)2, IrCl3, ReCl3 등이 가능하며, 이러한 군중에서 선택된 하나 이상을 사용하면 된다.
또한 이러한 염들의 용해시 사용될 수 있는 용매로는 물, 에탄올, THF 등이 이용될 수 있다.
첨가 방법은 소량의 금속염 용액을 소량씩 떨어뜨려 건조하면서 담지할 수 있으며, 시간을 절약하기 위해 로터리 방식 증발기(rotary evaporator) 장치를 사용하여 상온에서 진공으로 용매를 제거함으로써 빠르게 담지 될 수도 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들이다.
[실시예 1] Co(7.5wt%)/Fe(7.5wt%)/MCF 담지 촉매 담지체의 제조
Co(NO3)26H2O (m.p. = 55℃) 염 1.852g 과 Fe(NO3)39H2O (m.p. = 47.2℃) 염 2.713 g 을 다공성 실리카인 MCF 4.25 g(surface area= 625 m2/g, pore volume= 2.4 cm3/g)과 함께 용기에 넣고 막자 사발을 이용해서 균일하게 갈아준다.
기계적으로 혼합된 혼성염 분말(powder)을 50 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 옮겨 담아 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃로 온도가 설정된 건조 오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다.
24시간 이후 혼성염 분말(powder)을 상온에서 식힌 후 소성오븐을 이용하여 수소 가스 흐름 하에서 500℃ 에서 4시간동안 소성시켜 CoFe 합금이 담지 된 CoFe/MCF 촉매 담지체를 얻을 수 있다. 이때, 흘려주는 가스의 유량은 10 cc/min ~ 500cc/min 사이가 가능하며, 내부 분말(powder)이 날리지 않으면서 완전한 환원을 하기 위해 보다 바람직하게는 200cc/min 정도가 적합하다.
여기서 최종적으로 얻어지는 활성화된 CoFe/MCF 담지 촉매 담지체의 경우 공기 중에서 산화 될 수 있기 때문에, 고온 소성 후 상온의 질소 분위기하에서 페시베이션(passivation)에 효과가 있는 에탄올에 넣어 보관함이 바람직하다.
이때,산화를 유발할 수 있는 외부의 공기가 유입되지 않도록 질소를 500cc/min로 강하게 블로잉(blowing) 해주며 미리 준비된 질소 분위기하의 에탄올이 담겨진 용기에 순간적으로 넣어주는 것이 중요하다.
한편, 산화된 형태를 얻기 위해서, 소성은 대기 중에서 200 ~ 700℃에서 진행 되어 질 수 있으며 합금 구조체의 형성을 위해 보다 바람직하게는 500℃에서 처리해 주는 것이 적합하다. 대기 중에서 소성이 되면 합금 입자의 산화된 형태들이 얻어지게 되며, 도 4 의 TEM 이미지 상에서 확인이 가능하듯이 입자의 크기는 소성온도가 고온으로 갈수록 소결(sintering)의 발생으로 10 nm 수준에서 40 nm 수준까지 점차 커짐을 확인할 수 있다.
도 5의 TEM 이미지에서 수소 분위기에서 환원한 CoFe 합금입자의 평균 크기는 안정하면서도 높은 활성을 낼 수 있는 20 nm 크기 수준으로 얻어짐이 확인 가능하다. 도 6에서 나타난 것처럼 각각의 XRD(X-ray diffraction) 스펙트럼 분석을 통해 온도에 따른 산화 금속 입자의 결정상 및 수소 조건에서 환원시에 형성된 CoFe 합금입자의 결정상을 알 수 있었다.
[실시예 2] Co(7.5wt%)/Ni(7.5wt%)/MCF 담지 촉매 담지체의 제조
Co(NO3)26H2O 염 1.852g 과 Ni(NO3)26H2O (m.p. = 56.7℃) 염 1.858 g을 다공성 실리카인 MCF 4.25g과 함께 넣고 막자 사발을 이용해서 균일하게 갈아준다.
혼성염 분말(powder)을 50 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 넣은 후 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다.
24시간 이후 혼성염 분말(powder)을 상온에서 식힌 후 소성오븐을 이용하여 수소 가스 흐름 하에서 500 ℃에서 4시간동안 소성 시켜 CoNi/MCF 촉매 담지체를 얻을 수 있다.
한편, 대기 중에서 소성할 경우, 온도에 따른 활성 입자의 크기는 400℃에서 600℃로 고온으로 갈수록 점차 커지며 수소 분위기에서는 500℃의 대기중과 동일온도에서 상대적으로 입자가 좀 더 작고 균일하게 얻어지게 된다. 이러한 변화는 도 7 및 도 8의 TEM 이미지 상에서 각각 확인 가능하다.
[실시예 3] Fe(7.5wt%)/Ni(7.5wt%)/MCF 담지 촉매 담지체의 제조
Fe(NO3)39H2O 염 2.713g과 Ni(NO3)26H2O 염 1.858g을 다공성 실리카인 MCF 4.25g과 함께 넣고 막자 사발을 이용해서 균일하게 갈아준다.
그 후 혼성염 분말(powder)을 50 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 넣은 후 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다.
24시간 이후 혼성염 분말(powder)을 상온에서 식힌 후 소성오븐을 이용하여 수소 가스 흐름 하에서 500 ℃ 에서 4시간동안 소성 시켜 FeNi/MCF 촉매 담지체를 얻을 수 있다.
앞서 실시예 1과 2와 마찬가지로 온도 및 소성 분위기에 따른 추가 열처리를 통해 도 9 및 도 10에서 처럼 담지 촉매 담지체를 얻을 수 있었다.
[실시예 4] 알루미나를 지지체로 이용한 혼성 합금 담지 촉매 담지체의 제조
실시예 1 내지 3에서 사용한 다공성 실리카 물질인 MCF 대신에 동일한 양의 알루미나 분말(STREM CHEMICALS, INC., surface area= 185m2/g, pore volume=0.43 cm3/g) 및 금속염들을 이용하여 감마 - 알루미나에 담지된 촉매 담지체를 동일한 방법으로 제조할 수 있었다.
지지체인 알루미나의 경우 MCF 에 비해 작은 기공 부피를 가지고 있기 때문에, 도 11에서 보이는 것과 같이, 400℃ 에서 대기중 소성 시켰을 때 같은 함량의 금속을 MCF에 담지 했던 경우에 비해, 담지된 입자들이 다소 크며 불균일 하지만 이 역시 종래의 방법보다 훨씬 편리하게 함금 촉매 담지체가 얻어졌다.
[실시예 5] Cu(12wt%)/Zn(3wt%) 담지 실리카 및 알루미나 촉매 담지체의 제조
Cu(NO3)22.5H2O (Aldrich, ACS reagent 98%) 염 2.196g 과 Zn(NO3)26H2O (Aldrich) 염 0.683g을 다공성 실리카인 MCF 또는 알루미나 파우더 4.25g과 함께 용기에 넣고 막자 사발을 이용해서 균일하게 갈아준다.
잘 혼합된 혼성염 분말을 도 12, 13과 같이 DSC(differential scanning calorimetry) 분석을 통해 지지체 속에 함침되는 금속염의 대략적 융점을 확인 할 수 있었다.
DSC 분석은 - 50℃부터 90 ℃까지 분당 2.5 ℃씩 승온하여 측정하였고, 도 12, 13에서처럼 융점이 Cu-Zn/알루미나 촉매 담지체의 경우 25℃ 부근, Cu-Zn/실리카 촉매 담지체의 경우 20 ℃ 부근으로 비교적 낮게 측정됨을 알 수 있었다.
이후, 혼성염 분말(powder)을 50 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 반응 용기에 넣은 후 용기의 마개를 꽉 조인 후 충분히 염의 용융 함침이 가능하도록 40 ℃로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관 해 주었다.
24시간 이후 혼성염(powder)을 상온에서 식힌 후 소성오븐을 이용하여 수소 가스 흐름 하에서 500 ℃ 에서 4시간동안 소성시켜 Cu-Zn/MCF 촉매 담지체를 얻을 수 있다. 도 14의 a)는 알루미나에 담지된 Cu-Zn 입자에 대한 TEM 이미지 이고, 도 14의 b)는 실리카에 담지된 Cu-Zn 입자에 대한 TEM 이미지 이다. 각각의 이미지에서 볼 수 있듯이 지지체에 입자가 고르게 분산되어져 있음을 알 수 있다. 도 15는 알루미나와 실리카를 지지체로 사용하여 수소 및 대기 조건에서 환원하였을 때의 XRD 스펙트럼을 나타내며, 대기중에서 소성하였을 경우 CuO 피크가 강하게 나타나며 반면에 수소 분위기하에서 소성하였을때는 Cu 피크가 강하게 보임을 확인할 수 있다.
[실시예 6] 다중 혼성 Co(5wt%)/Ni(5wt%)/Fe(5wt%)/MCF 담지 촉매 담지체의 제조
Fe(NO3)39H2O 염 2.713g, Co(NO3)26H2O 염 1.852g과 Ni(NO3)26H2O 염 1.858 g을 다공성 실리카인 MCF 6.375 g과 함께 넣고 막자 사발을 이용해서 균일하게 갈아준다.
혼성염 분말(powder)을 50 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 넣은 후 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃ 로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다. 24시간 이후 혼성염 분말(powder)은 상온에서 식힌 후, 소성은 대기 또는 수소 분위기 하에서 200~700℃ 사이에서 진행 되어 질 수 있으며, 합금 구조체의 형성을 위해 보다 바람직하게는 500℃에서 처리해 주는 것이 적합하다. 도 16의 a) 내지 c) 에서 볼 수 있듯이 대기 중에서 소성할 경우, 소성 온도에 따른 활성 입자의 영향은 400℃에서 600℃의 고온으로 갈수록 그 크기가 커짐을 알 수 있다. 도 17에서 보듯이 수소 분위기에서는 500℃의 대기중과 동일온도에서 소성시에 상대적으로 입자가 좀 더 작고 균일하게 얻어짐을 확인 할 수 있다.
도 18에 나타난 것처럼 XRD(X-ray diffraction) 스펙트럼에서 온도에 따른 각각의 금속 입자의 결정상 및 수소 조건에서 환원시에 형성된 CoFe, FeNi 합금입자의 결정상을 알 수 있었다.
[실시예 7] 추가 금속염의 첨가 과정에서 습식 담지법을 이용한 Co(15wt%)/Ru(1wt%)/Al2O3 담지 촉매 담지체의 제조
Co(NO3)26H2O 염 8.715g과 알루미나 분말(STREM CHEMICALS, INC., surface area= 185m2/g, pore volume=0.43 cm3/g) 10.0g과 함께 막자사발에 넣고 색이 균일해 질때까지 충분히 막자로 갈아서 잘 섞어준다. 혼합된 혼성염 분말(powder)을 125 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 옮겨 담아 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃ 로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다.
24시간 동안의 에이징(aging) 후, 혼성염 분말(powder)은 상온에서 건조하고, 추가로 RuCl3 수용액 (0.08M) 15mL를 혼성 염 분말(powder)이 담긴 둥근 플라스크에 함께 넣고 로터리 증발기(rotary evaporator)를 이용하여 25 ~ 30 ℃ 온도에서 건조하여 담지 한다.
건조가 완료되면, 혼합된 혼성염 분말(powder)을 수소 분위기하 500℃에서 4시간 소성시켜 Co(15wt%)/Ru(1%)/Al2O3 촉매 담지체를 얻을 수 있다.
도 19의 XRD spectra 에서도 확인 가능하듯이, 이렇게 얻어진 Co/Ru 혼성 촉매 담지체는 공기중에서 순수 Co/Al2O3 담지 촉매 담지체에 비해 공기중 자발적 산화에 대해서도 휠씬 안정한 장점을 가지게 된다.
[실시예 8] 추가 금속염의 첨가 과정에서 습식 담지법을 이용한 Co(7.5wt%)/Fe(7.5wt%)/Ru(1wt%)/Al2O3 담지 촉매 담지체의 제조
Co(NO3)26H2O 염 1.852g 및 Fe(NO3)39H2O 염 2.713g과 알루미나 분말(STREM CHEMICALS, INC., surface area= 185m2/g, pore volume=0.43 cm3/g) 4.2g을 함께 막자사발에 넣고 색이 균일해 질때까지 충분히 막자로 갈아서 잘 섞어준다. 혼합된 혼성염 분말(powder)을 125 mL 용량의 폴리프로필렌(Polypropylene) 용기에 옮겨 담아 용기의 마개를 꽉 조인 후 60 ℃로 온도가 설정된 건조오븐에 넣고 24시간 동안 보관한다.
24시간 동안의 에이징(aging) 후, 혼성염 분말(powder)은 상온에서 건조하고, 추가로 RuCl3 수용액 (37mM) 5mL를 혼성 염 분말(powder)이 담긴 둥근 플라스크에 함께 넣고 로터리 증발기(rotary evaporator)를 이용하여 25 ~ 30 ℃ 온도에서 건조하여 담지 한다.
건조가 완료되면, 혼합된 혼성염 분말(powder)을 수소 분위기하 500℃에서 4시간 소성시켜 Co(7.5wt%)/Fe(7.5wt%)/Ru(1%)/Al2O3 촉매 담지체를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (17)
- a) 둘 이상의 금속염들과 다공성 지지체 간의 혼합단계와;
b) 공동 용융함침에 의한 금속염들 간의 융합단계와;
c) 고온 소성과정을 통해 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화 시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 a) 단계는 두가지 이상의 금속염과 담지를 원하는 다공성 지지체를 막자 사발이나 분쇄기를 이용하여 기계적으로 균일하게 갈아주는 단계인 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b)단계에서 금속염은 용융점이 20℃ ~ 130℃인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b)단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 공동 융점 부근에서 함침하는 단계로, 함침 용융온도는 사용되는 금속염들 간의 융점 최고 온도와 최저 온도차이가 20℃ 이내일 경우에는 혼성 염들 중 가장 높은 융점을 가지는 염을 기준으로 함침 하는 단계인 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b)단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 공동 융점 부근에서 함침하는 단계로, 함침 용융 온도는 사용되는 금속염들 간의 융점 최고 온도와 최저 온도차이가 20℃ 보다 큰 융점차이를 가지고 있으면 DSC(Differential Scanning Calorimeter)나 융점 분석 장치를 통해 함침 융점을 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금속염은 Be(NO3)2, Mg(NO3)26H2O, Al(NO3)39H2O, Cr(NO3)9H2O, Ca(NO3)4H2O, Mn(NO3)2, Fe(NO3)39H2O, Co(NO3)26H2O, Ni(NO3)26H2O, Cu(NO3)23H2O, Cu(NO3)22.5H2O, Zn(NO3)2H2O, Zn(NO3)26H2O, Sr(NO3)24H2O, MgCl26H2O, CrCl36H2O, CaCl26H2O, MnCl24H2O, FeCl36H2O, CoCl26H2O, CuCl22H2O, SrCl26H2O, Al2(SO4)318H2O, Cr2(SO4)312H2O, FeSO47H2O, CoSO47H2O, NiSO46H2O, CuSO45H2O, ZnSO46H2O 로 이루어진 군중에서 선택된 두가지 염 이상인 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 다공성 지지체는 다공성 실리카, 알루미나, charcoal, 지르코니아, 세리아, 타이타니아 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 다공성 실리카는 고분자 계면활성제를 주형으로 사용하고 실리카 선구물질의 솔-젤(sol-gel) 과정에 의해 제조된 메조다공성 실리카인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 다공성 실리카는 SBA-1, SBA-15, SBA-16, KIT-6, MCM-48, MCF(mesocellular siliceous foam) 중에서 선택된 어느 하나의 합성된 메조다공성 실리카인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b) 단계는 혼합 분말을 반응용기에 넣고 혼합 금속염의 융점 부근에서 함침하는 단계와; 용융함침 후 상온에서 건조시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 c) 단계는 대기, 질소, 수소 중 어느 하나의 분위기 하에서 소성하여 다공성 지지체 내 금속염들을 합금화하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 수소분위기하에서 환원되면서 소성된 합금촉매 담지체에 에탄올을 사용하여 직접적 산화를 막는 단계;를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b) 단계는 혼성염의 함침시 반응용기 온도를 혼성 용융점에서 2 ~ 20℃ 정도 높여 진행하되, 반응은 닫힌계에서 실시하고, 반응시간은 24 ~ 48 시간 유지하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 b)단계를 거쳐 건조된 혼성염 분말에 용매에 용해된 조촉매를 습식 담지법으로 첨가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 조촉매는 전체 합금 촉매 담지체 무게 100wt% 중 0.1 ~ 5.0wt% 이내로 첨가되는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 조촉매는 RuCl3, Ru(acac)2, PtCl2, Pt(acac)2, PdCl2, MnCl2, Mn(acac)2, MgCl2, Mg(acac)2, AuCl3, AgCl, CuCl2, Cu(acac)2, ZnCl2, Zn(acac)2, RhCl3, CdCl2, Cd(acac)2, IrCl3, ReCl3 중에서 선택된 하나 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 동시 용융함침에 의한 혼성 합금 촉매 담지체 제조 방법.
- 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 따라 둘 이상의 금속염이 합금화되어 지지체 속에 담지된 것을 특징으로 하는 혼성 합금 촉매 담지체.
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