KR101566688B1 - 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매 - Google Patents

세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매 Download PDF

Info

Publication number
KR101566688B1
KR101566688B1 KR1020150026670A KR20150026670A KR101566688B1 KR 101566688 B1 KR101566688 B1 KR 101566688B1 KR 1020150026670 A KR1020150026670 A KR 1020150026670A KR 20150026670 A KR20150026670 A KR 20150026670A KR 101566688 B1 KR101566688 B1 KR 101566688B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceria
aqueous solution
zirconia
composite oxide
weight
Prior art date
Application number
KR1020150026670A
Other languages
English (en)
Inventor
고영덕
오종현
이성우
손민영
이진구
Original Assignee
주식회사 퓨어스피어
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 퓨어스피어 filed Critical 주식회사 퓨어스피어
Priority to KR1020150026670A priority Critical patent/KR101566688B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101566688B1 publication Critical patent/KR101566688B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14—Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/02—Oxides

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비표면적이 넓고, 고온 내열성이 우수한 동시에 촉매의 성능을 향상시킬 수 있는 세리아-지르코니아 복합산화물을 친환경적으로 용이하게 제조할 수 있는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 세리아-지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매에 관한 것이다.

Description

세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매{Method for Preparing Ceria―zirconia Complex Oxide and Catalyst Containing a Ceria―zirconia Complex Oxid}
본 발명은 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업현장에서 배출되는 악취물질, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 정화용 촉매 등에 사용되는 세리아-지르코니아 복합산화물을 친환경적으로 용이하게 제조할 수 있는 제조방법 및 상기 세리아-지르코니아 복합산화물을 함유하는 고내열성 촉매에 관한 것이다.
산업현장에서 배출되는 가스에는 악취물질, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 등을 함유한다. 이들 물질 정화 촉매의 대표적인 예로는, γ-알루미나와 같은 다공질 금속 산화물 담체 및 다공질 금속 산화물 담체에 담지시킨 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속으로 이루어진 촉매가 사용된다.
보통 백금이 촉매의 활성성분으로 사용된다. 그러나 백금을 사용할 때, 고온의 배기가스 등에 장시간에 걸쳐 노출된 경우, 백금 입자의 크기가 성장하여 각 백금 입자의 비표면적이 감소하고, 그에 의하여 촉매 활성도가 저하된다. 이에 대응하기 위해, 백금의 입자 성장을 억제하기 위한 다양한 방법이 개발되었다.
예를 들면, 희토류 특히 세리아를 담체 성분의 일부로 사용할 때, 세리아가 귀금속 배기 가스 정화, 특히 백금에 대해 친화성이 강하기 때문에, 상기 귀금속의 입자 성장(소결)을 억제하는 것으로 나타났다.
그러나 세리아 자체는 비표면적이 작고, 내열성이 낮으며 고가여서 세리아 단독보다는 이를 보완할 수 있는 세리아-지르코니아에 대한 연구가 최근 이루어지고 있으며, 상기 세리아-지르코니아를 제조하기 위한 방법들 또한 다수 제시되어 있다.
예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0561169호에서는 질산세륨 수용액과 질산지르코늄 수용액을 혼합한 수용액에 암모니아수를 투입시켜 세리아-지르코니아 혼합 산화물을 제조하는 방법이 제시되어 있고, 미국 등록특허공보 제7473408호에서는 세륨염과 질산세륨을 유기용매에 용해한 다음, 가성소다, 수산화칼륨, 암모니아수 등을 투입시켜 세리아-지르코니아 혼합 산화물을 제조하는 방법이 제시되어 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-0300825호에서는 초산세륨 및 초산지르코늄 수용액을 혼합한 수용액에 암모니아수를 투입하여 세리아-지르코니아 혼합 산화물을 제조하는 방법이 제시되어 있다.
그러나 상기와 같이 세리아 전구체 및 지르코니아 전구체로 질산 함유 전구체를 사용하거나, 또는 세리아 전구체 및 지르코니아 전구체를 유기용매, 암모니아수 등으로 용해시킬 경우, 부식성이 강해 제조과정의 주의가 필요하고, 제조 후 폐수 중의 총질소값이나, 생화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand, COD) 등이 높아서 폐수처리의 어려움이 있었다.
따라서, 친환경적으로 세리아-지르코니아 복합산화물을 용이하게 제조할 수 있으면서, 질산전구체를 사용하는 세리아-지르코니아 복합산화물 제조에 비해 비표면적이 넓고, 고온 내열성이 우수한 세리아-지르코니아 복합산화물을 제조할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0561169호 미국 등록특허공보 제7473408호 대한민국 등록특허공보 제10-0300825호
본 발명의 주된 목적은 비표면적이 넓고, 고온 내열성이 우수한 동시에 촉매의 성능을 향상시킬 수 있는 세리아-지르코니아 복합산화물을 친환경적으로 용이하게 제조할 수 있는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 또한, 상기 세리아-지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, (a) 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액을 혼합하여 혼합 수용액을 수득하는 단계; (b) 상기 혼합 수용액에 가성소다를 첨가시켜 세리아-지르코니아 혼합물을 침전시키는 단계; 및 (c) 상기 침전된 세리아-지르코니아 혼합물을 하소하는 단계를 포함하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 가성소다는 수용액 형태로 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 세리아-지르코니아 복합산화물은 세리아-지르코니아 복합산화물 총중량에 대하여, 세리아 20 ~ 80 중량%를 함유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (c) 단계의 하소는 300 ~ 1000℃에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 하나 이상의 백금족 금속과 상기 제조방법에 의해 제조되는 세리아-지르코니아 복합산화물을 포함하고, 악취물질, 일산화탄소 및 휘발성 유기화합물 중 하나 이상을 정화하는 것을 특징으로 하는 촉매를 제공한다.
본 발명에 따르면, 비표면적이 넓고, 고온 내열성이 우수한 세리아-지르코니아 복합산화물을 친환경적으로 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 세리아-지르코니아 복합산화물은 산화촉매의 성능을 향상시킬 수 있어 열적으로 내구성을 필요로 하는 악취, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 등의 제거에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 실험예 3에서 측정된 온도에 따른 톨루엔 제거율 그래프이다.
도 2는 실험예 4에서 측정된 온도에 따른 톨루엔 제거율 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 일관점에서, (a) 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액을 혼합하여 혼합 수용액을 수득하는 단계; (b) 상기 혼합 수용액에 가성소다를 첨가시켜 세리아-지르코니아 혼합물을 침전시키는 단계; 및 (c) 상기 침전된 세리아-지르코니아 혼합물을 하소하는 단계를 포함하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 세리아 전구체 및 지르코니아 전구체로 초산전구체를 사용하고, 침전제로 가성소다를 사용하여 세리아-지르코니아 복합산화물을 제조함으로써, 제조과정 중에 발생되는 폐수의 총질소값이 매우 낮을 뿐만 아니라, 생화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand, BOD)이나, 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD) 또한 낮아 종래 세리아 전구체 및 지르코니아 전구체로 질산전구체를 사용한 경우나, 암모니아수, 유기용매 등을 침전제로 사용한 경우에 비해 매우 친환경적이면서 비표면적이 넓고, 우수한 고온 내열성을 나타내는 세리아-지르코니아 복합산화물을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법은 먼저 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액을 혼합하여 혼합 수용액을 수득한다.
상기 초산세륨 수용액은 증류수 100 중량부에 대하여, 초산세륨 1 ~ 25 중량부로 함유하는 것으로, 초산세륨이 증류수 100 중량부에 대하여, 1 중량부 미만으로 함유할 경우, 초산세륨의 함량이 너무 낮아 생산 효율이 저하되고, 25중량부를 초과하는 경우에는 상온에서 초산세륨을 용해시키는데 많은 시간이 소요되거나 일부가 용해되지 않고 침전될 수 있다.
또한, 상기 초산지르코늄 수용액은 증류수 100 중량부에 대하여, 초산지르코늄 1 ~ 25 중량부로 함유하는 것으로, 초산지르코늄이 증류수 100 중량부에 대하여, 1 중량부 미만으로 함유할 경우에는 생산 효율이 낮아지고, 25 중량부를 초과하는 경우에는 초산세륨 수용액과 혼합시 급격한 반응, 침전으로 인해 혼합액의 졸화 현상이 발생되어 두 용액을 고르게 혼합하기 어렵게 된다.
이와 같이 초산세륨 수용액 및 초산지르코늄 수용액이 준비되면, 초산세륨 수용액 및 초산지르코늄 수용액 혼합물 100 중량부에 대하여, 초산지르코늄 수용액이 20 ~ 80 중량부로 혼합하여 혼합 수용액을 제조한다. 이때, 상기 초산세륨 수용액 및 초산지르코늄 수용액 혼합물 100 중량부에 대하여, 초산지르코늄 수용액이 20 중량부 미만으로 함유할 경우, 제조되는 세리아-지르코니아 복합산화물의 열 안정성이 감소되고, 80 중량부를 초과하는 경우에는 제조되는 세리아-지르코니아 복합산화물의 비표면적이 낮아져서 촉매의 저온활성이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 수득된 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액이 혼합된 혼합 수용액은 가성소다를 첨가시켜 침전물을 형성시킨다. 상기 가성소다는 미세하고 균일한 침전물을 수득하기 위해 그의 수용액 형태로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 혼합 수용액을 교반하는 동안 그의 수용액 형태로 첨가될 수 있다.
이때 상기 가성소다의 함량은 특별히 제한 없지만, 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액이 혼합된 혼합 수용액의 pH가 6 ~ 8이 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 혼합 수용액에 가성소다가 과량 투입되어 pH가 상기 범위보다 높아질 경우에는 침전된 세리아-지르코니아 복합산화물의 비표면적이 감소하게 되며 상기 범위보다 pH가 낮아질 경우에는 여과액에 세륨 및 지르코늄이 남게 되어 세리아-지르코니아 복합산화물의 생산 효율이 낮아지고 폐수 처리의 어려움이 발생된다.
전술된 바와 같이 침전 단계에서 형성된 세리아-지르코니아 혼합물은 본 분야에 잘 알려진 기술을 사용함으로 분리된다. 예를 들어, 여과, 디켄테이션, 증발, 세척, 건조 및 분무건조, 바람직하게는 여과, 세척 또는 분무건조 중 한 가지 이상을 포함할 수 있으며, 촉매 지지체나, 구조체 등에 코팅될 경우에는 세척 후, 도포건조되거나, 후술되는 하소 과정 후 도포 코팅될 수 있다.
상기 분리된 세리아-지르코니아 혼합물은 최종적으로 하소시켜 세리아-지르코니아 복합산화물을 제조한다. 하소는 공기 또는 산소 함유 혼합가스와 같은 산화 분위기하에 고온에 가열함으로써 수행된다. 하소를 온도범위로는 300 ~ 1000℃에서 2 ~ 6시간 동안 수행할 수 있다. 상기 하소된 세리아-지르코니아 복합산화물은 특정 입자 크기, 보통 0.5 ~ 10㎛ 범위의 평균 입자 직경으로 분쇄될 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 세리아-지르코니아 복합산화물은 세리아-지르코니아 복합산화물 총중량에 대하여, 세리아 20 ~ 80 중량%를 함유할 수 있다. 만일, 세리아의 함량이 세리아-지르코니아 복합산화물 총중량에 대하여, 20중량% 미만일 경우 촉매 성능이 떨어지고, 내열성이 저하되는 반면, 80중량%를 초과할 경우에는 비표면적이 작고, 촉매 성능이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 세리아-지르코니아 복합산화물은 우수한 고온의 내열성과 넓은 비표면적으로, 악취, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 등의 제거에 유용하게 사용할 수는 촉매 지지체(담체)로서 우수한 성능을 가진다.
본 발명은 다른 관점에서, 하나 이상의 백금족 금속과 전술된 제조방법에 의해 제조되는 세리아-지르코니아 복합산화물을 포함하고, 악취물질, 일산화탄소 및 휘발성 유기화합물 중 하나 이상을 정화하는 것을 특징으로 하는 촉매에 관한 것이다.
상기 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 합금일 수 있고, 바람직하게는 백금, 팔라듐 및 이들의 합금일 수 있으며, 상기 백금족 금속은 촉매 총중량에 대하여 0.1 ~ 5.0 중량%로 포함할 수 있다. 만일, 백금족 금속이 촉매 총중량에 대하여 0.1 중량% 미만인 경우, 촉매 성능이 저하될 수 있고, 5.0중량%를 초과하는 경우에는 가격이 높아서 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 본 발명의 촉매는 구조체에 코팅된다. 구조체는 세라믹 또는 금속 재질일 수 있고, 세라믹 재질로는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 마그네시아, 제올라이트, 질화규소, 탄화규소, 규산지르코늄, 마그네슘 실리케이트, 알루미노실리케이트, 메탈로 알루미노실리케이트(코디어라트 등) 및 이들의 혼합물일 수 있고, 금속 재질은 어떠한 금속으로도 만들어질 수 있고, 특히 다른 미량 금속에 더하여, 철, 니켈, 크롬, 및/또는 알루미늄을 함유하는 페라이트 합금뿐만 아니라, 티타늄 및 스테인레스강과 같은 내열강 금속 및 금속 합금이 될 수 있다.
상기 촉매의 코팅방법은 어떤 공지의 수단에 의해서 구조체 코팅될 수 있다. 예를 들면 촉매가 구조체 표면에 워시코트로서 도포될 수 있다. 워시코트는 수계 슬러리로부터 도포된 다음, 건조되고 고온에서 하소된다.
본 발명에 따른 촉매는 고온 내열성이 우수하고 비표면적이 넓은 세리아-지르코니아 복합산화물과 하나 이상의 백금족 금속을 함유함으로써, 열적으로 내구성이 요구되는 악취, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 등의 제거에 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석해서는 안 된다.
< 실시예 1: CeO 2 30중량% 및 ZrO 2 70중량%를 함유하는 촉매 제조>
초산세륨[Ce(CH3COO)3·xH2O, 씨그마알드리치코리아] 160g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 초산세륨 수용액을 준비한 다음, 초산지르코늄[Zr(CH3COO)3·xH2O, 씨그마알드리치코리아, Zr 16%] 731g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 초산지르코늄 수용액을 준비하였다. 한편 가성소다[NaOH, 씨그마알드리치코리아] 460g는 초순수 2,300g에 완전히 용해시켰다. 상기 준비된 초산세륨 수용액에 초산지르코늄 수용액을 혼합한 후, 교반기를 사용하여 1,000rpm으로 일정하게 교반시키며 pH 7이 될 때까지 가성소다 수용액을 120분에 걸쳐 투입하여 세리아-지르코니아 혼합물을 침전시켰다. 세리아-지르코니아 혼합물이 침전된 세리아-지르코니아 케이크를 초순수로 충분히 세척한 후, 다시 필터프레스를 사용하여 여과시켰다.
상기 여과된 세리아-지르코니아 혼합물을 초순수에 재투입하여 교반 분사시키고, 상기 분사시킨 세리아-지르코니아 혼합물을 코디어라이트 허니컴(15cm ×15cm × 5cm, 200 cell/in2, 코닝코리아)에 코팅한 다음, 120℃에서 12시간 동안 건조시킨 후에 2℃/min의 승온 속도로 700℃까지 승온하여 4시간 소성하였다.
팔라듐과 백금 전구체로서 Pd 10 중량% Pd(NO3)2 수용액 9g과 Pt 10 중량% Pt(NH3)2(NO2)2) 수용액 (피엠리써치) 1g을 사용하여 상기 소성된 코디어라이트 허니컴에 함침(백금 0.1g/개, 팔라듐 0.9g/개) 한 후, 120℃에서 12시간 동안 건조한 후, 2℃/min으로 500℃까지 승온시켜 4시간 동안 소성하여 0.9중량% Pd·0.1중량% Pt인 Pd-Pt/ CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였다.
< 실시예 2: CeO 2 70중량%및 ZrO 2 30 중량%를 함유하는 촉매 제조>
실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 초산세륨[Ce(CH3COO)3·xH2O, 씨그마알드리치코리아] 420g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 초산세륨 수용액을 준비하고, 초산지르코늄[Zr(CH3COO)3·xH2O, 씨그마알드리치코리아, Zr 16%] 350g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 초산지르코늄 수용액을 준비한 다음, 이를 이용하여 촉매를 제조하였다.
< 비교예 1: CeO 2 100중량%를 함유하는 촉매 제조 >
실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 초산지르코늄 없이 초산세륨 수용액만으로 촉매를 제조하였다.
< 비교예 2: ZrO 2 100중량%를 함유하는 촉매 제조 >
실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 초산세륨 없이 초산지르코늄 수용액만으로 촉매를 제조하였다.
< 비교예 3: 질산 전구체 및 암모니아수를 사용하여 제조된 CeO 2 70중량% 및 ZrO 2 30 중량%를 함유하는 촉매 제조>
실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 초산세륨 수용액 대신 질산세륨[Ce(NO3)5·xH2O, 씨그마알드리치코리아] 560g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 질산세륨 수용액을 준비하고, 초산지르코늄 수용액 대신 질산지르코늄[Zr(NO3)4·xH2O, 씨그마알드리치코리아 Zr 16%] 350g을 중량비 10배의 초순수에 완전히 용해시켜 초산지르코늄 수용액을 준비한 다음, 상기 질산세륨 및 질산지르코늄 혼합 수용액에 10중량%로 희석한 암모니아수(NH4OH 수용액, 씨그마알드리치코리아)로 pH이 7이 될 때까지 서서히 첨가시켰다.
[ 실험예 1]
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에서 제조된 촉매의 비표면적을 BET(Tristal Ⅱ 3020, Micromeritics)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실험예 2]
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에서 제조된 촉매를 800℃에서 30시간 동안 열처리 한 후, 열처리 촉매의 비표면적을 BET(Tristal Ⅱ 3020, Micromeritics)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실험예 3]
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에서 제조된 촉매의 톨루엔 제거율을 측정하기 위해 톨루엔 150ppmv, 수증기 3vol%가 함유된 공기를 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에서 제조된 촉매 27cm3에 부피공간속도 25,000 h-1로 흘려주면서 2℃/min 승온속도로 100℃에서 400℃까지 톨루엔 제거실험을 수행하였다. 이때, 톨루엔 제거율은 하기 수학식 1로 산출하였고, 산출된 톨루엔 제거율 90%에 해당하는 제거 온도(T90)를 표 1 및 도 1에 나타내었다.
[수학식 1]
Figure 112015018838525-pat00001

[ 실험예 4]
실험예 3과 동일한 방법으로 톨루엔 가스를 흘려주면서 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에서 제조된 촉매를 800℃에서 30시간 동안 유지하였다가 2℃/min 승온 속도로 100℃에서 400℃까지 톨루엔 제거실험을 수행하여 톨루엔 제거율 90%에 해당하는 제거 온도(T90)를 표 1 및 도 2에 나타내었다.
구분 실험예 1 (m2/g) 실험예 2(m2/g) 실험예 3(℃) 실험예 4(℃)
실시예 1 72.5 62.9 214.0 220.9
실시예 2 67.0 48.5 233.0 248.6
비교예 1 55.1 25.8 222.3 258.7
비교예 2 85.8 41.9 217.8 273.8
비교예 3 65.1 46.7 219.5 239.4
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2의 촉매는 열처리 전(실험예 1)/후(실험예 2)의 비표면적 차이가 18.5 m2/g 이하로, 비표면적 감소율이 28% 이하였다. 또한, 열처리전(실험예 3)/후(실험예 4)의 온도차이가 15.6 ℃이하임을 알 수 있는 반면, 비교예 1 및 2의 촉매는 열처리 전(실험예 1)/후(실험예 2)의 비표면적 차이가 29.3 m2/g 이상으로, 비표면적 감소율이 53% 이상이였고, 열처리전(실험예 3)/후(실험예 4)의 온도차이가 36.4℃ 이상임을 알 수 있어, 실시예 1 및 2의 촉매가 비교예 1 및 2의 촉매에 비해 비표면적이 넓으면서 고온에서의 열적 내구성이 좋다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 3의 촉매는 열처리 전(실험예 1)/후(실험예 2)의 비표면적이 각각 65.1 m2/g 및 46.7m2/g이고, 열처리 전(실험예 1)/후(실험예 2)의 톨루엔 90% 제거율 온도가 각각 219.5℃ 및 239.4℃로, 실시예 1 및 2의 촉매에 비해 비표면적이 작고, 톨루엔 제거 온도가 높음을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법은 비표면적이 넓고, 고온 내열성이 우수한 세리아-지르코니아 복합산화물을 친환경적으로 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 세리아-지르코니아 복합산화물은 산화촉매의 성능을 향상시킬 수 있어 열적으로 내구성을 필요로 하는 악취, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 등의 제거에 유용하게 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 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.

Claims (5)

  1. (a) 초산세륨 수용액과 초산지르코늄 수용액을 혼합하여 혼합 수용액을 수득하는 단계;
    (b) 상기 혼합 수용액의 pH가 6 ~ 8이 될 때까지 혼합 수용액에 가성소다를 첨가시켜 세리아-지르코니아 혼합물을 침전시키는 단계; 및
    (c) 상기 침전된 세리아-지르코니아 혼합물을 하소하는 단계를 포함하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가성소다는 수용액 형태로 첨가하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세리아-지르코니아 복합산화물은 세리아-지르코니아 복합산화물 총중량에 대하여, 세리아 20 ~ 80 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 하소는 300 ~ 1000℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 세리아-지르코니아 복합산화물의 제조방법.
  5. 삭제
KR1020150026670A 2015-02-25 2015-02-25 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매 KR101566688B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150026670A KR101566688B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150026670A KR101566688B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101566688B1 true KR101566688B1 (ko) 2015-11-09

Family

ID=54605106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150026670A KR101566688B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101566688B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017164518A1 (ko) * 2016-03-24 2017-09-28 한국화학연구원 휘발성 유기화합물 제거용 다성분계 세리아-지르코니아 기반 복합 금속 산화물 촉매 및 이의 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100300825B1 (ko) * 1996-04-11 2002-02-28 준쵸 셈바 배기가스정화용촉매및배기가스정화방법
KR100561169B1 (ko) 2004-03-04 2006-03-15 한국과학기술연구원 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 이를이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 및 그 전극을포함하는 연료 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100300825B1 (ko) * 1996-04-11 2002-02-28 준쵸 셈바 배기가스정화용촉매및배기가스정화방법
KR100561169B1 (ko) 2004-03-04 2006-03-15 한국과학기술연구원 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 이를이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 및 그 전극을포함하는 연료 전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017164518A1 (ko) * 2016-03-24 2017-09-28 한국화학연구원 휘발성 유기화합물 제거용 다성분계 세리아-지르코니아 기반 복합 금속 산화물 촉매 및 이의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101685044B1 (ko) 휘발성 유기화합물 제거용 다성분계 세리아-지르코니아 기반 복합 금속 산화물 촉매 및 이의 제조방법
JP5722790B2 (ja) 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
JP5864444B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体
JP5706339B2 (ja) 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
JP5718823B2 (ja) 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
JPWO2003022740A1 (ja) 酸化第二セリウム及びその製造法並びに排ガス浄化用触媒
JP2010260046A (ja) 排ガス浄化用触媒
JP2013129554A (ja) 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
WO2006134787A1 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP5754691B2 (ja) 排ガス浄化三元触媒
JP4352300B2 (ja) 複合酸化物とその製造方法及び排ガス浄化用助触媒
JP4450763B2 (ja) 排ガス浄化触媒用貴金属含有複合金属酸化物及びその製造方法
JP2013129553A (ja) 複合酸化物、その製造法及び排ガス浄化用触媒
JP5164821B2 (ja) 窒素酸化物選択的接触還元用触媒
WO2007122917A1 (ja) 排ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP4928931B2 (ja) セリア−ジルコニア系複合酸化物及びその製造方法
JP6684669B2 (ja) アンモニア分解用触媒およびこの触媒を用いた水素含有ガスの製造方法
KR101566688B1 (ko) 세리아―지르코니아 복합산화물의 제조방법 및 상기 세리아―지르코니아 복합산화물을 함유하는 촉매
JP4768475B2 (ja) Ｐｍ燃焼触媒用複合酸化物およびフィルター
JP2006043683A (ja) 触媒担体及びその製造方法、並びに排ガス浄化触媒
EP3174634B1 (en) Noble metal-free catalyst compositions
KR20170098505A (ko) 세리아-알루미나 복합산화물, 이의 제조방법 및 상기 세리아-알루미나 복합산화물을 함유하는 촉매
JP2008230937A (ja) 複合酸化物及び複合酸化物担持体、並びにそれらを用いた排ガス浄化用触媒の製造方法
JP2013203609A (ja) 酸素貯蔵能セラミック材料とその製造方法、および触媒
JP2009279546A (ja) コアシェル構造体の製造方法及びそれにより製造されたコアシェル構造体を含む排ガス浄化用触媒

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181009

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191010

Year of fee payment: 5