KR101567592B1 - 루테늄을 함유하는 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법 - Google Patents

루테늄을 함유하는 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은 하기 단계들을 포함한다: 루테늄-함유 폐촉매제를 건조 및 소성시켜, 검정색의 루테늄-함유 고형물을 수득하고, 상기 검정색의 루테늄-함유 고형물을 분쇄하여 분말로 만든 후, 환원을 위해 수소를 공급하여 루테늄 금속을 생성하고, 루테늄 금속을 오존과 공기의 혼합 가스를 사용하여 산화시켜 루테늄 테트록사이드 가스를 생성하고, 상기 가스를 모으고, 상기 가스를 질산 용액중에 공급하고, 고형의 소듐 니트레이트를 첨가하여 루테늄 니트로실 니트레이트 용액을 제조하고, 마지막으로 디에틸 에테르로 추출하여 디에틸 에테르르 증발시켜 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 수득한다. 본 발명의 방법은 다양한 하중식의 루테늄 함유 폐촉매제에서 귀중한 루테늄 금속을 효과적으로 복구시켜 효과적인 루테늄 자원을 재생시키고, 간단한 조작 단계들을 포함하고, 루테늄 중간체의 유입을 수반하지 않아, 고수율로 생성물을 수득한다. 수득된 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트는 할로겐을 포함하지 않으며, 고순도를 나타내어 촉매 제조에 직접 적용될 수 있다.

Description

루테늄을 함유하는 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법 {Method for preparing solid nitrosyl ruthenium nitrate by using waste catalyst containing ruthenium}
본 발명은 백금 군의 금속의 재생, 더욱 상세하게는 루테늄-함유 폐촉매제를 사용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
우수한 촉매 성능을 갖는 루테늄은 암모니아의 제조, 벤젠의 선택적 수소화에 따른 사이클로헥산의 제조, 이산화탄소의 수소화에 따른 메탄의 제조 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 루테늄은 고가이면서 한정된 자원으로서, 세계적으로 매년 생산량이 단지 수십톤에 불과하여 루테늄의 적용은 매우 제한되고 있다. 루테늄계 촉매의 제조를 위해서 루테늄-함유 폐촉매제로부터 루테늄을 재생하는 것은 촉매 생산비용과 폐기물 처리로 인한 환경 오염을 상당히 감소시킬 수 있어, 그 전망이 밝다.
고형의 루테늄 니트로실 니트레이트(Ru(NO)(NO3)3)는 할로겐, 황, 인과 같은 촉매에 대한 독성 원소를 함유하지 않으며, 물, 에테르, 및 아세톤에 쉽게 용해되어, 루테늄-함유 촉매의 제조를 위한 이상적인 전구체이다. 이와 같이, 루테늄-함유 폐촉매제로부터 고순도의 고형 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 것은 산업적인 적용 가차가 높다.
통상적으로, 루테늄 니트로실 니트레이트는 2가지의 보편적인 방법으로 제조된다. 한 가지는 차거운 질산 용액중에 RuO4를 직접 용해시키는 것이고, 다른 하나는 질산을 사용하여 니트로실 루테늄 하이드록사이드를 용해 및 환류시키는 것이다. 중국 특허출원 공보 제CN101638727A호는 루테늄 니트로실 니트레이트의 제조와 관련된, 활성탄이 담지된 루테늄 촉매로부터 루테늄을 재생하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서, 루테늄 하이드록사이드 또는 RuO2·2H2O 를 환류 장치중에서 마이크로 비등된(micro-boiled) 질산과 혼합 및 교반하여, 산도가 높은 Ru(NO)(NO3)3의 질산 용액을 수득하지만, 이는 저장 및 이송이 어렵다.
중국 특허출원 공보 제CN102167405A호는 루테늄 니트로실 니트레이트의 제조방법을 개시하고 있다. 루테늄 트리클로라이드 및 소듐 니트라이트가 반응하여 루테늄 니트로실 클로라이드의 중간체를 수득하고, 이를 질산은과 반응시켜 루테늄 니트로실 니트레이트 용액을 수득하고 있다. 이 용액을 에테르로 추출하고, 에테르 추출 용액을 증발시켜 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 수득하였다. 그러나, 이 방법은 하기의 단점들이 있다: 1. 수반된 클로라이드가 촉매에 독성을 제공하는 점; 2. 상기 방법은 루테늄 니트로실 클로라이드의 중간체를 수반하여 생산 수율을 낮추는 점; 3. 원료로서 사용된, 결정형 수화물 형태의 루테늄 트리클로라이드가 고가인 점.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 한 가지 목적은 루테늄-함유 폐촉매제를 사용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 간단하고 매우 효율적인 방식으로 담지된 루테늄-함유 폐촉매제로부터 고순도의 고형 루테늄 니트로실 니트레이트를 생성할 수 있다. 상기 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트는 루테늄-함유 촉매의 제조에 사용될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은 하기 단계들을 포함한다:
1) 루테늄-함유 폐촉매제를 건조하고, 상기 폐촉매제를 300 내지 500℃에서 2 내지 4 시간 동안 소성시킨 후 실온으로 냉각시켜, 검정색의 루테늄-함유 고형물을 수득하는 단계;
2) 단계 1)에서 수득한 검정색의 루테늄-함유 고형물을 분쇄하여 분말로 만든 후, 상기 분말을 유동층 반응기로 유입시키고, 상기 유동층 반응기에 질소 또는 불활성 가스를 0.5 내지 2시간 동안 공급하고, 수소를 충전한 후, 환원 반응을 위해 상기 유동층 반응기를 100 내지 600℃의 온도로 가열하여, 루테늄 금속을 수득하는 단계;
3) 단계 2)에서 수득한 루테늄 금속을 오존과 공기의 혼합 가스와 접촉시켜 루테늄 금속과 상기 혼합 가스를 600 내지 650℃에서 반응시킴으로써, 루테늄 테트록사이드 가스를 수득하는 단계;
4) 단계 3)에서 수득한 루테늄 테트록사이드 가스를 아질산(nitrite acid) 용액을 포함하는 3-단계 흡수 설비내로 유입시켜, 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 수득하는 단계;
5) 단계 4)에서 수득한 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액에 고형의 소듐 니트라이트를 첨가하고, 교반시킨 후, 생성된 용액을 마이크로 비등 환류(micro-boiling reflux) 상태에서 가열하여, 루테늄 니트로실 니트레이트 용액을 수득하는 단계; 및
6) 단계 5)에서 수득된 루테늄 니트로실 니트레이트의 용액을 무수 에테르로 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 수득하는 단계.
단계 1)에서, 상기 루테늄-함유 폐촉매제는 질소 또는 불활성 가스의 존재하에서 100 내지 150℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 건조된다. 상기 루테늄-함유 폐촉매제는 머플 로(muffle furnace)에서 소성된다.
단계 2)에서, 수소의 유속은 바람직하게 1200 내지 4000 h-1이며, 환원 시간은 1 내지 12 시간, 바람직하게는 6 내지 12 시간이다. 이 단계의 산화환원 화학 반응식은 다음과 같다: RuO2 + 2H2 = Ru + 2H2O.
단계 3)에서, 오존과 공기의 혼합 가스의 유속은 1200 내지 4000 h-1이며, 상기 혼합 가스중에 오존은 1 내지 20 부피%, 바람직하게는 15 부피%를 차지하고, 산화 시간은 1 내지 12 시간, 바람직하게는 8 내지 12 시간이다. 이 단계의 화학 반응식은 다음과 같다: Ru + 2O2 = RuO4↑, 3Ru + 4O3 = 3RuO4↑.
단계 4)에서, 아질산 용액은 그 온도가 50 내지 95℃이고, 그 질량 농도가 45 내지 68%이며, 이의 실제 첨가량은 상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.2 내지 2.0 배이며, 상기 3-단계 흡수 설비는 일렬로 연결된 3개의 갈색 용기를 구비하는 것이다. 이 단계의 화학 반응식은 다음과 같다: 2RuO4 + 16HNO3 = 2Ru(NO3)3 + 8H2O +5O2↑ + 10NO2↑.
단계 5)에서, 상기 고형의 소듐 니트라이트의 실제 첨가량은 상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.2 내지 2.0 배이다. 상기 고형의 소듐 니트라이트는 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액에 서서히 첨가되며, 동시에 교반을 수행한다. 가열 시간은 1 내지 8 시간, 바람직하게는 4 내지 8 시간이다. 반응 용기는 3구 둥근 바닥 플라스크이다. 이 단계의 화학 반응식은 다음과 같다: Ru(NO3)3+2NaNO2 + 2HNO3 = Ru(NO)(NO3)3 + 2NaNO3+ NO2↑ + H2O.
단계 6)에서, 무수 에테르를 이용한 추출은 상기 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트의 수율을 개선시키기 위해 여러 차례 수행된다.
본 실시양태에 있어서, 루테늄-함유 폐촉매제는 담지된 촉매이며, 이의 담지체는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 제올라이트 또는 이들의 조합이다. 상기 담지체의 형태는 구형, 원통형, 클로버형(clover-type), 네잎형(four-leaf), 고리형, 또는 벌집형이다.
본 발명에 따르면, 하기와 같은 효과들을 얻을 수 있다: 1. 본 발명의 방법은 재생 비용이 적게 들고, 얻어진 고형 생성물은 저장 및 이송에 편리하다. 2. 상기 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트는 할로겐을 함유하지 않아 유독성이 예방된다. 3) 본 발명의 방법은 간단한 공정으로 루테늄의 중간체를 수반하지 않아, 생성물 수율 개선에 도움이 된다. 즉, 본 발명의 방법은 저비용, 간단한 공정, 높은 수율로 고순도의 생성물을 수득하며, 대량 생산에 적합하다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따라 루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 본 발명을 추가로 예시하기 위해, 루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법을 설명하는 실험예를 하기에 기술한다. 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
실시예 1
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/Al2O3, 구형, 5 중량%의 Ru 포함) 60g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 폐촉매제중에 존재하는 유기 잔여물을 제거하기 위해 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 58.6g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 1200 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 300℃에서 12시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 600℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 15 부피% 포함)를 1200 h-1의 유속으로 12시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 68 중량% 아질산 용액 40g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 6g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.5배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 8시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 130ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 8.84g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 96.2% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
실시예 2
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/SiO2, 원통형, 3 중량%의 Ru 포함) 50g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 48.9g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 2500 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 350℃에서 10시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 620℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 15 부피% 포함)를 2500 h-1의 유속으로 10시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 60 중량% 아질산 용액 24g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 3.6g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.8배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 4시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 80ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 4.41g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 95.8% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
실시예 3
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/ZrO2, 클로버형, 4 중량%의 Ru 포함) 120g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 118.2g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 4000 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 350℃에서 6시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 650℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 15 부피% 포함)를 4000 h-1의 유속으로 8시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 45 중량% 아질산 용액 13g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 1.29g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 2.0배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 6시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 60ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 1.44g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 97.3% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
실시예 4
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/TiO2, 네잎형, 5 중량%의 Ru 포함) 60g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 상기 폐촉매제중의 유기 잔여물을 제거하기 위해 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 58.1g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 2000 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 350℃에서 8시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 620℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 10 부피% 포함)를 1500 h-1의 유속으로 5시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 68 중량% 아질산 용액 27g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 3.56g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 0.9배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 6시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 100ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 8.21g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 90.3% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
실시예 5
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/Al2O3-ZSM-5, 고리형, 1 중량%의 Ru 포함) 60g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 상기 폐촉매제중의 유기 잔여물을 제거하기 위해 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 59.0g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 2000 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 350℃에서 8시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 620℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 15 부피% 포함)를 3000 h-1의 유속으로 8시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 45 중량% 아질산 용액 16g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 1.2g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.5배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 6시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 50ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 1.78g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 96.6% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
실시예 6
루테늄-함유 폐촉매제(Ru/Al2O3-SiO2, 벌집형, 2 중량%의 Ru 포함) 160g을 도가니에 넣고, 머플 로로 옮겼다. 상기 노에 질소를 공급하였다. 상기 촉매를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 상기 폐촉매제중의 유기 잔여물을 제거하기 위해 450℃에서 3시간 동안 소성시킨 후, 실온으로 냉각하여, 검정색의 고형물 156.4g을 수득하였다. 상기 검정색 고형물을 분말로 분쇄한 후, 유동층 반응기로 옮겼다. 상기 유동층 반응기에 먼저 질소를 30분 동안 공급하고 나서, 수소를 2000 h-1의 유속으로 공급한 후, 환원를 위해 350℃에서 8시간 동안 가열하였다. 온도를 추가로 620℃로 증가시켰다. 오존과 공기의 혼합 가스(오존을 15 부피% 포함)를 2500 h-1의 유속으로 8시간 동안 반응기내에 충전시켜, RuO4 가스를 수득하였다. 상기 RuO4 가스를 3개의 흡수병(각각의 병에 온도가 약 75℃인 45 중량% 아질산 용액 8.6g이 포함되어 있음)에 연속해서 유입시켜, 루테늄 니트레이트(Ru(NO3)3)를 포함하는 산 용액을 수득하였다.
상기 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 여기에 NaNO2 분말 0.64g(상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.5배)을 첨가하고, 교반시키고, 환원를 위해 8시간 동안 가열하여, 짙은 검붉은색의 용액을 수득하였다. 상기 짙은 검붉은색의 용액을 무수 에테르 130ml로 3회 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 황갈색 고형물 0.95g을 수득하였다. 수득된 고형물은 KBr 펠릿-적외선 분석(KBr Pellets-infrared analysis)시에 1924 cm-1에서 특징적 피크를 나타내었으며, 이는 Ru(NO)(NO3)3의 특징적인 구조적 변수와 동일한 것이다. Ru(NO)(NO3)3의 수율은 97.2% 이었고, 금속 불순물은 30 ppm 미만이었다.
결과 분석:
실시예 1 내지 6의 측정 결과로부터 확인되는 바와 같이, 루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법은 모두 생성물을 90% 이상의 수율로 수득하였으며, 바람직한 반응 조건하에서는 생성물 수율이 95% 이상이었다. 본 발명의 방법은 루테늄의 폐기물 자원을 효과적으로 이용하여, 저비용과 간단한 공정, 및 고수율로 고순도의 생성물을 수득하며, 대규모 생산에 적합하다.

Claims (10)

1) 루테늄-함유 폐촉매제를 건조하고, 상기 폐촉매제를 300 내지 500℃에서 2 내지 4 시간 동안 소성시킨 후 실온으로 냉각시켜, 검정색의 루테늄-함유 고형물을 수득하는 단계;
2) 단계 1)에서 수득한 검정색의 루테늄-함유 고형물을 분쇄하여 분말로 만든 후, 상기 분말을 유동층 반응기로 유입시키고, 상기 유동층 반응기에 질소 또는 불활성 가스를 0.5 내지 2시간 동안 공급하고, 수소를 충전한 후, 환원 반응을 위해 상기 유동층 반응기를 100 내지 600℃의 온도로 가열하여, 루테늄 금속을 수득하는 단계;
3) 단계 2)에서 수득한 루테늄 금속을 오존과 공기의 혼합 가스와 접촉시켜 루테늄 금속과 상기 혼합 가스를 600 내지 650℃에서 반응시킴으로써, 루테늄 테트록사이드 가스를 수득하는 단계;
4) 단계 3)에서 수득한 루테늄 테트록사이드 가스를 아질산(nitrite acid) 용액을 포함하는 3-단계 흡수 설비내로 유입시켜, 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액을 수득하는 단계;
5) 단계 4)에서 수득한 루테늄 니트레이트를 포함하는 산 용액에 고형의 소듐 니트라이트를 첨가하고, 교반시킨 후, 생성된 용액을 마이크로 비등 환류(micro-boiling reflux) 상태에서 가열하여, 루테늄 니트로실 니트레이트 용액을 수득하는 단계; 및
6) 단계 5)에서 수득된 루테늄 니트로실 니트레이트의 용액을 무수 에테르로 추출하고, 추출 용액을 수집한 후 에테르 제거를 위해 증발시켜, 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 수득하는 단계를 포함하는, 루테늄-함유 폐촉매제를 이용하여 고형의 루테늄 니트로실 니트레이트를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
단계 1)에서, 상기 루테늄-함유 폐촉매제가 질소 또는 불활성 가스의 존재하에서 100 내지 150℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
단계 2)에서, 수소의 유속이 1200 내지 4000 h-1이며, 환원 시간이 1 내지 12 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
단계 2)에서, 상기 환원 시간이 6 내지 12시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
단계 3)에서, 오존과 공기의 혼합 가스의 유속이 1200 내지 4000 h-1이며, 상기 혼합 가스중에 오존이 1 내지 20 부피%를 차지하고, 산화 시간이 1 내지 12 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,
단계 3)에서, 상기 혼합 가스중에 오존이 15 부피%를 차지하고, 상기 산화 시간이 8 내지 12 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
단계 4)에서, 상기 아질산 용액의 온도가 50 내지 95℃이고, 질량 농도가 45 내지 68%이며, 이의 실제 첨가량은 상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.2 내지 2.0 배이고, 상기 아질산 용액이 일렬로 연결된 3개의 갈색 용기에 로드(load)되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
단계 5)에서, 상기 고형의 소듐 니트라이트의 실제 첨가량은 상기 루테늄-함유 폐촉매제중의 루테늄 함량을 기준으로 계산된 이론적 소비량의 1.2 내지 2.0 배이고, 가열 시간이 1 내지 8 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
단계 5)에서, 상기 가열 시간이 4 내지 8 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
루테늄-함유 폐촉매제가 담지된 촉매이며, 이의 담지체는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 제올라이트 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
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