KR102000215B1 - 알루미늄 포스페이트와 금속을 포함하는 pfc 분해 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents

알루미늄 포스페이트와 금속을 포함하는 pfc 분해 촉매 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명에 따른 PFC 촉매는 AlPO4 주촉매에 금속, 바람직하게는 아연을 담지 시킨 후 건조 및 열처리하여 제조한 촉매이다. 본원 발명에 따른 PFC 촉매는 경제적이면서, 제조가 용이하고, 평형점에 가까운 750℃ 이상에서 활성을 100% 가까이 달성하면서, 이를 계속 유지할 수 있다. 이를 통해서 실질적으로 연속공정을 운영함에 있어서, PFC 분해에서 얻는 생산물에 의해서도 운전의 경제성이 유지되며, 촉매 분해 이후 후속 공정이 필요 없거나 실질적으로 매우 단순화시킬 수 있는 실제 PFC 공정에 적용할 수 있다.

Description

알루미늄 포스페이트와 금속을 포함하는 PFC 분해 촉매 및 이의 제조방법{Catalyst comprising aluminum phosphate and metal for decomposing perfluorinated compounds and preparation method thereof}
본원 발명은 알루미늄 포스페이트와 금속을 포함하는 PFC 분해 촉매 및 이의 제조방법으로서, 구체적으로는 알루미늄 포스페이트와 아연 금속이 결합된 PFC 분해 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
과불화 화합물(PerFluorinated Compound: 이하 'PFC')은 통상적으로 불소(F)를 2개 이상 함유하는 탄소함유 PFC(carbon containing perfluorinated compound, 과불화탄소), 질소함유 PFC(nitrogen containing perfluorinated compound, 과불화질소) 및 황함유 PFC(sulfur-containing perfluorinated compound, 과불화황)로 구성된다.
탄소함유 PFC에는 CF4, CHF3, CH2F2, C2F4, C2F6, C3F6, C3F8, C4F8, C4F10 등과 같은 포화 및 불포화 지방족(aliphatic) 뿐만 아니라 사이클형 지방족 및 방향족(aromatic) 과불화탄소가 있다. 대표적인 질소함유 PFC는 NF3가 있으며, 황함유 PFC에는 SF4, SF6 등을 들 수 있다.
반도체는 다양한 공정만큼 다양한 종류가 유해 폐가스가 배출되고 있으나, 대부분 휘발성이 강하며 인체에 유해하고 지구온난화 지수가 높은 성분들로 구성되어 있어 이에 대한 처리 공정이 반드시 필요하다. 반도체 공정의 식각(etching) 및 증착(CVD) 공정에서 주로 배출되는 PFC는 화학적으로 매우 안정하여 이를 분해하여 처리하는 것이 결코 쉽지 않다.
PFC는 냉매로 사용하는 CFC(ChloroFluoroCompound) 보다도 안정하고, 지구온난화지수도 높으며, 분해에 걸리는 시간도 훨씬 길다는 점에서 CFC보다 환경에 미치는 악영향이 훨씬 더 크다. 그러나 반도체 공정이 더 복잡해지고 더 정밀해짐에 따라 PFC에 대한 요구는 해마다 증가하고 있다. 반면에 각국에서는 환경에 대한 영향 때문에 PFC에 대한 규제를 점진적으로 강화하고 있다.
PFC, 특히 탄소함유 PFC는 사용량이 가장 많다는 점에서 이를 제거하기 위한 많은 기술이 개발되고 있다. 대표적인 처리 기술로는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 및 분리막을 이용한 분리회수와 플라스마 연소 또는 촉매를 이용한 분해제거로 나눌 수 있다.
분해제거 기술은 회수보다는 PFC를 다양한 방법으로 분해하는데 초점을 맞춘 기술로 직/간접 가열 분해, 플라스마 분해, 촉매 분해의 세 가지로 나눌 수 있다. 직/간접 가열 분해는 1000℃ 이상의 연소 불꽃으로 직접 가열하거나 전기 가열로를 이용하여 간접 가열한 상태에서 PFC를 산소와 접촉시켜 분해하는 기술로서, 단순하게 가열만 해주기 때문에 시스템 자체가 간편하다는 장점이 있다. 그러나 효율이 낮고 1000℃ 이상의 높은 온도에서 운전해야 하는 까닭에 NOx가 발생한다는 단점이 있다.
플라스마 분해는 마이크로파, 고주파 등을 이용하여 고에너지 상태의 플라스마를 발생시킨 후 여기에 PFC가 포함된 폐가스를 흘려보내 분해하는 기술로서, PFC 분해에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나 플라스마의 너무 높은 에너지 상태에 가스들이 노출되게 되면, PFC 외에 N2 등과 같은 안정한 가스들도 산소와 반응하여 과량의 NOx로 변환되는 문제가 있다. 더욱이 He 또는 Ar 분위기에서는 플라스마 발생이 잘되나, N2, 특히 O2 환경 하에서는 플라스마 발생이 어려워 분해효율이 급격히 떨어진다는 단점을 갖고 있다.
촉매 분해는 난분해성인 PFC를 촉매 및 수증기를 사용하여 800℃ 이하의 상대적으로 낮은 온도에서 분해하는 기술이다. 이와 같은 저온 분해에는 많은 장점이 있다. 첫째, 촉매를 사용하여 반응 활성을 높임으로써 스크러버의 크기를 줄여, 소형화할 수 있는 장점이 있다. 둘째, 800℃ 이하의 낮은 온도에서 분해를 함으로써 에너지 절감을 통해 운전 비용 감소 및 시스템의 내구성을 장시간 확보할 수 있다는 장점이 있다. 마지막으로 배가스에 존재하는 N2로부터 기인되는 NOx의 발생을 완벽하게 억제하고 장치 부식을 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다.
PFC 대표적인 CF4 가수분해반응은 반응식 1로 진행되며 가수분해 반응 생성물 중에서 산성가스 제거 반응인 반응식 2가 연계되어 진행될 수 있다.
(반응식 1)
CF4 + 2H2O → CO2 + 4HF
(반응식 2)
CaO + 2HF → CaF2 + H2O
이러한 장점으로 인해서 현재 PFC 촉매 분해 반응에 대한 많은 촉매 및 촉매 반응이 연구 되고 있다.
특허문헌 1은 다단 촉매 반응 장치 및 이를 이용한 촉매 반응 공정으로서 촉매 반응용 반응기 및 생성물 제거 반응용 반응기로 이원화하여 하나의 반응기 모듈을 구성한 후 이를 2단 이상으로 직렬 연결함으로써 PFC 분해 반응식의 평형을 파괴하여 촉매 반응 효율을 높이는 공정에 관한 것이다. 상기 특허문헌 1은 촉매로서 알루미늄 포스페이트를 이용하고 있으나, 촉매의 자체의 분해 효율이 높지 않다는 단점이 있다.
특허문헌 2는 할로겐족 산성가스가 함유된 PFC 분해용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, PFC 분해용 촉매로서 Ru-P-Al 삼성분 촉매를 사용하고 있다. 그러나 PFC 분해로서 얻어지는 생성물에 비해 촉매의 구성 금속으로 사용하는 Ru이 지나치게 고가여서, 촉매 분해 반응을 실제 공정에 적용할 만큼 경제성이 높지 않다는 문제점이 있다. 특히 PFC 분해 반응의 경우에는 가능한 100%에 가까운 반응 조건을 유지해야 하나 온도가 높을수록 촉매의 수명이 급격하게 떨어지는 문제점과 매우 고가라는 점 때문에 특허문헌 2의 촉매는 상대적으로 낮은 온도에서 반응을 진행시킬 수밖에 없고 이로 인해서 반드시 후속 공정을 통해서 추가의 PFC를 제거해야 하는 단점이 있다.
특허문헌 3은 특허문헌 2의 선행문헌으로서 폐가스 중의 PFC 분해제거용 촉매와 이를 이용한 폐가스중의 PFC분해제거 방법에 관한 것이다. 알루미늄산화물의 표면에 인(P) 성분을 알루미늄/인(Al/P)의 몰비 10 ∼ 100로 담지시켜 PFC 분해제거용 촉매를 제조하고, 이를 이용하여 PFC를 제거하는 방법에 관한 것이다. 특허문헌 3의 도 7에는 700℃에서 CF4 분해반응의 전환율이 15일 동안 100%를 유지한다고 기재되어 있으나, 동일한 출원인에 의한 특허문헌 2에서는 동일한 촉매가 오히려 온도가 높은 750℃에서 전환율이 97.8%로 낮고 7일이 지난 후에는 89.0%로 급격히 떨어지고 있는바, 특허문헌 3의 실제 촉매의 효율은 온도에 비례하여 급격하게 떨어지고 있음을 알 수 있다. 더욱이 촉매 전환 반응의 경우 평형점이라는 한계로 인해서 전환율 100%는 이론적으로 거의 불가능함에도 특허문헌 3에서는 전환율 100%를 기재하고 있고, 동일한 출원인에 의한 특허문헌 2에서는 특허문헌 3과 동일한 촉매를 사용했음에도 전환율이 낮은바, 특허문헌 3 촉매의 전환율은 최대 97.8% 이하이면서 온도에 따라 급격하게 수명이 떨어지게 되는 것이 타당한 추론이면서 단점으로 보인다.
특허문헌 4는 폐가스 중의 PFC 분해 제거용 촉매와 이를 이용한 폐가스중의 PFC 분해제거 방법에 관한 것으로서, 귀금속 성분 중에서 악취, 일산화탄소, 휘발성 유기화합물 제거성능이 우수한 루테늄, 백금 및 팔라듐 등을 이용하면서도 고온에서 활성이 유지되고, 내피독성이 강하며 높은 산화성능을 갖는 촉매를 제공하고 있으나, 특허문헌 2와 같이 촉매가 고가라는 점과 고온에 대한 취약성으로 인해서 전환율을 100% 가까이 온도를 올릴 수 없고, 이로 인해서 후속 공정이 반드시 필요하다는 단점이 있다.
화학 반응에서 고가의 백금 등이 촉매 활성이 뛰어나다는 것은 이미 널리 알려진 사실이나, 경제성으로 인해서 실제 공정에 적용할 수 없다는 문제점 또한 널리 알려진 사실이다. 즉, 촉매 분해에서 촉매의 개발은 시간에 따른 촉매의 비활성화를 고려하여 경제적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 활성 또한 유지할 수 있는 촉매의 개발이 계속적인 화두였다.
이상과 같이 PFC의 촉매 분해에 사용하는 촉매로서 경제적이면서, 제조가 용이하고, 평형점에 가까운 750℃ 이상에서 활성을 100% 가까이 달성하면서, 이를 계속 유지할 수 있는 촉매가 필요하다. 실질적으로 연속공정을 운영함에 있어서, PFC 분해에서 얻는 생산물에 의해서도 운전의 경제성이 유지되며, 촉매 분해 이후 후속 공정이 필요 없거나 실질적으로 매우 단순화시킬 수 있는 실제 PFC 공정에 적용할 수 있는 경제적인 촉매는 아직까지 제공되지 않고 있다.
특허등록공보 제1659441호 특허등록공보 제1325211호 공개특허공보 제2004-0024775호 특허등록공보 제1579523호
본원 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PFC의 촉매 분해에 사용하는 촉매로서 경제적이면서, 제조가 용이하고, 평형점에 가까운 750℃ 이상에서 활성을 100% 가까이 달성하면서, 이를 계속 유지할 수 있는 촉매를 제공하고자 한다. 실질적으로 연속공정을 운영함에 있어서, PFC 분해에서 얻는 생산물에 의해서도 운전의 경제성이 유지되며, 촉매 분해 이후 후속 공정이 필요 없거나 실질적으로 매우 단순화시킬 수 있는 실제 PFC 공정에 적용할 수 있는 경제적인 촉매 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 제1양태는 알루미늄 화합물 주촉매 및 상기 주촉매 표면에 담지되는 촉매로서, 알루미늄 화합물 주촉매 1 중량부에 대해 Ga, Zn, Zr, Ni, Cr, Sn, Ce, In, B, W, Mg, Mn, Cu, Ge, Pb, Li, Bi, Cd, Ti 중 하나 이상을 선택한 금속 0.5-20 중량부 및 인(P) 1.0-5.0 중량부를 포함하는 금속-P-Al 삼성분계 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
본원 발명의 제2양태는 상기 알루미늄 화합물은 감마-알루미나(γ-Al2O3), 감마-일수화보헤마이트(γ-AlO(OH)), 감마-삼수화알루미나(Al(OH)3), 델타-알루미나(δ-Al2O3), 델타-일수화 보헤마이트(δ-AlO(OH)), 델타-삼수화 알루미나(δ-Al(OH)3), 에타-알루미나(η-Al2O3), 에타-일수화 보헤마이트(η-AlO(OH)) 및 에타-삼수화 알루미나(η-Al(OH)3)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
본원 발명의 제3양태는 상기 알루미늄 화합물은 알루미늄 포스페이트(AlPO4)이며, 여기에 상기 금속으로서 아연이 담지되는 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
본원 발명의 제4양태는 상기 PFC 분해용 촉매는 할로겐족 산성가스가 함유된 공정에서의 PFC를 분해하는 것인 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
본원 발명의 제5양태는 상기 공정은 반도체 제조공정 또는 LCD 제조공정인 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
본원 발명의 제6양태는 a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계; b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계; c) 상기 슬러리를 성형 후 건조 및 소성시켜 알루미늄 포스페이트(AlPO4) 주촉매를 만드는 단계; d) 상기 주촉매에 Ga, Zn, Zr, Ni, Cr, Sn, Ce, In, B, W, Mg, Mn, Cu, Ge, Pb, Li, Bi, Cd, Ti 중 하나 이상을 선택한 금속 용액을 부가하여 담지하는 단계; e) d) 단계의 금속 용액이 담지된 촉매를 건조 및 열처리하여 금속-AlPO4 촉매를 만드는 단계;를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제7양태는 a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계; b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계; c) 상기 슬러리에 Ga, Zn, Zr, Ni, Cr, Sn, Ce, In, B, W, Mg, Mn, Cu, Ge, Pb, Li, Bi, Cd, Ti 중 하나 이상을 선택한 금속 용액을 부가하는 단계; d) c) 단계의 슬러리를 반죽 후 건조 및 열처리하여 금속-AlPO4 촉매를 만드는 단계;를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제8양태는 a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계; b) 상기 인산 용액에 Ga, Zn, Zr, Ni, Cr, Sn, Ce, In, B, W, Mg, Mn, Cu, Ge, Pb, Li, Bi, Cd, Ti 중 하나 이상을 선택한 금속 용액을 혼합하는 단계; c) 상기 혼합 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계; d) 상기 슬러리를 반죽 및 성형 후 건조 및 열처리하여 금속-AlPO4 촉매를 만드는 단계;를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제9양태는 상기 인산(H3PO4) 용액은 상기 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.0-5.0 중량부가 되게 85% 인산과 증류수를 혼합하며, 상기 금속 용액은 아연(Zn) 용액으로서 상기 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 0.5-20 중량부가 되도록 Zn(NO3)26H2O를 증류수에 혼합하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본원 발명의 제10양태는 상기 건조 및 소성에서 건조는 상온에서 1-100시간, 소성은 400-850℃에서 1-24시간 진행되며, 상기 건조 및 열처리에서 건조는 상온에서 1-100시간, 열처리는 400-850℃에서 1-24시간 진행되고, 상기 건조 및 열처리 전단계에 건조 및 소성이 있는 경우에 상기 건조 및 열처리는 총 1-24시간내에 진행되는 PFC 분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본원 발명의 제11양태는 상기 제조방법으로 제조된 PFC 분해용 촉매를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 PFC 촉매는 경제적이면서, 제조가 용이하고, 평형점에 가까운 750℃ 이상에서 활성을 100% 가까이 달성하면서, 이를 계속 유지할 수 있다. 이를 통해서 실질적으로 연속공정을 운영함에 있어서, PFC 분해에서 얻는 생산물에 의해서도 운전의 경제성이 유지되며, 촉매 분해 이후 후속 공정이 필요 없거나 실질적으로 매우 단순화시킬 수 있는 실제 PFC 공정에 적용할 수 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다.
도 2는 본원 발명의 다른 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다.
도 3은 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다.
도 4는 본원 발명의 실시예에 따라 제조된 촉매와 비교예 촉매의 온도에 따른 CF4 분해전환율을 비교한 것이다.
도 5는 본원 발명의 실시예에 따라 제조된 촉매의 시간에 따른 CF4 분해전환율을 나타낸 것이다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다. 도 1에 따른 촉매의 제조 방법은
a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계;
c) 상기 슬러리를 반죽, 성형 후 건조 및 소성시켜 알루미늄 포스페이트(AlPO4) 주촉매를 만드는 단계;로서 이때 건조는 상온에서 1-100시간, 소성은 400-850℃에서 1-24시간 진행된다.
d) 상기 주촉매에 아연(Zn) 용액을 부가하여 담지하는 단계;
e) d) 단계의 아연(Zn) 용액이 담지된 촉매를 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계로 구성된다.
이때 상기 건조 및 열처리는 400-850℃에서 1-24시간 진행된다.
도 2는 본원 발명의 다른 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다.
도 2에 따른 촉매의 제조 방법은
a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
b) 알루미나(Al2O3) 파우더를 준비하는 단계;
c) 상기 인산 용액에 알루미나 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계;
d) 상기 슬러리에 아연(Zn) 용액을 부가하는 단계;
e) d) 단계의 슬러리를 반죽 후 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계로 구성된다.
이때 상기 건조 및 열처리에서 건조는 상온에서 1-100시간, 열처리는 400-850℃에서 1-24시간 진행된다.
도 3은 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매의 제조 방법이다.
도 3에 따른 촉매의 제조 방법은
a) 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
b) 아연(Zn) 용액을 준비하는 단계;
c) 상기 인산 용액 및 아연 용액을 혼합하는 단계;
d) 상기 c)의 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
e) 상기 슬러리를 반죽 및 성형한 후 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계로 구성된다.
이때 상기 건조 및 열처리에서 건조는 상온에서 1-100시간, 열처리는 400-850℃에서 1-24시간 진행된다.
도 1 내지 도 3에 따른 제조 과정에서 상기 인산(H3PO4) 용액은 상기 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.0-5.0 중량부가 되게 85% 인산과 증류수를 혼합하며, 상기 아연(Zn) 용액은 상기 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 0.5-20 중량부가 되도록 Zn(NO3)26H2O를 증류수에 혼합한다.
<실험예>
본원 발명에서는 도 1 방법 의해서 제조된 촉매를 사용하여 CF4의 분해전환율을 조사하였다. 인산(H3PO4) 용액은 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.8%가 되게 85% 인산과 증류수를 혼합하며, 아연(Zn) 용액은 상기 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 각각 4%, 11%, 19%가 되도록 Zn(NO3)26H2O를 증류수에 혼합하여 제조하였다.
건조 및 소성에서 건조는 상온에서 24시간, 소성은 700℃에서 5시간 진행하였으며, 건조 및 열처리에서 건조는 상온에서 24시간, 열처리는 700℃에서 2시간 진행하였다. 최종 완성된 촉매를 분쇄 후 6-8 mesh 채로 걸러 사용하였다.
전환율은 초기 CF4의 양에서 반응 후 CF4의 양을 뺀 것을 초기 CF4의 양으로 나눈 것이다. 전환율은 무차원 변수이므로 CF4의 양이 중량 또는 몰 등에 관계없으며, 상기 값에서 100을 곱하여 %로 변환할 수 있다.
도 4의 연속 반응에 따른 조건은 다음과 같다.
촉매량 : 15㎖
CF4 유입농도 : 5,000ppm
GHSV : 2,000/h
스팀 : 8%
분석 : 가스크로마토그라피 (GC, Agilent 6890)
컬럼 : 80/100 polapak Q (6ft SS, Detector TCD (thermal conductivity detector))
도 4에서 [4]Zn은 알루미나 중량비 대비 아연이 4%인 경우이고, [P1.8]은 알루미나 중량비 대비 인(P)가 1.8%인 경우이다. 도 4에서 알 수 있듯이 본원 발명에 따른 아연이 담지된 AlPO4 촉매는 단순한 AlPO4 촉매 대비 더 높은 CF4 전환율을 보이고 있다. 특히 700℃에서는 20% 가까운 성능 향상을 보이고 있음을 알 수 있어, 본원 발명에 따른 촉매가 종래의 촉매에 대비해 매우 우수한 성능을 보이고 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 본원 발명에 따른 촉매는 750℃에서는 100%에 가까운 전환율을 보인다. 특히 아연의 중량비가 높아질수록 전환율을 증가하여 아연의 중량비가 19%인 경우에는 99.9%의 놀라운 전환율을 보이고 있다.
이러한 점은 PFC 제거에 있어서 추가의 공정이 필요치 않다는 점에서 종래의 기술에 대비해 놀라운 효과이다. 또한, 경제적인 아연을 사용하여 본원 발명과 같은 효과를 얻었다는 점에서 실제 현장에 적용할 수 있는 접근성은 무엇보다도 높다고 볼 수 있다.
도 5는 본원 발명에 따른 촉매의 시간에 따른 전환율을 측정한 값이다. 도 5의 실험 조건은 아래와 같다.
촉매 : [19]Zn-[P1.8]AlPO4 최종 완성한 촉매를 분쇄 후 6-8 mesh 채로 걸러 사용
촉매량 : 15㎖
GHSV : 2,000/h
스팀 : 8%
분석 : 가스크로마토그라피 (GC, Agilent 6890)
컬럼 : 80/100 polapak Q (6ft SS, Detector TCD (thermal conductivity detector))
도 5에서 약 24시간까지 CF4 유입농도를 5,000ppm으로 유지하였고 이때 CF4의 전환율은 89.1%였으며, 24시간 이후에 CF4 유입농도를 3,00ppm으로 낮췄을 때 CF4의 전환율은 97.4%로 오히려 증가한 것을 볼 때 본원 발명에 따른 촉매의 활성이 전혀 하락하지 않았다는 것을 알 수 있었다. 도 5에서는 단순히 30시간까지의 결과만을 나타내고 있지만, 본원 발명에 따른 촉매는 7일 이상 계속 활성을 유지함을 알 수 있었다.
이상과 같이 본원 발명에 따른 촉매는 매우 경제적인 아연(Zn)을 사용함에도 불구하고 종래의 AlPO4 촉매에 비해서 CF4 전환율이 매우 높고 실제 공정에 사용할 수 있을 만큼 활성이 충분히 장시간을 유지한다는 우수한 효과가 있다. 특허문헌 2에서 사용된 매우 고가인 루테늄(Ru)과의 간접적인 비교예에 있어서도 전환율 및 활성 유지시간이 경제적인 관점에서 매우 유리하다는 것을 알 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. a) 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.0-5.0 중량부인 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
    b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계;
    c) 상기 슬러리를 성형 후 건조 및 소성시켜 알루미늄 포스페이트(AlPO4) 주촉매를 만드는 단계;
    d) 상기 주촉매에 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 0.5-20 중량부인 Zn 금속 용액을 부가하여 담지하는 단계;
    e) d) 단계의 금속 용액이 담지된 촉매를 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계;
    를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법.
  2. a) 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.0-5.0 중량부인 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
    b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계;
    c) 상기 슬러리에 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 0.5-20 중량부인 Zn 금속 용액을 부가하는 단계;
    d) c) 단계의 슬러리를 반죽 후 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계;
    를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법.
  3. a) 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 인(P)이 1.0-5.0 중량부인 인산(H3PO4) 용액을 준비하는 단계;
    b) 상기 인산 용액에 알루미나(Al2O3) 중량비 대비 아연(Zn)이 0.5-20 중량부인 Zn 금속 용액을 혼합하는 단계;
    c) 상기 혼합 용액에 알루미나(Al2O3) 파우더를 혼합하여 슬러리를 만드는 단계;
    d) 상기 슬러리를 반죽 및 성형 후 건조 및 열처리하여 Zn-AlPO4 촉매를 만드는 단계;
    를 포함하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인산(H3PO4) 용액은 85% 인산과 증류수를 혼합하며,
    상기 Zn 금속 용액은 Zn(NO3)26H2O를 증류수에 혼합하는 PFC 분해용 촉매의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조 및 소성에서 건조는 상온에서 1-100시간, 소성은 400-850℃에서 1-24시간 진행되며,
    상기 건조 및 열처리에서 건조는 상온에서 1-100시간, 열처리는 400-850℃에서 1-24시간 진행되고,
    상기 건조 및 열처리 전단계에 건조 및 소성이 있는 경우에 상기 건조 및 열처리는 총 1-24시간 내에 진행되는 PFC 분해용 촉매의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조된 P 및 Zn이 담지된 알루미늄 화합물을 함유하는, PFC 분해용 촉매.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 알루미늄 화합물은 감마-알루미나(γ-Al2O3), 감마-일수화보헤마이트(γ-AlO(OH)), 감마-삼수화알루미나(Al(OH)3), 델타-알루미나(δ-Al2O3), 델타-일수화 보헤마이트(δ-AlO(OH)), 델타-삼수화 알루미나(δ-Al(OH)3), 에타-알루미나(η-Al2O3), 에타-일수화 보헤마이트(η-AlO(OH)) 및 에타-삼수화 알루미나(η-Al(OH)3)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 PFC 분해용 촉매.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 알루미늄 화합물 상에 Ga, Zr, Ni, Cr, Sn, Ce, In, B, W, Mg, Mn, Cu, Ge, Pb, Li, Bi, Cd, Ti 중 하나 이상의 금속이 알루미늄 화합물 100중량부를 기준으로 0.5 내지 20 중량부로 더 담지된, PFC 분해용 촉매.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 PFC 분해용 촉매는 할로겐족 산성가스가 함유된 공정에서의 PFC를 분해하는 것인 PFC 분해용 촉매.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 공정은 반도체 제조공정 또는 LCD 제조공정인 PFC 분해용 촉매.
  11. 삭제
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