KR102015299B1 - Catalysts for reforming bio-gas and methods of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

다단기공(hierarchically porous) 구조의 모노리스(monolithic) 지지체; 및 해당 지지체 상에 담지되며, 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 바이오가스 개질용 촉매가 제공된다.
[화학식 1]
Sr1-yYyTi1-xRuxO3-δ
(여기서, x는 0보다 크고 1보다 작다. y는 0보다 크고 0.1보다 작다. δ는 0 이상 1이하이다.)
Monolithic supports of a hierarchically porous structure; And it is supported on the support, there is provided a biogas reforming catalyst comprising a compound represented by the following [Formula 1].
[Formula 1]
Sr 1-y Y y Ti 1-x Ru x O 3-δ
(Where x is greater than 0 and less than 1. y is greater than 0 and less than 0.1. Δ is greater than 0 and less than 1).

Description

바이오 가스 개질용 촉매 및 이의 제조 방법{CATALYSTS FOR REFORMING BIO-GAS AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME}Catalyst for biogas reforming and its manufacturing method {CATALYSTS FOR REFORMING BIO-GAS AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 바이오 가스 개질용 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 바이오 가스 건식 개질(dry reforming of bio-gas)용 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst for biogas reforming and a method for preparing the same. More specifically, the present invention relates to a catalyst for dry reforming of bio-gas and a method for producing the same.

화석 연료의 대체 에너지 중 하나로서 각광받고 있는 연료 전지는 수소 생산 및 보관 기술에 크게 의존하기 때문에 사용이 제한적이다. 이에, 수소 생산 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 현재까지 개발된 수소 생산 방법 중 가장 경제적이고 친환경적인 방법은 바이오매스로부터 생성된 바이오 가스를 이용한 메탄 개질 반응을 이용하는 것이다. 특히, 수증기 사용으로 인한 에너지 손실을 방지하고자, 수증기 개질 반응보다는 바이오 가스에 포함된 메탄 및 이산화탄소를 직접 이용하는 건식 개질 반응을 이용할 수 있다. 건식 개질 반응의 경우 이산화탄소를 직접 이용한 개질 반응으로 이산화탄소를 분리하는 공정이 따로 필요하지 않아 효율을 극대화 할 수 있다. Fuel cells, which are in the spotlight as one of the alternatives to fossil fuels, have limited use because they rely heavily on hydrogen production and storage technology. Therefore, research on the hydrogen production method has been actively conducted, and the most economical and environmentally friendly method of the hydrogen production method developed so far is to use a methane reforming reaction using biogas generated from biomass. In particular, in order to prevent energy loss due to the use of steam, a dry reforming reaction using direct methane and carbon dioxide contained in biogas may be used, rather than steam reforming. In the case of the dry reforming reaction, a process for separating carbon dioxide by using a direct reforming reaction using carbon dioxide does not require a separate process, thereby maximizing efficiency.

이러한 건식 개질 반응에는 일반적으로 니켈(Ni)을 기반으로 하는 촉매가 사용되며, 건식 개질 효율을 높이기 위해서 가격이 귀금속 촉매(Ru, Rh, Pd 등)를 주로 사용하나 경제적으로 수소 생산을 위해서는 저가 촉매 개발이 시급한 실정이다. 따라서 메탄과 이산화탄소를 효율적으로 분해하고 탄소 침적에 대한 저항성이 강한 촉매를 개발하는 것이 반드시 필요하다고 할 것이다.Generally, nickel-based catalysts are used for the dry reforming reaction, and precious metal catalysts (Ru, Rh, Pd, etc.) are mainly used in order to increase the efficiency of dry reforming. Development is urgent. Therefore, it is essential to develop a catalyst that efficiently decomposes methane and carbon dioxide and resists carbon deposition.

이를 해결하고자, 페로브스카이트 구조를 가진촉매를 사용하여 귀금속 촉매 대신 바이오 가스 개질용으로 사용하는 것에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 이와 같은 경우에는 촉매 활성이 귀금속을 사용한 촉매보다 낮은 단점을 보인다. 이에 따라, 여전히 새로운 촉매 개발에 대한 요구가 남아 있는 실정이다.In order to solve this problem, research on the use of a catalyst having a perovskite structure for biogas reforming instead of a noble metal catalyst has been conducted. However, in this case, the catalytic activity is lower than the catalyst using the precious metal. Accordingly, there is still a need for a new catalyst development.

한국 출원 특허 제10-2013-0133251호Korean Patent Application No. 10-2013-0133251 한국 출원 특허 제10-2012-0108535호Korean Patent Application No. 10-2012-0108535 한국 출원 특허 제10-2002-0079657호Korean Patent Application No. 10-2002-0079657

본 발명의 일 목적은 탄소 침적에 대하여 우수한 저항성을 갖고, 활성도가 높아 해당 촉매가 사용되는 연료 전지가 장기 운전되는 경우에도 높은 활성을 유지함으로써, 바이오 가스 개질, 특히 메탄 및 이산화탄소를 포함하는 바이오 가스의 건식 개질 시 수소, 일산화탄소 등을 포함하는 합성 가스를 용이하게 제조할 수 있는 바이오가스 개질용 촉매, 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. One object of the present invention is to have a high resistance to carbon deposition, high activity and maintain high activity even when the fuel cell using the catalyst is long-term operation, biogas reforming, in particular biogas containing methane and carbon dioxide It is to provide a catalyst for biogas reforming, and a method for producing the same, which can easily produce a synthesis gas including hydrogen, carbon monoxide, etc. during dry reforming.

본 발명의 일 구현예에서, 다단기공(hierarchically porous) 구조의 모노리스(monolithic) 지지체; 및 상기 지지체 상에 담지되며, 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함하는 바이오가스 개질용 촉매가 제공된다.In one embodiment of the present invention, a monolithic support having a hierarchically porous structure; And it is supported on the support, there is provided a biogas reforming catalyst comprising a compound represented by the following [Formula 1].

[화학식 1][Formula 1]

Sr1-yYyTi1-xRuxO3-δ Sr 1-y Y y Ti 1-x Ru x O 3-δ

(여기서, x는 0보다 크고 1보다 작다. y는 0보다 크고 0.1보다 작다. δ는 0 이상 1이하이다.)(Where x is greater than 0 and less than 1. y is greater than 0 and less than 0.1. Δ is greater than 0 and less than 1).

예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1에서의 x는 0보다 크고 0.05 이하 일 수 있다.In an exemplary embodiment, x in Chemical Formula 1 may be greater than 0 and less than or equal to 0.05.

예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1에서의 y는 0 보다 크고 0.08 이하 일 수 있다.In an exemplary embodiment, y in Formula 1 may be greater than 0 and less than or equal to 0.08.

예시적인 구현예에서, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 단일 상(single phase)의 균일 촉매(homogeneous catalyst)일 수 있다.In an exemplary embodiment, the biogas reforming catalyst may be a single phase homogeneous catalyst.

예시적인 구현예에서, 상기 모노리스 지지체의 기공에 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 담지될 수 있다.In an exemplary embodiment, the compound represented by [Formula 1] may be supported in the pores of the monolith support.

예시적인 구현예에서, 상기 모노리스 지지체 100 중량부에 대하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 10 내지 50 중량부로 담지될 수 있다.In an exemplary embodiment, the compound represented by [Formula 1] may be supported by 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the monolith support.

예시적인 구현예에서, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 750~900℃의 온도에서 60 내지 80 시간의 운전 동안 80% 이상의 메탄 전환율을 나타낼 수 있다.In an exemplary embodiment, the biogas reforming catalyst may exhibit a methane conversion of at least 80% during 60 to 80 hours of operation at a temperature of 750 ~ 900 ℃.

예시적인 구현예에서, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 바이오 가스 건식 개질용일 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalyst for biogas reforming may be for biogas dry reforming.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법에 있어서, 하기 [화학식 2]로 표시되는 페로브스카이트(perovskite) 물질 중 스트론튬(Sr) 일부를 이트륨(Y)으로 도핑 치환하고, 티타늄(Ti) 일부를 루테늄(Ru)로 도핑 치환하여, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 모노리스(monolithic) 지지체에 코팅하여 바이오가스 개질용 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법이 제공된다.In one embodiment of the present invention, in the production method of the catalyst for biogas reforming, doping substitution of a portion of strontium (Sr) in the perovskite (perovskite) material represented by the following [Formula 2] with yttrium (Y) Preparing a compound represented by the above [Formula 1] by doping and substituting a part of titanium (Ti) with ruthenium (Ru); And coating a compound represented by the above [Formula 1] on a monolithic support to prepare a catalyst for biogas reforming.

[화학식 2][Formula 2]

SrTiO3 SrTiO 3

예시적인 구현예에서, 상기 페로브스카이트(perovskite) 물질을 부분적으로 이트륨(Y) 및 루테늄(Ru)으로 도핑 치환하는 것은, 이트륨(Y), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 루테늄(Ru)을 포함하는 화합물을 용해시키기 위한 용매로서 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여 페치니 법(Pechini method)을 통해 수행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the partially doped substitution of the perovskite material with yttrium (Y) and ruthenium (Ru) comprises yttrium (Y), strontium (Sr), titanium (Ti) and ruthenium ( As a solvent for dissolving a compound including Ru), distilled water or deionized water (DIion water) may be used through the Pechini method.

예시적인 구현예에서, 상기 페로브스카이트(perovskite) 물질을 부분적으로 이트륨(Y) 및 티타늄(Ti)으로 도핑 치환한 후에, 상기 [화학식 1]로 표시되는 촉매를 수소, 질소, 헬륨 및 아르곤으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나이상으로 활성화 처리하는 것을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, after partially doping and replacing the perovskite material with yttrium (Y) and titanium (Ti), the catalyst represented by [Formula 1] is hydrogen, nitrogen, helium and argon It may include the activation process to one or more selected from the group consisting of.

예시적인 구현예에서, 상기 활성화 처리는 비활성 기체로서 수소를 사용하여 750℃ 내지 900℃ 에서 수행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the activation treatment may be performed at 750 ° C. to 900 ° C. using hydrogen as the inert gas.

예시적인 구현예에서, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 모노리스(monolithic) 지지체에 코팅하는 단계는 딥 코팅을 통해 수행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the step of coating the compound represented by [Formula 1] on the monolithic (monolithic) support may be performed through a dip coating.

본 발명의 구현예들에 따른 바이오 가스 개질용 촉매는 기존의 귀금속 촉매들과 비교하여 적은 귀금속 촉매를 함량함에도 불구하고 촉매 활성도가 높고, 탄소 침적에 대한 우수한 저항성을 가져, 장기 운전을 수행하더라도 높은 활성을 유지하며 대용량으로 바이오 가스(이산화탄소 포함)를 이용한 건식 개질 반응을 진행할 수 있다. 이에 따라, 장시간 높은 활성으로 수소 비율이 높은 합성 가스를 용이하게 제조할 수 있다. The catalyst for biogas reforming according to the embodiments of the present invention has high catalytic activity despite having less precious metal catalyst than conventional noble metal catalysts, and has excellent resistance to carbon deposition, and thus high It can maintain the activity and proceed with dry reforming reaction using biogas (including carbon dioxide) in large capacity. Thereby, the synthesis gas with a high hydrogen ratio can be manufactured easily with high activity for a long time.

나아가, 본 발명에 따른 바이오 가스 개질용 촉매는 그 제조 방법에 있어서, 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여 페치니 법(Pechini method)을 통해 제조되기 때문에, 실질적으로 불순물을 포함하지 않으며 단일 상의 균일 촉매로 제조될 수 있다. Furthermore, since the biogas reforming catalyst according to the present invention is manufactured through the Pechini method using distilled water or deionized water (DI water) in the manufacturing method thereof, it contains substantially impurities. And can be prepared with a single phase homogeneous catalyst.

아울러, 본 발명에 따른 바이오 가스 개질용 촉매에서, 화학식 1로 표시되는 화합물이 간편한 딥 코팅(dip coating) 방법을 통해 모노리스 지지체에 담지되므로, 매우 경제적이고 효율적으로 촉매를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 바이오 가스 개질용 촉매 제조시, 압력을 증가시키지 않아도 제조할 수 있다는 이점이 있다. In addition, in the biogas reforming catalyst according to the present invention, since the compound represented by Formula 1 is supported on the monolith support through a simple dip coating method, it is possible to manufacture the catalyst very economically and efficiently. In addition, the biogas reforming catalyst according to the present invention, there is an advantage that can be produced without increasing the pressure.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오 가스 개질용 촉매의 제조 방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오 가스 개질용 촉매 및 비교예에 따른 촉매의 X선 회절 분석(X-ray diffractiometry, XRD) 그래프이다.
도 3a 내지 3c는 비교예 3, 실시예 1 및 실시예 6에 따른 바이오 가스 개질용 촉매의 표면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 4a 내지 4c는 실시예 1 내지 3 및 실시예 6 내지 8에 따라 제조된 바이오 가스 개질용 촉매의 표면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오 가스 개질용 촉매에 있어서 운전시간에 따른 메탄 전환율을 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a flow chart showing the flow of the method for producing a biogas reforming catalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is an X-ray diffractiometry (XRD) graph of a biogas reforming catalyst according to an embodiment of the present invention and a catalyst according to a comparative example.
3A to 3C are images of the surface of the biogas reforming catalyst according to Comparative Example 3, Example 1, and Example 6 observed with a scanning electron microscope (SEM).
4a to 4c are images of the surface of the biogas reforming catalyst prepared according to Examples 1 to 3 and Examples 6 to 8 with a scanning electron microscope (SEM).
5 is a graph showing the results of experiments on the methane conversion rate according to the operating time in the biogas reforming catalyst according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are only illustrated for illustrative purposes, and the embodiments of the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention may be modified in various ways and may have various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to the specific disclosed forms, and all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. It will be understood to include.

본 발명의 구현예에서 바이오 가스(bio-gas)란, 하수슬러지, 음식물 폐기물과 같은 바이오매스(biomass)를 혐기성 소화(anaerobic digester), 가스화(gasification), 및 열분해(pyrolysis)를 통해 생산할 수 있는 가스 상의 연료이다. 이러한 바이오 가스는 주성분으로서 메탄(55-70%) 및 이산화탄소(30-45%)를 포함하며, 황(S)과 같은 불순물을 포함하고 있다.Bio-gas in the embodiment of the present invention, biomass such as sewage sludge, food waste (biomass) that can be produced through anaerobic digestion (anaerobic digestion), gasification, and pyrolysis Gaseous fuel. This biogas contains methane (55-70%) and carbon dioxide (30-45%) as main components, and contains impurities such as sulfur (S).

본 발명의 구현예에서 건식 개질 반응(dry reforming reaction)이란, 이산화탄소 및 메탄을 반응시켜 일산화탄소와 수소를 생산하는 반응을 의미한다. 건식 개질 반응은 이산화탄소의 재이용 측면에서 유용하며, 흡열 반응이어서 반응이 낮다. 참고로, 하기 반응식 1은 이산화탄소의 건식 개질 반응의 반응식이다. In the embodiment of the present invention, the dry reforming reaction refers to a reaction for producing carbon monoxide and hydrogen by reacting carbon dioxide and methane. Dry reforming reactions are useful in terms of carbon dioxide reuse, and are endothermic and therefore low in reaction. For reference, Scheme 1 below is a scheme of dry reforming of carbon dioxide.

[반응식 1]Scheme 1

CH4 + CO2 ↔ 2CO + 2H2 (△H2 = +247 kJ/mol)CH 4 + CO 2 ↔ 2CO + 2H 2 (△ H 2 = +247 kJ / mol)

본 발명의 구현예에서 균일 촉매(homogenous catalyst)란, 물질 격자 내에 치환되는 활성 물질이 포함되어 단일 상(single phase)을 유지할 수 있는 촉매를 의미한다. In an embodiment of the present invention, a homogenous catalyst refers to a catalyst capable of maintaining a single phase by including an active material substituted in a material lattice.

본 발명의 구현예에서 촉매의 장기 안정성이란, 촉매의 전환율 또는 수소 선택도(반응에 소모된 연료에 대한 생성된 수소의 몰 비), 즉 촉매 활성을 요구되는 수준 이상으로 장기간 높게 유지할 수 있는 특성을 의미한다. 따라서, 촉매의 장기 안정성이 향상된다는 것은 촉매의 수명이 향상되는 것을 의미한다. In the embodiments of the present invention, the long-term stability of the catalyst is the conversion or hydrogen selectivity of the catalyst (molar ratio of generated hydrogen to fuel consumed in the reaction), i.e., the ability to maintain the catalyst activity for a long time higher than the required level. Means. Thus, improved long-term stability of the catalyst means improved lifetime of the catalyst.

본 발명의 구현예에서 페치니 법(Pechini method)이란 광범위하게, 폴리머 수지(구연산)에 포함된 산과 용매에 녹아있는 양이온들 간의 킬레이트(chelation) 작용, 및 금속-킬레이트 복합체와 폴리하드록시알코올(타이타늄 이소프로폭사이드)간의 중합에 의한 작용이 양이온의 분산을 일으켜 화학적으로 균일하고 안정한 전구체를 얻을 수 있는 분말 합성법을 의미한다. In the embodiment of the present invention, the Pechini method is broadly used for chelation between the acid contained in the polymer resin (citric acid) and the cations dissolved in the solvent, and the metal-chelate complex and polyhydroxyalcohol ( By means of polymerization between titanium isopropoxide), it means a powder synthesis method in which a cation is dispersed to obtain a chemically uniform and stable precursor.

본 발명의 구현예에서 다단기공 구조(hierarchically porous structures)란 마이크로 기공 (<2nm), 메조 기공 (2~50 nm), 매크로 기공 (>50 nm) 중에서 서로 다른 크기의 기공을 두 개 이상 동시에 포함하는 다공구조를 의미한다.In the exemplary embodiment of the present invention, hierarchically porous structures include two or more pores of different sizes simultaneously among micropores (<2nm), mesopores (2-50 nm), and macropores (> 50 nm). It means a porous structure.

본 발명의 구현예에서, 딥코팅(dip-coating)이란 피코팅 물질을 코팅 용액이나 슬러리에 담궈 피코팅 물질 위에 전구체를 코팅하고 적당한 온도에서 소성하여 도막을 형성하는 방법을 의미한다. 본 발명의 구현예에서는 피코팅 물질인 모노리스 지지체를 페치니법으로 만든 페로브스카이트 촉매 용액에 코팅한 후 약 650℃ 에서 소성하여 촉매를 제조하였다.In an embodiment of the present invention, dip-coating refers to a method of dipping a coated material in a coating solution or slurry to coat a precursor on the coated material and baking at an appropriate temperature to form a coating film. In an embodiment of the present invention, a monolith support, which is a coating material, is coated on a perovskite catalyst solution made by Pechini's method and then calcined at about 650 ° C. to prepare a catalyst.

본 발명의 구현예에서, ‘모노리스 지지체’란 촉매의 지지체로서, 원통형인 것을 의미한다. 제한되지 않으나, 상기 모노리스 지지체는 세라믹, 금속, 알루미나, 실리카, 알루미나, 타이타네이트(alumina titanate), 코디어라이트(Codierite) (2MgO.2Al2O3.5SiO2) 등을 포함할 수 있다. In an embodiment of the invention, 'monolith support' means a support of the catalyst, which is cylindrical. But not limited to, the monolith support may comprise a ceramic, metal, alumina, silica, alumina, titanate (titanate alumina), cordierite (Codierite) (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2) or the like.

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, which are described for purposes of illustration, whereby the technical idea of the present invention and its configuration and application are not limited.

바이오 가스 건식 개질용 촉매Catalysts for Biogas Dry Reforming

본 발명의 촉매는 바이오 가스 개질용, 보다 구체적으로는 메탄 및 이산화탄소를 포함하는 바이오 가스의 건식 개질(dry reforming of bio-gas)용 촉매로서, 다단기공(hierarchically porous) 구조의 모노리스(monolithic) 지지체; 및 상기 모노리스 지지체 상에 담지되며, 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 포함한다.The catalyst of the present invention is a catalyst for biogas reforming, more specifically, a dry reforming of bio-gas including methane and carbon dioxide, and a monolithic support having a hierarchically porous structure. ; And a compound supported on the monolith support and represented by the following [Formula 1].

[화학식 1][Formula 1]

Sr1-yYyTi1-xRuxO3-δ Sr 1-y Y y Ti 1-x Ru x O 3-δ

(여기서, x는 0보다 크고 1보다 작다. y는 0보다 크고 0.1보다 작다. δ는 0 이상 1이하이다.)(Where x is greater than 0 and less than 1. y is greater than 0 and less than 0.1. Δ is greater than 0 and less than 1).

참고로, SrTiO3의 페로브스카이트 격자 구조 내에 이트륨(Y)과 루테늄(Ru)이 도핑되면 도핑 금속에 의하여 O의 함량에 미세한 변화가 생길 수 있다. 즉, 상기 [화학식 1]에서 페로브스카이트의 O3은 O3-δ(δ는 0 내지 1이하)로 미세하게 변화될 수 있다.For reference, when yttrium (Y) and ruthenium (Ru) are doped in the perovskite lattice structure of SrTiO 3 , a slight change may occur in the O content by the doped metal. That is, in [Formula 1] O 3 of the perovskite may be finely changed to O 3-δ (δ is 0 to 1 or less).

상기 화합물은, SrTiO3로 표시되는 페로브스카이트(perovskite) 물질 중 스트론튬(Sr) 일부가 이트륨(Y)으로 도핑 치환되고 티타늄(Ti) 일부가 루테늄(Ru)로 도핑 치환된 것이다. 즉, 상기 화합물은, ABO3의 구조를 갖는 페로브스카이트 물질에서 A 자리(Sr)의 일부 및 B 자리(Ti)의 일부가 각각 서로 다른 물질(A 자리에 Y 및 B 자리에 Ru)로 도핑 치환됨으로써, 페로브스카이트 구조를 유지할 수 있다. The compound is a part of the perovskite material represented by SrTiO 3 (Sr) is doped substituted by yttrium (Y) and part of titanium (Ti) doped substituted by ruthenium (Ru). That is, in the perovskite material having the structure of ABO 3 , the compound includes a part of A site (Sr) and a part of B site (Ti) as different materials (R at Y and B at A), respectively. By doping substitution, the perovskite structure can be maintained.

따라서, 종래의 촉매들이 일반적으로 지지체에 활성 물질을 열처리함으로써 제조되어 2개 이상의 상(phase)으로 구성되는 이른바 불균일 촉매인 것과 달리, 상기 화합물은 촉매로서 사용될 때 단일 상(single phase)의 균일 촉매(homogeneous catalyst)로 작용할 수 있다. 그러므로 상기 화합물을 포함하는 촉매는 최소화된 합성 공정을 통해 제조될 수 있어 종래 촉매들보다 공정 효율 및 경제적 측면에서 보다 유용하다. Thus, unlike conventional catalysts are generally so-called heterogeneous catalysts which are prepared by heat treating the active material on a support and consist of two or more phases, the compound is a single phase homogeneous catalyst when used as a catalyst. It can act as a homogeneous catalyst. Therefore, the catalyst containing the compound can be prepared through a minimized synthesis process is more useful in terms of process efficiency and economics than conventional catalysts.

상기 화합물 중, 티타늄 자리(페로브스카이트 구조의 B 자리)에 치환되는 Ru(루테늄)은 높은 촉매 활성을 갖는다. 또한, 스트론튬 자리(페로브스카이트 구조의 A자리)에 치환되는 이트륨(Y)은 해당 촉매에 향상된 전기전도도를 제공할 수 있다. 더욱이 ABO3의 구조를 갖는 페로브스카이트 촉매는 고유적으로 황(S) 및 탄소(C)에 대하여 저항성이 우수하므로, 상기 화합물을 포함하는 바이오가스 개질용촉매는 바이오 가스 개질 반응에 대한 높은 촉매 활성을 가질 수 있고, 또한 탄소 침적 현상 및/또는 촉매 피독 현상에 대해 높은 저항성을 가질 수 있다. Of these compounds, Ru (ruthenium) substituted at the titanium site (B site of the perovskite structure) has high catalytic activity. In addition, yttrium (Y) substituted at the strontium site (A site in the perovskite structure) can provide improved electrical conductivity to the catalyst. Moreover, since the perovskite catalyst having the structure of ABO 3 inherently has excellent resistance to sulfur (S) and carbon (C), the biogas reforming catalyst including the compound has a high resistance to biogas reforming reaction. It may have catalytic activity and may also have high resistance to carbon deposition and / or catalyst poisoning.

특히, 상기 촉매는, 바이오 가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 선택적으로 제거함으로써 개질 반응이 진행되는 스팀 개질보다, 이산화탄소를 개질 반응에 직접 사용하여 별도의 이산화탄소 분리 공정이 추가적으로 요구되지 않는 건식 개질에 사용될 경우, 그 효과가 극대화될 수 있다. In particular, when the catalyst is used in dry reforming, where carbon dioxide is directly added to the reforming reaction by selectively removing carbon dioxide contained in the biogas, the carbon dioxide is directly used in the reforming reaction, and a separate carbon dioxide separation process is not additionally required. Therefore, the effect can be maximized.

예시적인 구현예들에 있어서, 촉매의 단일 상 유지, 탄소 침적 및/또는 촉매 피독 방지, 촉매의 활성 유지와 향상된 전기전도도를 모두 고려할 때, 티타늄 자리(페로브스카이트 구조의 B 자리)에 치환되는 루테늄(Ru)의 양, 즉 상기 [화학식 1]에서 x는 0보다 크고 0.05 이하(0<x≤0.5)인 것이 바람직할 수 있다. 특히, x는 0.03인 경우가 바람직할 수 있다. 또한, 스트론튬 자리(페로브스카이트 구조의 A자리)에 치환되는 이트륨(Y)의 양, 즉 상기 [화학식 1]에서 y는 0보다 크고 0.08 이하(0<y≤0.08), 특히 y는 0.08인 것이 바람직할 수 있다. In exemplary embodiments, substitution of the titanium site (B site of the perovskite structure), considering both the maintenance of a single phase of the catalyst, prevention of carbon deposition and / or catalyst poisoning, maintenance of the catalyst activity and improved electrical conductivity It is preferable that the amount of ruthenium (Ru), ie, x in Formula 1, is greater than 0 and less than or equal to 0.05 (0 <x ≦ 0.5). In particular, it may be preferred if x is 0.03. In addition, the amount of yttrium (Y) substituted at the strontium site (A site in the perovskite structure), that is, y is greater than 0 and less than or equal to 0.08 (0 <y≤0.08), in particular, y is 0.08 It may be desirable.

상기 [화학식 1]에서 y가 0.08인 경우 단일상을 유지하면서도 전기 전도도가 가장 우수한 것으로 생각된다. 하지만 이 경우에 만일 x가 0인 경우 즉, 티타늄 사이트에 루테늄의 치환이 없는 경우에는 촉매 활성도가 매우 낮게 된다. 그러나, x가 미량이라도 치환되는 경우(예컨대 x=0.01), x=0.02, 0.05, 0.1. 등과 유사하게 매우 높은 정도의 개질 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.When y is 0.08 in [Formula 1], it is considered that the electrical conductivity is the best while maintaining a single phase. However, in this case, if x is 0, that is, there is no substitution of ruthenium at the titanium site, the catalytic activity becomes very low. However, when x is substituted even a small amount (for example, x = 0.01), x = 0.02, 0.05, 0.1. Similar to the above, it can be seen that it shows a very high degree of reforming performance.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 질소(N), 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등을 포함하는 비활성 기체를 이용하여 활성화 처리되거나, 수소(H)를 이용하여 환원 분위기 하에서 활성화 처리된 것일 수 있다. 특히, 상기 촉매는 환원 분위기 하에서 활성화 처리된 것일 수 있으며, 환원 분위기에서는 촉매 표면에 붙은 산소를 제거하여 활성점에 반응물이 화학흡착 될 수 있게 된다.In exemplary embodiments, the biogas reforming catalyst may be activated using an inert gas including nitrogen (N), helium (He), argon (Ar), or the like, or reduced using hydrogen (H). It may be activated in an atmosphere. In particular, the catalyst may be activated in a reducing atmosphere, the reactant can be chemisorbed to the active site by removing the oxygen attached to the catalyst surface in the reducing atmosphere.

한편, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 모노리스(monolithic) 지지체에 담지될 수 있으며, 구체적으로 딥-코팅(dip-coating) 공정을 통해 답지될 수 있다. 딥-코팅(dip-coating)을 수행하는 경우 보다 간편하게 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 코팅할 수 있다.On the other hand, the compound represented by [Formula 1] may be supported on a monolithic (monolithic) support, specifically, can be supported through a dip-coating (dip-coating) process. When performing dip-coating, the compound represented by the above [Formula 1] may be more easily coated.

예시적인 구현예에서, 상기 모노리스(monolithic) 지지체에 포함될 수 있는 물질로서는 기존의 모노리스(monolithic) 지지체가 포함할 수 있는 물질이라면 제한되지 않으나, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 알루미나 타이타네이트(alumina titanate), 코디어라이트(Codierite) (2MgO.2Al2O3.5SiO2) 등을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the material that may be included in the monolithic support is not limited as long as it is a material that can be included in the existing monolithic support, for example, alumina, silica, alumina titanate (alumina) titanate), it may include cordierite (Codierite) (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2) or the like.

아울러, 모노리스(monolithic) 지지체는 다단기공(hierarchically porous) 구조를 가질 수 있고, 이 경우 지지체 내에 다양한 크기를 갖는 기공이 복수 개로 생겨, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 많은 양으로 담지될 수 있다.In addition, the monolithic support may have a hierarchically porous structure, and in this case, a plurality of pores having various sizes are formed in the support, and the compound represented by [Formula 1] may be supported in a large amount. have.

예시적인 구현예에서 상기 모노리스 지지체의 비표면적은 34 내지 37 cm2/cm3 범위 이내일 수 있다.In an exemplary embodiment, the specific surface area of the monolith support may be in the range of 34 to 37 cm 2 / cm 3 .

한편, 상기 모노리스 지지체 100 중량부에 대하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 10 내지 50 중량부로 담지될 수 있으며, 구체적으로는 20 내지 45 중량부로 담지될 수 있다. 10 중량부 미만으로 담지되는 경우 촉매 활성점 부족으로 인한 성능 저하 현상이 일어나고, 50 중량부를 초과하는 경우 물질 전달 저하(mass transfer limitation)로 인해 촉매의 성능이 저하될 수 있다.On the other hand, with respect to 100 parts by weight of the monolith support, the compound represented by [Formula 1] may be supported by 10 to 50 parts by weight, specifically, may be supported by 20 to 45 parts by weight. When it is supported by less than 10 parts by weight, the performance deterioration phenomenon occurs due to lack of catalyst active point, and if it exceeds 50 parts by weight, the performance of the catalyst may be reduced due to mass transfer limitation.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 가스 개질용 촉매는 다단기공 구조를 갖는 모노리스 지지체에 담지된 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 바, 이산화탄소를 포함하는 바이오가스의 개질 반응시 매우 우수한 촉매 성능을 보일 수 있다. As described above, the biogas reforming catalyst according to the present invention includes a compound represented by the formula (1) supported on a monolith support having a multi-stage pore structure, and has a very good catalytic performance during the reforming reaction of biogas including carbon dioxide. Can be seen.

예시적인 구현예에서, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 750~900℃의 온도에서 60 내지 80 시간의 운전 동안 80% 이상의 촉매 성능을 보일 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오가스 개질용 촉매는 750℃에서 70시간 운전 동안 83%이상의 메탄 전환율을 보일 수 있다.In an exemplary embodiment, the biogas reforming catalyst may exhibit a catalyst performance of 80% or more during 60 to 80 hours of operation at a temperature of 750 ~ 900 ℃. Specifically, the biogas reforming catalyst may exhibit a methane conversion of 83% or more during a 70 hour operation at 750 ° C.

바이오 가스 건식 개질용 촉매의 제조 방법Method for producing catalyst for biogas dry reforming

본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 촉매는 하기 [화학식 2]로 표시되는 페로브스카이트(perovskite) 물질 중 스트론튬(Sr) 일부를 이트륨(Y)으로 도핑 치환하고, 티타늄(Ti) 일부를 루테늄(Ru)로 도핑 치환하여, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 모노리스(monolithic) 지지체에 코팅하여 바이오가스 개질용 촉매를 제조하는 단계; 를 포함하는 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.The catalyst according to the exemplary embodiments of the present invention is doped with a portion of strontium (Sr) of yttrium (Y) in the perovskite material represented by the following [Formula 2], and part of titanium (Ti) Preparing a compound represented by [Formula 1] by doping substitution with ruthenium (Ru); And preparing a catalyst for biogas reforming by coating the compound represented by Chemical Formula 1 on a monolithic support. It may be prepared through a method for producing a biogas reforming catalyst comprising a.

[화학식 2][Formula 2]

SrTiO3 SrTiO 3

예시적인 구현예예서, 상기 페로브스카이트(perovskite) 물질을 부분적으로 이트륨(Y) 및 루테늄(Ru)으로 도핑 치환하는 것은, 이트륨(Y), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 루테늄(Ru)을 포함하는 화합물을 용해시키기 위한 용매로서 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여, 알려진 건식 촉매 제조법 중 페치니 법(Pechini method)을 통해 수행될 수 있다. In an exemplary embodiment, the partially doped substitution of the perovskite material with yttrium (Y) and ruthenium (Ru) comprises yttrium (Y), strontium (Sr), titanium (Ti) and ruthenium ( Using distilled water or deionized water (DI water) as a solvent for dissolving the compound including Ru), it can be carried out through the Pechini method (Pechini method) of the known dry catalyst preparation method.

보다 구체적으로, 질산이트륨[Y(NO3)3·H2O] 및 질산스트론튬[Sr(NO3)3·H2O]을 증류수 또는 탈이온수(DI water)에 용해시켜 제1 용액을 제조한다. 티타늄 이소프로폭사이드[Ti(OCH(CH3)2)4]및 구연산을 에틸렌글리콜에 충분히 용해시켜 제2 용액을 제조한다. 루테늄 클로라이드[(Cl3Ru·xH2O)]을 증류수 또는 탈이온수(DI water)에 용해시켜 제3 용액을 제조한다. 이때, 이트륨(Y), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 루테늄(Ru)의 각 화합물들은 종래와 같이 에탄올이 아닌 증류수 또는 탈이온수(DI water)에 용해됨으로써, 제조되는 촉매 내에 불순물 함량을 최소화시킬 수 있다. More specifically, yttrium nitrate [Y (NO 3 ) 3 .H 2 O] and strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 3 .H 2 O] are dissolved in distilled or deionized water (DI water) to prepare a first solution. do. Titanium isopropoxide [Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ] and citric acid are sufficiently dissolved in ethylene glycol to prepare a second solution. Ruthenium chloride [(Cl 3 Ru.xH 2 O)] is dissolved in distilled or deionized water (DI water) to prepare a third solution. At this time, the compounds of yttrium (Y), strontium (Sr), titanium (Ti) and ruthenium (Ru) are dissolved in distilled water or DI water rather than ethanol as in the prior art, thereby increasing the impurity content in the prepared catalyst. It can be minimized.

이렇게 제조된 상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액을 함께 혼합하여 약 80℃에서 충분히 교반하고, 약 110℃에서 건조시켜 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다.The first solution, the second solution, and the third solution thus prepared are mixed together, sufficiently stirred at about 80 ° C., and dried at about 110 ° C. to prepare a compound represented by Chemical Formula 1.

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조한 이후, 약 300℃ 이상 내지 450℃ 이하 온도에서 하소(calcination)할 수도 있다. 상기 하소 공정은 1회 이상, 예를 들어 약 300℃에서 1차 하소 공정을 수행하고, 약 450℃에서 2차 하소 공정을 수행함으로써 수행될 수 있다. 이에 따라, 촉매 제조 중 발생될 수 있는 유기물을 효과적으로 제거할 수 있다. Meanwhile, after the compound represented by Chemical Formula 1 is prepared, calcination may be performed at a temperature of about 300 ° C. or more and 450 ° C. or less. The calcination process may be performed by one or more times, for example, by performing a first calcination process at about 300 ° C., and by performing a second calcination process at about 450 ° C. Accordingly, it is possible to effectively remove the organic matter that can be generated during the catalyst production.

이상 설명한 공정들이 용매로서 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하는 페치니 법(Pechini method)이다. The processes described above are a Pechini method using distilled or deionized water (DI water) as a solvent.

이에 따라, 상술한 공정을 통해 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 겔 용액을 제조할 수 있다.Accordingly, a gel solution including the compound represented by Chemical Formula 1 may be prepared through the above-described process.

이후, 상기 겔 용액을 모노리스 지지체에 딥 코팅하여, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 모노리스 지지체에 담지시켜 바이오 가스 개질용 촉매를 제조 할 수 있다.Thereafter, the gel solution may be dip coated on a monolith support, and the compound represented by Chemical Formula 1 may be supported on the monolith support to prepare a catalyst for biogas reforming.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 겔 용액을 딥 코팅하는 것은 피코팅 물질인 모노리스 지지체를 페치니법으로 만든 Sr1-yYyTi1-xRuxO3-δ 촉매 용액에 코팅한 후 약 600 내지 700℃ 에서 소성하는 것이며, 이에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 모노리스 지지체에 보다 다량으로 담지될 수 있다. In exemplary embodiments, the dip coating of the gel solution may be achieved by coating a monolith support, which is a coating material, on a Sr 1-y Y y Ti 1-x Ru x O 3-δ catalyst solution made by Pechini method. It is fired at about 600 to 700 ℃, and thus, the compound represented by the formula (1) may be supported in a greater amount on the monolith support.

한편, 상기 딥 코팅 공정을 반복적으로 수행하여 촉매의 담지량을 조절할 수 있다. 이와 같은 딥 코팅 공정은, 진공 코팅이나 열분해 코팅과 같은 복잡하거나 많은 장비가 요구되지 않는 간단한 방법으로 시간이나 비용을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.On the other hand, it is possible to control the amount of the catalyst by repeatedly performing the dip coating process. Such a dip coating process has the advantage of saving time or money in a simple manner that does not require complex or large equipment such as vacuum coating or pyrolysis coating.

이후, 제조된 바이오 가스 개질용 촉매를 활성화 처리하여 촉매의 활성을 향상시킬 수 있다.Thereafter, the activated biogas reforming catalyst may be activated to improve the activity of the catalyst.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 활성화 처리는 질소, 아르곤, 헬륨 등의 비활성 기체를 이용하거나, 또는 수소를 포함하는 질소 밸런스 가스를 이용하여 수행될 수 있다. 특히, 상기 활성화 처리는 환원 분위기 하에서 수행될 수 있다. 환원 분위기에서는 촉매 표면에 붙은 산소를 제거하여 활성점에 반응물이 화학흡착 될 수 있게 된다.In exemplary embodiments, the activation treatment may be performed using an inert gas such as nitrogen, argon, helium, or using a nitrogen balance gas containing hydrogen. In particular, the activation treatment can be carried out under a reducing atmosphere. In the reducing atmosphere, the reactants can be chemisorbed at the active site by removing oxygen adhering to the catalyst surface.

일 구현예에 있어서, 상기 활성화 처리는 수소를 사용하여 750℃ 내지 900℃, 구체적으로 800 내지 850℃에서 수행될 수 있다. 상기 범위 미만으로 활성화 처리 공정이 진행되는 경우 촉매 활성 향상의 효과가 미비할 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 활성화 처리 공정이 진행되는 경우 오히려 촉매의 성능이 저하될 수 있다.In one embodiment, the activation treatment may be carried out at 750 ℃ to 900 ℃, specifically 800 to 850 ℃ using hydrogen. If the activation process is carried out below the above range may be ineffective catalytic activity improvement, if the activation process is carried out above the range may be rather deteriorate the performance of the catalyst.

전술한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따라 제조된 바이오 가스 개질용 촉매는 모노리스 지지체에 담지된 페로브스카이트 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 보다 많은 양의 촉매 활성을 띄는 화합물이 촉매 지지체에 담지될 수 있으므로, 상기 촉매의 촉매 활성이 보다 향상될 수 있다. As described above, the biogas reforming catalyst prepared according to exemplary embodiments of the present invention may include a material having a perovskite structure supported on a monolith support. Accordingly, since a compound having a greater amount of catalytic activity can be supported on the catalyst support than in the related art, the catalytic activity of the catalyst can be further improved.

일 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ인 경우(즉, 루테늄이 3몰%로 도핑된 경우)로서 모노리스 지지체에 도핑된 경우,단순 Sr0.92Y0.08Ti0.95Ru0.05O3-δ파우더 촉매와 동등 내지 우수한 촉매 활성을 보일 수 있다. 이에 따라, 귀금속 촉매를 소량 이용하고도 높은 촉매활성을 보일 수 있다.For example, when the compound represented by Chemical Formula 1 is Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ (that is, when ruthenium is doped at 3 mol%) and is doped with a monolith support, simple Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.95 Ru 0.05 O 3-δ It can exhibit equivalent to good catalytic activity. Accordingly, high catalytic activity can be exhibited even when a small amount of the noble metal catalyst is used.

또한, 상기 바이오가스 개질용 촉매 제조시, 접착제, 바인더 또는 기공 형성제를 사용하지 않으므로, 촉매의 유기물에 의한 피독 현상 없이 촉매 활성이 유지될 수 있다.In addition, when preparing the catalyst for biogas reforming, an adhesive, a binder, or a pore-forming agent is not used, and thus catalyst activity may be maintained without poisoning by organic matter of the catalyst.

아울러, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 촉매는 용매로서 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여 페치니 법(Pechini method)을 통해 제조되기 때문에, 실질적으로 불순물을 포함하지 않으며 단일 상의 균일 촉매로 제조될 수 있다. In addition, since the catalyst according to the exemplary embodiments of the present invention is prepared through the Pechini method using distilled water or deionized water (DI water) as a solvent, it is substantially free of impurities. It can be prepared with a single phase homogeneous catalyst.

또한, 촉매 활성을 위해 촉매 제조 시 종래에는 환원 분위기 하에 수소로만 활성화 처리 공정을 수행하는 경우, 높은 촉매 활성 및 장기 안정성을 갖도록 제조될 수 있다. In addition, when the catalyst is prepared for the catalyst activity, when the activation process is performed only with hydrogen under a reducing atmosphere, it may be prepared to have high catalyst activity and long-term stability.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these embodiments.

실시예Example

[실시예 1]Example 1

질산이트륨[Y(NO3)3·H2O (알드리치)] 3.064g 및 질산스트론튬[Sr(NO3)3·H2O (알드리치)] 19.469g을 탈이온수(DI water)에 동시에 용해하였다. 티타늄 이소프로폭사이드[Ti(OCH(CH3)2)4 (알드리치)] 28.13g과 구연산 76.8g을 에틸렌글리콜 200g에 충분히 녹인 후, 이어서 루테늄 클로라이드[(Cl3Ru·xH2O)(준세이)] 0.622g을 탈이온수(DI water)에 넣어 안정화를 위하여 용해하였다. 각 용액들을 함께 24시간 동안 80℃에서 혼합하여 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ을 포함하는겔(gel)용액을 제조하였다(Ru이 3% 도핑됨). 이후, 모노리스 지지체(코닝사 FLORATM제품)에 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ 0.2g이 담지될 수 있도록 딥 코팅 후, 110℃에서 건조하였다. 마지막으로 650℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이에 따라, 모노리스 지지체에 담지된 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ를 포함하는 촉매(이하, Ru-SYT coated monolith로 표시)가 제조되었다. 3.064 g of yttrium nitrate [Y (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)] and 19.469 g of strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)] were simultaneously dissolved in DI water. 28.13 g of titanium isopropoxide [Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 (Aldrich)] and 76.8 g of citric acid were sufficiently dissolved in 200 g of ethylene glycol, followed by ruthenium chloride [(Cl 3 Ru.xH 2 O) (Junsei). 0.622 g was dissolved in DI water for stabilization. Each solution was mixed together at 80 ° C. for 24 hours to prepare a gel solution containing Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ (Ru doped 3%). Subsequently, 0.2 g of Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ may be supported on a monolith support (manufactured by Corning FLORA ) and then dried at 110 ° C. Finally, heat treatment was performed at 650 ° C. for 5 hours. Thus, a catalyst (hereinafter referred to as Ru-SYT coated monolith) containing Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ supported on a monolith support was prepared.

[실시예 2]Example 2

실시예 1에서, 모노리스 지지체(코닝사 FLORATM제품)에 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ 0.1g이 담지될 수 있도록 딥 코팅하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 1, the same process was carried out except that the monolith support (manufactured by Corning FLORA ) was dip coated to carry 0.1 g of Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ .

[실시예 3]Example 3

실시예 1에서, 모노리스 지지체(코닝사 FLORATM제품)에 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ 0.3g이 담지될 수 있도록 딥 코팅하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 1, the same process was carried out except that the monolith support (manufactured by Corning FLORA ) was dip coated to carry 0.3 g of Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ .

[실시예 4]Example 4

실시예 1에서, Ru-SYT coated monolith를 제조한 이후, 수소를 포함하는 질소 밸런스 가스를 사용하여 750℃에서 활성화 처리하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 1, after the Ru-SYT coated monolith was prepared, the same process was performed except that activation was performed at 750 ° C using a nitrogen balance gas containing hydrogen.

[실시예 5]Example 5

실시예 1에서, Ru-SYT coated monolith를 제조한 이후, 수소를 포함한 질소 밸런스가스)를 사용하여 800℃에서 활성화 처리하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다In Example 1, after the Ru-SYT coated monolith was prepared, the same process was performed except that activation was carried out at 800 ° C. using a nitrogen balance gas containing hydrogen).

[실시예 6]Example 6

실시예 1에서, Ru-SYT coated monolith를 제조한 이후, 수소를 포함하는 질소 밸런스 가스를 사용하여 850℃에서 활성화 처리하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 1, after preparing Ru-SYT coated monolith, the same process was carried out except that the activation process at 850 ℃ using a nitrogen balance gas containing hydrogen.

[실시예 7]Example 7

실시예 2에서, Ru-SYT coated monolith를 제조한 이후, 수소를 포함하는 질소 밸런스 가스를 사용하여 850℃에서 활성화 처리하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 2, after the Ru-SYT coated monolith was prepared, the same process was performed except that activation was performed at 850 ° C using a nitrogen balance gas containing hydrogen.

[실시예 8]Example 8

실시예 3에서, Ru-SYT coated monolith를 제조한 이후, 수소를 포함하는 질소 밸런스 가스를 사용하여 850℃에서 활성화 처리하였다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하였다.In Example 3, after preparing Ru-SYT coated monolith, the same process was performed except that the activation process was performed at 850 ° C using a nitrogen balance gas containing hydrogen.

[비교예 1] Comparative Example 1

질산이트륨[Y(NO3)3·H2O (알드리치)] 3.064g 및 질산스트론튬[Sr(NO3)3·H2O (알드리치)] 19.469g을 탈이온수(DI water)에 동시에 용해하였다. 티타늄 이소프로폭사이드[Ti(OCH(CH3)2)4 (알드리치)] 28.13g과 구연산 76.8g을 에틸렌글리콜 200g에 충분히 녹인 후, 이어서 루테늄 클로라이드[(Cl3Ru·xH2O)(준세이)] 0.622g을 탈이온수(DI water)에 넣어 안정화를 위하여 용해하였다. 각 용액들을 함께 24시간 동안 80℃에서 혼합하고, 110℃에서 건조하였으며, 유기물 제거를 위해 공기 중 400℃에서 하소(calcination) 하였다. 마지막으로 650℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이에 따라, Ru이3% 도핑된 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ의 촉매[이하, Ru3-SYT(powder)로 표시] 제조되었다. 3.064 g of yttrium nitrate [Y (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)] and 19.469 g of strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)] were simultaneously dissolved in DI water. . 28.13 g of titanium isopropoxide [Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 (Aldrich)] and 76.8 g of citric acid were sufficiently dissolved in 200 g of ethylene glycol, followed by ruthenium chloride [(Cl 3 Ru.xH 2 O) (Junsei). 0.622 g was dissolved in DI water for stabilization. Each solution was mixed together at 80 ° C. for 24 hours, dried at 110 ° C., and calcined at 400 ° C. in air to remove organics. Finally, heat treatment was performed at 650 ° C. for 5 hours. Accordingly, Ru was prepared with a catalyst of 3% doped Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ (hereinafter referred to as Ru3-SYT (powder)).

[비교예 2]Comparative Example 2

질산이트륨[Y(NO3)3·H2O (알드리치)] 3.064g, 질산스트론튬[Sr(NO3)3·H2O (알드리치)] 19.469g, 티타늄 이소프로폭사이드[Ti(OCH(CH3)2)4 (알드리치)] 27.6g, 구연산 76.8g, 에틸렌글리콜 200g 및 루테늄 클로라이드[(Cl3Ru·xH2O)(준세이)] 1.088g 을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정들을 수행하여 Ru이 5% 도핑된 Sr0 . 92Y0 . 08Ti0 . 95Ru0 . 05O3 의 촉매[이하, Ru5-SYT(powder)로 표시]가 제조되었다.3.064 g of yttrium nitrate [Y (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)], 19.469 g of strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 3 .H 2 O (Aldrich)], titanium isopropoxide [Ti (OCH ( Example 3, except that 27.6 g of CH 3 ) 2 ) 4 (Aldrich), 76.8 g of citric acid, 200 g of ethylene glycol, and 1.088 g of ruthenium chloride [(Cl 3 Ru.xH 2 O) (Junsei)] were used. The same processes were performed to give Sr 0 with 5% doped Ru . 92 Y 0 . 08 Ti 0 . 95 Ru 0 . A catalyst of 05 O 3 (hereinafter referred to as Ru5-SYT (powder)) was prepared.

[비교예 3]Comparative Example 3

모노리스 지지체(코닝사 FLORATM제품)를 비교예 3으로서 사용하였다.A monolith support (from Corning FLORA ) was used as Comparative Example 3.

[실험예 1: 촉매의 조성 평가]Experimental Example 1: Evaluation of Composition of Catalyst

촉매의 조성을 평가하기 위하여, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에 따른 촉매들에 대해 X선 회절 분석(X-ray Diffraction, X RD)을 수행하였다. 그 결과는 도 2에 도시된 바와 같다. In order to evaluate the composition of the catalyst, X-ray diffraction (X RD) was performed on the catalysts according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3. The result is as shown in FIG.

도 2를 참조하면, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에 따른 촉매들은 기본 구조로서 SrTiO3의 페로브스카이트 구조를 가지며, 스트론튬(Sr) 일부가 이트륨(Y)으로 티타늄(Ti) 일부가 니켈(Ru)로 각각 도핑 치환된 단일 상의 균일 촉매인 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 촉매는 상기 [화학식 1]로 표시되는 단일 상의 균일 촉매이며, 이는 용매로서 에탄올이 아닌 증류수 또는 탈이온수를 이용하여 페치니 법(Pechini method)을 통해 용이하게 제조될 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, the catalysts according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 have a perovskite structure of SrTiO 3 as a basic structure, and part of strontium (Sr) is yttrium (Y) and titanium (Ti). It can be seen that some are homogeneous catalysts in single phase each doped and substituted with nickel (Ru). Through this, the catalyst of the present invention is a homogeneous catalyst of a single phase represented by the above [Formula 1], which can be easily prepared through the Pechini method (Pechini method) using distilled water or deionized water instead of ethanol as a solvent. It can be seen.

[실험예 2: 촉매 활성화 유무에 따른 촉매의 성능 평가]Experimental Example 2: Evaluation of Catalyst Performance with or Without Catalyst Activation

촉매 활성화 유무에 따른 촉매의 성능을 평가하기 위하여, 비교예 3, 실시예 1 및 실시예 6에 따라 제조된 촉매를 이산화탄소 포함 바이오 가스의 건식 개질 반응에 사용하였다. 이때, 건식 개질 반응 전후의 촉매의 표면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰하였다. 그 결과는 도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같다. In order to evaluate the performance of the catalyst with or without catalyst activation, the catalysts prepared according to Comparative Example 3, Example 1 and Example 6 were used in the dry reforming reaction of the carbon dioxide-containing biogas. At this time, the surface of the catalyst before and after the dry reforming reaction was observed with a scanning electron microscope (SEM). The result is as shown in Figs. 3a to 3c.

도 3a 내지 3c을 참조하면, 실시예 1에 따라 제작된 촉매의 경우(도 3b) 모노리스 지지체(도 3a) 대비 기공구조가 다수 생성되어 가스가 용이하게 이동할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 6에 따라 제작된 촉매의 경우(도 3c), 어떠한 활성화 처리 공정도 수행되지 않은 실시예 1에 따라 제작된 촉매 대비 다공성 구조가 보다 우수하게 형성됨을 확인할 수 있었다.3A to 3C, in the case of the catalyst prepared according to Example 1 (FIG. 3B), a large number of pore structures were generated compared to the monolith support (FIG. 3A). On the other hand, in the case of the catalyst prepared according to Example 6 (FIG. 3C), it can be seen that the porous structure is better formed than the catalyst prepared according to Example 1 in which no activation treatment is performed.

[실험예 3: 화합물의 담지량에 따른 촉매의 기공구조의 변화 평가]Experimental Example 3: Evaluation of Change in Pore Structure of Catalyst According to Supported Amount of Compound

촉매 활성화 조건에 따른 촉매의 성능을 평가하기 위하여, 실시예 1 내지 3 및 실시예 6 내지 8에 따라 제조된 촉매의 표면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰하였다. 그 결과는 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같다. In order to evaluate the performance of the catalyst according to the catalyst activation conditions, the surface of the catalyst prepared according to Examples 1 to 3 and Examples 6 to 8 was observed with a scanning electron microscope (SEM). The result is as shown in Figs. 4A to 4C.

도 4a 내지 4c를 참조하면, 실시예 6 내지 8 에 따라 제작된 촉매의 경우(각 도면의 하단), 어떠한 활성화 처리 공정도 수행되지 않은 실시예 1 내지 3에 따라 제작된 촉매 대비(각 도면의 상단) 다공성 구조가 보다 현저히 우수함을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 환원 분위기에서 촉매 활성화한 촉매는 표면이 소결 현상으로 인해 가스가 흐를 수 있는 채널이 증가하고 그에 따른 촉매 활성 성능이 증가한다는 것을 확인하였다. 4a to 4c, in the case of catalysts prepared according to Examples 6 to 8 (bottom of each figure), compared to catalysts prepared according to Examples 1 to 3 where no activation treatment was performed (in each figure Top) It was confirmed that the porous structure is significantly more excellent. Accordingly, it was confirmed that the catalyst activated in the reducing atmosphere increases the channel through which the gas flows due to the sintering phenomenon and thus increases the catalytic activity performance.

다만, 실시예 7과 같이 Sr0 .92Y0 .08Ti0 .97Ru0 .03O3 의 양이 적으면 촉매 활성점 부족으로 인한 성능 저하 현상이 일어나고, 또한 실시예 8과 같이 Sr0.92Y0.08Ti0.97Ru0.03O3-δ가 0.2g보다 많은 양이 들어가면 물질 전달 저하(mass transfer limitation)로 인한 약간의 성능 저하 현상이 일어난다는 것을 알 수 있었다. 이에 따라, Sr0 .92Y0 .08Ti0 .97Ru0 .03O3 0.2g을 모노리스 지지체에 담지시킨 경우가 가장 적절함을 확인할 수 있었다.However, in Example 7, as the amount of Sr 0 .92 Y 0 .08 Ti 0 .97 Ru 0 .03 O 3 -δ small, performance degradation occurs due to lack of catalyst activity, and as shown in Example 8 When the amount of Sr 0.92 Y 0.08 Ti 0.97 Ru 0.03 O 3-δ is greater than 0.2 g, it can be seen that a slight performance degradation occurs due to mass transfer limitation. As a result, and confirmed that the most appropriate case in which the Sr 0 .92 Y 0 .08 Ti 0 .97 Ru 0 .03 O 3 -δ 0.2g supported on a monolith support.

[실험예 4: 활성화 처리 온도에 따른 촉매의 성능 평가]Experimental Example 4: Evaluation of Performance of Catalyst According to Activation Treatment Temperature

촉매 활성화 조건에 따른 촉매의 성능을 평가하기 위하여, 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 촉매를 이산화탄소 포함 바이오 가스의 건식 개질 반응에 사용하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.In order to evaluate the performance of the catalyst according to the catalyst activation conditions, the catalyst prepared according to Examples 4 to 6 was used for the dry reforming reaction of the carbon dioxide containing biogas. The results are as shown in Table 1 below.

활성화온도(℃)Activation temperature (℃) Ru3-SYT의 담지량(g)Loading amount of Ru3-SYT (g) 메탄 변환율(%)Methane conversion rate (%) 실시예 4Example 4 750750 0.20.2 1010 실시예 5Example 5 800800 0.20.2 2020 실시예 6Example 6 850850 0.20.2 8383

상기 표를 살펴보면, 활성화 온도가 750℃인 경우가 가장 메탄 변환율이 낮은 것으로 판단되었으며, 활성화 온도가 높아질수록 환원 분위기에서 촉매 활성화한 촉매는 표면이 소결 현상으로 인해 가스가 흐를 수 있는 채널이 증가하고 그에 따른 촉매 활성 성능이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 특히 활성화온도가 850℃인 실시예 6의 경우 촉매 활성 성능이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Looking at the table, it was determined that the methane conversion rate is the lowest when the activation temperature is 750 ℃, and as the activation temperature is higher, the catalyst-activated catalyst in the reducing atmosphere increases the channels through which gas can flow due to the sintering phenomenon. It was confirmed that the catalytic activity performance is increased accordingly. In particular, in the case of Example 6, the activation temperature is 850 ℃ it was confirmed that the catalytic activity performance is significantly increased.

[실험예 5: 담지량에 따른 촉매의 촉매의 성능 평가]Experimental Example 5: Evaluation of Catalyst Performance of Catalyst According to Supported Amount

[화학식 1]로 표시되는 화합물의 담지량 변화에 따른 촉매의 성능을 평가하기 위하여, 비교예 1 내지 3 및 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매를 이산화탄소 포함 바이오 가스의 건식 개질 반응에 사용하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.In order to evaluate the performance of the catalyst according to the supported amount of the compound represented by [Formula 1], the catalysts prepared according to Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3 were used for the dry reforming reaction of the carbon dioxide-containing biogas. The results are as shown in Table 2 below.

촉매catalyst Ru3-SYT의 담지량(g)Loading amount of Ru3-SYT (g) 메탄 변환율(%)Methane conversion rate (%) 비교예 1Comparative Example 1 Ru3-SYT(파우더)Ru3-SYT (powder) 0.20.2 7373 비교예 2Comparative Example 2 Ru5-SYT(파우더)Ru5-SYT (powder) 0.20.2 8383 비교예 3Comparative Example 3 모노리스 지지체Monolith support 00 00 실시예 2Example 2 Ru3-SYT/모노리스 지지체Ru3-SYT / Monoris Support 0.10.1 6464 실시예 1Example 1 Ru3-SYT/모노리스 지지체Ru3-SYT / Monoris Support 0.20.2 8383 실시예 3Example 3 Ru3-SYT/모노리스 지지체Ru3-SYT / Monoris Support 0.30.3 8080

상기 표를 살펴보면, 모노리스 지지체에 Ru3-SYT를 담지시킨 경우가(실시예 1 내지 3), 그렇지 않은 경우에 비하여 메탄 변환율이 훨씬 높은 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 실시예 1 내지 3을 살펴보면 일반적으로 Ru3-SYT의 담지량이 증대될수록 메탄 변환율이 높아지는 것을 확인할 수 있었으나, 담지량이 적으면 촉매 활성점 부족으로 인한 성능 저하 현상이 일어나고, 또한 담지량이 0.2g보다 많은 양이 들어가면 물질 전달 저하(mass transfer limitation)로 인한 약간의 성능 저하 현상이 일어난다는 것을 알 수 있었다.Looking at the table, it was confirmed that the case of carrying the Ru3-SYT on the monolith support (Examples 1 to 3), the methane conversion rate is much higher than the other cases. In addition, looking at Examples 1 to 3, it can be seen that methane conversion rate increases as the amount of Ru3-SYT is generally increased. However, when the amount of the supported amount is small, the performance deterioration occurs due to the lack of catalyst active point, and the amount of the supported amount is less than 0.2 g. It was found that the higher the amount, the lower the performance due to mass transfer limitation.

[실험예 6: 장시간 운전에 따른 메탄 전환율의 촉매의 성능 평가]Experimental Example 6: Performance Evaluation of Catalysts of Methane Conversion Rate During Long Time Operation

장시간 운전에 따른 촉매의 성능을 평가하기 위해, 실시예 1에 따라 제조된 촉매를 이산화탄소 포함 바이오 가스의 건식 개질 반응에 사용하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.In order to evaluate the performance of the catalyst according to the long time operation, the catalyst prepared according to Example 1 was used for the dry reforming reaction of the biogas containing carbon dioxide. The results are shown in FIG.

도 5를 살펴보면, 실시예 1에 따라 제조된 촉매를 사용한 경우, 70시간이상 반응을 수행한 이후 후에도 탄소 침적에 대한 저항성이 높아 촉매가 사용되는 반응 시간이 길어짐에도 불구하고 촉매의 성능이 유지될 수 있음을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 해당 촉매가 사용되는 연료 전지가 장기 운전되는 경우에도 높은 활성을 유지함으로써, 바이오 가스 개질, 특히 메탄 및 이산화탄소를 포함하는 바이오 가스의 건식 개질 시 수소, 일산화탄소 등을 포함하는 합성 가스를 용이하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5, when the catalyst prepared according to Example 1 is used, even after the reaction is performed for 70 hours or more, the catalyst performance is maintained even though the reaction time for which the catalyst is used is long due to high resistance to carbon deposition. Could confirm. Accordingly, by maintaining high activity even when the fuel cell using the catalyst is operated for a long time, the synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide, etc. during biogas reforming, especially dry reforming of biogas containing methane and carbon dioxide, can be facilitated. It could be confirmed that it can be manufactured.

Claims (13)

바이오가스 개질용 촉매로서,
다단기공(hierarchically porous) 구조의 모노리스(monolithic) 지지체; 및
상기 지지체 상에 담지되며, 하기 [화학식 1]로 표시되는 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물을 포함하며,
상기 바이오가스 개질용 촉매는 단일 상(single phase)의 균일 촉매(homogeneous catalyst)이고,
상기 모노리스 지지체 100 중량부에 대하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 10 내지 50 중량부로 담지되고,
상기 촉매는 표면에 소결된 채널을 갖는 바이오가스 개질용 촉매.
[화학식 1]
Sr1-yYyTi1-xRuxO3-δ
(여기서, x는 0보다 크고 1보다 작다. y는 0보다 크고 0.1보다 작다. δ는 0 이상 1이하이다.)
As a catalyst for biogas reforming,
Monolithic supports of a hierarchically porous structure; And
It is supported on the support, and includes a compound having a perovskite structure represented by the following [Formula 1],
The biogas reforming catalyst is a single phase homogeneous catalyst,
The compound represented by the following [Formula 1] is supported by 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the monolith support,
The catalyst is a biogas reforming catalyst having a sintered channel on the surface.
[Formula 1]
Sr 1-y Y y Ti 1-x Ru x O 3-δ
(Where x is greater than 0 and less than 1. y is greater than 0 and less than 0.1. Δ is greater than 0 and less than 1).
제1항에 있어서,
x는 0보다 크고 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 바이오가스 개질용 촉매.
The method of claim 1,
x is greater than 0 and less than or equal to 0.05 biogas reforming catalyst.
제2항에 있어서,
y는 0 보다 크고 0.08 이하인 것을 특징으로 하는 바이오가스 개질용 촉매.
The method of claim 2,
y is greater than 0 and 0.08 or less, the catalyst for biogas reforming.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 모노리스 지지체의 기공에 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 담지되는 바이오가스 개질용 촉매.
The method of claim 1,
A catalyst for biogas reforming, wherein a compound represented by the above [Formula 1] is supported in pores of the monolith support.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 바이오가스 개질용 촉매는 750~900℃의 온도에서 60 내지 80 시간의 운전 동안 80% 이상의 메탄 전환율을 나타내는 바이오가스 개질용 촉매.
The method of claim 1,
The biogas reforming catalyst is a biogas reforming catalyst exhibiting a methane conversion of 80% or more during the operation of 60 to 80 hours at a temperature of 750 ~ 900 ℃.
제1항에 있어서,
상기 바이오가스 개질용 촉매는 바이오가스 건식 개질용인 바이오가스 개질용 촉매.
The method of claim 1,
The biogas reforming catalyst is a biogas reforming catalyst for dry reforming biogas.
제1항에 따른 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법에 있어서,
하기 [화학식 2]로 표시되는 페로브스카이트(perovskite) 물질 중 스트론튬(Sr) 일부를 이트륨(Y)으로 도핑 치환하고, 티타늄(Ti) 일부를 루테늄(Ru)로 도핑 치환하여, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및
상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 모노리스(monolithic) 지지체에 코팅하여 바이오가스 개질용 촉매를 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 모노리스 지지체 100 중량부에 대하여 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 10 내지 50 중량부로 담지되고,
상기 페로브스카이트(perovskite) 물질을 부분적으로 이트륨(Y) 및 티타늄(Ti)으로 도핑 치환한 후에, 상기 [화학식 1]로 표시되는 촉매를 수소, 질소, 헬륨 및 아르곤으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상으로 활성화 처리하는 것을 포함하고, 상기 활성화 처리된 촉매는 표면이 소결되어 활성화 처리 이전에 비하여 가스가 흐를 수 있는 채널이 증가하는 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법.
[화학식 2]
SrTiO3
In the method for producing a biogas reforming catalyst according to claim 1,
In the perovskite material represented by [Formula 2], a portion of strontium (Sr) is doped by yttrium (Y), and a portion of titanium (Ti) is doped by ruthenium (Ru), thereby replacing Preparing a compound represented by 1]; And
And coating a compound represented by the above [Formula 1] on a monolithic support to prepare a catalyst for biogas reforming.
10 to 50 parts by weight of the compound represented by [Formula 1] is supported based on 100 parts by weight of the monolith support,
After partially doping and replacing the perovskite material with yttrium (Y) and titanium (Ti), the catalyst represented by [Formula 1] is one selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, helium and argon Including the above activating treatment, the activated catalyst is a method of producing a catalyst for biogas reforming, the surface is sintered so that the channel through which gas can flow compared to before the activation treatment.
[Formula 2]
SrTiO 3
제9항에 있어서,
상기 페로브스카이트(perovskite) 물질을 부분적으로 이트륨(Y) 및 루테늄(Ru)으로 도핑 치환하는 것은,
이트륨(Y), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 루테늄(Ru)을 포함하는 화합물을 용해시키기 위한 용매로서 증류수 또는 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여 페치니 법(Pechini method)을 통해 수행되는 것인, 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 9,
Partial doping substitution of the perovskite material with yttrium (Y) and ruthenium (Ru),
Pechini method using distilled or deionized water (DI water) as a solvent for dissolving a compound containing yttrium (Y), strontium (Sr), titanium (Ti) and ruthenium (Ru) To be carried out through, the production method of the catalyst for biogas reforming.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 활성화 처리는 비활성 기체로서 수소를 포함하는 가스를 사용하여 750℃ 내지 900℃에서 수행되는 것인, 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 9,
The activation process is to be carried out at 750 ℃ to 900 ℃ using a gas containing hydrogen as an inert gas, biogas reforming method for producing a catalyst.
제9항에 있어서,
상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 모노리스(monolithic) 지지체에 코팅하는 단계는 딥 코팅을 통해 수행되는 것인, 바이오가스 개질용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 9,
Coating the compound represented by [Formula 1] on a monolithic (monolithic) support is to be carried out through a dip coating, a method for producing a catalyst for biogas reforming.
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