KR102015941B1 - Pt/Pd BINARY CATALYST FOR REMOVING LOW-CONCETRATION GAS - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상온에서 저농도의 수소나 일산화탄소 또는 메탄올 등의 가스 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 촉매의 활성금속을 백금/팔라듐의 이원계로 구성하는 한편, 촉매 제조시 슬러리 전구체의 제조과정 및 환원과정에 대한 조절을 통해 활성금속의 입자크기, 팔라듐의 산화상태 및 표면노출율을 특정하게 제어함으로써 상대적으로 적은 귀금속 함량을 가지면서 상온에서 저농도의 수소 및 일산화탄소를 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a catalyst for removing gas such as hydrogen, carbon monoxide or methanol at low concentrations at room temperature, and a method for preparing the same, wherein the active metal of the catalyst is composed of a platinum / palladium binary system, and a slurry precursor is prepared during catalyst preparation. And by controlling the reduction process, the particle size of the active metal, the oxidation state of the palladium and the surface exposure rate can be specifically controlled to remove hydrogen and carbon monoxide at low temperatures with relatively low precious metal content. do.

Description

저농도 유해가스 제거를 위한 백금/팔라듐 이원계 촉매 및 그 제조방법 {Pt/Pd BINARY CATALYST FOR REMOVING LOW-CONCETRATION GAS} Platinum / Palladium binary catalyst for the removal of low concentration harmful gas and its manufacturing method {Pt / Pd BINARY CATALYST FOR REMOVING LOW-CONCETRATION GAS}

본 발명은 상온에서 가스 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 상온에서 저농도의 수소나 일산화탄소 또는 메탄올 등의 가스 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for removing gas at room temperature and a method for producing the same, and more particularly, to a catalyst for removing gas such as hydrogen, carbon monoxide or methanol at low concentration at room temperature, and a method for producing the same.

일반적으로 수소(H2)는 반도체 공정 등 산업 공정에서 공정 가스 또는 그 부산물로 발생될 뿐만 아니라, 최근 화석 연료가 고갈되어 국제 유가가 급등하고 이를 대체하기 위한 원자력 발전소에도 안정성 문제가 제기되면서 전세계적으로 높은 발열량을 갖는 수소가 에너지원으로 활용하는 것에 대한 관심이 증가하고 있지만, 특정 혼합비 하에서 자연발화되어 폭발할 위험이 있기 때문에 안정성을 확보하기 위해서는 가능한 한 저농도 상태로 제어될 필요가 있다. 또한 일산화탄소(CO)는 무색 무취의 유해가스의 일종이고, 메탄올(MeOH)는 독성물질로서 인체흡수시 포름알데히드로 전환되어 인체에 유해하기 때문에 저농도 상태에서도 효과적으로 제거될 필요가 있다.In general, hydrogen (H 2 ) is not only generated as a process gas or a by-product of industrial processes such as semiconductor processes, but also due to the recent depletion of fossil fuels, soaring international oil prices and raising safety issues in nuclear power plants to replace them. Increasingly, there is an increasing interest in using hydrogen as an energy source with high calorific value, but since it is spontaneously ignited and explodes under a specific mixing ratio, it needs to be controlled as low as possible to ensure stability. In addition, carbon monoxide (CO) is a kind of colorless and odorless toxic gas, methanol (MeOH) is a toxic substance is converted to formaldehyde when absorbed by the human body is harmful to the human body, so it needs to be effectively removed even at low concentrations.

종래 수소를 비롯하여 일산화탄소 또는 메탄올과 같은 유해가스에 대한 안정성 문제를 해결하기 위한 연구가 다양한 산업분야의 특수성을 고려하여 진행되고 있으며, 가스의 저장 및 차단, 누출방지 센서 등에 대한 연구가 주를 이루고 있으며, 최근에는 가스를 제거하는 기술에 대한 연구가 활발하다. 대표적인 가스 제거 기술로는 폭발의 피해를 예방하기 위하여 점화기(igniter), 열재결합기(thermal recombiner) 또는 촉매 산화법 등이 있고, 이 중 별도의 에너지원 없이 촉매를 이용하여 수소 등의 가스를 산소와 결합시켜 제거하는 촉매 산화법이 가장 각광받고 있다. In order to solve the stability problem of harmful gases such as carbon monoxide or methanol in addition to hydrogen, researches are being conducted in consideration of specificities of various industrial fields, and researches on gas storage and blocking and leakage prevention sensors are mainly made. In recent years, research on a technique for removing gas has been actively conducted. Representative degassing technologies include igniters, thermal recombiners, or catalytic oxidation methods to prevent the damage of explosions. Among them, a gas such as hydrogen is combined with oxygen using a catalyst without a separate energy source. Catalytic oxidation, which is removed by means of removal, is most popular.

하지만, 전통적인 가스 제거를 위한 촉매 산화법과 관련된 기술은 해당 가스가 일정 농도 이상으로 농축되었을 때 반응이 진행되기 때문에, 수소가 농축되어 고농도 상태에 도달하여 폭발할 위험이나 일산화탄소 또는 메탄올 등의 유해가스가 고농도로 농축되어 인체에 대해 회복할 수 없는 해를 가할 위험을 효과적으로 방지 못하는 한계가 있어, 수소, 일산화탄소 또는 메탄올 등과 같은 유해가스를 저농도 상태에서도 제어할 수 있는 촉매기술의 확보가 요구되어 왔다.However, the technique related to the catalytic oxidation method for removing the gas is a reaction that proceeds when the gas is concentrated above a certain concentration, so that the concentration of hydrogen reaches a high concentration and explodes or harmful gases such as carbon monoxide or methanol There is a limit that can not effectively prevent the risk of causing irreparable harm to the human body concentrated in a high concentration, it has been required to secure a catalyst technology that can control harmful gases such as hydrogen, carbon monoxide or methanol even at a low concentration.

종래 상온에서 저농도의 가스를 제거할 수 있는 촉매산화기술의 예가 등록특허 제10-1319064호에 개시되어 있다. 등록특허 제10-1319064호는 상온에서 포름알데히드, 일산화탄소, 메탄올 및 수소 산화 제거용 백금 촉매의 제조 방법으로서, 담체에 졸 상태의 티타니아를 코팅한 후 자외선 조사에 의해 백금을 담지하여 촉매를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나 등록특허 제10-1319064호는 활성금속을 백금으로 하는 단일계 촉매를 사용하고 있으며 백금의 함량이 2.5 중량%로 상대적으로 많은 귀금속 함량을 포함하고 있어 고가로 제조되고 있다. Conventional catalytic oxidation technology that can remove a low concentration of gas at room temperature is disclosed in Korean Patent No. 10-1319064. Patent No. 10-1319064 discloses a method for preparing formaldehyde, carbon monoxide, methanol, and a hydrogen catalyst for removing platinum oxide at room temperature. The catalyst is prepared by coating platinum with a sol state on a carrier and supporting platinum by ultraviolet irradiation. The method is disclosed. However, Patent No. 10-1319064 uses a single catalyst made of platinum as the active metal, and the platinum content is 2.5% by weight, which is relatively expensive, because it contains a relatively large amount of precious metals.

또 다른 종래 촉매산화기술의 예로서, 등록특허 제10-1331391호에는 팔라듐/티타니아 촉매 및 그 제조방법으로서, 상온에서 공기 중에 포함된 포름알데히드, 일산화탄소 및 수소 제거능을 갖는 팔라듐/티타니아 촉매 및 그 제조 방법을 개시하고 있다. 그러나 등록특허 제10-1331391호에 따른 팔라듐/티타니아 촉매 또한 중량부가 2.5의 고함량일 때 수소 전환율을 나타내고 있어, 상기 등록특허 제10-1319064호와 동일한 한계를 갖는다.As another example of the conventional catalytic oxidation technique, Patent No. 10-1331391 discloses a palladium / titania catalyst and a method for preparing the same, and a palladium / titania catalyst having a formaldehyde, carbon monoxide, and hydrogen removal ability included in air at room temperature and its preparation A method is disclosed. However, the palladium / titania catalyst according to Patent No. 10-1331391 also shows a hydrogen conversion when the weight part is 2.5, and thus has the same limitation as that of Patent No. 10-1319064.

이에, 본 발명자 등은 상술한 등록특허 제10-1319064호 및 등록특허 제10-1331391호를 비롯한 종래 상온에서 저농도의 가스를 제거하는 기술들이 갖는 문제점을 예의 주시하고, 활성금속으로서 귀금속 함량을 낮추면서도 상온에서 저농도의 가스를 효과적으로 제어할 수 있는 촉매를 집중적으로 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.Accordingly, the present inventors pay close attention to the problems of the techniques for removing the low concentration of gas at room temperature, including the aforementioned Patent Nos. 10-1319064 and 10-1331391, and lower the precious metal content as an active metal. At the same time, intensive studies of catalysts that can effectively control low concentrations of gas at room temperature have led to the present invention.

등록특허 제10-1319064호Patent Registration No. 10-1319064 등록특허 제10-1331391호Patent Registration No. 10-1331391

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 활성금속으로서 귀금속 함량을 낮게 유지하면서도 상온에서 저농도의 수소 및 일산화탄소를 제거할 수 있는 촉매 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a catalyst capable of removing low concentrations of hydrogen and carbon monoxide at room temperature while maintaining a low precious metal content as an active metal and a method for producing the same.

본 발명자들은, 촉매의 활성금속을 백금/팔라듐의 이원계로 구성하는 한편, 촉매 제조시 슬러리 전구체의 제조과정 및 환원과정에 대한 조절을 통해 활성금속의 입자크기, 팔라듐의 산화상태 및 표면노출율을 특정하게 제어함으로써 상대적으로 적은 귀금속 함량을 가지면서 상온에서 저농도의 수소 및 일산화탄소를 제거할 수 있음을 발견을 하여 본 발명에 이르게 되었다. 상기한 해결과제에 대한 인식 및 이러한 지견에 기초한 본 발명의 요지는 아래와 같다.The present inventors, while the active metal of the catalyst is composed of a platinum / palladium binary system, while controlling the production and reduction process of the slurry precursor during the catalyst preparation, the particle size of the active metal, the oxidation state of the palladium and the surface exposure rate The present invention has led to the discovery that by controlling specifically, low concentrations of hydrogen and carbon monoxide can be removed at room temperature while having a relatively low precious metal content. The gist of the present invention based on the recognition of the above-mentioned problem and this knowledge is as follows.

(1) 백금/팔라듐의 이원계 활성금속; 및 상기 활성금속이 담지되는 담체를 포함하고, 상기 활성금속 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부로 담지되는 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(1) binary active metals of platinum / palladium; And a carrier on which the active metal is supported, wherein the active metal precursor is supported at 0.1 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the carrier.

(2) 백금 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이하로 담지되고, 팔라듐 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이상으로 담지되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(2) Platinum precursor is carried at 0.5 or less with respect to 100 parts by weight of the carrier, the palladium precursor is carried at 0.5 or more with respect to 100 parts by weight of the carrier, the low temperature gas for removing the concentration of (1) Palladium catalyst.

(3) 상기 활성금속 중 팔라듐의 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(3) The room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal according to (1), wherein an oxidation ratio (Pd 0 / Pd total ) of palladium in the active metal is 35% or more.

(4) 상기 활성금속의 입자크기는 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(4) The room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal according to (1), wherein the particle size of the active metal is 5 nm or less.

(5) 상기 활성금속 중 팔라듐 표면노출율이 원자분율로 10% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저농도 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(5) The low-temperature removal platinum / palladium catalyst according to (1), wherein the surface exposure rate of palladium in the active metal is 10% or more by atomic fraction.

(6) 상기 저농도 가스는 수소, 일산화탄소 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(6) The room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal according to (1), wherein the low concentration gas is hydrogen, carbon monoxide or methanol.

(7) 백금 전구체 및 팔라듐 전구체를 포함하는 수용액에 담체를 담지하여 슬러리를 제조한 후 건조 및 소성 공정을 거쳐 제조하되, 상기 소성 공정 이후에 환원성 가스 분위기 하에서 환원 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.(7) preparing a slurry by carrying a carrier in an aqueous solution containing a platinum precursor and a palladium precursor, followed by drying and calcining, wherein the calcining process further includes a reducing process under a reducing gas atmosphere. Room temperature platinum / palladium catalyst production method for low concentration gas removal.

(8) 상기 슬러리는 상기 백금 전구체와 상기 팔라듐 전구체를 수용액에 동시에 용해시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.(8) The slurry is prepared by dissolving the platinum precursor and the palladium precursor at the same time in an aqueous solution. Room temperature platinum / palladium catalyst production method for removing the low concentration of gas (7).

(9) 상기 백금 전구체는 염화백금(PtCl4), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2), 수산화백금(Pt(OH)2), 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6)으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.(9) The platinum precursor is platinum chloride (PtCl 4 ), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 ), platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ), hydroxyl platinum ((NH 2 -CH 2 CH 2 -OH) 2 Pt (OH) 6 ) The method for producing a low-temperature concentration of gas (7) platinum / palladium catalyst production method, characterized in that any one or more selected from.

(10) 상기 팔라듐 전구체는 염화팔라듐 (PdCl2) 또는 팔라듐 나이트레이트 디하이드레이트(N2O6Pd·2H2O), 팔라듐 나이트레이트 하이드레이트(N2O6Pd·xH2O), 수산화팔라듐(Pd(OH)2)으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법. (10) The palladium precursor is palladium chloride (PdCl2) or palladium nitrate dihydrate (N 2 O 6 Pd.2H 2 O), palladium nitrate hydrate (N 2 O 6 Pd.xH 2 O), palladium hydroxide (Pd Method for producing a room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal of (7), characterized in that any one or more selected from (OH) 2 ).

(11) 상기 환원 공정은, 500~700℃ 온도에서 0.5~2hr 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.(11) The method for producing a low-temperature concentration of platinum / palladium catalyst for the low concentration gas of (7), characterized in that the reduction step, heat treatment for 0.5 ~ 2hr at a temperature of 500 ~ 700 ℃.

(12) 상기 (7) 내지 (11) 중 어느 하나에 따라 제조된 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.(12) A room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal according to any one of (7) to (11).

본 발명에 따르면, 촉매의 활성금속을 백금/팔라듐의 이원계로 구성하는 한편, 촉매 제조시 슬러리 전구체의 제조과정 및 환원과정에 대한 조절을 통해 활성금속의 입자크기, 팔라듐의 산화상태 및 표면노출율을 특정하게 제어함으로써 상대적으로 적은 귀금속 함량을 가지면서 상온에서 저농도의 수소 및 일산화탄소를 제거할 수 있는 촉매를 제공할 수 있다. According to the present invention, the active metal of the catalyst is composed of a platinum / palladium binary system, and the particle size of the active metal, the oxidation state of the palladium, and the surface exposure rate are controlled by controlling the production process and the reduction process of the slurry precursor during catalyst preparation. By specifically controlling the present invention, it is possible to provide a catalyst capable of removing low concentrations of hydrogen and carbon monoxide at room temperature while having a relatively low precious metal content.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 제조예 1 및 비교제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매의 표면상태에 대한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진.
도 6은 본 발명의 제조예 1 및 비교제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매의 수소 흡착능을 비교하기 위한 TPOR(Temperature Program Oxidation & Reduction) 분석 결과를 도시한 그래프.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제조예 4 및 제조예 5에 따라 제조된 촉매의 표면상태에 대한 TEM 사진.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제조예 5 내지 8에 따라 제조된 촉매의 표면 산화상태를 조사하기 위한 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)분석 결과를 도시한 그래프.
도 13은 본 발명의 제조예 5 내지 8에 따라 제조된 촉매의 Pd0의 표면밀도와 0.5%의 수소 농도 제거 반응 특성을 비교한 그래프.
도 14는 본 발명의 제조예 5내지 8에 따라 제조된 촉매의 수소 흡착능을 비교하기 위한 TPOR분석 결과를 도시한 그래프.
1 to 5 is a TEM (Transmission Electron Microscope) photograph of the surface state of the catalyst prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 of the present invention.
6 is a graph showing the results of the TPOR (Temperature Program Oxidation & Reduction) analysis for comparing the hydrogen adsorption capacity of the catalyst prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 of the present invention.
7 and 8 are TEM photographs of the surface state of the catalyst prepared according to Preparation Example 4 and Preparation Example 5 of the present invention.
9 to 12 are graphs showing the results of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis to investigate the surface oxidation state of the catalyst prepared according to Preparation Examples 5 to 8 of the present invention.
FIG. 13 is a graph comparing the surface density of Pd 0 and the hydrogen concentration removal reaction characteristic of 0.5% of catalysts prepared according to Preparation Examples 5 to 8 of the present invention. FIG.
14 is a graph showing the results of TPOR analysis for comparing the hydrogen adsorption capacity of the catalyst prepared according to Preparation Examples 5 to 8 of the present invention.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 촉매는, 활성금속으로서 귀금속 함량을 낮게 유지하면서도 상온에서 1% 이하 저농도의 수소, 일산화탄소 또는 메탄올(이하, '저농도 가스'라 함)을 제거할 수 있는 백금/팔라듐 이원계 촉매 및 그 제조방법에 관한 것인 바, 먼저 촉매의 구성에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The catalyst according to the present invention is a platinum / palladium binary catalyst capable of removing a low concentration of hydrogen, carbon monoxide or methanol (hereinafter referred to as 'low concentration gas') at room temperature while maintaining a low precious metal content as an active metal. The present invention relates to a method for preparing a catalyst, which will be described first.

상기 촉매는 백금/팔라듐의 이원계 활성금속; 및 상기 활성금속이 담지되는 담체를 포함하며, 상기 활성금속인 백금 및 팔라듐의 전구체는 그 총합 기준으로 상기 담체 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부로 담지되는 것을 특징으로 한다. 즉, 귀금속 계열의 활성금속으로 이루어진 촉매의 경우 촉매활성을 달성할 수 있는 한 비용 측면에서 그 양을 최소한으로 하는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 활성금속을 백금 및 팔라듐의 이원계로 구성하는 한편 촉매 활성을 위한 백금 및 팔라듐의 합계 함량을 종래 대비 최소한인 0.1~1 중량부 범위로 제한하여 비용을 최소화하면서도 이와 동시에 상술한 저농도 가스에 대해서도 분해능을 갖는 것을 특징으로 한다.The catalyst is a binary active metal of platinum / palladium; And a carrier on which the active metal is supported, wherein the precursors of platinum and palladium, which are the active metals, are supported at 0.1 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier. That is, in the case of a catalyst composed of an active metal of a noble metal series, it is desirable to minimize the amount in terms of cost as long as it can achieve catalytic activity. In the present invention, the active metal is composed of a platinum and palladium binary system, To limit the total content of platinum and palladium for the range of 0.1 to 1 parts by weight, which is at least as compared to the prior art, while minimizing the cost and at the same time characterized in that it has a resolution for the low concentration gas.

이 경우, 상기 활성금속 중 팔라듐 함량이 상기 백금 함량보다 높은 것이 바람직하다. 그 이유는, 팔라듐이 백금에 비해 산화반응에 유리하기 때문이며, 가격적인 측면에서도 팔라듐이 백금에 비해 유리하기 때문이다. 구체적으로, 상기 활성금속 전체 함량이 상기 담체 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부에서 담지되되, 상기 백금 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이하로 담지되고, 팔라듐 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이상으로 담지되는 것이 바람직하다.In this case, the palladium content of the active metal is preferably higher than the platinum content. The reason for this is that palladium is more advantageous to oxidation than platinum, and palladium is more advantageous than platinum in terms of cost. Specifically, the total amount of the active metal is supported in 0.1 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier, the platinum precursor is carried in less than 0.5 with respect to 100 parts by weight of the carrier, the palladium precursor is 100 parts by weight of the carrier It is preferable to carry at least 0.5 with respect to.

상기 담체는 대표적인 환원성 담체로서 티타니아계 담체가 바람직하며, 이러한 티타니아계 담체는 후술하는 바와 같이 촉매 제조과정에서 환원분위기하 500℃ 이상의 온도에서 열처리시 백금 및 팔라듐의 활성금속과 상호 작용하여 그 모양과 형태를 변화시키고, 이러한 변화에 의해 미세한 활성금속의 입자가 티타니아계 담체에 균일하게 고분산될 수 있다. The carrier is preferably a titania-based carrier as a representative reducing carrier, and the titania-based carrier interacts with the active metals of platinum and palladium during heat treatment at a temperature of 500 ° C. or more under a reducing atmosphere in the catalyst manufacturing process as described below. The shape is changed, and by such a change, particles of fine active metal can be uniformly and highly dispersed in the titania-based carrier.

본 발명에 따른 다른 특징 중 하나는, 촉매 제조과정에 대한 조절을 통해 25℃ 전후의 상온 조건에서 1% 이하의 저농도 가스의 분해에 실질적으로 기여할 수 있는 인자로서 활성금속의 산화비율, 입자크기에 관한 인자를 선택적으로 제어함으로써 상기한 바와 같이 활성금속의 합계 함량을 최소한으로 하는 것이다. One of the other characteristics according to the present invention is a factor that can substantially contribute to the decomposition of low concentration gas of less than 1% at room temperature conditions around 25 ℃ through the control of the catalyst production process, the oxidation ratio of the active metal, particle size By selectively controlling the relevant factors, the total content of the active metals is minimized as described above.

구체적으로, 상기 활성금속 중 팔라듐의 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 35% 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 팔라듐의 산화가는 0가, 2가 및 4가 종이 존재할 수 있으며, 상기 Pd0 는 산화가가 0가로 존재하는 팔라듐을 의미하며, Pdtotal은 팔라듐 전체 합을 각각 의미한다. 팔라듐의 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 35% 미만이면 산화반응이 낮다. 이러한 팔라듐의 산화비율((Pd0/Pdtotal)은 촉매 제조과정 중 환원온도를 통해 제어될 수 있다. Specifically, the oxidation rate (Pd 0 / Pd total ) of palladium in the active metal is preferably 35% or more. In this case, the valence of palladium may be present in zero, divalent and tetravalent species, and the Pd 0 Denotes palladium in which the oxidation value is 0, and Pd total denotes the total palladium. If the oxidation rate (Pd 0 / Pd total ) of palladium is less than 35%, the oxidation reaction is low. The oxidation ratio (Pd 0 / Pd total ) of palladium may be controlled through a reduction temperature during the catalyst preparation process.

또한 상기 활성금속은 입자크기 5nm 이하인 것이 바람직하다. 활성금속의 입자크기가 5nm 초과이면 반응활성이 낮다. 활성금속의 입자크기는 촉매 제조과정 중 팔라듐과 백금의 담지 순서 및 방법을 통해 제어될 수 있다.In addition, the active metal is preferably a particle size of 5nm or less. If the particle size of the active metal is more than 5 nm, the reaction activity is low. The particle size of the active metal can be controlled through the order and method of supporting palladium and platinum during the catalyst preparation process.

또한 상기 팔라듐 표면노출율이 원자분율(atomic ratio)로 10% 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 표면노출율이란 팔라듐이 촉매 표면에 노출된 정도를 의미하며, 표면노출율이 10% 미만이면 팔라듐이 촉매 표면에 적게 노출되어 반응활성이 낮아 바람직하지 않다. 활성금속 중 팔라듐의 표면노출율은 제조과정 중 백금과 팔라듐 담지량에 관계되며, 담지량의 비율을 조절함에 따라 제어될 수 있다.In addition, the palladium surface exposure rate is preferably 10% or more in atomic ratio. In this case, the surface exposure rate refers to the extent to which palladium is exposed to the surface of the catalyst. If the surface exposure rate is less than 10%, palladium is less exposed to the surface of the catalyst, which is not preferable because of low reaction activity. The surface exposure rate of palladium in the active metal is related to the platinum and palladium loading in the manufacturing process, and can be controlled by adjusting the ratio of the loading.

발명에 따른 촉매 제조방법에 대해 설명한다. 상기 촉매는 기본적으로 활성금속 전구체를 포함하는 수용액에 담체를 담지하여 슬러리를 제조한 후 건조 및 소성 공정을 거쳐 제조하되, 상기 소성 공정 이후에 환원성 가스 분위기 하에서 환원 공정을 더 포함하며, 이러한 환원 공정을 통해 촉매에 대해 상온 조건에서 저농도 가스에 대한 분해능을 부여할 수 있도록 상술한 바와 같이 활성금속의 산화비율, 입자크기 및 표면노출율을 제어하는 것을 특징으로 한다. The catalyst manufacturing method which concerns on this invention is demonstrated. The catalyst is basically prepared by carrying a carrier in an aqueous solution containing an active metal precursor, followed by drying and calcining, and further including a reducing step under a reducing gas atmosphere after the calcining step. It is characterized by controlling the oxidation ratio, particle size and surface exposure rate of the active metal as described above to give the catalyst a resolution for low concentration gas at room temperature conditions.

상기 슬러리에 포함되는 활성금속 전구체로서 티타니아계 담체 100 중량부에 대해 합계 함량이 0.1~1 중량부로 정량된 백금 전구체 및 팔라듐 전구체가 함께 준비되어 동시에 수용액에 용해시켜 혼합 제조되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 백금 전구체와 팔라듐 전구체를 동시에 담지함으로써 활성금속이 고분산되고 열처리 공정을 단일 공정으로 줄여 수행할 수 있기 때문이다.As an active metal precursor included in the slurry, a platinum precursor and a palladium precursor, each of which is quantified in an amount of 0.1 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of the titania-based carrier, are prepared together and dissolved in an aqueous solution. The reason is that by simultaneously supporting the platinum precursor and the palladium precursor, the active metal is highly dispersed and the heat treatment process can be reduced to a single process.

이 경우, 상기 백금 전구체는 염화백금(PtCl4), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2), 수산화백금(Pt(OH)2), 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6)으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 팔라듐 전구체는 염화팔라듐 (PdCl2) 또는 팔라듐 나이트레이트 디하이드레이트(N2O6Pd·2H2O), 팔라듐 나이트레이트 하이드레이트(N2O6Pd·xH2O), 수산화팔라듐(Pd(OH)2)으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.In this case, the platinum precursor is platinum chloride (PtCl 4 ), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 ), platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ), hydroxyl platinum ((NH 2 -CH 2 CH 2 -OH) 2 Pt (OH) 6 ), the palladium precursor is palladium chloride (PdCl 2) or palladium nitrate dihydrate (N 2 O 6 Pd.2H 2 O ), Palladium nitrate hydrate (N 2 O 6 Pd.xH 2 O), palladium hydroxide (Pd (OH) 2 ) may be any one or more selected, and is not particularly limited.

다음으로, 백금 전구체 및 팔라듐 전구체로 이루어진 슬러리와 티타니아 담체를 혼합한 후 진공 증발기를 이용하여 교반 및 가열한 후, 건조기를 이용하여 미세기공으로부터 수분을 완전히 제거한다. 계속하여, 건조가 완료된 시료를 공기 분위기 하에서 소성한다. Next, after mixing the slurry consisting of a platinum precursor and a palladium precursor and a titania carrier, the mixture is stirred and heated using a vacuum evaporator, and then completely removed from the micropores using a dryer. Subsequently, the dried sample is fired in an air atmosphere.

최종적으로, 상기 소성 공정 이후에 환원성 가스 분위기 하에서 열처리하는 방식으로 수행되는 추가적인 환원 공정을 본 발명의 특징적 공정으로 수행함으로써, 촉매 제조를 완료한다. 이러한 환원 공정은 활성금속의 산화상태를 제어하는 것과 관계되며, 궁극적으로 활성금속을 미세한 입자크기로 고분산시키고 활성금속인 팔라듐의 산화상태를 높은 Pd0 비율로 제어함으로써 저농도 가스에 대한 상온 산화분해능을 향상시키는 것이다. 일반적으로 귀금속 촉매의 경우 활성금속의 입자크기가 작게 형성되어 고분산될 때 우수한 반응활성을 나타내는 것으로 알려져 있으며 수소산화반응은 팔라듐의 산화상태가 0가 상태로 존재할 때 가장 우수하다. Finally, by performing the additional reduction process carried out by the heat treatment in a reducing gas atmosphere after the firing process as a characteristic process of the present invention, the catalyst production is completed. This reduction process involves controlling the oxidation state of the active metal, ultimately dispersing the active metal to a fine particle size and increasing the oxidation state of the active metal palladium to high Pd 0. By controlling the ratio, it is to improve the oxidative decomposition at room temperature with respect to the low concentration gas. In general, the noble metal catalyst is known to exhibit excellent reaction activity when the particle size of the active metal is formed small and highly dispersed, and the hydrogen oxidation reaction is best when the oxidation state of palladium is present in the zero state.

구체적으로, 상기 환원 공정에서의 열처리는 500~700℃의 온도에서 0.5~4시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 500℃ 미만일 경우 활성금속과 담체인 티타니아 간 상호작용이 발생하지 않아 활성금속이 고분산되지 않기 때문에 저농도 가스에 대한 산화 분해능이 저조하고, 반대로 열처리 온도가 700℃ 초과할 경우 활성금속의 응집 현상이 발생함으로써 분산도 및 활성금속의 입자 크기가 크게 형성되어 바람직하지 않다. 또한 이와 유사하게, 상기 열처리 시간이 0.5hr 미만이면 Pd0 비율이 낮고, 반대로 4시간 초과이면 활성금속의 응집 현상으로 분산도 및 백금의 입자 크기가 크게 형성될 수 있다. 한편, 열처리시 환원 분위기는 수소, 암모니아, 메탄 등을 포함하는 1~50% 조성의 가스를 이용할 수 있다.Specifically, the heat treatment in the reduction process is preferably carried out for 0.5 to 4 hours at a temperature of 500 ~ 700 ℃. If the heat treatment temperature is less than 500 ℃, there is no interaction between the active metal and titania, which is a carrier, so that the active metal is not highly dispersed. Therefore, the oxidation resolution of the low concentration gas is low. Agglomeration occurs and dispersibility and particle size of the active metal are large, which is undesirable. Similarly, if the heat treatment time is less than 0.5hr, the Pd 0 ratio is low. On the contrary, if the heat treatment time is more than 4 hours, the dispersion degree and the particle size of platinum may be large due to the aggregation of the active metal. On the other hand, the reducing atmosphere during the heat treatment may use a gas of 1 to 50% composition containing hydrogen, ammonia, methane and the like.

이상과 같이 제조된 본 발명에 따른 촉매는 분말 형태로 제공되거나, 또는 그 자체로 허니컴, 슬레이트 또는 펠릿 등의 다양한 벌크 형상으로 성형되어 제공되거나, 또는 금속이나 세라믹 재질의 판, 섬유, 필터 또는 허니컴 구조체의 표면에 코팅하여 사용될 수 있다.The catalyst according to the present invention prepared as described above may be provided in powder form, or may be formed in various bulk shapes such as honeycomb, slate or pellet, or plate, fiber, filter or honeycomb of metal or ceramic material. It can be used by coating the surface of the structure.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on preferred examples and experimental examples of the present invention. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto, but may be variously implemented by those skilled in the art.

제조예 1Preparation Example 1

먼저, 염화백금(PtCl4 : Aldrich Chemical Co.의 상품명), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2 : Aldrich Chemical Co.의 상품명) 또는 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6), 수산화백금(Pt(OH)2) 중에서 선택되는 어느 하나의 백금 전구체와, 염화팔라듐 (PdCl2), 팔라듐 나이트레이트 디하이드레이트(N2O6Pd·2H2O), 팔라듐 나이트레이트 하이드레이트(N2O6Pd·xH2O) 또는 수산화팔라듐(Pd(OH)2) 중에서 선택되는 어느 하나의 팔라듐 전구체를 티타니아 담체 100중량부에 대해 각각 백금 0.5 중량부 및 팔라듐 0.5 중량부로 정량하여 증류수에 동시에 용해시켰다.First, platinum chloride (PtCl 4 : trade name of Aldrich Chemical Co.), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 : trade name of Aldrich Chemical Co.) or hydroxyl platinum ((NH 2 -CH 2 CH 2 -OH) 2 Pt (OH) 6 ), platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ) any one of the platinum precursor, palladium chloride (PdCl 2 ), palladium nitrate dihydrate (N 2 O 6 Pd · 2H 2 O) , palladium nitrate hydrate (N 2 O 6 Pd · xH 2 O) or palladium hydroxide (Pd (OH) 2) for any one of a palladium precursor titania carrier 100 parts by weight is selected from 0.5 parts by weight of platinum and 0.5 parts by weight of palladium were dissolved in distilled water at the same time.

다음으로, 티타니아(TiO2) 담체를 앞서 제조된 활성금속 전구체 수용액에 투입하여 슬러리 형태로 제조한 후, 진공 증발기를 이용하여 약 70℃에서 교반 조건 하에서 가열하였으며, 80~120℃에서 5~30hr 동안 건조시켜 미세기공에 포함된 수분을 완전히 제거하였다.Next, the titania (TiO 2 ) carrier was added to the prepared active metal precursor aqueous solution to prepare a slurry, and then heated under a stirring condition at about 70 ° C. using a vacuum evaporator, and 5 to 30 hours at 80 ° to 120 ° C. Drying to completely remove the moisture contained in the micropores.

계속하여, 백금 및 팔라듐의 전구체로서 염화백금 또는 염화팔라듐과 같이 염소를 함유한 경우 300℃에서 3hr 동안 30%의 수소/질소 가스를 이용하여 염소를 배제시켰고, 400℃에서 4hr 동안 공기 분위기 하에서 소성한다. 반면, 백금 및 팔라듐의 전구체에 염소가 함유되지 않은 경우에는 400℃에서 4hr 동안 공기 분위기 하에서 소성 공정만 수행하였다.Subsequently, when chlorine was contained as a precursor of platinum and palladium, such as platinum chloride or palladium, chlorine was excluded using 30% hydrogen / nitrogen gas at 300 ° C. for 3 hr and calcined under air atmosphere at 400 ° C. for 4 hr. do. On the other hand, when the precursors of platinum and palladium do not contain chlorine, only the firing process was performed under an air atmosphere at 400 ° C. for 4hr.

최종적으로, 촉매의 활성화를 위하여 소성된 시료를 30%의 수소/질소 가스 분위기에서 600℃에서 1hr 동안 환원시켜 촉매를 제조하였다. 이 경우, 환원가스가 촉매에 충분히 접촉되도록 튜브형 소성기를 사용하며, 이러한 방법으로 얻어진 시료를 40~50mesh로 체거름(screening)하여 사용하였다.Finally, the catalyst was prepared by reducing the calcined sample for activation of the catalyst at 600 ° C. for 1 hr in a 30% hydrogen / nitrogen gas atmosphere. In this case, a tubular calciner was used to sufficiently bring the reducing gas into contact with the catalyst, and the sample obtained by this method was screened at 40 to 50 mesh.

제조예 2Preparation Example 2

활성금속인 백금 및 팔라듐의 비율을 백금(0.9):팔라듐(0.1)의 비율로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the active metals, platinum and palladium, were prepared in a ratio of platinum (0.9): palladium (0.1).

제조예 3Preparation Example 3

활성금속인 백금 및 팔라듐의 비율을 백금(0.7):팔라듐(0.3)의 비율로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the active metals, platinum and palladium, were prepared in a ratio of platinum (0.7): palladium (0.3).

제조예 4Preparation Example 4

활성금속인 백금 및 팔라듐의 비율을 백금(0.3):팔라듐(0.7)의 비율로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the active metals, platinum and palladium, were prepared in a ratio of platinum (0.3): palladium (0.7).

제조예 5Preparation Example 5

활성금속인 백금 및 팔라듐의 비율을 백금(0.1):팔라듐(0.9)의 비율로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the active metals, platinum and palladium, were prepared in a ratio of platinum (0.1): palladium (0.9).

제조예 6Preparation Example 6

최종 환원 공정의 온도를 500℃에서 1hr 수행한 것을 제외하고는 제조예 5와 동일하게하여 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 5 except that the temperature of the final reduction process was performed at 500 ° C. for 1 hr.

제조예 7Preparation Example 7

최종 환원 공정의 온도를 400℃에서 1hr 수행한 것을 제외하고는 제조예 5와 동일하게하여 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 5, except that the temperature of the final reduction process was performed at 400 ° C. for 1 hr.

제조예 8Preparation Example 8

최종 환원 공정의 온도를 300℃에서 1hr 수행한 것을 제외하고는 제조예 5와 동일하게하여 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 5 except that the temperature of the final reduction process was performed at 300 ° C. for 1 hr.

비교제조예 1Comparative Production Example 1

먼저, 염화백금(PtCl4: Aldrich Chemical Co.의 상품명), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2: Aldrich Chemical Co.의 상품명), 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6), 수산화백금(Pt(OH)2) 중 어느 하나로부터 선택되는 백금 전구체를 티타니아 담체 100 중량부에 대해 1 중량부로 정량하여 상온의 증류수에 용해시켰다. 여기서, 백금 전구체로 염화백금(PtCl4)을 사용할 경우에는 증류수의 온도를 60℃로 승온하여 용해시키도록 한다.First, platinum chloride (PtCl 4 : trade name of Aldrich Chemical Co.), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 : trade name of Aldrich Chemical Co.), hydroxyl platinum ((NH 2 Platinum precursor selected from any one of -CH 2 CH 2 -OH) 2 Pt (OH) 6 ) and platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ) was quantified to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the titania carrier, Dissolved. In this case, when platinum chloride (PtCl 4 ) is used as the platinum precursor, the temperature of the distilled water is raised to 60 ° C. to dissolve it.

다음으로, 백금 전구체 수용액을 준비된 티타니아 담체에 투입 및 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후, 회전진공 증발기를 이용하여 약 70℃에서 교반, 가열하여 수분을 증발시키고, 80~120℃의 온도에서 24hr 이상 건조하여 미세기공에 포함된 수분을 완전히 제거하였다.Next, the platinum precursor aqueous solution was added to the prepared titania carrier and mixed to prepare a slurry, and then stirred and heated at about 70 ° C. using a rotary vacuum evaporator to evaporate moisture, and at least 24hr at a temperature of 80 ° C. to 120 ° C. Drying was completely removed from the water contained in the micropores.

다음으로, 백금 전구체로서 염화백금을 사용하였다면 300℃에서 3hr 동안 30% 수소/질소 가스를 이용하여 염소를 배제시키고, 400℃에서 4hr 동안 공기 분위기 하에서 소성 공정을 수행하였다. 반면, 백금 전구체에 염소가 함유되지 않은 테트라-아민 백금 나이트레이트 또는 하이드록실 백금을 사용하였을 경우에는 400℃의 온도로 4hr 동안 공기 분위기 하에서 소성 공정만 수행하였다.Next, if platinum chloride was used as the platinum precursor, chlorine was removed using 30% hydrogen / nitrogen gas at 300 ° C. for 3hr, and a firing process was performed at 400 ° C. for 4hr under an air atmosphere. On the other hand, when tetra-amine platinum nitrate or hydroxyl platinum containing no chlorine was used as the platinum precursor, only a calcination process was performed under an air atmosphere for 4 hours at a temperature of 400 ° C.

최종적으로, 소성 공정이 완료된 후 시료를 30% 수소/질소 가스 분위기에서 600℃에서 1hr 동안 환원시켜 촉매를 제조하였다. 이 경우, 환원가스가 촉매에 충분히 접촉되도록 튜브형 소성기를 사용하며, 이러한 방법으로 얻어진 시료를 40~50 mesh로 체거름하여 사용하였다.Finally, after the calcination process was completed, the catalyst was prepared by reducing the sample for 1 hr at 600 ° C. in a 30% hydrogen / nitrogen gas atmosphere. In this case, a tubular calciner was used to sufficiently bring the reducing gas into contact with the catalyst, and the sample obtained by this method was sieved through a 40-50 mesh.

비교제조예 2Comparative Production Example 2

활성금속을 팔라듐으로 하여 촉매를 제조한 것을 제외하고는 비교제조예 1과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 1 except that a catalyst was prepared using the active metal as palladium.

비교제조예 3Comparative Production Example 3

먼저, 염화백금(PtCl4 : Aldrich Chemical Co.의 상품명), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2 : Aldrich Chemical Co.의 상품명) 또는 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6), 수산화백금(Pt(OH)2) 중 어느 하나로부터 선택되는 백금 전구체를 티타니아 담체 100 중량부에 대해 0.5중량부로 정량하여 상온의 증류수에 용해시켰다. 여기서, 백금 전구체로 염화백금(PtCl4)을 사용할 경우에는 증류수의 온도를 60℃로 승온하여 용해시키도록 한다.First, platinum chloride (PtCl 4 : trade name of Aldrich Chemical Co.), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 : trade name of Aldrich Chemical Co.) or hydroxyl platinum ((NH 2 Platinum precursor selected from any one of -CH 2 CH 2 -OH) 2 Pt (OH) 6 ) and platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ) was quantitated at 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the titania carrier to distilled water at room temperature. Dissolved. In this case, when platinum chloride (PtCl 4 ) is used as the platinum precursor, the temperature of the distilled water is raised to 60 ° C. to dissolve it.

다음으로, 티타니아(TiO2) 담체를 앞서 제조된 백금 전구체 수용액에 투입하여 슬러리 형태로 제조한 후 진공 증발기를 이용하여 약 70℃에서 교반, 가열하여 수분을 증발시키고, 80~120℃에서 5~30hr 동안 건조시켜 미세기공에 포함된 수분을 완전히 제거하였다.Next, titania (TiO 2 ) carrier was added to the prepared platinum precursor aqueous solution to prepare a slurry, and then stirred and heated at about 70 ° C. using a vacuum evaporator to evaporate moisture, and then, 5 to 80 ° C. at 120 ° C. Drying for 30hr to completely remove the water contained in the micropores.

다음으로, 400℃에서 4hr 동안 공기 분위기하에서 소성 공정을 수행하고 촉매의 활성화를 위하여 소성된 시료를 30%의 수소/질소 가스를 이용하여 600℃에서 1hr 동안 환원하여 시료를 제조하였다.Next, a firing process was performed at 400 ° C. for 4hr in an air atmosphere, and the sample was prepared by reducing the calcined sample for 30 minutes at 300 ° C. using hydrogen / nitrogen gas for activation of the catalyst.

계속하여, 염화팔라듐 (PdCl2) 또는 팔라듐 나이트레이트 디하이드레이트(N2O6Pd·2H2O), 팔라듐 나이트레이트 하이드레이트(N2O6Pd·xH2O), 수산화팔라듐(Pd(OH)2) 중 어느 하나로부터 선택되는 팔라듐 전구체를 상기 환원 공정이 완료된 시료의 100 중량부에 대해 0.5 중량부로 정량하여 상온의 증류수에 용해시킨다. Subsequently, palladium chloride (PdCl 2 ) or palladium nitrate dihydrate (N 2 O 6 Pd.2H 2 O), palladium nitrate hydrate (N 2 O 6 Pd.xH 2 O), palladium hydroxide (Pd (OH) The palladium precursor selected from any one of 2 ) is quantitated at 0.5 part by weight based on 100 parts by weight of the sample in which the reduction process is completed, and dissolved in distilled water at room temperature.

다음으로, 팔라듐 전구체 수용액을 준비된 환원 공정이 완료된 시료에 투입 및 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후 회전진공 증발기를 이용하여 70℃에서 교반, 가열하여 수분을 증발시키고, 80~120℃의 온도에서 24hr 이상 건조하여 미세기공에 포함된 수분을 완전히 제거한다.Next, the palladium precursor aqueous solution was added to the prepared sample and mixed with the prepared sample to prepare a slurry form, and then stirred and heated at 70 ° C. using a rotary vacuum evaporator to evaporate moisture, and 24hr at a temperature of 80 to 120 ° C. Dry over to completely remove the moisture contained in the micropores.

최종적으로, 400℃에서 4hr 동안 공기 분위기 하에서 소성공정을 수행하고 촉매의 활성화를 위하여 소성된 시료를 30%의 수소/질소 가스를 이용하여 600℃에서 1hr 동안 환원하여 촉매를 제조하였다. 이 경우, 환원가스가 촉매에 충분히 접촉되도록 튜브형 소성기를 사용하며, 이러한 방법으로 얻어진 시료를 40~50 mesh로 체 거름하여 사용하였다.Finally, the catalyst was prepared by performing a calcination process under an air atmosphere at 400 ° C. for 4 hr and reducing the calcined sample for 1 hr at 600 ° C. using 30% hydrogen / nitrogen gas for activation of the catalyst. In this case, a tubular calciner was used so that the reducing gas was sufficiently in contact with the catalyst, and the sample obtained by this method was sieved through a 40-50 mesh.

비교제조예 4Comparative Production Example 4

활성금속의 담지 순서를 팔라듐을 먼저 티나니아에 담지한 후 백금을 상기 제조된 팔라듐/티타니아에 담지하는 것을 제외하고는 비교제조예 4와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.The catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 4, except that palladium was first supported on tinania and then platinum was supported on palladium / titania prepared above.

이상의 제조예 1 내지 8과, 비교제조예 1 내지 4에 따른 활성금속의 조성 및 함량, 소성 및 환원 공정에 관한 조건을 아래의 표 1로 정리하였다.The conditions relating to the composition and content of the active metals according to Preparation Examples 1 to 8 and Comparative Preparation Examples 1 to 4, firing and reduction processes are summarized in Table 1 below.

구분division 활성성분Active ingredient 활성성분간비율Active minutes 환원 온도(℃)Reduction temperature (℃) 열처리조건Heat treatment condition 제조예 1Preparation Example 1 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.5-0.50.5-0.5 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 2Preparation Example 2 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.9-0.10.9-0.1 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 3Preparation Example 3 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.7-0.30.7-0.3 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 4Preparation Example 4 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.3-0.70.3-0.7 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 5Preparation Example 5 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.1-0.90.1-0.9 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 6Preparation Example 6 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.1-0.90.1-0.9 500500 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 7Preparation Example 7 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.1-0.90.1-0.9 400400 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 제조예 8Preparation Example 8 백금-팔라듐Platinum-palladium 0.1-0.90.1-0.9 300300 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 비교제조예 1Comparative Production Example 1 백금platinum 1.01.0 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 비교제조예 2Comparative Production Example 2 팔라듐Palladium 1.01.0 600600 소성(1),환원(1)Firing (1), Reduction (1) 비교제조예 3Comparative Production Example 3 팔라듐/백금Palladium / platinum 0.5/0.50.5 / 0.5 600600 소성(2),환원(2)Firing (2), Reduction (2) 비교제조예 4Comparative Production Example 4 백금/팔라듐Platinum / palladium 0.5/0.50.5 / 0.5 600600 소성(2),환원(2)Firing (2), Reduction (2)

실험예 1Experimental Example 1

본 발명의 제조예 1과, 비교제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들의 저농도 상온 수소 산화 반응 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기의 [표 2]에 나타내었다. 실험은 상대습도 135%(25℃ 기준)의 수분과, 수소 0.15 ~ 1.5 vol.% 및 산소 21 vol.%가 포함된 혼합가스를 촉매가 거치되어 있는 반응탑에 주입하고, 반응 초기 온도를 25℃로 유지하여 60,000hr1의 공간속도로 반응시킨 후 수소분석기(FTC 200 Thermal Conductivity Analyzer, messkonzept Co.)를 이용하여 배출되는 가스의 조성을 측정하여 아래의 표 2로 정리하였다. Low concentration room temperature hydrogen oxidation experiment of the catalysts prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 of the present invention was carried out, the results are shown in the following [Table 2]. The experiment was carried out by injecting a mixed gas containing water with a relative humidity of 135% (at 25 ° C) and 0.15 to 1.5 vol.% Of hydrogen and 21 vol.% Of oxygen to a reaction column equipped with a catalyst, and the initial temperature of the reaction was 25 After the reaction was conducted at a space velocity of 60,000 hr 1 while maintaining the temperature, the composition of the exhaust gas was measured using a hydrogen analyzer (FTC 200 Thermal Conductivity Analyzer, messkonzept Co.) and summarized in Table 2 below.

구분division H2 1.5%H 2 1.5% H2 1.0%H 2 1.0% H2 0.5%H 2 0.5% H2 0.25%H 2 0.25% H2 0.15%H 2 0.15% 제조예 1Preparation Example 1 100100 100100 8080 14.4614.46 00 비교제조예 1Comparative Production Example 1 100100 4.14.1 00 00 00 비교제조예 2Comparative Production Example 2 100100 100100 26.426.4 2.42.4 00 비교제조예 3Comparative Production Example 3 100100 96.1196.11 10.7410.74 00 00 비교제조예 4Comparative Production Example 4 100100 95.9195.91 00 00 00

실험 결과, 상기 표 2에 나타난 바와 같이 다양한 활성금속 및 제조방법에 따라 각기 다른 상온 수소 산화반응 특성을 나타내었다. 결과를 살펴보면, 제조예 1로 제조된 촉매가 0.5%의 수소 주입농도에서도 80% 이상의 수소 전환율을 나타내어 가장 우수한 상온 수소 산화반응 특성을 나타내었다. 다음으로는 팔라듐만을 활성금속으로 한 비교제조예 2를 비롯하여, 비교제조예 3, 비교제조예4 및 비교제조예 1의 순으로 상온 수소 산화반응 특성을 나타내었다. 또한 가장 낮은 저농도 상온 수소 산화반응 특성을 나타낸 촉매인 비교제조예 1의 경우 활성금속이 백금으로만 이루어진 촉매였으며 그 다음으로는 백금을 마지막에 담지한 비교제조예 4의 촉매가 가장 낮은 상온 수소 산화반응 특성을 나타냈다. 즉, 이상의 결과들을 종합할 때, 백금 및 팔라듐 전구체 수용액에 동시에 용해시켜 제조된 백금/팔라듐의 이원계 촉매가, 비교제조예 1 및 2에 따른 백금 또는 팔라듐의 단원계 촉매나 또는 비교제조예 3 및 4에 따른 백금 전구체 또는 팔라듐 전구체에 담지 과정이 동시에 이루어지지 않는 백금/팔라듐의 이원계 촉매에 비해 최저 0.5% 저농도 수소에 대해 우수한 상온 산화반응 특성을 나나냄을 확인하였고, 또한 저농도 상온 수소 산화반응 특성의 경우 활성금속이 백금 보다는 팔라듐으로 촉매 표면에 노출되어 있을 때 우수한 반응 특성을 나타냄을 확인하였다.As a result of the experiment, as shown in Table 2, the room temperature hydrogen oxidation reaction was different according to various active metals and preparation methods. Looking at the results, the catalyst prepared in Preparation Example 1 exhibited a hydrogen conversion rate of 80% or more even at 0.5% hydrogen injection concentration, showing the best room temperature hydrogen oxidation characteristics. Next, room temperature hydrogen oxidation characteristics were shown in order of Comparative Preparation Example 3, Comparative Preparation Example 4, and Comparative Preparation Example 1, including Comparative Preparation Example 2 using only palladium as the active metal. In Comparative Preparation Example 1, which was the catalyst showing the lowest concentration of room temperature hydrogen oxidation, the active metal was composed only of platinum, followed by the catalyst of Comparative Preparation Example 4 having the last supported platinum. Reaction characteristics were shown. In other words, when the above results are summarized, a platinum / palladium binary catalyst prepared by dissolving simultaneously in a platinum and palladium precursor aqueous solution is a single catalyst of platinum or palladium according to Comparative Production Examples 1 and 2, or Comparative Production Example 3 and Compared with the platinum catalyst or the palladium precursor supporting platinum 4 according to 4, it was confirmed that it exhibited excellent room temperature oxidation characteristics for the lowest concentration of hydrogen at least 0.5%, compared to the binary catalyst of platinum / palladium. In the case of the active metal was found to exhibit excellent reaction characteristics when exposed to the catalyst surface as palladium rather than platinum.

실험예 2Experimental Example 2

본 발명의 제조예 1과, 비교제조예 1 내지 4에 따른 촉매들에서 활성금속의 입자크기를 확인하고자 TEM(Transmission Electron Microscope) 분석을 실시하여 그 결과를 도 1 내지 도 5에 나타내었다. 또한, 촉매 제조방법에 따른 촉매 활성금속의 성분분석을 위해 제조예 1 및 비교제조예 1, 비교제조예 4 에 따라 제조된 촉매의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.In order to confirm the particle size of the active metal in the catalysts according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 of the present invention, a TEM (Transmission Electron Microscope) analysis was performed and the results are shown in FIGS. 1 to 5. In addition, the results of the EDX (Energy Dispersive X-ray) of the catalyst prepared according to Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 4 for the component analysis of the catalytically active metal according to the catalyst preparation method are shown in Table 3 below. It was.

제조예 1Preparation Example 1 비교제조예 1Comparative Production Example 1 비교제조예 4Comparative Production Example 4 ElementElement Atomic%Atomic% Atomic%Atomic% Atomic%Atomic% Ti KTi K 20.3120.31 23.2123.21 18.3018.30 Cu KCu K 56.9956.99 58.1258.12 59.2359.23 Pd LPd L 11.8811.88 -- 4.314.31 Pt LPt L 10.8310.83 18.6718.67 18.1518.15

제조예 1 및 비교제조예 1, 비교제조예 4을 통해 제조된 각각의 촉매에 대한 도 1, 도 2, 도 5의 결과를 살펴보면, 촉매의 활성금속의 입자가 평균직경 5nm 이하로 매우 작게 형성되어 있는 것으로 확인되었다. 반면 비교제조예 2, 비교제조예 3에 따라 제조된 촉매에 대한 도 3 및 도 4의 결과를 살펴보면, 활성금속의 입자의 크기가 5nm 이상으로 다른 제조방법에 따른 촉매들보다 촉매의 입자가 크게 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 제조예1, 비교제조예 1 및 비교제조예 4의 경우 백금이 최종적으로 담지됨에 따라 열처리시 촉매 표면에 노출되어 있음에 따라 활성금속과 담체인 티타니아 간 상호작용이 발생하게 되어 활성금속이 고분산된다. 반면, 비교제조예 2 및 비교제조예 3의 경우 팔라듐이 최종적으로 담지됨에 따라 열처리시 촉매 표면에 다량 노출됨으로써 백금보다 열에 민감한 팔라듐이 응집현상이 발생하여 입자의크기가 크게 형성된 것으로 판단되며, 활성금속과 지지체 간의 상호작용의 세기가 약함에 따라 활성금속이 고분산되지 못한 것으로 판단된다. 일반적으로 백금이 팔라듐에 비해 지지체와의 상호작용이 강하게 발생하는 것으로 알려져 있다. Referring to the results of FIGS. 1, 2, and 5 for each of the catalysts prepared in Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1, and Comparative Preparation Example 4, particles of the active metal of the catalyst were formed to be very small with an average diameter of 5 nm or less. Was confirmed. On the other hand, when looking at the results of Figures 3 and 4 for the catalyst prepared according to Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 3, the particle size of the active metal particles are 5nm or more larger than the catalysts according to the other manufacturing methods It was confirmed that it was formed. In the case of Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 4, as platinum is finally supported, it is exposed to the surface of the catalyst during heat treatment, so that the interaction between the active metal and titania, a carrier, occurs, resulting in high dispersion of the active metal. do. On the other hand, in the case of Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3, the palladium is finally supported, so that the heat-sensitive palladium is more agglomerated than the platinum, resulting in the coagulation of heat-sensitive palladium. As the strength of the interaction between the metal and the support is weak, it is determined that the active metal is not highly dispersed. In general, platinum is known to have a stronger interaction with a support than palladium.

계속하여, 촉매의 활성성분의 입자크기가 작게 형성되었던 제조예 1 및 비교제조예 1, 비교제조예 4에 따른 EDX 결과를 표 3에 기초하여 살펴보면, 제조예 1의 경우 활성금속의 성분이 Pd와 Pt가 둘다 높은 비율로 존재하고 있었지만, 비교제조예 1 및 비교제조예 4에 따른 촉매들은 낮은 Pd의 함량을 나타내고 있었다. 한편, 비교제조예 2 및 비교제조예 3의 경우 활성금속의 크기가 크게 형성되어 성분분석이 불필요하였다. 이에 따라, 본 실험예 2에 따른 TEM, EDX의 결과와 실험예 1을 통해 나타난 상온 수소 산화반응 특성을 종합하면, 촉매 표면에 팔라듐의 표면노출량이 원자분율로 10% 이상으로 많을수록 최저 0.5%의 저농도 상온 수소 산화반응 특성에 유리함을 확인할 수 있었으며, 이러한 팔라듐이 첨가되는 백금으로 인해 작은 입자크기로 고분산되어 입자크기가 5nm 이하로 작게 형성될수록 저농도 상온 수소 산화반응 특성에 유리함을 확인하였다. 즉, 상온 수소 산화반응의 경우 팔라듐이 백금보다 우수한 반응활성을 나타내는 반면 팔라듐은 쉽게 응집되는 물질로 입자의 크기가 크게 형성되는 단점을 갖지만, 본 발명에서는 소량의 백금과 더불어 담지할 경우 백금과 지지체의 상호작용으로 통해 팔라듐의 입자크기를 작게 형성시킬 수 있다. Subsequently, the EDX results according to Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1, and Comparative Preparation Example 4, in which the particle size of the active ingredient of the catalyst was formed, were examined based on Table 3. Although both Pt and Pt were present in a high ratio, the catalysts according to Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 4 showed a low content of Pd. On the other hand, in Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 the size of the active metal was formed large, the component analysis was unnecessary. Accordingly, combining the results of the TEM and EDX according to Experimental Example 2 and the room temperature hydrogen oxidation characteristics shown in Experimental Example 1, the surface exposure amount of palladium on the surface of the catalyst was more than 10% in atomic fraction, the lowest 0.5%. It was confirmed that it is advantageous in the low-temperature room temperature hydrogen oxidation characteristics, it is confirmed that the platinum is added to the palladium is highly dispersed in a small particle size, the smaller the particle size is formed to 5nm or less, it is advantageous in the low-temperature room temperature hydrogen oxidation characteristics. That is, in the case of room temperature hydrogen oxidation, palladium shows a better reaction activity than platinum, whereas palladium is a material that easily aggregates, and has a disadvantage in that the particle size is large, but in the present invention, when supported with a small amount of platinum, platinum and a support Through the interaction of, it is possible to form a small particle size of palladium.

실험예 3Experimental Example 3

저농도 상온 수소 산화 반응에 실질적으로 기여할 수 있는 촉매의 물성치로서 촉매의 수소해리 흡착능력을, 본 발명에 따른 제조예 1 및 비교제조예 1 내지 4를 대상으로 비교 분석하였다. 촉매의 수소해리 흡착량은 TPOR(Temperature Programmed Oxidation & Redcution, 이하, “TPRO”이라 함)분석을 이용하여 측정하였다. TPOR 분석은, 촉매을 지나지 않고 감지기(detector)로 들어가는 기준가스(reference gas)에서의 수소 농도와, 촉매층을 통과하여 촉매와 반응하고 감지기로 들어가는 반응가스(reaction gas)에서의 수소 농도와의 차이를 비교함으로써 소모된 수소의 양을 측정하는 분석이다. 상기 소모된 수소의 양은 촉매에 해리 흡착되는 수소의 양을 의미한다.The hydrogen dissociation adsorption capacity of the catalyst as a physical property value of the catalyst which can substantially contribute to the low concentration room temperature hydrogen oxidation reaction was compared and analyzed in Preparation Examples 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 according to the present invention. The amount of hydrogen dissociation adsorption of the catalyst was measured using TPOR (Temperature Programmed Oxidation & Redcution, hereinafter “TPRO”) analysis. The TPOR analysis is based on the difference between the hydrogen concentration in the reference gas entering the detector without passing the catalyst and the hydrogen concentration in the reaction gas passing through the catalyst bed and reacting with the catalyst and entering the detector. It is an analysis that measures the amount of hydrogen consumed by comparing. The amount of hydrogen consumed refers to the amount of hydrogen dissociated and adsorbed on the catalyst.

구체적으로, 2920 Autochem (Micromeritics)을 사용하였으며, 농도 측정을 위한 감지기(detector)는 TCD (Thermal Conductivity Detector)를 사용하여 TPOR 분석을 수행하였다. 분석의 순서는, 제조예 1 및 비교제조예 1 내지 4에 따라 제조되어 100um 이하로 분쇄된 0.25g의 각각의 촉매를 충진 후, 우선 50 cc/min의 아르곤(Ar)을 흘리며 120℃까지 10℃/min으로 승온한 후 10분간 유지하면서 촉매 표면의 수분과 잔류하는 불순물을 제거하고 촉매를 활성화시켰다. 이후, 30℃의 상온으로 하강한 후 1.5vol.% 산소/질소를 10분간 주입한 후 5,000ppm 수소/질소를 지속적으로 흘리며 TCD를 이용하여 소모되는 수소의 양을 관찰하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.Specifically, 2920 Autochem (Micromeritics) was used, and the detector (detector) for concentration measurement was carried out TPOR analysis using a Thermal Conductivity Detector (TCD). The analysis sequence was prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 and filled with 0.25 g of each catalyst which was pulverized to 100 μm or less, and then flowed up to 120 ° C. while flowing argon (Ar) of 50 cc / min. After the temperature was raised to ℃ / min and maintained for 10 minutes to remove moisture and residual impurities on the surface of the catalyst to activate the catalyst. Thereafter, the temperature was lowered to 30 ° C., and then 1.5 vol.% Oxygen / nitrogen was injected for 10 minutes, and then 5,000 ppm hydrogen / nitrogen was continuously flowed, and the amount of hydrogen consumed using TCD was observed. Shown in

도 6에 나타난 TPOR의 결과를 살펴보면, 소모되는 수소의 양이 반응활성이 우수한 촉매일수록 많음을 확인할 수 있었으며, 수소의 해리흡착량이 저농도 상온 수소 산화반응 특성에 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 팔라듐의 산화비율과 표면누출율이 클수록 다량의 해리흡착량을 가질 수 있다.Looking at the results of TPOR shown in Figure 6, it was confirmed that the amount of hydrogen consumed was more catalysts with excellent reaction activity, it was confirmed that the dissociation adsorption amount of hydrogen is closely related to the low concentration of room temperature hydrogen oxidation reaction characteristics. That is, the greater the oxidation rate and surface leakage rate of palladium, the greater the amount of dissociation adsorption.

실험예 4Experimental Example 4

본 발명에서 백금 및 팔라듐의 비율과 촉매의 상온 수소 산화반응 특성 간 상관관계를 확인하기 위해, 제조예 1 내지 제조예 4에 따라 제조된 촉매들의 상온 수소 산화반응 실험을 실시하였으며, 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다. 실험 조건은 수소 농도를 0.15~1.0vol.% 조건에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. In order to confirm the correlation between the ratio of platinum and palladium and the normal temperature hydrogen oxidation characteristics of the catalyst in the present invention, room temperature hydrogen oxidation experiments of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 to 4 were carried out. It is shown in Table 4. Experimental conditions were carried out in the same manner as in Experimental Example 1 except that the hydrogen concentration was performed at 0.15 to 1.0 vol.%.

구분division H2 1.0%H 2 1.0% H2 0.75%H 2 0.75% H2 0.5%H 2 0.5% H2 0.25%H 2 0.25% H2 0.15%H 2 0.15% 제조예 1Preparation Example 1 100100 100100 8080 14.4614.46 00 제조예 2Preparation Example 2 100100 100100 00 00 00 제조예 3Preparation Example 3 100100 100100 6565 99 00 제조예 4Preparation Example 4 100100 100100 82.3882.38 26.7426.74 00 제조예 5Preparation Example 5 100100 100100 92.8392.83 30.0730.07 9.619.61

실험 결과, 표 4에 나타난 바와 같이 다양한 백금/팔라듐 비율에 따라 각기 다른 상온 수소 산화반응 특성을 나타내었다. 우수한 상온 수소 산화반응 특성을 나타낸 촉매들의 순서는 제조예 5, 제조예 4, 제조예 1, 제조예 3, 제조예 2의 순으로 나타났으며, 팔라듐의 비율이 증가할수록 팔라듐의 표면노출율이 커져 우수한 저농도 상온 수소 산화반응 특성이 나타남을 확인하였고, 이는 상기 실험예 1의 결과에 대응할 수 있음을 확인하였다. As a result, as shown in Table 4, the room temperature hydrogen oxidation reaction was different according to various platinum / palladium ratios. The order of the catalysts showing excellent room temperature hydrogen oxidation characteristics was found in the order of Preparation Example 5, Preparation Example 4, Preparation Example 1, Preparation Example 3, Preparation Example 2, and the surface exposure rate of palladium was increased as the ratio of palladium was increased. It was confirmed that the excellent low-concentration hydrogen oxidation reaction properties appeared, which can correspond to the results of Experimental Example 1.

실험예 5Experimental Example 5

본 발명에서 백금 및 팔라듐 비율과 활성금속의 입자크기 및 표면노출률 간 상관관계를 확인하기 위해, 제조예 1, 제조예 4 및 5에 따라 제조된 촉매의 TEM(Transmission Electron Microscope) 분석을 실시하여, 그 결과를 도 1, 도 7 및 도 8에 나타내었다. 또한, 촉매 제조방법에 따른 촉매 활성금속의 성분분석을 위해 제조예 1, 제조예 4 및 5에 따라 제조된 촉매의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 결과를 아래의 표 5에 나타내었다.In order to check the correlation between the platinum and palladium ratio and the particle size and surface exposure rate of the active metal in the present invention, by performing the transmission electron microscopy (TEM) analysis of the catalyst prepared according to Preparation Examples 1, 4 and 5 The results are shown in FIGS. 1, 7 and 8. In addition, the results of EDX (Energy Dispersive X-ray) of the catalyst prepared according to Preparation Example 1, Preparation Examples 4 and 5 for the component analysis of the catalytically active metal according to the catalyst preparation method are shown in Table 5 below.

제조예 1Preparation Example 1 제조예 4Preparation Example 4 제조예 5Preparation Example 5 ElementElement Atomic%Atomic% Atomic%Atomic% Atomic%Atomic% Ti KTi K 20.3120.31 43.9643.96 55.2255.22 Cu KCu K 56.9956.99 37.8837.88 32.932.9 Pd LPd L 11.8811.88 12.7712.77 11.0811.08 Pt LPt L 10.8310.83 4.394.39 0.80.8

제조예 1 및 제조예 4 및 제조예 5을 통해 제조된 각각의 촉매에 대한 도 1, 도 7 및 도 8의 결과를 살펴보면, 촉매의 활성금속의 입자가 평균직경 5nm 이하로 매우 작게 형성되어 있는 것으로 확인되었다.Referring to the results of FIGS. 1, 7 and 8 for each of the catalysts prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 4 and Preparation Example 5, particles of the active metal of the catalyst were formed to be very small with an average diameter of 5 nm or less. It was confirmed.

계속하여, 제조예 1, 제조예 4 및 제조예 5에 따른 EDX 결과를 상기 표 5에 기초하여 살펴보면, 촉매 제조시 높은 비율로 담지한 촉매일수록 팔라듐이 촉매 표면에 다량 노출됨을 확인할 수 있었다. 이에 따라, TEM, EDX의 결과와 실험예 1을 통해 나타난 상온 수소 산화반응 특성을 비교해 보면, 촉매 표면에 팔라듐의 작은 입자크기로 다량 노출되어 있는 백금(0.1)-팔라듐(0.9)의 비율로 제조된 제조예 5의 촉매가 가장 우수한 저농도 상온 수소산화 특성을 나타냄을 확인하였다.Subsequently, when the EDX results according to Preparation Example 1, Preparation Example 4 and Preparation Example 5 were examined based on Table 5, it was confirmed that the higher the amount of the catalyst supported by the preparation of the catalyst, the more the palladium was exposed to the surface of the catalyst. Accordingly, comparing the results of TEM and EDX with the room temperature hydrogen oxidation characteristics shown in Experimental Example 1, it was prepared in the ratio of platinum (0.1) -palladium (0.9), which is largely exposed to a small particle size of palladium on the catalyst surface. It was confirmed that the catalyst of Preparation Example 5 showed the best low concentration hydrogen oxidation characteristics.

실험예 6Experimental Example 6

최종 열처리 공정인 환원공정에 따라 제조된 촉매의 상온 수소 산화반응 특성을 조사하고자, 제조예 5 내지 8에 따라 제조된 촉매들의 상온 수소 산화반응 특성을 실험하였으며, 그 결과를 하기 아래의 표 6에 나타내었다. 실험 조건은 실험예 4와 동일한 방법으로 수행하였다.In order to investigate the room temperature hydrogen oxidation characteristics of the catalyst prepared according to the reduction process, which is the final heat treatment process, the room temperature hydrogen oxidation characteristics of the catalysts prepared according to Preparation Examples 5 to 8 were tested, and the results are shown in Table 6 below. Indicated. Experimental conditions were carried out in the same manner as in Experiment 4.

구분division H2 1.0%H 2 1.0% H2 0.75%H 2 0.75% H2 0.5%H 2 0.5% H2 0.25%H 2 0.25% H2 0.15%H 2 0.15% 제조예 5Preparation Example 5 100100 100100 92.8392.83 30.0730.07 9.619.61 제조예 6Preparation Example 6 100100 91.0691.06 61.4561.45 5.345.34 00 제조예 7Preparation Example 7 100100 85.8685.86 38.4838.48 5.815.81 00 제조예 8Preparation Example 8 100100 75.675.6 15.9015.90 3.163.16 00

실험 결과, 상기 표 6에 나타난 바와 같이 환원 공정에서의 다양한 온도 조건에 따라 각기 다른 상온 수소 산화반응 특성을 나타내었다. 우수한 상온 수소 산화반응 특성을 나타낸 촉매들의 순서는 제조예 5, 제조예 6, 제조예 7, 제조예 8의 순으로 나타났으며, 환원 공정에서의 온도가 400~600℃ 범위에서 증가할수록 우수한 저농도 상온 수소 산화반응 특성이 나타남을 확인하였다.As a result of the experiment, as shown in Table 6, it showed different room temperature hydrogen oxidation characteristics according to various temperature conditions in the reduction process. The order of the catalysts showing the excellent room temperature hydrogen oxidation characteristics was shown in the order of Preparation Example 5, Preparation Example 6, Preparation Example 7, Preparation Example 8, and excellent low concentration as the temperature in the reduction process increased in the 400 ~ 600 ℃ range It was confirmed that the hydrogen oxidation reaction at room temperature.

실험예 7Experimental Example 7

촉매의 물성치로서 본 발명이 개시하는 활성금속인 팔라듐의 산화가 상태를 조사하기 위해, 제조예 5 내지 제조예 8에 따라 제조된 촉매의 산화가 상태를 XPS(VG Scientific Co. 상품명 ESCALAB 201)로 측정하여 도 9 내지 도 12에 그 결과를 나타내었으며, 정량적 수치는 아래의 표 7에 나타내었다. 도 9 내지 도 12를 참고하면, 촉매의 표면에 노출된 팔라듐의 산화 상태에 따라 Pd0의 peak, Pd2 +의 peak 및 Pd4+의 peak가 나타나는 것을 확인할 수 있다.In order to investigate the oxidation state of palladium, the active metal disclosed in the present invention, as the physical property of the catalyst, the oxidation state of the catalyst prepared according to Preparation Examples 5 to 8 was changed to XPS (VG Scientific Co. trade name ESCALAB 201). The results are shown in FIGS. 9 to 12, and quantitative values are shown in Table 7 below. Referring to FIG 9 to FIG 12, it is possible, depending on the oxidation state of the palladium exposed in the surface of the catalyst confirm that the Pd 0 of the peak, Pd + 2, and the peak peak of Pd 4+ appear.

구분division 팔라듐 산화가Palladium oxide Pd0(atom)Pd 0 (atom) Pd2++Pd4+(atom)Pd 2+ + Pd 4+ (atom) PdTotal(atom)Pd Total (atom) Pd0/PdTotal(%)Pd 0 / Pd Total (%) 제조예 5Preparation Example 5 1522.851522.85 1754.021754.02 3276.873276.87 46.4746.47 제조예 6Preparation Example 6 1153.111153.11 1708.051708.05 2861.012861.01 40.3040.30 제조예 7Preparation Example 7 470.69470.69 868.77868.77 1339.461339.46 35.1435.14 제조예 8Preparation Example 8 658.11658.11 1308.581308.58 1966.691966.69 33.4633.46

또한 상기 표 7을 참조하면, 최종 공정인 환원 공정에서 환원 온도가 높아질수록 촉매의 Pd0의 atom수가 증가하여 전체 팔라듐(PdTotal) 중 Pd0의 비율이 점차 증가함을 알 수 있었다. 특히, 제조예 5 및 제조예 6에 따라 500℃ 이상의 환원 온도로 제조된 촉매의 경우 Pd0의 비율이 35% 이상인 것을 알 수 있었다. In addition, referring to Table 7, it can be seen that as the reduction temperature is increased in the final process, the number of atoms of Pd 0 in the catalyst increases, so that the proportion of Pd 0 in the total palladium (Pd Total ) gradually increases. In particular, in the case of the catalyst prepared at a reduction temperature of 500 ° C. or higher according to Preparation Example 5 and Preparation Example 6, it was found that the proportion of Pd 0 was 35% or more.

또한, 실험예 7을 통한 팔라듐 산화비율(Pd0/Pdtotal)과 실험예 6의 수소 농도 0.5vol.%에서 상온 수소 산화반응과의 상관관계를 도 13에 나타내었다. 그 결과, 팔라듐 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 증가할수록 상온 수소 산화반응 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. In addition, the correlation between the palladium oxide ratio (Pd 0 / Pd total ) through Experimental Example 7 and the hydrogen oxidation of 0.5 vol.% Of Experimental Example 6 at room temperature hydrogen oxidation reaction is shown in FIG. As a result, as the palladium oxide ratio (Pd 0 / Pd total ) was increased, it was confirmed that the room temperature hydrogen oxidation reaction characteristics were improved.

실험예 8Experimental Example 8

본 발명의 제조예 5 내지 8 에 따라 제조된 촉매의 수소해리 흡착량을 조사하기 위하여 TPOR 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 14에 나타내었다. TPOR 측정은 상기 실험예 3 과 동일하게 수행하였다. In order to investigate the hydrogen dissociation adsorption amount of the catalyst prepared according to Preparation Examples 5 to 8 of the present invention, TPOR analysis was performed, and the results are shown in FIG. 14. TPOR measurement was performed in the same manner as in Experiment 3.

상기 도 14에 나타난 TPOR의 결과를 살펴보면, 환원온도가 증가할수록 소모되는 수소의 양이 증가함을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 수소의 해리흡착량이 환원온도가 증가할수록 증가되어 저농도 상온 수소 산화반응에 유리함을 확인하였다. 즉, 팔라듐의 산화가가 Pd0의 비율이 높을수록 유리하며 이러한 팔라듐의 노출율이 높을수록 해리흡착량이 많다.Looking at the results of TPOR shown in FIG. 14, it can be seen that the amount of hydrogen consumed increases as the reduction temperature is increased. Accordingly, it was confirmed that the dissociation adsorption amount of hydrogen is increased as the reduction temperature is increased, which is advantageous for low concentration room temperature hydrogen oxidation. That is, the higher the Pd 0 ratio of the oxidation value of palladium is, the higher the exposure rate of the palladium, the higher the dissociation adsorption amount.

실험예 9Experimental Example 9

제조예 1 및 비교제조예 1 내지 2에 따라 제조된 촉매들의 일산화탄소 상온 산화반응 특성을 실험하였으며, 그 결과를 하기의 아래의 표 8에 나타내었다. 실험은 상대습도 135%(25℃ 기준)의 수분과, 일산화탄소 500 부피 ppm 및 산소 21 vol.%가 포함된 혼합가스를 촉매가 거치되어 있는 반응탑에 주입하고, 반응 초기 온도를 25℃로 유지하여 공간속도 140,000/hr에서 반응시킨 후 비분산 적외선 가스분석기 (ZKJ-2, Fuji Electric Co.)를 이용하여 배출되는 가스의 조성을 측정하였다.The carbon monoxide at room temperature oxidation characteristics of the catalysts prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 2 were tested, and the results are shown in Table 8 below. The experiment was conducted by injecting a mixed gas containing water with a relative humidity of 135% (at 25 ° C) and 500 ppm of carbon monoxide and 21 vol.% Of oxygen into a reaction column equipped with a catalyst, and maintaining the initial temperature of the reaction at 25 ° C. After reacting at a space velocity of 140,000 / hr, the composition of the exhaust gas was measured using a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co.).

구분division 일산화탄소 제거율 (%)Carbon Monoxide Removal Rate (%) 제조예 1Preparation Example 1 9898 비교제조예 1Comparative Production Example 1 100100 비교제조예 2Comparative Production Example 2 1818

실험 결과, 상기 표 8에 나타난 바와 같이 다양한 활성금속에 따라 각기 다른 일산화탄소 상온 산화반응 특성을 나타내었다. 결과를 살펴보면, 제조예 1 및 비교제조예 1로 제조된 촉매가 가장 우수한 일산화탄소 상온 산화반응 특성을 나타내었다. 반면, 팔라듐만을 활성금속으로 한 비교제조예 2 촉매는 가장 낮은 일산화탄소 상온 산화반응 특성을 나타냈다. 즉, 일반적으로 팔라듐의 경우 백금에 비해 낮은 일산화탄소 상온산화반응 특성을 나타내지만, 본 발명에 따라 제조된 촉매의 경우 팔라듐의 입자크기를 작게 함으로써 우수한 일산화탄소 전환율을 나타낼 수 는 것으로 확인되었다.As a result, as shown in Table 8, the carbon monoxide at room temperature oxidation reaction was different according to various active metals. Looking at the results, the catalyst prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1 exhibited the best carbon monoxide room temperature oxidation characteristics. On the other hand, Comparative Preparation Example 2 catalyst using only palladium as the active metal showed the lowest carbon monoxide oxidation at room temperature. That is, palladium generally shows lower carbon monoxide at room temperature oxidation characteristics than platinum, but the catalyst prepared according to the present invention was found to exhibit excellent carbon monoxide conversion by decreasing the particle size of palladium.

실험예 10Experimental Example 10

제조예 1 및 비교제조예 1 내지 2에 따라 제조된 촉매들의 메탄올 상온 산화반응 특성을 실험하였으며, 그 결과를 하기의 표 9에 나타내었다. 실험은 상대습도 135%(25℃ 기준)의 수분과, 메탄올 10 ppm/공기 혼합가스를 촉매가 거치되어 있는 반응탑에 주입하고, 반응 초기 온도를 25℃로 유지하여 공간속도 140,000/hr에서 반응시킨 후 비분산 적외선 가스분석기 (ZKJ-2, Fuji Electric Co.)를 이용하여 배출되는 가스의 조성을 측정하였다.The methanol room temperature oxidation characteristics of the catalysts prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 2 were tested, and the results are shown in Table 9 below. The experiment was conducted by injecting water with a relative humidity of 135% (at 25 ° C) and 10 ppm / air mixed gas into methanol into a reaction column equipped with a catalyst, and maintaining the initial temperature at 25 ° C at a space velocity of 140,000 / hr. After the composition was measured using a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co.).

구분division 메탄올 제거율 (%)Methanol Removal Rate (%) 제조예 1Preparation Example 1 3333 비교제조예 1Comparative Production Example 1 3434 비교제조예 2Comparative Production Example 2 44

실험 결과, 상기 표 9에 나타난 바와 같이 다양한 활성금속에 따라 각기 다른 메탄올 상온 산화반응 특성을 나타내었다. 결과를 살펴보면 제조예 1 및 비교제조예 1로 제조된 촉매가 가장 우수한 메탄올 상온 산화반응 특성을 나타내었다. 반면, 팔라듐만을 활성금속으로 한 비교제조예 2 촉매는 가장 낮은 메탄올 상온 산화반응 특성을 나타냈다. 즉, 일반적으로 팔라듐의 경우 백금에 비해 낮은 메탄올 상온산화반응 특성을 나타내지만, 본 발명에 따라 제조된 촉매의 경우 팔라듐의 입자크기를 작게 함으로써 우수한 메탄올 전환율을 나타낼 수 는 것으로 확인되었다.As a result of the experiment, as shown in Table 9, different oxidation of methanol at room temperature was shown according to various active metals. Looking at the results, the catalyst prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1 showed the best methanol room temperature oxidation characteristics. On the other hand, Comparative Preparation Example 2 catalyst using only palladium as the active metal showed the lowest methanol room temperature oxidation. That is, in the case of palladium generally shows lower methanol room temperature oxidation characteristics compared to platinum, it was confirmed that the catalyst prepared according to the present invention can exhibit excellent methanol conversion by reducing the particle size of palladium.

Claims (12)

백금/팔라듐의 이원계 활성금속; 및 상기 활성금속이 담지되는 담체를 포함하고,
상기 활성금속 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부로 담지되되, 백금 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이하로 담지되고, 팔라듐 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이상으로 담지되며,
상기 활성금속 중 팔라듐 표면노출율이 원자분율로 10% 이상이고,
상기 활성금속 중 팔라듐의 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 35% 이상인 것을 특징으로 하는,
저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.
Binary active metals of platinum / palladium; And a carrier on which the active metal is supported,
The active metal precursor is supported by 0.1 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier, the platinum precursor is carried by 0.5 or less with respect to 100 parts by weight of the carrier, the palladium precursor is carried by 0.5 or more with respect to 100 parts by weight of the carrier ,
Palladium surface exposure rate of the active metal is at least 10% by atomic fraction,
Characterized in that the oxidation ratio (Pd 0 / Pd total ) of palladium in the active metal is 35% or more,
Room temperature platinum / palladium catalyst for low concentration gas removal.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 활성금속의 입자크기는 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.
The room temperature platinum / palladium catalyst of claim 1, wherein the active metal has a particle size of 5 nm or less.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 저농도 가스는 수소, 일산화탄소 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매.
The room temperature platinum / palladium catalyst of claim 1, wherein the low concentration gas is hydrogen, carbon monoxide or methanol.
백금 전구체 및 팔라듐 전구체를 포함하는 수용액에 담체를 담지하여 슬러리를 제조한 후 건조 및 소성 공정을 거쳐 제조하되,
상기 소성 공정 이후에 환원성 가스 분위기 하에서 환원 공정을 더 포함하고,
상기 슬러리는 상기 백금 전구체와 상기 팔라듐 전구체를 수용액에 동시에 용해시켜 제조되며,
백금 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이하로 담지되고, 팔라듐 전구체는 상기 담체 100 중량부에 대해 0.5 이상으로 담지되고,
상기 활성금속 중 팔라듐 표면노출율이 원자분율로 10% 이상이고 상기 활성금속 중 팔라듐의 산화비율(Pd0/Pdtotal)이 35% 이상이 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.
After preparing a slurry by supporting a carrier in an aqueous solution containing a platinum precursor and a palladium precursor, it is prepared through a drying and baking process,
After the firing step further comprises a reducing step under a reducing gas atmosphere,
The slurry is prepared by simultaneously dissolving the platinum precursor and the palladium precursor in an aqueous solution,
Platinum precursor is supported at 0.5 or less with respect to 100 parts by weight of the carrier, palladium precursor is supported at 0.5 or greater with respect to 100 parts by weight of the carrier,
Low-temperature platinum for low concentration gas, characterized in that the palladium surface exposure rate of the active metal is controlled to be 10% or more in atomic fraction and the oxidation rate (Pd 0 / Pd total ) of palladium in the active metal is 35% or more. Palladium catalyst production method.
삭제delete 제7항에 있어서, 상기 백금 전구체는 염화백금(PtCl4), 테트라-아민 백금 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2), 수산화백금(Pt(OH)2), 하이드록실 백금((NH2-CH2CH2-OH)2Pt(OH)6)으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.
The method of claim 7, wherein the platinum precursor is platinum chloride (PtCl 4 ), tetra-amine platinum nitrate (Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 ), platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ), hydroxyl platinum ((NH 2 —CH 2 CH 2 —OH) 2 Pt (OH) 6 ) At least one selected from the group consisting of low-temperature gas for removing a low-temperature platinum / palladium catalyst.
제7항에 있어서, 상기 팔라듐 전구체는 염화팔라듐 (PdCl2) 또는 팔라듐 나이트레이트 디하이드레이트(N2O6Pd·2H2O), 팔라듐 나이트레이트 하이드레이트(N2O6Pd·xH2O), 수산화팔라듐(Pd(OH)2)으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.
The method of claim 7, wherein the palladium precursor is palladium chloride (PdCl2) or palladium nitrate dihydrate (N 2 O 6 Pd. 2H 2 O), palladium nitrate hydrate (N 2 O 6 Pd.xH 2 O), hydroxide Palladium (Pd (OH) 2 ) It is at least one selected from the group consisting of low-temperature platinum / palladium catalyst production method.
제7항에 있어서, 상기 환원 공정은, 500~700℃ 온도에서 0.5~2hr 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 저농도 가스 제거용 상온 백금/팔라듐 촉매 제조방법.
8. The method of claim 7, wherein the reduction process is performed at a temperature of 500 to 700 ° C. for 0.5 to 2 hours. 9.
삭제delete
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G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]