KR102038037B1 - 과산화수소 합성용 촉매 구조체 및 과산화수소 합성 장치 - Google Patents

과산화수소 합성용 촉매 구조체 및 과산화수소 합성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내부에 제1 수용부가 형성되어 있으며, 일면에 개구부가 형성되어 있는 제1 프레임; 상기 제1 프레임의 개구부가 덮이도록 배치되며, 상기 제1 수용부를 향하는 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인 및 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매를 구비하는 촉매 구조체; 상기 촉매 구조체와 함께 내부에 제2 수용부가 형성되도록 상기 제1 프레임에 설치되는 제2 프레임; 상기 제1 수용부 내로 수소를 공급하는 수소 공급 수단; 및 상기 제2 수용부 내로 산소를 공급하는 산소 공급 수단;을 포함하되, 상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 과산화수소 직접 합성을 위한 새로운 형태의 촉매 구조체 및 장치를 제공할 수 있고, 수소 가스와 산소 가스가 촉매와 접촉하는 확률이 증가하는 새로운 형태의 과산화수소 합성 장치를 제공함으로써 과산화수소 합성 효율을 향상되도록 할 수 있으며, 미반응 가스의 회수가 용이하게 되고, 별도로 촉매를 회수하지 않고 재활용이 가능하므로 생산성이 증대될 수 있다.

Description

과산화수소 합성용 촉매 구조체 및 과산화수소 합성 장치{CATALYST STRUCTURE FOR SYNTHESIS OF HYDROGEN PEROXIDE AND SYNTHESIZING APPARATUS FOR HYDROGEN PEROXIDE}
본 발명은 과산화수소 합성용 촉매 구조체 및 과산화수소 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인 및 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매를 포함하되, 상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되는 과산화수소 합성용 촉매에 관한 것이다.
과산화수소(H2O2)는 펄프 및 제지, 섬유, 수처리, 화합물 생산, 석유화학, 반도체 분야 등 다양한 산업에서 광택제, 소독제, 산화제, 연료 등으로 이용된다. 과산화수소의 생산량은 매년 증가하고 있으며, Transparency Market Research에 의하면 2023년 과산화수소의 세계 시장 규모는 약 7조 원에 달할 것으로 예상된다. 수소와 산소를 이용하여 과산화수소를 직접 합성하는 경우, 반응 자체는 간단해 보이지만, 기술적으로 어려운 반응이기 때문에 아직 상용화 공정이 개발되지 않고 있다. 그러나 종래의 비효율적인 과산화수소 합성 공정을 대체하기 위해, 과산화수소 직접 합성 공정의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 과산화수소 직접 합성을 위한 새로운 형태의 촉매 구조체 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 새로운 형태의 과산화수소 합성 장치를 제공함으로써, 과산화수소 합성 효율을 향상시키고 미반응 가스의 회수 및 재활용이 용이하도록 하여 생산성을 높이는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인; 및 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매;를 포함하되, 상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 촉매 구조체가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 내부에 제1 수용부가 형성되어 있으며, 일면에 개구부가 형성되어 있는 제1 프레임; 상기 제1 프레임의 개구부가 덮이도록 배치되며, 상기 제1 수용부를 향하는 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인 및 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매를 구비하는 촉매 구조체; 상기 촉매 구조체와 함께 내부에 제2 수용부가 형성되도록 상기 제1 프레임에 설치되는 제2 프레임; 상기 제1 수용부 내로 수소를 공급하는 수소 공급 수단; 및 상기 제2 수용부 내로 산소를 공급하는 산소 공급 수단;을 포함하되, 상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 과산화수소 직접 합성을 위한 새로운 형태의 촉매 구조체 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 수소 가스와 산소 가스가 촉매와 접촉하는 확률이 증가하는 새로운 형태의 과산화수소 합성 장치를 제공함으로써, 과산화수소 합성 효율을 향상되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 과산화수소 합성 장치는 미반응 가스의 회수가 용이하고 별도로 촉매를 회수하지 않고 재활용이 가능하므로 생산성이 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 과산화수소 합성 장치에 이용되는 촉매 구조의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 과산화수소 합성 장치에 이용되는 촉매 구조의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면을 도시하고 있다.
과산화수소의 직접합성 반응은 수소와 산소를 이용한 반응으로, 반응 자체는 간단해 보이지만, 기술적으로 어려운 반응이기 때문에 아직 상용화 공정이 개발되지 않고 있다. 과산화수소의 직접 합성은 해리가 억제된 산소 분자와 해리된 수소가 촉매에 공급되는 확률이 높을수록 효율이 증가한다.
본 발명은 해리가 억제된 산소 분자와 해리된 수소가 공급되는 확률을 높이는 것에 관한 것으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(100)는 제1 프레임(110), 촉매 구조체(120), 제2 프레임(130), 산소 공급 수단(140), 수소 공급 수단(150) 및 수소 배출 수단(160)을 구비한다.
제1 프레임(110)은 내부에 제1 수용부(112)가 형성되어 있으며, 일면에 개구부(114)가 형성된다. 제1 프레임(110)은 내부가 비어있는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 이 중 하나의 면 중 일부에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 제1 프레임(110)의 재질은 제한이 없으며, 플라스틱, 금속 등으로 형성될 수 있다.
촉매 구조체(120)는 제1 프레임(110)의 개구부(114)가 덮이도록 제1 프레임(110)에 배치되며, 다공성 멤브레인(122)과 과산화수소 합성용 촉매(124)를 구비한다. 이때 다공성 멤브레인(122)의 제1 면이 제1 프레임(110)의 개구부(114)를 향하도록 배치되며, 다공성 멤브레인(122)의 제1 면과 대향하는 제2 면에 과산화수소 합성용 촉매(124)가 배치된다. 다공성 멤브레인(122)은 도 1에 도시된 바와 같이 다공성 멤브레인(122)의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도(θ)가 예각이 되도록 경사지게 배치된다. 이와 같이 다공성 멤브레인(122)의 제2 면이 경사지게 배치될 때 산소 가스가 과산화수소 합성용 촉매(124)와 접촉하는 확률이 향상된다. 다공성 멤브레인(122)은 수소 가스가 확산하여 과산화수소 합성용 촉매(124)까지 전달될 수 있으면, 어떠한 형태이어도 관계없으며, 예컨대, AAO(Anodic Aluminum Oxide) 템플레이트(template)가 이용될 수 있다. 과산화수소 합성용 촉매(124)는 수소와 산소의 반응으로 과산화수소를 합성할 수 있는 촉매이기만 하면 어떠한 것이어도 관계없다.
제2 프레임(130)은 촉매 구조체(120) 및 제1 프레임(110)과 함께 내부에 제2 수용부(132)가 형성되도록 제1 프레임(110)에 배치된다. 그리고 제2 프레임(130)은 상부가 개방된 형태일 수 있다. 제2 프레임(130)의 제2 수용부(132)에는 액체(134)가 담겨있을 수 있다. 제2 프레임(130)의 재질은 제한이 없으며, 플라스틱, 금속 등으로 형성될 수 있으며, 제1 프레임(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
산소 공급 수단(140)은 제2 프레임(130)의 제2 수용부(132)로 산소를 공급하는 수단이다. 산소 공급 수단(140)은 제2 수용부(132) 내로 산소를 공급할 수 있으면 어떠한 수단이 채용되어도 관계없으며, 예컨대 인젝터(injector) 형태일 수 있다. 이때 산소 공급 수단(140)에 의해 공급된 산소가 상부로 빠져나가면서 촉매 구조체(120)와 접촉될 확률이 증가하도록, 산소 공급 수단(140)은 제2 프레임(130)의 하부에 촉매 구조체(120)와 인접하게 설치될 수 있다.
수소 공급 수단(150)은 제1 프레임(110)의 제1 수용부(112)로 수소를 공급하는 수단이다. 수소 공급 수단(150)은 제1 수용부(112) 내로 수소를 공급할 수 있으면 어떠한 수단이 채용되어도 관계없으며, 예컨대 인젝터 형태일 수 있다. 그리고 수소 배출 수단(160)은 제1 수용부(112)에 공급된 수소를 배출하는 수단이다. 수소 배출 수단(160)은 제1 수용부(112) 내의 수소를 배출할 수만 있으면 어떠한 수단이 채용되어도 관계없으며, 예컨대 관 형상일 수 있다. 이때, 수소 공급 수단(150)에 의해 공급된 산소가 수소 배출 수단(160)에 의해 배출되는 동안 촉매 구조체(120)와 접촉될 확률이 증가하도록, 수소 공급 수단(150)은 제1 프레임(110)의 하부에 개구부(114)와 인접하게 설치될 수 있으며, 수소 배출 수단(160)은 제1 프레임(110)의 상부에 개구부(114)와 인접하게 설치될 수 있다.
도 1에 도시된 과산화수소 합성 장치(100)에서 수소 가스는 제1 프레임(110)의 제1 수용부(112)로 공급된 후, 촉매 구조체(120)의 다공성 멤브레인(122)을 통해 확산하여 과산화수소 합성용 촉매(124)로 전달된다. 그리고 산소 가스는 제2 프레임(130)의 제2 수용부(132)로 공급되어 과산화수소 합성용 촉매(124)와 접촉하게 된다. 이와 같이 과산화수소 합성용 촉매(124)에 전달된 수소 가스와 산소 가스가 반응하여 과산화수소 합성용 촉매(124)에 의해 과산화수소가 합성된다. 이러한 과산화수소 합성 장치(100)는 다공성 멤브레인(122)의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도(θ)가 예각을 이루고 있으므로, 제2 수용부(132) 내에 담겨 있는 액체(134)로 공급된 산소 가스가 다공성 멤브레인(122)의 제2 면에 형성된 과산화수소 합성용 촉매(124)와 접촉될 확률이 증가하게 된다. 또한, 제1 수용부(112)에 공급된 수소 가스가 다공성 멤브레인(122)을 통해 과산화수소 합성용 촉매(124)에 전달될 때, 과산화수소 합성용 촉매(124)와 접하고 있는 액체(134)에 의해 전달된 수소 가스가 과산화수소 합성용 촉매(124) 주변에 머무르는 시간이 길어지므로, 과산화수소 합성용 촉매(124)와 접촉하는 확률이 증가하게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(100)는 과산화수소 합성용 촉매(124)와 산소 가스 및 수소 가스가 접촉하는 확률이 극대화되므로, 과산화수소 합성 효율이 증가하게 된다. 또한, 미반응 수소 가스는 수소 배출 수단(160)을 통해 용이하게 회수가 가능하며, 미반응 산소 가스는 제2 수용부(132)에 담겨 있는 액체(134)를 빠져나오는 기포를 회수함으로써 용이하게 회수할 수 있다. 그리고 본 발명에 이용되는 촉매 구조체(120)는 분말 형태의 촉매를 사용하는 것이 아니므로 별도로 촉매를 회수할 필요가 없으며 재활용하기에도 용이하다.
본 발명의 실시예에 이용될 수 있는 촉매 구조체(120)의 두 가지의 예를 도 2와 도 3에 도시하였다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 이용되는 촉매 구조체(120a)의 일 예는 AAO 템플레이트(122a) 상에 팔라듐(Pd) 촉매(124a)가 형성된 형태일 수 있다. 팔라듐 촉매(124a)는 산소 분자의 해리를 억제하는 기능과 수소 분자를 해리시키는 기능을 동시에 가지므로, 과산화수소 직접 합성 반응에 활성을 갖는 촉매이다. 따라서 AAO 템플레이트(122a)를 통해 확산되어 전달된 수소 가스와 제2 수용부(132)에 담겨 있는 액체(134)를 통해 공급되는 산소 가스가 팔라듐 촉매(124a)에서 반응하여 과산화수소가 합성될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 이용되는 촉매 구조체(120b)의 다른 예는 AAO 템플레이트(122b) 상에 수소 분자 해리 촉매(126b)와 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)가 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 그리고 적층된 수소 분자 해리 촉매(126b)와 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)가 과산화수소 합성용 촉매(124b)를 이룬다. 수소 분자 해리 촉매(126a)는 AAO 템플레이트(122b)를 통해 확산되어 전달된 수소 가스를 해리시키기 위한 촉매로, 수소 분자의 해리에 이용될 수 있는 촉매이기만 하면 특별히 제한은 없으며, 예컨대, 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 백금(Pt)이나 이들의 조합 등이 이용될 수 있다. 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)는 제2 수용부(132)에 담겨 있는 액체(134)를 통해 공급되는 산소 가스의 해리를 억제하는 촉매로, 산소 분자의 해리를 억제할 수 있는 촉매이기만 하면 특별히 제한은 없으며, 예컨대, 은(Ag), 금(Au)이나 이들의 조합 등이 이용될 수 있다. 이와 같은 구조를 갖는 과산화수소 합성용 촉매(124b)는 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)와 수소 분자 해리 촉매(126b)의 계면에서 산소 분자와 해리된 수소가 반응하여 과산화수소가 합성될 수 있다. 이때 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)가 나노와이어(nanowire)이거나 나노점(nanodot)의 어레이(array) 형태로 형성되면, 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)와 수소 분자 해리 촉매(126b)의 계면의 면적이 증가하므로, 과산화수소 합성 효율이 증가하게 된다. 또한, 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)가 나노와이어 또는 나노점의 어레이 형태인 경우, 요철에 의해 제2 수용부(132)에 담겨 있는 액체(134)를 통해 공급되는 산소 가스의 체류 시간이 증가할 수도 있다. 그리고 산소 분자 해리 억제 촉매(128b)가 나노와이어 형태로 형성될 경우, 이 나노와이어는 수직한 방향이나 수평한 방향 어느 방향으로 배열되어도 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(200)는 제1 프레임(210), 촉매 구조체(220), 제2 프레임(230), 산소 공급 수단(240), 수소 공급 수단(250), 수소 배출 수단(260) 및 수소 기류 유도관(270)을 구비한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(200)에 구비되는 제1 프레임(210), 촉매 구조체(220), 제2 프레임(230), 산소 공급 수단(240), 수소 공급 수단(250) 및 수소 배출 수단(260)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(100)에 구비되는 제1 프레임(110), 촉매 구조체(120), 제2 프레임(130), 산소 공급 수단(140), 수소 공급 수단(150) 및 수소 배출 수단(160)과 그 기능과 구성이 대응되므로, 도 1과 그에 따른 설명으로 대체하고 자세한 설명은 생략한다.
수소 기류 유도관(270)은 수소 공급 수단(250)과 수소 배출 수단(260)을 연결하도록 제1 수용부(212) 내에 설치된다. 이를 통해, 수소 공급 수단(250)으로부터 제1 수용부(212) 내로 공급된 수소 가스가 다공성 멤브레인(222)의 제1 면과 접촉되는 확률이 증가될 수 있다. 결국, 수소 기류 유도관(270)에 의해 다공성 멤브레인(222)을 통해 과산화수소 합성용 촉매(224)에 전달되는 수소 가스의 양이 증가하므로, 과산화수소 합성 효율이 증가할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(300)는 제1 프레임(310), 촉매 구조체(320), 제2 프레임(330), 산소 공급 수단(340), 수소 공급 수단(350), 수소 배출 수단(360) 및 수소 유량 제어 수단(370)을 구비한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(300)에 구비되는 제1 프레임(310), 촉매 구조체(320), 제2 프레임(330), 산소 공급 수단(340), 수소 공급 수단(350) 및 수소 배출 수단(360)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과산화수소 합성 장치(100)에 구비되는 제1 프레임(110), 촉매 구조체(120), 제2 프레임(130), 산소 공급 수단(140), 수소 공급 수단(150) 및 수소 배출 수단(160)과 그 기능과 구성이 대응되므로, 도 1과 그에 따른 설명으로 대체하고 자세한 설명은 생략한다.
수소 유량 제어 수단(370)은 제1 수용부(312) 내에 설치되어, 수소 공급 수단(350)을 통해 공급된 수소 가스의 유량, 유속, 진행 방향 등을 제어한다. 특히, 수소 유량 제어 수단(370)은 개구부(314)에 의해 표면이 노출되어 있는 다공성 멤브레인(322)의 제1 면으로 향하는 수소의 유량이 증가되도록 한다. 이를 통해, 수소 공급 수단(350)으로부터 제1 수용부(312) 내로 공급된 수소 가스가 다공성 멤브레인(322)의 제1 면과 접촉되는 확률이 증가될 수 있다. 결국, 수소 유량 제어 수단(370)에 의해 다공성 멤브레인(322)을 통해 과산화수소 합성용 촉매(324)에 전달되는 수소 가스의 양이 증가하므로, 과산화수소 합성 효율이 증가할 수 있게 된다. 이때, 수소 유량 제어 수단(370)은 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 프로펠러일 수 있으며, 이 프로펠러로 다공성 멤브레인(322)의 제1 면으로 향하는 기류를 만들어 다공성 멤브레인(322)의 제1 면으로 향하는 수소의 유량이 증가되도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (18)

  1. 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인; 및
    상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매;를 포함하며,
    상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되며, 수소 분자 해리 촉매와 산소 분자 해리 억제 촉매가 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 합성용 촉매는 수소와 산소를 반응으로 과산화수소를 합성하는 촉매로,
    수소는 상기 다공성 멤브레인의 제1 면을 통해 상기 과산화수소 합성용 촉매로 공급되고,
    산소는 상기 과산화수소 합성용 촉매 상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과산화수소 합성용 촉매는 팔라듐(Pd)인 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수소 분자 해리 촉매는 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산소 분자 해리 억제 촉매는 은(Ag) 및 금(Au) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산소 분자 해리 억제 촉매는,
    상기 수소 분자 해리 촉매 상에 형성된, 나노와이어(nanowire)이거나 나노점(nanodot)의 어레이(array)인 것을 특징으로 하는 촉매 구조체.
  8. 내부에 제1 수용부가 형성되어 있으며, 일면에 개구부가 형성되어 있는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임의 개구부가 덮이도록 배치되며, 상기 제1 수용부를 향하는 제1 면과 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 형성되어 있는 다공성 멤브레인 및 상기 다공성 멤브레인의 제2 면에 형성되는 과산화수소 합성용 촉매를 구비하는 촉매 구조체;
    상기 촉매 구조체와 함께 내부에 제2 수용부가 형성되도록 상기 제1 프레임에 설치되는 제2 프레임;
    상기 제1 수용부 내로 수소를 공급하는 수소 공급 수단; 및
    상기 제2 수용부 내로 산소를 공급하는 산소 공급 수단;을 포함하며,
    상기 다공성 멤브레인의 제2 면의 법선 방향과 중력 방향이 이루는 각도가 예각이 되도록 상기 다공성 멤브레인이 경사지게 배치되고,
    상기 수소 공급 수단을 통해 상기 제1 수용부 내로 공급된 수소가 상기 다공성 멤브레인의 제1 면과의 접촉이 증가되도록 상기 제1 수용부 내에 설치되며, 상기 수소 공급 수단과 수소 배출 수단을 연결하는 수소 기류 유도관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 수용부 내에는 액체가 담겨 있는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 산소 공급 수단은 상기 제2 프레임의 하부에 상기 촉매 구조체와 인접하게 설치되고,
    상기 수소 공급 수단은 상기 제1 프레임의 하부에 상기 개구부와 인접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 수용부 내에 공급된 수소를 배출하는 상기 수소 배출 수단을 더 구비하고,
    상기 수소 배출 수단은 상기 제1 프레임의 상부에 상기 개구부와 인접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수소 공급 수단을 통해 상기 제1 수용부 내로 공급된 수소 중 상기 다공성 멤브레인의 제1 면으로 향하는 수소의 유량이 증가되도록 상기 제1 수용부 내에 설치되는 수소 유량 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  14. 제8항 내지 제11항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과산화수소 합성용 촉매는 팔라듐(Pd)인 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  15. 제8항 내지 제11항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과산화수소 합성용 촉매는,
    수소 분자 해리 촉매와 산소 분자 해리 억제 촉매가 상기 다공성 멤브레인의 제2 면 상에 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수소 분자 해리 촉매는 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 산소 분자 해리 억제 촉매는 은(Ag) 및 금(Au) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 산소 분자 해리 억제 촉매는,
    상기 수소 분자 해리 촉매 상에 형성된, 나노와이어(nanowire)이거나 나노점(nanodot)의 어레이(array)인 것을 특징으로 하는 과산화수소 합성 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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