KR102081820B1 - Method for Disposing HFCs by Decomposition - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of decomposing and treating hydrofluorocarbons (HFCs), which are non-CO_2 greenhouse gas, using aluminum oxide carrying divalent magnesium ions. Aluminum oxide (Al_2O_3) used in the HFCs decomposition treatment method according to the present invention not only has an average particle size of micrometers, but also carries divalent magnesium ions (Mg^(2+)) to have a large BET specific surface area and increase a catalyst life, and thus it is possible to provide a method for decomposing HFCs with excellent efficiency even at low temperatures (650°C) by using the same.

Description

HFCs 분해 처리 방법{Method for Disposing HFCs by Decomposition}Method for Disposing HFCs by Decomposition}

본 발명은 2가 마그네슘 이온(Mg2+)이 담지된 산화알루미늄(이하 'Al2O3')을 이용하여 Non-CO2 온실가스인 HFCs를 분해하여 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for decomposing and treating HFCs, which are non-CO 2 greenhouse gases, using aluminum oxide (hereinafter, 'Al 2 O 3 ') loaded with divalent magnesium ions (Mg 2+ ).

온실 가스(greenhouse gases)는 지구 온난화, 기후 변화, 환경 재난(해수면 상승, 열, 가뭄 및 홍수)에 영향을 미치는 요인으로 알려져 있다.Greenhouse gases are known to affect global warming, climate change and environmental disasters (sea level rise, heat, droughts and floods).

CO2, CH4, N2O 및 O3와 같은 온실 가스는 자연적으로 생성되지만 인간의 활동으로 인해 농도가 증가하게 된다.Greenhouse gases such as CO 2 , CH 4 , N 2 O and O 3 are produced naturally, but their concentration increases due to human activity.

다양한 종류의 온실 가스 중에서, 불소화 온실 가스는 인간 활동에 의해 합성되고 방출될 뿐만 아니라 다른 온실 가스보다 훨씬 높은 지구 온난화 지수 (global warming potential; 이하 'GWP')를 가지고 있다.Among the various types of greenhouse gases, fluorinated greenhouse gases are not only synthesized and released by human activity but also have a much higher global warming potential (GWP) than other greenhouse gases.

따라서 이러한 불소화 온실 가스를 최소화하는데 중점을 두고 많은 연구가 진행되고 있다.Therefore, a lot of research is being conducted with an emphasis on minimizing such fluorinated greenhouse gases.

몬트리올 의정서(Montreal Protocol) 이후, 냉매로서 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbons; 이하 'CFCs')의 사용이 금지되었고, 그 후 하이드로플루오로카본(hydrofluorocarbons; 이하 'HFCs')이 CFCs의 대체물로 사용되었다.After the Montreal Protocol, the use of chlorofluorocarbons ('CFCs') as a refrigerant was banned, after which hydrofluorocarbons ('HFCs') were used as replacements for CFCs.

다양한 종류의 HFCs 중에서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(1,1,1,2-tetrauoroethane; 이하 'HFC-134a')이 에어컨에 가장 많이 사용되는 냉매이지만 GWP 값은 CO2 보다 1300배 높아 지구 온난화의 야기 등과 같은 문제가 되고 있다.Of the various HFCs, 1,1,1,2-tetrafluoroethane (1,1,1,2-tetrauoroethane; hereinafter 'HFC-134a') is the most commonly used refrigerant in air conditioners, but the GWP value is higher than that of CO 2 . It is 1,300 times higher, causing problems such as causing global warming.

HFC-134a에 대한 심각성은 교토 의정서(Kyoto Protocol)에서 강조되었으며, 키갈리 개정 의정서(Kigali Amendment)에서 HFC-134a의 사용량을 줄이기로 결정하였다.The seriousness of HFC-134a was emphasized in the Kyoto Protocol and it was decided to reduce the use of HFC-134a in the Kigali Amendment.

키갈리 개정 의정서 이후, 중합체 멤브레인(polymeric membrane)을 이용하여 HFC-134a를 정제한 후에 재사용하는 기술, 폐기물 HFC-134a의 직접적 파괴 기술과 같이, 배출된 HFC-134a를 분해하기 위한 다양한 기술이 사용되어왔다.Since the Kigali Revision Protocol, various techniques for decomposing the released HFC-134a have been used, such as the purification and reuse of HFC-134a using a polymeric membrane and the direct destruction of the waste HFC-134a. Has been.

그러나 상기 중합체 멤브레인 기술을 사용하여 배출된 HFC-134a를 정제할 수 있지만, 재사용에 필요한 목표 HFC-134a의 순도를 달성하는데 있어 높은 비용으로 인하여 기술적 및 경제적 한계가 극복하기 어려운 문제가 있으므로 HFC-134a의 직접적 파괴 기술이 고려되었다.However, although the discharged HFC-134a can be purified using the polymer membrane technology, the high cost of achieving the target HFC-134a purity required for reuse is difficult and technical limitations are difficult to overcome because of the HFC-134a. The direct destruction of is considered.

HFC-134a의 직접적 파괴 기술은 소각(incineration), 플라즈마(plasma) 및 열분해(pyrolysis)와 같은 열변환(thermal conversion) 기술을 적용하여 HFC-134a를 직접적으로 파괴할 수 있다.The direct destruction technology of HFC-134a can directly destroy HFC-134a by applying thermal conversion techniques such as incineration, plasma and pyrolysis.

구체적으로 직접적 파괴 기술 중 소각의 경우 공기 중 연소 및 보조 연료가 도입되지만, 소각 시 과도한 HF 생성으로 인한 추가 연료 투입 비용 및 장비 부식에 대한 문제가 있다.Specifically, incineration in direct destruction techniques introduces combustion and auxiliary fuels in the air, but there are problems with additional fuel input costs and equipment corrosion due to excessive HF generation during incineration.

또 다른 기술인 증기 플라즈마는 HFC-134a 분해 효율이 높은 기술이지만, 가스 내의 높은 HF 농도로 인한 장비의 부식과 증기 사용으로 인한 불안정한 플라즈마 방전으로 인해 플랜트 확대가 어려운 문제가 있어, 플라즈마 플랜트 건설과 운영의 고비용으로 인해 실제 상용화가 제한되는 문제가 있다.Another technology, steam plasma, is HFC-134a, which has high decomposition efficiency, but it is difficult to expand the plant due to the equipment's corrosion caused by high HF concentration in gas and unstable plasma discharge due to the use of steam, which makes high cost of plasma plant construction and operation. Due to this there is a problem that the actual commercialization is limited.

또 다른 기술인 열분해는 HFC-134a의 분해에 유리한 공정으로 간주될 수 있지만, HFC-134a의 높은 열안정성으로 인해 열분해 시 과도하게 높은 온도 (> 750 ℃)가 필요하다는 문제가 있다.Another technique, pyrolysis, can be considered as an advantageous process for the decomposition of HFC-134a, but due to the high thermal stability of HFC-134a there is a problem that excessively high temperature (> 750 ℃) is required for pyrolysis.

따라서 최근에 HFC-134a의 촉매 열분해 방법이 제안되었고, HFC-134a의 촉매 열분해의 경우 촉매로 Ni/Al2O3, 폐기물 콘크리트 및 금속 포스페이트 촉매를 사용함으로써 낮은 분해 온도로 HFC-134a의 직접적 파괴가 가능하다고 보고되었다.Therefore, a catalytic pyrolysis method of HFC-134a has recently been proposed, and in the case of catalytic pyrolysis of HFC-134a, direct destruction of HFC-134a at low decomposition temperatures by using Ni / Al 2 O 3 , waste concrete and metal phosphate catalysts as catalysts Has been reported to be possible.

구체적으로 종래 기술로서 CaO 및 Al2O3와 같은 금속 산화물 촉매의 HFC-134a 분해 효율을 비교한 내용이 개시되었 있다.Specifically, the prior art discloses a comparison of HFC-134a decomposition efficiency of metal oxide catalysts such as CaO and Al 2 O 3 .

이와 관련하여 Al2O3 촉매는 HFC-134a의 가장 높은 분해 효율을 나타낸다고 보고되었으나, AlF3로의 전환에 의한 Al2O3 촉매의 빠른 비활성화는 Al2O3 촉매의 사용을 제한하게 된다.In this regard, Al 2 O 3 catalyst was reported to exhibit the highest destruction efficiency of HFC-134a, rapid deactivation of the Al 2 O 3 catalyst by conversion to AlF 3 is to restrict the use of Al 2 O 3 catalyst.

그러나 HFCs의 분해 시 이용되는 촉매의 전체 수명을 늘리기 위한 체계적인 연구는 전무한 실정이므로 이에 대한 연구가 시급한 실정이다.However, there is no systematic research to increase the overall lifetime of catalysts used in the decomposition of HFCs, so it is urgent to study them.

한국공개특허 제10-2002-0000152호Korean Patent Publication No. 10-2002-0000152

본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, Al2O3 촉매에 금속을 함침시켜 Al2O3 촉매의 수명을 증가시킴으로써 Non-CO2 온실가스인 HFCs의 처리 효율을 개선할 수 있는 HFCs의 분해 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention, as having been made in view of solving the disadvantages of the prior art, Al 2 O was impregnated to a metal in the third catalyst Al 2 O 3 treatment efficiency of the HFCs in Non-CO 2 greenhouse gas emissions by increasing the life of the catalyst It is an object of the present invention to provide a decomposition treatment method of HFCs that can improve the efficiency.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, The present invention, in order to achieve the above object,

평균 입도가 1.0 내지 2.0 mm이고, 평균 BET 비표면적이 200 내지 250 m2/g이며, 평균 기공 크기가 5 내지 10 nm이고, 평균 기공 부피가 0.1 내지 1 cm3/g인, 마그네슘 2가 이온(Mg2+)이 담지된 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 분해 촉매를 사용하여 HFCs를 분해시키는 것인 HFCs 분해 처리 방법을 제공한다.Magnesium divalent ions having an average particle size of 1.0 to 2.0 mm, an average BET specific surface area of 200 to 250 m 2 / g, an average pore size of 5 to 10 nm, and an average pore volume of 0.1 to 1 cm 3 / g. Provided is a method for treating HFCs, wherein the HFCs are decomposed using a decomposition catalyst containing (Mg 2+ ) -supported aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

본 발명에 따른 HFCs의 분해 처리 방법 시 이용되는 마그네슘 2가 이온이 담지된 Al2O3 촉매는 마그네슘 2가 이온이 담지됨으로써 촉매 수명을 증가시킬 수 있으며, 마그네슘 2가 이온이 담지된 Al2O3 촉매를 이용함으로써 저온(650 ℃)에서도 HFCs를 우수한 효율로 분해할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.Al 2 O 3 catalyst containing magnesium divalent ions used in the decomposition treatment method of HFCs according to the present invention can increase the catalyst life by supporting magnesium divalent ions, Al 2 O supported magnesium divalent ion By using three catalysts, it is possible to provide a method for decomposing HFCs with excellent efficiency even at low temperatures (650 ° C.).

본 발명에 따른 HFCs의 분해 처리 방법은 HFCs를 우수한 효율로 분해함으로써 부산물인 트리플루오로에틸렌을 우수한 효율로 생성할 수 있다.The decomposition treatment method of HFCs according to the present invention can generate by-product trifluoroethylene with excellent efficiency by decomposing HFCs with excellent efficiency.

도 1은 수직형 플러그 흐름 반응기-기체크로마토그래피/질량분석기(VPFR-GC/MS) 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 암모니아의 승온탈착(NH3-TPD) 곡선을 나타낸 도면이다.
도 3은 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 이산화탄소의 승온탈착(CO2-TPD) 곡선을 나타낸 도면이다.
도 4는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매에 대한 X선 회절(X-ray diffraction; 이하 'XRD') 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매이용 시 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a)의 전환율을 나타낸 도면이다.
도 6은 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매 이용하여 HFC-134a의 촉매 분해 시 트리플루오로에틸렌(Trifluoroethylene, C2HF3; HFO-1123, 이하 'TrFE')의 형성 속도를 나타낸 도면이다.
도 7은 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매 상에 증착된 코크스의 산화 시차 열중량(Differential Thermogravimetric; 이하 'DTG') 분석 곡선을 나타낸 도면이다.
도 8은 HFC-134a 촉매 분해 후 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매에 대한 XRD 패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매를 이용하여 HFC-134a의 촉매 분해 시 CO2의 형성 속도를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic representation of a vertical plug flow reactor-gas chromatography / mass spectrometer (VPFR-GC / MS) system.
FIG. 2 shows the temperature desorption (NH 3 -TPD) curves of ammonia of Al 2 O 3 catalysts and Mg / Al 2 O 3 catalysts fired at different temperatures (500 and 650 ° C.).
3 is a diagram showing the temperature desorption (CO 2 -TPD) curve of carbon dioxide of an Al 2 O 3 catalyst and an Mg / Al 2 O 3 catalyst calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.).
FIG. 4 shows X-ray diffraction (hereinafter 'XRD') patterns for Al 2 O 3 catalysts and Mg / Al 2 O 3 catalysts calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.).
5 shows the conversion of 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC-134a) with Al 2 O 3 catalyst and Mg / Al 2 O 3 catalyst calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.) Drawing.
FIG. 6 shows trifluoroethylene (H 2 OF 3; HFO-1123, below) when catalytic decomposition of HFC-134a is carried out using Al 2 O 3 catalyst and Mg / Al 2 O 3 catalyst calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.). 'TrFE') is a view showing the formation rate.
FIG. 7 shows a differential differential thermogravimetric (DTG) analysis curve of coke deposited on Al 2 O 3 catalysts and Mg / Al 2 O 3 catalysts calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.). Drawing.
FIG. 8 is a diagram showing an XRD pattern of an Al 2 O 3 catalyst and an Mg / Al 2 O 3 catalyst after HFC-134a catalytic decomposition.
FIG. 9 is a graph showing the formation rate of CO 2 during catalytic decomposition of HFC-134a using Al 2 O 3 catalyst and Mg / Al 2 O 3 catalyst calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.).

본 발명은 평균 입도가 1.0 내지 2.0 mm이고, 평균 BET 비표면적이 200 내지 250 m2/g이며, 평균 기공 크기가 5 내지 10 nm이고, 평균 기공 부피가 0.1 내지 1 cm3/g인, 마그네슘 2가 이온(Mg2+)이 담지된 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 분해 촉매를 사용하여 HFCs를 분해시키는 것인 HFCs 분해 처리 방법을 제공하는 것이다.Magnesium having an average particle size of 1.0 to 2.0 mm, an average BET specific surface area of 200 to 250 m 2 / g, an average pore size of 5 to 10 nm and an average pore volume of 0.1 to 1 cm 3 / g The present invention provides a HFCs decomposition treatment method in which HFCs are decomposed using a decomposition catalyst including aluminum oxide (Al 2 O 3 ) carrying bivalent ions (Mg 2+ ).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 Al2O3는 γ-Al2O3 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, Al 2 O 3 may be γ-Al 2 O 3 .

상기 분해 촉매는 비표면적과 기공 부피가 크고 평균 기공 크기가 작을 수록 우수한 분해 효과를 제공한다. 그러므로 상기에 기재한 범위 내에서 우수한 HFCs의 분해 효과를 제공한다.The decomposition catalyst provides an excellent decomposition effect as the specific surface area and the pore volume and the average pore size are small. Therefore, it provides an excellent decomposition effect of HFCs within the range described above.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분해 촉매는 마그네슘 2가 이온(Mg2+)의 중량을 기준으로 2% 내지 10%를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 분해 촉매는 마그네슘 2가 이온(Mg2+)의 중량을 기준으로 2.5 내지 7.5% 또는 3 내지 6%를 포함할 수 있다. 상기 마그네슘 2가 이온(Mg2+)의 함량을 벗어날 경우 분해 촉매의 수명이 감소하게 되고 강산 부위의 수가 증가하게 되어 HFCs 분해 시 분해 효율이 떨어지는 문제가 있다.In one embodiment of the present invention, the decomposition catalyst may comprise 2% to 10% based on the weight of magnesium divalent ions (Mg 2+ ). Specifically, the decomposition catalyst may include 2.5 to 7.5% or 3 to 6% based on the weight of magnesium divalent ions (Mg 2+ ). When the magnesium divalent ions (Mg 2+ ) is out of the content, the lifetime of the decomposition catalyst is reduced and the number of strong acid sites is increased, which leads to a problem in that decomposition efficiency is lowered when HFCs are decomposed.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분해 촉매는 1 내지 3시간 동안 500 내지 650 ℃에서 소성된 것일 수 있다. 구체적으로는 상기 분해 촉매는 2시간 동안 650 ℃에서 소성된 것일 수 있다. 소성온도가 650 ℃일 경우 강산 부위의 수를 감소시킬 수 있으며, 강산 부위의 수를 감소시킴으로써 약산성/강산성의 상대 비율(Weak Acid Amount/Strong Acid Amount)이 증가하게 되어 우수한 HFCs의 촉매 분해 효율을 기대할 수 있는 이점이 있다.In one embodiment of the present invention, the decomposition catalyst may be calcined at 500 to 650 ℃ for 1 to 3 hours. Specifically, the decomposition catalyst may be calcined at 650 ° C. for 2 hours. When the firing temperature is 650 ℃, the number of strong acid sites can be reduced, and by reducing the number of strong acid sites, the relative ratio of weak acid / strong acid acid (Weak Acid Amount / Strong Acid Amount) is increased, thereby improving the catalytic decomposition efficiency of HFCs. There is an expected benefit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분해 촉매는 약산성/강산성의 양에 대한 비율이 0.7 내지 1.5일 수 있다. 구체적으로는 상기 분해 촉매는 약산성/강산성의 양에 대한 비율이 1.2 내지 1.5이거나, 또는 1.3 내지 1.4 일 수 있다. 상기 범위 내의 약산성/강산성의 양에 대한 비율을 가진다는 것은 강산 부위의 수가 감소한다는 것이므로 우수한 HFCs의 촉매 분해 효율을 기대할 수 있는 이점이 있다.In one embodiment of the present invention, the decomposition catalyst may be a ratio of 0.7 to 1.5 with respect to the amount of weak acid / strong acid. Specifically, the decomposition catalyst may have a ratio of 1.2 to 1.5 or 1.3 to 1.4 with respect to the amount of weak acid / strong acid. Having a ratio with respect to the amount of weak acid / strong acid in the above range is that the number of strong acid sites is reduced, there is an advantage that can expect excellent catalytic decomposition efficiency of HFCs.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 HFCs는 알칸(CnH2n+2)의 수소 일부가 불소(F)로 치환된 할로알칸(Haloalkanes) 화합물인 것일 수 있으며, 구체적으로는 HFCs는 HFC-23, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-152a, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-236fa, HFC-245ca, 또는 상기 성분들을 1종 이상 포함하는 혼합 냉매일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the HFCs may be a haloalkanes (Haloalkanes) compound in which a part of the hydrogen of the alkanes (C n H 2n + 2 ) is substituted with fluorine (F), specifically HFCs is HFC- 23, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-152a, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-236fa, HFC-245ca, or a mixed refrigerant including one or more of the above components.

HFCs는 다음과 같은 물리, 화학적인 특성을 갖는다.HFCs have the following physical and chemical properties:

[표 1]TABLE 1

Figure 112019095071567-pat00001
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Figure 112019095071567-pat00002
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또한, HFCs 혼합냉매의 예로는 하기 표 2에 기재된 것을 들 수 있다. In addition, examples of the HFCs mixed refrigerants include those listed in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure 112019095071567-pat00003
Figure 112019095071567-pat00003

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 HFCs 분해 처리 방법은 300 내지 650℃에서 촉매 열분해로 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로는 550 내지 650℃에서 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 550 내지 650℃에서 분해를 실시하는 경우 HFCs의 100% 분해 지속시간이 현저하게 길어지게 하는 효과를 얻을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the HFCs decomposition treatment method may be performed by catalytic pyrolysis at 300 to 650 ℃. It is more preferable to carry out at 550-650 degreeC specifically ,. When the decomposition is performed at 550 to 650 ° C., 100% decomposition duration of HFCs may be remarkably long.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 HFCs 분해 처리 방법은 촉매 단위 질량당 공간속도(WHSV)가 3000~7000 mL/gcat·h 되도록 촉매를 컬럼에 충진하여 사용할 수 있다. 위 범위 내의 촉매 단위 질량당 공간속도가 되도록 조절함으로써 HFCs 분해 처리 효율이 상승할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, the HFCs decomposition treatment method may be used by filling the column with a catalyst so that the space velocity per unit mass catalyst (WHSV) of 3000 ~ 7000 mL / gcat.h. By adjusting the space velocity per unit mass of the catalyst within the above range, HFCs decomposition treatment efficiency can be increased.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 HFCs 분해 처리에 의해 부산물을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 부산물은 트리플루오로에틸렌(Trifluoroethylene, C2HF3; HFO-1123)일 수 있다. 트리플루오로에틸렌은 플루오로플라스틱 및 플루오로고무의 합성을 위한 중요한 공급 원료이기 때문에, 본 발명인 HFCs 분해 처리 방법에 의해 효율적으로 트리플루오로에틸렌을 얻을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of obtaining by-products by the HFCs decomposition treatment may further include. Specifically, the byproduct may be trifluoroethylene (C 2 HF 3 ; HFO-1123). Since trifluoroethylene is an important feedstock for the synthesis of fluoroplastics and fluororubbers, trifluoroethylene can be efficiently obtained by the present HFCs decomposition treatment method.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help understand the present invention. However, the following examples are merely to illustrate the content of the present invention is not limited to the scope of the present invention. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<제조예><Production example>

1. 재료의 준비1. Preparation of materials

상업용 HFC-134a는 가스 제조업체인 리가스(RIGAS Co. Ltd., Daejeon) 에서 구입하여 사용하였고, 상업용 Al2O3 촉매 및 5중량% Mg/Al2O3 촉매는 사솔(Sasol)로부터 구입하여 사용하였으며, 구입한 상업용 Al2O3 촉매 및 5중량% Mg/Al2O3 촉매를 분쇄하고 체로 걸러 1.0 mm ~ 1.7 mm 사이의 평균 입자 크기를 갖는 작은 입자를 제조하였다.Commercial HFC-134a was purchased and used by gas manufacturer RIGAS Co. Ltd., Daejeon, and commercial Al 2 O 3 catalyst and 5 wt% Mg / Al 2 O 3 catalyst were purchased from Sasol. The commercial Al 2 O 3 catalyst and 5 wt% Mg / Al 2 O 3 catalyst purchased were ground and sieved to produce small particles having an average particle size between 1.0 mm and 1.7 mm.

2. Al2. Al 22 OO 33 -500-500 촉매의 제조Preparation of the catalyst

Al2O3 촉매를 2시간 동안 500 ℃에서 소성하였고, 이를 'Al2O3-500 촉매'로 명명하였다.The Al 2 O 3 catalyst was calcined at 500 ° C. for 2 hours, which was named 'Al 2 O 3 -500 catalyst'.

3. Al3. Al 22 OO 33 -650-650 촉매의 제조Preparation of the catalyst

Al2O3 촉매를 2시간 동안 650 ℃에서 소성하였고, 이를 'Al2O3-650 촉매'로 명명하였다.The Al 2 O 3 catalyst was calcined at 650 ° C. for 2 hours, which was named 'Al 2 O 3 -650 catalyst'.

4. Mg/Al4. Mg / Al 22 OO 33 -500 촉매의 제조Preparation of -500 Catalyst

5중량% Mg/Al2O3 촉매를 2시간 동안 500 ℃에서 소성하였고, 이를 'Mg/Al2O3-500 촉매' 로 명명하였다.The 5 wt% Mg / Al 2 O 3 catalyst was calcined at 500 ° C. for 2 hours, which was named 'Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst'.

5. Mg/Al5. Mg / Al 22 OO 33 -650 촉매의 제조Preparation of -650 Catalyst

5중량% Mg/Al2O3 촉매를 2시간 동안 650 ℃에서 소성하였고, 이를 각각 'Mg/Al2O3-650 촉매'로 명명하였다.The 5 wt% Mg / Al 2 O 3 catalyst was calcined at 650 ° C. for 2 hours, each named 'Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst'.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

Mg/AlMg / Al 22 OO 33 -500 촉매를 이용한 HFC-134a의 분해 테스트Decomposition Test of HFC-134a with -500 Catalyst

도 1과 같이 수직 플러그 흐름 반응기-기체크로마토그래피/질량 분석법(vertical plug ow reactor-gas chromatography/mass spectrometry; 이하 'VPFR-GC/MS')를 이용하여 HFC-134a의 촉매 분해에 대한 촉매의 효율을 테스트하였다.Catalyst efficiency for catalytic decomposition of HFC-134a using vertical plug ow reactor-gas chromatography / mass spectrometry (VPFR-GC / MS) as shown in FIG. Was tested.

VPFR-GC/MS 시스템은 가스 공급부(Gas supply), 반응부(Reactor), HF 트랩부(HF Trap) 및 밸브-GC/MS(Valve-GC/MS)로 구성되어 있다(도 1 참조).The VPFR-GC / MS system consists of a gas supply, a reactor, an HF trap, and a valve-GC / MS (see FIG. 1).

HFC-134a의 촉매 분해를 위해, 1.2 g의 Mg/Al2O3-500 촉매가 반응부(Reactor) 내의 촉매층에 취해졌고, 98 mL/min의 N2 가스 및 2 mL/min의 HFC-134a 가스가 가스 공급부(Gas supply)를 통해 VPFR-GC/MS 시스템에 공급되었다.For catalytic cracking of HFC-134a, 1.2 g of Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst was taken to the catalyst bed in the reactor, 98 mL / min N 2 gas and 2 mL / min HFC-134a Gas was supplied to the VPFR-GC / MS system through a gas supply.

VPFR-GC/MS 시스템의 안정화 후, 600 ℃의 온도가 열분해 온도로 설정되었고 HFC-134a의 촉매 분해가 시작되었다.After stabilization of the VPFR-GC / MS system, a temperature of 600 ° C. was set to the pyrolysis temperature and catalytic decomposition of HFC-134a began.

시스템의 가스 시공간 속도(gas hourly space velocity; 이하 'GHSV') 및 촉매 단위 질량당 시공간 속도(weight hourly space velocity; 이하 'WHSV')는 각각 1667 h-1 및 5000 mL gcat -1 h-1이었다.The gas hourly space velocity (GHSV) and the weight hourly space velocity (WHSV) per unit mass of the catalyst are 1667 h -1 and 5000 mL g cat -1 h -1, respectively. It was.

반응기로부터 방출된 생성 가스를 CaO를 함유하는 HF 트랩을 통해 밸브 GC/MS 시스템(7890A/5975C inert, Agilent, Santa Clara, USA)으로 옮겼다.The product gas released from the reactor was transferred to a valve GC / MS system (7890A / 5975C inert, Agilent, Santa Clara, USA) via an HF trap containing CaO.

하기 표 3에는 HFC-134a의 분해 테스트에서 수행된 GC/MS 조건을 나타내고 있다.Table 3 below shows the GC / MS conditions performed in the decomposition test of HFC-134a.

[표 3]TABLE 3

Figure 112019095071567-pat00004
Figure 112019095071567-pat00004

상기 조건에서 수행된 GC/MS를 통해 얻어진 GC/MS 크로마토그램 상의 피크는 MS 라이브러리(NIST 08th)를 사용하여 크로마토그램 상의 각 피크의 질량 스펙트럼을 비교함으로써 확인하였다.Peaks on the GC / MS chromatogram obtained through GC / MS performed at the above conditions were confirmed by comparing the mass spectra of each peak on the chromatogram using MS library (NIST 08th).

HFC-134a의 전환율(단위: %)은 하기 식 1을 사용하여 산출되었다.The conversion rate (unit:%) of HFC-134a was calculated using Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112019095071567-pat00005
Figure 112019095071567-pat00005

상기 식 1에서, Ain은 반응 가스에서 HFC-134a의 피크 면적이고, Aout은 생성 가스에서 HFC-134a의 피크 면적을 의미한다.In Equation 1, A in represents the peak area of HFC-134a in the reaction gas, and A out represents the peak area of HFC-134a in the product gas.

실시예 2Example 2

Mg/AlMg / Al 22 OO 33 -650 촉매를 이용한 HFC-134a의 분해 테스트Decomposition Test of HFC-134a with -650 Catalyst

Mg/Al2O3-650 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 HFC-134a의 분해 테스트를 수행하였다.The decomposition test of HFC-134a was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst was used.

비교예 1Comparative Example 1

AlAl 22 OO 33 -500 촉매를 이용한 HFC-134a의 분해 테스트Decomposition Test of HFC-134a with -500 Catalyst

Al2O3-500 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 HFC-134a의 분해 테스트를 수행하였다.The decomposition test of HFC-134a was performed under the same conditions as in Example 1 except that the Al 2 O 3 -500 catalyst was used.

비교예 2Comparative Example 2

AlAl 22 OO 33 -650 촉매를 이용한 HFC-134a의 분해 테스트Decomposition Test of HFC-134a with -650 Catalyst

Al2O3-650 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 HFC-134a의 분해 테스트를 수행하였다.The decomposition test of HFC-134a was performed under the same conditions as in Example 1 except that the Al 2 O 3 -650 catalyst was used.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실험예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실험예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실험예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, an experimental example will be described in detail to help the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are merely to illustrate the content of the present invention is not limited to the scope of the present invention. Experimental examples of the present invention is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<실험예>Experimental Example

1. 방법1. How to

Al2O3-500, Al2O3-650, Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650 촉매의 BET 비표면적 및 기공 부피는 BET 분석기(Micromeritics 3Flex)를 사용하여 측정하였고, 촉매의 NH3-TPD 분석 및 XRD는 다른 곳에서 보고된 동일한 절차를 사용하여 수행되었다.BET specific surface area and pore volume of Al 2 O 3 -500, Al 2 O 3 -650, Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650 catalysts were measured using a BET analyzer (Micromeritics 3Flex) NH 3 -TPD analysis and XRD of the catalyst were carried out using the same procedure reported elsewhere.

2. 촉매의 물리 화학적 특성 분석2. Analysis of Physical and Chemical Properties of Catalysts

Mg/Al2O3 촉매의 BET 비표면적은 Mg/Al2O3-500 촉매의 경우 246 m2/g 이고, Mg/Al2O3-650 촉매의 경우 227 m2/g이었다. 그러나, Al2O3 촉매의 BET 비표면적은 Al2O3-500 촉매의 경우 139 m2/g이고, Al2O3-650 촉매의 경우 140 m2/g 이었다. Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 촉매 및 Mg/Al2O3-650 촉매)의 BET 비표면적이 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매)의 BET 비표면적 값 보다 크게 나타났다.The BET specific surface area of the Mg / Al 2 O 3 catalyst is 246 m 2 / g In the case of Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst, in the case of Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst was 227 m 2 / g. However, BET specific surface area of the Al 2 O 3 catalyst is 139 m 2 / g In the case of Al 2 O 3 -500 catalyst, in the case of Al 2 O 3 -650 catalyst was 140 m 2 / g. The BET specific surface area of Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst and Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst) is Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst) was greater than the BET specific surface area value.

이는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매)에 금속인 Mg가 함침되어 Al2O3 촉매의 BET 비표면적이 증가되었음을 시사한다.This suggests that the Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst) was impregnated with Mg as a metal to increase the BET specific surface area of the Al 2 O 3 catalyst.

도 2 및 표 4는 각각 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매) 및 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 촉매 및 Mg/Al2O3-650 촉매)의 NH3-TPD 곡선을 나타내고 있다.2 and Table 4 show Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst) and Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst and Mg / NH 3 -TPD curve of Al 2 O 3 -650 catalyst) is shown.

[표 4]TABLE 4

Figure 112019095071567-pat00006
Figure 112019095071567-pat00006

상기 표 4를 참조하면, Mg/Al2O3-500 촉매(0.77) 및 Mg/Al2O3-650(0.65) 촉매는 각각 Al2O3-500 촉매(0.26) 및 Al2O3-650 촉매(0.23) 보다 약산(Weak Acid)의 양(Amount)이 훨씬 더 많았다.Referring to Table 4, the Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst (0.77) and Mg / Al 2 O 3 -650 (0.65) catalyst is Al 2 O 3 -500 catalyst (0.26) and Al 2 O 3- The amount of weak acid was much higher than that of the 650 catalyst (0.23).

이는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매)에 금속인 Mg가 함침되어 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매)의 약산성이 증가되었음을 시사하며, Mg가 첨가됨으로써 약한 루이스 산도를 증가시킬 수 있음을 시사한다. 따라서 Al2O3 촉매(Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매)에 금속인 Mg를 첨가하면 약한 루이스 산도가 증가한 것으로 결론 내릴 수 있다.This is because the Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst) is impregnated with Mg, which is a metal, to the Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650). It is suggested that the weak acidity of the catalyst) is increased, and that weak Lewis acidity can be increased by adding Mg. Therefore, it can be concluded that the addition of Mg, a metal, to the Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst) increased the weak Lewis acidity.

또한 Al2O3-650 촉매(0.86) 및 Mg/Al2O3-650 촉매(1.70)는 각각 Al2O3-500 촉매(0.98) 및 Mg/Al2O3-500(2.49) 촉매 보다 적은 수의 산 부위(Total Acid Amount)를 나타냈다.In addition, the Al 2 O 3 -650 catalyst (0.86) and the Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst (1.70) were respectively higher than those of the Al 2 O 3 -500 catalyst (0.98) and the Mg / Al 2 O 3 -500 (2.49) catalyst. Small acid sites (Total Acid Amount) were shown.

특히 Al2O3-650 촉매(0.29) 및 Mg/Al2O3-650 촉매(0.47)는 각각 Al2O3-500 촉매(0.47) 및 Mg/Al2O3-500(1.06) 촉매 보다 강산 부위가 적게 나타났다.In particular, the Al 2 O 3 -650 catalyst (0.29) and the Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst (0.47) were respectively higher than those of the Al 2 O 3 -500 catalyst (0.47) and Mg / Al 2 O 3 -500 (1.06). There were few strong acid sites.

이것은 더 높은 온도(650 ℃)에서 Al2O3 촉매와 Mg/Al2O3 촉매의 소성으로 인하여 강산 부위의 수를 감소시킬 수 있음을 시사한다.This suggests that at higher temperatures (650 ° C.), the number of strong acid sites can be reduced due to the firing of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst.

약산성/강산성의 상대 비율(Weak Acid Amount/Strong Acid Amount)은 Mg 함침 및 소성 온도의 증가에 따라 증가하였다 (표 4 참조).Weak Acid Amount / Strong Acid Amount was increased with increasing Mg impregnation and firing temperature (see Table 4).

도 3은 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 CO2-TPD 곡선을 나타내고 있다.3 shows the CO 2 -TPD curves of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst.

Mg/Al2O3-500 촉매 및 Mg/Al2O3-650 촉매는 Al2O3-500 촉매 및 Al2O3-650 촉매 보다 높은 염기도를 나타내었으며, 이는 Mg 함침에 의해 염기도가 증가함을 시사한다.Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst and Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst showed higher basicity than Al 2 O 3 -500 catalyst and Al 2 O 3 -650 catalyst, which increased the basicity by Mg impregnation. Suggests.

또한 Al2O3-650 촉매 및 Mg/Al2O3-650 촉매는 각각 Al2O3-500 촉매 및 Mg/Al2O3-500 촉매 보다 약염기 부위의 수가 많고 강염기 부위의 수는 적게 나타났다.In addition, Al 2 O 3 -650 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 -650 catalysts large number of weak base region than the respective Al 2 O 3 -500 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 -500 catalysts of the strong base sites were less .

NH3-TPD 및 CO2-TPD 결과를 통해 고온(650 ℃)에서 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매를 소성할 경우 약산 및 약염기 부위의 수를 증가시키고, 강산 및 강염기 부위의 수를 감소시킬 수 있음을 시사한다.Firing Al 2 O 3 catalyst and Mg / Al 2 O 3 catalyst at high temperature (650 ° C) through NH 3 -TPD and CO 2 -TPD results increases the number of weak and weak bases, Suggests that the number can be reduced.

균형 잡힌 약한 루이스 산도와 염기도는 HFC-134a의 촉매 분해에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다.Balanced weak Lewis acidity and basicity can affect the catalytic degradation of HFC-134a.

도 4는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 XRD 패턴을 나타내고 있다.4 shows the XRD patterns of Al 2 O 3 catalysts and Mg / Al 2 O 3 catalysts calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.).

구체적으로 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 XRD 패턴은 46.6˚, 67.1˚ 및 60.9˚ 2θ(JCPDS 29-63)에서 γ상을 나타내는 Al2O3의 특징적인 넓은 피크를 나타내었다.Specifically, the XRD patterns of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst showed characteristic broad peaks of Al 2 O 3 showing γ phase at 46.6 °, 67.1 ° and 60.9 ° 2θ (JCPDS 29-63). It was.

한편, XRD 피크는 강도에 의해 구별될 수 있다. XRD 피크의 강도는 원소 조성에 따라 다르게 나타나므로, 알루미나 상에 Mg의 함침은 Al2O3 촉매와 비교하여 피크의 강도를 감소시켰다 (도 4 참조).On the other hand, XRD peaks can be distinguished by intensity. Since the intensity of the XRD peaks varies depending on the elemental composition, the impregnation of Mg on the alumina reduced the intensity of the peak compared to the Al 2 O 3 catalyst (see FIG. 4).

또한 Mg 입자의 전형적인 XRD 피크는 Mg/Al2O3 촉매의 XRD 패턴에서 거의 나타나지 않았다. 이는 Mg가 Al 격자(Al lattice)의 치환 부위(substitutional sites)로 침투했음을 시사한다.Also, typical XRD peaks of Mg particles were hardly seen in the XRD patterns of Mg / Al 2 O 3 catalysts. This suggests that Mg has penetrated into the substitutional sites of the Al lattice.

Al2O3 촉매의 XRD 피크와 비교하여, Mg/Al2O3 촉매의 XRD 피크는 Al2O3 촉매의 XRD 피크 대비 더 넓은 피크를 가지며, 2θ 값은 약간 더 낮은 값으로 이동되었음을 확인하였다 (도 4 참조).Compared to the XRD peak of the Al 2 O 3 catalyst, the XRD peak of the Mg / Al 2 O 3 catalyst has a wider peak than the XRD peak of the Al 2 O 3 catalyst, and the 2θ value is shifted to a slightly lower value. (See Figure 4).

이를 통해 Al 매트릭스로의 Mg 원자가 침투함으로써 Mg/Al2O3의 XRD 패턴에서 Al 피크의 2θ가 이동하였음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that 2θ of the Al peak was shifted in the XRD pattern of Mg / Al 2 O 3 by the penetration of Mg atoms into the Al matrix.

Al3+(67.5pm) 보다 이온 반경이 더 큰 Mg2+ 이온(86 pm)은 이동이 적고 2차 상이 관찰되지 않았기 때문에 Mg2+ 이온은 Al 격자에 침투된 것으로 간주될 수 있다.Mg 2+ ions can be considered to have penetrated the Al lattice because Mg 2+ ions (86 pm), which have a larger ion radius than Al 3+ (67.5 pm), have less movement and no secondary phase is observed.

Mg/Al2O3-650 촉매는 Mg/Al2O3-500 촉매와 비교하여 강한 피크를 나타내는 ㄱ것을 통해 500 ℃에서 650 ℃로의 소성 온도를 증가시킴으로써 XRD 피크의 높이가 높아졌음을 확인하였다.The Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst was found to have a higher XRD peak height by increasing the firing temperature from 500 ° C. to 650 ° C. through a strong peak compared to the Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst. .

따라서 Mg/Al2O3 촉매는 Al2O3 촉매 보다 BET 비표면적이 크고 Mg/Al2O3의 약산 부위가 많은 것은 Al 격자의 치환 부위로의 Mg의 원자 침투에 의해 야기된 Al2O3의 구조적 변화에 기인한 것임을 알 수 있다.Therefore, the Mg / Al 2 O 3 catalyst has a higher BET specific surface area than the Al 2 O 3 catalyst and more weak acid sites of Mg / Al 2 O 3 , indicating that Al 2 O is caused by atomic infiltration of Mg into the substitution site of the Al lattice. It can be seen that due to the structural change of 3 .

3. HFC-134a의 촉매 분해 결과3. Catalytic Decomposition of HFC-134a

도 5는 600 ℃에서 Al2O3 및 Mg/Al2O3 촉매를 이용하여 HFC-134a를 촉매 분해하여 얻어진 HFC-134a의 전환율을 도시한다.FIG. 5 shows the conversion of HFC-134a obtained by catalytic decomposition of HFC-134a with Al 2 O 3 and Mg / Al 2 O 3 catalysts at 600 ° C. FIG.

HFC-134a의 비촉매 분해 시 필요한 온도는 750 ℃ 이상이므로, 600 ℃에서 HFC-134a는 비촉매 분해에 의해서는 분해되지 않았지만, Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 및 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)에 의해서는 촉매 분해가 일어났고, HFC-134a의 초기 분해 속도는 99.0% 보다 높게 나타났다.Since the temperature required for noncatalytic decomposition of HFC-134a is higher than 750 ℃, HFC-134a was not decomposed by noncatalytic decomposition at 600 ℃, but Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) and Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650), catalytic decomposition occurred, and the initial decomposition rate of HFC-134a was higher than 99.0%. It was high.

모든 촉매에 대한 HFC-134a(> 99%)의 높은 분해 속도는 6시간 이상 유지되었지만 촉매에 따라 분해 속도가 감소했다.The high rate of decomposition of HFC-134a (> 99%) for all catalysts was maintained for more than 6 hours, but the rate of degradation decreased with some catalysts.

도 5는 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 다양한 촉매에 대한 1,1,1,2-테트라 플루오로에탄(HFC-134a)의 전환율을 나타내고 있다.5 shows the conversion of 1,1,1,2-tetra fluoroethane (HFC-134a) for various catalysts calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.).

Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 장시간 동안 HFC-134a를 분해하였다.Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) have a longer duration than Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) HFC-134a was decomposed.

이것은 Al2O3의 표면에 함침된 Mg가 HFC-134a의 분해 반응에서 결정적인 역할을 할 수 있음을 시사한다.This suggests that Mg impregnated on the surface of Al 2 O 3 may play a decisive role in the decomposition reaction of HFC-134a.

Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 BET 비표면적이 크고, 약한 루이스산 부위가 많고 Mg/Al2O3 촉매의 약염기 부위가 많기 때문에 HFC-134a의 분해를 위한 촉매 수명이 증가할 수 있었다.Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) have a higher BET ratio than Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) Due to the large surface area, the weak Lewis acid sites and the weak base sites of the Mg / Al 2 O 3 catalyst, the catalyst life for the decomposition of HFC-134a could be increased.

이를 통해 촉매의 표면적이 클수록 더 나은 물질 전달이 가능해지므로 촉매가 HFC-134a와 접촉할 수 있는 더 나은 기회를 제공할 수 있음을 확인하였다.This confirms that the greater the surface area of the catalyst, the better the mass transfer, and thus the better the catalyst can be in contact with HFC-134a.

또한 650 ℃에서 소성된 Al2O3-650 및 Mg/Al2O3-650은 HFC-134a의 촉매 분해 측면에서 Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-500 보다 수명이 길었다.In addition, Al 2 O 3 -650 and Mg / Al 2 O 3 -650 calcined at 650 ° C. had a longer lifetime than Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -500 in terms of catalytic decomposition of HFC-134a.

Al2O3-650 및 Mg/Al2O3-650의 BET 비표면적은 각각 Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-500의 것과 유사하였다.The BET specific surface areas of Al 2 O 3 -650 and Mg / Al 2 O 3 -650 were similar to those of Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -500, respectively.

또한 촉매 소성 온도가 증가함에 따라 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 총 산도는 감소하였다.In addition, the total acidity of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst decreased with increasing catalyst firing temperature.

650 ℃에서 소성된 촉매의 강산 부위 수의 감소는 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 수명을 증가시키는 주요 요인임을 확인하였다.The reduction of the number of strong acid sites of the catalyst calcined at 650 ° C. was found to be a major factor in increasing the lifetime of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst.

Al2O3 촉매의 강산 부위는 더 높은 코크스 형성을 초래하여 촉매 수명을 감소시킬 수 있다.The strong acid sites of the Al 2 O 3 catalyst can lead to higher coke formation and reduce catalyst life.

특히 전술한 바와 같이(표 3 참조), 촉매 활성은 약산 부위/강산 부위의 비율과 밀접한 상관 관계가 있음을 확인하였다.In particular, as described above (see Table 3), it was confirmed that the catalytic activity has a close correlation with the ratio of the weak acid sites / strong acid sites.

650 ℃에서 소성된 촉매에서 약염기 부위의 증가 및 강염기 부위의 감소는 또한 Al2O3 촉매 및 Mg/Al2O3 촉매의 수명을 증가시키는 데 중요한 요소가 될 수 있다.In the catalyst calcined at 650 ° C., the increase in the weak base site and the decrease in the strong base site can also be an important factor in increasing the lifetime of the Al 2 O 3 catalyst and the Mg / Al 2 O 3 catalyst.

도 6은 상이한 온도(500 및 650 ℃)에서 소성된 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 및 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)에 대한 HFC-134a의 촉매 분해에 의해 형성된 부산물인 트리플루오로에틸렌(C2HF3, triuoroethylene; 이하 'TrFE') 의 형성 속도를 나타내고 있다.6 shows Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) and Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 −) calcined at different temperatures (500 and 650 ° C.). The formation rate of trifluoroethylene (C 2 HF 3 , triuoroethylene; hereinafter 'TrFE') which is a by-product formed by catalytic decomposition of HFC-134a to 500 and Mg / Al 2 O 3 -650) is shown.

Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)와 비교하여, Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 더 긴 시간 동안 더 많은 양의 TrFE를 생성하였다.Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 Al 2 O 3 -500 and -650) and, Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500, and Mg / Al 2 O 3 -650) as compared Produced a greater amount of TrFE for a longer time.

또한 650 ℃에서 소성된 촉매(Mg/Al2O3-650)는 500 ℃에서 소성된 촉매) 보다 많은 양의 TrFE를 생성하였다.In addition, the catalyst calcined at 650 ° C. (Mg / Al 2 O 3 -650) produced a greater amount of TrFE than the catalyst calcined at 500 ° C.

이는 Mg 함침 및 650 ℃에서 소성된 촉매(Mg/Al2O3-650 촉매)가 HFC-134a의 분해 뿐만 아니라, 부산물인 TrFE의 형성을 위한 촉매 수명을 증가시킬 수 있음을 시사한다.This suggests that Mg impregnation and calcined catalyst at 650 ° C. (Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst) can increase the catalyst lifetime for the formation of by-product TrFE as well as the decomposition of HFC-134a.

TrFE는 플루오로플라스틱 및 플루오로고무의 합성을 위한 중요한 공급 원료이기 때문에, HFC-134a 분해에 의해 효율적으로 TrFE를 형성하는 방법은 중요한 문제이다.Since TrFE is an important feedstock for the synthesis of fluoroplastics and fluororubbers, the method of efficiently forming TrFE by HFC-134a decomposition is an important problem.

TrFE는 트리클로로트리플루오로에탄(trichlorotriuoroethane)의 가수 분해를 통해 생성될 수 있지만 이러한 가수분해 공정은 어렵고 고가의 공정이므로 Mg/Al2O3촉매에 대한 HFC-134a의 촉매 분해를 통한 효율적인 TrFE 형성은 비용 효율성을 고려했을 때 의미가 있다고 볼 수 있다.TrFE can be produced through hydrolysis of trichlorotriuoroethane, but this hydrolysis process is difficult and expensive, so efficient TrFE formation through catalytic decomposition of HFC-134a over Mg / Al 2 O 3 catalyst Considering cost efficiency, it makes sense.

도 7은 HFC-134a의 순차적 분해 후 수집된 불활성화된 촉매의 산화 TG 및 DTG 곡선을 나타내고 있다.7 shows the oxidation TG and DTG curves of the deactivated catalyst collected after sequential decomposition of HFC-134a.

Mg/Al2O3-650 촉매에 대한 HFC-134a의 촉매 분해는 소량의 코크스(3.7% ± 1%)를 형성하였고, 이어서 Mg/Al2O3-500 촉매(3.9% ± 1%), Al2O3-650 촉매(11.9% ± 1%) 및 Al2O3-500 촉매(16.0% ± 1%) 순으로 HFC-134a 분해 효율을 나타내었다 (도 7 참조).Catalytic cracking of HFC-134a on Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst formed a small amount of coke (3.7% ± 1%), followed by Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst (3.9% ± 1%), HFC-134a decomposition efficiency was shown in the order of Al 2 O 3 -650 catalyst (11.9% ± 1%) and Al 2 O 3 -500 catalyst (16.0% ± 1%) (see FIG. 7).

이는 HFC-134a의 촉매 분해 효율 및 촉매 수명이 또한 HFC-134a의 촉매 분해 동안 형성된 코크스의 양과 밀접한 관련이 있음을 시사한다.This suggests that the catalytic cracking efficiency and catalyst life of HFC-134a are also closely related to the amount of coke formed during catalytic cracking of HFC-134a.

Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 더 적은 양의 코크스를 생성하였고, Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650) 상에 증착된 코크스의 산화 온도는 또한 Al2O3 촉매 상에 증착된 것보다 낮음을 확인하였다.Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) are less than Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) Positive coke was produced and the oxidation temperature of the coke deposited on Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) was also observed on the Al 2 O 3 catalyst. It was found to be lower than deposited.

이는 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)를 사용하면 산화 온도가 더 낮은 소량의 코크스 증착으로 인해 Al2O3 촉매보다 장시간 동안 더 높은 분해 효율을 제공 할 수 있음을 의미한다.This is more prolonged than with Al 2 O 3 catalysts using Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) due to the small amount of coke deposition with lower oxidation temperatures. Means that it can provide high decomposition efficiency.

도 8은 HFC-134a의 순차적 촉매 분해 후 로(furnace)에서 수집된 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 및 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)의 XRD 패턴을 나타내고 있다.FIG. 8 shows Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) and Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al) collected in a furnace after sequential catalytic decomposition of HFC-134a XRD patterns of 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) are shown.

촉매 분해로 사용하기 전 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)의 전형적인 XRD 피크 패턴은 사용 후 Al2O3 촉매의 XRD 패턴에서는 관찰되지 않았지만, 사용 후 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)는 AlF3의 전형적인 XRD 피크 패턴을 나타냈다(25°, 42°, 52° 및 58° 2θ).Typical XRD peak patterns of Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) before use in catalytic cracking were not observed in the XRD patterns of Al 2 O 3 catalysts after use, but after use The 2 0 3 catalysts (Al 2 0 3 -500 and Al 2 0 3 -650) showed typical XRD peak patterns of AlF 3 (25 °, 42 °, 52 ° and 58 ° 2θ).

이는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)에 대한 HFC-134a의 촉매 분해 동안 Al2O3 촉매가 AlF3으로 전환되었음을 시사한다.This suggests that Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 -650, and Al 2 O 3) 2 Al catalyst for decomposition of HFC-134a for O 3 catalyst is converted to AlF 3.

생성물 분포 및 MgF3의 존재에 기초하여, Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)를 이용한 HFC-134a의 분해 메커니즘은 다음과 같이 식 2를 사용하여 표현될 수 있다.Based on the product distribution and the presence of MgF 3 , the decomposition mechanism of HFC-134a using Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) can be expressed using Equation 2 as follows. Can be.

[식 2][Equation 2]

Figure 112019095071567-pat00007
Figure 112019095071567-pat00007

도 9는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 및 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)에 대한 HFC-134a의 촉매 분해 동안 CO2 형성 속도를 나타내고 있다.9 shows Al 2 O 3 catalyst (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) and Mg / Al 2 O 3 catalyst (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) Rate of CO 2 formation during catalytic cracking of HFC-134a for

도 9를 참조하면, Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 HFC-134a의 분해 반응 동안 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 더 높은 TrFE 형성 속도 및 더 적은 수준의 CO2를 생성하였다.Referring to FIG. 9, Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) are Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3) during the decomposition reaction of HFC-134a. -500 and Al 2 O 3 -650) produced higher TrFE rates and less CO 2 .

생성물 분포 및 MgF3의 존재에 기초하여, Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)를 이용한 HFC-134a의 분해 메커니즘은 다음과 같이 식 3을 사용하여 표현될 수 있다.Based on the product distribution and the presence of MgF 3 , the decomposition mechanism of HFC-134a using Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) is as follows: Can be expressed using 3.

[식 3][Equation 3]

Figure 112019095071567-pat00008
Figure 112019095071567-pat00008

또한 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 소량의 코크스를 생성하였다.In addition, Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) are smaller than Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650). Coke of was produced.

이것은 Al2O3 촉매에 대한 Mg 함침에 의해 증가된 약한 루이스 산성 부위의 수를 설명할 수 있으며, 이는 코크스 형성을 심화시키는 강산 부위에 비해 약산 부위의 상대적 비를 증가시킬 수 있다(표 3 참조). This may explain the number of weak Lewis acidic sites increased by Mg impregnation for Al 2 O 3 catalysts, which may increase the relative ratio of weak acid sites relative to the strong acid sites that aggravate coke formation (see Table 3). ).

Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)가 사용될 때, MgF2의 전형적인 피크는 또한 도 9(c) 및 도 9(d)에 도시된 바와 같이 사용 후 Mg/Al2O3 촉매(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)의 XRD 패턴 (24˚, 42˚ 및 52˚ 2θ)에서 관찰되었다.When Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) are used, typical peaks of MgF 2 are also shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d). As used, it was observed in XRD patterns (24 °, 42 ° and 52 ° 2θ) of Mg / Al 2 O 3 catalysts (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650).

이는 Mg가 또한 다음 반응에 따라 HFC-134a의 탈불소화 반응에 직접 관여 함을 시사한다.This suggests that Mg is also directly involved in the defluorination reaction of HFC-134a according to the following reaction.

Mg/Al2O3-500 촉매과 비교하여, Mg/Al2O3-650 촉매에서 감소된 코크스 형성은 상대적으로 많은 수의 강산 부위가 HFC-134a의 촉매 분해 동안 촉매 불활성화와 관련이 있음을 확인하였다.Compared to the Mg / Al 2 O 3 -500 catalyst, reduced coke formation in the Mg / Al 2 O 3 -650 catalyst indicates that a relatively large number of strong acid sites are associated with catalyst deactivation during catalytic decomposition of HFC-134a. Confirmed.

Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650)와 비교하여, Mg/Al2O3(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)는 더 큰 BET 비표면적 및 더 높은 약한 루이스 산도 및 염기도를 가졌다.Compared to Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650), Mg / Al 2 O 3 (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) It had a larger BET specific surface area and higher weak Lewis acidity and basicity.

Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 및 Mg/Al2O3(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)에서의 상대적으로 강한 산성 부위의 수는 소성 온도가 500℃ 에서 650 ℃로 증가함에 따라 감소하여 코크스 형성량이 감소하고 촉매의 수명이 증가했다.Relatively on Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650) and Mg / Al 2 O 3 (Mg / Al 2 O 3 -500 and Mg / Al 2 O 3 -650) The number of strong acidic sites decreased as the firing temperature increased from 500 ° C. to 650 ° C., resulting in reduced coke formation and increased catalyst life.

HFC-134a의 촉매 분해에 의해 얻어지는 부산물인 TrFE는 Al2O3 촉매(Al2O3-500 및 Al2O3-650) 보다 Mg/Al2O3(Mg/Al2O3-500 및 Mg/Al2O3-650)를 이용하였을 때 높은 수율로 얻을 수 있었다.TrFE, a by-product obtained by catalytic cracking of HFC-134a, was found to be Mg / Al 2 O 3 (Mg / Al 2 O 3 -500 and more) than Al 2 O 3 catalysts (Al 2 O 3 -500 and Al 2 O 3 -650). Mg / Al 2 O 3 -650) was obtained in a high yield.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

Claims (11)

평균 입도가 1.0 내지 2.0 mm이고, 평균 BET가 200 내지 250 m2/g이며, 평균 기공 크기가 5 내지 10 nm이고, 평균 기공 부피가 0.1 내지 1 cm3/g인, 마그네슘 2가 이온(Mg2+)이 담지된 산화알루미늄(γ-Al2O3)을 포함하는 분해 촉매를 사용하여 HFC-134a를 분해시키는 것이고,
상기 분해 촉매는 마그네슘 2가 이온(Mg2+)의 중량을 기준으로 5%를 포함하며,
상기 분해 촉매는 약산성/강산성의 양에 대한 비율이 1.3 내지 1.4인 것이고,
상기 분해 촉매는 2시간 동안 650 ℃에서 소성된 것인 것이며,
상기 HFCs 분해 처리 방법은 550~650℃에서 촉매 열분해로 수행되는 것이고,
상기 HFCs 분해 처리 방법은 촉매 단위 질량당 시공간 속도(WHSV)가 3000~7000 mL/gcat·h 되도록 촉매를 컬럼에 충진하여 사용하는 것이며,
상기 HFC-134a 분해 처리에 의해 트리플루오로에틸렌(Trifluoroethylene, C2HF3; HFO-1123)을 얻는 단계를 더 포함하는 것인 HFC-134a 분해 처리 방법.
Magnesium divalent ions (Mg) with an average particle size of 1.0 to 2.0 mm, an average BET of 200 to 250 m 2 / g, an average pore size of 5 to 10 nm and an average pore volume of 0.1 to 1 cm 3 / g. 2+ ) to decompose HFC-134a using a decomposition catalyst containing supported aluminum oxide (γ-Al 2 O 3 ),
The decomposition catalyst comprises 5% based on the weight of magnesium divalent ions (Mg 2+ ),
The decomposition catalyst is a ratio of the amount of weak acid / strong acid is 1.3 to 1.4,
The decomposition catalyst is to be calcined at 650 ℃ for 2 hours,
The HFCs decomposition treatment method is to be carried out by catalytic pyrolysis at 550 ~ 650 ℃,
The HFCs decomposition treatment method is to use the catalyst packed in the column so that the space-time velocity (WHSV) per unit mass of the catalyst is 3000 ~ 7000 mL / g cat · h,
The HFC-134a decomposition treatment method further comprising the step of obtaining trifluoroethylene (Trifluoroethylene, C 2 HF 3 ; HFO-1123) by the HFC-134a decomposition treatment.
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