KR102122660B1 - AMOURPHOUS CeTi-OXIDE CATALYSTS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME - Google Patents

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Abstract

본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법을 통해 제조된 제조방법은 무수에탄올을 용매로 사용함으로써, 미세한 결정구조도 형성되지 않은 비정질이며, 따라서 촉매로 사용하는 경우 우수한 촉매 효율을 나타낼 수 있다.The production method produced through the amorphous Ce-Ti oxide production method of the present invention is an amorphous substance in which a fine crystal structure is not formed by using anhydrous ethanol as a solvent, and thus, when used as a catalyst, may exhibit excellent catalyst efficiency.

Description

비정질 CeTi-산화물 및 이의 제조방법{AMOURPHOUS CeTi-OXIDE CATALYSTS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Amorphous CeTi-oxide and its manufacturing method {AMOURPHOUS CeTi-OXIDE CATALYSTS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 비정질 CeTi 산화물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 및 무수에탄올을 이용한 비정질 CeTi 산화물의 제조방법 및 이를 통해 제조된 비정질 CeTi 산화물에 관한 것이다.The present invention relates to an amorphous CeTi oxide and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a method for producing an amorphous CeTi oxide using ethanol and anhydrous, and an amorphous CeTi oxide prepared therefrom.

세륨산화물(CeOx, 세리아(ceria))은 세륨 3 가 및 4 가 이온 모두 안정한 형태로 존재하여 온도, 압력의 변화에 따라 산화 환원(redox, reduction-oxidation) 반응이 쉽게 발생한다. 따라서, 세륨 3 가 이온 및 4 가 이온의 비율에 따라 산소 공공(oxygen vacancy) 수의 변화를 알 수 있다. 전이금속 도핑(doping)을 통해 세륨 이온의 산화가를 변화시켜줌으로써 산소 공공이 형성될 수 있다. 또한 세륨 산화물은 독특한 특징으로 산소 저장능(oxygen storage capacity)을 가지고 있어, 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction)을 통한 질소 산화물 제거용 촉매 재료로 연구되고 있다.Cerium oxide (CeO x , ceria) exists in a stable form in both cerium trivalent and tetravalent ions, and thus a redox (reduction-oxidation) reaction easily occurs according to changes in temperature and pressure. Therefore, the change in the number of oxygen vacancy can be seen according to the ratio of cerium trivalent and tetravalent ions. Oxygen vacancies may be formed by changing the oxidation value of cerium ions through transition metal doping. In addition, cerium oxide has a characteristic characteristic of oxygen storage capacity, and has been studied as a catalyst material for nitrogen oxide removal through selective catalytic reduction.

최근 비정질 촉매의 특성이 우수하다는 것이 밝혀지면서 비정질 촉매에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 비정질 촉매의 경우 결정질에 비해 불완전한 결합, 끊어진 결합이 많이 존재하므로, 촉매 반응의 선택성이 증가되기 때문이다.Recently, as it has been found that the properties of the amorphous catalyst are excellent, various studies have been conducted on the amorphous catalyst. This is because the selectivity of the catalytic reaction is increased in the case of the amorphous catalyst because there are many incomplete and broken bonds compared to the crystalline.

세륨 산화물을 지지체 티타늄 산화물(TiOX, 티타니아(titania))에 담지한 Ce-Ti 산화물(세리아-티타니아 복합체)촉매는 티타니아 결정질 파우더를 질산세륨(Ce(NO3)3, cerium nitrate) 용액에 함침하는 함침법, 티타니아 전구체를 이용하여 질산세륨과 공침시키는 방법 또는 졸겔(sol-gel)법으로 제조되고 있으며, 이때 일반적으로 비정질 촉매를 제조하기 위해 고압 열처리 과정을 수행하게 된다. 상용 티타니아 파우더를 이용하여 합성하는 경우에는 티타니아 결정질이 강하게 나타나는 반면, 티타니아 전구체를 이용하여 공침법이나 졸겔법으로 제조한 경우에는 비정질 촉매가 합성될 수 있는 것으로 보고되고 있다.Ce-Ti oxide (ceria-titania complex) catalyst in which cerium oxide is supported on a support titanium oxide (TiO X , titania) is impregnated with a solution of titania crystalline powder in cerium nitrate (Ce(NO 3 ) 3 , cerium nitrate) It is prepared by impregnation method, a method of coprecipitation with cerium nitrate using a titania precursor, or a sol-gel method, in which a high pressure heat treatment process is generally performed to prepare an amorphous catalyst. When synthesized using a commercial titania powder, it is reported that the titania crystallinity is strong, whereas when prepared by a co-precipitation method or a sol-gel method using a titania precursor, an amorphous catalyst can be synthesized.

그러나, 위와 같은 방법으로 제조된 비정질 촉매로 사용될 수 있는 Ce-Ti 산화물의 고분해능상(high resolution TEM image)을 보면, 미세한 세리아 또는 티타니아 결정질 격자(lattice)가 지지체의 표면에 랜덤하게 분포하여 형성된 것을 확인할 수 있다. 비정질로 나타낸 기존의 Ce-Ti 산화물은 표면에 결정화된 세리아, 티타니아 또는 Ce-Ti 산화물(세륨-티타늄 산화물) 격자가 존재하지만, 5 nm 정도의 크기로 존재하기 때문에 관찰하기 어려워 비정질 촉매로 분류되고 있는 것일 뿐 완전한 비정질이 아닌 것으로 확인되었다. 게다가 이렇게 제조되는 Ce-Ti 산화물의 경우 세리아 담지량이 제한적이며 세리아를 과량으로 첨가하는 경우에는 세리아 결정질 입자들이 석출되어 응집 현상이 발생되기도 한다. 따라서 기존의 Ce-Ti 산화물들은 표면 및 전영역이 비정질이라고 보기 어려웠다. 때문에 표면을 포함한 전 영역에 걸쳐 비정질인 Ce-Ti 산화물 및 이를 제조하는 새로운 기술이 필요하다.However, looking at the high resolution TEM image of the Ce-Ti oxide that can be used as an amorphous catalyst prepared by the above method, a fine ceria or titania crystalline lattice is formed by random distribution on the surface of the support. Can be confirmed. Existing Ce-Ti oxides represented as amorphous have a ceria, titania or Ce-Ti oxide (cerium-titanium oxide) lattice crystallized on the surface, but are difficult to observe because they exist at a size of about 5 nm and are classified as amorphous catalysts. It was confirmed that it was present but not completely amorphous. In addition, in the case of the Ce-Ti oxide prepared in this way, the amount of ceria supported is limited, and when the ceria is added in excess, ceria crystalline particles precipitate to form agglomeration. Therefore, it is difficult to view the existing Ce-Ti oxides as an amorphous surface and an entire region. Therefore, there is a need for an amorphous Ce-Ti oxide over the entire area including the surface and a new technology for manufacturing the same.

본 발명의 일 목적은 비정질 Ce-Ti 산화물 및 무수에탄올을 사용한 비정질 Ce-Ti 산화물의 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for producing an amorphous Ce-Ti oxide using amorphous Ce-Ti oxide and anhydrous ethanol.

본 발명의 일 목적을 위한 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법은 무수에탄올을 용매로 이용하여, 티타늄 전구체 및 세륨 전구체를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및 졸겔(sol-gel)법을 이용하여, 상기 혼합용액으로 세륨-티타늄 산화물(Ce-Ti oxide)을 제조하는 제2 단계;를 포함한다.A method for producing an amorphous Ce-Ti oxide for one purpose of the present invention comprises: a first step of preparing a mixed solution by mixing a titanium precursor and a cerium precursor using anhydrous ethanol as a solvent; And a second step of preparing cerium-titanium oxide with the mixed solution using a sol-gel method.

일 실시예에서 상기 티타늄 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP, Titanium isopropoxide)일 수 있다.In one embodiment, the titanium precursor may be titanium isopropoxide (TTIP).

일 실시예에서 상기 세륨 전구체는 질산 세륨(Ce(NOIn one embodiment, the cerium precursor is cerium nitrate (Ce(NO 33 )) 33 ) 임을 특징으로 한다.).

일 실시예에서 제1 단계 이후에, 상기 전구체 혼합용액을 pH 4 내지 pH 11로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after the first step, the precursor mixture solution may further include adjusting the pH to 4 to pH 11.

본 발명의 다른 목적을 위한 비정질 Ce-Ti 산화물은 본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법을 통해서 제조된 것이다.Amorphous Ce-Ti oxide for another purpose of the present invention is prepared through the method for preparing the amorphous Ce-Ti oxide of the present invention.

일 실시예에서 상기 비정질 Ce-Ti 산화물은 질소 산화물 제거용 촉매로 사용될 수 있다.In one embodiment, the amorphous Ce-Ti oxide may be used as a catalyst for removing nitrogen oxides.

본 발명의 무수에탄올을 이용한 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법을 통해 비정질 Ce-Ti 산화물을 제공할 수 있다. 상기 본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물은 종래의 Ce-Ti 산화물과 비교하여 전 영역에서 결정 구조가 형성되지 않은 비정질 Ce-Ti 산화물이다. 비정질 Ce-Ti 산화물의 경우 결정질 Ce-Ti 산화물에 비해 불완전 결합이나 끊어진 결합이 보다 많이 존재하므로, 촉매로 사용하면 선택성이 증가되어 우수한 촉매 효율을 나타낼 수 있다.Amorphous Ce-Ti oxide may be provided through the method for preparing amorphous Ce-Ti oxide using ethanol anhydrous of the present invention. The amorphous Ce-Ti oxide of the present invention is an amorphous Ce-Ti oxide in which a crystal structure is not formed in all regions as compared with the conventional Ce-Ti oxide. In the case of amorphous Ce-Ti oxide, there are more incomplete bonds or broken bonds than crystalline Ce-Ti oxides, and thus, when used as a catalyst, selectivity is increased, and thus excellent catalyst efficiency can be exhibited.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 완전히 비정질인 Ce-Ti 산화물을 나타낸 도면이다.
도 2는 비교예를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 5은 Ce-Ti 산화물 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 3의 Ce-Ti 산화물의 도면이다.
1 is a view showing a completely amorphous Ce-Ti oxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a comparative example.
3 to 5 are diagrams showing Ce-Ti oxide analysis results.
6 is a diagram of Ce-Ti oxide of Example 3.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features or steps. It should be understood that it does not preclude the existence or addition possibility of the operation, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

본 발명에서는 촉매로 사용할 수 있는, 표면을 포함한 전 영역에 걸쳐 균일하게 비정질화된 세리아-티타니아(Ce-Ti 산화물)를 합성하였다.In the present invention, ceria-titania (Ce-Ti oxide) uniformly amorphized throughout the entire area including the surface, which can be used as a catalyst, was synthesized.

본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법은 무수에탄올을 용매로 이용하여, 티타늄 전구체 및 세륨 전구체를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및 졸겔(sol-gel)법을 이용하여, 상기 혼합용액으로 세륨-티타늄 산화물(Ce-Ti oxide)을 제조하는 제2 단계;를 포함한다.A method of preparing an amorphous Ce-Ti oxide of the present invention comprises: a first step of preparing a mixed solution by mixing titanium precursor and cerium precursor using anhydrous ethanol as a solvent; And a second step of preparing cerium-titanium oxide with the mixed solution using a sol-gel method.

상기 제1 단계의 상기 혼합용액은 용매에 상기 티타늄 전구체를 용해시킨 다음, 상기 세륨 전구체를 첨가하여 제조하는 것 일 수 있고, 용매에 상기 세륨 전구체를 용해시킨 다음, 상기 티타늄 전구체를 첨가하여 제조하는 것 일 수 있다. 또는 상기 세륨 전구체 및 상기 티타늄 전구체 각각을 용매에 용해시킨 다음 혼합하여 제조하는 것 일 수 있다.The mixed solution of the first step may be prepared by dissolving the titanium precursor in a solvent, and then adding the cerium precursor, dissolving the cerium precursor in a solvent, and then adding the titanium precursor. Can be one Alternatively, the cerium precursor and the titanium precursor may be prepared by dissolving each in a solvent and then mixing.

상기 용매는 무수에탄올일 수 있다.The solvent may be anhydrous ethanol.

일 실시예에서 상기 티타늄 전구체는 티타늄을 포함하는 것이며, 이에 제한하는 것은 아니나, 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP, Titanium isopropoxide)일 수 있고, 티타늄 부톡사이드 등의 티타늄 알콕사이드계 물질일 수 있고 이들의 혼합물 일 수 있다. 상기 티타늄 전구체는 용매와 혼합하여 용액 상태, 즉 티타늄 전구체 용액으로 사용되는 것일 수 있다.In one embodiment, the titanium precursor includes titanium, but is not limited thereto, and may be titanium isopropoxide (TTIP), a titanium alkoxide-based material such as titanium butoxide, and mixtures thereof. Can be The titanium precursor may be used in a solution state by mixing with a solvent, that is, a titanium precursor solution.

일 실시예에서 상기 세륨 전구체는 질산 세륨(Ce(NO 3 ) 3 ) 일 수 있다. 상기 세륨 전구체는 용매와 혼합하여 용액 상태, 즉 세륨 전구체 용액으로 사용되는 것일 수 있다. In one embodiment, the cerium precursor may be cerium nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ). The cerium precursor may be used in a solution state by mixing with a solvent, that is, a cerium precursor solution.

일 실시예에서 제1 단계 이후에, 상기 혼합용액을 pH 4 내지 pH 11로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 전구체 혼합용액은 pH 5 또는 pH 10으로 조절될 수 있다. 상기 pH를 조절하는 단계는 이에 제한하는 것은 아니나, 암모니아 용액을 이용하여 수행할 수 있다.In one embodiment, after the first step, it may further include the step of adjusting the mixed solution to pH 4 to pH 11. For example, the precursor mixture solution may be adjusted to pH 5 or pH 10. The step of adjusting the pH is not limited thereto, and may be performed using an ammonia solution.

본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물은 본 발명의 제조방법을 통해서 제조된 것이다.The amorphous Ce-Ti oxide of the present invention was prepared through the manufacturing method of the present invention.

일 실시예에서 상기 비정질 Ce-Ti 산화물은 촉매로 사용될 수 있다. 예를 들어 질소 산화물 제거용 촉매로 사용될 수 있다.In one embodiment, the amorphous Ce-Ti oxide may be used as a catalyst. For example, it can be used as a catalyst for removing nitrogen oxides.

일 실시예에서 상기 비정질 Ce-Ti 산화물은 1 nm 이상의 미세한 결정 구조가 형성되지 않은 것이다.In one embodiment, the amorphous Ce-Ti oxide is one in which a fine crystal structure of 1 nm or more is not formed.

상기 비정질 Ce-Ti 산화물은 XRD 분석 결과 세리아 및 티타니아 중에서 적어도 하나 이상을 나타내는 피크(패턴)가 나타나지 않는다. 다시말해서, 1 nm 이상의 미세한 산화물 결정 구조가 형성되지 않은 비정질 구조이다.As a result of XRD analysis, the amorphous Ce-Ti oxide does not show a peak (pattern) indicating at least one of ceria and titania. In other words, it is an amorphous structure in which a fine oxide crystal structure of 1 nm or more is not formed.

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only some embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

실시예 1Example 1

일 실시예를 통해서 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP, Titanium isopropoxide)와 질산 세륨(Ce(NO3)3, cerium(III) nitrate hexahydrate)를 전구체로써 사용하고, 무수에탄올(anhydrous ethanol)을 용매로 하여 졸겔(sol-gel)법을 통해 아래와 같이 본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물을 제조하였다.Titanium isopropoxide (TTIP) and cerium(Ce(NO 3 ) 3 , cerium(III) nitrate hexahydrate) are used as precursors through an embodiment, and anhydrous ethanol is used as a solvent. The amorphous Ce-Ti oxide of the present invention was prepared through a sol-gel method as follows.

구체적으로, 먼저 Ti 전구체인 TTIP와 무수에탄올을 1:5의 질량비로 혼합한 다음, 앞서 혼합한 무수에탄올에 5 배의 무수에탄올 및 분산제를 더 첨가하여 티타늄 전구체 용액을 얻었다.Specifically, first, TTIP, a Ti precursor, and ethanol anhydride were mixed at a mass ratio of 1:5, and then 5 times anhydrous ethanol and a dispersant were further added to the anhydrous ethanol mixed to obtain a titanium precursor solution.

이때 단계를 나누지 않고 처음부터 TTIP와 무수에탄올의 질량비가 약 1:30이 되도록 혼합한 다음 분산제를 첨가하여 티타늄 전구체 용액을 얻을 수 도 있다.At this time, the titanium precursor solution may be obtained by mixing the TTIP and anhydrous ethanol to a mass ratio of about 1:30 from the beginning without dividing the step, and then adding a dispersant.

그리고 나서, 세륨 전구체인 질산 세륨을 티타늄과 세륨의 몰비가 7:3이 되도록 칭량하여 상기 티타늄 전구체 용액에 질산 세륨을 첨가하여 혼합용액을 얻었다. 이 후에 암모니아 용액(ammonia solution)을 상기 혼합용액에 천천히 떨어뜨리면서 반응시켜 pH 10으로(pH 9.5 내지 pH 10.5) 조절하였다. 상기 pH가 조절된 혼합용액을 상온, 상압에서 교반 및 aging 후, Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Then, cerium nitrate, a cerium precursor, was weighed so that the molar ratio of titanium and cerium was 7:3, and cerium nitrate was added to the titanium precursor solution to obtain a mixed solution. After this, the ammonia solution was reacted while slowly dropping the mixture to pH 10 (pH 9.5 to pH 10.5). The pH-adjusted mixed solution was stirred and aging at room temperature and normal pressure, then prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

실시예 2(혼합순서 비교)Example 2 (Comparison of mixing order)

실시예 2는 실시예 1과 동일한 재료를 사용하였고, 혼합 용액 제조 순서에만 변화를 주어 산화물 분말을 제조한 것이다.In Example 2, the same material as in Example 1 was used, and the oxide powder was prepared by changing only the order of preparing the mixed solution.

구체적으로 용매 무수에탄올에 세륨전구체인 질산세륨을 용해시켜 세륨 전구체 용액을 제조하였다. 그리고 나서, Ti:Ce 몰 비가 7:3 이 될 수 있도록 칭량하여 티타늄 전구체 TTIP를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 얻었다. 이어서 상기 혼합용액에 암모니아 용액을 첨가하여 pH 10으로(pH 9.5 내지 pH 10.5) 조절하였다. 그런 다음 상기 pH가 조절된 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Specifically, cerium nitrate, a precursor of cerium, was dissolved in anhydrous ethanol to prepare a cerium precursor solution. Then, the titanium precursor TTIP was added by weighing so that the Ti:Ce molar ratio became 7:3, and stirred to obtain a mixed solution. Then, ammonia solution was added to the mixed solution to adjust the pH to 10 (pH 9.5 to pH 10.5). Then, the pH-adjusted mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80 °C, and heat-treated at 550 °C to prepare Ce-Ti oxide powder.

실시예 3(세륨 전구체 비교)Example 3 (Cerium precursor comparison)

실시예 3은 실시예 1에서 세륨 전구체만 변화를 주어 Ce-Ti 산화물 분말을 제조한 것이다.Example 3 is to prepare a Ce-Ti oxide powder by changing only the cerium precursor in Example 1.

구체적으로 티타늄 전구체인 TTIP를 용매인 무수에탄올에 용해시켜 투명한 티타늄 전구체 용액을 얻었다. 상기 티타늄 전구체 용액에 세륨 전구체로 염화세륨을 첨가하고 교반하여 혼합용액을 얻었다. 이어서 상기 혼합용액에 암모니아 용액을 첨가하여 pH 10으로(pH 9.5 내지 pH 10.5) 조절하였다. 상기 pH가 조절된 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Specifically, the titanium precursor TTIP was dissolved in anhydrous ethanol as a solvent to obtain a transparent titanium precursor solution. Cerium chloride was added to the titanium precursor solution as a cerium precursor and stirred to obtain a mixed solution. Then, ammonia solution was added to the mixed solution to adjust the pH to 10 (pH 9.5 to pH 10.5). The pH-adjusted mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

실시예 4(pH 범위 비교)Example 4 (pH range comparison)

실시예 4는 실시예 1에서 pH 범위에만 변화를 주어 Ce-Ti 산화물 분말을 제조한 것이다.Example 4 is a change in only the pH range in Example 1 to prepare a Ce-Ti oxide powder.

구체적으로 티타늄 전구체인 TTIP를 용매인 무수에탄올에 용해시켜 투명한 티타늄 전구체 용액을 얻었다. 상기 티타늄 전구체 용액에 세륨 전구체로 질산세륨을 첨가하고 교반하여 혼합용액을 얻었다. 이어서 상기 혼합용액에 암모니아 용액을 첨가하여 pH 5로(pH 4.5 내지 pH 5.5) 조절하였다. 상기 pH가 조절된 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Specifically, the titanium precursor TTIP was dissolved in anhydrous ethanol as a solvent to obtain a transparent titanium precursor solution. Cerium nitrate was added as a cerium precursor to the titanium precursor solution and stirred to obtain a mixed solution. Then, ammonia solution was added to the mixed solution to adjust the pH to 5 (pH 4.5 to pH 5.5). The pH-adjusted mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

실시예 5 (순서 및 pH 범위 동시에 변화 비교)Example 5 (Comparison of changes in order and pH range simultaneously)

실시예 5는 실시예 1과 동일한 재료를 사용하였고, 혼합 용액 제조 순서 및 pH 범위에 변화를 주어 산화물 분말을 제조한 것이다.In Example 5, the same material as in Example 1 was used, and an oxide powder was prepared by changing the order and pH range of the mixed solution preparation.

구체적으로 용매 무수에탄올에 세륨전구체인 질산세륨을 용해시켜 세륨 전구체 용액을 제조하였다. 그리고 나서, Ti:Ce 몰 비가 7:3 이 될 수 있도록 칭량하여 티타늄 전구체 TTIP를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 얻었다. 이어서 상기 혼합용액에 암모니아 용액을 첨가하여 pH 5로(pH 4.5 내지 pH 5.5) 조절하였다. 상기 pH가 조절된 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Specifically, cerium nitrate, a precursor of cerium, was dissolved in anhydrous ethanol to prepare a cerium precursor solution. Then, the titanium precursor TTIP was added by weighing so that the Ti:Ce molar ratio became 7:3, and stirred to obtain a mixed solution. Then, ammonia solution was added to the mixed solution to adjust the pH to 5 (pH 4.5 to pH 5.5). The pH-adjusted mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

비교예 1(용매 비교)Comparative Example 1 (solvent comparison)

비교예 1은 실시예 1에서 용매만 에탄올을 사용하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조한 것이다. 구체적으로 TTIP와 에탄올을 1:5의 질량비로 혼합한 다음 앞서 혼합한 에탄올 질량의 5 배에 해당하는 증류수 및 분산제를 더 첨가하여 티타늄 전구체 용액을 제조하였다. 이어서 상기 티타늄 전구체 용액에 티타늄과 세륨의 몰비가 7:3이 되도록 상기 티타늄 전구체 용액에 질산 세륨을 첨가하여 혼합용액을 얻었다. 이 후에 암모니아 용액(ammonia solution)을 상기 혼합용액에 천천히 떨어뜨리면서 반응시켜 pH 10으로(pH 9.5 내지 pH 10.5) 조절하였다. 상기 pH가 조절된 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하였고 80 ℃에서 건조하고, 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Comparative Example 1 is to prepare a Ce-Ti oxide powder using ethanol only in the solvent in Example 1. Specifically, TTIP and ethanol were mixed at a mass ratio of 1:5, and then distilled water and a dispersant corresponding to 5 times the ethanol mass mixed above were further added to prepare a titanium precursor solution. Subsequently, cerium nitrate was added to the titanium precursor solution to obtain a mixed solution so that the molar ratio of titanium and cerium was 7:3 to the titanium precursor solution. After this, the ammonia solution was reacted while slowly dropping the mixture to pH 10 (pH 9.5 to pH 10.5). The pH-adjusted mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

비교예 2(티타늄 가수분해1)Comparative Example 2 (titanium hydrolysis 1)

비교예 2는 Ti:Ce 몰 비가 3:7이 될 수 있도록 칭량하여, 염화세륨을 무수에탄올에 완전히 용해시켜 세륨 전구체 용액을 제조하고, TTIP를 수성 알코올성 용액(aqueous and alcoholic solution)에 첨가하여 가수분해시켜 티타늄 전구체 용액을 제조하였다. 그리고 상기 세륨 전구체 용액 및 상기 티타늄 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 얻었다. 비교예 2의 경우 pH 조절은 하지 않았고, 상기 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하고, 80 ℃에서 건조 및 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.Comparative Example 2 was weighed so that the Ti:Ce molar ratio became 3:7, and cerium chloride was completely dissolved in anhydrous ethanol to prepare a cerium precursor solution, and TTIP was added to an aqueous and alcoholic solution to perform the hydrolysis. It was decomposed to prepare a titanium precursor solution. And the cerium precursor solution and the titanium precursor solution were mixed to obtain a mixed solution. In the case of Comparative Example 2, the pH was not adjusted, the mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80° C., and heat-treated at 550° C. to prepare Ce-Ti oxide powder.

비교예Comparative example 3(티타늄 3 (titanium 가수분해2Hydrolysis 2 ))

비교예 3은 Ti:Ce 몰 비가 3:7이 될 수 있도록 칭량하여 질산 세륨을 무수에탄올에 용해시켜 세륨 전구체 용액을 제조하고, 티타늄 전구체인 TTIP를 수성 알코올성 용액(aqueous and alcoholic solution)에 첨가하여 가수분해시켜 티타늄 전구체 용액을 제조하였다. 그리고 상기 세륨 전구체 용액 및 상기 티타늄 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 얻었다. 비교예 3의 경우 pH 조절은 하지 않았고, 상기 혼합용액을 Ce-Ti 혼합물로 제조하고, 80 ℃에서 건조 및 550 ℃에서 열처리하여 Ce-Ti 산화물 분말을 제조하였다.In Comparative Example 3, the cerium nitrate was dissolved in anhydrous ethanol by weighing the Ti:Ce molar ratio to be 3:7, and a titanium precursor TTIP was added to an aqueous and alcoholic solution. Hydrolyzed to prepare a titanium precursor solution. And the cerium precursor solution and the titanium precursor solution were mixed to obtain a mixed solution. In the case of Comparative Example 3, the pH was not adjusted, and the mixed solution was prepared as a Ce-Ti mixture, dried at 80°C, and heat-treated at 550°C to prepare Ce-Ti oxide powder.

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 Ce-Ti 산화물을 비교해 본 결과, 실시예 3을 제외하고 실시예 1 및 3-5 를 통해 제조된 Ce-Ti 산화물들은 결정질이 나타나지 않은 비정질 Ce-Ti 산화물이었다. 염화세륨을 사용한 실시예3의 경우 도 7에서 확인되는 바와 같이 결정이 확인되었다. 비정질 Ce-Ti 산화물을 제조하기 위해서는 세륨 전구체가 질산 세륨임 바람직하다. 비교예 1의 Ce-Ti 산화물 XRD 분석 결과 산화 세륨을 나타내는 피크가 확인되었고, 비교예 2 및 비교예 3의 Ce-Ti 산화물들은 산화티타늄 결정이 존재하는 Ce-Ti 산화물이었다. 이를 통해 합성 방법에 따라서 산화 세륨 또는 산화 티타늄이 표면에 존재할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 구체적인 분석 결과는 아래 도면들을 통해 나타내었다.As a result of comparing Ce-Ti oxides prepared through Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, Ce-Ti oxides prepared through Examples 1 and 3-5 except for Example 3 show no crystallinity. Amorphous Ce-Ti oxide. In the case of Example 3 using cerium chloride, crystals were confirmed as shown in FIG. 7. In order to prepare amorphous Ce-Ti oxide, it is preferable that the cerium precursor is cerium nitrate. As a result of XRD analysis of Ce-Ti oxide of Comparative Example 1, a peak showing cerium oxide was found, and Ce-Ti oxides of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were Ce-Ti oxides in which titanium oxide crystals were present. Through this, it was found that cerium oxide or titanium oxide may be present on the surface depending on the synthesis method. The specific analysis results are shown through the drawings below.

도 1은 실시예 1에 따른 비정질 Ce-Ti 산화물의 TEM 사진이고, 도 2는 비교예의 TEM 사진이다. 구체적으로 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 무수에탄올을 이용하여 제조된 비정질 Ce-Ti 산화물의 HR-TEM(High-resolution transmission electron microscopy) 이미지를 나타낸 것이고, 도 2는 비교예 1에 따라 에탄올을 이용해서 합성된 종래의 Ce-Ti 산화물의 HR-TEM 이미지를 나타낸 것이다.1 is a TEM photograph of the amorphous Ce-Ti oxide according to Example 1, and FIG. 2 is a TEM photograph of the comparative example. Specifically, FIG. 1 shows a high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) image of an amorphous Ce-Ti oxide prepared using anhydrous ethanol according to Example 1 of the present invention, and FIG. 2 shows Comparative Example 1 HR-TEM image of a conventional Ce-Ti oxide synthesized using ethanol is shown.

도 2에 나타낸 왼쪽 이미지에서는 산화 티타늄 결정, 도 2의 오른쪽 이미지에서는 산화 세륨 결정이 확인되었다(도 2의 왼쪽의 이미지는 Ce-Ti Amorphous Oxides for Selective Catalytic Reduction of NO with NH3: Confirmation of Ce-Ti Active Sites Environ. Sci. Technol. (2012) 46 9600-9605 (left)에서 참조). 도 2를 보면 나노미터 수준(5 nm 정도)의 미세한 격자 구조(lattice)가 존재하는 것을 알 수 있다. 반면에 본 발명의 비정질 Ce-Ti 산화물을 나타낸 도 1을 보면, 1 nm 이상의 미세한 결정 구조는 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다.Titanium oxide crystals in the left image shown in FIG. 2 and cerium oxide crystals were confirmed in the right image in FIG. 2 (the image on the left in FIG. 2 is Ce-Ti Amorphous Oxides for Selective Catalytic Reduction of NO with NH3: Confirmation of Ce-Ti Active Sites Environ.Sci.Technol. (2012) 46 9600-9605 (left)). Referring to FIG. 2, it can be seen that a fine lattice of nanometer level (about 5 nm) exists. On the other hand, looking at Figure 1 showing the amorphous Ce-Ti oxide of the present invention, it can be confirmed that a fine crystal structure of 1 nm or more is not observed.

티타늄 전구체, 예를 들어 TTIP는 물과 가수분해 반응을 할 수 있다. TTIP와 물이 가수분해 반응을 하게되면, TiO2 핵이 생성되고 핵이 성장하면서 흰색의 입자가 형성될 수 있다. TiO2 핵이 생성된 다음 세륨 전구체, 예를 들어 질산 세륨과 반응하게 되면, 상기 반응이 발생하는 반응 영역이 표면 근처의 수 nm 영역으로 한정될 수 있다. 따라서 증류수 또는 에탄올을 용매로 사용하는 비교예 1과 같은 경우에는 도 2와 같이 과량 첨가된 세리아 또는 티타니아 결정이 촉매 표면에서 석출될 수 있다. The titanium precursor, for example TTIP, can undergo a hydrolysis reaction with water. When TTIP and water undergo a hydrolysis reaction, TiO 2 nuclei are generated and white particles may be formed as the nuclei grow. When the TiO 2 nucleus is generated and then reacted with a cerium precursor, for example, cerium nitrate, the reaction region where the reaction occurs may be limited to a few nm region near the surface. Therefore, in the case of Comparative Example 1 using distilled water or ethanol as a solvent, excessively added ceria or titania crystals may be precipitated on the catalyst surface as shown in FIG. 2.

반면에, 본 발명과 같이 용매로 무수에탄올을 이용하여 제조하는 실시예 1과 같은 경우에는 TiO2 핵이 생성되지 않고 무수에탄올에 투명하게 용해된 상태로 세륨 전구체와 반응할 수 있으므로, 반응 영역이 TiO2 표면에 한정되지 않고 전영역에서 반응이 발생할 수 있다. 따라서 전영역에 걸쳐 미세한 결정 구조도 관찰되지 않는 비정질 Ce-Ti 산화물이 형성될 수 있다.On the other hand, in the case of Example 1, which is prepared by using anhydrous ethanol as a solvent as in the present invention, TiO 2 nuclei are not generated and can react with the cerium precursor in a transparently dissolved state in anhydrous ethanol, so that the reaction region is The reaction is not limited to the TiO 2 surface and may occur in all regions. Therefore, an amorphous Ce-Ti oxide in which a fine crystal structure is not observed over the entire region can be formed.

도 3 및 도 6은 Ce-Ti 산화물 분석 결과를 나타낸 도면이다.3 and 6 are diagrams showing Ce-Ti oxide analysis results.

구체적으로 도 3은 본 발명의 일 실시예예 따른 무수에탄올을 용매로 이용하여 제조된 Ce-Ti 산화물(실시예 1) 및 에탄올을 용매로 이용하여 제조된 종래의 Ce-Ti 산화물(비교예 1)의 XRD(X-선 회절, X-Ray Diffraction) 분석 결과를 나타낸 것으로, 두 가지 X-선 회절 패턴 그래프를 비교해보면 실시예 1(위쪽 그래프)의 경우, 에탄올을 사용한 비교예 1(아래쪽 그래프)과는 달리 CeO2 결정상이 나타나지 않는 것을 알 수 있다.Specifically, FIG. 3 is a Ce-Ti oxide prepared using anhydrous ethanol as a solvent (Example 1) and a conventional Ce-Ti oxide prepared using ethanol as a solvent (Comparative Example 1) according to an embodiment of the present invention. The XRD (X-ray diffraction, X-Ray Diffraction) analysis results show that when comparing the two X-ray diffraction pattern graph, Example 1 (top graph), Comparative Example 1 using ethanol (bottom graph) It can be seen that unlike the CeO 2 crystal phase does not appear.

도 4를 보면 왼쪽에 비교예 1을 통해 에탄올 용매로 제조된 Ce-Ti 산화물의 전자 회절(electron diffraction) 패턴, 오른쪽에 실시예 1을 통해 무수에탄올을 용매로 제조된 Ce-Ti 산화물의 전자 회절 패턴을 나타낸 것이다. 왼쪽에 나타낸 비교예 1의 전자 회절 패턴은 비교적 뚜렷한 링 패턴이 나타나는 것과 달리, 오른쪽에 나타낸 실시예 1의 전자 회절 패턴에서는 어떠한 패턴도 나타나지 않은 것을 알 수 있다. 따라서 결정상이 형성되지 않았다는 것을 확인할 수 있다.4, electron diffraction pattern of Ce-Ti oxide prepared with an ethanol solvent through Comparative Example 1 on the left, electron diffraction of Ce-Ti oxide prepared with anhydrous ethanol as a solvent through Example 1 on the right. It shows the pattern. It can be seen that, unlike the electron diffraction pattern of Comparative Example 1 shown on the left, a relatively distinct ring pattern appears, but no pattern appears on the electron diffraction pattern of Example 1 shown on the right. Therefore, it can be confirmed that the crystal phase was not formed.

도 5를 보면, 가장 위쪽에 나타낸 파란색 그래프는 세륨 전구체(염화 세륨)와 티타늄 전구체 (TTIP)를 이용한 비교예 2의 Ce-Ti 산화물의 분석 결과를 나타낸 것이고, 중간의 빨간색 그래프는 세륨 전구체(질산 세륨)를 이용하한 비교예 3의 Ce-Ti 산화물 분석 결과를 나타낸것이며, 아래쪽의 검은색 그래프는 실시예 3의 결과를 나타낸 것이다. (도 6의 TEM 이미지와 함께 해석하면, 무수에탄올 단일 용매와 염화세륨을 전구체로 이용한 경우, XRD 상으로는 비정질 촉매가 형성된 것으로 보이지만 TEM 이미지를 관찰하면 도 2의 결과와 같이 결정질 lattice가 관찰되는 것을 알 수 있다.)Referring to FIG. 5, the blue graph shown at the top shows the analysis results of Ce-Ti oxide of Comparative Example 2 using a cerium precursor (cerium chloride) and a titanium precursor (TTIP), and the red graph in the middle shows the cerium precursor (nitric acid The results of the Ce-Ti oxide analysis of Comparative Example 3 using cerium) are shown, and the black graph at the bottom shows the results of Example 3. (When interpreted together with the TEM image of FIG. 6, when using a single solvent of anhydrous ethanol and cerium chloride as a precursor, it appears that an amorphous catalyst was formed in the XRD phase, but observing the TEM image shows that crystalline lattice is observed as shown in FIG. 2. Can.)

도 6은 실시예 3의 Ce-Ti 산화물의 사진이다. 실시예 3은 실시예 1에서 세륨전구체로서 염화 세륨을 사용한 것인데, 질산 세륨을 사용한 실시예 1과는 달리 염화 세륨을 사용한 경우에, Ce-Ti 산화물이 결정성을 띈다는 것을 보여준다. 비정질 Ce-Ti 산화물을 얻음에 질산 세륨의 사용과 같이 특정 세륨 전구체를 사용함이 바람직할 수 있다.6 is a photograph of Ce-Ti oxide of Example 3. Example 3 shows that cerium chloride was used as the cerium precursor in Example 1, but unlike Example 1 using cerium nitrate, Ce-Ti oxide shows crystallinity when cerium chloride is used. It may be desirable to use certain cerium precursors, such as the use of cerium nitrate, to obtain an amorphous Ce-Ti oxide.

도 3 내지 5을 통해서, pH 범위, 제조방법 상에 순서와는 무관하게 무수에탄올만을 용매를 사용하여 Ce-Ti 산화물을 제조하는 경우, 결정 구조가 형성되지 않는 비정질 Ce-Ti 산화물이 제조되는 것을 알 수 있다.3 to 5, regardless of the order of the pH range, the method of manufacturing, when producing Ce-Ti oxide using only anhydrous ethanol, an amorphous Ce-Ti oxide in which a crystal structure is not formed is produced. Able to know.

본 발명의 무수에탄올을 이용한 비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법을 통해서 제조된 비정질 Ce-Ti 산화물은 종래의 Ce-Ti 산화물과 비교하여 전 영역에서 결정 구조가 형성되지 않은, 비정질 Ce-Ti 산화물이므로, 결정질을 포함하는 화합물에 비해 불완전 결합이나 끊어진 결합이 보다 많이 존재할 수 있어, 촉매로 사용하게되면 선택성이 증가되어 우수한 효율을 나타낼 수 있다.The amorphous Ce-Ti oxide prepared through the method for preparing an amorphous Ce-Ti oxide using anhydrous ethanol of the present invention is an amorphous Ce-Ti oxide in which a crystal structure is not formed in all regions compared to the conventional Ce-Ti oxide. There may be more incomplete bonds or broken bonds than the compound containing crystalline, and when used as a catalyst, selectivity is increased, and thus excellent efficiency can be exhibited.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

Claims (7)

무수에탄올을 용매로 이용하여, 티타늄 전구체 및 세륨 전구체를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및
졸겔(sol-gel)법을 이용하여, 상기 혼합용액으로 세륨-티타늄 산화물(Ce-Ti oxide)을 제조하는 제2 단계;를 포함하고,
상기 제조된 비정질 Ce-Ti 산화물은 1 nm 이상의 미세한 결정 구조가 형성되지 않은 것을 특징으로 하는,
비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법.
A first step of preparing a mixed solution by mixing titanium precursor and cerium precursor using anhydrous ethanol as a solvent; And
The second step of producing a cerium-titanium oxide (Ce-Ti oxide) with the mixed solution using a sol-gel (sol-gel) method; includes,
The prepared amorphous Ce-Ti oxide is characterized in that a fine crystal structure of 1 nm or more is not formed,
Method for manufacturing amorphous Ce-Ti oxide.
제1항에 있어서,
상기 티타늄 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide)인 것을 특징으로 하는,
비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법.
According to claim 1,
The titanium precursor is characterized in that it is titanium isopropoxide (Titanium isopropoxide),
Method for manufacturing amorphous Ce-Ti oxide.
제1항에 있어서,
상기 세륨 전구체는 질산 세륨(Ce(NO 3 ) 3 )임을 특징으로 하는,
비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법.
According to claim 1,
The cerium precursor is characterized in that the cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ),
Method for manufacturing amorphous Ce-Ti oxide.
제1항에 있어서,
제1 단계 이후에, 상기 전구체 혼합용액을 pH 4 내지 pH 11로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
비정질 Ce-Ti 산화물 제조방법.
According to claim 1,
After the first step, characterized in that it further comprises the step of adjusting the precursor mixture solution to pH 4 to pH 11,
Method for manufacturing amorphous Ce-Ti oxide.
상기 제1항 내지 4항 중 어느 한 항을 통해 제조된,
비정질 Ce-Ti 산화물.
Prepared through any one of claims 1 to 4,
Amorphous Ce-Ti oxide.
제5항에 있어서,
상기 비정질 Ce-Ti 산화물은 질소 산화물 제거용 촉매로 사용되는 것을 특징으로 하는,
비정질 Ce-Ti 산화물.
The method of claim 5,
The amorphous Ce-Ti oxide is characterized in that it is used as a catalyst for removing nitrogen oxides,
Amorphous Ce-Ti oxide.
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