KR102161131B1 - Antimony / titania carrier and its production method, catalyst for removal of harmful gaseous substances using the carrier, and production method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안티몬/티타니아 담체 및 그 제조방법, 상기 담체를 이용한 가스상 유해물질 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 담체는 티타니아(TiO2) 100 중량부에 대해 안티몬(Sb) 0.3~5 중량부를 포함하며, SbxTiOy의 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라 특정 조건하에서 안티몬/티타니아 담체를 먼저 제조하고 해당 안티몬/티타니아 담체에 활성금속을 담지하여 환원촉매 또는 산원촉매를 제조하는 경우, 안티몬/티타니아 담체에서 SbxTiOy 결합 구조가 유도되어 환원성 및 친전자성이 우수해지고, 이에 따라 바나듐을 주요 활성금속으로 하는 탈질용 환원촉매 제조시 VxSbyO4 구조를 더욱 형성시킴으로써 비화학양론종인 V3+ 및 V4+ 종, Sb의 경우 Sb5 +의 형태로 생성을 유도시켜 기상의 산소를 촉매 격자로 쉽게 이동 및 전달시킬 수 있는 산소전달능력 및 산소저장능력이 증진되며 저온 환원효율이 향상되고 또한 바나듐의 뭉침현상을 억제시켜 열적 안정성이 확보될 수 있고, 또한 백금을 주요 활성금속으로 하는 산화촉매 제조시 촉매의 산소이동성 및 산소저장능력이 증진됨으로써 산화능력이 향상될 수 있다. The present invention relates to an antimony/titania carrier and a method for producing the same, a catalyst for removing gaseous harmful substances using the carrier, and a method for producing the same. The carrier includes 0.3 to 5 parts by weight of antimony (Sb) based on 100 parts by weight of titania (TiO 2 ), and has a bonding structure of Sb x TiO y . According to the present invention, when an antimony/titania carrier is first prepared under certain conditions and a reduction catalyst or an acid source catalyst is prepared by supporting an active metal on the antimony/titania carrier, the SbxTiOy bond structure is induced in the antimony/titania carrier, resulting in reducing properties and the electrophilic becomes excellent, and thus form a further denitration VxSbyO structure 4 in the manufacture catalysts for the reduction of the vanadium as main active metals by a non-stoichiometric species, V 3+ and V 4+ species, in the case of Sb in the form of Sb 5 + By inducing formation, oxygen transfer ability and oxygen storage ability to easily move and transfer oxygen in the gaseous phase to the catalyst grid are improved, low temperature reduction efficiency is improved, and thermal stability can be secured by suppressing the aggregation phenomenon of vanadium. In addition, when producing an oxidation catalyst using platinum as a major active metal, the oxygen mobility and oxygen storage capacity of the catalyst may be improved, thereby improving the oxidation capacity.
Description
본 발명은 다양한 발생원에서 배출되는 가스상 유해물질을 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법, 이러한 촉매 제조시 이용되는 담체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이 경우, 상기 촉매는 산화촉매 및 환원촉매를 포함한다.The present invention relates to a catalyst for removing harmful gaseous substances discharged from various sources, a method for manufacturing the same, a carrier used in manufacturing such a catalyst, and a method for manufacturing the same. In this case, the catalyst includes an oxidation catalyst and a reduction catalyst.
최근 산업 및 생활 환경 변화에 수반하여 가스상 유해물질의 배출량이 증가하는 추세이다. 가스상 유해물질 중 NO, NO2, N2O, NH3 등과 같은 질소산화물은 이동오염원인 자동차 및 선박, 고정오염원인 소각로, 발전소 및 산업용 보일러 등 다양한 배출원에서 배출되며, 또 다른 가스상 유해물질로서 일산화탄소 또는 VOC 등과 같은 유기화합물이 다양한 화학공정에서 대기로 배출되고 있다. 이러한 가스상 유해물질은 지구온난화, 가시거리 방해, 미세먼지, 산성비 등 환경에 악영향을 미치고 인체에 해롭기 때문에 이를 제거하기 위한 다양한 방법이 알려져 있으며, 이 중 촉매를 이용하여 제거하는 방법이 경제적 측면과 기술적인 안정성 측면에서 우수하여 널리 적용되고 있다.The emission of gaseous hazardous substances is increasing with recent industrial and living environment changes. Among gaseous hazardous substances, nitrogen oxides such as NO, NO 2 , N 2 O, NH 3 are emitted from various emission sources such as automobiles and ships as mobile pollution sources, incinerators as fixed pollution sources, power plants and industrial boilers, and carbon monoxide as another gaseous hazardous substance. Or, organic compounds such as VOC are discharged to the atmosphere in various chemical processes. Since these gaseous hazardous substances adversely affect the environment such as global warming, obstruction of visible distance, fine dust, and acid rain, and are harmful to the human body, various methods are known to remove them. Among them, the method of removing using a catalyst is economical and It is widely applied because it is excellent in terms of technical stability.
먼저 가스상 유해물질 중 질소산화물의 경우, 촉매를 이용해 제거하는 기술로서 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)이 가장 널리 사용되고 있다. SCR은 환원제의 종류에 따라서 암모니아계 SCR(암모니아수, 암모니아, 우레아)과 비암모니아계 SCR(H2, CO, HC)로 구분되는데, 각 공정의 특성에 맞춰 환원제가 사용되고 있다. 구체적으로 상기 SCR은, 반응기 전단에서 배가스 중에 환원제를 주입하여 공기 또는 스팀 형태로 혼합시킨 후 운전온도에서 이러한 혼합가스를 반응기 상부로부터 촉매층을 통과시킴으로써, 환원제가 질소산화물과 선택적으로 반응하여 인체 및 환경에 무해한 진소와 물로 분해시키는 방법이다. 이러한 SCR 기술이 다른 촉매 분해반응 공정과 구별되는 특징은 환원제를 사용하며, 선택적으로 질소산화물과 반응한다는 점이다. 환원제 중 SCR에 가장 널리 적용되는 환원제는 NH3로서 NOx와 높은 반응성을 갖기 때문에 보편적으로 적용되고 있으며, 이 경우 SCR 반응은 하기의 반응식 1에 따라 반응한다. 이러한 높은 반응성 및 선택성으로 인하여 오염방지 최적화 기술 (Best Available Control Technology; BACT)로 가장 많이 사용되고 있다. 또한 SCR 반응 메커니즘 중 저온 및 높은 공간속도에서 우수한 활성을 갖기 위한 반응중에 하나는 O2의 빠른 재산화반응 메커니즘이 있으며, 이는 반응식 2와 같이 반응한다. 이 반응은 반응식 1에 비해 반응속도가 빠르게 진행된다고 보고되고 있어, 산소의 이동성이 우수할수록 SCR 반응이 빠르게 진행되게 된다. First, in the case of nitrogen oxides among gaseous harmful substances, selective catalytic reduction (SCR) is the most widely used as a technology to remove nitrogen oxides using a catalyst. SCR is classified into ammonia-based SCR (ammonia water, ammonia, urea) and non-ammonia-based SCR (H 2 , CO, HC) depending on the type of reducing agent, and reducing agents are used according to the characteristics of each process. Specifically, in the SCR, a reducing agent is injected into the exhaust gas at the front end of the reactor, mixed in the form of air or steam, and then the mixed gas is passed through the catalyst layer from the top of the reactor at an operating temperature, so that the reducing agent reacts selectively with nitrogen oxides to the human body and environment. It is a method of decomposing into water and ginso, which is harmless. The distinguishing feature of this SCR technology from other catalytic decomposition processes is that it uses a reducing agent and selectively reacts with nitrogen oxides. Among the reducing agents, the reducing agent most widely applied to SCR is NH 3 and is widely applied because it has high reactivity with NOx, and in this case, the SCR reaction reacts according to the following Scheme 1. Due to such high reactivity and selectivity, it is most often used as the best available control technology (BACT). In addition, among the SCR reaction mechanisms, one of the reactions to have excellent activity at low temperature and high space velocity is the rapid reoxidation mechanism of O 2 , which reacts as shown in
반응식 1Scheme 1
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
반응식 2
2V4+ -OH+ → H2O + V3+ + V5+=O2V 4+ -OH + → H 2 O + V 3+ + V 5+ = O
O2 + 2V3+ → 2V5+ = OO 2 + 2V 3+ → 2V 5+ = O
상기의 반응은 탈질용 SCR 촉매 상에서 진행되는데, 현재까지 일반적으로 상용화되어 있는 SCR 촉매로는 이산화 티타니아를 담체(support)로 하고, 바나듐(vanadium; V)을 활성금속으로 하는 바나듐/티타니아(V2O5/TiO2) 촉매이며, 최근에는 바나듐/티타니아 촉매에 촉매의 활성 및 내구성을 증진시키기 위해서 조촉매 역할을 수행하는 금속을 첨가하기도 한다. 그러나 이러한 촉매의 경우 우수한 활성을 나타내기 위하여 촉매설치에 필요한 넓은 공간 및 최적 활성을 나타내기 위한 온도인 300 oC 이상의 온도를 인위적으로 높여주는데 많은 에너지 손실을 유발하는 문제점이 있기 때문에 300 oC 이하의 저온에서 높은 활성을 나타낼 수 있는 촉매가 필요하다. 추가적으로, 비교적 고온에서 배출되는 가스의 경우인 350~400oC 또는 일시적으로 400oC 이상에서 발생하는 촉매의 열화현상에 대한 열적안정성을 갖는 촉매가 필요하다. 또한, 연소 중에 발생하는 트레이스 메탈(trace metal) 및 SO2에 의한 촉매 표면에서의 피독현상에 따라 촉매의 활성이 점차 감소하게 되어 이에 대한 내구성도 필요한 실정이다. 따라서, 경제적 효과를 나타내기 위해서는 높은 공간속도에서 우수한 활성 및 우수한 내구성을 갖는 촉매개발이 필요하다. The above reaction proceeds on an SCR catalyst for denitrification, and vanadium/titania (V 2 ) using titania dioxide as a support and vanadium (V) as an active metal as a generally commercialized SCR catalyst up to now. O 5 /TiO 2 ) catalyst, and recently, a metal serving as a co-catalyst is added to the vanadium/titania catalyst to improve the activity and durability of the catalyst. However, in the case of such a catalyst, in order to exhibit excellent activity, a large space required for catalyst installation and a temperature of 300 o C or higher, which is a temperature for optimal activity, are artificially raised, but since there is a problem that causes a lot of energy loss, it is below 300 o C There is a need for a catalyst that can exhibit high activity at low temperatures. In addition, there is a need for a catalyst having thermal stability against deterioration of the catalyst occurring at 350 to 400 o C, or temporarily over 400 o C, in the case of gas discharged at a relatively high temperature. In addition, the activity of the catalyst gradually decreases according to the poisoning phenomenon on the catalyst surface by trace metal and SO 2 generated during combustion, and thus durability is also required. Therefore, in order to exhibit an economic effect, it is necessary to develop a catalyst having excellent activity and excellent durability at a high space velocity.
종래 질소산화물을 선택적으로 제거하기 위한 촉매 및 그 제조 방법의 일예가 대한민국 등록특허 제10-0671978호 및 비특허문헌 1(Applied Catalysis B Environmental, 78, pp. 301-309, 2008)에 개시되어 있다. 이들 종래 기술 그룹에 따르면, 담체에 Se, Sb, Cu, S, B, Bi, Pb 및 P와 같은 다양한 금속(M)과 바나듐(V)을 MOx-V2O5/TiO2 형태로 담지하여 촉매를 제조하였고, 이 중 안티몬(Sb)을 선정하여 저온에서의 최적 탈질효율을 나타내는 것으로 개시하고 있다. 또한 SO2의 흡착량이 적기 때문에, SO2가 함유된 저온상태에서 촉매독으로 작용하여 생성되는 ABS(Ammonium bi sulfate; NH4HSO4) 염의 생성이 억제되어 저온에서 사용이 가능한 것으로 개시하고 있다. 하지만 이들 종래 기술 그룹은 후술하는 본 발명에 따른 바나듐계 촉매에서의 안티몬(Sb)을 티타니아에 먼저 결합시킴으로써 나타나는 구조적 특징 및 바나듐과 안티몬의 결합이 탈질효율에 미치는 영향에 대해 개시하고 있지 않다. An example of a conventional catalyst for selectively removing nitrogen oxides and a method of manufacturing the same is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0671978 and Non-Patent Document 1 (Applied Catalysis B Environmental, 78, pp. 301-309, 2008). . According to these prior art groups, various metals (M) and vanadium (V) such as Se, Sb, Cu, S, B, Bi, Pb and P are supported on a carrier in the form of MO x -V 2 O 5 /TiO 2 Thus, a catalyst was prepared, and antimony (Sb) was selected among them, and it is disclosed that the optimum denitration efficiency at a low temperature is displayed. In addition, since the adsorption amount of SO 2 is small, it is disclosed that the formation of ABS (Ammonium bi sulfate; NH 4 HSO 4 ) salt produced by acting as a catalyst poison in a low temperature state containing SO 2 is suppressed, and thus it can be used at a low temperature. However, these prior art groups do not disclose structural characteristics that appear by first binding antimony (Sb) to titania in the vanadium-based catalyst according to the present invention to be described later, and the effect of the combination of vanadium and antimony on the denitration efficiency.
또한, 질소산화물을 선택적으로 제거하기 위한 촉매의 다른 예가 대한민국 등록특허 제10-1284214호 및 비특허문헌 2(Applied Catalysis B Environmental, 142, pp. 705-717, 2013)에 개시되어 있다. 이들 종래 기술에 따르면 Sb-V2O5/TiO2 촉매에 세륨(Ce)를 함량별로 첨가하여 황에 대한 내구성 및 활성증진에 대한 연구를 수행하였다. 이 경우 비특허문헌 2에 따르면, 촉매는 세륨(Ce)를 먼저 티타니아(TiO2)에 담지한 후 바나듐(V) 및 안티몬(Sb)을 동시에 담지하여 제조되었으며, 세륨(Ce)을 적절함 함량으로 첨가함으로써 세륨(Ce)에 의해 산점 증진, 흡착량 증가 및 산소이동성의 증가에 의해 활성 증진이 나타나는 것으로 보고되어 있다. 하지만 이들 종래 기술 그룹에서도 후술하는 본 발명에 따른 안티몬(Sb)의 역할은 단지 SO2의 흡착억제에 대한 부분만 개시하고 있으며, 안티몬(Sb)이 바나듐/티타니아계 촉매에서 활성에 미치는 영향에 대해서는 개시되어 있지 않다.In addition, other examples of catalysts for selectively removing nitrogen oxides are disclosed in Korean Patent No. 10-1284214 and Non-Patent Document 2 (Applied Catalysis B Environmental, 142, pp. 705-717, 2013). According to these conventional techniques, a study was conducted on the durability and activity enhancement of sulfur by adding cerium (Ce) to the Sb-V 2 O 5 /TiO 2 catalyst by content. In this case, according to
또한, 종래 질소산화물을 선택적으로 제어하기 위한 방법의 다른 예가 비특허문헌 3(Catalysis Communications, 93, pp. 33-36, 2017)에 개시되어 있다. 비특허문헌 3에 따르면 V2O5-Sb2O3/TiO2와 V2O5-WO3/TiO2 촉매에 대해서 SO2 영향 평가를 수행하였다. 본 문헌에서도 V2O5-Sb2O3/TiO2 촉매의 경우 바나듐(V)과 안티몬(Sb)을 동시에 티타니아(TiO2)에 담지하여 제조되었다. 그 결과, 안티몬(Sb)이 첨가된 촉매는 SO2 흡착이 억제되며, SO2 에서 SO3로의 산화를 억제시킴으로써 ABS(Ammonium bi sulfate; NH4HSO4) 염의 생성이 억제되어 SO2에 대한 내구성이 증진된다고 보고되어 있다. 하지만, 비특허문헌 3의 경우에도 후술하는 본 발명에 따른 안티몬(Sb)이 촉매에 미치는 구조적 특성 및 이에 따른 탈질영향에 대해 개시하고 있지 않다. In addition, another example of a conventional method for selectively controlling nitrogen oxides is disclosed in Non-Patent Document 3 (Catalysis Communications, 93, pp. 33-36, 2017). According to
또한, 종래 질소산화물을 선택적으로 제어하기 위한 방법의 일예 중 가장 최근 문헌은 비특허문헌 4(Applied Catalysis A General, 549, pp. 310-319, 2018)에 개시되어 있다. 이에 따르면 VW/Ti 촉매에 안티몬(Sb) 및 니오븀(Nb)을 추가적으로 담지 하여 최종 촉매를 제조하였으며, 촉매의 SO2 내구성을 평가하기 위해 ABS 영향에 대해서 연구하였다. 이 중 안티몬(Sb)이 첨가된 V/W/Ti 촉매에 대해서 XPS, IR pattern 및 TG 분석을 통해 촉매상에 SO2 흡착이 줄어드는 것을 확인하였으며, 이를 통해 SO2에 대한 내구성이 증진된다고 보고하였다. 하지만 본 비특허문헌 4에서도 후술하는 본 발명에 따른 안티몬(Sb)의 첨가가 SCR 촉매인 V/W/TiO2 촉매에 미치는 구조적 특성이나 촉매상에서의 안티몬(Sb)의 역할에 대해서는 언급되지 않고 있다. 또한, 비특허문헌 4의 경우 안티몬을 이용한 촉매 제조시 촉매의 첨가방식 및 제조방법에 대해 특별히 제한하거나 언급하지 않고 있다. In addition, among an example of a method for selectively controlling nitrogen oxide in the related art, the most recent document is disclosed in Non-Patent Document 4 (Applied Catalysis A General, 549, pp. 310-319, 2018). According to this, the final catalyst was prepared by additionally supporting antimony (Sb) and niobium (Nb) on the VW/Ti catalyst, and the effect of ABS was studied to evaluate the SO 2 durability of the catalyst. Among them, it was confirmed that the adsorption of SO 2 on the catalyst was reduced through XPS, IR pattern and TG analysis for the V/W/Ti catalyst to which antimony (Sb) was added, and it was reported that durability for SO 2 was improved through this. . However, in this
또한, 종래 질소산화물을 선택적으로 제어하기 위한 제조방법의 또 다른 예가 대한민국 공개특허 제10-2017-0126837호에 개시되어 있다. 이에 따르면 V2O5/TiO2에 텅스텐을 조촉매로 사용하였으며, 지지체로는 Ti-PILC와 티타니아를 섞어서 제조하였다. 또한 텅스텐의 경우 촉매 총 중량대비 0.01내지 15 중량%로 하였으며, 제조예의 경우 WO3로 3 중량%를 담지하여 제조하였다. 하지만, 바나듐/텅스텐/티타니아 촉매에서 지지체인 티타니아 제조법을 다르게 하여 제조한 촉매이며, 조촉매로써 세륨(Ce), 이산화황(SO2), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 이트륨(Y) 및 란탄족을 사용하였다.In addition, another example of a conventional manufacturing method for selectively controlling nitrogen oxides is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0126837. According to this, tungsten was used as a cocatalyst in V 2 O 5 /TiO 2 , and Ti-PILC and titania were mixed as a support to prepare it. In addition, in the case of tungsten, the total weight of the catalyst was 0.01 to 15% by weight, and in the case of the preparation example, 3% by weight was supported with WO 3 . However, it is a catalyst prepared by differently preparing titania as a support from a vanadium/tungsten/titania catalyst, and as a cocatalyst, cerium (Ce), sulfur dioxide (SO 2 ), iron (Fe), molybdenum (Mo), yttrium (Y) and Lanthans were used.
상기한 SCR 촉매에 관한 종래기술들에 따르면 가스상의 질소산화물을 제어하기 위해 다양한 조촉매를 첨가하여 활성 및 내구성을 증진시키는 기술이 개발되고 있는 추세이다. 그중 안티몬(Sb)에 대한 연구는 현재까지 진행되고 있으나 SO2의 흡착억제 및 피독이 내구성에 미치는 영향에 대해서만 연구되고 있으며, 후술하는 본 발명에 따른 안티몬/티타니아의 담체의 구조적인 특징 및 안티몬이 바나듐계 촉매에 미치는 영향에 대해서는 개시하고 있지 않고 있다. 한편, 최근 더욱 강화되는 환경 규제에 따라 보다 우수한 촉매 개발이 필요하고, 궁극적으로는 내구성 및 탈질 효율을 증진시킬 수 있는 안티몬의 특성을 통해 바나듐/티타니아계 촉매의 최적 효율을 나타낼 수 있는 제조 방법이 필요한 실정이다.According to the prior art related to the SCR catalyst described above, there is a trend in the development of a technology for enhancing activity and durability by adding various cocatalysts to control gaseous nitrogen oxides. Among them, studies on antimony (Sb) have been conducted so far, but only the effects of suppression of adsorption of SO 2 and poisoning on durability have been studied, and structural characteristics and antimony of the antimony/titania carrier according to the present invention described later It does not disclose the effect on the vanadium-based catalyst. On the other hand, in accordance with the recently strengthened environmental regulations, it is necessary to develop a more excellent catalyst, and ultimately, a manufacturing method that can show the optimum efficiency of a vanadium/titania-based catalyst through the properties of antimony that can improve durability and denitrification efficiency. It is a necessary situation.
다음으로 가스상 유해물질 중 일산화탄소의 경우, 촉매를 이용해 제거하는 기술로서 산화촉매를 이용하여 제거하는 방법이 널리 사용되고 있다. 산화촉매의 경우, 아래의 반응식 3과 같이 촉매상에 주입되는 일산화탄소를 대기중의 산소와 반응시켜 인체에 무해한 이산화탄소로 전환하는 기술이다. 이러한 산화촉매는 열을 에너지원으로 하여 일산화탄소와 산소와 반응시켜 이산화탄소로 제거하게 되는데 이때, 촉매의 성능에 따라 반응온도가 상이하며 낮은 온도에서 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킬 수 있는 촉매가 우수한 촉매라 할 수 있다. Next, in the case of carbon monoxide among the gaseous hazardous substances, a method of removing using an oxidation catalyst is widely used as a technology for removing using a catalyst. In the case of an oxidation catalyst, it is a technology that converts carbon monoxide injected onto the catalyst into carbon dioxide that is harmless to the human body by reacting with oxygen in the atmosphere as shown in
반응식 3
2CO + O2 → CO2 2CO + O 2 → CO 2
한편 일산화탄소가 수반되는 다양한 화학공정의 경우 배가스를 처리하기 위해 인위적으로 열에너지를 주입하여 제거하는 실정으로 높은 반응온도로 인해 경제적 손실이 발생하고 있는 실정이다. 또한, 발전소와 같은 에너지 설비에서는 연소중에 필연적으로 발생하는 SO2로 인해 촉매의 독으로 작용하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 기존 보다 낮은 온도에서 일산화탄소를 산화시킬 수 있는 산화촉매 개발과 피독물질인 SO2에 대한 저항성을 가지는 촉매 기술이 필요한 실정이다.On the other hand, in the case of various chemical processes involving carbon monoxide, heat energy is artificially injected and removed to treat exhaust gas, and economic losses are incurred due to high reaction temperatures. In addition, energy facilities such as power plants have a problem of acting as a poison of the catalyst due to SO 2 that is inevitably generated during combustion. Therefore, the development of an oxidation catalyst capable of oxidizing carbon monoxide at a lower temperature than before and a catalyst technology having resistance to SO 2 as a poisonous substance are required.
종래 일산화탄소를 제거하기 위한 촉매 및 그 제조방법의 일예가 대한민국 등록특허 제10-0998325호 및 대한민국 등록특허 제10-1319064호에 개시되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-0998325호 및 대한민국 등록특허 제10-1319064호는 일산탄소를 제거하기 위한 촉매로서 백금/티타니아 촉매 및 팔라듐/티타니아 촉매에 대해 각각 개시하고 있으며, 해당 특허들은 일반적으로 사용하는 티타니아 담체에 대해 활성금속으로서 백금, 팔라듐을 담지하는 과정에 대해 개시하고 있다.An example of a conventional catalyst for removing carbon monoxide and a method for manufacturing the same is disclosed in Korean Patent No. 10-0998325 and Korean Patent No. 10-1319064. Korean Patent No. 10-0998325 and Korean Patent No. 10-1319064 disclose platinum/titania catalysts and palladium/titania catalysts, respectively, as catalysts for removing carbon monoxide, and the patents are generally used titania A process of supporting platinum and palladium as active metals on a carrier is disclosed.
또한, 비특허문헌 5(Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 782)에는 일산화탄소를 제거하기 위하여 안티몬(Sb)이 사용된 촉매가 개시되어 있다. 비특허문헌 5에 따르면, 안티몬과 산화주석, 그리고 백금을 이용하여 일산화탄소를 제거하는 내용이 개시되어 있다. 하지만, 비특허문헌 5의 경우 산화주석을 사용함에 따라 일산화탄소 제거율이 다소 낮은 문제가 있다. In addition, non-patent document 5 (Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 782) discloses a catalyst in which antimony (Sb) is used to remove carbon monoxide. According to the
상기 산화촉매에 관한 종래기술에 따르면 가스상의 일산화탄소를 제어하기 위해 백금 비롯하여 다양한 활성금속을 이용한 촉매가 개시되어 있지만, 이하에서 설명하는 본 발명에 따른 안티몬/티타니아의 담체의 구조적인 특징 및 안티몬 산화촉매에 미치는 영향에 대해서는 개시하고 있지 않다.According to the prior art related to the oxidation catalyst, catalysts using various active metals including platinum are disclosed to control gaseous carbon monoxide, but structural features and antimony oxidation catalysts of the antimony/titania carrier according to the present invention described below It does not disclose the effect on the.
본 발명의 목적은 저온활성 및 열적안정성이 우수하고 촉매피독이 효과적으로 억제되고, 가스상 유해물질 제거 효율이 우수한 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 이 경우, 상기 촉매는 바나듐 등을 활성금속으로 하여 유해가스를 환원시켜 제거하는 환원촉매와, 백금을 활성금속으로 하여 유해가스를 산화시켜 제거하는 산화촉매을 포함한다. 본 발명의 다른 목적은 상기 촉매에 유리하게 적용될 수 있는 환원성 및 친전자성이 우수한 안티몬/티타니아 담체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a catalyst having excellent low-temperature activity and thermal stability, effectively suppressing catalyst poisoning, and excellent gaseous hazardous substance removal efficiency, and a method for producing the same. In this case, the catalyst includes a reduction catalyst that reduces and removes harmful gas using vanadium or the like as an active metal, and an oxidation catalyst that oxidizes and removes harmful gas using platinum as an active metal. Another object of the present invention is to provide an antimony/titania carrier having excellent reducing properties and electrophilicity, which can be advantageously applied to the catalyst, and a method for preparing the same.
본 발명자들은, 상기 해결과제와 관련된 촉매를 연구 및 개발하는 과정에서, 특정 조건하에서 안티몬/티타니아 담체를 먼저 제조하는 경우 안티몬과 티타니아 간 SbxTiOy 결합 구조가 유도되어 환원성 및 친전자성이 우수함을 발견하였다. 또한 본 발명자들은 이러한 안티몬/티타니아 담체를 이용하여 바나듐을 주요 활성금속으로 하는 탈질용 환원촉매 제조시 VxSbyO4 구조를 더욱 형성시킴으로써 비화학양론종인 V3+ 및 V4+ 종, Sb의 경우 Sb5 +의 형태로 생성을 유도시켜 기상의 산소를 촉매 격자로 쉽게 이동 및 전달시킬 수 있는 산소전달능력 및 산소저장능력이 증진되고 이에 따라 저온 환원효율이 향상되고 또한 바나듐의 뭉침현상을 억제시켜 열적 안정성이 확보될 수 있음을 발견하는 한편, 상기 안티몬/티타니아 담체를 이용하여 백금을 주요 활성금속으로 하는 산화촉매 제조시 촉매의 산소이동성 및 산소저장능력이 증진됨으로써 산화능력이 향상됨을 발견하여 본 발명에 도달하게 되었다. 상기한 해결과제에 관한 인식 및 지견에 기초한 본 발명의 요지는 아래와 같다.In the process of researching and developing a catalyst related to the above problem, the present inventors have found that when an antimony/titania carrier is first prepared under specific conditions, a SbxTiOy bond structure between antimony and titania is induced, and thus reducing properties and electrophilicity are excellent. . In addition, the present inventors further formed a VxSbyO 4 structure when preparing a reduction catalyst for denitrification using vanadium as a major active metal using such an antimony/titania carrier, so that non-stoichiometric species V 3+ and V 4+ species, Sb, Sb 5 By inducing formation in the form of + , the oxygen transfer ability and oxygen storage ability to easily move and transfer oxygen in the gaseous phase to the catalytic lattice are improved, thereby improving the low-temperature reduction efficiency and also suppressing the aggregation phenomenon of vanadium for thermal stability. While discovering that this can be secured, it was found that the oxidation capacity was improved by improving the oxygen mobility and oxygen storage capacity of the catalyst when preparing an oxidation catalyst containing platinum as the main active metal using the antimony/titania support. Reached. The gist of the present invention based on the recognition and knowledge on the above-described problem is as follows.
(1) 티타니아(TiO2) 100 중량부에 대해 안티몬(Sb) 0.3~5 중량부를 포함하며, SbxTiOy의 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안티몬/티나티아 담체.(1) Titania (TiO 2 ) Antimony (Sb) 0.3 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight, antimony/tinatia carrier, characterized in that it has a bonding structure of Sb x TiO y .
(2) 티타니아(TiO2) 100 중량부에 대해 안티몬(Sb)이 0.3~5 중량부로 포함되도록 안티몬 전구체를 티타니아(TiO2)에 담지하여 500~650℃에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 안티몬/티타니아 담체 제조방법.(2), titania (TiO 2) antimony, antimony, characterized in that (Sb) the step of supporting the antimony precursor on the titania (TiO 2) such that an amount of 0.3 to 5 parts by weight is produced by baking at 500 ~ 650 ℃ based on 100 parts by weight of / Method for producing titania carrier.
(3) 상기 안티몬 전구체는 안티몬 클로라이드(antimony chloride: SbCl3,), 안티몬 아세테이트 (antimony acetate((CH3CO2)3Sb), 안티몬 나이트레이트 (antimony nitrate(2Sb2O3 N2O5)), 안티몬 졸 (antimony sol: Sb2O4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 안티몬/티나티아 담체 제조방법.(3) The antimony precursor is antimony chloride (SbCl 3 ,), antimony acetate ((CH 3 CO 2 ) 3 Sb), antimony nitrate (2Sb 2 O 3 N 2 O 5 ) ), antimony sol (antimony sol: Sb 2 O 4 ), the antimony/tinatia carrier manufacturing method of (2), characterized in that any one of.
(4) 상기(1) 따른 안티몬/티타니아 담체 100 중량부에 대해 바나듐(V) 0.3~4 중량부를 포함하고, VxSbyO4의 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 환원촉매.(4) A reduction catalyst comprising 0.3 to 4 parts by weight of vanadium (V) with respect to 100 parts by weight of the antimony/titania carrier according to (1), and having a bonding structure of VxSbyO4.
(6) 상기 (1)에 따른 안티몬/티타니아 담체 100중량부에 대해 바나듐(V) 0.3~4 중량부가 되도록 바나듐 전구체를 담지하여 400~500℃ 에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 환원촉매 제조방법.(6) A reduction catalyst manufacturing method, characterized in that it is prepared by sintering at 400 to 500°C by supporting a vanadium precursor so that 0.3 to 4 parts by weight of vanadium (V) per 100 parts by weight of the antimony/titania carrier according to (1) above. .
(7) 상기 바나듐 전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 상기(6)의 환원촉매 제조방법.(7) The method for producing the reduction catalyst of (6), wherein the vanadium precursor is a soluble compound.
(10) 상기 (1)에 따른 안티몬/티타니아 담체 100 중량부에 대해 백금(Pt) 0.1~3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화촉매.(10) An oxidation catalyst comprising 0.1 to 3 parts by weight of platinum (Pt) based on 100 parts by weight of the antimony/titania carrier according to (1).
(11) 상기 (1)에 따른 안티몬/티타니아 담체 100중량부에 대해 백금(Pt) 0.1~3 중량부가 되도록 백금 전구체를 담지하여 400oC 에서 소성하여 제조하는 것을 특징으로 하는 산화촉매 제조방법.(11) An oxidation catalyst manufacturing method, characterized in that it is prepared by sintering at 400 o C by supporting a platinum precursor so that 0.1 to 3 parts by weight of platinum (Pt) per 100 parts by weight of the antimony/titania carrier according to (1).
(12) 상기 백금전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 (11)의 산화촉매 제조방법.(12) The method for producing the oxidation catalyst of (11), wherein the platinum precursor is a soluble compound.
본 발명에 따라 특정 조건하에서 안티몬/티타니아 담체를 먼저 제조하고 해당 안티몬/티타니아 담체에 활성금속을 담지하여 환원촉매 또는 산원촉매를 제조하는 경우, 안티몬/티타니아 담체에서 SbxTiOy 결합 구조가 유도되어 환원성 및 친전자성이 우수해지고, 이에 따라 바나듐을 주요 활성금속으로 하는 탈질용 환원촉매 제조시 VxSbyO4 구조를 더욱 형성시킴으로써 비화학양론종인 V3+ 및 V4+ 종, Sb의 경우 Sb5 +의 형태로 생성을 유도시켜 기상의 산소를 촉매 격자로 쉽게 이동 및 전달시킬 수 있는 산소전달능력 및 산소저장능력이 증진되며 저온 환원효율이 향상되고 또한 바나듐의 뭉침현상을 억제시켜 열적 안정성이 확보될 수 있고, 또한 백금을 주요 활성금속으로 하는 산화촉매 제조시 촉매의 산소이동성 및 산소저장능력이 증진됨으로써 산화능력이 향상될 수 있다.According to the present invention, when an antimony/titania carrier is first prepared under certain conditions and a reduction catalyst or an acid source catalyst is prepared by supporting an active metal on the antimony/titania carrier, the SbxTiOy bond structure is induced in the antimony/titania carrier, resulting in reducing properties and the electrophilic becomes excellent, and thus form a further denitration VxSbyO structure 4 in the manufacture catalysts for the reduction of the vanadium as main active metals by a non-stoichiometric species, V 3+ and V 4+ species, in the case of Sb in the form of Sb 5 + By inducing formation, oxygen transfer ability and oxygen storage ability to easily move and transfer oxygen in the gaseous phase to the catalyst grid are improved, low temperature reduction efficiency is improved, and thermal stability can be secured by suppressing the aggregation phenomenon of vanadium. In addition, when producing an oxidation catalyst using platinum as a major active metal, the oxygen mobility and oxygen storage capacity of the catalyst may be improved, thereby improving the oxidation capacity.
도 1은 본 발명의 제조예 1과 비교예 1에 대한 XRD(X-ray diffraction) 분석결과 그래프.
도 2 는 본 발명의 제조예 1과 비교예 1에 대한 pL spectroscopy 분석결과 그래프.
도 3은 본 발명의 제조예 1과 비교예 1 및 비교제조예 5에 대한 H2-TPR(H2 Temperature Programmed Reduction) 분석결과 그래프.
도 4의 (a) 는 본 발명의 제조예 2에서 소성온도에 따른 질소산화물 제거율을 나타낸 그래프.
도 4의 (b) 는 본 발명의 제조예 2에서 소성온도에 따른 환원특성 변화를 확인하기 위한 H2-TPR(H2 Temperature Programmed Reduction) 분석결과 그래프.
도 5 는 본 발명의 제조예 2와, 비교제조예3 및 비교제조예 4에 대한 XRD 분석결과 그래프.
도 6 은 본 발명의 제조예 1 및 제조예 2와, 비교제조예 3 및 비교제조예 4에 대한 TPR (Temperature Programmed Reduction) 분석결과 그래프.
도 7의 (a) 는 본 발명의 제조예 3과, 비교제조예 1에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석결과 그래프.
도 7의 (b) 는 본 발명의 제조예 3과, 비교제조예 1에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석결과 그래프.
도 8은 본 발명의 제조예 3과, 비교제조예 1에 대한 TPRO(H2 Temperature Programmed Reduction and Oxidation) 분석결과 그래프.
도 9의 (a)는 본 발명의 제조예 2와, 비교제조예 3에 대한 DRFTs 분석결과 그래프.
도 9의 (b)는 본 발명의 제조예 2와, 비교제조예 3에 대한 IR-DRIFTs 분석결과 그래프.
도 11은 본 발명의 제조예 2와, 비교제조예 3 및 비교제조예 4에 대한 Raman spectroscopy 분석결과 그래프.
도 15은 본 발명의 제조예 9와, 비교제조예 6에 대한 일산화탄소 전환율을 나타낸 그래프.
도 16은 본 발명의 제조예 9와, 비교제조예 6에 대한 시간 변화에 따른 일산화탄소 전환율을 나타낸 그래프.1 is a graph of XRD (X-ray diffraction) analysis results for Preparation Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
2 is a graph of the results of pL spectroscopy analysis for Preparation Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
3 is a graph of the results of H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis for Preparation Example 1 and Comparative Example 1 and Comparative Preparation Example 5 of the present invention.
Figure 4 (a) is a graph showing the nitrogen oxide removal rate according to the firing temperature in Preparation Example 2 of the present invention.
Figure 4 (b) is a graph of the H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis result for confirming the change in reduction characteristics according to the firing temperature in Preparation Example 2 of the present invention.
5 is a graph of XRD analysis results for Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 4 of the present invention.
6 is a graph of TPR (Temperature Programmed Reduction) analysis results for Preparation Examples 1 and 2 of the present invention and Comparative Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 4. FIG.
Figure 7 (a) is a graph of the analysis result of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) for Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 1 of the present invention.
7 (b) is a graph of the results of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis for Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 1 of the present invention.
Figure 8 is a graph of the results of TPRO (H 2 Temperature Programmed Reduction and Oxidation) analysis for Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 1 of the present invention.
9 (a) is a graph of DRFTs analysis results for Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 of the present invention.
Figure 9 (b) is a graph of the IR-DRIFTs analysis results for Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 of the present invention.
11 is a graph of Raman spectroscopy analysis results for Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 4 of the present invention.
15 is a graph showing carbon monoxide conversion rates for Preparation Example 9 and Comparative Preparation Example 6 of the present invention.
16 is a graph showing the carbon monoxide conversion rate over time for Preparation Example 9 and Comparative Preparation Example 6 of the present invention.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 기본적으로 안티몬/티타니아 담체 및 그 제조방법에 관한 것이며, 이러한 안티몬/티타니아 담체에 활성금속을 담지한 환원촉매 및 산화촉매에 관한 것인 바, 이하 순차적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention basically relates to an antimony/titania carrier and a method for producing the same, and relates to a reduction catalyst and an oxidation catalyst carrying an active metal on the antimony/titania carrier, which will be sequentially described below.
상기 안티몬/티타니아 담체는, 티타니아(TiO2)에 안티몬(Sb) 전구체을 담지하여 소정 온도에서 소성함으로써 제조되며, 결과물인 담체는 SbxTiOy의 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.The antimony/titania carrier is prepared by supporting an antimony (Sb) precursor on titania (TiO 2 ) and firing at a predetermined temperature, and the resulting carrier has a bonding structure of Sb x TiO y .
상기 티타니아에 안티몬 전구체를 담지하는 경우, 안티몬(Sb)은 티타니아(TiO2) 100 중량부에 대해 0.3~5 중량부를 포함되도록 정량하는 것이 바람직하다. 안티몬 함량이 0.3 중량부 미만이면 SbxTiOy의 결합구조 생성양이 너무 적어서 바람직하지 않고, 5 중량부를 초과하면 과량의 안티몬(Sb) 이 첨가됨에 따라 티타니아(TiO2)의 미세기공들을 막을 수 있기 때문에 바람직하지 않다.When the antimony precursor is supported on the titania, it is preferable to quantify the amount of antimony (Sb) to include 0.3 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of titania (TiO 2 ). If the antimony content is less than 0.3 parts by weight, it is not preferable because the amount of the bond structure of SbxTiOy is too small, and if it exceeds 5 parts by weight, it is preferable because the micropores of titania (TiO 2 ) can be blocked by the addition of an excessive amount of antimony (Sb). Not.
상기 안티몬(Sb)의 전구체 물질로는 안티몬 클로라이드(antimony chloride: SbCl3,), 안티몬 아세테이트 (antimony acetate((CH3CO2)3Sb), 안티몬 나이트레이트 (antimony nitrate(2Sb2O3 N2O5)), 안티몬 졸 (antimony sol: Sb2O4) 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.Antimony (Sb) precursor material is antimony chloride (antimony chloride: SbCl 3 ,), antimony acetate ((CH 3 CO 2 ) 3 Sb), antimony nitrate (2Sb 2 O 3 N 2 O 5 )), antimony sol (Sb 2 O 4 ) It may be selected from any one of.
상기 상기 안티몬/티타니아 담체 제조를 위한 소성 온도는 500~650℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 소성 온도가 500℃ 미만이면 SbxTiOy구조를 형성하지 못하기 때문에 바람직하지 않고, 650℃ 초과이면 높은 열에너지로 인해 물질의 응집현상을 야기할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.The firing temperature for preparing the antimony/titania carrier is preferably performed at 500 to 650°C. If the firing temperature is less than 500°C, it is not preferable because it cannot form the SbxTiOy structure, and if it exceeds 650°C, it is not preferable because it may cause agglomeration of the material due to high thermal energy.
상기 안티몬/티타니아 담체는 SbxTiOy의 결합 구조를 가짐으로써 우수한 환원성 및 친전자성을 갖게 되고, 이에 따라 이러한 SbxTiOy의 특수한 결합 구조를 갖는 안티몬/티타니아 담체를 먼저 제조한 후 이 담체에 활성금속을 담지하여 목적하는 최종 환원촉매 또는 산화촉매를 제조함으로써 촉매의 물성을 향상시키게 된다.The antimony/titania carrier has excellent reducibility and electrophilicity by having a bonding structure of Sb x TiO y , and accordingly, an antimony/titania carrier having a special bonding structure of Sb x TiO y is first prepared and then this carrier The physical properties of the catalyst are improved by supporting the active metal on the catalyst to prepare the desired final reduction catalyst or oxidation catalyst.
먼저, 상기 환원촉매는 예컨대, 바나듐(V)을 주요 활성금속으로 하는 질소산화물 제거용 촉매일 수 있다. 이러한 환원촉매는 미리 제조된 안티몬/티타니아 담체에 바나듐 전구체를 담지하여 소정 온도에서 소성함으로써 제조될 수 있으며, 결과물인 환원촉매가 VxSbyO4의 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.First, the reduction catalyst may be, for example, a catalyst for removing nitrogen oxides using vanadium (V) as a major active metal. Such a reduction catalyst can be prepared by supporting a vanadium precursor on a previously prepared antimony/titania carrier and firing at a predetermined temperature, and the resulting reduction catalyst is characterized in that it has a bonding structure of VxSbyO4.
상기 안티몬/티타니아 담체에 바나듐 전구체를 담지하는 경우, 안티몬/티타니아 담체 100중량부에 대해 바나듐(V) 0.3~4 중량부가 되도록 정량하는 것이 바람직하다. 바나듐 함량이 0.3 중량부 미만이면 활성금속 사이트(site)의 양이 너무 적어서 바람직하지 않고, 4 중량부를 초과하면 안티몬/티타니아(Sb/TiO2) 담체의 미세기공들을 막을 수 있기 때문에 바람직하지 않다.When the vanadium precursor is supported on the antimony/titania carrier, it is preferable to quantify so that 0.3 to 4 parts by weight of vanadium (V) is carried out with respect to 100 parts by weight of the antimony/titania carrier. If the vanadium content is less than 0.3 parts by weight, the amount of the active metal site is too small, which is not preferable, and if it exceeds 4 parts by weight, it is not preferable because the micropores of the antimony/titania (Sb/TiO 2 ) carrier can be blocked.
상기 바나듐 전구체 물질로는, 예컨대 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 포함하여 용해가 가능한 화합물이면 특별히 제한되지 않는다. 전구체 물질로서 '용해가 가능한 화합물'이란 증류수에 전구체가 쉽게 용해됨에 따라 이온화되어 담체에 고분산되어 담지될수 있는 화합물을 의미한다.The vanadium precursor material is not particularly limited as long as it is a soluble compound including, for example, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ). As a precursor material, the term'dissolvable compound' refers to a compound capable of being ionized and supported by being highly dispersed in a carrier as the precursor is easily dissolved in distilled water.
상기 환원촉매 제조를 위한 소성 온도는 400~500℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 소성 온도가 400℃ 미만이면 VSbO4 구조를 형성하지 못하여 바람직하지 않고, 500 ℃ 초과이면 높은 온도로 인해 촉매의 응집현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.The firing temperature for preparing the reduction catalyst is preferably performed at 400 to 500°C. If the sintering temperature is less than 400°C, it is not preferable because the VSbO 4 structure cannot be formed, and if it is higher than 500°C, agglomeration of the catalyst may occur due to high temperature, which is not preferable.
상기 환원촉매에서 상기 SbxTiOy의 결합 구조를 갖는 안티몬/티타니아 담체에 의한 환원촉매의 물성 개선에 관한 작용 기작은, 상술한 바와 같이 안티몬/티타니아 담체에서 SbxTiOy 결합 구조가 유도되어 환원성 및 친전자성이 우수해지고, 이에 따라 바나듐을 주요 활성금속으로 하는 탈질용 환원촉매 제조시 VxSbyO4 구조를 더욱 형성시킴으로써 비화학양론종인 V3+ 및 V4+ 종, Sb의 경우 Sb5 +의 형태로 생성을 유도시켜 기상의 산소를 촉매 격자로 쉽게 이동 및 전달시킬 수 있는 산소전달능력 및 산소저장능력이 증가하여 SCR 반응 사이클을 빠르게 진행시킴으로써 저온에서의 유해가스 제거효율이 우수하고, 또한 바나듐의 뭉침현상을 억제시켜 촉매가 고온에 노출된 경우라도 열적 안정성이 확보될 수 있게 된다.The mechanism of action for improving the physical properties of the reduction catalyst by the antimony/titania carrier having the binding structure of Sb x TiO y in the reduction catalyst is as described above, as described above, the SbxTiOy bond structure is induced in the antimony/titania carrier, resulting in reducing properties and electrophiles. becoming is excellent, thereby further form a denitration VxSbyO structure 4 in the manufacture catalysts for the reduction of the vanadium as main active metals by a non-stoichiometric species in the case of V 3+ and V 4+ species, Sb generated in the form of Sb 5 + By inducing gaseous oxygen to the catalyst lattice, oxygen transfer capacity and oxygen storage capacity are increased, so that the SCR reaction cycle is accelerated, so that the efficiency of removing harmful gases at low temperatures is excellent, and vanadium aggregation occurs. By suppressing the thermal stability, even when the catalyst is exposed to high temperature, it is possible to ensure thermal stability.
다음으로, 상기 산화촉매는 예컨대, 백금(Pt)을 주요 활성금속으로 하는 일산화탄소 제거용 촉매일 수 있다. 상기 환원촉매와 마찬가지로, 이러한 산화촉매는 미리 제조된 안티몬/티타니아 담체에 백금 전구체를 담지하여 소정 온도에서 소성함으로써 제조될 수 있으고, 이에 따라 촉매의 산소이동성 및 산소저장능력이 증진됨으로써 산화능력이 향상될 수 있다.Next, the oxidation catalyst may be, for example, a catalyst for removing carbon monoxide using platinum (Pt) as a major active metal. Like the reduction catalyst, this oxidation catalyst can be prepared by supporting a platinum precursor on a pre-prepared antimony/titania support and calcining at a predetermined temperature, thereby improving the oxygen mobility and oxygen storage capacity of the catalyst, thereby increasing the oxidation capacity. It can be improved.
상기 안티몬/티타니아 담체에 백금 전구체를 담지하는 경우, 안티몬/티타니아 담체 100 중량부에 대해 백금(Pt) 0.1~3 중량부가 되도록 정량하는 것이 바람직하다. 바나듐 함량이 0.1 중량부 미만이면 활성금속의 양이 너무 미비하여 활성이 낮아 바람직하지 않고, 3 중량부를 초과하면 과량의 귀금속의 사용으로 인한 경제성을 고려하였을 때 바람직하지 않다. When the platinum precursor is supported on the antimony/titania carrier, it is preferable to quantify so that 0.1 to 3 parts by weight of platinum (Pt) is carried out with respect to 100 parts by weight of the antimony/titania carrier. If the vanadium content is less than 0.1 parts by weight, the amount of the active metal is too small and the activity is low, which is not preferable, and if it exceeds 3 parts by weight, it is not preferable considering the economics due to the use of an excessive amount of precious metal.
상기 백금 전구체 물질로는, 예컨대 염화백금(PtCl4), 테트라-아민 백금 나이트레이트 (Pt(NH3)4(NO3)2), 하이드록실 백금 ((NH2-CH2CH2-OH·2Pt(OH)6) 또는 수산화 백금 (Pt(OH)2) 등을 포함하여 용해가 가능한 화합물이면 특별히 제한되지 않는다. Examples of the platinum precursor material include platinum chloride (PtCl 4 ), tetra-amine platinum nitrate (Pt(NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 ), and hydroxyl platinum ((NH 2 -CH 2 CH 2 -OH. 2Pt(OH) 6 ) or platinum hydroxide (Pt(OH) 2 ) is not particularly limited as long as it is a soluble compound.
상기 산화촉매 제조를 위한 소성 온도는 400℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 소성 온도가 400 ℃ 미만이면 백금과 안티몬/티타니아 담체의 결합이 충분히 형성되지 않아 바람직하지 않고, 400 ℃ 초과이면 촉매의 뭉침현상을 야기시킬 수 있어서 바람직하지 않다.The firing temperature for preparing the oxidation catalyst is preferably performed at 400°C. If the calcination temperature is less than 400° C., the bond between platinum and the antimony/titania carrier is not sufficiently formed, which is not preferable. If the calcination temperature is higher than 400° C., agglomeration of the catalyst may be caused, which is not preferable.
상기 산화촉매에서 상기 SbxTiOy의 결합 구조를 갖는 안티몬/티타니아 담체에 의한 산화촉매의 물성 개선에 관한 작용 기작은, 상술한 바와 같이 안티몬/티타니아 담체에서 SbxTiOy 결합 구조가 유도되어 환원성 및 친전자성이 우수해지고, 이에 따라 백금을 주요 활성금속으로 하는 산화촉매 제조시 기상의 산소를 촉매 격자로 쉽게 이동 및 전달시킬 수 있는 산소전달능력 및 산소저장능력이 증진될 수 있다. The mechanism of action for improving the physical properties of the oxidation catalyst by the antimony/titania carrier having the binding structure of Sb x TiO y in the oxidation catalyst is, as described above, the SbxTiOy bond structure is induced in the antimony/titania carrier, resulting in reducing and electrophilic As a result, the oxygen transfer capability and oxygen storage capability that can easily move and transfer gaseous oxygen to the catalyst lattice can be improved when producing an oxidation catalyst using platinum as a major active metal.
이상과 같이 제조된 본 발명에 따른 환원촉매 및 산화촉매는 분말 형태로 제공되거나, 또는 그 자체로 허니컴, 슬레이트 또는 펠릿 등의 다양한 벌크 형상으로 성형되어 제공되거나, 또는 금속이나 세라믹 재질의 판, 섬유, 필터 또는 허니컴 구조체의 표면에 코팅하여 사용될 수 있다.The reduction catalyst and oxidation catalyst according to the present invention prepared as described above are provided in the form of powder, or are formed by themselves in various bulk shapes such as honeycomb, slate, or pellet, or are provided by forming a plate or fiber made of metal or ceramic. , Can be used by coating the surface of a filter or honeycomb structure.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on preferred embodiments and experimental examples of the present invention. However, the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto, and may be modified and variously implemented by those skilled in the art.
촉매에 의한 유해가스 제거능 측정방법Method of measuring harmful gas removal ability by catalyst
이하의 실시예 및 실험예에서, 본 발명에 따른 환원촉매 및 산화촉매에 의한 유해가스 제거능은 아래와 같은 방법으로 수행하였다.In the following examples and experimental examples, the ability to remove harmful gases by the reduction catalyst and the oxidation catalyst according to the present invention was performed in the following manner.
환원촉매에 의한 질소산화물 제거능 측정은, 가스상 질소산화물의 전환율을 아래의 수학식 1에 따라 계산하여 수행하였다. 촉매층 후단에서 미반응되어 배출되는 NO의 농도는 비분산 적외선 가스분석기(ZKJ-2, Fuji Electric Co.)로 측정하였으며, N2O의 경우에는 Ultramat6(Siemens Co.)로 측정하여 계산하였으며, 암모니아의 농도는 검지관(3M, 3La, 3L, GASTEC Co.)로 측정하였다.Measurement of the nitrogen oxide removal ability by the reduction catalyst was performed by calculating the conversion rate of gaseous nitrogen oxide according to Equation 1 below. The concentration of NO discharged from the rear end of the catalyst layer was measured with a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co.), and in the case of N 2 O, it was measured and calculated with Ultramat6 (Siemens Co.), and ammonia. The concentration of was measured with a detection tube (3M, 3La, 3L, GASTEC Co.).
산화촉매에 의한 일산화탄소 제거능 측정은, 가스상 일산화탄소의 전환율을 아래의 수학식 2에 따라 계산하여 수행하였다. 촉매층 후단에서 미반응되어 배출되는 CO와 CO2의 농도는 비분산 적외선 가스분석기(ZKJ-2, Fuji Electric Co.)로 측정하여 계산하였다. The measurement of carbon monoxide removal ability by the oxidation catalyst was performed by calculating the conversion rate of gaseous carbon monoxide according to
제조예Manufacturing example 1 One
먼저, 안티몬 아세테이트((CH3CO2)3Sb: Aldrich Chemical Co.의 상품명), 안티몬 옥사이드((Sb2O5: Alfa Aesar Co.의 상품명) 중 어느 하나로부터 선택되는 안티몬 전구체를 티타니아 100중량부에 대해 2중량부가 되도록 정량하여 상온의 증류수에 용해시킨다. 이후, 안티몬 수용액을 준비된 티타니아에 투입 및 혼합하여 슬러리(Slurry) 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 건조시킨 후, 미세 기공에 포함된 잔여 불순물을 완전히 제거하기 위해서 103 oC의 건조기에서 24 시간 이상 충분히 건조하였다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 300 내지 800 oC의 온도로 승온시킨 후 4 시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 안티몬/티타니아 담체를 제조한다.First, an antimony precursor selected from any one of antimony acetate ((CH 3 CO 2 ) 3 Sb: a brand name of Aldrich Chemical Co.), and an antimony oxide ((Sb 2 O 5 : a brand name of Alfa Aesar Co.)) is titania 100% by weight. It is quantified so as to be 2 parts by weight and dissolved in distilled water at room temperature. After that, an antimony aqueous solution is added to the prepared titania and mixed to form a slurry, dried using a vacuum rotary evaporator, and then placed in fine pores. In order to completely remove the residual impurities contained, it was sufficiently dried in a dryer at 103 o C for more than 24 hours. After that, the temperature was raised to 300 to 800 o C at intervals of 100 o C at a heating rate of 10 o C/min in a square furnace. Then, it is calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare an antimony/titania carrier.
제조예Manufacturing example 2 2
바나듐의 전구체로 암모늄메타바나데이트 (NH4VO3: Aldrich Chemical Co.)를 사용하여 바나듐을 제조예 1에 따라 제조된 안티몬/티타니아 담체 100 중량부 에 대해 2 중량부가 되도록 정량하여 상온의 증류수에 용해시킨다. 이후, 바나듐 수용액을 준비된 안티몬/티타니아 담체에 투입 및 혼합하여 슬러리(Slurry) 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 건조시킨 후, 미세 기공에 포함된 잔여 불순물을 완전히 제거하기 위해서 103 oC의 건조기에서 24 시간 이상 충분히 건조하였다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 500oC의 온도로 승온시킨 후 4 시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 바나듐/안티몬/티타니아 환원촉매를 제조하였다.Using ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 : Aldrich Chemical Co.) as a precursor of vanadium, vanadium was quantified to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the antimony/titania carrier prepared according to Preparation Example 1, and then added to distilled water at room temperature. Dissolve. Thereafter, an aqueous vanadium solution was added to and mixed with the prepared antimony/titania carrier, prepared in a slurry form, dried using a vacuum rotary evaporator, and then at 103 ° C to completely remove residual impurities contained in the micropores. It was sufficiently dried for 24 hours or more in a dryer. Thereafter, the temperature was raised to a temperature of 500 o C at a temperature rising rate of 10 o C/min in a square furnace, and then fired in an air atmosphere for 4 hours to prepare a vanadium/antimony/titania reduction catalyst.
제조예Manufacturing example 3 3
제조예 2에서의 바나듐 전구체를 제조된 안티몬/티타니아 담체에 담지시킬 때 텅스텐 전구체로 암모늄 메타 텅스텐(NH4)6(H2W12O40: Aldrich Chemical Co.)을 사용하여 텅스텐을 제조된 안티몬/티타니아 담체 100 중량부 에 대해 1 중량부가 되도록 정량하여 용해시키고 수용액 상태로 제조한 후, 바나듐 수용액과 같이 담지한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 바나듐-텅스텐/안티몬/티타니아 환원촉매를 제조하였다.When the vanadium precursor in Preparation Example 2 is supported on the prepared antimony/titania carrier, antimony prepared tungsten using ammonium metatungsten (NH 4 ) 6 (H 2 W 12 O 40 : Aldrich Chemical Co.) as a tungsten precursor is used. / A vanadium-tungsten/antimony/titania reduction catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 2, except that it was quantitatively dissolved and prepared in an aqueous solution state with respect to 100 parts by weight of the titania carrier, and supported together with an aqueous vanadium solution. Was prepared.
제조예Manufacturing example 4 4
제조예 3에서 텅스텐을 제조된 안티몬/티타니아 담체 100 중량부에 대해 3 중량부가 되도록 한 것을 제외하고는 제조예 3와 동일한 방법으로 바나듐-텅스텐/안티몬/티타니아 촉매를 제조하였다.A vanadium-tungsten/antimony/titania catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 3, except that 3 parts by weight of tungsten was made based on 100 parts by weight of the prepared antimony/titania carrier in Preparation Example 3.
제조예Manufacturing example 9 9
제조예 1에 따라 제조된 안티몬/티타니아 담체 100중량부에 대해 1 중량부가 되도록 백금 전구체로 수산화 백금 (Pt(OH)2) 를정량하여 상온의 증류수에 용해시킨다. 이후, 백금 수용액을 준비된 안티몬/티타니아 담체에 투입 및 혼합하여 슬러리 (Slurry) 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 건조시킨 후, 미세 기공에 포함된 잔여 불순물을 완전히 제거하기 위해서103 oC의 건조기에서 24 시간 이상 충분히 건조하였다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 400oC의 온도로 승온시킨 후 4 시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 백금/안티몬/티타니아를 제조하였다.Platinum hydroxide (Pt(OH) 2 ) was quantified as a platinum precursor so as to be 1 part by weight based on 100 parts by weight of the antimony/titania carrier prepared according to Preparation Example 1, and dissolved in distilled water at room temperature. After turning on the platinum aqueous solution in ready-antimony / titania carrier and then a solution prepared in the form slurry (Slurry) was dried using a vacuum rotary evaporator to completely remove the residual impurities contained in the fine pores of 103 o C It was sufficiently dried for 24 hours or more in a dryer. Thereafter, the temperature was raised to 400 o C at a temperature raising rate of 10 o C/min in a square furnace, and then fired in an air atmosphere for 4 hours to prepare platinum/antimony/titania.
비교제조예Comparative Production Example 1 One
제조예 3에서 담체를 안티몬/티타니아 대신 티타니아로 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법으로 바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다.In Preparation Example 3, a vanadium/titania catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 3, except that the carrier was used as titania instead of antimony/titania.
비교제조예Comparative Production Example 2 2
텅스텐을 티타니아 100 중량부에 대해 5중량부가 되도록 정량하여 수용액을 준비한 것을 제외하고는 비교제조예 1과 동일한 방법으로 바나듐-텅스텐/티타니아 촉매를 제조하였다.A vanadium-tungsten/titania catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 1, except that an aqueous solution was prepared by quantifying tungsten to be 5 parts by weight based on 100 parts by weight of titania.
비교제조예Comparative Production Example 3 3
텅스텐 대신 안티몬을 티타니아 100 중량부에 대해 2 중량부가 되도록 정량하여 수용액을 준비한 것을 제외하고는 비교제조예 1과 동일한 방법으로 바나듐-안티몬/티타니아 촉매를 제조하였다. A vanadium-antimony/titania catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 1, except that an aqueous solution was prepared by quantifying antimony instead of tungsten to be 2 parts by weight based on 100 parts by weight of titania.
비교제조예Comparative Production Example 4 4
제조예 2에서 담체를 안티몬/티타니아 대신 티타니아로 사용한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다.A vanadium/titania catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 2, except that the carrier was used as titania instead of antimony/titania in Preparation Example 2.
비교제조예Comparative Production Example 5 5
티타니아 담체를 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 500oC의 온도로 승온시킨 후 4 시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 제조하였다.The titania carrier was heated to a temperature of 500 o C at a temperature rising rate of 10 o C/min in a square furnace, and then calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare.
비교제조예Comparative Production Example 6 6
제조예 9에서 담체를 안티몬/티타니아 대신 티타니아로 사용한 것을 제외하고는 제조예 9와 동일한 방법으로 백금/티타니아 촉매를 제조하였다. A platinum/titania catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 9, except that the carrier was used as titania instead of antimony/titania in Preparation Example 9.
이상의 본 발명의 제조예 1 내지 9 및 비교제조예 1 내지 6을 아래의 표 1로 정리하였다. 표 1에서 ““%””는 중량 기준이다.Preparation Examples 1 to 9 and Comparative Preparation Examples 1 to 6 of the present invention are summarized in Table 1 below. In Table 1, “%” is based on weight.
소성온도Antimony/titania
Firing temperature
안티몬 2%Vanadium: 2%, Tungsten: 1%,
2% antimony
안티몬 2%Vanadium: 2%, Tungsten: 3%,
2% antimony
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실험예Experimental example 1 One
안티몬/티타니아 담체의 환원성 및 친전자성 특성을 확인하기 위하여 제조예 1에 따라 소성온도별로 제조된 안티몬/티타니아 담체에 대해 XPS 분석을 수행하였다. 이 경우, 안티몬/티타니아 담체 제조시 안티몬과 티타니아가 결합할 때 형성되는 구조 및 산화상태를 확인함으로써, 최적의 환원성 및 친전자성을 갖는 안티몬/티타니아 담체를 제조할 수 있다. 아래 표 2에 제조예 1의 각 소성온도를 나타내었으며, 안티몬의 전체 산화가 중 3가종의 비율을 나타내어 표시하였다. 아래의 결과를 통해 담체 제조시 500~600 oC의 온도로 열처리 할 때 안티몬이 티타니아와 불안정한 구조인 SbxTiOy로 결합함에 따라 안티몬의 3가종의 비율이 증가하는 것으로 판단할 수 있다. 예컨대 SbxTiOy로 결합하면 불안정한 구조로 존재함에 따라 전자이동성 및 환원성이 우수해 질수 있다.In order to confirm the reducing properties and electrophilic properties of the antimony/titania carrier, XPS analysis was performed on the antimony/titania carrier prepared according to the firing temperature according to Preparation Example 1. In this case, by checking the structure and oxidation state formed when antimony and titania are bonded during the preparation of the antimony/titania carrier, an antimony/titania carrier having optimum reducing properties and electrophilicity can be prepared. Table 2 below shows the firing temperatures of Preparation Example 1, and shows the ratio of the trivalent species among the total oxidation values of antimony. From the results below, it can be determined that the ratio of the trivalent species of antimony increases when antimony is combined with titania and SbxTiOy, which is an unstable structure, when heat treatment at a temperature of 500 to 600 oC when preparing a carrier. For example, when combined with SbxTiOy, electron mobility and reducibility can be improved as it exists in an unstable structure.
실험예 2Experimental Example 2
안티몬/티타니아 담체의 안티몬과 티타니아의 결합을 확인하기 위하여 XRD (X-Ray Diffraction)분석을 수행하였으며 그 결과를 도 1에 나타내었다. 분석은 초기 TiO2 형태의 비교예 1, 안티몬이 첨가된 제조예 1 에 대하여 나타내었다. 비교예 1의 경우 티타니아의 anatase peak intensity가 매우 높게 관찰되었다. 이러한 결과는, 사용된 티타니아의 결정이 anatase 구조형태로 높은 결정화도를 이루고 있는 것을 의미한다. 반면 제조예 1의 경우 안티몬이 첨가됨에 따라 앞서 언급한 SbxTiOy구조가 생성됨에 따라 티타니아의 anatase peak intensity가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 안티몬이 티타니아와 결합하여 SbxTiOy구조를 생성하게 되어 anatase 구조형태가 감소함에 따라 비교예 1에 비하여 제조예 1의 anatase peak intensity 보다 낮게 관찰된 결과이다.XRD (X-Ray Diffraction) analysis was performed to confirm the binding of antimony and titania of the antimony/titania carrier, and the results are shown in FIG. 1 . Analysis was shown for Comparative Example 1 in the form of initial TiO 2 and Preparation Example 1 to which antimony was added. In Comparative Example 1, the anatase peak intensity of titania was observed to be very high. This result means that the used titania crystal has a high degree of crystallinity in the anatase structure. On the other hand, in the case of Preparation Example 1, it was found that the anatase peak intensity of titania decreased as the SbxTiOy structure mentioned above was generated as antimony was added. These results are the results observed to be lower than the anatase peak intensity of Preparation Example 1 compared to Comparative Example 1 as antimony combined with titania to generate the SbxTiOy structure and the anatase structure shape decreased.
실험예 3Experimental Example 3
안티몬/티타니아 담체의 안티몬 및 활성금속의 첨가가 전자이동성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 pL spectroscopy 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. 분석은 초기 TiO2 형태의 비교예 1, 안티몬이 첨가된 제조예 1 에 대하여 나타내었다. pL 시그널의 intensity는 전자의 이동이 쉽게 이루어지면서 oxygen vacancy가 형성됨에 따라 낮은 intensity를 갖게 된다. 분석결과 초기 티타니아에 비해서 안티몬이 첨가된 경우 매우 큰 intensity 감소가 나타남을 확인할 수 있었다. 즉 담체 제조시 안티몬이 첨가되는 경우 기상의 산소를 촉매 내의 격자(lattice)로 이동을 쉽게 할 수 있는 우수한 전자이동성을 부여하게 된다. PL spectroscopy 분석의 경우 intensity의 감소는 우수한 전자이동성을 나타내며 이러한 전자이동성의 우수함은 산소전달이 보다 용이함을 의미한다.In order to determine how the addition of antimony and active metal to the antimony/titania carrier affects electron mobility, pL spectroscopy analysis was performed and the results are shown in FIG. 2 . Analysis was shown for Comparative Example 1 in the form of initial TiO 2 and Preparation Example 1 to which antimony was added. The intensity of the pL signal has a low intensity as oxygen vacancy is formed while electrons are easily transferred. As a result of the analysis, it was confirmed that when antimony was added compared to the initial titania, a very large decrease in intensity appeared. That is, when antimony is added during the preparation of the carrier, excellent electron mobility is imparted to facilitate the movement of gaseous oxygen to the lattice in the catalyst. In the case of PL spectroscopy analysis, the decrease in intensity indicates excellent electron mobility, and the excellent electron mobility means that oxygen transfer is easier.
실험예 4Experimental Example 4
안티몬/티타니아 담체의 환원특성을 확인하기 위하여 상용화된 티타니아(TiO2)인 비교예 1, 안티몬과 티타니아를 600 oC에서 열처리 하여 결합시킨 제조예1-600, 비교예로서 안티몬 담지온도와 동일하게600 oC에서 열처리한 비교제조예 5에 대하여 H2-TPR (H2 Temperature Programmed Reduction) 분석을 수행하였다. 촉매 내부의 산소종을 사용함으로써 질소산화물, 암모니아 및 산소의 반응으로 질소로 보낼 수 있는 반응을 진행될 수 있는데, 촉매를 승온시키면서 수소 가스를 주입함에 따라 소모되는 수소의 양을 측정함으로써 촉매 내의 산소의 양을 간접적으로 비교할 수 있다. 즉, 수소 소모 면적은 촉매 내의 산소의 양을 의미한다. 구체적으로, 2920 Autochem (Micromeritics)을 사용하였으며, 농도 측정을 위한 감지기(detector)는 TCD(Thermal Conductivity Detector)를 사용하여 H2-TPR 분석을 수행하였다. 분석의 순서는 100 um 이하로 분쇄된 0.3g의 촉매를 충진 후, 우선 50 cc/min의 5 vol.% O2/He을 10℃/min으로 승온시키면서 400℃에서 30분간 흘리며 표면의 불순물을 제거하였다. 계속해서 상온으로 온도를 하온시킨 후, 5 vol.% H2/Ar을 1 시간 동안 주입하여 촉매를 환원 분위기로 만들어 주었다. 그 후 10℃/min으로 승온시키면서 700 oC까지 수소 소모량을 측정하였다. In order to check the reducing properties of the antimony/titania carrier, Comparative Example 1, which is commercialized titania (TiO 2 ), and Preparation Example 1-600 in which antimony and titania were combined by heat treatment at 600 o C, as a comparative example, the same as the antimony supporting temperature. H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis was performed on Comparative Preparation Example 5 heat-treated at 600 o C. By using oxygen species inside the catalyst, the reaction of nitrogen oxides, ammonia, and oxygen to be sent to nitrogen can be carried out. By measuring the amount of hydrogen consumed by injecting hydrogen gas while raising the temperature of the catalyst, the amount of oxygen in the catalyst is measured. The quantities can be compared indirectly. That is, the hydrogen consumption area means the amount of oxygen in the catalyst. Specifically, 2920 Autochem (Micromeritics) was used, and H 2 -TPR analysis was performed using TCD (Thermal Conductivity Detector) as a detector for measuring concentration. The order of the analysis is to fill the pulverized 0.3g catalyst to less than 100 um, and then first, heat 50 cc/min of 5 vol.% O 2 /He to 10°C/min, and flow it at 400°C for 30 minutes to remove the impurities on the surface. Removed. After continuing to lower the temperature to room temperature, 5 vol.% H 2 /Ar was injected for 1 hour to make the catalyst a reducing atmosphere. Then, while raising the temperature at 10° C./min, the amount of hydrogen consumption was measured to 700 ° C.
도 3에 나타난 결과를 살펴보면, 비교예 1의 경우 수소환원피크가 500~600 oC에서 관찰되었으며, 열처리한 비교제조예 5의 경우 촉매내의 산소종이 감소했을 뿐만 아니라 환원 피크도 고온으로 이동한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 안티몬이 담지된 제조예 1-600의 경우 촉매내의 산소종이 증가했을 뿐만 아니라, 환원 피크가 저온으로 이동된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 촉매의 수소 소모가 더 쉽게되는 환원성이 증진된 것을 확인할 수 있었다.Looking at the results shown in FIG. 3, in the case of Comparative Example 1, the hydrogen reduction peak was observed at 500 to 600 o C, and in Comparative Preparation Example 5 subjected to heat treatment, not only the oxygen species in the catalyst decreased, but also the reduction peak moved to a high temperature. I could confirm. However, in the case of Preparation Example 1-600 in which antimony was supported, it was confirmed that not only the oxygen species in the catalyst increased, but also the reduction peak was shifted to a low temperature, which was confirmed that the reduction property was improved, which makes it easier to consume hydrogen of the catalyst. .
실험예 5Experimental Example 5
바나듐/안티몬/티타니아 촉매를 제조시 바나듐이 담지되기 전의 안티몬/티타니아의 결합을 통해 담체의 산소저장능력 및 환원성 증진의 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 300 oC 이하의 온도구간에서 안티몬/티타니아의 최적 결합조건을 확인하기 위하여 안티몬/티타니아의 소성온도를 300 oC부터 800 oC까지 100 oC 구배로 제조하여 담체를 제조한후 바나듐을 담지하여 제조된 촉매의 질소산화물 제거율을 측정하여 도 4의 (a)에 나타내었다. 촉매 표기는 제조예 2과 같이 제조하나, 안티몬/티타니아의 소성온도를 후단에 부기하여 제조예 2-(소성온도)로 표기하였으며, 실시예 뒤에 숫자를 소성온도로 하여 촉매명을 표기하였다. 이 경우 질소산화물의 농도는 800 ppm, 질소산화물/암모니아는 1:1, 산소농도 10%, 수분 6 vol.%으로 하였으며, 공간속도는 180,000 h- 1으로 유지하여 측정하였다. 그 중 활성 차이가 많이 나타나는 250 oC를 기준으로 탈질효율을 비교한 결과 제조예 2-600로 제조된 촉매가 가장 우수한 탈질효율을 나타냈으며, 제조예2-600로 제조된 촉매가 84.57%으로 250 oC에서 가장 우수한 활성을 나타내었다. 이러한 활성증진원인을 확인하고자 촉매의 산화환원특성을 확인 하기위해 H2-TPR분석을 수행하여 도 4의 (b)에 나타내었다. 안티몬/티타니아의 열처리 온도가 높을수록 더욱 수소의 환원 피크가 저온으로 이동되는 것을 확인함에 따라 열처리 온도가 높아 질수록 안티몬/티타니아의 결합이 강해짐에 따라 환원성이 증가되는 것을 확인하였다. 하지만, 600 oC 이상의 온도에서는 하기의 표 3와 같이 높은 온도에서의 열처리에 의해서 오히려 비표면적이 크게 감소하여 질소산화물 제거율이 감소되게 된다. 참고적으로, 상기 질소산화물 제거율의 계산 결과를 하기의 표 4에 나타내었다.When preparing a vanadium/antimony/titania catalyst, an effect of improving the oxygen storage capacity and reducing property of the carrier may be obtained through the combination of antimony/titania before the vanadium is supported. Therefore, in order to check the optimum binding conditions of antimony/titania in the temperature range of 300 o C or less, the calcination temperature of antimony/titania was prepared in a 100 o C gradient from 300 o C to 800 o C, and then vanadium was prepared. The nitrogen oxide removal rate of the supported catalyst was measured and shown in Fig. 4(a) . The catalyst was prepared as in Preparation Example 2, but the calcination temperature of antimony/titania was added to the rear end and indicated as Preparation Example 2- (calcination temperature), and the catalyst name was indicated with the number after the Example as the calcination temperature. Concentration of 800 ppm, NOx / ammonia in this case, nitrogen oxide is 1: was a 1 and an oxygen content of 10%, water 6 vol%, a space velocity is 180,000 h - was determined by keeping a 1. Among them, as a result of comparing the denitrification efficiency based on 250 o C, which shows a large difference in activity, the catalyst prepared in Preparation Example 2-600 showed the best denitrification efficiency, and the catalyst prepared in Preparation Example 2-600 was 84.57%. It showed the best activity at 250 o C. To confirm this activity enhancement caused is shown in FIG. 4 (b) to perform a H 2 -TPR analyzed to determine the redox properties of the catalyst. It was confirmed that the higher the heat treatment temperature of antimony/titania, the more the reduction peak of hydrogen moved to the lower temperature. As the heat treatment temperature increased, it was confirmed that the reduction property increased as the antimony/titania bond became stronger. However, at a temperature of 600 o C or higher, the specific surface area is rather reduced by heat treatment at a high temperature as shown in Table 3 below, thereby reducing the nitrogen oxide removal rate. For reference, the calculation results of the nitrogen oxide removal rate are shown in Table 4 below.
실험예Experimental example 6 6
바나듐/안티몬/티타니아의 구조적 특징을 확인하기 위하여 일반적으로 구조를 확인할 수 있는 XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 구조적 변화를 확실하게 관찰하기 위하여 제조예 2, 비교제조예 3 및 비교제조예 4에 대하여 바나듐과 안티몬의 함량을 티타니아 100 중량부 10이 되도록 하여 제조한 후 분석을 수행하였다. 그 결과, 비교제조예 4촉매의 경우 과량으로 담지된 바나듐에 의하여 V2O5의 피크가 크게 관찰된 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 안티몬이 첨가된 제조예 2 및 비교제조예 3의 경우 V2O5 피크가 전부 사라지고 VxSbyO4 종의 루틸 피크가 새롭게 생성된 것을 확인할 수 있었다. 그 중 제조예 2 의 경우가 VxSbyO4의 구조가 더욱 크게 발달된 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 생성된 구조에서 바나듐이은 불안정한 산화상태인 V3+ 및 V4+ 종으로 존재하게 된다. SCR 반응에서 불안정한 바나듐의 산화상태는 전자이동성을 증진시켜 촉매 내의 격자와 기상에서의 산소이동을 더욱 쉽게 하는 산소 전달능력을 증진시킨다. 우수한 산소전달력 및 전자이동성은 우수한 탈질효율을 갖을 수 있게 된다.In order to confirm the structural features of vanadium/antimony/titania, an XRD analysis that can generally confirm the structure was performed, and the results are shown in FIG. 5 . In order to reliably observe the structural change, the contents of vanadium and antimony in Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 3, and Comparative Preparation Example 4 were prepared so that the content of titania was 100 parts by weight of 10, followed by analysis. As a result, in the case of the catalyst in Comparative Preparation Example 4, it was confirmed that the peak of V 2 O 5 was largely observed by vanadium supported in an excessive amount. However, in the case of Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 to which antimony was added, it was confirmed that all of the V 2 O 5 peaks disappeared and a new rutile peak of VxSbyO 4 types was generated. Among them, in the case of Preparation Example 2, it was confirmed that the structure of VxSbyO 4 was further developed. In the resulting structure, vanadium disilver exists as V 3+ and V 4+ species, which are unstable oxidation states. The oxidation state of vanadium, which is unstable in the SCR reaction, enhances electron mobility, thereby enhancing the oxygen transfer ability that makes it easier to move oxygen in the lattice and gas phase in the catalyst. Excellent oxygen transfer power and electron mobility can have excellent denitrification efficiency.
실험예Experimental example 7 7
바나듐이 담지된 후의 제조방법에 따라 촉매의 환원특성을 확인하기 위하여 제조예 1 및 제조예 2, 비교제조예 3, 비교제조예 4에 대하여 H2-TPR 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 6에 나타내었다. 실험방법의 경우 실험예4와 동일하게 진행하였다. 그 결과, 상용화된 티타니아에 바나듐이 담지된 비교제조예 4의 경우 400 oC 부근에서 바나듐의 환원피크가 관찰되었다. 비교제조예 3의 경우 바나듐과 안티몬이 같이 담지된 촉매로 바나듐의 최대 환원 온도는 크게 변하지 않았으며, 430 oC 부근에서 티몬의 환원피크가 관찰됨을 확인하였다. 하지만 안티몬/티타니아를 담체로 사용한 제조예 1의 경우 바나듐 및 안티몬의 환원피크가 더욱 저온에서부터 환원이 시작됨을 확인하였다. 이를 통해 안티몬/티타니아 담체를 사용하여 제조된 촉매의 경우 촉매내에있는 산소종을 보다 쉽게 사용할 수 있는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 안티몬/티타니아에 의해 바나듐의 산화상태에 영향을 미침으로써, 촉매의 전자이동성을 더욱 증진시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 전자이동성의 증진은 촉매반응에서 반응진행속도를 빠르게 하여 탈질효율이 보다 우수해질 수 있다.H 2 -TPR analysis was performed on Preparation Example 1 and Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 3, and Comparative Preparation Example 4 in order to confirm the reduction characteristics of the catalyst according to the preparation method after vanadium was supported, and the results are shown in FIG . Indicated. In the case of the experimental method, it was carried out in the same manner as in Experimental Example 4. As a result, in the case of Comparative Production Example 4 in which vanadium was supported on commercialized titania, a reduction peak of vanadium was observed around 400 o C. In the case of Comparative Preparation Example 3, it was confirmed that the maximum reduction temperature of vanadium was not significantly changed as a catalyst in which vanadium and antimony were supported together, and a reduction peak of thymon was observed near 430 o C. However, in the case of Preparation Example 1 using antimony/titania as a carrier, it was confirmed that the reduction peaks of vanadium and antimony started from a lower temperature. Through this, it was confirmed that in the case of a catalyst prepared using an antimony/titania carrier, oxygen species in the catalyst can be used more easily.This affects the oxidation state of vanadium by antimony/titania, and thus the electron mobility of the catalyst. It was confirmed that it can further improve. This enhancement of electron mobility can improve the denitration efficiency by speeding up the reaction progress in the catalytic reaction.
실험예Experimental example 8 8
바나듐계 촉매의 안티몬/티타니아의 담체유무에 따른 산화상태를 확인하기 위해서 바나듐-텅스텐/안티몬/티타니아인 제조예 3 및 바나듐/텅스텐/티타니아 촉매인 비교제조예 1에 대해서 XPS 분석을 실시하여 도 7 에 나타내었다. 안티몬의 첨가에 따라서 촉매의 산소이동 특성을 확인하기 위해서 상기 두 촉매에 대해서 V 2p 및O 1s를 측정하여 산소종을 분리하여 나타내었으며 각각 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타내었다. 그 결과, O 1s 산소종은 격자산소종(Oβ) 및 표면화학흡착산소종(Oα)으로 크게 나눠지는데, 일반적으로 산소의 이동성이 우수하다고 알려진 표면흡착산소종(Oα)의 비율이 크게 증가된 것을 확인할 수 있었다. 바나듐의 산화상태를 나타낸 도 7의 (b)에 나타낸 것과 같이, 안티몬이 첨가된 촉매의 경우 V 2p의 경우 바나듐의 산화상태가 불안정한 형태인 3 가종 및 4가종의 비율이 더 많은 비율로 존재하였다. 또한, 바나듐의 산화상태를 통해 즉 안티몬/티타니아가 결합된 후 바나듐 및 조촉매가 첨가되었을 때, 바나듐의 산화상태가 불안정해졌으며, 전자이동성이 매우 증가하였음을 확인할 수 있었다. 하기 표 5에 각각의 비율에 대해 나타내었다. 그 결과, 안티몬/티타니아를 담체로 사용한 제조예 3의 경우 바나듐의 비화학양론종인 3가 및 4가종의 비율이 58.8%이며 안티몬/티타니아를 담체로 사용하지 않은 비교제조예 1의 경우 46.13%로 상대적으로 바나듐의 불안정한 상태의 전자가 적은 비율로 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 앞서 실험예 1에서 언급한 안티몬의 산화상태와 관련지어 나타내었을 때, 안티몬/티타니아 상에서의 안티몬은 3가종으로 존재할수록 우수한 탈질효율을 갖는데, 이는 바나듐이 담지되었을 때 초기 촉매제조시 형성되는 안정한 형태인 바나듐 5가를 환원시켜 비화학 양론종인 바나듐 3가 및 4가종을 더욱 많이 형성시키는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 안티몬/티타니아 담체는 바나듐의 산화상태에 영향을 미침으로써 친 전자성을 유도시켜 보다 우수한 탈질효율을 갖게 함을 확인할 수 있었다.In order to determine the oxidation state of the carrier presence of the antimony / titania-vanadium-based catalyst of vanadium-be subjected to the tungsten oxide / antimony / titania in Production Example 3, and vanadium / tungsten oxide / titania catalyst of comparative XPS analysis for Preparation 17 Shown in. In order to confirm the oxygen transport characteristics of the catalyst according to the addition of antimony, the oxygen species were separated by measuring V 2p and O 1s for the two catalysts, respectively, and are shown in FIGS. 7(a) and 7(b) , respectively . Done. As a result, O 1s oxygen species are largely divided into lattice oxygen species (Oβ) and surface chemical adsorption oxygen species (Oα).In general, the ratio of surface adsorption oxygen species (Oα), which is known to have excellent oxygen mobility, is greatly increased. I could confirm that. As shown in (b) of FIG. 7 showing the oxidation state of vanadium, in the case of the catalyst to which antimony was added, in the case of V 2p, the ratio of the trivalent and tetravalent species in which the oxidation state of vanadium was unstable was present at a higher ratio. . In addition, through the oxidation state of vanadium, that is, when vanadium and cocatalyst were added after antimony/titania was combined, the oxidation state of vanadium became unstable, and electron mobility was significantly increased. It is shown for each ratio in Table 5 below. As a result, in the case of Preparation Example 3 using antimony/titania as a carrier, the ratio of trivalent and tetravalent species, which are non-stoichiometric species of vanadium, was 58.8%, and in Comparative Preparation Example 1, which did not use antimony/titania as a carrier, it was 46.13%. It was confirmed that relatively small proportion of electrons in an unstable state of vanadium existed. As shown in relation to the oxidation state of antimony mentioned in Experimental Example 1, the more antimony in the antimony/titania phase exists as trivalent species, the better the denitrification efficiency, which is a stable form formed during initial catalyst production when vanadium is supported. It was confirmed that phosphorus vanadium pentavalent was reduced to further form vanadium trivalent and tetravalent species, which are non-stoichiometric species. Accordingly, it was confirmed that the antimony/titania carrier induces electrophilicity by affecting the oxidation state of vanadium and thus has a better denitrification efficiency.
실험예 9Experimental Example 9
바나듐/안티몬/티타니아계 촉매의 전자이동성 증진에 따른 산소의 재산화 특성을 확인하기 위하여 제조예 3 및 비교제조예 1의 촉매에 대하여 TPRO(Temperature Programmed Reduction and Oxidation) 분석을 수행하였으며, 도 8에 분석결과를 나타내었다. 이 분석 기법은 실험예 2에서 수행한 TPR 분석이후, 모두 환원된 촉매상에 다시 상온에서부터 산소를 불어 넣어주어 산소의 사용능력을 확인하기 위한 분석 기법이다. 분석결과, 안티몬/티타니아를 담체로 사용한 제조예 3의 경우 164 oC 부근에서부터 재산화가 되기 시작하였으며, 비교제조예 1의 경우 188 oC 부근에서 재산화가 시작됨을 확인할 수 있었다. 이는 실험예 7에서와 같이 전자이동성의 증가로 산소의 이동성이 증가하여 더 낮은 온도에서 산소를 사용할 수 있는 결과를 나타내었으며, 산소를 잘 사용할 수 있는 촉매의 특성은 SCR 반응 메커니즘에서 질소산화물과 암모니아 및 산소의 반응성 증진으로 N2로 더욱 쉽게 보낼수 있게되어 질소산화물 제거율이 증가할 수 있게 된다.TPRO (Temperature Programmed Reduction and Oxidation) analysis was performed on the catalysts of Preparation Example 3 and Comparative Preparation Example 1 in order to confirm the reoxidation characteristics of oxygen according to the enhancement of electron mobility of the vanadium/antimony/titania catalyst, and FIG . The analysis results are shown. This analysis technique is an analysis technique for confirming the use capacity of oxygen by injecting oxygen from room temperature again on the reduced catalyst after the TPR analysis performed in Experimental Example 2. As a result of the analysis, in the case of Preparation Example 3 using antimony/titania as a carrier, it was confirmed that reoxidation began at around 164 o C, and in Comparative Preparation Example 1, reoxidation started at around 188 o C. As in Experimental Example 7, the mobility of oxygen increased due to the increase in electron mobility, and thus oxygen could be used at a lower temperature.The characteristics of the catalyst capable of using oxygen well were nitrogen oxides and ammonia in the SCR reaction mechanism. And by enhancing the reactivity of oxygen, it is possible to more easily send it to N 2 , so that the nitrogen oxide removal rate can be increased.
실험예 10Experimental Example 10
촉매의 전자 이동성 및 산소의 재산화 특성이 저온에서의 우수한 탈질효율을 나타냄을 확인하기 위해서, 비교적 저농도의 산소를 주입시킴으로써 SCR 반응을 확인하였으며 그 결과를 도 9에 나타내었다. 분석조건은 반응 온도중 비교적 저온인 250 oC에서 암모니아를 1000 ppm 선흡착을 시킨 후 암모니아를 끊은 후 1000 ppm NO 및 200 ppm O2을 주입시켜 SCR 반응 진행을 확인하였다. 안티몬/티타니아 담체 제조방법에 따라 SCR 반응 cycle의 진행을 확인하기 위해서 제조예 2 및 비교제조예 3에 대해서 비교 하였다. 비교제조예 3의 분석결과를 도 9의 (a)에 나타내었으며, 제조예 2의 분석결과를 도 9의 (b)에 나타내었다. 그 결과 안티몬/티타니아를 담체로 사용한 제조예 2의 경우 SCR cycle을 빠르게 진행시킬 수 있게 되어 약 3분이 지난 후에 흡착된 NH3가 다 반응되고 NO 종이 흡착되기 시작하였다. 하지만 바나듐과 동시에 담지된 비교제조예 3의 경우에는 약 7분이 되서야 흡착된 NH3가 모두 반응하여 NO 종이 흡착되기 시작하였다. 즉 안티몬/티타니아를 담체로 사용한 제조예 2의 촉매가 미량의 산소로 빠르게 반응이 진행되어 우수한 활성이 나타남을 확인할 수 있었다.In order to confirm that the electron mobility and oxygen reoxidation characteristics of the catalyst exhibit excellent denitrification efficiency at low temperatures, the SCR reaction was confirmed by injecting relatively low concentration of oxygen, and the results are shown in FIG. 9 . As for the analysis conditions, 1000 ppm of ammonia was pre-adsorbed at 250 o C, which is a relatively low temperature, and then 1000 ppm NO and 200 ppm O 2 were injected to confirm the progress of the SCR reaction. In order to confirm the progress of the SCR reaction cycle according to the antimony/titania carrier manufacturing method, Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 were compared. The analysis result of Comparative Preparation Example 3 is shown in Fig. 9(a) , and the analysis result of Preparation Example 2 is shown in Fig. 9(b) . As a result, in the case of Preparation Example 2 using antimony/titania as a carrier, the SCR cycle was able to proceed quickly, and after about 3 minutes, all the adsorbed NH 3 was reacted and NO species started to be adsorbed. However, in the case of Comparative Production Example 3 supported simultaneously with vanadium, it was not until about 7 minutes that all of the adsorbed NH 3 reacted and NO species started to be adsorbed. That is, it was confirmed that the catalyst of Preparation Example 2 using antimony/titania as a carrier rapidly reacted with a trace amount of oxygen to exhibit excellent activity.
실험예 12Experimental Example 12
바나듐/티타니아계 촉매에 안티몬의 첨가에 따른 열적안정성 평가를 수행하였다. 열처리는 일반적인 바나듐계 촉매인 비교제조예 4와 안티몬이 첨가된 제조예 2 및 비교제조예 3에 대해 600 oC에서 10시간동안 일반적인 공기조건에서 수행하여 바나듐의 결정구조의 변화를 확인하기 위해 Raman 분석을 수행하여 도 11에 나타내었다. 먼저 열처리 하지 않은 초기 촉매를 ‘Fresh’라 명칭하였으며, 600 oC에서 10시간 동안 열처리한 촉매를 ‘Aging’ 촉매라고 명칭하였다. 그 결과 안티몬이 첨가되지 않은 촉매인 비교제조예 4의 경우 열처리 후 바나듐의 뭉친형태인 crystalline 종의 V2O5의 형태가 크게 발달한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 안티몬이 첨가된 제조예 2 및 비교제조예 3의 촉매의 경우 안티몬이 첨가된 후에도 바나듐의 구조가 크게 변하지 않음을 확인할 수 있었으며, 이는 바나듐과 안티몬의 결합종인 VxSbyO4종의 생성으로 바나듐끼리의 뭉침현상을 억제시켜 V2O5의 crystalline 형성을 억제된 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 일반적으로 바나듐계 촉매를 적용할 때 높은열에 노출되어 촉매의 활성이 저하되는 현상이 발생하는데, 안티몬의 첨가를 통해 이러한 바나듐의 열화된 형상을 억제시킬 수 있을 것으로 판단된다.Thermal stability was evaluated according to the addition of antimony to a vanadium/titania catalyst. The heat treatment was carried out under general air conditions for 10 hours at 600 o C for Comparative Preparation Example 4, which is a general vanadium-based catalyst, and Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 3 to which antimony was added to Raman to confirm the change in the crystal structure of vanadium. performing analysis is shown in Fig. First, the initial catalyst that was not heat-treated was called'Fresh', and the catalyst that was heat-treated at 600 o C for 10 hours was called'Aging' catalyst. As a result, in the case of Comparative Production Example 4, which is a catalyst to which antimony was not added, it was confirmed that the form of V 2 O 5 of the crystalline species, which is a clustered form of vanadium, was greatly developed after heat treatment. However, in the case of the catalysts of Preparation Example 2 and
실험예 16Experimental Example 16
본 발명에 의한 가스상 일산화탄소 제거용 백금/안티몬/티타니아계 촉매의 제조에 있어 조촉매 첨가에 따른 활성 평가를 하기 위하여 제조예 9와 비교제조예 6에 대하여 반응온도 영역인 100~300 oC에서 일산화탄소 제거율을 측정하였다. 이 경우 일산화탄소의 농도는 10,000 ppm, 산소농도 15%, 수분 8 vol. %으로 하였으며, 공간속도는 160,000 h- 1으로 유지하여 측정하였다. 실험 결과를 도 15에 나타내었다. 그 결과 제조예 9 의 경우 150 oC 기준으로 100%의 효율을 나타내었으며, 100oC 기준으로 85%의 효율을 나타내었으나 안티몬/티타니아 담체를 사용하지 않은 비교제조예 6 의 경우에는 150 oC 기준으로 98% 나타났으며, 100oC 기준으로 66%의 효율을 나타냈다. 이를 통해 안티몬/티타니아 담체를 통해 제조된 촉매의 경우 저온까지 우수한 활성을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 이는 안티몬/티타니아 담체를 통해 제조된 촉매의 경우 백금의 산소이동성을 증진시킴으로써 일산화탄소 제거효율이 증가된 것으로 확인할 수 있었다.In order to evaluate the activity according to the addition of a cocatalyst in the production of a platinum/antimony/titania catalyst for removing gaseous carbon monoxide according to the present invention, carbon monoxide in the reaction temperature range of 100 to 300 o C for Preparation Example 9 and Comparative Preparation Example 6 The removal rate was measured. In this case, the concentration of carbon monoxide is 10,000 ppm, the oxygen concentration is 15%, and the moisture content is 8 vol. %, and the space velocity was measured while maintaining at 160,000 h - 1 . Fig. 15 shows the experimental results. As a result, Preparation Example 9 exhibited an efficiency of 100% based on 150 o C, and exhibited an efficiency of 85% based on 100 o C, but 150 o C in Comparative Preparation 6 without using an antimony/titania carrier. It showed 98% of the standard, and showed an efficiency of 66% based on 100 o C. Through this, it was confirmed that the catalyst prepared through the antimony/titania carrier exhibited excellent activity up to a low temperature. It was confirmed that the catalyst prepared through the antimony/titania carrier increased the oxygen mobility of platinum, thereby increasing the carbon monoxide removal efficiency.
실험예 17Experimental Example 17
안티몬/티타니아 담체를 사용한 제조예 9 및 비교제조예 6에 대해서 백금 및 백금/안티몬/티타니아를 통해 제조된 촉매로 SO2에 대한 내구성 실험을 수행하였디다. 이 경우 일산화탄소의 농도는 10,000 ppm, 산소농도 15%, 수분 8 vol.%으로 하였으며, SO2 농도는 500 ppm, 공간속도는 160,000 h- 1으로 유지하여 측정하였다. 실험결과를 도 16 에 나타내었다. 그 결과 제조예 9의 경우 초기효율을 계속 유지하였으나, 비교제조예 6의 경우 30분만에 초기효율 대비 20%로 떨어지는 것을 확인하였다. 이에 따라 제조예 9의 경우 SO2에 대한 내구성이 매우 증가한 것을 확인할 수 있었고, 이는 황 성분이 포함된 가스상에서 일산화탄소를 처리하는데 우수한 내구성으로 촉매 수명을 연장시킬 수 있을 것으로 판단된다.For Preparation Example 9 and Comparative Preparation Example 6 using an antimony/titania carrier, durability tests for SO 2 were performed with a catalyst prepared through platinum and platinum/antimony/titania. In this case, the concentration of carbon monoxide was 10,000 ppm, the oxygen concentration was 15%, and the moisture content was 8 vol.%, and the SO 2 concentration was 500 ppm and the space velocity was maintained at 160,000 h - 1 . Fig. 16 shows the experimental results. As a result, in the case of Preparation Example 9, the initial efficiency was maintained, but in the case of Comparative Preparation Example 6, it was confirmed that it fell to 20% compared to the initial efficiency in 30 minutes. Accordingly, in the case of Preparation Example 9, it was confirmed that the durability against SO 2 was significantly increased, and it was determined that the catalyst life could be extended with excellent durability in treating carbon monoxide in a gas phase containing a sulfur component.
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