KR102594504B1 - A nitride catalysts for synthesize ammonia at low temperature and low temperature ammonia synthesis from water and air by using nitride catalysts - Google Patents

A nitride catalysts for synthesize ammonia at low temperature and low temperature ammonia synthesis from water and air by using nitride catalysts Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 촉매는 전이금속을 포함하는 금속질화합물을 주 성분으로 포함함으로써 기존의 하버-보쉬 합성법(Haber-Bosch process)이나 전기화학적 합성법에 비해 훨씬 낮은 온도에서나 낮은 에너지 하에서도 대량의 암모니아 합성이 가능하며, 동시에 물과 공기를 이용하여 이산화탄소 등과 같은 불순물이 생성되지 않는 친환경적인 암모니아를 합성이 가능하다는 장점을 가진다.
또한 전기적인 합성법에 비해서도 훨씬 에너지 소모도 적을뿐더러 전극을 사용하지 않기 때문에 부식의 염려도 없으며 추가적인 불순물의 생성을 억제할 수 있다.
The catalyst according to the present invention synthesizes a large amount of ammonia at a much lower temperature or under lower energy than the existing Haber-Bosch process or electrochemical synthesis method by containing a metal compound containing a transition metal as a main component. This is possible, and at the same time, it has the advantage of being able to synthesize environmentally friendly ammonia that does not produce impurities such as carbon dioxide using water and air.
In addition, it consumes much less energy than the electrical synthesis method, and because it does not use electrodes, there is no risk of corrosion and the creation of additional impurities can be suppressed.

Description

암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매 및 이를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법{A nitride catalysts for synthesize ammonia at low temperature and low temperature ammonia synthesis from water and air by using nitride catalysts}Nitride catalyst for low temperature synthesis of ammonia and low temperature synthesis method of ammonia from water and air using the same {A nitride catalysts for synthesize ammonia at low temperature and low temperature ammonia synthesis from water and air by using nitride catalysts}

본 발명은 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전이금속을 포함하는 금속질화합물을 촉매로 이용함으로써 기존의 하버-보쉬 합성법(Haber-Bosch process)에 비해 훨씬 낮은 온도와 압력에서도 대량의 암모니아 합성이 가능하며 물과 공기만을 사용하는 친환경 암모니아 합성이 가능한 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, and specifically, by using a metal nitride compound containing a transition metal as a catalyst, compared to the existing Haber-Bosch process. It relates to a low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, which enables large-scale ammonia synthesis even at much lower temperatures and pressures and enables eco-friendly ammonia synthesis using only water and air.

암모니아(NH3)는 수소와 질소의 화합물로 무색이며 냄새가 자극적이고 상온에서 기체 상태로 존재한다. 한 변이 0.163 nm인 정삼각형을 이루고 있는 3개의 수소 원자가 있고, 정삼각형의 중심으로부터 질소원자가 0.038 nm 떠 있는 모양으로 삼각뿔형에 분자 구조를 나타낸다. 암모니아를 이루고 있는 질소 원자에는 비공유 전자쌍이 한 쌍 존재하는데, 이로 인해 암모니아는 양성자 받개, 즉 염기로 작용할 수 있다. 삼각뿔형인 분자구조로 하여 암모니아의 쌍극자 모멘트는 0이 아니므로 극성 물질이 된다. 암모니아는 수소결합을 하고, 암모니아 분자에서 NH 결합의 길이는 0.1014 nm이며 H-N-H의 결합각은 107°이다. 대기 중에 소량이 포함되어 있으며, 천연수에도 미량 함유되어 있고, 토양 중에도 세균의 질소 유기물을 분해하는 과정에서 생성되어 존재할 수 있다.Ammonia (NH 3 ) is a compound of hydrogen and nitrogen that is colorless, has a pungent odor, and exists in a gaseous state at room temperature. There are three hydrogen atoms forming an equilateral triangle with a side of 0.163 nm, and the nitrogen atom is floating 0.038 nm from the center of the equilateral triangle, showing a triangular pyramid-shaped molecular structure. The nitrogen atom that makes up ammonia has a pair of lone electrons, which allows ammonia to act as a proton acceptor, that is, a base. Due to its triangular pyramidal molecular structure, the dipole moment of ammonia is not 0, making it a polar substance. Ammonia forms hydrogen bonds, and the length of the NH bond in an ammonia molecule is 0.1014 nm, and the bond angle of HNH is 107°. It is contained in small amounts in the air, in natural water, and may also exist in soil as it is produced during the process of bacterial decomposition of nitrogenous organic matter.

암모니아는 합성 비료의 재료로 사용된다. 질소는 식물이 자라는 데 필수적인 원소 중 하나로, 자연적으로는 토양 속의 일부 세균이 공기 중의 질소를 질소 화합물로 고정하는 질소 고정이 일어나고, 이를 통하여 식물은 질소를 흡수할 수 있게 된다. 공기 중의 질소를 고정하여 합성한 암모니아를 이용하여 만든 요소 비료는 토양에 질소 공급원으로 작용하여 작물에게 풍부한 질소를 공급해 줄 수 있게 하며, 그 결과 작물 생산량이 증가하게 된다.Ammonia is used as an ingredient in synthetic fertilizers. Nitrogen is one of the essential elements for plant growth. Naturally, nitrogen fixation occurs in which some bacteria in the soil fix nitrogen in the air into nitrogen compounds, and through this, plants can absorb nitrogen. Urea fertilizer, made using ammonia synthesized by fixing nitrogen in the air, acts as a nitrogen source in the soil and provides abundant nitrogen to crops, resulting in increased crop production.

암모니아의 질산염으로 NH4NO3의 화학식을 가지는 질산암모늄(ammonium nitrate)은 200℃ 정도의 상태에서도 비교적 안전하나 석유 등의 연료와 함께 있을 때에는 강력한 산화제로 작용하여 폭발을 일으킨다. 질산암모늄의 이런 성질을 이용하여 제조된 폭탄을 비료 폭탄이라고 하며, 암모니아가 폭발물의 원료로 사용되는 사례이다. 이와 같이 암모늄염, 질산, 요소의 합성원료로 쓰이는 용도 이외에도 암모니아는 각종 화학공업의 원료, 암모니아수의 제조, 그리고 이온성 물질에 대한 용매로 사용된다.Ammonium nitrate, a nitrate of ammonia with the chemical formula NH 4 NO 3 , is relatively safe even at about 200°C, but when mixed with fuel such as petroleum, it acts as a strong oxidizing agent and causes an explosion. Bombs manufactured using these properties of ammonium nitrate are called fertilizer bombs, and this is an example of ammonia being used as a raw material for explosives. In addition to being used as a raw material for the synthesis of ammonium salts, nitric acid, and urea, ammonia is also used as a raw material for various chemical industries, for the production of ammonia water, and as a solvent for ionic substances.

암모니아를 생산하는 가장 일반적인 방법인 하버-보쉬 공정은 가스상 수소와 질소를 고온(예: 475℃) 및 고압(예: 20MPa)에서 금속 촉매 상에서 반응식 1과 같이 암모니아 분자가 만들어지고 100kJ의 에너지를 발생시키는 발열과정이다. 이러한 공정은 입증된 대규모 산업 공정이지만, 반응 수율도 10 내지 20%로 낮을 뿐만 아니라 세계에서 2번째로 많은 에너지(평균 32GJ/ton NH3)를 소비하며, 천연가스나 석탄을 원료로 수소를 생산하기 때문에 다량의 CO2(3.45 kg CO2/kg NH3) 배출하는 문제점을 가지고 있다. The Haber-Bosch process, the most common method of producing ammonia, combines gaseous hydrogen and nitrogen at high temperature (e.g., 475°C) and high pressure (e.g., 20 MPa) on a metal catalyst to produce ammonia molecules as shown in Scheme 1, generating 100 kJ of energy. Shiki is an exothermic process. Although this process is a proven large-scale industrial process, it not only has a low reaction yield of 10 to 20%, but also consumes the second largest amount of energy in the world (average 32 GJ/ton NH 3 ) and produces hydrogen from natural gas or coal. Therefore, it has the problem of emitting a large amount of CO 2 (3.45 kg CO 2 /kg NH 3 ).

[반응식 1][Scheme 1]

N2 + 3H2 -> 2NH3 + 100kJN 2 + 3H 2 -> 2NH 3 + 100kJ

하버-보쉬법의 단점을 해소하기 위해 많은 연구가 진행되었으며, 이 중 프로톤 전도성 분리막을 이용한 전기화학적 암모니아 합성법은 기존의 하버-보쉬법과는 달리 수소뿐만 아니라 물에 포함된 수소를 프로톤으로 이온화시켜 질소 기체와 상압(1기압)에서 반응시킬 수 있는 장점이 있다.Much research has been conducted to solve the shortcomings of the Haber-Bosch method. Among these, the electrochemical ammonia synthesis method using a proton conductive separator is different from the existing Haber-Bosch method by ionizing not only hydrogen but also the hydrogen contained in water into protons to produce nitrogen. It has the advantage of being able to react with gas at normal pressure (1 atmosphere).

그러나 이러한 전기화학적 암모니아 합성법은 공급되는 전류에 따라서 수소 및 물의 프로톤 이온화량이 조절되기 때문에 가해주는 외부 전류에 따라서 암모니아 수율을 정밀하게 조절할 수 있으나, 사용되는 귀금속 및 전도성 산화물 전극 촉매는 산소 및 물해리를 위한 촉매이며 질소 해리 활성도가 매우 낮기 때문에 외부에서 가해준 전류 대비 낮은 암모니아 수율을 가지는 단점을 가진다. 따라서 하버-보쉬법과 비교했을 때 같은 양의 암모니아를 합성하기 위해 동등 이상의 에너지가 필요하다.However, in this electrochemical ammonia synthesis method, the amount of proton ionization of hydrogen and water is controlled according to the supplied current, so the ammonia yield can be precisely controlled according to the applied external current. However, the noble metal and conductive oxide electrode catalyst used causes oxygen and water dissociation. This catalyst has a very low nitrogen dissociation activity, so it has the disadvantage of having a low ammonia yield compared to the externally applied current. Therefore, compared to the Haber-Bosch method, equivalent or more energy is required to synthesize the same amount of ammonia.

미국 공개특허 제2012-0241328호 (2012년 09월 27일)U.S. Patent Publication No. 2012-0241328 (September 27, 2012)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상세하게는 전이금속을 포함하는 금속질화합물을 촉매로 이용함으로써 기존의 하버-보쉬 합성법(Haber-Bosch process)이나 전기화학적 합성법에 비해 훨씬 낮은 온도와 압력에서나 낮은 에너지 하에서도 대량의 암모니아 합성이 가능하며 물과 공기만을 사용하는 친환경 암모니아 합성이 가능한 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법에 관한 것이다.The present invention was developed to solve the above problems. Specifically, by using a metallic compound containing a transition metal as a catalyst, it is much more effective than the existing Haber-Bosch process or electrochemical synthesis method. This relates to a low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, which enables large-scale synthesis of ammonia even at low temperature and pressure or low energy, and enables eco-friendly ammonia synthesis using only water and air.

본 발명은 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매 및 상기 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia and a method for low-temperature synthesis of ammonia from water and air using the nitride catalyst.

본 발명의 일 양태는 하기 식 1의 조성을 갖는 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia having the composition of formula 1 below.

[식 1][Equation 1]

M2-x Rx Siy Nz M 2-x R x Si y N z

(상기 식 1에서, M은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨에서 선택되는 어느 하나의 원소이고, R은 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 니켈, 철, 몰리브데늄 및 텅스텐에서 선택되는 어느 하나의 원소이며, 0≤x≤2이며, 4≤y≤6이고, 7≤z≤9이다.)(In Formula 1, M is any one element selected from magnesium, calcium, strontium, and barium, and R is lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, It is any one element selected from ytterbium, lutetium, nickel, iron, molybdenum, and tungsten, and 0≤x≤2, 4≤y≤6, and 7≤z≤9.)

이때 상기 식 1로 더욱 바람직하게는 M은 칼슘, 스트론튬 및 바륨에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 R은 유로퓸, 에르븀, 철 및 텅스텐이며, 상기 x는 0.001≤x≤0.5, 상기 z는 7.5≤z≤8.5인 것을 각각 특징으로 한다.At this time, in the above formula 1, more preferably, M is any one selected from calcium, strontium and barium, R is europium, erbium, iron and tungsten, x is 0.001≤x≤0.5, and z is 7.5≤z Each is characterized by being ≤8.5.

본 발명의 다른 양태는,Another aspect of the present invention is,

a1) 증류수에 상기 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;a1) preparing a slurry by mixing the catalyst for low-temperature synthesis of ammonia with distilled water;

b1) 상기 슬러리에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및 b1) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the slurry into the reactor; and

c1) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계;c1) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;

를 포함하거나,Includes, or

a2) 상기 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 반응기에 주입하는 단계; a2) injecting a catalyst for low-temperature synthesis of ammonia into the reactor;

b2) 상기 반응기에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및b2) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the reactor; and

c2) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계;c2) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법에 관한 것이다.It relates to a low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, comprising:

본 발명에 따른 촉매는 전이금속을 포함하는 금속질화합물을 주 성분으로 포함함으로써 기존의 하버-보쉬 합성법(Haber-Bosch process)이나 전기화학적 합성법에 비해 훨씬 낮은 온도와 압력에서나 낮은 에너지 하에서도 대량의 암모니아 합성이 가능하며, 동시에 물과 공기를 이용하여 이산화탄소 등과 같은 불순물이 생성되지 않는 친환경적인 암모니아를 합성이 가능하다는 장점을 가진다. The catalyst according to the present invention contains a metal compound containing a transition metal as a main component, so that it can produce large quantities even at a much lower temperature and pressure or lower energy than the existing Haber-Bosch process or electrochemical synthesis method. It is possible to synthesize ammonia, and at the same time, it has the advantage of being able to synthesize environmentally friendly ammonia that does not produce impurities such as carbon dioxide using water and air.

또한 전기적인 합성법에 비해서도 훨씬 에너지 소모도 적을뿐더러 전극을 사용하지 않기 때문에 부식의 염려도 없으며 추가적인 불순물의 생성을 억제할 수 있다.In addition, it consumes much less energy than the electrical synthesis method, and because it does not use electrodes, there is no risk of corrosion and the creation of additional impurities can be suppressed.

도 1은 실시예 1 내지 4의 촉매를 사용하였을 때 암모니아의 합성 결과를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 3, 5 내지 8의 촉매를 사용하였을 때 암모니아의 합성 결과를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 6, 9 내지 12의 촉매를 사용하였을 때 암모니아의 합성 결과를 도시한 것이다.
Figure 1 shows the results of ammonia synthesis when using the catalysts of Examples 1 to 4.
Figure 2 shows the results of ammonia synthesis when using the catalysts of Examples 3, 5 to 8.
Figure 3 shows the results of ammonia synthesis when using the catalysts of Examples 6, 9 to 12.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 따른 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매 및 이를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법을 더욱 상세히 설명한다. 다만 다음에 소개되는 구체 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.Hereinafter, the nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia according to the present invention and the low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using the same will be described in more detail through examples and comparative examples. However, the specific examples introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

따라서 본 발명은 이하 제시되는 구체 예들은 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 이하 제시되는 구체 예들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Therefore, the present invention is not limited to the specific examples presented below and may be embodied in other forms. The specific examples presented below are only described to clarify the spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those skilled in the art to which this invention pertains, and the following description will not unnecessarily obscure the gist of the present invention. Descriptions of possible notification functions and configurations are omitted.

또한 명세서 및 첨부된 특허 청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태로 포함하는 것으로 의도할 수 있다.Additionally, as used in the specification and appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서 용어 ‘촉매 조성물’과 ‘촉매’는 동의어이고 서로 바꿔서 사용할 수 있다.In the present invention, the terms ‘catalyst composition’ and ‘catalyst’ are synonymous and can be used interchangeably.

본 발명에서 ‘전이금속’은 란탄족계 원소를 포함한 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 니켈(Ni), 철(Fe), 몰리브데늄(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 다만 란탄족계 원소 중 하나인 프로메튬(Pm)은 자연적으로 지각 내 존재하는 양이 극미량(약 600g)이며, 생성 방법도 워낙 까다로우므로 제외한다.In the present invention, 'transition metals' include lanthanide elements including lanthanide (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), and terbium ( Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), nickel (Ni), iron (Fe), molybdenum (Mo) and tungsten (W). However, promethium (Pm), one of the lanthanide elements, is excluded because the amount that naturally exists in the earth's crust is extremely small (approximately 600 g) and its production method is very difficult.

본 발명은 기존의 암모니아 생산법인 하버-보쉬법의 단점인 낮은 수율, 과도한 에너지 소모 및 이산화탄소 생성 등의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭하던 중, 2족 원소, 실리콘 및 질소를 포함한 질화물에 전이금속을 도핑하였을 때, 비교적 낮은 온도(100℃ 이하)와 상압에서도 공기 중의 질소를 암모니아로 합성할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.While conducting extensive research to solve the problems of the existing ammonia production method, the Haber-Bosch method, such as low yield, excessive energy consumption, and carbon dioxide production, the present invention was developed using nitrides containing group 2 elements, silicon, and nitrogen. The present invention was completed by discovering that nitrogen in the air could be synthesized into ammonia even at relatively low temperatures (below 100°C) and normal pressure when doped with metal.

본 발명에 따른 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매는 하기 식 1과 같은 금속 질화물의 형태를 가질 수 있다.The catalyst for low-temperature synthesis of ammonia according to the present invention may have the form of a metal nitride as shown in Formula 1 below.

[식 1][Equation 1]

M2-x Rx Siy Nz M 2-x R x Si y N z

본 발명에서 상기 x는 촉매가 제조되기 위한 희토류 금속(란탄족계 금속) 원자의 수를 뜻하는 것으로, 상기 x는 희토류 금속을 제외한 다른 금속 원자의 수에 영향을 받을 수 있으며, x는 0 이상, 2 이하의 정수이다.In the present invention, x refers to the number of rare earth metal (lanthanide metal) atoms for producing a catalyst. x may be influenced by the number of metal atoms other than rare earth metals, and x is 0 or more, It is an integer of 2 or less.

예를 들어 상기 촉매 내에서 R이 0.7인 경우 M은 1.3이 되며, R이 1인 경우 M은 똑같이 1이 되는 것으로, 상호 부분 또는 전체 치환 관계를 갖게 되는 것이다. 다만 상술한 바와 같이 x가 0과 2를 포함하고 있으므로 M과 R 중 어느 하나는 반드시 포함하여야 하나, 둘 중 하나는 포함되지 않을 수도 있다.For example, in the above catalyst, when R is 0.7, M becomes 1.3, and when R is 1, M becomes 1, resulting in a partial or full substitution relationship. However, as described above, since x includes 0 and 2, one of M and R must be included, but one of the two may not be included.

상기 x는 상술한 바와 같이 x는 0 이상, 2 이하의 정수이며, 더욱 바람직하게는 0.001≤x≤0.5인 것이 좋다. x가 상기 범위를 벗어났을 때 결정구조가 무너져 촉매의 구실을 할 수가 없고 촉매의 신뢰성이 떨어진다. As described above, x is an integer of 0 or more and 2 or less, and more preferably 0.001≤x≤0.5. When x is outside the above range, the crystal structure collapses, so it cannot function as a catalyst and the reliability of the catalyst decreases.

상기 식 1에서 M은 희토류 금속을 제외한 나머지 금속 원자로, 상기 M의 예를 들면 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨에서 선택되는 어느 하나의 원소일 수 있으며, 이들 중 칼슘, 스트론튬 및 바륨을 포함하는 것이 암모니아 합성 효과가 높아 바람직하다.In Formula 1, M is a metal atom other than rare earth metals. For example, M may be any one element selected from magnesium, calcium, strontium, and barium. Among these, calcium, strontium, and barium are ammonia. It is desirable because of its high synthesis effect.

또한 본 발명에서 상기 R은 전이금속 원자로, 상기 R의 예를 들면 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 니켈, 철, 몰리브데늄 및 텅스텐에서 선택되는 어느 하나의 원소이며, 이들 중 유로퓸, 에르븀, 철, 몰리브데늄, 텅스텐을 포함하는 것이 암모니아 합성 효과가 높아 바람직하다.In addition, in the present invention, R is a transition metal atom, for example R is lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, nickel, iron, mol. It is any one element selected from libdenium and tungsten, and among these, those containing europium, erbium, iron, molybdenum, and tungsten are preferred because they have a high ammonia synthesis effect.

상기 전이금속은 공기 중 질소분자(N2)의 N≡N 결합 및 물분자(H2O)의 O-H 결합을 분리하는 데 필요한 에너지를 낮춰 암모니아 합성을 용이하게 하는 역할을 한다.The transition metal serves to facilitate ammonia synthesis by lowering the energy required to separate the N≡N bond of nitrogen molecules (N 2 ) and the OH bond of water molecules (H 2 O) in the air.

상기 식 1에서 상기 z는 촉매가 제조되기 위한 질소의 원자의 수를 뜻하는 것으로, 상기 z는 2족 원소 및 실리콘 원자의 수에 영향을 받을 수 있으며, z는 7 이상, 9 이하, 더욱 바람직하게는 7.5≤z≤8.5 범위의 정수이다.In Equation 1, z refers to the number of nitrogen atoms for producing a catalyst, and z may be influenced by the number of group 2 elements and silicon atoms, and z is 7 or more and 9 or less, more preferably Typically, it is an integer in the range 7.5≤z≤8.5.

상기 질소는 암모니아 합성 시 물분자로부터 분해된 수소원자와 일시적으로 결합해 암모니아를 형성하는 역할을 하며 형성된 암모니아로 인해 결정구조에서 질소 자리가 비게 되면 공기 중의 질소가 이 빈자리를 채우게 된다.The nitrogen plays a role in forming ammonia by temporarily combining with hydrogen atoms decomposed from water molecules during ammonia synthesis. When the nitrogen position in the crystal structure becomes vacant due to the formed ammonia, nitrogen in the air fills the empty position.

상기 식 1에서 상기 x는 상술한 바와 같이 x는 0 이상, 2 이하의 정수이고, z는 7 이상 9 미만인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 x 및 z가 각각 0.001≤x≤0.5, 7.5≤z≤8.5인 것이 좋다.In the formula 1, x is an integer of 0 or more and 2 or less, as described above, and z is preferably 7 or more and less than 9, and more preferably x and z are 0.001≤x≤0.5 and 7.5≤z, respectively. ≤8.5 is good.

본 발명에서 상기 촉매는 제조방법을 한정하지 않으며, 본 기술분야의 당업자들에게 알려진 촉매 제조의 수많은 방법들 중 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적인 제조방법은 2족 금속 할로겐화물, 전이금속 산화물, 규소 및 환원제 재료의 혼합물을 형성한 후 이를 연소반응하는 방법을 들 수 있다.In the present invention, the catalyst is not limited to a production method, and may be produced by any of the numerous methods of catalyst production known to those skilled in the art. A typical manufacturing method involves forming a mixture of a Group 2 metal halide, a transition metal oxide, silicon, and a reducing agent material and then subjecting it to a combustion reaction.

본 발명에서 상기 2족 금속 할로겐화물은 상술한 마그네슘할로겐화물, 칼슘할로겐화물, 스트론튬할로겐화물 및 바륨할로겐화물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgBr2, CaBr2, SrBr2, BaBr2, MgI2, CaI2, SrI2 및 BaI2 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.In the present invention, the Group 2 metal halide may be any one or more selected from the above-mentioned magnesium halide, calcium halide, strontium halide, and barium halide, and specifically, MgF 2 , CaF 2 , SrF 2 , BaF 2 , MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MgBr 2 , CaBr 2 , SrBr 2 , BaBr 2 , MgI 2 , CaI 2 , SrI 2 and BaI 2 It may be any one or a mixture of two or more selected from among.

특히 상기 2족 금속 할로겐화물은 환원제와 반응하여 발열반응을 일으키며 환원·질화 반응 중 생성된 열로 인해 질화물 촉매를 형성할 수 있게 된다. In particular, the Group 2 metal halide reacts with a reducing agent to cause an exothermic reaction, and the heat generated during the reduction/nitridation reaction can form a nitride catalyst.

상기 전이금속 산화물은 La2O3, CeO2, Pr2O3, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3, Lu2O3, NiO, Fe2O3, MoO3 및 WO3 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상의 혼합물일 수 있으며, 이들 중 Eu2O3, Er2O3, Fe2O3, MoO3 및 WO3 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 보다 바람직 할 수 있다. The transition metal oxide is La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 It may be any one or a mixture of two or more selected from O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 , NiO, Fe 2 O 3 , MoO 3 and WO 3 , among which It may be more preferable that it is one or more selected from Eu 2 O 3 , Er 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MoO 3 and WO 3 .

상기 규소(Si)는 연소 반응에서 필요한 발열 반응을 일으키기 위한 것으로서, 보다 활발한 연소반응을 일으키기 위하여 분말상 입자로 입경크기가 0.01 내지 15㎛일 수 있다.The silicon (Si) is used to generate an exothermic reaction necessary for a combustion reaction, and may be a powder particle with a particle size of 0.01 to 15 ㎛ in order to cause a more active combustion reaction.

상기 환원제는 아지드화 리튬(LiN3), 아지드화 나트륨(NaN3) 및 아지드화 칼륨(KN3) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상의 혼합물일 수 있다. 상기 환원제는 2족 금속 할로겐화물 및 전이금속 산화물을 환원시킬 수 있으며, 연소반응 후 LiF, LiCl, NaF, NaCl, KF, KCl로 변환되며, 이는 증류수를 이용한 침출과정으로 제거될 수 있다.The reducing agent may be any one or a mixture of two or more selected from lithium azide (LiN 3 ), sodium azide (NaN 3 ), and potassium azide (KN 3 ). The reducing agent can reduce Group 2 metal halides and transition metal oxides, and is converted to LiF, LiCl, NaF, NaCl, KF, and KCl after combustion reaction, which can be removed through a leaching process using distilled water.

상기 환원제는 2족 금속 할로겐화물 1몰에 대하여 1 내지 20몰 포함될 수 있다. 상기 범위를 벗어나면 환원반응 또는 침출이 잘 이루어지지 않을 수 있다. The reducing agent may be included in an amount of 1 to 20 moles per mole of the Group 2 metal halide. If it is outside the above range, reduction reaction or leaching may not occur properly.

상기 혼합물은 조성비를 한정하지 않으나 상술한 촉매의 조성비를 만족하는 범위 하에서 비율을 조절하는 것이 바람직하며, 이때 각 원소의 전구체 화합물은 생성되는 촉매의 형태, 조성에 따라 첨가 여부가 결정될 수 있으며, 특히 필수적으로 포함되는 규소와 질소 화합물 이외에 전이금속 화합물이나 2족 금속 할로겐화물의 첨가 여부가 결정될 수 있다.The composition ratio of the mixture is not limited, but it is preferable to adjust the ratio within a range that satisfies the composition ratio of the catalyst described above. In this case, whether or not the precursor compound of each element is added can be determined depending on the form and composition of the produced catalyst, especially In addition to the essential silicon and nitrogen compounds, it may be decided whether to add a transition metal compound or a Group 2 metal halide.

예를 들어 상기 식 1에서 x가 0인 경우 전이금속이 포함되지 않는 경우이므로, 상기와 같은 조성비의 금속촉매를 제조할 경우 2족 금속 화합물의 조성비는 2로 고정되며, 규소 화합물과 질소 화합물의 조성비만 각각 4 내지 6 : 7 내지 9의 범위로 포함될 수 있다.For example, when x is 0 in Equation 1, the transition metal is not included. Therefore, when manufacturing a metal catalyst with the composition ratio as above, the composition ratio of the Group 2 metal compound is fixed to 2, and the composition ratio of the silicon compound and nitrogen compound is fixed to 2. The composition ratio may be in the range of 4 to 6:7 to 9, respectively.

반대로 x가 2인 경우 상기 2족 금속이 포함되지 않기 때문에 상기와 같은 조성비의 금속 촉매를 제조할 경우 전이금속 화합물의 조성비는 2로 고정되며 규소 화합물과 질소 화합물의 조성비만 각각 4 내지 6 : 7 내지 9의 범위로 포함될 수 있다.Conversely, when x is 2, the Group 2 metal is not included, so when preparing a metal catalyst with the above composition ratio, the composition ratio of the transition metal compound is fixed to 2, and only the composition ratio of the silicon compound and nitrogen compound is 4 to 6:7, respectively. It may be included in the range of 9 to 9.

또한 전이금속과 2족 금속이 모두 포함되는 경우에는 2족 금속 할로겐화물, 전이금속 산화물, 규소 및 환원제의 조성비를 0.001 내지 2 : 0.001 내지 2 : 4 내지 6 : 7 내지 9 의 비율로 하는 것이 좋다.In addition, when both a transition metal and a Group 2 metal are included, it is recommended that the composition ratio of the Group 2 metal halide, transition metal oxide, silicon, and reducing agent be 0.001 to 2:0.001 to 2:4 to 6:7 to 9. .

상기 혼합의 방법은 한정되지 않으나, 신속한 공정과 균일한 혼합을 위하여 볼밀에 의한 혼합이 바람직할 수 있다. The mixing method is not limited, but mixing using a ball mill may be preferable for rapid processing and uniform mixing.

상기 혼합에 의해 얻어진 반응 혼합물은 용기에 채워져 펠렛 형태로 만들 수 있으며, 용기는 컵일 수 있고, 컵은 실린더형 또는 직육면체일 수 있다.The reaction mixture obtained by the above mixing can be filled into a container and made into a pellet form. The container can be a cup, and the cup can be cylindrical or rectangular.

상기 컵은 종이, 금속 또는 석영 등의 다양한 종류의 성분으로부터 제조될 수 있으며, 얻어진 펠렛의 밀도는 0.7 내지 2.0 g/cm3, 바람직하게는 0.9 내지 1.2 g/cm3를 갖는 것이 연소반응 시 착화 및 연소반응이 원활하게 이루어져 좋으며, 반드시 이에 한정되지 않는다. The cup can be manufactured from various types of ingredients such as paper, metal, or quartz, and the obtained pellets have a density of 0.7 to 2.0 g/cm 3 , preferably 0.9 to 1.2 g/cm 3 to prevent ignition during combustion reaction. and combustion reaction can be carried out smoothly, but it is not necessarily limited to this.

상기 펠렛화된 반응 혼합물은 열원으로부터 착화되어 연소반응이 개시될 수 있으며, 열원은 금속선 저항에 의한 열원을 사용할 수 있다.The pelletized reaction mixture may be ignited from a heat source to initiate a combustion reaction, and the heat source may be a heat source based on metal wire resistance.

본 발명에서 사용되는 연소공정은 고압 조건 하에서 실시되는 것이 바람직하며, 질소분위기 하 고압반응기에서 실시할 수 있다. 이때, 질소의 반응압력은 0.5 내지 5MPa, 바람직하게는 1 내지 3MPa일 수 있다. The combustion process used in the present invention is preferably carried out under high pressure conditions, and can be carried out in a high pressure reactor under a nitrogen atmosphere. At this time, the reaction pressure of nitrogen may be 0.5 to 5 MPa, preferably 1 to 3 MPa.

상기 연소반응은 자체 유지(self-sustaining) 반응으로서 착화반응에 의해 반응이 시작되면 이후에는 외부의 열원 공급이 필요하지 않고 0.1 내지 0.5 cm/sec의 속도로 반응원료를 따라 신속하게 반응시킬 수 있다. The combustion reaction is a self-sustaining reaction, and once the reaction starts by ignition, no external heat source supply is required and the reaction can be carried out quickly along the reaction raw materials at a speed of 0.1 to 0.5 cm/sec. .

본 발명의 질화물 촉매는 연소반응을 실시한 후 생성물을 세척하고 침출하여 얻을 수 있다.The nitride catalyst of the present invention can be obtained by performing a combustion reaction and then washing and leaching the product.

상기 세척은 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 증류수를 사용하는 것이 바람직하며, 1회 이상 세척할 수 있다. The washing can be done using a conventional method, preferably using distilled water, and can be washed more than once.

상기 침출은 통상적인 방법을 사용할 수 있으며 불순물로 인해 제조된 전이질화물 촉매의 합성효율 저하를 막기 위해서 염산용액 또는 황산용액을 사용하는 것이 바람직하다.The leaching can be performed using a conventional method, and it is preferable to use a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution to prevent a decrease in the synthesis efficiency of the prepared transition nitride catalyst due to impurities.

본 발명은 상기와 같이 제조된 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매를 이용하여 암모니아를 합성하는 방법을 포함할 수 있다. 이때 상기 암모니아의 합성 방법은,The present invention may include a method of synthesizing ammonia using a nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia prepared as described above. At this time, the method for synthesizing ammonia is,

a1) 증류수에 상기의 방법으로 제조된 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;a1) preparing a slurry by mixing a catalyst for low-temperature synthesis of ammonia prepared by the above method with distilled water;

b1) 상기 슬러리에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및 b1) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the slurry into the reactor; and

c1) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 동안 가열하는 단계;c1) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;

를 포함하거나,Includes, or

a2) 상기 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 반응기에 주입하는 단계; a2) injecting a catalyst for low-temperature synthesis of ammonia into the reactor;

b2) 상기 반응기에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및b2) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the reactor; and

c2) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계;c2) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;

를 포함할 수 있다.may include.

상기 암모니아의 제조방법들은 기본적으로 반응기에 촉매, 물, 공기를 혼합하고 100℃ 이하의 저온으로 가열하여 반응시키는 것은 동일하며, 촉매와 물을 먼저 혼합하거나 물과 공기를 먼저 혼합하거나의 차이일 뿐이며, 어느 방법을 적용하든 암모니아의 수율에는 차이가 없다. The above ammonia production methods are basically the same as mixing a catalyst, water, and air in a reactor and heating to a low temperature of 100°C or lower for reaction. The only difference is that the catalyst and water are mixed first or the water and air are mixed first. , there is no difference in the yield of ammonia regardless of which method is applied.

본 발명에 따른 암모니아 합성용 촉매의 암모니아 합성 매커니즘은 총 2가지 설명될 수 있다. 먼저 다수의 물분자가 촉매와 접촉 시 촉매의 결정구조 내 질소원자가 물분자의 수소원자 3개와 일시적으로 결합하여 암모니아(NH3)와 수산화 이온(OH-)을 형성하게 된다. 형성된 암모니아는 촉매에서 분리되고 촉매에 질소원자의 빈자리가 생기게 된다. 이때 인접한 전이금속원자가 공기 중으로부터 촉매에 흡착된 질소 분자의 결합을 분리하게 되고 분리된 질소 원자를 빈자리에 채워 넣게 된다. 이렇게 촉매는 원래 상태로 돌아가며 같은 과정을 반복해 암모니아를 생성한다. The ammonia synthesis mechanism of the catalyst for ammonia synthesis according to the present invention can be explained in two ways. First, when multiple water molecules come into contact with the catalyst, nitrogen atoms in the catalyst's crystal structure temporarily combine with three hydrogen atoms of the water molecules to form ammonia (NH 3 ) and hydroxide ions (OH - ). The formed ammonia is separated from the catalyst and a vacancy for a nitrogen atom is created in the catalyst. At this time, the adjacent transition metal atom separates the bond of the nitrogen molecule adsorbed to the catalyst from the air and fills the empty space with the separated nitrogen atom. In this way, the catalyst returns to its original state and repeats the same process to produce ammonia.

또 다른 매커니즘은 먼저 촉매와 공기가 접촉 시 촉매의 결정구조 내 전이금속 원자에 질소 분자가 흡착하게 된다. 이때 전이금속 원자가 질소 분자의 결합을 분리하여 질소 원자를 하나씩 가져가게 되면, 질소원자가 물분자의 수소 원자와 결합해 암모니아(NH3)와 수산화이온(OH-)이 생성된다. 이렇게 만들어진 암모니아가 촉매에서 분리되면 촉매는 원래 상태로 돌아가 다른 질소 분자와 결합하는 방식으로 암모니아를 생성할 수 있다. Another mechanism is that when the catalyst and air come into contact, nitrogen molecules are adsorbed to the transition metal atoms in the crystal structure of the catalyst. At this time, when the transition metal atom separates the bond of the nitrogen molecule and takes nitrogen atoms one by one, the nitrogen atom combines with the hydrogen atom of the water molecule to generate ammonia (NH 3 ) and hydroxide ion (OH - ). When the ammonia produced in this way is separated from the catalyst, the catalyst returns to its original state and can produce ammonia by combining with other nitrogen molecules.

상기와 같은 반응은 공기 내 질소 분자나 물분자가 촉매와 접촉하기만 하면 바로 시작되며, 촉매의 활성화에 온도나 압력 등이 영향을 주지 않기 때문에 저온이나 상압에서도 암모니아를 합성할 수 있는 장점을 가진다. 다만 상술한 바와 같이 질소 분자와 촉매의 접촉 횟수가 암모니아의 수율에 직결되므로 질소 분자의 움직임을 활발히 하도록 일정 이상 온도로 가열할 필요가 있다.The above reaction begins as soon as nitrogen or water molecules in the air come into contact with the catalyst, and since temperature or pressure do not affect the activation of the catalyst, it has the advantage of being able to synthesize ammonia even at low temperature or normal pressure. . However, as mentioned above, since the number of contacts between nitrogen molecules and the catalyst is directly related to the yield of ammonia, it is necessary to heat the catalyst to a certain temperature or higher to promote the movement of nitrogen molecules.

상술한 바와 같이 본 발명에서 상기 물은 암모니아 합성 시 필요한 수소를 제공하며, 공기는 질소의 소스로 작용하며, 필요에 따라 반응을 촉진할 수 있도록 따로 질소와 수소, 수증기 등의 암모니아 소스에 해당하는 기체를 더 혼합하여 반응기에 주입할 수 있다.As described above, in the present invention, the water provides the hydrogen necessary for ammonia synthesis, and the air acts as a source of nitrogen, and if necessary, ammonia sources such as nitrogen, hydrogen, and water vapor are separately used to promote the reaction. The gas can be further mixed and injected into the reactor.

이때 상기 암모니아의 합성방법에서 각 조성물의 혼합비를 한정하지는 않으며, 실제로 촉매 대비 물이나 공기에 대한 상한치가 존재하지는 않으나, 경제적인 측면에서 촉매 100 중량부 대비 물 50 내지 300 중량부, 공기 15 내지 100 중량부 혼합하되 질소가 과잉 공급되는 경우에 암모니아의 합성 수율이 증가하기 때문에 물과 공기의 조성비가 1 내지 3 : 1을 만족하여 제조하는 것이 좋다. 상기 범위에서 미반응 조성물을 감소시킬 수 있으며, 생성된 암모니아가 물에 용해되는 것을 방지할 수 있다. At this time, the mixing ratio of each composition in the ammonia synthesis method is not limited, and in fact, there is no upper limit for water or air compared to the catalyst, but from an economical perspective, 50 to 300 parts by weight of water and 15 to 100 parts by weight of air relative to 100 parts by weight of the catalyst. It is mixed by weight, but since the synthesis yield of ammonia increases when nitrogen is supplied excessively, it is better to prepare it with a composition ratio of water and air that satisfies 1 to 3:1. Within the above range, the unreacted composition can be reduced and the generated ammonia can be prevented from dissolving in water.

본 발명에서 상기 암모니아의 합성방법은 상술한 조성물들이 반응기 내에 투입된 이후에 일정 시간 동안 가열하여 반응을 촉진시키는 것이 바람직하다. 이때 상기 가열 온도는 한정하지는 않으나 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 것이 에너지 절약 측면에서 바람직하다.In the present invention, the ammonia synthesis method preferably involves heating the above-described compositions for a certain period of time after they are added into the reactor to promote the reaction. At this time, the heating temperature is not limited, but heating to a temperature of 30 to 100°C is preferable in terms of energy saving.

본 발명에 따른 촉매는 전이금속을 포함하는 금속질화합물을 주 성분으로 포함함으로써 기존의 하버-보쉬 합성법(Haber-Bosch process)이나 전기화학적 합성법에 비해 훨씬 낮은 온도에서나 낮은 에너지 하에서도 대량의 암모니아 합성이 가능하며, 동시에 물과 공기를 이용하여 이산화탄소 등과 같은 불순물이 생성되지 않는 친환경적인 암모니아를 합성이 가능하다는 장점을 가진다. The catalyst according to the present invention synthesizes a large amount of ammonia at a much lower temperature or under lower energy than the existing Haber-Bosch process or electrochemical synthesis method by containing a metal compound containing a transition metal as a main component. This is possible, and at the same time, it has the advantage of being able to synthesize environmentally friendly ammonia that does not produce impurities such as carbon dioxide using water and air.

또한 전기적인 합성법에 비해서도 훨씬 에너지 소모도 적을뿐더러 전극을 사용하지 않기 때문에 부식의 염려도 없으며 추가적인 불순물의 생성을 억제할 수 있다.In addition, it consumes much less energy than the electrical synthesis method, and because it does not use electrodes, there is no risk of corrosion and the creation of additional impurities can be suppressed.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예들에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and comparative examples. However, the following examples and comparative examples are only examples to explain the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.93 : 0.07 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.93:0.07:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 30℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 30°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 2)(Example 2)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.93 : 0.07 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.93:0.07:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 40℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 40°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 3)(Example 3)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.93 : 0.07 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.93:0.07:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 4)(Example 4)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.93 : 0.07 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.93:0.07:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 70℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 70°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 5)(Example 5)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.95 : 0.05 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.95:0.05:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed for 24 hours using a ball mill. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 6)(Example 6)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.97 : 0.03 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.97:0.03:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 7) (Example 7)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.99 : 0.01 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.99:0.01:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 8)(Example 8)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 2.0 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), and sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder were weighed at a molar ratio of 2.0:5.0:4.0, then zirconia balls. was mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed for 24 hours using a ball mill. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 9)(Example 9)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화철(Fe2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.97 : 0.03 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), iron oxide (Fe 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder at 1.97: After weighing at a molar ratio of 0.03:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 10)(Example 10)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화사마륨(Sm2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.97 : 0.03 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), samarium oxide (Sm 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder at 1.97% After weighing at a molar ratio of : 0.03 : 5.0 : 4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3L)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3L) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 11)(Example 11)

염화스트론튬(SrCl2, 대정화금), 산화니켈(NiO, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.97 : 0.03 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Strontium chloride (SrCl 2 , Daejung Chemical Gold), nickel oxide (NiO, Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder at 1.97:0.03: After weighing at a molar ratio of 5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

(실시예 12)(Example 12)

염화바륨(BaCl2, 대정화금), 산화유로븀(Eu2O3, Alfa Aesar), 실리콘(Si, 삼전화학, S2381), 아지드화나트륨(NaN3, 대정화금, 255S0074) 분말을 1.97 : 0.03 : 5.0 : 4.0의 몰비로 칭량 후, 지르코니아 볼을 원료의 1/2 무게비로 혼합하여 볼밀기로 24시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 고순도 알루미나 내화물 용기에 넣어 5Mpa로 가압하여 적층한 후, 반응기에 넣고, 질소 가스를 충전-진공 배출하는 퍼지 공정을 3회 반복한 후, 반응기 내부를 20 atm의 질소 가스로 충진하여 유지시켰다. 적층된 원료는 열선을 이용하여 점화시켜 연소반응이 일어나도록 함으로써 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 2회 수세한 후, pH 1의 HCl 용액과 혼합하여 2시간 동안 교반한 다음, 분말을 분리 회수하여 수세하였다. 회수된 분말을 100℃에서 2시간 동안 건조하여 질화물 촉매를 제조하였다.Barium chloride (BaCl 2 , Daejung Chemical Gold), eurobium oxide (Eu 2 O 3 , Alfa Aesar), silicon (Si, Samchun Chemical, S2381), sodium azide (NaN 3 , Daejung Chemical Gold, 255S0074) powder After weighing at a molar ratio of 1.97:0.03:5.0:4.0, zirconia balls were mixed at a weight ratio of 1/2 of the raw materials and mixed using a ball mill for 24 hours. The mixture was placed in a high-purity alumina refractory container, pressurized at 5Mpa and stacked, placed in a reactor, and the purge process of filling and vacuuming nitrogen gas was repeated three times, and the inside of the reactor was filled with 20 atm of nitrogen gas to maintain it. . The laminated raw materials were ignited using a hot wire to cause a combustion reaction to synthesize the powder. After washing the synthesized powder with water twice, it was mixed with an HCl solution of pH 1 and stirred for 2 hours, and then the powder was separated, recovered, and washed with water. The recovered powder was dried at 100°C for 2 hours to prepare a nitride catalyst.

제조된 촉매 분말을 1g을 증류수 2g과 혼합하여 슬러리를 만들었다. 제조된 슬러리를 반응기(3ℓ)에 넣고 50℃로 가열하여 암모니아를 함성을 진행하였으며 Indophenol 방법으로 UV-vis Spectrum을 측정하여 암모니아 생성 정도를 확인하였다. 1g of the prepared catalyst powder was mixed with 2g of distilled water to create a slurry. The prepared slurry was placed in a reactor (3 liters) and heated to 50°C to produce ammonia. The degree of ammonia production was confirmed by measuring the UV-vis spectrum using the Indophenol method.

도 1은 실시예1, 실시예2, 실시예3 및 실시예4에 따른 암모니아 합성 결과이다. 상기 결과로부터 온도가 높아질수록 암모니아 합성 효율이 올라감을 확인할 수 있었다.Figure 1 shows the results of ammonia synthesis according to Examples 1, 2, 3, and 4. From the above results, it was confirmed that the ammonia synthesis efficiency increased as the temperature increased.

도 2는 50℃에서의 실시예3, 실시예5, 실시예6 실시예7 및 실시예8에 따른 암모니아 합성 결과이다. 상기 결과와 같이 전이금속의 도핑량에 따라 암모니아의 합성 효율이 변화하는 것을 알 수 있으며, 특히 실시예 6과 같이 유로퓸을 0.03몰 도핑했을 때 암모니아 합성 효율이 가장 높은 것을 알 수 있다.Figure 2 shows the results of ammonia synthesis according to Examples 3, 5, 6, 7, and 8 at 50°C. As shown in the above results, it can be seen that the ammonia synthesis efficiency changes depending on the doping amount of the transition metal. In particular, it can be seen that the ammonia synthesis efficiency is highest when 0.03 mol of europium is doped as in Example 6.

도 3은 50℃에서의 실시예6, 실시예9, 실시예10 실시예11 및 실시예12에 따른 암모니아 합성 결과이다. 상기 결과와 같이 전이금속의 종류에 따라 암모니아의 합성 효율이 변화하는 것을 알 수 있으며, 특히 실시예 6과 같이 유로븀을 도핑한 질화물이 암모니아 합성 효율이 가장 높은 것을 알 수 있으며 실시예 9의 철을 도핑했을 때도 비슷한 효율을 보이는 것을 알 수 있다.Figure 3 shows the results of ammonia synthesis according to Examples 6, 9, 10, 11, and 12 at 50°C. As shown in the above results, it can be seen that the synthesis efficiency of ammonia varies depending on the type of transition metal. In particular, it can be seen that the nitride doped with eurobium as in Example 6 has the highest ammonia synthesis efficiency, and the iron in Example 9 It can be seen that similar efficiency is observed even when doped.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다. Preferred embodiments of the present invention have been described above, but the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and those skilled in the art will understand the appropriate embodiments within the scope described in the claims of the present invention. It will be possible to change it.

Claims (7)

하기 식 1의 조성을 갖는 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매.
[식 1]
M2-x Rx Siy Nz
(상기 식 1에서,
M은 스트론튬 및 바륨에서 선택되는 어느 하나의 원소이고,
R은 사마륨, 유로퓸, 니켈 및 철에서 선택되는 어느 하나의 원소이며,
0≤x≤2이며,
4≤y≤6이고,
7≤z≤9이다.)
A nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia having the composition of formula 1 below.
[Equation 1]
M 2-x R x Si y N z
(In Equation 1 above,
M is any element selected from strontium and barium,
R is any element selected from samarium, europium, nickel, and iron,
0≤x≤2,
4≤y≤6,
7≤z≤9.)
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 x는 0.001≤x≤0.5인 것을 특징으로 하는 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매.
According to clause 1,
A nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia, wherein x is 0.001≤x≤0.5.
제 1항에 있어서,
상기 z는 7.5≤z≤8.5인 것을 특징으로 하는 암모니아의 저온 합성을 위한 질화물 촉매.
According to clause 1,
A nitride catalyst for low-temperature synthesis of ammonia, wherein z is 7.5≤z≤8.5.
a1) 증류수에 제 1항, 제 4항 및 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
b1) 상기 슬러리에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및
c1) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법.
a1) preparing a slurry by mixing a catalyst for low-temperature synthesis of ammonia according to any one of claims 1, 4, and 5 with distilled water;
b1) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the slurry into the reactor; and
c1) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;
A low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, comprising:
a2) 제 1항, 제 4항 및 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 암모니아의 저온 합성을 위한 촉매를 반응기에 주입하는 단계;
b2) 상기 반응기에 질소, 수소, 공기 및 수증기에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 기체를 반응기에 주입하는 단계; 및
c2) 상기 반응기를 30 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 촉매를 이용한 물과 공기로부터의 암모니아 저온 합성방법.
a2) injecting a catalyst for low-temperature synthesis of ammonia according to any one of claims 1, 4, and 5 into the reactor;
b2) injecting one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, air, and water vapor into the reactor; and
c2) heating the reactor to a temperature of 30 to 100° C.;
A low-temperature synthesis method of ammonia from water and air using a nitride catalyst, comprising:
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