KR102600502B1 - Scr 효율 향상을 위해 n-gqd가 표면에 코팅된 촉매 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매에 관한 것이고, 또한 본 발명은 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 바나듐 촉매에 선택적인 흡착특성을 가지는 N-GQD(N-doped Graphene Quantum Dots)를 코팅하여 SO2 저항성을 높인 촉매에 관한 것이다.
Description
본 발명은 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매에 관한 것이고, 또한 본 발명은 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 바나듐 촉매에 선택적인 흡착특성을 가지는 N-GQD(N-doped Graphene Quantum Dots)를 코팅하여 SO2 저항성을 높인 촉매에 관한 것이다.
지난 10년 동안 질소 산화물(NOx)의 과도한 배출은 PM 2.5 입자를 생성하게 하는 핵으로 작용하여, 산성비, 스모그 및 온실 효과와 같은 공해의 주요 원인중 하나로 알려져 있다. SCR(Selective Catalyst Reduction)은 NOx를 저감하기 위한 기술로써 산업 현장이나 자동차의 선택적 환원 장치 등에 널리 이용이 되고 있다. 현재 산업에서 이용되는 SCR 촉매의 활성화 온도는 약 300 내지 400℃이다.
따라서 촉매가 활성화 되는 온도를 얻기 위해, 추가적인 비용이 발생하며, 특정 산업에는 적용시키기 어려운 단점이 있어, 촉매 활성화 온도를 저온구간 (200oC - 250oC)으로 낮추는 연구가 널리 진행되고 있는 실정이다.
한편, 배출가스에 포함되어 있는 SO2로 인해 촉매에 담지된 전이금속의 황화가 진행되어 촉매의 산화환원 사이클을 막거나, ABS(NH4HSO4) 형성으로 인해 촉매의 기공을 막아 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.
따라서 SO2에 의한 반응성은 적고 NH3나 NO의 흡착이 잘 이루어 지도록 촉매 표면의 선택성(Selectivity)를 높여야 할 필요성이 있고, 결과적으로 SO2가 포함된 환경에서 촉매의 탈질 효율이 감소하지 않는 촉매의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명에 따르면 실제 현장에서 배출가스의 SO2 농도가 100ppm 이상인 것을 감안하여, 300ppm SO2가 포함된 환경에서 촉매의 탈질효율의 감소를 낮추는 것이 목적이다. 또한, 본 발명은 저온 구간인 150 내지 300℃ 온도에서 SCR 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매는, 0.1 내지 20 wt%의 V2O5; 0.1 내지 20 wt%의 WO3; 및 나머지(balance) TiO2를 포함하고, 표면에 0.1 내지 5 wt%의 N-GQD(N-doped graphene quantum dots)가 코팅되어 있으며, 160℃ 내지 300℃의 온도 구간에서 SCR(Selective Catalyst Reduction) 효율이 향상된다.
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매는 0.4 내지 4 wt%의 V2O5; 0.1 내지 1 wt%의 WO3; 및 나머지 TiO2를 포함할 수 있다. SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매는 4 wt%의 V2O5; 1 wt%의 WO3; 및 나머지 TiO2를 포함할 수 있다.
상기 N-GQD는 0.5 내지 1.0 wt%이고, 바람직하게는 상기 N-GQD는 1.0 wt%이다. 상기 N-GQD의 크기는 5nm 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법은, N-도핑된 그래핀 퀀텀닷(N-doped graphene quantum dots; N-GQD)을 합성하는 단계; V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계를 포함한다.
상기 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 합성하는 단계는, 수열 합성법에 의해 Dopamine hydroxide와 Citric acid을 탈이온수(DI) 및 에탄올 혼합물에 분산시킨 후 교반을 진행하여 이루어진다.
상기 V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는, 초순수에 V2O5 전구체; 및 WO3 전구체를 이온화 시킨 후 TiO2 분말을 분산시킨 용액에 함침을 하는 단계; 및 함침이 완료된 후 건조시킨 후 500℃ 이상의 온도에서 산소 분위기 하에서 반응을 진행시키는 단계를 포함한다.
상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는, 합성된 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 초순수에 분산시킨 후, N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 수용액에 떨어뜨려 교반 후 건조시켜 합성한다.
상기 V2O5 전구체는 Vanadium halides, Vanadium oxyhalides, Vanadium alkoxides 및 Vanadium acetylacetonate 중 선택된 것이 이용될 수 있고, 상기 WO3 전구체는 tungsten alkoxides, tungsten halides, tungsten oxyhalides, tungstic acid 및 ammonium tungstate 중 선택된 것이 이용될 수 있으며, 상기 TiO2 전구체는 commercial titanium, titanium alkoxides 및 titanium halides 중 선택된 것이 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면 가스 선택적 흡착특성을 가지는 N-GQD를 촉매 표면에 코팅하여 촉매 표면에 금속황산염이 생기는 것을 방지한다. 또한, N-GQD를 촉매 표면에 코팅하였을 시 SCR 반응 스텝중 하나인 NO 흡착을 쉽게 만들어 촉매 표면에 NO 흡착량이 증가한다.
본 발명에 따르면, N-GQD를 1wt% 코팅한 촉매(N-GQD 1wt%-4V1W/TiO2)에서 200℃ 93%의 탈질효율을 보였으며, N-GQD를 코팅하지 않은 촉매(4V1W/TiO2) 보다 약 32% 증가하는 경향을 보였다.
반응가스에 SO2가 300ppm 포함 되었을 경우 기준촉매 물질의 탈질효율은 약 12.7% 감소하였으며, N-GQD를 1wt% 코팅한 촉매의 경우 탈질효율은 약 1% 감소하는 결과를 보여, SO2 피독저항이 크게 향상됨을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 N-GQD 합성 방법 및 N-GQD 코팅 촉매의 합성 방법의 개략도이다.
도 3은 고정층 반응기 모식도를 도시한다.
도 4는 각각 (a) N-GQD 함량별 탈질효율 평가 결과 (b) SO2 분위기 하 탈질효율 평가결과 (c) SO2 분위기 하 장시간 탈질효율 평가결과를 도시한다.
도 5는 NH3-TPD, NO-TPD 결과를 도시한다.
도 6은 XPS분석 결과로 각각 (a) - V2p (b) - C1s (C) - N1s (d) - S2p 을 나타낸다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 2는 N-GQD 합성 방법 및 N-GQD 코팅 촉매의 합성 방법의 개략도이다.
도 3은 고정층 반응기 모식도를 도시한다.
도 4는 각각 (a) N-GQD 함량별 탈질효율 평가 결과 (b) SO2 분위기 하 탈질효율 평가결과 (c) SO2 분위기 하 장시간 탈질효율 평가결과를 도시한다.
도 5는 NH3-TPD, NO-TPD 결과를 도시한다.
도 6은 XPS분석 결과로 각각 (a) - V2p (b) - C1s (C) - N1s (d) - S2p 을 나타낸다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
NH3-SCR은 NOx를 저감하기 위한 효율적인 기술이며, 현재 널리 이용되는 촉매 조성으로는 바나듐 기반 촉매를 이용하며 최적 활성화 온도는 약 300 내지 400℃이다. 운전 비용 절감을 위해 촉매의 활성화 온도를 저온 구간으로 낮추는 것이 필요하고 저온 영역에서도 피독 저항을 갖는 촉매 개발이 필요하다.
본 발명에서는 촉매 활성화 자리로 바나듐 이외의 전이금속을 사용하지 않고, 그래핀 베이스 소재를 이용하여 합성 비용을 절감하고, 친환경적인 제조 방법을 제공하고자 하며, 주목할 만한 성능은 SO2 300ppm 환경에서 10h 이상 반응시켜도 촉매의 탈질효율이 1%이상 감소하지 않았으며, 200℃에서 90%이상의 탈질효율을 보였다는 점이다. 향상된 성능은 N-GQD와 촉매표면간 접합에 따라서 전하가 N-GQD쪽으로 이동하게 되고 전하에 의해 흡착된 NO가 저온구간에서 반응이 유리한 Nitrate(NO2, NO3) 등으로 활성화 되는 것으로 보인다. 또한, SO2 피독 저항성은 N-GQD의 선택적 가스흡착 특성에서 기인한다.
본 발명에서는 2-3nm 크기를 가지는 Nitrogen이 도핑된 그래핀 퀀텀 닷을 수열합성법으로 합성 하였고, 기준촉매 물질은 TiO2 나노입자를(NT-51) 지지체로 사용하였으며, 바나듐과 텅스텐 전구체를 이온화시켜, 지지체에 함침 후, 500oC 4시간 하소하는 방식으로 합성 하였다. 합성된 기준촉매 물질을 초순수에 분산시킨 후, N-GQD 수용액을 (20ul - 500ul) 떨어뜨려 2시간동안 교반 후, 90oC 오븐에서 12시간동안 건조 시켜 최종적으로 촉매를 얻었다. 구체적인 내용은 이하에서 설명하도록 하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매는, 0.1 내지 20 wt%의 V2O5; 0.1 내지 20 wt%의 WO3; 및 나머지(balance) TiO2를 포함하고, 표면에 0.1 내지 5 wt%의 N-GQD(N-doped graphene quantum dots)가 코팅되어 있다.
0.1 내지 10 wt%의 V2O5; 0.1 내지 10 wt%의 WO3; 및 나머지 TiO2를 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.4 내지 4 wt%의 V2O5; 0.1 내지 1 wt%의 WO3; 및 나머지 TiO2를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 4 wt%의 V2O5; 1 wt%의 WO3; 및 나머지 TiO2를 포함할 수 있다.
N-GQD는 0.05 내지 20wt%, 바람직하게 0.5 내지 1.0 wt%이고, 더욱 바람직하게 1.0 wt%이다. N-GQD의 크기는 5nm 이하이며, 바람직하게 2 내지 3nm이다. 0.5 wt% 미만에서는 N-GQD의 양이 너무 적어서 NOx의 흡착 특성이 거의 나타나지 않아서 탈질 효율이 낮고, 1.0wt% 초과에서는 N-GQD의 양이 너무 많아서 주촉매인 바나듐(V)의 표면을 덮어서 주촉매의 효과가 떨어지므로 오히려 탈질 효율이 낮게 나타나게 된다.
본 발명에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매는 저온 구간인 160℃ 내지 300℃의 온도 구간에서 SCR(Selective Catalyst Reduction) 효율이 향상되며, 150 내지 300℃, 160 내지 220℃, 200 내지 300℃에서 효율이 향상된다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매에 대해 설명하였으며 이하에서는 이의 제조 방법을 설명하도록 하겠다. 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분은 반복 설명을 생략하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법은, N-도핑된 그래핀 퀀텀닷(N-doped graphene quantum dots; N-GQD)을 합성하는 단계(S 110); V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계(S 120); 및 상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계(S 130)를 포함한다.
S 110 단계에서는 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 합성한다. N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 합성하는 단계는 수열 합성법에 의해 Dopamine hydroxide와 Citric acid을 탈이온수(DI) 및 에탄올 혼합물에 분산시킨 후 교반을 진행하여 이루어진다.
S 120 단계에서는 V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성한다. 상기 V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는, 초순수에 V2O5 전구체; 및 WO3 전구체를 이온화 시킨 후 TiO2 분말을 분산시킨 용액에 함침을 하는 단계; 및 함침이 완료된 후 건조시킨 후 500℃ 이상의 온도에서 산소 분위기 하에서 반응을 진행시키는 단계를 포함한다. TiO2 서스펜션으로 V2O5 전구체; 및 WO3 전구체 용액을 부으면서 계속 저어주고, 이후 혼합된 샘플을 원심 분리하고 90℃에서 건조시킨 후 550℃(승온 속도 1℃/min)에서 대기 하에서 4시간 동안 하소한다.
V2O5 전구체는 Vanadium halides, Vanadium oxyhalides, Vanadium alkoxides 및 Vanadium acetylacetonate 중 선택된 것이 이용될 수 있다.
WO3 전구체는 tungsten alkoxides, tungsten halides, tungsten oxyhalides, tungstic acid 및 ammonium tungstate 중 선택된 것이 이용될 수 있다.
TiO2 전구체는 commercial titanium, titanium alkoxides 및 titanium halides 중 선택된 것이 이용될 수 있다.
S 130 단계에서는 상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성한다. 상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는 합성된 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 초순수에 분산시킨 후, N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 수용액에 떨어뜨려 교반 후 건조시켜 합성한다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
1) 나노입자 제조 방법
N-doped graphene quantum dot은 수열합성법으로 합성하였다. dopamine hydroxide(0.2g) 과 Citric acid(1g)을 DI(25ml), 에탄올(25ml) 혼합물에 분산시킨 후 30분간 교반을 진행하였다. 교반이 완료된 혼합물을 테플론 라이너에 넣고 180oC 6h동안 반응시켰으며, 반응이 완료된 수용액을 12000rpm에서 10분간 원심분리를 진행하였고, 검은색 탄소 침전물을 제거하고 난 후의 용액을 밝은 오렌지색으로 변할때까지 필터링을 진행 하였다.
기준촉매 물질은 함침법으로 합성 하였다. 초순수(40ml)에 암모늄 메타바나데이트(0.2573g)을 넣은후, 0.65M 옥살산 수용액 3ml를 넣어 이온화 시켰으며, 비슷하게 암모늄 메타텅스테이트(0.1537g)을 초순수(40ml)이온화 시킨후 TiO2 분말을 분산시킨 100ml 용액에 함침하였다. 함침이 완료된 용액은 80℃ 6h동안 건조시켰으며, 이후 500℃ 4h 하소를 진행 하였다.
촉매 시험 조건
합성된 각 분말형 촉매의 NOx 전환 효율은 150~240℃의 온도 범위에서 고정층 쿼츠 튜브 반응기를 사용하여 평가되었다. 총 가스 유량은 500 SCCM(Standard Cubic Centimeters per Minute)으로 고정되었다. 캐리어 가스는 N2를 사용하였으며, 분석 조건은 NOx 300ppm, O2 5vol%, N2 중 NH3 300ppm, GHSV(gas hourly space velocity) 60,000h-1이었고, 반응기 입구와 출구의 NOx 농도는 CLD(Chemiluminescent Detection Analyzer)를 통해 분석하였다.
2) 촉매 탈질효율 평가결과
도 4는 각각 (a) N-GQD 함량별 탈질효율 평가 결과 (b) SO2 분위기 하 탈질효율 평가결과 (c) SO2 분위기 하 장시간 탈질효율 평가결과를 도시한다.
최적의 촉매조성을 찾기위해 0.25wt% - 5wt% N-GQD를 코팅하여 200℃에서 탈질효율 평가를 진행 하였다. 도 4의 (a)와 같이 N-GQD가 가장 소량 포함된 경우에도 탈질효율은 기준촉매 물질(4V1W/TiO2)보다 약 10%가량 증가하는 것을 확인 할 수 있었으며, 1wt% N-GQD가 코팅되었을 경우 촉매의 탈질효율은 약 93%로 제일 높았고, N-GQD가 1wt% 이상 코팅되었을 경우 탈질효율은 점점 감소하는 경향을 보였으며 5wt%에서 58%로 기준촉매보다 오히려 낮아지는 경향을 확인하였다.
N-GQD를 코팅한 촉매의 피독 저항성을 확인하기 위하여 SO2 분위기 하에서 온도 구간별로 탈질효율 평가를 진행하였음. N-GQD가 코팅되지 않은 기준촉매 물질의 경우 SO2가 포함되었을 경우 탈질효율은 200℃에서 약 12.7% 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며(68% → 65%) N-GQD를 코팅한 샘플의 경우 코팅량이 높아질수록 SO2에 의한 탈질효율 감소가 적어지는 것을 확인할 수 있었다. (0.5wt% - 8%감소, 1wt% - 1%감소, 5wt% - 1.4% 감소)
촉매 내구성 평가를 위해 제일 탈질효율이 높고 피독저항성이 높았던 샘플(1wt%N-GQD-4V1W/TiO2)에 대하여 장시간(10h) SO2를 노출시켜 평가를 진행하였고, 평과 결과 10h동안 1%미만의 탈질효율 감소를 보이는 것을 확인하였다.
3) 촉매 표면특성 분석 결과
도 5는 NH3-TPD, NO-TPD 결과를 도시한다. NH3-TPD 결과로 보아 저온구간에서의 NH4 + 산점영역이 상대적으로 N-GQD를 코팅한 시료에서 기준촉매 물질보다 높게 나타나었지만 코팅 함량이 높아질수록 NH3 흡착량이 저온 영역에서 감소하는 것으로 보아 N-GQD 함량이 높아질수록 탈질효율이 낮아지는 것을 확인하였다.
NO-TPD 결과에서 나타나듯이 N-GQD 코팅 함량이 높아질수록 NO 흡착량은 높아지는 결과를 보였으며 N-GQD가 NO 흡착 소재로 이용 될 수 있는 것을 나타낸다. 특히 N-GQD를 코팅한 촉매 모두 기준물질과 비교하여 저온 영역(100 - 300oC)에서의 NO 흡착이 늘어 난 것을 확인 할 수 있었으며, 저온영역에서의 NO 흡착은 NO2,NO3 등의 Nitrate 화학종 형성을 촉진하여 Fast-SCR 반응에 기여하므로, N-GQD를 코팅한 샘플의 저온 활성을 설명 할 수 있었다.
도 6은 XPS분석 결과로 각각 (a) - V2p (b) - C1s (C) - N1s (d) - S2p 을 나타낸다. V2p 분석 결과 V4+/(V4+ + V5+) 비율이 N-GQD를 코팅한 촉매에서 더 높아지는 경향을 보였는데, 이것은 N-GQD와 산화물 간 접합에 따른 전자 이동에 의해 바나듐의 원자가 상태에 영향을 미치는 것을 의미하며, 이러한 전자 이동으로 인해 바나듐과 가스(NH3, O2)간 흡탈착 반응을 도와 바나듐의 산화환원 스텝에 도움을 준다.
C1s 분석 결과 N-GQD 코팅 함량이 높아질수록 π-π* shake-up satellite 피크(289 eV)의 비율이 증가하는 경향을 보였으며, 이 피크는 N-C 결합을 가지는 sp2 오비탈혼성에서 기인하므로, 촉매 표면에 N-GQD 코팅시 N-C 기능화가 효과적으로 이루어 졌음을 알 수 있었다.
N1s 분석 결과 N-GQD를 코팅한 촉매에서 398-402 eV 범위에서 피크가 관찰 되었으며 고함량의 N-GQD에서 상대적으로 피크의 세기가 크게 관찰 되는 것으로 보아, 촉매 표면에 N 도핑된 그래핀이 효과적으로 분산 되어 있음을 짐작 할 수 있었다.
S2p 분석 결과 ref 촉매에서는 ABS 내의 SO4 2- 피크를 관찰 할수 있었던 것에 반해 N-GQD를 소량 포함한 촉매의 경우에도 해당하는 sulfur 픽이 관측되지 않아, N-GQD를 촉매 표면에 코팅 시, SO2와의 부반응물이 형성 되지 않았음을 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (19)
- 0.1 내지 20 wt%의 V2O5;
0.1 내지 20 wt%의 WO3; 및
나머지(balance) TiO2를 포함하고,
표면에 0.5 wt% 초과 내지 3.0 wt% 미만의 N-GQD(N-doped graphene quantum dots)가 코팅되어 있으며,
100℃ 이상 내지 200℃ 이하의 온도 구간에서 SCR(Selective Catalyst Reduction) 효율이 향상된,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 1 항에 있어서,
0.4 내지 4 wt%의 V2O5;
0.1 내지 1 wt%의 WO3; 및
나머지 TiO2를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 2 항에 있어서,
4 wt%의 V2O5;
1 wt%의 WO3; 및
나머지 TiO2를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 1 항에 있어서,
상기 N-GQD는 0.5 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 1 항에 있어서,
상기 N-GQD는 1.0 wt%인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 1 항에 있어서,
상기 N-GQD의 크기는 5nm 이하인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- N-도핑된 그래핀 퀀텀닷(N-doped graphene quantum dots; N-GQD)을 합성하는 단계;
V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 합성하는 단계는,
수열 합성법에 의해 Dopamine hydroxide와 Citric acid을 탈이온수(DI) 및 에탄올 혼합물에 분산시킨 후 교반을 진행하여 이루어지는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 V2O5 전구체; WO3 전구체; 및 TiO2 전구체를 이용해 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는,
초순수에 V2O5 전구체; 및 WO3 전구체를 이온화 시킨 후 TiO2 분말을 분산시킨 용액에 함침을 하는 단계; 및
함침이 완료된 후 건조시킨 후 500℃ 이상의 온도에서 산소 분위기 하에서 반응을 진행시키는 단계를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 합성된 촉매에 N-도핑된 그래핀 퀀텀닷 수용액을 코팅하여 N-GQD-V2O5-WO3/TiO2 촉매를 합성하는 단계는,
합성된 V2O5-WO3/TiO2 촉매를 초순수에 분산시킨 후, N-도핑된 그래핀 퀀텀닷을 수용액에 떨어뜨려 교반 후 건조시켜 합성하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 V2O5 전구체는 Vanadium halides, Vanadium oxyhalides, Vanadium alkoxides 및 Vanadium acetylacetonate 중 선택된 것이 이용되는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 WO3 전구체는 tungsten alkoxides, tungsten halides, tungsten oxyhalides, tungstic acid 및 ammonium tungstate 중 선택된 것이 이용되는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 TiO2 전구체는 commercial titanium, titanium alkoxides 및 titanium halides 중 선택된 것이 이용되는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매의 제조 방법.
- 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되며,
0.1 내지 20 wt%의 V2O5;
0.1 내지 20 wt%의 WO3; 및
나머지(balance) TiO2를 포함하고,
표면에 0.1 내지 5 wt%의 N-GQD(N-doped graphene quantum dots)가 코팅되어 있으며,
160℃ 내지 300℃의 온도 구간에서 SCR(Selective Catalyst Reduction) 효율이 향상된,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 11 항에 있어서,
0.4 내지 4 wt%의 V2O5;
0.1 내지 1 wt%의 WO3; 및
나머지 TiO2를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 12 항에 있어서,
4 wt%의 V2O5;
1 wt%의 WO3; 및
나머지 TiO2를 포함하는,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 11 항에 있어서,
상기 N-GQD는 0.5 내지 1.0 wt%인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 11 항에 있어서,
상기 N-GQD는 1.0 wt%인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
- 제 11 항에 있어서,
상기 N-GQD의 크기는 5nm 이하인,
SCR 효율 향상을 위해 N-GQD가 표면에 코팅된 촉매.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210163884A KR102600502B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Scr 효율 향상을 위해 n-gqd가 표면에 코팅된 촉매 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210163884A KR102600502B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Scr 효율 향상을 위해 n-gqd가 표면에 코팅된 촉매 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|
| KR20230077051A KR20230077051A (ko) | 2023-06-01 |
| KR102600502B1 true KR102600502B1 (ko) | 2023-11-08 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210163884A KR102600502B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Scr 효율 향상을 위해 n-gqd가 표면에 코팅된 촉매 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR102600502B1 (ko) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102014365B1 (ko) * | 2017-12-08 | 2019-08-26 | 한국생산기술연구원 | 탄소 재료에 촉매 활성물질이 담지된 선택적 촉매환원반응용 탈질촉매 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-11-25 KR KR1020210163884A patent/KR102600502B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Li, X. 등, Palygorskite Immobilized Direct Z-Scheme Nitrogen-Doped Carbon Quantum dots/PrFeO3 for Photo-SCR Removal of NOx, ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, pp.10616-10627 (2018.7.15.)* |
| Li, Z. 등, In situ design of Cu and Co nanoparticles encapsulated in N-doped graphene with core-shell structure-derived 8-hydroxyquinoline complexes for the selective catalytic reduction of NOx by NH3, New J. Chem. 2020, 44, pp.12639-12645 (2020.7.14.)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230077051A (ko) | 2023-06-01 |
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