KR102607939B1 - LANTHANUM DIOXYCARBONATE (La2O2CO3) SUPPORTED RUTHENIUM-BASED CATALYSTS FOR AMMONIA DEHYDROGENATION REACTION AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME - Google Patents

LANTHANUM DIOXYCARBONATE (La2O2CO3) SUPPORTED RUTHENIUM-BASED CATALYSTS FOR AMMONIA DEHYDROGENATION REACTION AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는, 란타늄 화합물 층을 포함하는 다층 지지체; 및 상기 다층 지지체 상에 위치하고, 루테늄(Ru)을 포함하는 활성 금속 층;을 포함하며, 상기 란타늄 화합물은 란타늄 옥사이드(La2O3), 란타늄 알루미네이트(LaAlO3), 및 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매가 제공된다.In this specification, a multilayer support comprising a lanthanum compound layer; and an active metal layer located on the multilayer support and containing ruthenium (Ru), wherein the lanthanum compound is lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), and lanthanum oxycarbonate (La). A catalyst for ammonia dehydrogenation reaction comprising any one or more of 2 O 2 CO 3 ) is provided.

Description

란탄 옥시카보네이트를 담지체로 활용한 루테늄 기반 암모니아 분해 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법{LANTHANUM DIOXYCARBONATE (La2O2CO3) SUPPORTED RUTHENIUM-BASED CATALYSTS FOR AMMONIA DEHYDROGENATION REACTION AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME}Ruthenium-based ammonia decomposition catalyst using lanthanum oxycarbonate as a carrier, method for producing the same, and method for producing hydrogen from ammonia using the same }

본 명세서에는 란탄 옥시카보네이트를 담지체로 활용한 루테늄 기반 암모니아 분해 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법 이 개시된다.Disclosed herein are a ruthenium-based ammonia decomposition catalyst using lanthanum oxycarbonate as a carrier, a method for producing the same, and a method for producing hydrogen from ammonia using the same.

화석 에너지의 고갈 및 환경 오염 문제로 인하여 화석 연료를 대체할 수 있는 신재생 대체 에너지에 대한 요구가 크며, 그러한 대체 에너지의 하나로서 수소가 주목받고 있다. Due to the depletion of fossil energy and environmental pollution problems, there is a great demand for new and renewable alternative energy that can replace fossil fuels, and hydrogen is attracting attention as one of such alternative energy.

연료전지와 수소연소장치는 수소를 반응 가스로 사용하고 있는데, 연료전지와 수소연소장치를 예컨대 자동차나 각종 전자 제품 등에 응용하기 위하여 수소의 안정적이고 지속적인 공급 내지 저장 기술이 필요하다.Fuel cells and hydrogen combustion devices use hydrogen as a reaction gas, and in order to apply fuel cells and hydrogen combustion devices to automobiles and various electronic products, for example, a stable and continuous supply or storage technology for hydrogen is needed.

수소를 이용하는 장치에 수소를 공급하기 위하여 별도로 설치된 수소 공급소로부터 수소가 필요할 때마다 수소를 공급받는 방식을 사용할 수 있다. 이러한 방식에서는 수소 저장을 위하여 압축 수소나 액화 수소를 사용할 수 있다. 또는, 수소를 저장하고 발생시키는 물질을 수소 이용 장치에 탑재한 후 해당 물질의 반응을 통하여 수소를 발생시키고 이를 수소 이용 장치에 공급하는 방식을 사용할 수 있다. 이 방식에는 예컨대, 금속수소화물 (metal hydride) 이용 방법, 흡착, 탈착/탄소 (absorbents/carbon)이용 방법, 화학적 방법 (chemical hydrogen storage) 등이 제안되고 있다.In order to supply hydrogen to devices using hydrogen, a method can be used in which hydrogen is supplied from a separately installed hydrogen supply station whenever hydrogen is needed. In this method, compressed hydrogen or liquefied hydrogen can be used to store hydrogen. Alternatively, a method may be used in which a material that stores and generates hydrogen is mounted on a hydrogen utilization device, and then hydrogen is generated through a reaction of the material and supplied to the hydrogen utilization device. For this method, for example, methods using metal hydride, adsorption, desorption/carbon (absorbents/carbon) methods, and chemical methods (chemical hydrogen storage) have been proposed.

이러한 수소 발생 물질로서 예컨대 암모니아 보란이나, 암모니아 등을 이용할 수 있으며, 이들로부터 탈수소화하는 과정에서 촉매가 이용된다. 그 중에서도 특히 암모니아는 높은 수소 저장 밀도(약 17.7wt%)를 가지며 합성이 용이하다(예컨대 Haber-Bosch process).For example, ammonia borane, ammonia, etc. can be used as such hydrogen generating substances, and a catalyst is used in the process of dehydrogenation from these. Among them, ammonia in particular has a high hydrogen storage density (about 17.7 wt%) and is easy to synthesize (e.g., Haber-Bosch process).

암모니아 분해를 위한 촉매로, 알루미나 담체상에 활성 금속인 루테늄을 첨가한 촉매를 사용하는 방법이 보고되어 있다. 이러한 암모니아 처리 방법은, 종래의 철-알루미나 등의 촉매에 비해 비교적 저온에서 암모니아를 분해할 수 있다는 이점이 있다. 그러나 활성 금속종인 루테늄은, 희소 귀금속으로 비용면에서 우위에 서기 힘들다. 따라서 낮은 루테늄 함량으로도 높은 암모니아 분해율을 보이는 촉매의 개발이 필요하다.As a catalyst for ammonia decomposition, a method of using a catalyst in which ruthenium, an active metal, is added to an alumina carrier has been reported. This ammonia treatment method has the advantage of being able to decompose ammonia at a relatively low temperature compared to conventional catalysts such as iron-alumina. However, ruthenium, an active metal species, is a rare precious metal and is difficult to achieve in terms of cost. Therefore, there is a need to develop a catalyst that shows a high ammonia decomposition rate even with a low ruthenium content.

한편, 기존 루테늄/알루미나 및 루테늄/란탄-알루미나 촉매의 합성 방법으로는 활성 금속인 루테늄이 활성 자리인 담체상 표면에만 존재하는 것이 아니라, 암모니아가 흡착되기 어려운 담체상 내부의 자리로 파고드는 특성이 있다. 이 경우 희소 귀금속인 루테늄의 실제 함량보다 낮은 함량의 루테늄이 활성 자리로 역할을 하게 되어 효율이 감소한다는 단점이 있다.Meanwhile, in the existing method of synthesizing ruthenium/alumina and ruthenium/lanthanum-alumina catalysts, the active metal, ruthenium, does not exist only on the surface of the carrier, which is the active site, but penetrates into sites inside the carrier where ammonia is difficult to adsorb. there is. In this case, there is a disadvantage in that a lower content of ruthenium, a rare noble metal, than the actual content of ruthenium serves as an active site, reducing efficiency.

본 발명의 일 측면은, 기존의 루테늄 기반 촉매에서 활성 금속인 루테늄이 활성 자리인 담체상 표면에만 존재하는 것이 아니라, 암모니아가 흡착되기 어려운 담체상 내부의 자리로 파고드는 특성을 가져 희소 귀금속인 루테늄의 실제 함량보다 낮은 함량의 루테늄이 활성 자리로 역할을 하게 되어 효율이 감소한다는 단점을 해결하고자 한다.One aspect of the present invention is that in existing ruthenium-based catalysts, ruthenium, which is an active metal, does not exist only on the surface of the carrier phase, which is the active site, but has the property of penetrating into sites inside the carrier phase where ammonia is difficult to adsorb, making ruthenium, a rare noble metal, We aim to solve the drawback that the efficiency is reduced because a lower content of ruthenium than the actual content acts as an active site.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일 구현예에서, 란타늄 화합물 층을 포함하는 다층 지지체; 및 상기 다층 지지체 상에 위치하고, 루테늄(Ru)을 포함하는 활성 금속 층;을 포함하며, 상기 란타늄 화합물은 란타늄 옥사이드(La2O3), 란타늄 알루미네이트(LaAlO3), 및 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매를 제공한다.In order to achieve the above-described object, in one embodiment according to the present invention, a multilayer support including a lanthanum compound layer; and an active metal layer located on the multilayer support and containing ruthenium (Ru), wherein the lanthanum compound is lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), and lanthanum oxycarbonate (La). 2 O 2 CO 3 ) It provides a catalyst for ammonia dehydrogenation reaction, including any one or more.

일 구현예에서, 상기 란타늄 화합물은 란타늄 옥사이드(La2O3)일 수 있다.In one embodiment, the lanthanum compound may be lanthanum oxide (La 2 O 3 ).

일 구현예에서, 상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층에만 선택적으로 포함될 수 있다.In one embodiment, the ruthenium may not be dispersed within the multilayer support but may be selectively included only in the active metal layer.

일 구현예에서, 상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부보다 다층 지지체의 외부에 더 많이 존재할 수 있다.In one embodiment, the ruthenium may be present in greater amounts outside the multilayer support than inside the multilayer support.

일 구현예에서, 상기 다층 지지체는 란타늄 화합물 층 및 알루미나 층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the multilayer support may include a lanthanum compound layer and an alumina layer.

일 구현예에서, 상기 활성 금속은 전체 촉매에 대하여 0.1-20 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the active metal may be included in 0.1-20% by weight based on the total catalyst.

일 구현예에서, 상기 활성 금속은 전체 촉매에 대하여 1-5 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the active metal may be included in 1-5% by weight based on the total catalyst.

본 발명에 따른 다른 구현예에서, 지지체 상에 란타늄 전구체를 도입하는 단계; 및 도입된 란타늄 전구체를 특정 분위기에서 하소시켜 란타늄 화합물층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계에서 란타늄 옥사이드(La2O3), 란타늄 알루미네이트(LaAlO3), 및 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3) 중 어느 하나 이상의 란타늄 화합물이 형성되는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법을 제공한다.In another embodiment according to the invention, introducing a lanthanum precursor onto a support; and calcining the introduced lanthanum precursor in a specific atmosphere to form a lanthanum compound layer. In the lanthanum compound layer forming step, lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), and lanthanum oxycarbonate ( La 2 O 2 CO 3 ) Provides a method for producing a catalyst for an ammonia dehydrogenation reaction in which one or more lanthanum compounds are formed.

일 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계에서 란타늄 화합물로 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)가 형성될 수 있다.In one embodiment, lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) may be formed as a lanthanum compound in the lanthanum compound layer forming step.

일 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계는 산화제 분위기 또는 CO2 분위기에서 하소시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of forming the lanthanum compound layer may be calcining in an oxidizing agent atmosphere or a CO 2 atmosphere.

일 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계는 400-1000 ℃에서 1-12시간 동안 하소시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of forming the lanthanum compound layer may be calcining at 400-1000° C. for 1-12 hours.

일 구현예에서, 란타늄 화합물층 상에 루테늄 전구체를 도입하여 활성 금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method may further include forming an active metal layer by introducing a ruthenium precursor onto the lanthanum compound layer.

일 구현예에서, 상기 활성 금속 층 형성 단계에서, 도입한 루테늄 전구체를 환원시켜 루테늄을 얻고, 상기 루테늄은 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층에만 선택적으로 위치할 수 있다.In one embodiment, in the step of forming the active metal layer, the introduced ruthenium precursor is reduced to obtain ruthenium, and the ruthenium may be selectively located only in the active metal layer without being dispersed inside the multilayer support.

일 구현예에서, 상기 환원은 질소(N2) 및/또는 수소(H2)를 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the reduction may be performed in an atmosphere containing nitrogen (N 2 ) and/or hydrogen (H 2 ).

또한 본 발명에 따른 다른 구현예에서, 전술한 암모니아 탈수소화 반응 촉매를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법이 제공된다.Additionally, in another embodiment according to the present invention, a method for producing hydrogen from ammonia using the above-described ammonia dehydrogenation reaction catalyst is provided.

본 발명의 구현예에서 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것을 방지하고 희소 귀금속인 루테늄이 다층 지지체 표면에 존재하는 활성 금속 층에만 선택적으로 고분산 될 수 있다.In an embodiment of the present invention, ruthenium, an active metal, is prevented from penetrating into the interior of the support, and ruthenium, a rare noble metal, can be selectively and highly dispersed only in the active metal layer present on the surface of the multilayer support.

이를 통하여 고효율의 암모니아 탈수소화 반응용 촉매를 제공할 수 있다.Through this, a highly efficient catalyst for ammonia dehydrogenation reaction can be provided.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 촉매 합성 과정 중 다층 지지체의 제조 단계를 도시한다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 구현예에서 하소 분위기를 달리하여 제조한 다층 지지체를 개략적으로 도시한다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소화 반응용 촉매의 적층 구조를 도시한다.
도 4a 및 4b는 실시예 1(Ru/La2O3) 펠릿 촉매 샘플의 SEM-EDS을 도시한다.
도 5a 및 5b는 실시예 3(Ru/La2O2CO3) 펠릿 촉매 샘플의 SEM-EDS을 도시한다.
도 6은 각 샘플 촉매에서 암모니아(NH3)의 전환율을 비교 도시한다.
도 7은 실시예 1-3에서 합성한 촉매 샘플들의 환원성을 확인하기 위하여 TPR 분석을 수행한 결과를 도시한다.
Figures 1a and 1b show the manufacturing step of the multilayer support during the catalyst synthesis process according to one embodiment of the present invention.
Figures 2a to 2c schematically show multilayer supports manufactured under different calcining atmospheres in one embodiment of the present invention.
Figures 3a to 3c show the layered structure of a catalyst for ammonia dehydrogenation reaction according to an embodiment of the present invention.
Figures 4A and 4B show SEM-EDS of Example 1 (Ru/La 2 O 3 ) pellet catalyst samples.
Figures 5A and 5B show SEM-EDS of the Example 3 (Ru/La 2 O 2 CO 3 ) pellet catalyst sample.
Figure 6 shows a comparison of the conversion rates of ammonia (NH 3 ) in each sample catalyst.
Figure 7 shows the results of TPR analysis to confirm the reducibility of the catalyst samples synthesized in Examples 1-3.

이하, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are illustrative only for illustrative purposes, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention can make various changes and take various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, but all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. It should be understood as including.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

암모니아 탈수소화 반응용 촉매Catalyst for ammonia dehydrogenation reaction

본 발명에 따른 일 구현예에서, 란타늄 화합물 층(21, 22, 23, 23')을 포함하는 다층 지지체; 및 상기 다층 지지체 상에 위치하고, 루테늄(Ru)을 포함하는 활성 금속 층(30);을 포함하며, 상기 란타늄 화합물은 란타늄 옥사이드(La2O3)(21), 란타늄 알루미네이트(LaAlO3)(22), 및 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)(23) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매를 제공한다.In one embodiment according to the present invention, a multilayer support comprising lanthanum compound layers (21, 22, 23, 23'); and an active metal layer 30 located on the multilayer support and containing ruthenium (Ru), wherein the lanthanum compound is lanthanum oxide (La 2 O 3 ) (21), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) ( 22), and lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) (23).

예시적인 구현예에서, 상기 란타늄 화합물(23')은 란타늄 옥사이드(La2O3)일 수 있다. 특히, 상기 란타늄 옥사이드(La2O3)(23')은 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)(23)가 환원되어 형성된 것일 수 있는데, 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)은 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것(30')을 막아주어, 희소 귀금속인 루테늄이 지지체 표면에 고분산 될 수 있도록 할 수 있다.In an exemplary embodiment, the lanthanum compound (23') may be lanthanum oxide (La 2 O 3 ). In particular, the lanthanum oxide (La 2 O 3 ) (23') may be formed by reducing lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) (23), and lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) is It can prevent ruthenium, an active metal, from penetrating into the support (30'), allowing ruthenium, a rare noble metal, to be highly dispersed on the surface of the support.

예시적인 구현예에서, 상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층(30)에만 선택적으로 포함될 수 있다. 예를 들어 상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부보다 다층 지지체의 외부에, 예컨대 활성 금속 층의 내부에 더 많이 존재할 수 있다. 특히 활성 금속인 루테늄은 담체상 표면에만 존재하는 것이 아니라, 암모니아가 흡착되기 어려운 담체상 내부의 자리로 파고드는 특성을 갖는데(30'), 이 경우 희소 귀금속인 루테늄의 실제 함량보다 낮은 함량의 루테늄이 활성 자리로 역할을 하게 되어 촉매 효율이 감소한다는 단점을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 구현예에서 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것을 방지하고 희소 귀금속인 루테늄이 다층 지지체 표면에 존재하는 활성 금속 층(30)에만 선택적으로 고분산 될 수 있다.In an exemplary embodiment, the ruthenium may be selectively included only in the active metal layer 30 without being dispersed within the multilayer support. For example, the ruthenium may be present in greater amounts on the outside of the multilayer support, for example, inside the active metal layer, than on the inside of the multilayer support. In particular, ruthenium, an active metal, does not exist only on the surface of the carrier, but has the property of penetrating into sites inside the carrier where ammonia is difficult to adsorb (30'). In this case, the content of ruthenium is lower than the actual content of ruthenium, a rare precious metal. This may have the disadvantage of reducing catalytic efficiency by acting as an active site. Therefore, in an embodiment of the present invention, ruthenium, an active metal, is prevented from penetrating into the inside of the support, and ruthenium, a rare noble metal, can be selectively and highly dispersed only in the active metal layer 30 present on the surface of the multilayer support.

예를 들어, 상기 활성 금속 층(30)은 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 표면의 300um 이하의 두께, 바람직하게 200 um 이하의 두께로서, 상기 범위에서 루테늄은 상기 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층에만 선택적으로 포함될 수 있다.For example, the active metal layer 30 has a thickness of 300 um or less, preferably 200 um or less, on the surface of the catalyst for ammonia dehydrogenation reaction. In this range, ruthenium is not dispersed inside the multilayer support and is formed in the active metal layer. Can only be optionally included.

예시적인 구현예에서, 상기 다층 지지체의 표면으로부터 가장 먼 거리를 갖는 다층 지지체 내부 위치인, '촉매 중심'에서의 루테늄 농도(Ccenter)와 상기 활성 금속 층의 루테늄 농도(Csurf)의 비율(Csurf/Ccenter)은 3 이상일 수 있다. 예를 들어, 3.7 이상 또는 4 이상일 수 있다. 상기 범위에서 활성 금속이 담체상 표면에 다량 존재하여 우수한 촉매 성능을 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the ratio of the ruthenium concentration (C center) at the 'catalyst center', which is the location inside the multi-layer support with the greatest distance from the surface of the multi-layer support (C center ), and the ruthenium concentration (C surf ) of the active metal layer ( C surf /C center ) may be 3 or more. For example, it may be 3.7 or higher or 4 or higher. Within the above range, a large amount of active metal is present on the surface of the carrier, and excellent catalytic performance can be achieved.

예시적인 구현예에서, 상기 다층 지지체는 란타늄 화합물 층(21, 22, 23, 23') 및 알루미나 층(10)을 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참고하면, 상기 다층 지지체는 알루미나에 란타늄을 도핑하여 알루미나 표면 상에 페로브스카이트 구조의 란타늄 알루미네이트(LaAlO3) 입자들이 형성하는 것이 아닌, 알루미나 층 상에 적층된 란타늄 화합물 층을 갖는 적층 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 다층 지지체는 알루미나층-란타늄 화합물 층 순으로 적층될 수 있으며, 상기 란타늄 화합물 층 상에 활성 금속 층이 적층되는 구조를 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the multilayer support may include a lanthanum compound layer (21, 22, 23, 23') and an alumina layer (10). Referring to FIGS. 1A and 1B, the multilayer support is not formed by doping lanthanum into alumina to form perovskite-structured lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) particles on the alumina surface, but by lanthanum layered on an alumina layer. It may have a laminated structure with a compound layer. Specifically, the multilayer support may be laminated in the order of an alumina layer and a lanthanum compound layer, and may have a structure in which an active metal layer is laminated on the lanthanum compound layer.

기존의 루테늄-란탄/알루미나 촉매의 경우 활성 금속인 루테늄이 활성 자리인 담체상 표면에만 존재하는 것이 아니라, 암모니아가 흡착되기 어려운 담체상 내부의 자리로 파고드는 특성을 가지며(30'), 이 경우 희소 귀금속인 루테늄의 실제 함량보다 낮은 함량의 루테늄이 활성 자리로 역할을 하게 되어 효율이 감소한다는 단점을 갖는다. 반면, 상기 다층 지지체는 알루미나 층 및 란타늄 화합물 층을 포함하며, 특히 란타늄 화합물 층은 루테늄이 담체상 내부의 자리로 파고드는 것을 방지할 수 있다.In the case of the existing ruthenium-lanthanum/alumina catalyst, the active metal, ruthenium, does not exist only on the surface of the carrier, which is the active site, but has the property of penetrating into sites inside the carrier where ammonia is difficult to adsorb (30'). It has the disadvantage of reducing efficiency because a lower content of ruthenium, a rare precious metal, acts as an active site. On the other hand, the multilayer support includes an alumina layer and a lanthanum compound layer, and in particular, the lanthanum compound layer can prevent ruthenium from penetrating into sites inside the support phase.

예시적인 구현예에서, 상기 활성 금속은 전체 촉매에 대하여 0.1-20 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게 1-5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 루테늄 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 루테늄 활성사이트 수가 적어 높은 활성을 기대하기 어려울 수 있고, 루테늄 함량이 20 중량% 초과인 경우 루테늄 응집현상으로 인하여 오히려 촉매의 성능이 저하될 수 있다.In an exemplary embodiment, the active metal may be included in an amount of 0.1-20% by weight, preferably 1-5% by weight, based on the total catalyst. If the ruthenium content is less than 0.1% by weight, it may be difficult to expect high activity due to the small number of ruthenium active sites, and if the ruthenium content is more than 20% by weight, the performance of the catalyst may be reduced due to ruthenium aggregation.

한편, 전술한 암모니아 탈수소화 반응 촉매를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, a method for producing hydrogen from ammonia using the ammonia dehydrogenation reaction catalyst described above can be provided.

암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법Method for producing catalyst for ammonia dehydrogenation reaction

본 발명에 따른 다른 구현예에서, 지지체 상에 란타늄 전구체를 도입하는 단계; 및 도입된 란타늄 전구체를 특정 분위기에서 하소시켜 란타늄 화합물층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계에서 란타늄 옥사이드(La2O3), 란타늄 알루미네이트(LaAlO3), 및 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3) 중 어느 하나 이상의 란타늄 화합물이 형성되는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법을 제공한다.In another embodiment according to the invention, introducing a lanthanum precursor onto a support; and calcining the introduced lanthanum precursor in a specific atmosphere to form a lanthanum compound layer. In the lanthanum compound layer forming step, lanthanum oxide (La 2 O 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), and lanthanum oxycarbonate ( La 2 O 2 CO 3 ) Provides a method for producing a catalyst for an ammonia dehydrogenation reaction in which one or more lanthanum compounds are formed.

먼저, 지지체(10) 상에 란타늄 전구체(20)를 도입할 수 있다. 상기 란타늄 전구체는 진공 습식 함침법(vacuum wet impregnation)을 통하여 지지체 상에 도입될 수 있다.First, the lanthanum precursor 20 can be introduced onto the support 10. The lanthanum precursor may be introduced onto the support through vacuum wet impregnation.

한편, 란타늄 전구체 도입에 앞서 상기 지지체(10)는 하소될 수 있으며, 예를 들어 알루미나 지지체(10)를 공기 분위기에서 하소시켜 준비할 수 있다.Meanwhile, prior to introduction of the lanthanum precursor, the support 10 may be calcined. For example, the alumina support 10 may be prepared by calcining in an air atmosphere.

다음으로, 도입된 란타늄 전구체(20)를 특정 분위기에서 하소시켜 란타늄 화합물층(21, 22, 23)을 형성할 수 있다. Next, the introduced lanthanum precursor 20 may be calcined in a specific atmosphere to form the lanthanum compound layers 21, 22, and 23.

예시적인 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계에서 란타늄 화합물로 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)가 형성될 수 있으며, 상기 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)은 활성 금속이 지지체 내부로 침투하는 것(30')을 방지하여 루테늄이 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층(30)에만 선택적으로 분포하도록 할 수 있다.In an exemplary embodiment, lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) may be formed as a lanthanum compound in the step of forming the lanthanum compound layer, and the lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ) is an active metal inside the support. By preventing ruthenium from penetrating 30', it is possible to selectively distribute ruthenium only to the active metal layer 30 without being dispersed inside the multilayer support.

구체적으로, 도입된 란타늄 전구체를 온화한 산화제 분위기에서 하소시킬 수 있으며, 이러한 산화 과정을 통하여 지지체 상에 란타늄 화합물층을 형성할 수 있다. 한편, 란타늄은 산화물을 형성하여 안정적인 구조를 형성하려고 하는데, 공기 분위기에서 하소하는 경우 공기 중에 포함된 산소와 결합하여 안정적인 산화물 소결체인 La2O3로 형성될 수 있다. 다만, 이러한 La2O3는 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것을 막지 못 할 수 있다.Specifically, the introduced lanthanum precursor can be calcined in a mild oxidizing agent atmosphere, and a lanthanum compound layer can be formed on the support through this oxidation process. Meanwhile, lanthanum tries to form a stable structure by forming an oxide, and when calcined in an air atmosphere, it can combine with oxygen contained in the air to form La 2 O 3 , a stable oxide sintered body. However, La 2 O 3 may not prevent ruthenium, an active metal, from penetrating into the support.

예시적인 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계는 산화제 분위기 또는 CO2 분위기에서 하소시키는 것일 수 있다. 일반적으로 특히, CO2 분위기에서 하소시키는 경우 란타늄 화합물 층은 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)로 구성될 수 있으며, 상기 란타늄 옥시카보네이트(23)은 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것을 막아주어, 희소 귀금속인 루테늄이 지지체 표면에 고분산 될 수 있도록 할 수 있다.In an exemplary embodiment, the step of forming the lanthanum compound layer may be calcining in an oxidizing agent atmosphere or a CO 2 atmosphere. In general, especially when calcined in a CO 2 atmosphere, the lanthanum compound layer may be composed of lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ), and the lanthanum oxycarbonate (23) is formed by ruthenium, an active metal, penetrating into the support. By preventing this, ruthenium, a rare precious metal, can be highly dispersed on the surface of the support.

예시적인 구현예에서, 상기 란타늄 화합물층 형성 단계는 400-1000 ℃에서 1-12시간 동안 하소시키는 것일 수 있다. 특히 1000℃ 이상에서 하소할 경우 CO2 기화에 따른 현상으로 La2O2CO3(23)가 La2O3(23')로 결정상이 변화될 수 있다.In an exemplary embodiment, the step of forming the lanthanum compound layer may be calcining at 400-1000° C. for 1-12 hours. In particular, when calcined above 1000°C, the crystal phase may change from La 2 O 2 CO 3 (23) to La 2 O 3 (23') due to CO 2 vaporization.

한편, 란타늄 화합물층 형성 단계에서 약 600~800 ℃구간에서 하소될 때, 이산화탄소가 점차 증발하기 때문에 La2O3(23')로 란타늄 화합물층의 조성이 변화될 수 있다.Meanwhile, when the lanthanum compound layer is calcined in the range of about 600 to 800° C., carbon dioxide gradually evaporates, so the composition of the lanthanum compound layer may change to La 2 O 3 (23').

예시적인 구현예에서, 란타늄 화합물층(21, 22, 23) 상에 루테늄 전구체를 도입하여 활성 금속 층(30)을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 루테늄 전구체는 진공 습식 함침법을 통하여 란타늄 화합물층 상에 도입할 수 있다.In an exemplary embodiment, forming the active metal layer 30 by introducing a ruthenium precursor onto the lanthanum compound layers 21, 22, and 23 may be further included. For example, the ruthenium precursor can be introduced onto the lanthanum compound layer through a vacuum wet impregnation method.

예시적인 구현예에서, 상기 활성 금속 층 형성 단계에서, 도입한 루테늄 전구체를 환원시켜 루테늄을 얻고, 상기 루테늄은 다층 지지체 내부에 분산(30')되지 않고 활성 금속 층(30)에만 선택적으로 위치할 수 있다.In an exemplary embodiment, in the step of forming the active metal layer, the introduced ruthenium precursor is reduced to obtain ruthenium, and the ruthenium is not dispersed (30') inside the multilayer support but is selectively located only in the active metal layer (30). You can.

구체적으로, 란타늄 화합물 층이 활성 금속인 루테늄이 지지체 내부로 파고드는 것(30')을 막아줄 수 있으며, 이를 통하여 희소 귀금속인 루테늄이 지지체 표면에 고분산 될 수 있도록 할 수 있다.Specifically, the lanthanum compound layer can prevent ruthenium, an active metal, from penetrating into the interior of the support (30'), thereby allowing ruthenium, a rare noble metal, to be highly dispersed on the surface of the support.

예시적인 구현예에서, 상기 환원은 질소(N2) 및/또는 수소(H2)를 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. 이러한 기상 분위기에서 환원되는 경우 공정에 적용하였을 때 용이하며, 루테늄의 분산도와 촉매 활성도를 향상시킬 수 있어 유리할 수 있다.In an exemplary embodiment, the reduction may be performed in an atmosphere containing nitrogen (N 2 ) and/or hydrogen (H 2 ). When reduced in such a gaseous atmosphere, it is easy to apply to the process and can be advantageous because it can improve the dispersion of ruthenium and catalytic activity.

실시예Example

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are provided only for illustrative purposes to aid understanding of the present invention, and the scope and scope of the present invention are not limited by the examples below.

실시예 1: Ru/LaExample 1: Ru/La 22 OO 33 -Al-Al 22 OO 33 촉매 제조 catalyst manufacturing

10 g의 상용 알루미나(γ-Al2O3) 지지체(도 1a)를 25 mL의 D.I water (Distilled H2O)와 3.5408 g의 란타늄 전구체(Lanthanium nitrate)의 수용액으로 진공 습식 함침(vacuum wet impregnation)시킨 후(도 1b) 600℃ 공기 분위기에서 3시간 동안 하소 시켜 란타늄 화합물층(La2O3)을 형성하였다(도 2a). 형성된 란타늄 화합물층(La2O3) 상에 25 mL의 D.I water (Distilled H2O)와 0.4576 g의 루테늄 전구체(RuClxH2O)의 수용액으로 진공 습식 함침(vacuum wet impregnation)시킨 후 500℃ H2/N2 (2:1) 분위기에서 2시간 동안 환원시켜 Ru/La2O3-Al2O3 촉매를 제조하였다(도 3a).10 g of commercial alumina (γ-Al 2 O 3 ) support (Figure 1a) was vacuum wet impregnated with an aqueous solution of 25 mL of DI water (Distilled H 2 O) and 3.5408 g of lanthanum nitrate. ) (Figure 1b) and then calcined for 3 hours in an air atmosphere at 600°C to form a lanthanum compound layer (La 2 O 3 ) (Figure 2a). The formed lanthanum compound layer (La 2 O 3 ) was subjected to vacuum wet impregnation with an aqueous solution of 25 mL of DI water (Distilled H 2 O) and 0.4576 g of ruthenium precursor (RuCl xH 2 O), followed by 500 Ru/La 2 O 3 -Al 2 O 3 catalyst was prepared by reduction in an atmosphere of ℃ H 2 /N 2 (2:1) for 2 hours (FIG. 3a).

실시예 2: Ru/LaAlOExample 2: Ru/LaAlO 33 -Al-Al 22 OO 33 촉매 제조 catalyst manufacturing

900℃ 공기 분위기에서 3시간 동안 하소 시켜 란타늄 화합물층(LaAlO3)을 형성(도 2b)한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Ru/LaAlO3-Al2O3 촉매를 제조하였다(도 3b).Ru/LaAlO 3 -Al 2 O 3 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that lanthanum compound layer (LaAlO 3 ) was formed by calcining in an air atmosphere at 900°C for 3 hours (FIG. 3b). .

실시예 3: Ru/LaExample 3: Ru/La 22 OO 22 COC.O. 33 -Al-Al 22 OO 33 촉매 제조 catalyst manufacturing

600℃ CO2 분위기에서 3시간 동안 하소 시켜 란타늄 화합물층(La2O2CO3)을 형성(도 2c)한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Ru/La2O2CO3-Al2O3 촉매를 제조하였다(도 3c).Ru/La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O was produced in the same manner as in Example 1, except that lanthanum compound layer (La 2 O 2 CO 3 ) was formed by calcining in a 600°C CO 2 atmosphere for 3 hours (FIG. 2c). 3 catalysts were prepared (Figure 3c).

비교예 1: Ru/AlComparative Example 1: Ru/Al 22 OO 33 촉매 제조 catalyst manufacturing

10 g의 상용 알루미나(γ-Al2O3) 지지체 상에 25 mL의 D.I water (Distilled H2O)와 0.4576 g의 루테늄 전구체(RuClxH2O)의 수용액으로 진공 습식 함침(vacuum wet impregnation)시킨 후 500℃ H2/N2 (2:1) 분위기에서 2시간 동안 환원시켜 Ru/Al2O3 촉매를 제조하였다.10 g of commercial alumina (γ-Al 2 O 3 ) support was vacuum wet impregnated with an aqueous solution of 25 mL of DI water (Distilled H 2 O) and 0.4576 g of ruthenium precursor (RuCl xH 2 O). impregnation) and then reduced for 2 hours at 500°C in H 2 /N 2 (2:1) atmosphere to prepare a Ru/Al 2 O 3 catalyst.

실험예 1: SEM-EDS (Line scan) 분석Experimental Example 1: SEM-EDS (Line scan) analysis

환원 전의 실시예 1과 실시예 3의 촉매 샘플을 SEM-EDS (Line scan) 분석하였다. 분석은 펠릿을 절단하여, 초록색 라인과 같이 line scan을 진행하였으며, SEM 측정을 위하여 Pt coating 15mA, 60s 진행하였다.The catalyst samples of Examples 1 and 3 before reduction were analyzed by SEM-EDS (Line scan). For analysis, the pellet was cut, a line scan was performed as shown in the green line, and Pt coating was performed at 15 mA for 60 s for SEM measurement.

도 4는 실시예 1(Ru/La2O3-Al2O3) 펠릿 촉매 샘플의 SEM-EDS을 도시하는데, 펠릿의 양 끝 부분에서 루테늄의 농도가 가장 높은 것(counts 약 1000)을 볼 수 있으며, 펠릿의 중앙부분으로 갈수록 루테늄의 농도가 감소(counts 약 500)하는 것을 확인할 수 있다.Figure 4 shows the SEM-EDS of Example 1 (Ru/La 2 O 3 -Al 2 O 3 ) pellet catalyst sample, where it can be seen that the highest concentration of ruthenium is at both ends of the pellet (counts approximately 1000). It can be seen that the concentration of ruthenium decreases (counts about 500) toward the center of the pellet.

반면, 도 5는 실시예 3(Ru/La2O2CO3-Al2O3) 펠릿 촉매 샘플의 SEM-EDS을 도시하는데, 펠릿의 양 끝 부분에서 루테늄의 농도가 가장 높은 것(counts 약1800)을 볼 수 있으며, 펠릿의 중앙부분으로 갈수록 루테늄의 농도가 급격히 감소(counts 약480)하는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 5 shows the SEM-EDS of Example 3 (Ru/La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O 3 ) pellet catalyst sample, with the highest concentration of ruthenium at both ends of the pellet (counts approx. 1800), and it can be seen that the concentration of ruthenium decreases rapidly (counts approximately 480) toward the center of the pellet.

특히, 펠릿의 가장자리부근과 중앙부근의 루테늄 농도비를 비교하였을때 La2O2CO3-Al2O3를 지지체로 활용했을 경우(실시예 3) 약 3.75, La2O3-Al2O3 를 지지체로 활용했을 경우(실시예 1) 약 2로서, La2O2CO3-Al2O3 의 경우가 루테늄이 지지체 표면에 고분산된 것을 간접적으로 확인할 수 있다.In particular, when comparing the ruthenium concentration ratio near the edge and center of the pellet, when La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O 3 was used as a support (Example 3), it was about 3.75, La 2 O 3 -Al 2 O 3 When used as a support (Example 1), it is about 2, and in the case of La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O 3 , it can be indirectly confirmed that ruthenium is highly dispersed on the surface of the support.

실험예 2: 촉매 활성 분석Experimental Example 2: Catalytic activity analysis

실시예와 비교예의 촉매 샘플을 이용하여 암모니아 분해 반응을 실험을 통하여 모사하였다. 실험 진행을 위하여 0.18 g - 0.22 g의 각 촉매 샘플을 반응부에 충전하였으며, H2/N2 (2:1) 혼합가스를 사용하여 500°C에서 2시간 환원시켜주었다. 순도 99.9999%의 암모니아 가스 반응물은 GHSV 10,000mL/gcath 로 공급하였으며, 반응기의 반응 온도를 각각 350℃, 400℃, 450℃, 500℃로 하여 암모니아 분해 반응을 진행하였다. 반응을 통하여 생성된 가스 생성물은 가스분석기(gas chromatograph; GC)를 이용해 그 조성을 파악하였다.The ammonia decomposition reaction was simulated experimentally using the catalyst samples of Examples and Comparative Examples. To conduct the experiment, 0.18 g - 0.22 g of each catalyst sample was charged into the reaction unit and reduced at 500°C for 2 hours using a H 2 /N 2 (2:1) mixed gas. Ammonia gas reactant with a purity of 99.9999% was supplied at a GHSV of 10,000 mL/g cat h, and the ammonia decomposition reaction was performed at the reaction temperatures of the reactor at 350°C, 400°C, 450°C, and 500°C, respectively. The composition of the gas product generated through the reaction was determined using a gas chromatograph (GC).

가스 분석은 i) GC-TCD : NH3, N2, ii) Carrier gas : 헬륨, iii) Oven condition : 40℃ → 20℃/min → 120℃ 조건으로 수행하였다.Gas analysis was performed under the following conditions: i) GC-TCD: NH 3 , N 2 , ii) Carrier gas: helium, iii) Oven condition: 40℃ → 20℃/min → 120℃.

도 6은 각 샘플 촉매에서 암모니아(NH3)의 전환율을 비교 도시한다. 그 결과 반응 온도 350-400oC의 경우 암모니아 분해를 위한 반응기의 온도가 충분하지 않아 전환율의 차이를 확인하기 어려웠으나, 반응 온도가 높아질수록 촉매에 따른 암모니아 분해 전환율이 크게 차이나는 것을 확인하였다. Ru/La2O2CO3-Al2O3의 촉매가 가장 높은 전환율을 보여줌을 확인하였으며, 그 다음으로는 Ru/La2O3-Al2O3, Ru/LaAlO3-Al2O3 그리고 Ru/Al2O3 순이었다. 란타넘이 첨가된 지지체에서 암모니아 분해 성능이 향상되었음을 확인하였으며, 란타넘이 La2O2CO3 형태로 형성되었을 때 가장 높은 암모니아 분해 촉매 활성을 보여주었다. 이는 활성 금속인 루테늄이 촉매 지지체의 표면에 고르게 분산되었음을 나타낸다.Figure 6 shows a comparison of the conversion rates of ammonia (NH 3 ) in each sample catalyst. As a result, in the case of a reaction temperature of 350-400 o C, it was difficult to confirm the difference in conversion rate because the temperature of the reactor for ammonia decomposition was not sufficient. However, it was confirmed that the ammonia decomposition conversion rate depending on the catalyst significantly differed as the reaction temperature increased. It was confirmed that the catalyst of Ru/La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O 3 showed the highest conversion rate, followed by Ru/La 2 O 3 -Al 2 O 3 and Ru/LaAlO 3 -Al 2 O 3 And this was followed by Ru/Al 2 O 3 . It was confirmed that ammonia decomposition performance was improved in the support to which lanthanum was added, and the highest ammonia decomposition catalytic activity was shown when lanthanum was formed in the form of La 2 O 2 CO 3 . This indicates that ruthenium, an active metal, was evenly dispersed on the surface of the catalyst support.

실험예 3: TPR 분석Experimental Example 3: TPR analysis

실시예의 촉매 샘플들의 환원성을 확인하기 위하여 Temperature Programmed Reduction 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 7에 나타냈다.Temperature Programmed Reduction analysis was performed to confirm the reducibility of the catalyst samples of the examples, and the results are shown in FIG. 7.

도 7에서 실시예 1-3에서 합성한 모든 촉매에서 210℃ 이하에서 Ru 금속이 환원되었음을 확인할 수 있다. 한편, 루테늄이 환원되는 온도가 낮을수록 촉매 표면에 루테늄 농도가 높다는 것을 나타낸다. 따라서 Ru/La2O2CO3-Al2O3의 경우 109, 135oC에서 루테늄이 환원되었음을 확인할 수 있으며, Ru/LaAlO3-Al2O3의 경우 140, 176, 204oC 그리고 Ru/La2O3-Al2O3의 경우 131, 209oC 에서 환원되었음을 확인하였다. 따라서 La2O2CO3의 지지체를 활용하였을 때 활성 금속인 루테늄이 지지체 표면에 가장 고분산 되었음을 나타낸다.In Figure 7, it can be seen that Ru metal was reduced at 210°C or lower in all catalysts synthesized in Examples 1-3. Meanwhile, the lower the temperature at which ruthenium is reduced, the higher the ruthenium concentration on the catalyst surface. Therefore, it can be confirmed that ruthenium was reduced at 109, 135 o C in the case of Ru/La 2 O 2 CO 3 -Al 2 O 3 , and at 140, 176, 204 o C and Ru in the case of Ru/LaAlO 3 -Al 2 O 3 /La 2 O 3 -Al 2 O 3 was confirmed to be reduced at 131, 209 o C. Therefore, when a support of La 2 O 2 CO 3 was used, ruthenium, an active metal, was most highly dispersed on the surface of the support.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters stated in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention into various forms. Accordingly, such improvements and changes will fall within the scope of protection of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

Claims (16)

란타늄 화합물 층을 포함하는 다층 지지체; 및
상기 다층 지지체의 란타늄 화합물 층 상에 위치하고, 루테늄(Ru)을 포함하는 활성 금속 층;을 포함하며,
상기 란타늄 화합물은 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)이고,
상기 루테늄을 포함하는 활성 금속 층은 루테늄 전구체로 염화루테늄(III)을 사용하고, 상기 염화루테늄(III)을 수소 및 질소를 포함하는 분위기 하에서 환원시켜 형성된 것인, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
A multilayer support comprising a lanthanum compound layer; and
An active metal layer located on the lanthanum compound layer of the multilayer support and containing ruthenium (Ru),
The lanthanum compound is lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ),
The active metal layer containing ruthenium is formed by using ruthenium (III) chloride as a ruthenium precursor and reducing the ruthenium (III) chloride in an atmosphere containing hydrogen and nitrogen.
제1항에 있어서,
상기 루테늄을 포함하는 활성 금속 층은 상기 염화루테늄(III)을 2:1의 부피비로 수소 및 질소를 포함하는 분위기 하에서 환원시켜 형성된 것인, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
According to paragraph 1,
The active metal layer containing ruthenium is formed by reducing the ruthenium (III) chloride in an atmosphere containing hydrogen and nitrogen at a volume ratio of 2:1.
제1항에 있어서,
상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부에 분산되지 않고 활성 금속 층에만 선택적으로 포함되는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
According to paragraph 1,
A catalyst for an ammonia dehydrogenation reaction in which the ruthenium is not dispersed within the multilayer support but is selectively included only in the active metal layer.
제1항에 있어서,
상기 루테늄은 상기 다층 지지체 내부보다 다층 지지체의 외부에 더 많이 존재하는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
According to paragraph 1,
A catalyst for ammonia dehydrogenation reaction, wherein the ruthenium exists in greater amounts outside the multilayer support than inside the multilayer support.
제1항에 있어서,
상기 다층 지지체의 표면으로부터 가장 먼 거리를 갖는 다층 지지체 내부 위치인, 촉매 중심에서의 루테늄 농도(Ccenter)와 상기 활성 금속 층의 루테늄 농도(Csurf)의 비율(Csurf/Ccenter)은 3 이상인, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
According to paragraph 1,
The ratio (C surf /C center) of the ruthenium concentration (C center ) at the center of the catalyst, which is the position inside the multilayer support having the greatest distance from the surface of the multilayer support (C center ) , and the ruthenium concentration (C surf ) of the active metal layer is 3. Lee Sang-in, catalyst for ammonia dehydrogenation reaction.
제1항에 있어서,
상기 다층 지지체는 란타늄 화합물 층 및 알루미나 층을 포함하는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매.
According to paragraph 1,
A catalyst for ammonia dehydrogenation reaction, wherein the multilayer support includes a lanthanum compound layer and an alumina layer.
제 1 항에 있어서,
상기 활성 금속은 전체 촉매에 대하여 1-10 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 암모니아 탈수소화 반응 촉매.
According to claim 1,
An ammonia dehydrogenation reaction catalyst, characterized in that the active metal is contained in 1-10% by weight based on the total catalyst.
제 7 항에 있어서,
상기 활성 금속은 전체 촉매에 대하여 1-5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 암모니아 탈수소화 반응 촉매.
According to claim 7,
An ammonia dehydrogenation reaction catalyst, characterized in that the active metal is contained in 1-5% by weight based on the total catalyst.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 암모니아 탈수소화 반응용 촉매를 제조하는 방법이고, 상기 방법은,
지지체 상에 란타늄 전구체를 도입하는 단계;
도입된 란타늄 전구체를 CO2 분위기 하에서 하소시켜 란타늄 화합물층을 형성하는 단계; 및
형성된 란타늄 화합물층 상에 루테늄 전구체를 도입하고 수소 및 질소를 포함하는 분위기 하에서 환원시켜 활성 금속 층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 란타늄 화합물층은 란타늄 옥시카보네이트(La2O2CO3)이고,
상기 루테늄 전구체는 염화루테늄(III)인, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법.
A method for producing the catalyst for ammonia dehydrogenation reaction of any one of claims 1 to 8, the method comprising:
introducing a lanthanum precursor onto the support;
Calcining the introduced lanthanum precursor in a CO 2 atmosphere to form a lanthanum compound layer; and
Introducing a ruthenium precursor onto the formed lanthanum compound layer and reducing it in an atmosphere containing hydrogen and nitrogen to form an active metal layer,
The lanthanum compound layer is lanthanum oxycarbonate (La 2 O 2 CO 3 ),
A method for producing a catalyst for ammonia dehydrogenation reaction, wherein the ruthenium precursor is ruthenium (III) chloride.
삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 란타늄 화합물층 형성 단계는 400-1000 ℃에서 1-5시간 동안 하소시키는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법.
According to clause 9,
A method of producing a catalyst for ammonia dehydrogenation reaction in which the lanthanum compound layer forming step is calcined at 400-1000° C. for 1-5 hours.
제9항에 있어서,
상기 활성 금속 층 형성 단계는 500 ℃에서 2시간 동안 환원시키는, 암모니아 탈수소화 반응용 촉매 제조 방법.
According to clause 9,
A method of producing a catalyst for ammonia dehydrogenation reaction, wherein the active metal layer forming step is reduced at 500° C. for 2 hours.
삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 암모니아 탈수소화 반응 촉매를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법.A method of producing hydrogen from ammonia using the ammonia dehydrogenation reaction catalyst of any one of claims 1 to 8.
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Dry reforming of methane over La2O2CO3-modified Ni/Al2O3 catalysts with moderate metal support interaction, Applied Catalysis B: Environmental, 2019. 11. 20. 발행, 118448*
Ru/La2O3 catalyst for ammonia decomposition to hydrogen, Applied Surface Science, 2019. 1. 16. 발행, 928쪽부터 936쪽*

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