KR20000013231A - 섬유상담지 촉매매트 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섬유상담지 촉매매트 제조에 관한 것으로, 탄화수소 계열연료의 연소촉진용 촉매매트의 제조에 있어 고가의 백금 촉매의 양을 극소량으로 줄이고 저가인 크롬-코발트 촉매의 사용량을 높여 고도의 효율과 안정성이 있는 섬유상담지 촉매매트를 제조하기 위하여, Cr2O3와 COO를 1:2 비율로 사용하며, 담체인 실리카 혹은 알루미나 부직포 표면적 1㎡당 이들의 중량을 0.04±0.02g이 되도록 하고 촉매의 연소장치 작동 초기온도를 낮추기 위하여 담체 1㎡당 0.0007±0.0003g의 Ce를 담체에 담지시킨다.
제조단계는 담체에 촉매활성 염 용액을 함침하고 건조 후 소성하여 Ce 용액에 2차 담지시킨 후 건조하고, 소성하여 환원하는 후처리 공정을 거쳐 섬유상담지 촉매매트를 제조하는 단계를 거친다.
효과로는 프로판-부탄 연료의 최적조건에서 연소시킬 경우 가열효율이 99.0%이상이며 촉매활성분 중 주촉매인 백금의 최대 함량은 담체질량의 0.0001% 이하의 극소량으로 사용하여서 효과가 우수하다.
Description
본 발명은 탄화수소계열 연료의 연소와 관련된 섬유상담지 촉매매트 제조와 그의 용도에 관한 것으로, 탄화수소계 연료의 완전산화를 위하여 백금촉매의 양을 줄이고 크롬-코발트 산화물 촉매를 사용하여 촉매의 안정성을 높이며 담체의 표면적을 크게 하고 촉매활성을 증대하여 연료를 최적조건에서 연소시킬 경우 효율이 99.0%이상 높게 나올 수 있는 섬유상담지 촉매매트를 제조하고 용도를 개발하는데 목적이 있다.
일반적으로 탄화수소계 연료의 완전산화를 위하여 널리 사용되는 촉매는 귀금속인 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir 등이 많이 사용되고, Cu, Cr, Mn, Co, Ni 등의 금속산화물 또는 혼합물이 사용되고 있다. 담체로는 일반적으로 AI2O3, SiO2, activated carbon 부직포, 실리카 혹은 알루미나, 규조토 등이 사용되고 있으나 연소촉매로서 갖추어야할 조건들이 1)높은 촉매활성, 2)넓은 사용온도범위, 3)촉매 피독에 대한 저항과 오랜 수명, 4)연소기체와 접촉이 우수한 형상, 5)높은 물리적 강도, 6)낮은 촉매 비용 및 재생의 용이성 등 많은 요소가 존재한다.
연소촉매로서 귀금속 주촉매는 점화성이 우수하고 낮은 금속 담지량에도 활성이 우수하므로 높은 공간 속도에서 사용할 수 있고 3회 정도 습식 재생하여 오랫동안 사용이 가능하나 가격이 고가이어서 경제적 부담이 높다.
전이 금속 산화물 촉매는 상대적으로 높은 반응온도가 필요하며 공간속도가 높으면 연소효율이 감소하는 단점이 있으나 가격이 저렴하고 귀금속 촉매에 조촉매로 사용될 경우 촉매활성을 높일 수 있으며 촉매의 안정도 또한 높일 수 있다.
또한 기존의 연소용 촉매의 제조는 조리기, 히터, 가열기, VOC 제거장치 등의 용도로 내열성 무기질 재료 담체인 AI2O3, SiO2, ZrO2, SiC, Si3N4및 세라믹에 산화촉매로서 Pt, Pd, Rh, Ru, Ir 등의 귀금속 촉매체와 Co, Cr, Ni, Cu, Mn 등의 전이금속 산화물을 담지시켜 사용하고 있다.
이러한 촉매들은 귀금속의 함량이 높아 가격이 비싸며 공간속도가 크면 연소효율이 크게 저하되고 폐촉매의 처리에 따른 환경적인 문제를 추가로 유발할 수 있다. 또한 연소기체에 불순물이 존재할 경우에는 필터나 집잔장치가 추가로 필요하며 이러한 촉매들을 이용하기 위하여서는 촉매를 가공하여 설치하고 연료와 연소공기, 촉매 등의 혼합을 위하여 조작이 필요하다. 이러한 이유로 점화온도의 상승, 촉매수명저하, 높은 촉매비용, 사용온도 범위의 편협성, 연소에 의한 가열효율이 저하되는 등의 현장적용성에 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 귀금속 주촉매인 Pt의 함량을 줄이고 크롬-코발트 산화물 함량을 증가시켜도 높은 촉매활성 및 안정도가 뛰어나고, 연소촉매 사용범위 온도가 넓으며 수명이 길고 연소효율 또한 우수할 뿐만 아니라 비용이 저렴한 섬유상담지 촉매매트를 제조하였다.
아울러 탄화수소계 연료를 사용하는 히터에 적용시킬 수 있는 활성이 우수한 섬유상담지 촉매매트의 용도를 개발하는 것이다.
본 발명은 고도의 효율과 안정성이 있는 섬유상담지 촉매매트를 제조하기 위하여, 실리카 혹은 알루미나 부직포매트 담체에 주촉매인 백금염(H2PtCl6·6H2O을 이온교환수에 녹여 담체에 0.0001% 이하로 함침시키는 단계, Cr2O3와 CoO를 1:2의 비율로 하여 담체인 부직포매트 표면적 1㎡당 이들의 중량비를 0.04±0.02g이 되도록 함침시키는 단계, 상기 함침된 것을 500∼700℃로 건조하고 산소가 전혀없는 분위기에서 촉매의 안정성을 높이기 위하여 소성시키는 단계, 촉매매트의 초기 작동온도를 낮추기 위하여 실리카 혹은 알루미나 부직포 매트담체 1㎡당 0.0007±0.0003g의 Ce를 담지시키는 단계.
프로판-부탄 연료에서 섬유상담지 촉매매트를 이용하여 연소효율을 최대로 높이는 가열기의 제조단계로 구성한다.
본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 제조된 섬유상담지 촉매매트는 표면적 1㎡당 촉매 성분이 최대 0.04±0.02g이며 담체가 실리카 혹은 알루미나 섬유 부직포라서 함침법으로 다음과 같이 촉매를 제조하였으며, 작동 초기온도를 낮추기 위한 촉매 활성물질인 Ce을 2차 함침법으로 제조하였다.
[실시예]
1단계로 일정량의 실리카 혹은 알루미나 부직포 담체에 계산된 양의 H2PtCl6·6H2O를 2구 플라스크에 넣고 이온교환수를 가하여 녹인 후 담체에 함침시킨다. 또한 Cr2O3와 CoO의 모액은 물에 잘 녹는 고유의 질산염 형태로 1:2비율로 혼합하여 계산된 양만큼 실리카 혹은 알루미나 섬유 부직포에 2단계로 함침시킨다. 위의 1단계 및 2단계는 한 번의 동일한 모액으로 제조하여 함침시킬 수도 있다. 상기에서 함침된 것을 산소 분위기가 전혀 없도록 조작된 500∼700℃의 전기로에 넣고 담체에 촉매가 안정적으로 담지 되도록 500∼700℃로 헬륨 혹은 질소 분위기에서 촉매가 담지되도록 건조 및 염 용액이 없어질 때까지 소성 시킨다. 소성이 완료된 촉매 매트에 1㎡당 0.0007±0.0003g의 Ce이 흡착될 수 있도록 계산된 양의 수용성 Ce 염을 흡착시켜 전기로에 넣고 500∼600℃의 작동온도에서 소성하여 연소용 섬유상담지 촉매매트를 제조한다. 이때 담체에 영향을 주지 않는 범위의 온도인 500∼700℃에서 탄력적 소성온도가 유지되어야 한다.
제조된 촉매의 성능 평가를 위하여 프로판-부탄 연료에서 연소용 섬유상담지 촉매매트가 장착된 가열기를 이용하여 연소효율을 측정한 결과 99.0% 이상이 되었다. 담체 1㎡당 주촉매 금속인 백금함량을 0.0001%로 하고, Cr2O3와 CoO의 함량을 0.04±0.02g으로 하며 Ce의 양이 0.0007±0.0003g인 섬유상담지 촉매매트와 섬유상담지 촉매매트가 장착된 프로판-부탄 연소가열기는 성능평가가 이루어져 실제 산업의 응용에 전혀 문제가 없는 고성능 섬유상담지 촉매매트가 제조되었다.
실시예에서 제조된 섬유상담지 촉매매트의 물리적 성질을 분석한 결과는 다음 표 1과 같다.
| 담체종류물리적성질 | 실리카 부직포 매트 | 알루미나 부직포 매트 |
| 담체평균비중함침 후 촉매매트의 비중담체 체적Cr2O3+ CoOPt (담체 1㎡ 당)촉매매트의 최대사용온도촉매금 속의 결정격자 크기촉매수명 (hr) | 0.14 g/㎠0.2 g/㎠6∼10 g/㎠0.04 g0.0006 g750℃8.11±0.3Å3000∼3500 | 0.15 g/㎠0.2 g/㎠6∼8 g/㎠0.03 g0.0004 g750℃8.11±0.3Å3500∼4000 |
상기 표에서 나타난 바와 같이 본 발명에서 제조된 섬유상담지 촉매매트는 탄화수소 연료를 완전연소 시키기 위한 섬유상담지 촉매매트의 상업적 생산이 가능하며 고도의 효율과 안정성이 있으며, 활용성이 넓은 탄화수소 연료 연소용 섬유상담지 촉매매트가 제조되었다.
발명의 효과로는 탄화수소 연료 절약형 가열기의 제조가 가능하며 완전산화를 위한 효율적인 촉매의 생산방법으로 수입에 의한 외화낭비와 국내 촉매 기술의 향상 또한 꾀할 수 있다. 본 발명에서 제조된 섬유상담지 촉매매트의 우수성으로 탄화수소 연료의 최대 연소효율이 나타나 국내·외적으로 엄청난 경제적 이익이 기대된다.
Claims (5)
- 실리카 혹은 알루미나 부직포 담체에 H2PtCl6·6H2O를 이온교환 후에 녹여 담체에 함침시키는 단계와,Cr2O3와CoO의 비율을 1:2로 하여 물에 잘 녹는 질산염 형태로 담체에 함침시키는 단계와,함침된 촉매를 산소분위기가 전혀 없는 분위기에서 500∼700℃로 소성시키는 단계와,연소용 촉매의 초기 작동온도를 낮추기 위하여 Ce을 담지시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유상담지 촉매매트 제조방법.
- 제 1항에 있어서, Pt, Cr2O3혹은 CoO 및 Ce 이 담지된 것을 특징으로 하는 섬유상담지 촉매매트 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 실리카 혹은 알루미나 부직포 담체에 담체 표면적 1㎡당 Cr2O3,CoO 의 중량에 0.04±0.02g으로 담지된 것을 특징으로 하는 섬유상담지 촉매매트 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 실리카 혹은 알루미나 부직포 담체에 담체 표면적 1㎡당 Ce을 0.0007±0.0003g과 주촉매인 Pt함량을 0.0001%이하의 극소량으로 담지시키는 것을 특징으로 하는 섬유상담지 촉매매트 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 탄화수소계 연료의 연소효율을 99.0%이상 증대시킬 수 있는 섬유상담지 촉매매트 제조방법.
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