KR20010055237A

KR20010055237A - 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매 및이를 이용한 염소계 유기화합물 제거방법

Info

Publication number: KR20010055237A
Application number: KR1019990056379A
Authority: KR
Inventors: 고동준
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-07-04

Abstract

본 발명은 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매 및 이를 이용한 염소계 유기화합물 제거방법에 관한 것으로,

타이타니아 담체상에 촉매의 총 중량을 기준으로 텅스텐 1~30 중량%가 담지된 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매; 및

150℃이상의 산화분위기하에 상기 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매에 처리하고자 하는 염소계 유기화합물을 통과시킴에 의한 염소계 유기화합물의 산화제거 방법이 제공되며, 본 발명의 촉매를 사용함으로써 염소계 유기화합물을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매 및 이를 이용한 염소계 유기화합물 제거방법{TUNGSTEN/TITANIA CATALYSTS AND METHOD FOR THE REMOVAL OF CHLORINATED ORGANIC COMPOUNDS}

본 발명은 염소계 유기화합물(Chlorinated Organic Compounds) 제거에 사용되는 촉매 및 이를 이용한 염소계 유기화합물 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 텅스텐/타이타니아 촉매 및 이를 이용한 염소계 유기화합물 제거 방법에 관한 것이다.

염소계 유기화합물은 화학공정의 부산물로 발생하거나 세정공정 등에서 배출되는데, 이들 물질은 오존을 생성시키거나 스모그가 발생되도록 하는 전구체 역할을 할 뿐만 아니라 그 자체가 독성을 갖고 있기때문에 종래 이를 제거하기위한 연구가 계속되어 왔다.

상기 염소계 유기화합물을 제거하는 방법으로는 고온의 열에 의한 고온산화방식, 촉매를 이용한 산화법, 흡착법 등이 이용되어 왔다. 열에 의한 고온산화법은 1000℃ 이상의 고온이 필요하기때문에 경제적이지 못하다는 단점이 있으며, 흡착법은 사용된 흡착제의 폐기문제 등이 발생하기 때문에 촉매를 이용하여 비교적 저온에서 산화시켜 제거하는 방법이 효과적이다.

촉매 산화법에 의해 염소계 유기화합물, 혹은 다른 휘발성 유기화합물들을 제거하는 상업화된 촉매로는 Cr₂O₃/Al₂O₃, Hopcalite 및 Pt/Ni/Al₂O₃등이 사용되고 있으며, Pd-Pt/Al₂O₃(H. Muller et al., Catal. Today, 17(1993) 383), Pt/Al₂O₃(G.C. Bond and N. Sadeghi, J.Appl. Chem. Biotech., 25 (1975) 241, R.C.Lindberg et al., U.S Patent 4,059,683(1977), K. Yang and J.D.Reedy, U.S. Patent 4,059,676(1977), J.Volter et al., J. Catal, 104(1987), 375), Pt/carbon(A.I.Dalton and Sircar, U.S. Patent 4,346,019(1982)), PdO(C.F.llis et al., J. Catal., 19(1970) 378), Co₃O₄(E.J. Sare and J. M. Lavanish U.S.Patent 4,065,543(1977), Cr₂O₃/Al₂O₃(P.Manning, Hazard. Waste, 1(1984) 41,W.K Hunter et al., U.S. Patent 4,330,513(1982), S.K.Agarwal et al., Catalyst Deactivation(C.H. Bartholomew and J.B. Butt(Eds.) 1991, p.475), 및 Co₃O₄/MnO₂(E.J.Sare and J.M.Lavanish, U.S. Patent 4,045,538(1977))등이 연구되어 왔다.

미국 특허 제 4,330,513에는 15~25중량%의 Cr₂O₃를 알루미나에 담지한 촉매를 사용하여 흄이나 폐가스를 정화하는 방법에 관한 것으로 담체로는 알루미나 이외에 실리카 혹은 실리카-알루미나를 사용하는 것으로 개시하고 있다.

또한 미국 특허 제 4,039,623(1977) 및 미국 특허 제 3,972,979(1974)에는 Cr₂O₃/Al₂O₃촉매의 제조 및 반응기 조합형태에 따라 휘발성 유기화합물의 제거율이 상이함을 나타내고 있다. 또한, 염소계 탄화수소를 TiO₂촉매상에서 광촉매 반응으로 지하수를 정화하거나 공기중의 트리클로로에틸렌을 제거하는 방법등이 알려져 있다(H.Wendy et al., Trace Met. Environ., 3(1933) 363, M.S. Methos and C.S. Tuechi, Environ, Prog., 12(1993)194).

그리고 공지문헌인 "Ind. Eng. chem., Prod. Res. Develop., 11(1974) 175"에는 Cu 및 Mn이 주성분으로 구성된 홉칼라이트(Hopcalite) 촉매를 사용하여 할로겐족 탄화수소를 제거하는 방법이 개시되어 있으며, "Catalyst Deactivation,(1980) 213"에는 Pd/TiO₂촉매상에서 메탄 및 염소계 탄화수소를 산화반응시켜 제거하는 방법을 개시하고 있다.

이에 본 발명의 목적은 염소계 유기화합물 제거 성능이 우수한 텅스텐/타이타니아 촉매를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 텅스텐/타이타니아 촉매를 사용하여 염소계 유기화합물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 방법에 의해 텅스텐/타이타니아 촉매를 사용할 경우 반응 온도에 따른 염소계 유기화합물의 제거율을 나타낸 그래프이고,

도 2는 본 발명의 방법에 의해 텅스텐/타이타니아 촉매를 사용할 경우 텅스텐 함량에 따른 염소계 유기화합물 제거율을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 일견지에 의하면,

타이타니아 담체상에 촉매의 총중량을 기준으로 텅스텐이 1~30중량% 담지된 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매가 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면,

150℃이상의 산화분위기하에 상기 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매에 처리하고자하는 염소계 유기화합물을 통과시켜 염소계 유기화합물을 산화 제거하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명된다.

본 발명의 염소계 유기화합물 제거용 촉매는 타이타니아 담체상에 텅스텐이 담지된 텅스텐-타이타니아 촉매이다.

상기 타이타니아 담체에 텅스텐은 촉매의 총중량을 기준으로 1~30중량%, 보다 바람직하게는 5~30중량%로 담지된다. 타이타니아 담체에 지지된 텅스텐의 함량이 1중량% 미만이면 텅스텐을 담지함에 따른 효과가 적어 촉매 활성이 낮으며, 30중량%를 초과하면 텅스텐이 촉매 표면에 잘 분산되지 않기 때문에 촉매 활성이 오히려 크게 감소하게 되므로 바람직하지 않다. 상기 텅스텐/타이타니아 촉매에 있어서, 텅스텐은 WO₃와 같은 산화물 형태로 존재한다.

유기화합물 제거에 있어서 촉매의 역할은 반응이 잘 일어나도록 촉진시키는 것이다. 즉, 일반적인 염소계 유기화합물이 산화반응에 의하여 산소와 반응하여 분해되려면 약 800~1000℃의 열이 가해져야 하지만, 촉매가 존재하면 이보다 훨씬 낮은 온도에서 산화반응이 일어날 수 있다. 촉매의 반응과정은 유기화합물이 촉매층을 통과하면서 촉매표면에 우선 흡착하게되고, 여기서 산소와 반응하여 분해가 일어난다. 그 다음 분해된 물질들은 촉매표면에서 탈착되어 떨어져 나옴으로써 반응이 종결된다. 즉, 촉매는 반응물질들을 표면에 흡착하여 활성화시킴으로써 반응물질들의 반응성을 증가시키는 역할을 한다.

이와같이 타이타니아에 텅스텐이 담지된 촉매에 150℃이상의 산화분위기하에서 제거하고자 하는 염소계 유기화합물을 통과시킴으로써 염소계 유기화합물을 산화시켜 제거하게 된다.

150℃이하의 온도에서는 촉매의 활성이 감소됨으로 바람직하지않고 150℃이상의 온도에서 촉매에 염소계 유기화합물을 도입하는 것이 바람직하다.

산화분위기하에서 염소계 유기화합물을 상기 텅스텐/타이타니아 촉매에 통과시키면 염소계 유기화합물은 본 발명의 텅스텐-타이타니아 촉매표면에서 산화되어 CO₂, H₂O 및 HCl 등으로 열 분해됨으로써 제거된다.

이하, 실시예를 참고로 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

<실시예>

실시예에서 염소계 유기화합물로는 유기용제나 세정제 등으로 많이 사용되며 상대적으로 분해하기 어려운 것으로 알려진 테트라클로로에틸렌(C₂Cl₄)을 사용하였으며, 반응물 70ppm과 공기가 혼합된 반응기체를 이용하여 상압에서 공간속도가 50,000/hr인 조건에서 반응실험을 행하였다. 여기에서 공간속도는 단위시간, 단위촉매 부피당 반응기체의 부피로 나타낸다.

실시예 1 : 촉매의 제조

타이타니아 50g에 H₂WO₄를 증류수에 녹인 용액을 천천히 가하면서 잘 혼합하였다. 제조된 슬러리는 가열하여 남아있는 용액을 증발시킨 후, 120℃의 건조기에서 완전히 건조하여 촉매의 총 중량을 기준으로 10%의 텅스텐이 담지된 10중량%W/TiO₂촉매를 제조하였다. 상기 촉매는 사용하기전에 450℃의 공기중에서 소성한 후 반응실험을 실시하였다.

실시예 2 : 반응온도에 따른 테트라클로로에틸렌 제거율

실시예 1에서 제조한 촉매를 고정층 연속 흐름식 반응기를 사용하여 반응온도를 150~500℃로 변화시켜 가면서 테트라클로로에틸렌의 제거율을 측정하였다.

반응온도에 따른 제거율을 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 반응온도가 상승함에 따라, 제거율은 계속 증대되어 300℃이상에서는 테트라클로로에틸렌이 98%이상 제거되었다.

실시예 3 : 텅스텐 산화물 담지량에 따른 테트라클로로에틸렌 제거율

타이타니아에 담지되는 텅스텐의 함량은 1, 5, 20, 30, 40중량%로 변화시킨것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 텅스텐-타이타니아 촉매를 제조하였다. 반응온도를 300℃로 고정하였고 실시예 2와 같이 반응을 행하여 테트라클로로에틸렌의 제거율을 측정하였으며 그 결과를 표 1 및 도 2에 나타내었다.

텅스텐 함량 변화에 따른 테트라클로로에틸렌의 제거율 변화

W 함량(중량%)	1	5	10	20	30	40
제거율(중량%)	52	89	98	99	87	54

표 1 및 도 2에 나타난 바와같이 촉매중 텅스텐 산화물의 함량이 증가할 수록 테트라클로로에틸렌의 제거율도 증가되나, 20중량% 이상으로 증가되면 제거율이 오히려 감소하는 것을 알 수 있다.

상기한 바에 따르면, 타이타니아에 텅스텐 산화물을 적정량 담지시킨 촉매를 사용함으로써 염소계 유기화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

Claims

타이타니아 담체상에 촉매의 총 중량을 기준으로 텅스텐 산화물 1~30중량%가 담지된 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매.
150℃ 이상의 산화분위기하에 제1항의 염소계 유기화합물 제거용 텅스텐/타이타니아 촉매에 처리하고자 하는 염소계 유기화합물을 통과시킴에 의한 염소계 유기화합물의 산화제거 방법.