KR20060017186A - Catalyst for purifying nitrogen oxides from diesel vehicles and a process for purifying nitrogen oxides using said catalyst - Google Patents

Catalyst for purifying nitrogen oxides from diesel vehicles and a process for purifying nitrogen oxides using said catalyst Download PDF

Info

Publication number
KR20060017186A
KR20060017186A KR1020040065756A KR20040065756A KR20060017186A KR 20060017186 A KR20060017186 A KR 20060017186A KR 1020040065756 A KR1020040065756 A KR 1020040065756A KR 20040065756 A KR20040065756 A KR 20040065756A KR 20060017186 A KR20060017186 A KR 20060017186A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
nitrogen oxides
purifying
purifying nitrogen
carrier
Prior art date
Application number
KR1020040065756A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100592085B1 (en
Inventor
전종열
김형록
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020040065756A priority Critical patent/KR100592085B1/en
Publication of KR20060017186A publication Critical patent/KR20060017186A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100592085B1 publication Critical patent/KR100592085B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/202Hydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20723Vanadium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/30Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel reformer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/04Adding substances to exhaust gases the substance being hydrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명은 질소산화물 정화용 촉매 및 이를 이용한 질소산화물의 정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바나듐(V), 인(P) 및 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질로 이루어진 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체 95 내지 99.99 중량% 및 백금(Pt) 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 질소산화물 정화용 촉매는 200℃ 이하의 낮은 온도에서 95% 이상의 NOx 전환율과 70% 이상의 N2로의 전환율로 질소산화물을 환원시킬 수 있기 때문에 촉매의 활성이 높아 자동차 운전 초기 배기가스의 온도가 낮을 때에도 NOx를 정화할 수 있고, 수소를 환원제로 사용하기 때문에 환원제가 대기에 누출되더라도 환경오염 문제가 없을 뿐만 아니라, 수증기와 SOx 분위기에서도 열화되지 않아 디젤자동차에서 배출되는 질소산화물을 정화하는데에 매우 유용하다. The present invention relates to a catalyst for purifying nitrogen oxides and a method for purifying nitrogen oxides using the same, and more particularly, V X -P Y- (consisting of vanadium (V), phosphorus (P), and a substance having a hydroxyl group on its surface. Hydroxyl-containing substance) Z- catalyst for purifying nitrogen oxides comprising 95 to 99.99% by weight of Z carrier and 0.01 to 5% by weight of platinum (Pt) has a low NOx conversion rate of 95% or more and a conversion rate of 70% or more to N 2 at a low temperature of 200 ° C or lower. Because it can reduce nitrogen oxide, NOx can be purified even when the temperature of exhaust gas at the beginning of car driving is low due to the high activity of the catalyst. Since hydrogen is used as a reducing agent, there is no environmental pollution problem even if the reducing agent leaks into the atmosphere. It is very useful for purifying the nitrogen oxides emitted from diesel vehicles because it does not deteriorate in the atmosphere of water vapor and SOx.

질소산화물 정화용 촉매, 수소 환원, 선택적 환원, 디젤자동차 Catalyst for nitrogen oxide purification, hydrogen reduction, selective reduction, diesel vehicle

Description

디젤자동차 배출 질소산화물 정화용 촉매 및 이를 이용한 질소산화물의 정화방법{Catalyst for purifying nitrogen oxides from diesel vehicles and a process for purifying nitrogen oxides using said catalyst}Catalyst for purifying nitrogen oxides from diesel vehicles and a process for purifying nitrogen oxides using said catalyst}

도 1은 담체로 이용되는 물질의 종류에 따른 촉매의 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이고(이때, 담체로 각각 알루미나(○), 실리카(◇), ZSM-5(▽), TiO2(□) 및 V-Al2O3(●)를 사용함),Figure 1 shows the nitrogen oxide purification capacity of the catalyst according to the type of material used as a carrier (Alumina (○), silica (◇), ZSM-5 (▽), TiO 2 (□) and V-Al 2 O 3 (●)),

도 2는 도 1과 동일한 조건에서 NO 농도를 반으로 감소시킨 경우의 Pt/V-Al2O3 촉매의 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이고(NO 전환율(●) 및 N2로의 전환율(■)), Figure 2 shows the nitrogen oxide purification capacity of the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst when the NO concentration is reduced by half under the same conditions as in Figure 1 (NO conversion rate (●) and conversion to N 2 (■)) ,

도 3은 담체 V-Al2O3에 담지된 Pt(○), Pd(□), Rh(△) 및 Ru(◇) 촉매 하에서 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이고, Figure 3 shows the nitrogen oxide purification ability under the Pt (○), Pd (□), Rh (△) and Ru (◇) catalyst supported on the carrier V-Al 2 O 3 ,

도 4는 Pt/V-Al2O3(○)에 Rh(□), Co(△), Sn(◇), Pd(▽), Mg(●) 및 Ce(▲)를 담지한 촉매 하에서 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이고,4 shows nitrogen under a catalyst supporting Rh (□), Co (Δ), Sn (◇), Pd (▽), Mg (●) and Ce (▲) on Pt / V-Al 2 O 3 (o). Shows oxide purification ability,

도 5는 담체 V-Al2O3의 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이고,Figure 5 shows the nitrogen oxide purification ability of the carrier V-Al 2 O 3 ,

도 6은 Pt/P10Vx(Al2O3)50 촉매에서 x 값을 5(○), 10(□) 및 20(△)으로 변화 시킨 경우 질소산화물 정화능력을 나타낸 것이다.Figure 6 shows the ability to purify the nitrogen oxides when the x value is changed to 5 (○), 10 (□) and 20 (△) in Pt / P 10 V x (Al 2 O 3 ) 50 catalyst.

본 발명은 바나듐(V), 인(P) 및 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질로 이루어진 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체 95 내지 99.99 중량% 및 백금(Pt) 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 질소산화물 정화용 촉매 및 이를 이용한 질소산화물의 정화방법에 관한 것이다.The present invention is composed of vanadium (V), phosphorus (P) and 95 to 99.99% by weight of a V X -P Y- (hydroxyl group) Z carrier and 0.01 to 5% by weight of platinum (Pt) It relates to a catalyst for purifying nitrogen oxides containing% and a method for purifying nitrogen oxides using the same.

디젤자동차에서 배출되는 질소산화물(lean-NOx, 이하 희박질소산화물이라 함)은 다량의 산소와 공존하기 때문에 정화하기가 매우 어려워 이로 인해 전세계적으로 막대한 환경 및 인체 해를 입고 있는 실정이다. 광화학 스모그와 산성비의 주범인 도시지역의 질소산화물은 대부분 정화촉매장치가 장착되지 못한 디젤자동차에서 배출된 것이다. Nitrogen oxides emitted from diesel vehicles (lean-NOx, hereinafter called lean nitrogen oxides) coexist with large amounts of oxygen, making it very difficult to purify them, which is causing enormous environmental and human harm worldwide. Nitrogen oxides in urban areas, which are the main culprit of photochemical smog and acid rain, are mostly emitted from diesel cars without purification catalysts.

이러한 희박질소산화물을 정화하는 방법으로 종래, ⅰ) 탄화수소, 알콜 등의 환원제를 사용하여 촉매 하에서 질소산화물을 선택적으로 환원시키는 방법, ⅱ) 환원제 없이 촉매 하에서 직접 분해하는 방법, ⅲ) 플라즈마, 또는 플라즈마와 촉매로 이루어진 혼성계를 이용하여 제거하는 방법, ⅳ) BaO와 같은 염기성 산화물 내에 질소산화물을 질산염(metal nitrate) 형태로 저장한 다음 저장이 포화상태에 이르면 백금(Pt) 촉매로 환원시키는 방법, ⅴ) 기타 전기화학적으로 제거하는 방법 등 실로 다양한 방법이 연구되었다. 그러나, 이러한 방법들은 모두 단점이 있기 때문에 희박질소산화물을 정화하는 기술로서 실용화되지 못하였다. As a method for purifying lean nitrogen oxide, conventionally, (i) a method of selectively reducing nitrogen oxides under a catalyst using a reducing agent such as a hydrocarbon or an alcohol, ii) a method of directly decomposing under a catalyst without a reducing agent, iii) a plasma or a plasma A method of removing by using a hybrid system consisting of and a catalyst, i) a method of storing nitrogen oxide in the form of a metal nitrate in a basic oxide such as BaO, and then reducing it to a platinum (Pt) catalyst when the storage is saturated. Iii) Various methods have been studied, including other methods of electrochemical removal. However, all of these methods have disadvantages and thus have not been put to practical use as a technique for purifying lean nitrogen oxides.

먼저, 환원제를 사용하여 질소산화물을 선택적으로 환원시키는 i)의 방법은 환원제로서 디젤연료를 구성하는 탄화수소가 바람직하지만 탄화수소를 환원제로 사용할 경우 아직까지는 질소산화물의 정화효율이 높지 않은 단점이 있다. 질소산화물의 환원제로서 현재 가장 효율이 높은 물질은 암모니아 또는 열분해시에 암모니아를 방출하는 요소인데, 독성이 강한 암모니아와 요소를 환원제로 사용할 경우 대기에 누출될 경우에 또 다른 환경문제를 야기하며, 환원제를 주기적으로 차량에 주입해 주어야 하는 번거로움이 있고 질소산화물이 환원되는 온도가 비교적 높아 배기가스의 온도가 낮은 차량운전 초기에는 질소산화물을 정화할 수 없는 단점이 있다. First, the method of i) selectively reducing nitrogen oxides using a reducing agent is preferably a hydrocarbon constituting diesel fuel as a reducing agent, but there is a disadvantage in that the purification efficiency of nitrogen oxides is not high yet. As the reducing agent of nitrogen oxides, the most efficient materials presently release ammonia during ammonia or pyrolysis. If toxic ammonia and urea are used as reducing agents, they cause another environmental problem if they leak into the atmosphere. There is a disadvantage in that it is necessary to periodically inject into the vehicle and the nitrogen oxide is reduced, the temperature is relatively high, so the temperature of the exhaust gas is low, the nitrogen oxide can not be purified at the beginning of the vehicle operation.

또, 촉매를 사용하여 질소산화물을 직접 분해하는 ⅱ)의 방법은 환원제를 사용하지 않기 때문에 가장 이상적이지만 효율이 매우 낮은 문제가 있고, 플라즈마 또는 플라즈마/촉매 혼성계를 사용하는 iii)의 방법은 전기를 사용해야 하기 때문에 운전비가 비싸며 정화장치의 구조가 복잡하고 질소산화물의 정화효율이 아직까지 실용화 수준에 이르지 못하고 있다.In addition, the method of ii) of directly decomposing nitrogen oxides using a catalyst is the most ideal but very low in efficiency since no reducing agent is used, and the method of iii) using a plasma or a plasma / catalyst hybrid system is electrically Because of the high cost of operation, the structure of the purification device is complicated, the purification efficiency of nitrogen oxide has not reached the level of practical use.

한편 ⅳ)에 기술된, 공기 과잉조건에서 질소산화물을 염기성산화물에 저장을 하고 반대로 공기 희박조건에서는 백금 촉매로 환원을 하는, 이른바 NOx 저장-환원법은 일본 도요다자동차사가 개발하여 자사의 희박연소 가솔린자동차에 적용한 기술인데 디젤자동차에서 배출되는 질소산화물 정화에 있어서도 현재 가장 유망한 방 법의 하나로 평가되고 있다. 그러나 이 방법은 질소산화물의 저장에 사용되는 염기성산화물이 황산화물(SOx)과 쉽게 반응하여 활성이 저하되기 때문에 황성분이 들어 있는 디젤연료를 사용하는 자동차에는 적용할 수 없는 문제가 있다. 디젤연료에는 일반적으로 황성분이 포함되어 있으며, 유럽에서 시판되고 있는 가솔린에도 황성분이 들어있는 것으로 알려진다. 염기성산화물이 황성분과 반응하는 것을 막기 위해 현재 황에 내성이 강한 제 2의 성분을 첨가하는 연구들이 시도되고 있지만 첨가제를 넣을 경우 염기성산화물의 NOx 저장용량이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 문제 외에 NOx 저장-환원법은 자동차 엔진을 주기적으로 공기과잉 조건과 희박 조건에서 운전해야 하기 때문에 질소산화물을 정화하기 위해 촉매 뿐만 아니라 엔진도 개발해야 하는 과제를 안고 있다. On the other hand, the NOx storage-reduction method described in iii), which stores nitrogen oxides in basic oxides under excess air conditions and reduces them with platinum catalysts under air lean conditions, is developed by Toyota Motor Corp. of Japan and its lean-burn gasoline car This technology has been applied to, and is currently considered as one of the most promising methods for the purification of nitrogen oxides emitted from diesel vehicles. However, this method is not applicable to automobiles using diesel fuel containing sulfur because the basic oxide used for the storage of nitrogen oxides is easily reacted with sulfur oxides (SOx) to lower the activity. Diesel fuels generally contain sulfur, and gasoline sold in Europe is known to contain sulfur. In order to prevent the basic oxides from reacting with the sulfur component, studies are currently being conducted to add a second component that is resistant to sulfur, but when the additive is added, the NOx storage capacity of the basic oxide is lowered. In addition to these problems, the NOx storage-reduction method also requires the development of engines as well as catalysts to purify nitrogen oxides, since automobile engines must be operated periodically in excess and lean conditions.

기타 희박질소산화물을 전기화학적 및 광화학적으로 제거하는 방법 등 여러 가지가 시도되었지만 실용화 가능성은 매우 낮다. Several attempts have been made, including electrochemical and photochemical removal of other lean nitrogen oxides, but the potential for practical use is very low.

따라서, 배기가스 온도가 낮은 자동차 운전 초기에도 질소산화물을 정화할 수 있어야 하므로 100℃ 정도의 저온에서도 활성이 우수하고, 운전자의 습성에 따라 배기가스의 온도가 크게 변하므로 넓은 온도범위에서 활성을 갖으며, SOx와 수증기에 내성이 강하고, 촉매표면에 카본 증착으로 인한 활성저하가 일어나지 않아야 하며, 질소산화물을 오존층을 파괴하고 온실효과를 유발하는 물질인 아산화질소(N2O)보다는 무해한 질소로 환원시킬 수 있어야 할 뿐 아니라, 운전자의 편의도모를 위해 차량에 탑재된 디젤연료 또는 디젤연료를 개질하여 얻은 물질을 환원제로 사 용할 수 있는 질소산화물 정화용 촉매의 개발이 시급한 실정이다. Therefore, nitrogen oxide can be purified even in the early stage of driving a car with low exhaust gas temperature, so it has excellent activity even at low temperature of about 100 ℃, and has a wide range of temperature because the temperature of exhaust gas changes greatly according to the driver's habit. It is resistant to SOx and water vapor, does not cause deactivation due to carbon deposition on the surface of catalyst, and reduces nitrogen oxides to harmless nitrogen rather than nitrous oxide (N 2 O), which destroys ozone layer and causes greenhouse effect. In addition, it is urgent to develop a catalyst for purifying nitrogen oxides that can use diesel fuel or a material obtained by reforming diesel fuel as a reducing agent for the driver's convenience.

이에, 본 발명은 100℃ 정도의 저온에서도 활성이 우수하고, 환원제가 대기에 누출되더라도 환경오염 문제가 없을 뿐만 아니라, 수증기와 SOx 분위기에서도 열화되지 않아 디젤자동차에서 배출되는 질소산화물을 정화하는데에 매우 유용한 질소산화물 정화용 촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has excellent activity even at a low temperature of about 100 ° C., and even if the reducing agent leaks into the air, there is no problem of environmental pollution, and it does not deteriorate even in the atmosphere of water vapor and SOx. It is an object to provide a useful catalyst for purifying nitrogen oxides.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 바나듐(V), 인(P) 및 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질로 이루어진 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체 95 내지 99.99 중량% 및 백금(Pt) 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 질소산화물 정화용 촉매를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is 95 to 99.99% by weight of a V X -P Y- (hydroxy group holding material) Z carrier composed of vanadium (V), phosphorus (P) and a material having a hydroxyl group on the surface (Pt) It provides a catalyst for purifying nitrogen oxides containing 0.01 to 5% by weight.

또한, 본 발명은 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질에 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 함침시키거나 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질과 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 공침시켜 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체를 제조하는 단계 및 상기 담체에 백금(Pt)를 함침시키는 단계로 구성되는 상기 질소산화물 정화용 촉매의 제조방법을 제공한다.The present invention also impregnates a solution containing vanadium (V) and phosphorus (P) in a material having a hydroxy group on its surface, or a vanadium (V) and phosphorus (P) and a material having a hydroxy group on its surface. It provides a method for preparing the catalyst for purifying nitrogen oxides comprising the step of preparing a V X -P Y- (hydroxy group holding material) Z carrier by coprecipitation of a solution containing the impregnated with platinum (Pt).

또한, 본 발명은 상기 질소산화물 정화용 촉매의 존재 하에 디젤자동차 배출 질소산화물을 50-400℃의 온도에서 수소로 환원시키는 것을 특징으로 하는 질소산화물의 정화방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for purifying nitrogen oxides, characterized in that to reduce the diesel vehicle exhaust nitrogen oxides to hydrogen at a temperature of 50-400 ℃ in the presence of the catalyst for nitrogen oxide purification.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

질소산화물을 환원시키는데 사용될 수 있는 물질은 탄화수소, 알콜, 일산화탄소, 암모니아 등 분자내에 C, H 및 O 원자를 함유하고 있는 화학물질이다. 이중에서 수소가 일반적으로 저온에서도 금속촉매 하에서 해리흡착(dissociative adsorption)이 잘 일어나므로 수소를 환원제로 선정하여 사용하게 되면 질소산화물을 낮은 온도에서 환원시킬 수 있게 된다. 수소는 차량에 탑재된 디젤연료를 개질함으로써 손쉽게 얻을 수 있다. 가솔린과 같은 탄화수소나 메탄올로부터 수소를 생산하여 전기를 얻는 연료전지는 바로 개질반응을 통해 수소를 얻는 시스템이다. Substances that can be used to reduce nitrogen oxides are chemicals containing C, H and O atoms in molecules such as hydrocarbons, alcohols, carbon monoxide and ammonia. In particular, since hydrogen dissociative adsorption occurs well under a metal catalyst even at low temperatures, when nitrogen is used as a reducing agent, nitrogen oxides can be reduced at low temperatures. Hydrogen can be easily obtained by reforming diesel fuel mounted on a vehicle. Fuel cells that produce electricity by producing hydrogen from hydrocarbons such as gasoline or methanol are systems that obtain hydrogen through reforming reactions.

탑재된 디젤연료를 직접 환원제로 사용하는 것은 별도의 장치나 환원제를 외부에서 충전할 필요가 없으므로 이상적이기는 하지만 디젤연료의 모든 성분이 질소산화물의 환원제로서 활성을 갖는 것이 아니므로 환원제 이용 측면에서 효율적이지 못하다. Pt/알루미나 촉매에는 C3H8이, Pt/실리카 촉매에는 C3H6 이 우수한 탈질 환원제이듯이 일반적으로 특정 촉매에는 특정한 환원제만이 우수한 활성을 갖는다. 그러므로 디젤연료의 직접적인 환원제로의 사용은 대부분의 연료 성분을 단순히 이산화탄소로 연소시키고 마는 것이므로 수소와 같은 특정 성분으로 개질하여 사용할 필요가 있다. Using diesel fuel directly as a reducing agent is ideal because there is no need to charge a separate device or reducing agent externally, but it is efficient in terms of using reducing agent because not all components of diesel fuel have activity as reducing agent of nitrogen oxides. Can not do it. Pt / alumina catalyst, the C 3 H 8 is, Pt / silica catalyst, just as C 3 H 6 are excellent denitration reducing agent generally have a good activity but has a particular reducing agent, particular catalyst. Therefore, the use of diesel fuel as a direct reducing agent is simply to burn most of the fuel components with carbon dioxide, so it is necessary to modify and use the specific components such as hydrogen.

수소를 환원제로 사용하게 되면 전술한 바와 같이 낮은 온도에서도 질소산화물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 디젤연료의 개질반응을 통해 차량 내에서 직접 얻을 수 있어 환원제를 주기적으로 충전해 주어야 하는 번거로움이 없다. 따라서 본 발명자들은 수소가 장차 희박질소산화물 제거의 가장 유망한 환원제라고 판단하고 수소 환원제에 활성이 높은 담체에 백금이 담지된 촉매를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. When hydrogen is used as a reducing agent, not only can nitrogen oxide be removed at low temperatures as described above, but also can be directly obtained in a vehicle through a reforming reaction of diesel fuel, thereby eliminating the need to periodically recharge the reducing agent. Accordingly, the present inventors have determined that hydrogen is the most promising reducing agent for the removal of lean nitrogen oxides, and have completed the present invention by developing a catalyst in which platinum is supported on a carrier having high activity in the hydrogen reducing agent.

본 발명의 질소산화물 정화용 촉매인 Pt/VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z에서, 상기 히드록시기 보유물질은 알루미나, 실리카, 제올라이트, 메조포러스(mesoporous) 물질인 MCM-41 및 SBA-15 또는 티타니아 등과 같이 표면에 히드록시기를 갖고 있는 물질이다. 본 발명의 질소산화물 정화용 촉매는 이러한 표면 히드록시기를 보유하고 있는 물질 z 몰에 바나듐(V)과 인(P) 성분을 각각 x 몰 및 y 몰을 넣어 얻은 담체인 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z에 백금(Pt)을 적당량 함침하여 얻어진다. 이때, 인은 필수성분이 아니기 때문에 넣지 않아도 무방하지만 바나듐은 반드시 포함되어야 한다. In Pt / V X -P Y- (hydroxy group holding material) Z , which is a catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention, the hydroxyl group holding material is alumina, silica, zeolite, mesoporous (mesoporous) material MCM-41 and SBA-15 or It is a substance having a hydroxyl group on its surface, such as titania. The catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention has a carrier of V X -P Y- (hydroxy group) obtained by adding x moles and y moles of vanadium (V) and phosphorus (P) components to z moles of a substance having such a surface hydroxyl group. Substance) Z is obtained by impregnating platinum (Pt) in an appropriate amount. In this case, phosphorus is not an essential ingredient, but may be added, but vanadium must be included.

담체인 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z의 제조에는 표면 히드록시기 보유 입자에 바나듐과 인 성분을 함침하고 소성하여 얻는 함침법(impregnation)에 한정되지는 않고, 히드록시기 보유물질 전구체와 바나듐 및 인 전구체 용액을 함께 넣으면서 공침법(co-precipitation)으로 제조할 수도 있다. 즉, 본 발명의 촉매를 담지하는 담체인 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z은 제조방법에 상관없이 표면 히드록시기 보유물질과 바나듐 또는 인 성분으로 이루어진 이성분 또는 삼성분 금속산화물을 말하는 것이다. 표면 히드록시기 보유물질에 첨가되는 바나듐 성분의 양은 정확하 게는 표면 히드록시기의 수에 의해 결정되지만, 대략 원자의 몰비로 Z/X가 4-200이며 바람직하게는 10-40이며, 인 성분은 원자의 몰비로 Z/Y가 2-1000이다.The preparation of the carrier, V X -P Y- (hydroxy group-bearing substance) Z , is not limited to impregnation obtained by impregnating and baking the vanadium and phosphorus components in the surface hydroxyl group-bearing particles, and the hydroxy group-bearing substance precursor, vanadium and It can also be prepared by co-precipitation while putting the phosphorus precursor solution together. That is, V X -P Y- (hydroxy group-bearing substance) Z, which is a carrier supporting the catalyst of the present invention, refers to a bicomponent or ternary metal oxide composed of a surface hydroxy group-bearing substance and a vanadium or phosphorus component regardless of the preparation method. . The amount of vanadium component added to the surface hydroxy group-bearing substance is precisely determined by the number of surface hydroxy groups, but in approximately a molar ratio of atoms, Z / X is 4-200, preferably 10-40, and the phosphorus component is Z / Y is 2-1000 by molar ratio.

특히, 본 발명의 질소산화물 정화용 촉매는 담체인 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 95 내지 99 중량% 및 담지되는 백금 0.01-5 중량%으로 구성된다. 이때, 백금의 함량이 0.01 중량% 미만이거나 5 중량%를 초과하면 오히려 촉매의 활성이 떨어지는 문제가 있다.In particular, the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention is composed of 95 to 99% by weight of the carrier, V X -P Y- (hydroxy group-bearing substance) Z, and 0.01 to 5% by weight of platinum supported. At this time, when the content of platinum is less than 0.01% by weight or more than 5% by weight, there is a problem in that the activity of the catalyst is rather deteriorated.

이하, 각 도면에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1에서 나타난 바와 같이, 수소를 환원제로 사용했을 때 희박질소산화물을 제거하기 위한 백금 촉매의 담체로 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 제올라이트(ZSM-5) 및 티타니아(TiO2) 중에서 알루미나가 가장 우수하다. 특히, 이러한 알루미나 담체에 바나듐(V) 성분을 첨가하면 질소산화물을 더욱더 높은 효율로 환원시킬 수 있게 된다. 또, 질소산화물의 농도를 반으로 줄인 것을 제외하고는 도 1과 동일한 조건에서 Pt/V-Al2O3 촉매의 희박질소산화물 환원 능력을 확인한 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 더욱 높은 효율로 환원된다. As shown in FIG. 1, alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zeolite (ZSM-5), and titania (TiO) are used as carriers of the platinum catalyst to remove lean nitrogen oxides when hydrogen is used as a reducing agent. 2 ) of the alumina is the best. In particular, when the vanadium (V) component is added to the alumina carrier, the nitrogen oxides can be reduced with higher efficiency. In addition, except for reducing the concentration of nitrogen oxide in half, the lean nitrogen oxide reduction ability of the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst was confirmed under the same conditions as in FIG. 1, and as shown in FIG. do.

본 발명에서 사용가능한 히드록시기 보유물질로는 전술된 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 제올라이트(ZSM-5) 또는 티타니아(TiO2) 등이 가능하지만, 이하에서는 편의상 알루미나로 한정하여 설명하도록 한다.As the hydroxyl group-bearing material usable in the present invention, the above-described alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zeolite (ZSM-5) or titania (TiO 2 ) and the like can be used. Explain.

알루미나에 바나듐(V) 성분이 함침된 V-Al2O3 담체가 백금 이외의 귀금속에도 좋은 담체 역할을 수행하는지 확인한 결과, 도 3에 나타난 바와 같이 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru) 등의 귀금속으로 만들어진 촉매는 대부분의 온도에서 질소산화물의 환원능력이 낮았고, 오직 백금과 V-Al2O3 담체의 조합만이 수소에 의한 질소산화물 환원반응에 높은 활성을 나타내었다. As a result of confirming that the V-Al 2 O 3 carrier impregnated with vanadium (V) in alumina functions as a good carrier for precious metals other than platinum, palladium (Pd), rhodium (Rh) or ruthenium ( Catalysts made of noble metals such as Ru) showed low nitrogen oxide reduction ability at most temperatures, and only the combination of platinum and V-Al 2 O 3 carriers showed high activity in the nitrogen oxide reduction reaction by hydrogen.

또한, Pt/V-Al2O3 촉매에 다른 촉매성분을 미량 함침함으로써 촉매의 활성증진을 위한 조촉매 또는 첨가제의 역할을 조사한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 주석(Sn), 마그네슘(Mg) 및 셀렌(Ce) 등의 금속성분을 V-Al2O3 담체에 백금과 함께 함침하여 촉매를 제조했을 때 NO 전화율과 N2 로의 전환율이 모두 Pt/V-Al2O3 촉매에 비교하여 감소되었다. In addition, as a result of investigating the role of the promoter or additive for increasing the activity of the catalyst by tracely impregnating other catalyst components in the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst, rhodium (Rh) and palladium (Pd) as shown in FIG. NO conversion and conversion to N 2 when a catalyst was prepared by impregnating metal components such as cobalt (Co), tin (Sn), magnesium (Mg) and selenium (Ce) with platinum to a V-Al 2 O 3 carrier. All of this was reduced compared to the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst.

또한, 알루미나에 함침되는 바나듐(V) 성분의 양을 변화시키며 백금을 담지하였을 때, 원자의 몰비 기준으로 Al/V의 비가 32에서 12로 감소함에 따라 NO 전환율이 증가하다가 Al/V의 비가 12 이하인 경우에는 NO 전환율이 점차 낮아졌다. 즉, 질소산화물의 전환율이 Al/V의 비가 12 근처인 경우에 평균적으로 최고를 나타내었다. In addition, when platinum was loaded while changing the amount of vanadium (V) component impregnated with alumina, the NO conversion increased as the ratio of Al / V decreased from 32 to 12 based on the molar ratio of atoms, and then the ratio of Al / V increased to 12 In the following cases, the NO conversion rate gradually decreased. That is, the average conversion rate of nitrogen oxide was highest when the Al / V ratio was around 12.

문헌(Journal of Catalysis, 191 (2000), 384)에 의하면 바나듐(V)은 함량이 적을 때에는 알루미나의 표면 히드록시기와 결합하여 바나딜 이온(VO2+)으로 존재하다 함량이 증가하면 점차 1차원 및 2차원 구조의 바나데이트(vanadate)를 형성하고, 더욱 바나듐(V)의 양이 증가하면 V2O5 산화물 입자가 생성되는데, 바나듐이 알 루미나 표면에 고립된 바나딜 형태(isolated vanadyl form)로 존재할 때 질소산화물의 전환율이 높으며, 바로 이 바나딜 이온이 반응활성점의 하나인 것이다. 다른 금속을 Pt/V-Al2O3 촉매에 첨가하면 NO 전환율이 떨어지는 이유는 반응물의 바니딜 이온으로의 접근이 추가된 금속성분에 의해 차폐되기 때문이다. According to the Journal of Catalysis, 191 (2000), 384, vanadium (V) is present as vanadil ions (VO 2+ ) in combination with the surface hydroxyl group of alumina at low contents. The formation of a two-dimensional vanadate and the increase of the amount of vanadium (V) further results in the formation of V 2 O 5 oxide particles. When present, the conversion of nitrogen oxides is high, and this vanadiyl ion is one of the reactive active sites. The addition of other metals to the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst results in a lower NO conversion because the access of the reactants to vanidyl ions is blocked by the added metal component.

본 발명의 Pt/VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 촉매는 SOx에 내성이 강한 물질로만 이루어졌기 때문에 SOx 분위기에서 활성이 저하되지 않는다. 백금은 SO2 산화촉매로서 SOx에 내성이 강함이 이미 잘 알려져 있고 바나듐 산화물 또한 SOx에 강해 SOx가 포함되어 있는 고정원 NOx 정화촉매의 주요성분의 하나로서 널리 활용되고 있다. Since the Pt / V X -P Y- (hydroxy group-bearing substance) Z catalyst of the present invention is made only of a material having strong resistance to SOx, the activity is not reduced in the SOx atmosphere. Platinum is already known to be resistant to SOx as an SO 2 oxidation catalyst, and vanadium oxide is also widely used as one of the main components of the fixed source NOx purification catalyst containing SOx because it is resistant to SOx.

또, 본 발명의 Pt/VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 촉매는 수증기에 영향을 받지 않는다. 디젤자동차 배기가스에는 수증기가 10% 이상 포함되어 있는데, 160℃의 반응온도에서 Pt/V-Al2O3 촉매에 대해 수증기의 영향을 조사한 결과 NO 전환율과 N2로의 전환율이 0-10% 수증기 분위기하에서 크게 변하지 않음을 알 수 있었다. In addition, the Pt / V X -P Y- (hydroxy group-bearing substance) Z catalyst of the present invention is not affected by water vapor. The exhaust gas of diesel vehicles contains more than 10% water vapor. The effects of water vapor on Pt / V-Al 2 O 3 catalysts at a reaction temperature of 160 ° C show that the NO conversion and the conversion to N 2 are 0-10%. It can be seen that it does not change significantly under the atmosphere.

또, 디젤자동차 배기가스에는 5-10% 정도의 다량의 산소가 포함되어 있다. 연료의 연소효율을 향상시키기 위해 공기를 화학양론적 (stoichiometric) 요구량보다 과량 엔진에 공급한 결과이다. 이로 인해 산소보다 더 약한 산화제이며 훨씬 낮은 농도로 존재하는 질소산화물을 환원시키기가 매우 어렵게 된다. 그러나 본 발명의 Pt/VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 촉매는 산소농도 5-10% 범위에서 산소에 그다지 영향을 받지 않는다. 일반적으로 촉매의 활성은 산소농도가 증가할수록 떨어지는데, 본 발명에 따른 촉매의 NO 전환율과 N2로의 전환율은 산소농도 5-10% 범위에서 편차가 각각 10%와 4% 이내이다. 산소농도가 증가할 때 발생되는 이러한 전환율의 편차도 증가하는 산소의 양만큼 환원제 수소의 양을 늘려 산소와 수소의 비를 일정하게 유지시켜주면 없어지므로 본 발명의 촉매는 산소농도에 구애됨이 없이 높은 효율로 희박질소산화물을 정화할 수 있다. In addition, diesel vehicle exhaust contains a large amount of oxygen of about 5-10%. This is the result of supplying air to the engine in excess of stoichiometric requirements to improve the combustion efficiency of the fuel. This makes it very difficult to reduce nitrogen oxides which are weaker than oxygen and present in much lower concentrations. However, the Pt / V X -P Y- (hydroxy group-containing substance) Z catalyst of the present invention is not affected by oxygen in the oxygen concentration range of 5-10%. Generally, the activity of the catalyst decreases as the oxygen concentration increases. The conversion of the catalyst according to the present invention to NO and N 2 is within 10% and 4% of the variation in the oxygen concentration of 5-10%, respectively. The catalyst of the present invention is not limited to the oxygen concentration because the variation of the conversion rate generated when the oxygen concentration increases also disappears by increasing the amount of reducing agent hydrogen by increasing the amount of oxygen, thereby keeping the ratio of oxygen and hydrogen constant. It is possible to purify lean nitrogen oxide with high efficiency.

또한, 본 발명의 질소산화물 정화용 촉매는 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질에 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 함침시키거나 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질과 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 공침시켜 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체를 제조하는 단계(제1단계) 및 상기 담체에 백금(Pt)를 함침시키는 단계(제2단계)로 제조된다.In addition, the catalyst for purifying nitrogen oxides of the present invention impregnates a solution containing vanadium (V) and phosphorus (P) in a material having a hydroxyl group on the surface, or a material containing hydroxy group, vanadium (V) and Preparing a V X -P Y- (hydroxy group-containing substance) Z carrier by coprecipitation of a solution containing phosphorus (P) and impregnating platinum (Pt) with the carrier (second step) Is manufactured.

본 발명에 따른 촉매의 제조에 있어서, 인은 필수성분이 아니기 때문에 넣지 않아도 무방하지만 바나듐은 반드시 포함되어야 한다. 그러나, 본 발명에 따른 촉매의 담체인 VX-PY-(OH기 보유물질)Z를 공침법으로 제조한다면 인 성분을 첨가하는 것이 바람직한데, 이는 인 성분을 첨가하지 않고 히드록시기 보유물질 전구체와 바나듐 전구체만을 사용하게 된다면 공침효율이 높지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 인은 공침을 용이하게 할 뿐 촉매의 성능을 전혀 감소시키지는 않는다. In the preparation of the catalyst according to the present invention, phosphorus is not an essential ingredient, so it is not necessary to add it, but vanadium must be included. However, if the carrier of the catalyst according to the present invention, V X -P Y- (OH group holding material) Z is prepared by the coprecipitation method, it is preferable to add the phosphorus component, which does not add the phosphorus component, If only vanadium precursor is used, coprecipitation efficiency is not high. Thus, the phosphorus used in the present invention facilitates coprecipitation but does not reduce the performance of the catalyst at all.

또한, 본 발명은 상기 질소산화물 정화용 촉매의 존재 하에 공간속도 20,000-200,000 h-1로 흐르는 디젤자동차 배출 질소산화물을 50-400℃의 온도에서 수소로 환원시키는 질소산화물의 정화방법을 제공한다.The present invention also provides a method for purifying nitrogen oxides for reducing diesel vehicle exhaust nitrogen oxides flowing at a space velocity of 20,000-200,000 h −1 to hydrogen at a temperature of 50-400 ° C. in the presence of the catalyst for purifying nitrogen oxides.

이때, 환원제인 수소는 500-20,000 ppm의 농도로 공급하는 것이 바람직하다.At this time, hydrogen as a reducing agent is preferably supplied at a concentration of 500-20,000 ppm.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail through examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1><Example 1>

Al2O3, SiO2, ZSM-5, TiO2 및 Al/V 비가 12인 V-Al2O 3에 K2PtCl4 용액을 함침하고 100℃에서 2 시간 동안 건조, 500℃에서 5 시간 동안 소성하여 Pt 함량이 0.25 중량%인 촉매를 제조하였다. 이때, V-Al2O3는 Al2O3에 VOSO 4 수용액을 함침하고 120℃에서 2 시간 동안 건조 및 500℃에서 5 시간 동안 소성하여 얻었다. Impregnated K 2 PtCl 4 solution in Al 2 O 3 , SiO 2 , ZSM-5, TiO 2 and V-Al 2 O 3 with an Al / V ratio of 12 and dried at 100 ° C. for 2 hours, and at 500 ° C. for 5 hours. Calcined to prepare a catalyst having a Pt content of 0.25% by weight. At this time, V-Al 2 O 3 was obtained by impregnating VOSO 4 aqueous solution in Al 2 O 3 , dried at 120 ℃ for 2 hours and calcined at 500 ℃ for 5 hours.

얻어진 촉매 0.2g을 U자형 석영관 반응기에 넣고 1000 ppm NO, 3% O2, 4000 ppm H2, 나머지 He로 이루어진 혼합가스를 140 ㎖/min 유속으로 (공간속도 : 84000 h-1) 반응기에 흘리면서 NO 환원 반응을 조사하였다. 이때 반응기 출구가스의 N2 농도는 molecular sieve 5A 분리관을, H2와 N2O 농도는 Porapak Q 분리관을 각각 이용해 기체크로마토그래피로 분석하고, 얻어진 출구가스의 농도로부터 하기 수학식들에 의해 NO 전환율 및 N2로의 전환율을 구하였다. 0.2 g of the obtained catalyst was placed in a U-shaped quartz tube reactor, and a mixed gas consisting of 1000 ppm NO, 3% O 2 , 4000 ppm H 2 , and the remaining He was added to the reactor at a flow rate of 140 ml / min (space velocity: 84000 h −1 ). NO reduction reaction was investigated while flowing. At this time, the N 2 concentration of the reactor outlet gas was analyzed by gas chromatography using molecular sieve 5A separation tube, and the H 2 and N 2 O concentrations were respectively analyzed using Porapak Q separation tube. NO conversion and conversion to N 2 were obtained.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112004037302092-PAT00001
Figure 112004037302092-PAT00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112004037302092-PAT00002
Figure 112004037302092-PAT00002

그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이 히드록시기 보유 금속산화물 중에서 알루미나가 백금의 가장 우수한 담체이며, 알루미나에 바나듐 성분을 첨가하면 100℃에서 210℃까지 넓은 온도범위에 걸쳐 NO 전환율이 평균적으로 96% 이상이며 N2로의 전환율도 310℃까지 60% 이상 계속 유지되었다. NO가 이와 같이 저온에서 환원되기 때문에 NO2는 거의 생성되지 않고 N2와 N2O로만 전환되었다. As a result, as shown in FIG. 1, alumina is the best carrier of the hydroxy group-bearing metal oxide, and when the vanadium component is added to the alumina, the NO conversion rate is 96% or more over a wide temperature range from 100 ° C to 210 ° C. The conversion to N 2 was also maintained at over 60% up to 310 ° C. Since NO is reduced at such a low temperature, NO 2 is hardly produced and only converted to N 2 and N 2 O.

<실시예 2><Example 2>

반응가스 중의 NO 농도를 500 ppm으로 하고 다른 실험조건은 실시예 1과 동일하게 하여 Pt/V-Al2O3 (Pt 0.25 중량%, Al/V 비 12) 촉매의 활성을 조사하였다. 그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 NO 농도가 500 ppm일 때 Pt/V-Al2O3 촉매의 NO 전환율은 140-160℃ 온도범위에서 100%에 달하였으며 N2로의 전환율도 91%를 나타내었다. The concentration of NO in the reaction gas was 500 ppm and the other experimental conditions were performed in the same manner as in Example 1 to investigate the activity of the Pt / V-Al 2 O 3 (Pt 0.25 wt.%, Al / V ratio 12) catalyst. As a result, as shown in FIG. 2, when the NO concentration was 500 ppm, the NO conversion of the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst reached 100% in the temperature range of 140-160 ° C., and the conversion to N 2 also showed 91%. It was.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1에서 제조된 Al/V 비 12의 V-Al2O3에 Pd, Rh 및 Ru 귀금속을 각각 0.25 중량% 담지하여 촉매를 만들고 NO 환원반응에 대한 활성을 실시예 1의 실험조건과 동일하게 하여 Pt/V-Al2O3 촉매의 활성과 비교하였다. 그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이 V-Al2O3에 담지된 Pd, Rh 및 Ru 촉매들은 NO 전환율이 대체적으로 40%이었으며, N2로의 전환율 또한 40% 이하로 매우 낮았다. Exemplary experimental conditions the same as in Example 1 in a V-Al 2 O 3 of the Al / V ratio 12 manufactured by making the catalyst supporting 0.25% by weight of Pd, Rh and Ru precious metal each embodiment the activity of the NO reduction reaction in Example 1 This was compared with the activity of Pt / V-Al 2 O 3 catalyst. As a result, as shown in FIG. 3, the Pd, Rh and Ru catalysts supported on V-Al 2 O 3 had a NO conversion of approximately 40%, and a conversion to N 2 was also very low, of 40% or less.

<실시예 4><Example 4>

실시에 1에서 제조된 Al/V 비 12인 V-Al2O3에 Pt와 다른 금속을 함침법으로 동시에 담지시켜 Pt-metal/V-Al2O3 만들고 Pt/V-Al2O3 촉매에 미치는 금속 첨가제의 영향을 조사하였다. 실험조건은 실시예 1과 동일하며, 첨가된 금속 중에 Rh, Pd, Co 및 Sn은 0.05 중량% 그리고 Mg와 Ce는 각각 0.1 중량% 담지하였다. 그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 Pt/V-Al2O3 촉매에 이들 금속을 첨가했을 때 NO 전환율과 N2로의 전환율이 모두 낮아졌으며, 활성온도 범위도 좁아졌다. 이들 금속을 다른 농도로 첨가하였을 때에도 실험결과는 비슷하였다.Pt and other metals were simultaneously supported by impregnation in V-Al 2 O 3 having an Al / V ratio of 12 prepared in Example 1 to form Pt-metal / V-Al 2 O 3 to form a Pt / V-Al 2 O 3 catalyst. The effect of metal additives on the temperature was investigated. Experimental conditions were the same as in Example 1, and Rh, Pd, Co and Sn were 0.05 wt% and Mg and Ce were respectively 0.1 wt% in the added metal. As a result, FIG. 4 were lower both the Pt / V-Al 2 conversion to NO conversion and N 2 the addition of these metals to the O 3 catalyst, as shown in, it was also narrow effective temperature range. The results were similar when these metals were added at different concentrations.

이렇게 금속성분이 첨가됨으로써 전환율이 오히려 감소하는 이유는 반응의 활성점(active site)이 Pt와 담체 V-Al2O3에 각각 존재한데 V-Al2O3 에 있는 활성점이 금속성분이 첨가됨으로써 감소하기 때문으로 해석되었다. 특히, 도 4에 나타난 바와 같이 대부분의 촉매는 온도증가에 따라 NO 전환율이 증가-감소-증가-감소하는 형태로 이중 피크의 모습을 보이는데, 이는반응의 활성점이 적어도 2 곳임을 의미한다. This metal component is added by being because the active site (active site) active sites of metal components in the respective present together V-Al 2 O 3 on the Pt the carrier V-Al 2 O 3 is added to the reaction conversion rate is decreased by being It was interpreted as decreasing. In particular, as shown in FIG. 4, most catalysts show double peaks in the form of increasing-decreasing-increasing-decreasing NO conversion with increasing temperature, which means that the active point of the reaction is at least two sites.

<실시예 5><Example 5>

담체 V-Al2O3 (Al/V 비 12) 0.2g을 반응기에 넣고 실시예 1의 실험조건에서 NO 환원반응의 활성을 조사하였다. 그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이 담체 V-Al2O3는 NO 환원반응에 상당한 활성을 나타내었다. 즉, 210℃에서 NO 전환율이 약 61%, N2로의 전환율은 50%이었다. 0.2 g of the carrier V-Al 2 O 3 (Al / V ratio 12) was put into the reactor and the activity of the NO reduction reaction was investigated under the experimental conditions of Example 1. As a result, as shown in Figure 5, the carrier V-Al 2 O 3 showed a significant activity in the NO reduction reaction. In other words, the NO conversion was about 61% at 210 ° C and the conversion to N 2 was 50%.

따라서, 본 발명에 따른 촉매의 하나인 Pt/V-Al2O3가 넓은 온도범위에서 활성이 우수한 이유는 촉매 주성분 Pt와 담체 위에 각기 다른 온도에서 활성화되는 활성점이 존재하기 때문이다. Therefore, the reason why Pt / V-Al 2 O 3, which is one of the catalysts according to the present invention, is excellent in a wide temperature range is that active sites are activated at different temperatures on the catalyst main component Pt and the carrier.

<실시예 6><Example 6>

실시예 1에서 제조된 Pt/V-Al2O3 촉매 0.2g을 반응기에 넣고 1000 ppm NO, 3% O2, 4000 ppm H2, 0-10% 수증기, 나머지는 He로 이루어진 혼합가스를 140 ㎖/min 유속으로 반응기에 공급하면서 160℃에서 수증기의 영향을 조사하였다. 그 결과, 수증기 농도 0, 3, 7, 10%일 때 NO 전환율이 각각 93, 90, 90, 88%이었고 N2로의 전환율은 65, 60, 60, 58%, 그리고 N2O로의 전환율은 각각 28, 30, 30, 30%이었다. 0.2 g of the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst prepared in Example 1 was placed in a reactor, and a mixed gas consisting of 1000 ppm NO, 3% O 2 , 4000 ppm H 2 , 0-10% water vapor, and the rest He was 140 The effect of water vapor at 160 ° C. was investigated while feeding the reactor at a flow rate of ml / min. As a result, the NO conversion was 93, 90, 90, 88% at the vapor concentrations of 0, 3, 7, and 10%, respectively, and the conversion to N 2 was 65, 60, 60, 58%, and N 2 O, respectively. 28, 30, 30, 30%.

따라서, 반응가스에 수증기가 10%까지 존재하더라도 촉매의 활성이 크게 감소되지 않으며, N2O로의 전환율은 수증기가 존재할 때 다소 증가함을 알 수 있다. Therefore, even if water vapor is present in the reaction gas up to 10%, the activity of the catalyst is not significantly reduced, it can be seen that the conversion to N 2 O slightly increases when water vapor is present.

<실시예 7><Example 7>

Al/V 비를 32, 16, 12, 8로 변화시키며 알루미나에 담지되는 바나듐 성분의 양을 조절하여 Pt/V-Al2O3 촉매에 미치는 바나듐 성분 함량의 영향을 조사하였다. 실시예 1의 실험조건으로 120℃에서 실험한 결과, Al/V 비가 32, 16, 12, 8로 변할 때 NO 전환율이 각각 22.0, 37.7, 100, 81.2%이었고 N2로의 전환율은 10.4, 14.9, 60.2, 42.8%로 나타나 Al/V 비 12에서 촉매의 활성이 가장 높았다. The effect of vanadium content on the Pt / V-Al 2 O 3 catalyst was investigated by varying the Al / V ratio to 32, 16, 12, 8 and controlling the amount of vanadium component supported on the alumina. Experimental results at 120 ℃ under the experimental conditions of Example 1, when the Al / V ratio was changed to 32, 16, 12, 8, the NO conversion was 22.0, 37.7, 100, 81.2%, respectively, the conversion to N 2 was 10.4, 14.9, 60.2, 42.8% of the catalyst activity was the highest in the Al / V ratio 12.

<실시예 8><Example 8>

MCM-41, SBA-15, ZSM-5, 실리카 및 티타니아 등의 히드록시기 함유 물질에 VOSO4 수용액을 함침하고(히드록시기 보유물질/바나듐의 비 = 12) 100℃에서 건조 및 700℃에서 5시간 소성한 다음 Pt를 0.25% 담지하여 여러가지 Pt/V-(히드록시기 보유 물질) 촉매를 제조하였다. 이렇게 제조된 촉매와 V이 첨가되지 않은 Pt/(히드록시기 보유물질) 촉매의 활성을 실시예 1의 실험조건에서 조사한 결과, 160℃에서 NO 전환율과 N2로의 전환율은 하기 표 1과 같이 히드록시기 보유물질에 바나듐 성분이 첨가됨으로써 촉매의 활성이 크게 증진되었다. Hydroxy group-containing materials such as MCM-41, SBA-15, ZSM-5, silica and titania were impregnated with VOSO 4 aqueous solution (hydroxy group-containing substance / vanadium ratio = 12), dried at 100 ° C. and calcined at 700 ° C. for 5 hours. Next, Pt was supported by 0.25% to prepare various Pt / V- (hydroxy group-bearing substance) catalysts. As a result of investigating the activity of the catalyst thus prepared and the Pt / (hydroxy group-containing substance) catalyst without V added under the experimental conditions of Example 1, the NO conversion rate and the conversion rate to N 2 at 160 ° C. were shown in Table 1 below. The addition of the vanadium component to the catalyst greatly enhanced the activity of the catalyst.

Pt/V-MCM-41 (Pt/MCM-41) Pt / V-MCM-41 (Pt / MCM-41) Pt/V-SBA-15 (Pt/SBA-15) Pt / V-SBA-15 (Pt / SBA-15) Pt/V-ZSM-5 (Pt/ZSM-5) Pt / V-ZSM-5 (Pt / ZSM-5) Pt/V-SiO2 (Pt/SiO2) Pt / V-SiO2                                                                                                    (Pt / SiO2) Pt/V-TiO2 (Pt/TiO2) Pt / V-TiO2                                                                                                    (Pt / TiO2) NO 전환율 (%)  NO conversion rate (%) 95 (62)      95 (62) 93 (60)      93 (60) 98 (71)     98 (71) 94 (64)    94 (64) 89 (58)    89 (58) N2로의 전환율 (%)% Conversion to N 2 58 (34)      58 (34) 55 (31)      55 (31) 83 (52)     83 (52) 64 (38)    64 (38) 56 (37)    56 (37)

<실시예 9>Example 9

실시예 1에서 제조된 Pt/V-Al2O3 0.2g을 반응기에 넣고 O2 농도를 변화시키며 촉매의 활성을 조사했다. 그 결과, O2 농도가 0, 3, 5, 7, 10%로 변할 때 120℃에서 NO 전환율이 각각 40.0, 99.1, 96.7, 93.4, 89.5%이었고, N2로의 전환율은 16.0, 73.3, 72.7, 70.2, 69.1%로 나타나 O2 농도가 3에서 10%로 증가할 때 NO 전환율은 9.6%, N2로의 전환율은 4.2% 감소하는데 그쳤다. 특이하게 O2 농도가 0일 때 NO 전환율과 N2로의 전환율이 가장 낮아 NO를 효과적으로 환원시키기 위해서는 O2가 어느 정도 필요함을 알 수 있다.0.2 g of Pt / V-Al 2 O 3 prepared in Example 1 was placed in a reactor, and the concentration of O 2 was changed to investigate the activity of the catalyst. As a result, when the O 2 concentration changed to 0, 3, 5, 7, 10%, the NO conversion was 40.0, 99.1, 96.7, 93.4, 89.5% at 120 ° C, respectively, and the conversion to N 2 was 16.0, 73.3, 72.7, As the concentration of O 2 increased from 3 to 10%, NO conversion decreased by 9.6% and N 2 decreased by 4.2%. In particular, when the O 2 concentration is 0, the NO conversion rate and the conversion rate to N 2 are the lowest, and thus it can be seen that O 2 is required to effectively reduce NO.

<실시예 10><Example 10>

공침법으로 VX-PY-(Al2O3)Z 담체를 제조하고 여기에 Pt를 0.25 wt% 담지해 Pt/V-P-Al2O3 촉매를 제조하였다. 담체 VX-PY-(Al2O 3)Z는 Al(NO3)3.9H2O와 H3PO4 혼합 수용액에 암모니아수로 녹인 V2O5 용액을 천천히 첨가, 암모니아수로 pH 9.5 유지, 교반하며 12시간 숙성(aging)시킨 다음, 원심분리와 세정을 하고 110℃에서 건조, 700℃에서 소성하여 얻었다. 실험조건을 실시예 1과 동일하게 하여 Y의 값을 10, Z를 50으로 고정하고 X를 5, 10 및 20으로 변화시킨 촉매들의 활성을 조사한 결과, 도 6에 나타난 바와 같이 X=5에서 촉매의 활성이 가장 높았다. The V X -P Y- (Al 2 O 3 ) Z carrier was prepared by coprecipitation and Pt / VP-Al 2 O 3 catalyst was prepared by carrying 0.25 wt% of Pt. Carrier V X -P Y - (Al 2 O 3) Z is Al (NO 3) 3 .9H 2 O and H 3 PO 4 mixed solution V 2 O 5 solution was added slowly to aqueous ammonia dissolved in, maintaining pH 9.5 with aqueous ammonia After aging for 12 hours with stirring, centrifugation and washing were carried out, dried at 110 ° C, and calcined at 700 ° C. Experimental conditions were the same as in Example 1 to investigate the activity of the catalysts in which the value of Y was fixed to 10, Z to 50 and X was changed to 5, 10 and 20, and as shown in FIG. Has the highest activity.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 Pt/VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 촉매를 사용하여 디젤자동차에서 배출되는 희박질소산화물을 수소로 환원시키게 되면 매우 낮은 온도에서 NO 전환율 95% 이상, N2로의 전환율 70% 이상의 높은 효율로 질소산화물을 제거할 수 있고, 촉매가 수증기 분위기에서도 활성이 그다지 저하되지 않고 SOx에 내성이 강한 성분으로 이루어져 SOx에 피독되지 않아 촉매의 수명이 길며, 촉매의 주성분으로 백금 이외에 다른 금속을 조촉매로 첨가할 필요가 없어 가솔린자동차용 삼원촉매에 비해 값싸고 간편하게 제조할 수 뿐만 아니라, 탄소가 들어 있지 않은 청정원료인 수소를 환원제로 사용하므로 코크 생성으로 인한 촉매의 활성저하가 일어나지 않으며, 환원제로 인한 환경오염이 유발되지 않기 때문에 디젤자동차에서 배출되는 질소산화물을 정화하는데에 매우 유용하다. As described above, using a Pt / V X -P Y- (hydroxy group-containing substance) Z catalyst of the present invention to reduce the lean nitrogen oxide discharged from diesel vehicles to hydrogen 95% of the NO conversion at a very low temperature As described above, nitrogen oxides can be removed with a high efficiency of conversion of N 2 to 70% or more, and the catalyst is composed of a component that is not resistant to SOx and is resistant to SOx even in a vapor atmosphere, and is not poisoned by SOx. As a main component of the catalyst, it is not necessary to add other metals other than platinum as cocatalysts, which makes it cheaper and easier to manufacture than three-way catalysts for gasoline cars, and also uses hydrogen, a clean material that does not contain carbon, as a reducing agent. Due to the deactivation of the catalyst caused by the catalyst and no environmental pollution caused by the reducing agent, Which it is very useful in purifying NOx.

Claims (6)

바나듐(V), 인(P) 및 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질로 이루어진 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체 95 내지 99.99 중량% 및 백금(Pt) 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 질소산화물 정화용 촉매.95 to 99.99% by weight of V X -P Y- (hydroxy group holding material) Z carrier and 0.01 to 5% by weight of platinum (Pt) consisting of vanadium (V), phosphorus (P) and a substance having a hydroxyl group on the surface Nitrogen oxide purification catalyst. 제 1항에 있어서, 상기 히드록시기 보유물질이 알루미나, 실리카, 제올라이트, MCM-41, SBA-15 및 티타니아로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화용 촉매.The catalyst for purifying nitrogen oxides of claim 1, wherein the hydroxy group-bearing material is selected from the group consisting of alumina, silica, zeolite, MCM-41, SBA-15 and titania. 제 1항에 있어서, 상기 Z/X의 비가 원자의 몰수를 기준으로 4-200이고, Z/Y의 비가 2-1000인 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화용 촉매.The catalyst for purifying nitrogen oxides of claim 1, wherein the ratio of Z / X is 4-200 based on the number of moles of atoms, and the ratio of Z / Y is 2-1000. 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질에 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 함침시키거나 표면에 히드록시기를 보유하고 있는 물질과 바나듐(V) 및 인(P)을 함유하는 용액을 공침시켜 VX-PY-(히드록시기 보유물질)Z 담체를 제조하는 단계 및 Impregnating a solution containing vanadium (V) and phosphorus (P) in a material having a hydroxy group on the surface, or coprecipitating a solution containing vanadium (V) and phosphorus (P) with a material having a hydroxyl group on the surface Preparing a V X -P Y- (hydroxy group bearing) Z carrier to obtain a 상기 담체에 백금(Pt)를 함침시키는 단계Impregnating platinum (Pt) on the carrier 로 구성되는 제 1항의 질소산화물 정화용 촉매의 제조방법.A method for producing the catalyst for purifying nitrogen oxides of claim 1, comprising: 제 1항의 질소산화물 정화용 촉매의 존재 하에 디젤자동차 배출 질소산화물을 50-400℃의 온도에서 수소로 환원시키는 것을 특징으로 하는 질소산화물의 정화방법.A method for purifying nitrogen oxides, comprising reducing the diesel vehicle exhaust nitrogen oxides to hydrogen at a temperature of 50-400 ° C. in the presence of the catalyst for purifying nitrogen oxides of claim 1. 제 5항에 있어서, 상기 수소가 500-200,000 ppm의 농도로 공급되는 것을 특징으로 하는 질소산화물의 정화방법.The method for purifying nitrogen oxides according to claim 5, wherein the hydrogen is supplied at a concentration of 500-200,000 ppm.
KR1020040065756A 2004-08-20 2004-08-20 Nitrogen oxide purification catalyst for diesel vehicle and nitrogen oxide purification method using same KR100592085B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040065756A KR100592085B1 (en) 2004-08-20 2004-08-20 Nitrogen oxide purification catalyst for diesel vehicle and nitrogen oxide purification method using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040065756A KR100592085B1 (en) 2004-08-20 2004-08-20 Nitrogen oxide purification catalyst for diesel vehicle and nitrogen oxide purification method using same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060017186A true KR20060017186A (en) 2006-02-23
KR100592085B1 KR100592085B1 (en) 2006-06-21

Family

ID=37125302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040065756A KR100592085B1 (en) 2004-08-20 2004-08-20 Nitrogen oxide purification catalyst for diesel vehicle and nitrogen oxide purification method using same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100592085B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100962082B1 (en) * 2008-07-31 2010-06-09 희성촉매 주식회사 Catalysts for NOx reduction employing H2 and a method of reducing NOx
KR101318978B1 (en) 2013-07-29 2013-10-17 대구대학교 산학협력단 A method of removing nitrous oxide in flue gases using low-temperature catalytic reduction

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100205168B1 (en) * 1997-06-13 1999-07-01 김문찬 Apparatus for after-treatment of emission gases from diesel engine
KR100486069B1 (en) * 1999-12-01 2005-04-29 주식회사 코캣 Catalyst for removal of nitrogen oxide and carbon monooxide and purifying method using ethanol as a reductant over the same
JP2002066320A (en) * 2000-09-04 2002-03-05 Toyota Motor Corp Shift catalyst
KR100405470B1 (en) * 2001-06-27 2003-11-14 현대자동차주식회사 A composition of diesel oxidation catalyst
JP2003024784A (en) * 2001-07-17 2003-01-28 Babcock Hitachi Kk Catalyst for decomposing ammonia and its production method

Also Published As

Publication number Publication date
KR100592085B1 (en) 2006-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7678347B2 (en) High phosphorous poisoning resistant catalysts for treating automobile exhaust
US6528031B1 (en) Method for preparing noble metal-supported zeolite catalyst for catalytic reduction of nitrogen oxide
JP3311012B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification method
KR20140015295A (en) Nox absorber catalyst
JP3479980B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification catalyst
JP2010507472A (en) Vanadium-free catalyst for selective catalytic reduction and process for producing the same
US20040209770A1 (en) Catalyst and method for the catalytic reduction of nitrogen oxides
EP0781592B1 (en) Exhaust gas purification method by reduction of nitrogen oxides
KR20190127952A (en) Hydrogen Reducing Agent for Reducing Pollution by Catalysis
US7175822B2 (en) Method for catalytic reduction of nitrogen oxides
RU2635092C2 (en) Catalytic composition
JPH07136514A (en) Exhaust gas purifying catalyst and exhaust gas purifying method
KR100752372B1 (en) A catalyst containing zeolite for reducing h2s from the exhaust gas
KR100592085B1 (en) Nitrogen oxide purification catalyst for diesel vehicle and nitrogen oxide purification method using same
JP2827532B2 (en) Catalyst device for reducing diesel particulates
JP3835436B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification catalyst
KR100569084B1 (en) A method for removing nitrogen oxides by using dual catalyst beds
KR100590308B1 (en) Method for preparing a catalyst for diesel engine off gas purification and the catalyst prepared from the method
JP4290391B2 (en) Method and apparatus for catalytic removal of nitrogen oxides
JP3721112B2 (en) Method for catalytic reduction of nitrogen oxides and catalyst therefor
JP3300027B2 (en) Exhaust gas purification catalyst
JP2004009034A (en) Method of catalytically removing nitrogen oxide and catalyst therefor
KR100408502B1 (en) Catalyst for purifying exhaust gas of vehicle
JP3546104B2 (en) Method for reducing and removing nitrogen oxides
JP3315039B2 (en) Reduction and purification method of exhaust gas containing nitrogen oxides

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111215

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee