KR20130120623A - 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매에 관한 것으로, 특히 산업현장에서 흔히 사용되는 압축공기에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위하여 망간전구체 및 구리전구체의 혼합물을 주성분으로 하여 소정의 비표면적을 갖도록 압출성형한 촉매를 제공한다.
Description
본 발명은 유분, 특히 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 산업용으로 많이 사용되고 있는 공기압축기에서 발생되는 유분, 특히 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물이란 대기중에 쉽게 휘발되는 탄화수소화합물을 총칭하는 것으로 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소 및 비균일 탄화수소 등을 포함한다.
산업이 발달하고 자동차나 공장 설비가 증가함에 따라 대기 오염 물질의 종류가 다양해지는 가운데, 특히 휘발성 유기화합물(VOCs: Volatile Organic Compounds)은 인간의 건강과 환경에 해로운 영향을 끼치며 오랫동안 대기오염원으로 취급되어 왔다.
휘발성 유기화합물은 증기압이 높기 때문에 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물의 총칭으로서, 그 종류가 매우 다양하고 광범위하며 인화성이 강해 폭발에 의한 안전사고의 원인이 되기도 한다. 또한, 휘발성 유기화합물은 대기 중에서 이동성이 강하고 냄새를 유발할 뿐만 아니라 마취성이 강한 오염물질로 알려져 있다. 현재, 휘발성 유기화합물을 처리하기 위한 방법으로서 응축, 농축, 흡수 및 흡착 등의 물리화학적 처리방법, 바이오스크러버, 바이오필터 등의 생물학적인 처리방법과 산화시키는 연소 방법 등이 널리 사용되고 있다.
많은 양의 공기 또는 강한 압력의 공기를 필요로 할 때 사용되는 공기압축기(air compressor)는 공기를 압축 생산하여 높은 공압으로 저장하였다가 필요 시 배출구를 통해서 공급해 주는 기계로서, 배출되는 공기에는 수분과 유분, 이물질 등이 상당량 포함되어 있다. 공기압축기에서 배출되는 공기의 등급은 'ISO 8573-1'에 근거하여 1~6 등급으로써 공기압축기에서 배출되는 기체속에 포함된 유분, 수분, 분진의 양을 기준으로 나누어진다. 이 중 유분은 휘발성유기화합물 형태로 존재하며, 공기 중 함유량은 1등급에서 0.01 mg/m3 이하이어야 한다. 1등급의 압축공기 품질을 얻기 위해서 기존의 공기압축기에서 사용하는 필터 방식은 잦은 필터 교체와 낮은 효율의 문제가 있다.
본 발명은 종래의 단점을 보완하는 것으로, 적용성이 용이하고 산업용 압축공기에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물을 제거하여 압축공기 품질 1등급의 달성을 위한 것이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위해 비표면적을 향상시키고 표면에 기공이 형성된 원통형, 십자형, 또는 별모양, 벌집 구조의 입자 조성물 촉매를 제공하는 것으로, 1 ~ 5 몰농도의 망간전구체 수용액에 0.3 ~ 3 몰농도의 구리전구체 수용액을 혼합하고, 이러한 혼합용액 전체 중량의 0.1 ~ 10배의 비율을 갖는 무기지지체에 상기 혼합용액을 함침한 다음 혼합용액이 함침된 무기지지체를 혼련기를 통해 일정시간 혼련하여 페이스트 조성물을 만든다.
상기 페이스트 조성물을 압출기를 통해 소정의 형태로 성형하고 건조 및 소성시킴으로써 최종 촉매 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 촉매는 공기 속에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거할 수가 있으며, 특히 공기압축기에 적용하여 유분 포함량 기준으로 압축공기 품질 1등급을 달성할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 망간전구체 및 구리전구체를 포함하는 혼합용액을 준비하는 단계로서, 1 ~ 5 몰의 망간전구체 수용액에 0.3 ~ 3 몰의 구리전구체 수용액을 혼합한다.
다음 단계로 상기 혼합액을 무기지지체에 함침시키는바, 혼합용액 전체 중량의 0.1 ~ 10배의 비율을 갖는 무기지지체를 사용하도록 한다. 사용되는 무기지지체는 알루미늄 수산화물, 산화알루미늄을 혼합 또는 단독으로 사용 가능하며 알루미늄 산화물로는 감마-알루미나가 바람직하다.
상기 혼합액이 함침된 무기지지체를 혼련기를 이용하여 충분히 혼합되도록 약 30분 동안 혼련한 후에 페이스트(paste) 상태의 재료를 만든다.
상기 페이스트를 압출기를 통해 소정의 형태로 성형하되 비표면적이 100 m2 이상을 이루도록 하고 기공의 크기는 1 ~ 100 nm, 바람직하게는 10 nm 정도를 형성하도록 한다.
상기 성형 제품을 100 ~ 150℃에서 열풍 건조하여 수분을 증발시킨 후에 400 ~ 700℃에서 소성하거나 또는 상기 혼합액으로 재차 함침한 후에 상기 온도에서 열풍 건조 및 소성한다. 성형 제품을 재차 함침하는 방법은, 압출기를 거쳐 소정의 형태로 제작된 촉매를 100 ~ 150℃에서 열풍 건조한 후 1몰농도 내지 5몰농도의 망간전구체 수용액과 0.3몰농도 내지 3몰농도의 구리전구체 수용액의 혼합용액에 1분 이상 수침하거나, 상기 혼합용액을 상기 촉매에 직접 분사한다. 재차 함침된 촉매를 상온에서 30분 이상 건조한 후 100 ~ 150℃에서 열풍 건조와 400 ~ 700℃에서 소성단계를 거친다.
실시예
1 몰의 망간전구체 수용액에 0.3 몰의 구리전구체 수용액을 같은 중량비로 혼합한다.
수산화알루미늄 및 산화알루미늄 혼합 분말을 상기 혼합액에 중량비로 9 : 1 비율로 함침시킨다.
상기 함침된 무기지지체를 혼련기에 넣고 약 30분 동안 교반하여 페이스트 상태의 재료로 만든다.
상기 페이스트 상태의 재료를 압출기를 통해 십자형으로 압출 성형하되 비표한다.
면적이 약 200 m2/g을 이루고 기공크기는 약 10 nm를 이루도록 압출 성형된 제품을 약 130℃에서 열풍 건조시키고 약 450℃에서 소성함으로써 촉매를 생산한다.
상기 실시예에 따른 샘플을 200 ℃로 가열하고 500 SCCM(ml/min)의 유량으로 하고 공간속도(GHSVv)는 15,000 hr-1v를 이루도록 하는 실험조건에서 톨루엔의 농도가 약 500 ppm인 압축공기를 수차례 통과하여 측정한 결과를 아래의 표에 나타내었다.
샘플 | 비표면적(m2/g) | 기공크기(nm) | 톨루엔제거율 | 비고 |
샘플1 | 184.34 | 7.56 | 94.7 | 200℃ 반응 부산물 없음 |
샘플2 | 233.47 | 6.76 | 94.5 |
*한밭대학교 RIC 측정
Claims (6)
- 공기압축기에서 발생되는 공기 중에 포함되어 있는 유분을 제거하기 위한 촉매의 제조방법에 있어서,
1몰농도 내지 5몰농도의 망간전구체 수용액과 0.3몰농도 내지 3몰농도의 구리전구체 수용액을 같은 중량 비율로 혼합하는 단계,
상기 혼합물을 무기지지체에 중량% 비율로 10 : 1 내지 1 : 10으로 함침시키는 단계,
상기 혼합물이 함침된 무기지지체를 혼련기를 통하여 약 30분 동안 혼련하여 페이스트 상태의 재료로 만든는 단계,
상기 페이스트 상태의 재료를 압출기를 통해 소정의 형태로 성형하되 비표면적이 100 m2 이상을 이루고 기공의 크기가 1 ~ 100 nm를 이루도록 성형하는 단계, 및
상기 성형 제품을 100 ~ 150℃에서 열풍 건조하고 400 ~ 700℃로 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 무기지지체는 수산화알루미늄, 산화 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압출 성형된 소정의 재료 형상은 원통형, 별모양, 벌집구조, 구형을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 열풍 건조 및 소성된 재료를 재차 상기 혼합물에 상기 비율로 함침하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 비표면적이 100 내지 200 m2 인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 촉매에 함침되어 있는 망간과 구리의 비가 1 : 0.5 내지 1 : 3을 이루는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 촉매의 제조방법.
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