KR20180025716A - Catalyst composition for decompositioning high concentrated hydrogen peroxide and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a metal catalytic composition for decomposing high-concentrated hydrogen peroxide. The present invention provides a method for manufacturing a metal catalytic composition for decomposing high-concentrated hydrogen peroxide which comprises the following steps: a step for manufacturing a mixture by dissolving a manganese compound, an aluminum compound and a lanthanum precursor in a certain solvent; a step for precipitating catalysts in a powder form in the mixture, and drying the precipitated catalysts in the powder form; a step for calcining the catalysts in the powder form at a temperature of 400-800°C; a step for mixing a binder solution and methylcellulose with the catalysts in the powder form, and manufacturing a mold body by forming in a predetermined shape; and a step for calcining the mold body at a temperature of 400-800°C. According to the present invention, the catalyst activity and lifetime can be enhanced over conventional catalysts in hydrogen peroxide decomposition.

Description

고농도 과산화수소 분해를 위한 촉매 조성물 및 그 제조 방법{CATALYST COMPOSITION FOR DECOMPOSITIONING HIGH CONCENTRATED HYDROGEN PEROXIDE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst composition for high-concentration hydrogen peroxide decomposition and a method for producing the catalyst composition,

본 발명은 고농도의 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a metal catalyst composition for high-concentration hydrogen peroxide decomposition.

과산화수소는 촉매와 접촉하면 화학적 분해반응을 일으켜 수증기와 산소로 분해되는데, 이때 열과 압력을 발생시켜 추진력을 제공할 수 있으므로 인공위성 추력기, 추진기관 등에 사용되며 분해반응의 생성물이 환경친화적이기 때문에 친환경적인 추진제로 각광받고 있다. Hydrogen peroxide is decomposed into water vapor and oxygen by the chemical decomposition reaction when it comes into contact with the catalyst. Since it can generate heat and pressure to generate propulsion, it is used in artificial thruster and propulsion machinery. Zero is in the spotlight.

과산화수소는 추진제 자체로써 독성이 적어 취급이 용이하고 다른 종류의 독성 추진제 취급 시 요구되는 특별한 안전장치가 요구되지 않으므로 저렴한 비용으로 취급할 수 있다. 보통 추진제로는 85% 이상의 고농도 과산화수소를 사용하며 high test peroxide (HTP), high strength peroxide 또는 rocket grade peroxide라고 부른다. Hydrogen peroxide is a propellant itself, which is less toxic and easy to handle and requires no special safety measures required for handling other toxic propellants, so it can be handled at low cost. Usually propellants are high-peroxide (HTP), high-strength peroxide or rocket grade peroxide.

고농도 과산화수소 분해 방법이 우주선 등에서 일련의 간헐적인 분해를 위해 사용되는 경우, 효과적이고 지속적인 촉매 활성을 발현해야 하는 것은 물론이고 열-기계적 특성이 우수하여 사용수명이 길어야 하는 것이 필수적이다. When the high concentration hydrogen peroxide decomposition method is used for a series of intermittent decomposition in a spacecraft or the like, it is essential that not only an effective and continuous catalytic activity should be exhibited but also an excellent thermo-mechanical property and a long service life.

종래기술로는, 고농도 과산화수소를 분해하기 위해 가장 많이 사용되는 촉매 물질은 스크린(screen), 펠렛(pellet) 또는 허니콤(honeycomb) 등의 지지체에 망간(Mn), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 등의 금속 산화물이 담지된 촉매이며, 이와 같은 촉매를 이용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 촉매에 관한 많은 기술들이 알려졌지만, 대표적인 방법을 요약하면 다음 표 1과 같다.In the prior art, catalyst materials most frequently used for decomposing hydrogen peroxide at high concentration include manganese (Mn), silver (Ag), platinum (Pt), and the like as a support such as a screen, a pellet or a honeycomb, ), Palladium (Pd), ruthenium (Ru), iridium (Ir) and the like, and many technologies related to a catalyst for decomposing high concentration hydrogen peroxide using such a catalyst have been known. However, Table 1 shows the results.

Figure pat00001
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상기 표 1에 의하면 미국특허 제2,721,788호에는 망간을 세라믹 펠렛 또는 와이어 스크린에 코팅한 촉매를 사용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 방법이 기술되어 있다. 미국특허 제3,560,407호에는 은과 팔라듐의 합금을 에칭(etching)하고 사마리움(Samarium) 산화물을 코팅한 스크린 형태의 촉매를 사용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 방법이 기술되어 있다. 미국특허 제5,711,146호에는 알루미나 펠렛 지지체 또는 니켈 와이어 스크린에 루테늄-백금, 루테늄-이리듐, 루테늄-백금-이리듐 등이 담지된 촉매를 사용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 방법이 기술되어 있다. 미국특허 제 H1948 H에는 알루미나, 실리카, 알루미노실리케이트 등의 세라믹으로 제조된 허니콤 지지체에 망간과 알칼리 금속(나트륨 또는 칼륨)이 코팅된 촉매 베드를 사용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 방법이 기술되어 있다. According to Table 1, US Pat. No. 2,721,788 discloses a method of decomposing high concentration hydrogen peroxide using a catalyst coated with manganese on a ceramic pellet or a wire screen. U.S. Patent No. 3,560,407 describes a method of decomposing high concentration hydrogen peroxide using a screen-type catalyst in which an alloy of silver and palladium is etched and coated with a samarium oxide. U.S. Patent No. 5,711,146 discloses a method for decomposing high-concentration hydrogen peroxide using a catalyst loaded with ruthenium-platinum, ruthenium-iridium, ruthenium-platinum-iridium on an alumina pellet support or a nickel wire screen. U.S. Patent No. H1948 H describes a method for decomposing high-concentration hydrogen peroxide using a catalyst bed in which manganese and an alkali metal (sodium or potassium) are coated on a honeycomb support made of ceramics such as alumina, silica, and aluminosilicate .

발표된 논문으로는 고농도 과산화수소 분해용 촉매로써 감마-알루미나 지지체에 이리듐이 담지된 촉매를 사용하였으나 촉매의 비활성화가 쉽게 일어나는 단점이 있다(비특허문헌 1). 고농도 과산화수소 분해용 촉매로써 La01-xKxMnO3 형태의 페롭스카이트를 사용한 결과가 논문에 발표되었으나 분해 효율이 높지 못하다는 단점이 있다 (비특허문헌 2). 티타니아를 지지체로 사용하고 망간산화물을 담지한 촉매를 사용하면 고농도 과산화수소 분해 활성이 높다는 발표도 있으나 시간이 경과함에 따라 비활성화가 빠르게 진행되는 문제점이 있다(비특허문헌 3). 펠렛 형태의 알루미나 등을 지지체로 사용하고 망간, 백금, 은 또는 루테늄을 담지한 촉매를 사용하여 고농도 과산화수소를 분해하는 방법이 알려져 있으나, 망간만을 담지한 촉매는 비활성화가 빠르게 일어나고, 귀금속을 사용한 촉매는 가격이 고가라는 단점이 있다.As the published paper, iridium-supported catalysts for gamma-alumina support were used as catalysts for decomposing hydrogen peroxide at high concentration, but catalysts were inactivated easily (Non-Patent Document 1). The results of using La01-xKxMnO3 type perovskite as a catalyst for decomposing hydrogen peroxide at high concentration have been reported in the literature, but the disadvantage is that the decomposition efficiency is not high (Non-Patent Document 2). It has been reported that using a catalyst containing titania as a support and carrying manganese oxide has a high concentration of hydrogen peroxide decomposition activity, but there is a problem that the deactivation proceeds rapidly with the lapse of time (Non-Patent Document 3). A method of decomposing high concentration hydrogen peroxide using a catalyst containing manganese, platinum, silver or ruthenium using pellet-shaped alumina or the like as a support is known, but a catalyst containing only manganese is inactivated rapidly, and a catalyst using a noble metal There is a drawback that the price is expensive.

또한, 촉매의 형태에 관해서는 일반적으로 과산화수소 분해반응에는 활성화 에너지를 낮추기 위해 펠릿(pellet)형 촉매, 스크린(screen) 촉매, 모노리스(monolith) 형태 등의 다양한 형태의 촉매가 사용되고 있으며, 국내에서 진행된 과산화수소 분해용 촉매형태는 하기 표 2와 같다.As to the type of catalyst, various types of catalysts such as pellet type catalyst, screen catalyst and monolith type catalyst are generally used for reducing the activation energy in the hydrogen peroxide decomposition reaction. The catalyst forms for hydrogen peroxide decomposition are shown in Table 2 below.

펠릿형 촉매의 경우 서로 간의 접촉이 각 또는 점의 형태로 접촉면이 작으며, 촉매간의 열전달은 전도가 아닌 대류현상에 의하므로 열전달 속도가 낮아, 압력손실이 발생하는 문제가 있다. 또한, 스크린 촉매의 경우 분해 처리량의 증가로 인해 스크린의 침식을 증가시켜 손실량이 증가하여 촉매 수명을 단축시킬 수 있으며, 모노리스 형태의 촉매의 경우 팩킹(packing), 촉매 마모(abrasion) 등의 문제가 있다.In the case of the pellet type catalyst, the contact between the catalysts is small in the form of an angle or a dot, and the heat transfer between the catalysts is caused by the convection rather than the conduction. In the case of the screen catalyst, the increase in the amount of decomposition treatment increases the erosion of the screen, thereby increasing the loss and shortening the catalyst life. In the case of the monolith type catalyst, problems such as packing and catalyst abrasion have.

Figure pat00002
Figure pat00002

USUS 27217882721788 B1B1 USUS 25604072560407 B1B1 USUS 57111465711146 B1B1 US, H1948, HUS, H1948, H

Appl Catal A 210, 55, 2001 Appl Catala 210, 55, 2001 Appl Catal A 215, 245, 2001 Appl Catala 215, 245, 2001 J Propul Power 20(6), 1069, 2001 J Propul Power 20 (6), 1069, 2001 AIAA Propulsion Conference, 2007 AIAA Propulsion Conference, 2007 AIDAA Congress, 2009 AIDAA Congress, 2009 Catal comm. 12, 286, 2005 Catal comm. 12, 286, 2005 AIAA Conference, 2005 AIAA Conference, 2005 한국추진공학회지, 9(4), 1, 2005 Korean Society of Propulsion Engineers, 9 (4), 1, 2005 한국추진공학회지, 11(1), 18, 2007 Korea Society of Mechanical Engineers, 11 (1), 18, 2007 한국추진공학회지, 12(3), 24, 2008 Korean Society of Propulsion Engineers, 12 (3), 24, 2008 Aerospace Sci. Technol. 13(1), 12, 2009 Aerospace Sci. Technol. 13 (1), 12, 2009

본 발명의 목적은 고농도 과산화수소의 분해시 활성과 사용수명을 향상시킨 촉매 조성물 및 메탈폼 형태의 촉매 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a catalyst composition having improved activity and service life during decomposition of high-concentration hydrogen peroxide and a method of producing a catalyst composition in the form of a metal foam.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 망간 화합물, 알루미늄 화합물 및 라타늄 전구체를 소정 용매에 용해시켜 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물로부터 분말 형태의 촉매를 침전시키고, 침전된 분말 형태의 촉매를 건조시키는 단계, 상기 분말 형태의 촉매를 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계, 상기 분말 형태의 촉매에 바인더 용액 및 메틸셀룰로오스를 혼합하고, 소정 형태로 성형하여 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체를 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계를 포함하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a process for producing a mixture comprising the steps of preparing a mixture by dissolving a manganese compound, an aluminum compound and a rhodium precursor in a solvent, precipitating a powdery catalyst from the mixture, drying the precipitated powdery catalyst Calcining the powdery catalyst at a temperature of 400 to 800 ° C, mixing the binder solution and methylcellulose with the powdery catalyst, molding the mixture into a predetermined shape to produce a molded article, To 800 < 0 > C.

일 실시 예에 있어서, 상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 바인더 용액은 슈도보에마이트 용액 및 질산 수용액의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 분말 형태의 촉매의 질량 대비 상기 슈도보에마이트의 질량비는 0.05 내지 0.2일 수 있다.In one embodiment, in the step of preparing the molded body, the binder solution is composed of a mixture of a pseudoboehmite solution and an aqueous nitric acid solution. The mass ratio of the pseudo boehmite to the mass of the catalyst in powder form May be 0.05 to 0.2.

일 실시 예에 있어서, 상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 분말 형태의 촉매의 질량 대비 상기 메틸셀룰로오스의 질량비는 0.01 내지 0.1일 수 있다.In one embodiment, in the step of preparing the molded body, the mass ratio of the methylcellulose to the mass of the catalyst in powder form may be 0.01 to 0.1.

또한, 본 발명은 금속 촉매 조성물을 제공한다. 상기 금속 촉매 조성물은 망간 산화물, 란타늄 산화물, 알루미늄 산화물로 이루어지고, 상기 조성물에 포함된 알루미늄의 질량 대비 망간의 질량비(Mn/Al)는 0.5 내지 4.5인 것을 특징으로 하고, 상기 조성물에 포함된 망간, 란타늄, 알루미늄의 총 질량 대비 란타늄의 질량비(La/(Mn+La+Al))는 0.05 내지 0.30인 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a metal catalyst composition. Wherein the metal catalyst composition comprises manganese oxide, lanthanum oxide, and aluminum oxide, wherein the mass ratio of manganese (Mn / Al) to the mass of aluminum contained in the composition is 0.5 to 4.5, and manganese , The mass ratio of lanthanum to the total mass of lanthanum and aluminum (La / (Mn + La + Al)) is 0.05 to 0.30.

또한, 본 발명은 K-Mn 전구체, Mn 전구체, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, Pt 및 Ag 전구체 중 적어도 하나를 소정 용매에 혼합하여 전구체 수용액을 제조하는 단계, 소정 형태의 메탈폼 표면에 상기 전구체 수용액을 코팅하는 단계, 상기 전구체 수용액이 코팅된 상기 메탈폼을 100 내지 120℃의 온도에서, 10 내지 14시간 동안 건조시키는 단계 및 상기 메탈폼을 소성시키는 단계를 포함하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a precursor aqueous solution, comprising the steps of: preparing a precursor aqueous solution by mixing at least one of a K-Mn precursor, a Mn precursor, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, A step of coating the precursor aqueous solution, drying the metal foam coated with the precursor aqueous solution at a temperature of 100 to 120 DEG C for 10 to 14 hours, and calcining the metal foam, A method for preparing a composition is provided.

일 실시 예에 있어서, 상기 전구체 수용액을 제조하는 단계는, Al2O3및 Fe2O3중 적어도 하나가 더 혼합되는 것을 특징으로 하고, 상기 전구체 수용액에 용해된 전구체는 아세테이트, 설페이트, 나이트레이트 및 클로라이드 중 어느 하나일 수 있다.In one embodiment, the step of preparing the precursor aqueous solution further comprises mixing at least one of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 , wherein the precursor dissolved in the precursor aqueous solution is selected from the group consisting of acetate, And chloride.

일 실시 예에 있어서, 상기 메탈폼은 Ni-Fe-Cr 또는 Ni-Cr-Al 계열의 합금일 수 있다.In one embodiment, the metal foam may be an Ni-Fe-Cr or Ni-Cr-Al alloy.

일 실시 예에 있어서, 상기 소성시키는 단계는, 상기 메탈폼에 질소, 공기 및 산소 중 적어도 하나를 접촉시킨 상태에서 600 내지 900 ℃의 온도로 3 내지 5시간 소성시킬 수 있다.In one embodiment, the firing may be performed at a temperature of 600 to 900 ° C. for 3 to 5 hours while the metal foam is in contact with at least one of nitrogen, air, and oxygen.

본 발명에 따르면, 과산화수소 분해 시 기존 촉매보다 촉매의 활성 및 수명이 개선될 수 있다.According to the present invention, catalyst activity and lifetime can be improved over conventional catalysts in hydrogen peroxide decomposition.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 촉매 조성물의 성능을 시험하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 2은 실시 예 1 내지 3 및 비교 예에 따라 제조된 촉매 조성물을 사용하여 고농도 과산화수소를 분해시킬 때, 주입횟수에 따른 액상 최고온도(Tmax)를 도시한 그래프이다.
도 3은 실시 예 1 내지 3 및 비교 예에 따라 제조된 촉매 조성물을 사용하여 고농도 과산화수소를 분해시킬 때, 액상 최고온도(Tmax)에 도달하는 시간을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메탈폼 촉매 제조방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a conceptual diagram showing a method for testing the performance of a catalyst composition prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the maximum liquid-phase temperature (Tmax) according to the number of injections when decomposing high-concentration hydrogen peroxide using the catalyst compositions prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples.
FIG. 3 is a graph showing the time at which the liquid phase maximum temperature (Tmax) is reached when the high concentration hydrogen peroxide is decomposed using the catalyst compositions prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal foam catalyst according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be obscured. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

본 발명은 망간-알루미늄-란타늄계 촉매 조성물 및 메탈폼 형태의 촉매 조성물 각각에 대한 제조방법을 제공한다.The present invention provides a process for preparing a manganese-aluminum-lanthanum catalyst composition and a catalyst composition in the form of a metal foam, respectively.

먼저, 본 발명에 따른 망간-알루미늄-란타늄계 촉매 조성물의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.First, a method of preparing the manganese-aluminum-lanthanum catalyst composition according to the present invention will be described in detail.

먼저, 망간 화합물, 알루미늄 화합물 및 라타늄 전구체를 소정 용매에 용해시켜 혼합물을 제조하는 단계가 진행된다. First, a step of preparing a mixture by dissolving a manganese compound, an aluminum compound, and a rhodium precursor in a predetermined solvent is performed.

여기서, 상기 소정 용매는 증류수 일 수 있다.Here, the predetermined solvent may be distilled water.

란타늄 금속은 망간의 표면적을 증가시키고, 고농도 과산화수소 분해 반응이 반복적으로 일어남에 따라 반응열에 의해 망간 입자들이 소결되어 망간의 표면적이 감소되는 것을 방지하는 효과가 있다. 본 발명의 촉매에 있어서, 란타늄은 란타늄 산화물로서 망간 4가 양이온을 유지시키는 역할을 하여 과산화수소 분해 반응에 효과적이다. 이러한 효과들이 복합적으로 발현되어, 고농도 과산화수소 분해에 매우 효과적이다. The lanthanum metal has the effect of increasing the surface area of manganese and preventing the surface area of manganese from decreasing due to sintering of the manganese particles by the heat of reaction as the high concentration hydrogen peroxide decomposition reaction occurs repeatedly. In the catalyst of the present invention, lanthanum is a lanthanum oxide, and manganese 4 plays a role of maintaining cations and is effective for hydrogen peroxide decomposition reaction. These effects are complexly expressed, and are highly effective at high concentration of hydrogen peroxide decomposition.

상기 망간 화합물은 황산망간, 질산망간, 염화망간, 브롬화망간, 탄산망간, 망간아세틸아세토네이트, 망간아세트산, 수산화망간, 산화망간 및 이산화망간 중 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 질산망간일 수 있다.The manganese compound may be any one of manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, manganese bromide, manganese carbonate, manganese acetylacetonate, manganese acetic acid, manganese hydroxide, manganese oxide and manganese dioxide, preferably manganese nitrate.

상기 알루미늄 화합물은 산화알루미늄, 질산알루미늄, 황산알루미늄, 수산화알루미늄, 알루미늄에틸레이트, 인산알루미늄 및 염화알루미늄 중 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 질산알루미늄일 수 있다.The aluminum compound may be any one of aluminum oxide, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, aluminum ethylate, aluminum phosphate and aluminum chloride, preferably aluminum nitrate.

상기 란타늄 화합물은 질산란타늄 또는 염화란타늄일 수 있으며, 바람직하게는 질산란타늄일 수 있다.The lanthanum compound may be lanthanum nitrate or lanthanum chloride, preferably lanthanum nitrate.

다음으로, 상기 혼합물로부터 분말 형태의 촉매를 침전시키고, 침전된 분말 형태의 촉매를 건조시키는 단계가 진행된다.Next, a step of precipitating a catalyst in the form of a powder from the mixture and drying the catalyst in the form of a precipitated powder is carried out.

상기 혼합물을 제조한 후, 혼합물의 온도를 상온 내지 100℃, 바람직하게는 50 내지 80℃로 유지하면서 pH를 7 내지 7.5로 조정하여 침전물이 생성될 때까지 충분히 숙성시킨다. After the mixture is prepared, the pH is adjusted to 7 to 7.5 while maintaining the temperature of the mixture at room temperature to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C, and aged sufficiently until a precipitate is formed.

이때, 침전 과정을 위해 침전제로서 염기성 침전제가 추가로 사용될 수 있으며, 상기 침전제는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 암모니아 기체, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 옥살산나트륨, 옥살산칼륨 및 옥살산암모늄 중 어느 하나일 수 있다.At this time, a basic precipitant may be further used as a precipitant for the precipitation process. The precipitant may be selected from the group consisting of sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, ammonia gas, ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, sodium oxalate, potassium oxalate and ammonium oxalate It can be either.

다음으로, 침전된 분말 형태의 촉매를 증류수로 세척하고 건조 시킨다.Next, the precipitated powdery catalyst is washed with distilled water and dried.

다음으로, 상기 분말 형태의 촉매를 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계가 진행된다.Next, the step of calcining the powdery catalyst at a temperature of 400 to 800 캜 is carried out.

상술한 방법으로 얻어진 촉매는 펠렛 또는 그래뉼 형태로 성형하여 사용된다.The catalyst obtained by the above-mentioned method is used in the form of pellets or granules.

구체적으로, 상기 분말형태의 촉매를 소성시킨 후, 상기 분말 형태의 촉매에 바인더 용액 및 메틸셀룰로오스를 혼합하고, 소정 형태로 성형하는 단계가 진행된다.Specifically, after the catalyst in powder form is calcined, the binder solution and methyl cellulose are mixed with the catalyst in the form of powder, and the step of molding into a predetermined form is performed.

여기서, 상기 바인더 용액은 슈도보에마이트(pseudoboehmite)를 소정 용매에 혼합한 후, 질산 수용액을 첨가하여 제조된다.Here, the binder solution is prepared by mixing a pseudoboehmite with a predetermined solvent and then adding an aqueous nitric acid solution.

상기 분말 형태의 촉매, 바인더 용액 및 메틸셀룰로오스의 혼합물은 쌍축 압출기에 의하여 펠렛 형태로 성형될 수 있다. The powdery catalyst, the binder solution and the mixture of methylcellulose may be formed into pellets by a twin screw extruder.

이후, 성형체를 건조시킨 후, 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계가 진행된다.Thereafter, the molded body is dried and then fired at a temperature of 400 to 800 ° C.

상술한 방법으로 제조된 망간-란타늄-알루미늄계 촉매 조성물은 상기 조성물은, 망간 산화물, 란타늄 산화물, 알루미늄 산화물로 이루어지고, 상기 조성물에 포함된 알루미늄의 질량 대비 망간의 질량비(Mn/Al)는 0.5 내지 4.5일 수 있다. 바람직하게는 Mn/Al는 1.0 내지 3.3일 수 있다. Mn/Al가 0.5 미만이면 촉매의 활성의 유지가 힘들고, 4.5를 초과하면 성형된 촉매의 압축강도가 떨어져서 촉매의 수명이 떨어진다.The manganese-lanthanum-aluminum-based catalyst composition prepared by the above-mentioned method is characterized in that the composition is composed of manganese oxide, lanthanum oxide and aluminum oxide, and the mass ratio of manganese (Mn / Al) To 4.5. Preferably, Mn / Al can be 1.0 to 3.3. When Mn / Al is less than 0.5, it is difficult to maintain the activity of the catalyst. When the Mn / Al is more than 4.5, the compressive strength of the formed catalyst decreases and the lifetime of the catalyst decreases.

한편, 상기 조성물에 포함된 망간, 란타늄, 알루미늄의 총 질량 대비 란타늄의 질량비(La/(Mn+La+Al))는 0.05 내지 0.30일 수 있다. 바람직하게는, La/(Mn+La+Al)는 0.1 내지 0.2일 수 있다.Meanwhile, the mass ratio (La / (Mn + La + Al)) of the lanthanum to the total mass of manganese, lanthanum and aluminum contained in the composition may be 0.05 to 0.30. Preferably, La / (Mn + La + Al) may be 0.1 to 0.2.

이하에서는 메탈폼 형태의 촉매 조성물의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for producing a catalyst composition in the form of a metal foam will be described.

먼저, K-Mn 전구체, Mn 전구체, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, Pt 및 Ag 전구체 중 적어도 하나를 소정 용매에 혼합하여 전구체 수용액을 제조하는 단계가 진행된다.At least one of the K-Mn precursor, Mn precursor, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, Pt and Ag precursors is mixed with a solvent to prepare a precursor aqueous solution.

여기서, 상기 전구체 수용액에는 Al2O3 및 Fe2O3 중 적어도 하나가 증류수에 더 혼합될 수 있다.Here, at least one of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 may be further mixed with distilled water in the precursor aqueous solution.

한편, 상기 전구체 수용액에는 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨염과 같은 유기성 바인더 및 알루미나졸과 같은 무기성 바인더 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. On the other hand, at least one of an organic binder such as carboxymethylcellulose sodium salt and an inorganic binder such as alumina sol may be added to the precursor aqueous solution.

상기 전구체 수용액에 용해된 전구체는 아세테이트, 설페이트, 나이트레이트 및 클로라이드 중 어느 하나일 수 있다.The precursor dissolved in the aqueous solution of the precursor may be any one of acetate, sulfate, nitrate and chloride.

다음으로, 소정 형태의 메탈폼 표면에 상기 전구체 수용액을 코팅하는 단계가 진행된다.Next, a step of coating the precursor aqueous solution on the surface of a predetermined type of metal foam is performed.

상기 메탈폼은 Ni-Fe-Cr 또는 Ni-Cr-Al 계열의 합금일 수 있다.The metal foam may be an Ni-Fe-Cr or Ni-Cr-Al alloy.

한편, 상기 전구체 수용액이 코팅되는 대상은 금속으로 이루어지는 메탈폼 뿐만 아니라, 복수의 셀로 이루어지는 거푸집일 수 있다. 이러한 셀은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 그 개수도 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 셀은 대략 800㎛이상, 3000㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.On the other hand, the object to be coated with the precursor aqueous solution may be a mold composed of a plurality of cells as well as a metal foam made of a metal. Such a cell can have various shapes, and the number of cells can be variously adjusted. For example, the cell may have a size of about 800 μm or more and 3000 μm or less.

다음으로, 상기 전구체 수용액이 코팅된 상기 메탈폼을 건조시키는 단계가 진행된다. Next, the step of drying the metal foam coated with the precursor aqueous solution is performed.

여기서, 건조 온도는 100 내지 120℃, 건조 시간은 11 내지 13시간일 수 있다.Here, the drying temperature may be 100 to 120 ° C and the drying time may be 11 to 13 hours.

마지막으로, 상기 메탈폼을 소성시키는 단계가 진행된다.Finally, the step of calcining the metal foams proceeds.

여기서, 소성 온도는 600 내지 900℃일 수 있고, 상기 메탈폼이 질소, 공기 및 산소 중 적어도 하나에 접촉된 상태에서 소성 시간은 3 내지 5시간 동안 소성될 수 있다.Here, the firing temperature may be 600 to 900 占 폚, and the firing time may be fired for 3 to 5 hours while the metal foam is in contact with at least one of nitrogen, air, and oxygen.

이하에서는, 본 발명에 따른 촉매 조성물의 고농도 과산화수소 분해 활성과 수명을 분석하는 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method for analyzing the high concentration hydrogen peroxide decomposition activity and the lifetime of the catalyst composition according to the present invention will be described.

도 1과 같이, Inconel 600으로 제작된 부피 100 ml 반응기에 펠렛 또는 그래뉼 형태의 촉매 일정량을 채워 넣고 일정량의 고농도 과산화수소를 펄스로 투입한다.As shown in Fig. 1, a volume of 100 ml reactor made of Inconel 600 is filled with a certain amount of catalyst in the form of pellets or granules, and a certain amount of high-concentration hydrogen peroxide is injected into the reactor.

고농도 과산화수소 투입과 동시에 반응기 내부의 액상 및 기상의 온도, 압력 그리고 생성되는 기체의 유량을 초당 100회씩 측정한다. 액상최고온도(Tmax)와 액상최고온도가 발현되는 시간(tmax)을 분석하여 고농도 과산화수소 분해촉매의 활성을 평가하는데, 액상최고온도(Tmax)가 높을수록, 그리고 액상최고온도가 발현되는 시간(tmax)이 짧을수록 고농도 과산화수소 분해 활성이 좋다. Simultaneously with the introduction of high concentration hydrogen peroxide, the temperature and pressure of the liquid and gas phase inside the reactor and the flow rate of the produced gas are measured 100 times per second. The activity of the high concentration hydrogen peroxide decomposition catalyst was evaluated by analyzing the maximum liquid temperature (Tmax) and the maximum liquid temperature (tmax). The higher the maximum liquid temperature (Tmax) and the maximum liquid temperature ) Is shorter, the high concentration of hydrogen peroxide decomposition activity is good.

상기의 고농도 과산화수소 분해 실험이 종료되어 반응기 내부의 온도와 압력이 초기 상태로 회복된 후에, 촉매를 그대로 반응기 내에 둔 상태로 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 반복해서 수행한다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 수차례 이상 반복 수행하여 액상최고온도(Tmax)와 액상최고온도가 발현되는 시간(tmax)이 유지되는 지 여부를 분석하여 촉매의 수명을 평가한다. After the high concentration hydrogen peroxide decomposition test is completed and the temperature and pressure inside the reactor are restored to the initial state, the above-mentioned high concentration hydrogen peroxide decomposition experiment is repeatedly performed while keeping the catalyst in the reactor as it is. The above-described high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment is repeated several times or more to evaluate the lifetime of the catalyst by analyzing whether the maximum liquid temperature (Tmax) and the maximum liquid temperature (tmax) are maintained.

본 발명의 촉매를 이용하여 고농도 과산화수소를 분해한 결과, 고농도 과산화수소 분해 실험을 35회 이상 반복한 후에도 촉매의 활성이 유지되는 결과를 얻을 수 있었다.As a result of decomposing the high concentration hydrogen peroxide using the catalyst of the present invention, the activity of the catalyst was maintained even after repeating the high concentration hydrogen peroxide decomposition experiment 35 times or more.

이하에서는, 실시 예 및 실험 예들을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만, 후술할 실시 예 및 실험 예들에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the scope and contents of the present invention are not construed to be limited or limited by the following Examples and Experimental Examples.

실시 예 1. 망간-알루미늄-란타늄 기반 금속 촉매 조성물 제조Example 1. Preparation of metal catalyst compositions based on manganese-aluminum-lanthanum

질산망간(6 수화물) 52.8g, 질산알루미늄(9 수화물) 72.0g, 질산란타늄(6 수화물) 23.8g을 증류수 300ml에 용해시켜서 금속전구체 용액을 제조한 후에 70℃로 가열하였다. 52.8 g of manganese nitrate (hexahydrate), 72.0 g of aluminum nitrate (9 hydrate) and 23.8 g of lanthanum nitrate (hexahydrate) were dissolved in 300 ml of distilled water to prepare a metal precursor solution and then heated to 70 캜.

수산화암모늄 68mL를 증류수와 혼합하여 1L의 침전제 용액을 제조한 후에 70℃로 가열하였다.68 mL of ammonium hydroxide was mixed with distilled water to prepare 1 L of precipitant solution and then heated to 70 캜.

둥근 플라스크에 증류수 200ml를 넣고 임펠러를 장치한 다음, 70℃로 가열고, 금속 전구체 용액을 서서히 가하면서 용액의 온도가 70℃가 되도록 유지하고, 임펠러로 충분히 교반시키면서 pH가 7 내지 7.5가 되도록 충분한 양의 침전제 용액을 가한 후 1시간 동안 교반시켰다.200 ml of distilled water was placed in a round flask and the impeller was placed. The impeller was heated to 70 ° C. and the solution of the metal precursor was slowly added thereto while maintaining the temperature of the solution at 70 ° C. and sufficiently stirred with an impeller. The positive precipitant solution was added and stirred for 1 hour.

침전물을 여과한 후에 증류수로 3차례 이상 세척하였다. 침전물을 건조 시킨 후 500℃, 공기 분위기에서 4시간 이상 소성시켰다. The precipitate was filtered and washed three more times with distilled water. The precipitate was dried and calcined at 500 DEG C for 4 hours or more in an air atmosphere.

슈도보에마이트(pseudoboehmite) 27.8g를 증류수 56.8g과 혼합한 후 30분간 저어서 슈도보에마이트 용액을 제조하였다. 질산(60%) 1.17g을 증류수 14.2g에 혼합하여 질산 수용액을 제조하였다. 슈도보에마이트 용액과 질산 수용액을 혼합하고 충분히 저어서 바인더 용액을 제조하였다. 분말 형태의 촉매 50g에 무기바인더 용액 21.4g과 메틸셀룰로오스 2.5g를 혼합하고 증류수 50g을 섞어서 반죽하였다. 이 반죽을 쌍축 압출기를 이용하여 직경 2mm의 펠렛 형태의 촉매를 제조하였다. 상기 펠렛 형태의 촉매를 건조시킨 후, 500℃에서 소성시켰다. 27.8 g of pseudoboehmite was mixed with 56.8 g of distilled water and stirred for 30 minutes to prepare a pseudobohemite solution. 1.17 g of nitric acid (60%) was mixed with 14.2 g of distilled water to prepare a nitric acid aqueous solution. The pseudoboehmite solution and nitric acid aqueous solution were mixed and sufficiently stirred to prepare a binder solution. 21.4 g of the inorganic binder solution and 2.5 g of methylcellulose were mixed with 50 g of the powdery catalyst, and 50 g of distilled water was mixed and kneaded. A pellet type catalyst having a diameter of 2 mm was prepared by using this twin screw extruder. The pellet-shaped catalyst was dried and then calcined at 500 ° C.

펠렛 형태의 촉매를 분쇄하여 1.0 내지 1.2mm 크기의 그래뉼 형태의 촉매를 제조하였다. 그 결과 얻어진 촉매의 조성은 산화물 형태로 얻어지며 각 성분의 조성비는 산화물환산으로 망간 55.8 중량%, 알루미늄 26.3 중량%, 및 란타늄 17.9 중량% 이었다.The pellet type catalyst was pulverized to prepare a granule type catalyst having a size of 1.0 to 1.2 mm. The composition of the resulting catalyst was in the form of an oxide, and the composition ratio of each component was 55.8 wt% of manganese, 26.3 wt% of aluminum, and 17.9 wt% of lanthanum in terms of oxides.

Inconel 600으로 제작된 부피 100ml 반응기에 1.0 내지 1.2mm 크기의 그래뉼 형태의 촉매 2g을 채워 넣고 일정량의 90% 농도의 과산화수소 8mL를 펄스로 투입하였다. 고농도 과산화수소 투입과 동시에 반응기 내부의 액상의 온도를 초당 100회씩 측정한 결과, 반응 시작 후 2.3초가 경과하여 최고온도 153.1oC에 도달하였다. A volume of 100 ml reactor manufactured by Inconel 600 was filled with 2 g of granular catalyst having a size of 1.0 to 1.2 mm, and a predetermined amount of hydrogen peroxide (8 mL) was pulsed at a 90% concentration. Simultaneously with the introduction of high concentration hydrogen peroxide, the temperature of the liquid phase inside the reactor was measured 100 times per second. As a result, 2.3 seconds passed after the start of the reaction, and the maximum temperature reached 153.1 ° C.

상기의 고농도 과산화수소 분해 실험이 종료되어 반응기 내부의 온도와 압력이 초기 상태로 회복된 후에, 촉매를 그대로 반응기 내에 둔 상태로 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 반복해서 수행하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 15회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응 시작 후 2.6초가 경과하여 최고온도 164.0oC에 도달하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 35회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응시작 후 4.3초가 경과하여 최고온도 165.6oC에 도달하였다. After the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was completed and the temperature and pressure inside the reactor were recovered to the initial state, the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeatedly performed while keeping the catalyst in the reactor. After the high concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 15 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 2.6 seconds elapsed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 164.0 ° C. After the high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 35 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 4.3 seconds elapsed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 165.6 ° C.

실시 예 2. 망간-알루미늄-란타늄 기반 금속 촉매 조성물 제조Example 2. Preparation of manganese-aluminum-lanthanum based metal catalyst compositions

질산망간(6 수화물) 52.8g, 질산알루미늄(9 수화물) 72.0g, 질산란타늄(6 수화물) 23.8g을 증류수 300ml에 용해시켜서 금속전구체 용액을 제조한 후에 70℃로 가열하였다.52.8 g of manganese nitrate (hexahydrate), 72.0 g of aluminum nitrate (9 hydrate) and 23.8 g of lanthanum nitrate (hexahydrate) were dissolved in 300 ml of distilled water to prepare a metal precursor solution and then heated to 70 캜.

수산화암모늄 68mL를 증류수와 혼합하여 1L의 침전제 용액을 제조한 후에 70℃로 가열하였다. 둥근플라스크에 증류수 200ml를 넣고 임펠러를 장치한 다음, 70℃로 가열하였다. 금속 전구체 용액을 서서히 가하면서 용액의 온도가 70℃가 되도록 유지하고, 임펠러로 충분히 교반시키면서 pH가 7 내지 7.5가 되도록 충분한 양의 침전제 용액을 가한 후 1시간 동안 교반시켰다. 침전물을 여과한 후에 증류수로 3차례 이상 세척하였다. 상기 침전물을 건조 시킨 후 500℃, 공기분위기에서 4시간 이상 소성시켰다.68 mL of ammonium hydroxide was mixed with distilled water to prepare 1 L of precipitant solution and then heated to 70 캜. 200 ml of distilled water was placed in a round flask, the impeller was placed, and then heated to 70 ° C. While the metal precursor solution was gradually added thereto, the temperature of the solution was maintained at 70 DEG C, and a sufficient amount of the precipitant solution was added thereto so that the pH was 7 to 7.5 while stirring thoroughly with the impeller, followed by stirring for 1 hour. The precipitate was filtered and washed three more times with distilled water. The precipitate was dried and then calcined at 500 DEG C for 4 hours or more in an air atmosphere.

슈도보에마이트(pseudoboehmite) 27.8g를 증류수 56.8g과 혼합한 후 30분간 저어서 슈도보에마이트 용액을 제조하였다. 질산(60%) 1.17g을 증류수 14.2g에 혼합하여 질산 수용액을 제조하였다. 슈도보에마이트 용액과 질산 수용액을 혼합하고 충분히 저어서 무기 바인더 용액을 제조하였다. 가루 형태의 촉매 50g에 무기바인더 용액 10.3g, 및 메틸셀룰로오스 2.5g를 혼합하고 증류수 50g을 섞어서 반죽하였다. 이 반죽을 쌍축 압출기를 이용하여 직경 2mm의 펠렛 형태의 촉매를 제조하였다. 상기 펠렛 형태의 촉매를 건조시킨 후, 500℃에서 소성시켰다. 상기 펠렛 형태의 촉매를 분쇄하여 1.0~1.2mm 크기의 그래뉼 형태의 촉매를 제조하였다. 그 결과 얻어진 촉매의 조성은 산화물 형태로 얻어지며 각 성분의 조성비는 산화물환산으로 망간 61.4 중량%, 알루미늄 19.0 중량%, 및 란타늄 19.7 중량% 이었다.27.8 g of pseudoboehmite was mixed with 56.8 g of distilled water and stirred for 30 minutes to prepare a pseudobohemite solution. 1.17 g of nitric acid (60%) was mixed with 14.2 g of distilled water to prepare a nitric acid aqueous solution. Pseudo boehmite solution and nitric acid aqueous solution were mixed and sufficiently stirred to prepare an inorganic binder solution. 10.3 g of the inorganic binder solution and 2.5 g of methylcellulose were mixed with 50 g of the powdery catalyst, and 50 g of distilled water was mixed and kneaded. A pellet type catalyst having a diameter of 2 mm was prepared by using this twin screw extruder. The pellet-shaped catalyst was dried and then calcined at 500 ° C. The pellet type catalyst was pulverized to prepare a granule type catalyst having a size of 1.0 to 1.2 mm. The composition of the resulting catalyst was obtained in the form of an oxide, and the compositional ratio of each component was 61.4% by weight of manganese, 19.0% by weight of aluminum and 19.7% by weight of lanthanum in terms of oxides.

Inconel 600으로 제작된 부피 100ml 반응기에 1.0~1.2mm 크기의 그래뉼 형태의 촉매 2g을 채워 넣고 일정량의 90% 농도의 과산화수소 8mL를 펄스로 투입하였다. 고농도 과산화수소 투입과 동시에 반응기 내부의 액상의 온도를 초당 100회씩 측정한 결과, 반응 시작 후 2.1초가 경과하여 최고온도 152.5oC에 도달하였다. A volume of 100 ml reactor manufactured by Inconel 600 was filled with 2 g of a granular catalyst having a size of 1.0 to 1.2 mm and a predetermined amount of hydrogen peroxide (8 mL) was pulsed. Simultaneously with the introduction of high concentration hydrogen peroxide, the temperature of the liquid phase inside the reactor was measured 100 times per second. As a result, 2.1 seconds elapsed after the start of the reaction, and the maximum temperature reached 152.5 ° C.

상기의 고농도 과산화수소 분해 실험이 종료되어 반응기 내부의 온도와 압력이 초기 상태로 회복된 후에, 촉매를 그대로 반응기 내에 둔 상태로 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 반복해서 수행하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 15회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응 시작 후 4.3초가 경과하여 최고온도 127.6oC에 도달하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 35회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응시작 후 4.1초가 경과하여 최고온도 164.1oC에 도달하였다. After the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was completed and the temperature and pressure inside the reactor were recovered to the initial state, the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeatedly performed while keeping the catalyst in the reactor. After the high concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 15 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 4.3 seconds passed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 127.6 ° C. After the high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 35 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 4.1 seconds elapsed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 164.1 ° C.

실시 예3. 메탈폼 형태의 금속 촉매 조성물 제조Example 3. Preparation of Metal Catalyst Composition in Metal Foam Form

K-Mn 전구체, Mn 전구체, Pb, Ni, Cu, Ce, Bi, Pt 및 Ag 전구체를 증류수에 혼합하여 전구체 수용액을 제조하고, 그 성분들이 고르게 혼합될 수 있도록 스터링(stirring)하였다.A precursor aqueous solution was prepared by mixing K-Mn precursor, Mn precursor, Pb, Ni, Cu, Ce, Bi, Pt and Ag precursors in distilled water and stirring the components so that they could be mixed evenly.

이후, 메탈폼을 상기 전구체 수용액에 침지시켜, 상기 메탈폼 표면에 상기 전구체 수용액을 코팅시켰다. 상기 메탈폼은 복수의 셀을 포함하고, 상기 셀은 800㎛ 내지 3000㎛ 이하의 크기를 가진다. Thereafter, the metal foam was immersed in the precursor aqueous solution, and the surface of the metal foam was coated with the precursor aqueous solution. The metal foam includes a plurality of cells, and the cells have a size of 800 mu m to 3000 mu m or less.

상기 전구체 수용액이 코팅된 메탈폼을 110℃의 온도에서, 12시간 동안 건조 시켰다.The metal foam coated with the precursor aqueous solution was dried at a temperature of 110 DEG C for 12 hours.

상기 메탈폼을 상기 전구체 수용액에 침지시킨 후 건조시키는 과정을 복수 횟수로 실시하였다. The process of immersing the metal foam in the precursor aqueous solution and drying the metal foam was performed a plurality of times.

이후, 상기 메탈폼을 600℃의 온도에서 4시간 동안 소성시켰다.Thereafter, the metal foams were fired at a temperature of 600 DEG C for 4 hours.

Inconel 600으로 제작된 부피 100ml 반응기에 메쉬간격이 800 내지 3,000μm인 메탈폼 형태의 촉매 8g(촉매 활성물질 2g 담지)을 채워 넣고 일정량의 90% 농도의 과산화수소 8mL를 펄스로 투입하였다. 고농도 과산화수소 투입과 동시에 반응기 내부의 액상의 온도를 초당 100회씩 측정한 결과, 반응 시작 후 1.9초가 경과하여 최고온도 165.0oC에 도달하였다. In a 100 ml volume reactor made of Inconel 600, 8 g of a catalyst in the form of a metal foil having a mesh interval of 800 to 3,000 m (8 g of catalyst active material supported) was charged and a predetermined amount of hydrogen peroxide (8 ml) was injected with a pulse. Simultaneously with the introduction of high concentration of hydrogen peroxide, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured 100 times per second. As a result, 1.9 seconds elapsed after the start of the reaction, and the maximum temperature reached 165.0 ° C.

상기의 고농도 과산화수소 분해 실험이 종료되어 반응기 내부의 온도와 압력이 초기 상태로 회복된 후에, 촉매를 그대로 반응기 내에 둔 상태로 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 반복해서 수행하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 15회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응 시작 후 2.6초가 경과하여 최고온도 168.1oC에 도달하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 35회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응시작 후 3.9초가 경과하여 최고온도 169.4oC에 도달하였다. After the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was completed and the temperature and pressure inside the reactor were recovered to the initial state, the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeatedly performed while keeping the catalyst in the reactor. After the high concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 15 times, the temperature of the liquid phase inside the reactor was measured. As a result, 2.6 seconds elapsed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 168.1 ° C. After the high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 35 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 3.9 seconds elapsed after the start of the reaction, and the maximum temperature reached 169.4 ° C.

비교 예Comparative Example

질산망간(6 수화물) 52.8g과 질산알루미늄(9 수화물) 72.0g을 증류수 300ml에 용해시켜서 금속전구체 용액을 제조한 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일한 방법으로 그래뉼 형태의 촉매를 제조하였다. 그 결과 얻어진 촉매의 조성은 산화물 형태로 얻어지며 각 성분의 조성비는 산화물환산으로 망간 76.4 중량%, 알루미늄 23.6 중량% 이었다.A granular catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that 52.8 g of manganese nitrate (hexahydrate) and 72.0 g of aluminum nitrate (9 hydrate) were dissolved in 300 ml of distilled water to prepare a metal precursor solution. The composition of the resulting catalyst was obtained in the form of an oxide, and the compositional ratio of each component was 76.4% by weight of manganese and 23.6% by weight of aluminum in terms of oxides.

Inconel 600으로 제작된 부피 100ml 반응기에 1.0~1.2mm 크기의 그래뉼 형태의 촉매 2g을 채워 넣고 일정량의 90% 농도의 과산화수소 8mL를 펄스로 투입하였다. 고농도 과산화수소 투입과 동시에 반응기 내부의 액상의 온도를 초당 100회씩 측정한 결과, 반응 시작 후 2.2초가 경과하여 최고온도 147.5oC에 도달하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험이 종료되어 반응기 내부의 온도와 압력이 초기 상태로 회복된 후에, 촉매를 그대로 반응기 내에 둔 상태로 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 반복해서 수행하였다. 상기의 고농도 과산화수소 분해 실험을 15회 반복 수행한 후에 반응기 내부의 액상의 온도를 측정한 결과, 반응 시작 후 340초가 경과하여 최고온도 63.1oC에 도달하였고 이후로는 더 이상 반응이 진행되지 않아 촉매의 활성과 수명이 급속히 저하되었다. A volume of 100 ml reactor manufactured by Inconel 600 was filled with 2 g of a granular catalyst having a size of 1.0 to 1.2 mm and a predetermined amount of hydrogen peroxide (8 mL) was pulsed. Simultaneously with the introduction of high concentration of hydrogen peroxide, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured 100 times per second. As a result, 2.2 seconds elapsed after the start of the reaction, the maximum temperature reached 147.5 ° C. After the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was completed and the temperature and pressure inside the reactor were recovered to the initial state, the above-mentioned high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeatedly performed while keeping the catalyst in the reactor. After the high-concentration hydrogen peroxide decomposition experiment was repeated 15 times, the temperature of the liquid phase in the reactor was measured. As a result, 340 seconds elapsed after the start of the reaction and the maximum temperature reached 63.1 ° C, The activity and lifespan of the cells rapidly decreased.

본 발명의 실시 예 1 내지 3 및 비교 예에 따른 고농도 과산화수소 분해반응의 액상 최고온도(Tmax) 및 액상 최고온도에 도달하는 시간(tmax)을 하기 표 3, 표 4, 도 2 및 도 3에 정리하였다.The maximum liquid temperature (T max ) and the time (t max ) for reaching the maximum liquid temperature in the high concentration hydrogen peroxide decomposition reaction according to Examples 1 to 3 and Comparative Example of the present invention are shown in Tables 3, 4, 2 and 3 Respectively.

구분division 촉매 조성
(중량%)
Catalyst composition
(weight%)
촉매 형태
및 크기
Catalyst type
And size
과산화수소의 반복 주입 횟수별 분해시 최고 온도(oC)Maximum temperature ( o C) at decomposition by number of repeated injections of hydrogen peroxide
1회1 time 15회15 times 35회35 times 실시 예 1Example 1 Mn : La : Al
(55.8:17.9:26.3)
Mn: La: Al
(55.8: 17.9: 26.3)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
153.1153.1 164.0164.0 165.6165.6
실시 예 2Example 2 Mn : La : Al
(61.4:19.7:19.0)
Mn: La: Al
(61.4: 19.7: 19.0)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
152.5152.5 127.6127.6 164.1164.1
실시 예 3Example 3 Mn : K : Pb
(60.0:20.0:20.0)
Mn: K: Pb
(60.0: 20.0: 20.0)
메탈폼형 (간격 800~3,000μm)Metal foam type (interval: 800 ~ 3,000μm) 165.0165.0 168.1168.1 169.4169.4
비교 예Comparative Example Mn : Al
(76.4:23.6)
Mn: Al
(76.4: 23.6)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
147.5147.5 63.163.1 반응 안됨Not responded

구분division 촉매 조성
(중량%)
Catalyst composition
(weight%)
촉매 형태
및 크기
Catalyst type
And size
과산화수소의 반복 주입 횟수별 분해시 최고 온도에 도달하는 소요시간(초)Time required to reach the maximum temperature in the decomposition by the number of repeated injections of hydrogen peroxide (seconds)
1회1 time 15회15 times 35회35 times 실시 예 1Example 1 Mn : La : Al
(55.8:17.9:26.3)
Mn: La: Al
(55.8: 17.9: 26.3)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
2.32.3 2.62.6 4.34.3
실시 예 2Example 2 Mn : La : Al
(61.4:19.7:19.0)
Mn: La: Al
(61.4: 19.7: 19.0)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
2.12.1 4.34.3 4.14.1
실시 예 3Example 3 Mn : K : Pb
(60.0:20.0:20.0)
Mn: K: Pb
(60.0: 20.0: 20.0)
메탈폼형 (간격 800~3,000μm)Metal foam type (interval: 800 ~ 3,000μm) 1.91.9 2.62.6 3.93.9
비교 예Comparative Example Mn : Al
(76.4:23.6)
Mn: Al
(76.4: 23.6)
그래뉼형
(직경~1mm)
Granule type
(Diameter ~ 1 mm)
2.22.2 340340 반응 안됨Not responded

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.In addition, the above detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (8)

망간 화합물, 알루미늄 화합물 및 란타늄 전구체를 소정 용매에 용해시켜 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물로부터 분말 형태의 촉매를 침전시키고, 침전된 분말 형태의 촉매를 건조시키는 단계;
상기 분말 형태의 촉매를 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계;
상기 분말 형태의 촉매에 바인더 용액 및 메틸셀룰로오스를 혼합하고, 소정 형태로 성형하여 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 성형체를 400 내지 800℃의 온도에서 소성시키는 단계를 포함하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
Preparing a mixture by dissolving a manganese compound, an aluminum compound, and a lanthanum precursor in a predetermined solvent;
Precipitating a catalyst in powder form from the mixture and drying the catalyst in the form of a precipitated powder;
Calcining the powdery catalyst at a temperature of 400 to 800 캜;
Mixing a binder solution and methylcellulose in the powdery catalyst, and molding the mixture into a predetermined shape to produce a molded body; And
And firing the molded body at a temperature of 400 to 800 ° C.
제1항에 있어서,
상기 성형체를 제조하는 단계에서,
상기 바인더 용액은 슈도보에마이트 용액 및 질산 수용액의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
상기 분말 형태의 촉매의 질량 대비 상기 슈도보에마이트의 질량비는 0.05 내지 0.2인 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step of producing the molded body,
Wherein the binder solution is a mixture of a pseudoboehmite solution and an aqueous nitric acid solution,
Wherein the weight ratio of the shudo bohemite to the mass of the catalyst in powder form is 0.05 to 0.2.
제2항에 있어서,
상기 성형체를 제조하는 단계에서,
상기 분말 형태의 촉매의 질량 대비 상기 메틸셀룰로오스의 질량비는 0.01 내지 0.1인 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
3. The method of claim 2,
In the step of producing the molded body,
Wherein the mass ratio of the methyl cellulose to the mass of the catalyst in powder form is 0.01 to 0.1.
금속 촉매 조성물에 있어서,
상기 조성물은,
망간 산화물, 란타늄 산화물, 알루미늄 산화물로 이루어지고,
상기 조성물에 포함된 알루미늄의 질량 대비 망간의 질량비(Mn/Al)는 0.5 내지 4.5인 것을 특징으로 하고,
상기 조성물에 포함된 망간, 란타늄, 알루미늄의 총 질량 대비 란타늄의 질량비(La/(Mn+La+Al))는 0.05 내지 0.30인 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물.
In the metal catalyst composition,
The composition may comprise,
Manganese oxide, lanthanum oxide, and aluminum oxide,
Wherein the mass ratio of manganese (Mn / Al) to the mass of aluminum contained in the composition is 0.5 to 4.5,
Wherein the mass ratio (La / (Mn + La + Al)) of lanthanum to the total mass of manganese, lanthanum and aluminum contained in the composition is 0.05 to 0.30.
K-Mn 전구체, Mn 전구체, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, Pt 및 Ag 전구체 중 적어도 하나를 소정 용매에 혼합하여 전구체 수용액을 제조하는 단계;
소정 형태의 메탈폼 표면에 상기 전구체 수용액을 코팅하는 단계;
상기 전구체 수용액이 코팅된 상기 메탈폼을 100 내지 120℃의 온도에서 10 내지 14시간 동안 건조시키는 단계; 및
상기 메탈폼을 소성시키는 단계를 포함하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
Preparing a precursor aqueous solution by mixing at least one of a K-Mn precursor, a Mn precursor, Pb, Ni, Cu, Ce Bi, Pt, and Ag precursors in a predetermined solvent;
Coating the precursor aqueous solution on a surface of a metal foam of a predetermined type;
Drying the metal foam coated with the precursor aqueous solution at a temperature of 100 to 120 DEG C for 10 to 14 hours; And
And calcining the metal foam. The method for producing a metal catalyst composition for decomposing hydrogen peroxide according to claim 1,
제5항에 있어서,
상기 전구체 수용액을 제조하는 단계는,
Al2O3및 Fe2O3중 적어도 하나가 더 혼합되는 것을 특징으로 하고,
상기 전구체 수용액에 용해된 전구체는 아세테이트, 설페이트, 나이트레이트 및 클로라이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of preparing the precursor aqueous solution comprises:
At least one of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is further mixed,
Wherein the precursor dissolved in the precursor aqueous solution is one of acetate, sulfate, nitrate, and chloride.
제6항에 있어서,
상기 메탈폼은 Ni-Fe-Cr 또는 Ni-Cr-Al 계열의 합금인 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the metal foam is an Ni-Fe-Cr or Ni-Cr-Al alloy.
제7항에 있어서, 상기 소성시키는 단계는,
상기 메탈폼에 질소, 공기 및 산소 중 적어도 하나를 접촉시킨 상태에서 600 내지900 ℃의 온도로 3 내지 5시간 소성시키는 것을 특징으로 하는 고농도 과산화수소 분해용 금속 촉매 조성물의 제조방법.
8. The method according to claim 7,
And calcining the metal foam at a temperature of 600 to 900 ° C for 3 to 5 hours in a state where at least one of nitrogen, air and oxygen is in contact with the metal foam.
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