KR20190026787A

KR20190026787A - 포름알데히드 및 휘발성 유기 화합물의 제거를 위한 산화망가니즈 기재 촉매 및 촉매 장치

Info

Publication number: KR20190026787A
Application number: KR1020197002487A
Authority: KR
Inventors: 다비드 바인베르거; 볼프강 뤼팅거; 파스칼린 트란; 라이프 알덴; 팅 구; 펭 자오; 안주 쉬; 닐스 로렌츠; 루카스 벤겔러
Original assignee: 바스프 코포레이션
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-03-13
Also published as: KR102383445B1; US20190232254A1; US20200171464A1; EP3695901A1; SG11201810949WA; JP7173871B2; TWI799379B; JP2019525831A; CN111266137B; MX2018016302A; TW201808446A; EP3478407A4; US11583832B2; US11203009B2; CN111266137A; EP3478407A1; CN109475842A; WO2018005052A1

Abstract

공기 유동물 스트림으로부터의 포름알데히드, 휘발성 유기 화합물, 및 다른 오염 물질을 제거하기 위한 촉매 조성물, 촉매 장치, 및 방법이 본원에 개시된다. 촉매 조성물은 산화망가니즈, 임의로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 결합제, 무기 산화물, 또는 탄소 중 하나 이상을 포함한다.

Description

포름알데히드 및 휘발성 유기 화합물의 제거를 위한 산화망가니즈 기재 촉매 및 촉매 장치

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2016년 6월 30일 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/357,007 및 2017년 5월 22일 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/509,633을 우선권 주장하며, 이들은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.

기술 분야

본 개시내용은 공기 정화를 위한 조성물, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 개시내용은 산화망가니즈 기재 촉매 조성물, 촉매 장치, 그의 제조 방법, 및 공기 공급으로부터의 포름알데히드 및 휘발성 유기 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다.

다양한 대기 오염 물질의 수준이 계속 증가함에 따라 대기 오염은 점점 더 중요해지는 문제이다. 우려되는 하나의 주요 오염 물질은 포름알데히드 (HCOH)이다. 이는 폭넓게 사용되는 건축 및 장식 재료로부터 방출되는 주요 실내 오염 물질로서 간주된다. 포름알데히드에 대한 장기간 노출은 암을 유발하는 것으로 고려된다.

상하이, 항저우, 쑤저우, 난징, 우한, 충칭, 및 청두를 포함한 중국의 여러 도시는 2011년에 중국 환경 과학 기관의 실내 환경 및 보건 지소에 의해 그 안에 존재하는 포름알데히드 농도에 대하여 검사되었다. 국가 표준은 0.1 mg/m³의 포름알데히드 농도 제한을 설정함에도 불구하고, 검사된 도시는 각각 국가 제한보다 현저히 더 높은 포름알데히드 농도 수준을 가졌다. 그 수준은 국가 표준보다 15% 내지 40% 더 높은 범위였다.

포름알데히드 및 다른 휘발성 유기 화합물 (VOC)로부터의 오염을 효과적으로 처리할 수 있는 장치, 방법, 및 조성물에 대한 필요성이 계속 존재한다. 이들 장치, 방법, 및 조성물은 장기간 성능, 효율적인 제조 작업, 및 감소된 생산 비용을 나타내야 한다.

포름알데히드 및 휘발성 유기 화합물로 오염된 공기 공급의 정화를 위한 조성물, 장치, 및 방법이 본원에 개시된다. 또한, 촉매 조성물를 제조하는 방법 및 촉매 장치가 본원에 개시된다.

일부 실시양태에서, 본 발명은 산화망가니즈를 포함하는 촉매 조성물에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 촉매 조성물 중의 산화망가니즈는 크립토멜란, 버네사이트, 버나다이트, 산화망가니즈 다형체 I, 저결정질 크립토멜란, 파이롤루사이트, 엔수타이트, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하며, 여기서 산화망가니즈는 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타낸다:

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하며, 여기서 산화망가니즈는 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내고;

여기서 다른 피크는 20% 미만의 상대 강도로 존재할 수 있다.

다른 실시양태에서, 촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하며, 여기서 산화망가니즈는 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타낸다:

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 무기 산화물, 결합제, 활성탄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 압출물의 형태일 수 있다. 다른 실시양태에서, 촉매 조성물은 고체 기판 상에 배치된 코팅 층의 형태일 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.0 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g 또는 약 0.5 mL/g 내지 약 0.75 mL/g 범위의 기공 부피를 가지며 다공성일 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명은 공기 공급의 정화를 위한 촉매 장치에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 장치는 촉매 또는 촉매 흡착제를 포함한다. 촉매 장치는 하우징 및 하우징 내에 배치된 촉매 조성물을 포함할 수 있다. 촉매 장치 내의 촉매 조성물은 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것일 수 있다. 촉매 장치는 정화되지 않은 공기를 하우징의 내부로 수용하도록 구성된 유입구 포트 및 하우징으로부터 정화된 공기를 전달하도록 구성된 유출구 포트를 추가로 포함할 수 있다. 촉매 장치는 정화되지 않은 공기를 촉매 조성물과 접촉시켜, 정화되지 않은 공기 중에 존재하는 포름알데히드 및/또는 휘발성 유기 화합물이 촉매 조성물과의 접촉 시 제거되도록 구성될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명은 압출된 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다. 압출된 촉매를 제조하는 방법은, 산화망가니즈, 물, 및 임의로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 무기 산화물 (예컨대 희토류 산화물), 결합제, 활성탄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 혼합하여, 압출가능 페이스트를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 페이스트를 압출시켜 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 기판 상에 배치된 촉매 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 기판 상에 배치된 촉매 조성물를 제조하는 방법은, 망가니즈 및 임의로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 무기 산화물, 결합제, 활성탄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 물 중에 분산시켜 촉매 조성물 슬러리를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 촉매 조성물을 기판 상에 코팅하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 기판 상에 배치된 촉매 조성물은 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것일 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명은, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림을 본 발명에 따른 촉매 조성물과 접촉시켜 정화된 공기 유동물 스트림을 생성하는 것에 의한 공기 유동물 스트림의 정화 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 촉매 조성물, 촉매 장치, 및 공기 스트림의 정화 방법은 모두, 정화되지 않은 공기 공급으로부터의 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상을 제거하도록 구성될 수 있다.

본원에 사용되는 바와 같은, 용어 "스트림" 또는 "유동물"은 고체 (예를 들어, 미립자), 액체 (예를 들어, 증기), 및/또는 기체상 혼합물을 함유할 수 있는 임의의 유동하는 기체를 광범위하게 지칭한다.

용어 "정화되지 않은 공기" 또는 "정화되지 않은 공기 스트림"은, 하나 이상의 오염 물질을 유해성인 것으로 인지되는 또는 인간 건강에 악영향을 주는 것으로 고려되는 (단기간 및/또는 장기간 효과 포함) 수준 이상의 농도 또는 함량으로 함유하는 임의의 스트림을 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서는, 미국 직업 안전 건강 관리청(Occupational Safety & Health Administration)에 의해 기재된 "한계 수준" 표준에 따른 8시간 시간 가중 평균 농도로서 계산 시 공기 스트림 백만부당 0.5 부 초과의 포름알데히드 농도로 포름알데히드를 함유하는 스트림이 정화되지 않은 공기 스트림이다. 일부 실시양태에서는, 중국 국가 표준에 따른 8시간 시간 가중 평균 농도로서 계산 시 공기 스트림 백만부당 0.08 부 초과의 포름알데히드 농도로 포름알데히드를 함유하는 스트림이 정화되지 않은 공기 스트림이다. 정화되지 않은 공기는, 포름알데히드, 오존, 일산화탄소 (CO), 휘발성 유기 화합물 (VOC), 메틸 브로마이드, 물, 아민, 및 질소 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

용어 "VOC"는 실온에서 상승된 증기압을 갖는 유기 화학 분자를 지칭한다. 이러한 화학 물질은 저비점을 갖고, 다수의 분자가 실온에서 증발되고/거나 승화됨으로써, 액체 또는 고체 상이 기체 상으로 전이된다. 통상적인 VOC는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 스티렌, 프로판, 헥산, 시클로헥산, 리모넨, 피넨, 아세트알데히드, 헥스알데히드, 에틸 아세테이트, 부탄올 등을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

용어 "정화된 공기" 또는 "정화된 공기 스트림"은, 정화되지 않은 공기 스트림 중의 하나 이상의 오염 물질의 농도 또는 함량보다 낮은 농도 또는 함량으로 하나 이상의 오염 물질을 함유하는 임의의 스트림을 지칭한다.

용어 "기판"은, 촉매가 그 위에 또는 그 안에 배치되는 물질 (예를 들어, 금속, 반-금속, 반-금속 산화물, 금속 산화물, 중합체, 세라믹)을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 기판은 복수의 촉매 입자를 함유하는 워시코트를 갖는 고체 표면의 형태일 수 있다. 워시코트는, 특정된 고체 함량 (예를 들어, 30 내지 50 중량%)의 촉매 입자를 함유하는 슬러리를 제조하고, 이어서 이를 기판 상에 코팅하고 건조시켜 워시코트 층을 제공함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 다공성일 수 있고, 워시코트는 기공 외부 및/또는 내부에 침착될 수 있다.

용어 "질소 산화물"은, 질소함유 산화물, 이산화질소, 아산화질소, 니트로실라지드, 오자테트라졸, 삼산화이질소, 사산화이질소, 오산화이질소, 트리니트라미드, 니트라이트, 니트레이트, 니트로늄, 니트로소늄, 퍼옥소니트라이트, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는 질소 및 산소를 함유하는 화합물을 지칭한다.

용어 "황 화합물"은, 황 산화물 (일산화황, 이산화황, 삼산화황, 일산화이황, 이산화이황), 황화수소, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는 황을 함유하는 화합물을 지칭한다.

용어 "산화망가니즈 다형체 I"는, 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 반-결정질 상의 산화망가니즈를 지칭한다. 45 kV 및 40 mA의 발생기 셋팅으로 Cu_kα 방사선을 분석에 사용하였다.

본 개시내용의 상기 및 다른 특징, 이들의 성질, 및 다양한 이점은, 첨부된 도면과 함께, 하기 상세한 설명을 고려할 때 보다 명백해질 것이며, 도면에서
도 1a는 크립토멜란 산화망가니즈에 대한 x선 회절 패턴을 도시하고;
도 1b는 산화망가니즈 다형체 I에 대한 x선 회절 패턴을 도시하고;
도 1c는 저결정질 크립토멜란에 대한 x선 회절 패턴을 도시하고;
도 2는 하나의 실시양태에 따른 촉매 조성물을 제조하는 예시적 공정을 도시하고;
도 3은 하나의 실시양태에 따른 촉매 조성물을 제조하는 예시적 공정을 도시하고;
도 4는 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 단일 통과 시험 개략도를 도시하고;
도 5는 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 시스템 시험 개략도를 도시하고;
도 6은 본원에 개시된 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 예시적 제어 공정을 도시하고;
도 7은 본원에 개시된 하나의 실시양태에 따른 예시적 시험 장치를 도시하고;
도 8은 실시예 1 내지 13에 기재된 다양한 촉매 조성물에 대한 포름알데히드 및 톨루엔 전환을 도시하는 플롯이고;
도 9는 실시예 14 내지 16에 기재된 다양한 촉매 조성물에 대한 포름알데히드 전환을 도시하는 플롯이고;
도 10은 실시예 24 내지 27에 기재된 다양한 촉매 조성물에 대한 포름알데히드 전환을 도시하는 플롯이다.

본 개시내용은, 주변 공기로부터의 오염물을 전환시키고/거나 제거함으로써 주변 공기의 유동물을 처리하기 위한 촉매 조성물, 촉매 장치, 그의 제조 방법, 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 오염물은 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 중의 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 아산화질소, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 오염물은 산소, 이산화탄소 및 수증기와 같은 덜 해로운 화합물로 전환될 수 있다. 촉매 조성물은 산화망가니즈를 기재로 할 수 있고, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 무기 산화물, 결합제, 활성탄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 촉매 조성물은 복수의 압출된 입자의 형태일 수 있거나 코팅 층으로서 기판 상에 배치될 수 있다. 촉매 조성물은 하우징 내에 배치되어 촉매 장치를 형성할 수 있고, 이는 유입구 및 유출구 포트를 추가로 포함할 수 있고, 이에 따라 정화되지 않은 공기가 유입구 포트를 통해 촉매 장치로 도입되고, 정화되지 않은 공기가 하우징 내의 촉매 조성물과 접촉함으로써 정화된 공기 스트림을 형성하고, 이는 유출구 포트를 통해 촉매 장치로부터 배출될 수 있다. 정화된 공기는 감소된 수준의 오염물을 함유할 수 있다.

촉매 조성물 실시양태

일부 실시양태에서, 본 발명은 산화망가니즈를 포함하며, 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하는 촉매 조성물에 관한 것일 수 있다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다. 본원에서 언급되는 바와 같은 BET 표면적은 흡착물로서 N₂를 사용하여 측정된다. 표면적은, 샘플을 180℃에서 3.3 Pa (25 mTorr)의 압력으로 탈기시킨 후 안커스미트 쿠안타크롬 오토소르브(Ankersmit Quantachrome Autosorb)-6 장치 상에서 측정된다.

촉매 조성물 중의 산화망가니즈는 크립토멜란, 버네사이트, 버나다이트, 산화망가니즈 다형체 I, 파이롤루사이트, 엔수타이트, 저결정질 크립토멜란, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 촉매 조성물 중의 산화망가니즈는 100% 결정질, 100% 무정형, 또는 부분 결정질 및 부분 무정형일 수 있다. X선 회절 (XRD) 기술을 이용하여 촉매 조성물 중의 산화망가니즈의 결정도를 측정한다. 촉매 조성물은, XRD 프로파일에서 피크가 부재하는 경우에 완전히 무정형인 것으로 간주될 수 있다. 대안적으로, 촉매 조성물은, 그의 XRD 프로파일에서 일부 피크가 관찰되는 경우에 적어도 부분 결정질인 것으로 간주될 수 있다. 산화망가니즈의 각각의 유형은 상응하는 XRD 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 크립토멜란 산화망가니즈는 도 1a에 예시된 XRD 패턴을 나타낼 수 있고; 산화망가니즈 다형체 I은 도 1b에 예시된 XRD 패턴을 나타낼 수 있고; 저결정질 크립토멜란 산화망가니즈는 도 1c에 예시된 XRD 패턴을 나타낼 수 있다.

산화망가니즈 다형체 I이 촉매 조성물 중에 존재하는 경우, 일부 실시양태에서, 산화망가니즈는 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 갖는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 패턴을 나타낼 수 있다:

다른 실시양태에서, 산화망가니즈 다형체 I이 촉매 조성물 중에 존재하는 경우, 산화망가니즈는 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 갖는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 패턴을 나타낼 수 있다:

또한 다른 실시양태에서, 산화망가니즈 다형체 I이 촉매 조성물 중에 존재하는 경우, 산화망가니즈는 하기 °2θ 피크 및 강도를 갖는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 패턴을 나타낼 수 있고:

여기서 추가의 피크가 존재하는 경우, 추가의 피크의 상대 강도는 20% 미만이다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물 중의 산화망가니즈는 (이것이 존재하는 형태에 상관없이) 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 5 wt% 내지 약 100 wt%, 약 10 wt% 내지 약 90 wt%, 또는 약 15 wt% 내지 약 75 wt%, 약 40 wt% 내지 약 90 wt%, 또는 약 45 wt% 내지 약 75 wt% 범위의 양으로 존재할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 결합제를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 결합제는 알루미나를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 결합제는 중합체성 결합제를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 결합제는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 알루미늄 파일로실리케이트 점토, 예컨대 벤토나이트, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 낮은 유리 전이 온도를 갖는 결합제는 더 가요성인 또는 덜 취성인 촉매 조성물을 제공할 수 있고, 이것이 바람직할 수 있다. 일부 실시양태에서, 선택된 결합제는, 10 중량% 결합제 (촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 함)로, 결합제가 없는 촉매 조성물의 활성에 비해 70%의 촉매 조성물의 활성을 가능하게 하는 것일 수 있다.

추가의 적합한 결합제의 예는, 알루미나 졸, 뵈마이트, 실리카 졸, 티타니아 졸, 지르코늄 아세테이트, 및 콜로이드 세리아 졸을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 중합체성 결합제의 예는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염소화된 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알콜, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥시드), 폴리(페닐렌 술피드), 플루오린화 중합체, 예컨대 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드) 및 클로로/플루오로 공중합체, 예컨대 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체 라텍스 및 실리콘 중합체를 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물 중의 결합제는 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 60 wt% 이하, 약 50 wt% 이하, 또는 약 40 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 무기 산화물을 추가로 포함할 수 있다. 무기 산화물은 세리아, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 알루미나, 철, 란타넘, 프라세오디뮴, 사마륨, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 산화물은 세리아일 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 산화물은 지르코니아일 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 산화물은 실리카일 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물 중의 무기 산화물은 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 60 wt% 이하, 약 50 wt% 이하, 약 40 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 산화물은 희토류 산화물을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상은 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 10 wt% 이하, 약 5 wt% 이하, 또는 약 2 wt% 이하의 양으로 촉매 조성물 중에 존재할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 복수의 별개의 압출된 입자 형태일 수 있다. 복수의 압출된 입자는 다양한 형상, 예컨대 펠릿, 비드, 압출물, 고리, 구체, 실린더, 삼엽형, 및 사엽형 형상의 단편을 가질 수 있다. 복수의 압출된 입자는 크기가 다양할 수 있고, 예를 들어, 입자는 약 1 밀리미터 내지 약 15 밀리미터 범위의 평균 직경을 가질 수 있다.

다른 실시양태에서, 촉매 조성물은 고체 기판 상에 배치됨으로써, 촉매 시스템을 형성할 수 있다. 기판 상의 촉매 조성물의 로딩은 약 0.5 g/in³ 내지 약 4 g/in³ 범위일 수 있다. 예를 들어, 촉매 조성물은 고체 기판 상에 코팅될 수 있고, 고체 기판 상의 촉매 물질의 단일 코트 또는 고체 기판 상의 촉매 물질의 복수의 층을 형성할 수 있다. 촉매 물질의 복수의 층이 고체 기판 상에 코팅되는 경우, 층은 그의 조성이 다양할 수 있거나 또는 대안적으로 모든 촉매 층이 동일한 조성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 고체 기판은 중합체 기판, 세라믹 기판, 금속성 기판, 발포체 기판, 종이 기판, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 기판은 부직 필터, 종이 필터, 세라믹 필터, 또는 섬유상 필터일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 금속성 발포체 기판, 세라믹 발포체 기판, 또는 중합체 발포체 기판일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 금속성 모놀리식 기판, 세라믹 모놀리식 기판, 종이 모놀리식 기판, 중합체 모놀리식 기판, 또는 세라믹 섬유 모놀리식 기판일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 HVAC 덕트, 공기 필터, 또는 루버 표면일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 휴대용 공기 필터, 또는 자동차, 철도 차량, 선박, 항공기, 및 우주선으로 이루어진 군으로부터 선택된 차량 내에 배치된 필터일 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 모두 부재할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 흡착제, 예컨대 탄소, 함침된 (처리된) 탄소, 금속 유기 골격 (MOF), 제올라이트, 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 활성탄을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 흡착제는, 특정 오염물에 대한 흡착제의 친화도를 증가시킬 최적 파라미터, 예컨대 BET 표면적, 기공 부피, 벌크 밀도, 질량, 부피, 및 직경을 가질 수 있다.

일부 실시양태에서, 흡착제는 분말, 펠릿, 압출물, 과립, 또는 독립형 필름 형태의 MOF를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, MOF는 MOF 입자의 형태이다. 일부 실시양태에서, 흡착제 물질은 YO₂ 및 X₂O₃ (여기서, Y는 4가 원소이고, X는 3가 원소임)으로 구성된 골격 구조를 갖는 제올라이트 물질이다. 하나의 실시양태에서, Y는 Si, Sn, Ti, Zr, Ge, 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 실시양태에서, Y는 Si, Ti, Zr, 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 실시양태에서, Y는 Si 및/또는 Sn이다. 하나의 실시양태에서, Y는 Si이다. 하나의 실시양태에서, X는 Al, B, In, Ga, 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 실시양태에서, X는 Al, B, In, 및 이들 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나의 실시양태에서, X는 Al 및/또는 B이다. 하나의 실시양태에서, X는 Al이다. 특정 실시양태에서, 제올라이트는 입자, 펠릿, 압출물, 과립, 분말, 또는 독립형 필름의 형태이다. 특정 실시양태에서, 제올라이트는 제올라이트 입자의 형태이다.

특정 실시양태에서, 흡착제는 활성화될 수 있다. 활성화는, 흡착제를 흡착제 물질을 활성화시키기에 충분한 시간 동안 주변 온도, 진공, 불활성 기체 유동, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는 다양한 조건에 적용하는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 정화되지 않은 공기 공급으로부터의 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상을 제거하도록 구성된다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 다공성이고, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.0 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 약 0.5 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 또는 약 0.5 mL/g 내지 약 0.75 mL/g 범위의 기공 부피를 가질 수 있다. 본원에서 논의되는 바와 같은, 기공 부피는, 예를 들어, BJH (바렛, 조이너 및 할렌다(Barrett, Joyner and Halenda)) 방법을 사용하는 질소 다공도측정법에 의해, 또는 수은 압입 다공도측정법에 의해 측정된 평균 기공 부피를 지칭할 수 있다. 본 개시내용에서, 평균 기공 부피는 달리 특정되지 않는 한 BJH 방법을 사용하여 측정된다.

일부 실시양태에서, 촉매 조성물은 하기 중 하나: 산화망가니즈만으로, 산화망가니즈 및 결합제만으로, 산화망가니즈 및 무기 산화물만으로, 또는 산화망가니즈와 결합제 및 활성탄만으로 본질적으로 이루어지고, 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g의 BET 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다.

일부 실시양태에서, 상기 촉매 조성물 중 임의의 것은 임의로 추가로, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상으로 본질적으로 이루어질 수 있다.

촉매 장치 실시양태

일부 실시양태에서, 촉매 장치는 하우징 및 하우징 내에 배치된 촉매 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서 촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하고, 여기서 촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함한다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다. 하우징 내에 배치된 촉매 조성물은 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 촉매 장치는 하우징 및 하우징 내에 배치된 촉매 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서 촉매 조성물은 산화망가니즈, 결합제, 및 활성탄을 포함한다.

촉매 장치는 정화되지 않은 공기를 하우징의 내부로 수용하도록 구성된 유입구 포트 및 하우징으로부터 정화된 공기를 전달하도록 구성된 유출구 포트를 추가로 포함할 수 있다. 촉매 장치는 정화되지 않은 공기를 하우징 내에 배치된 촉매 조성물과 접촉시키도록 구성될 수 있다.

촉매 조성물은, 복수의 압출된 입자로서이든, 촉매 조성물이 고체 기판 상에 코팅되어 있는 촉매 시스템의 부분으로서이든, 촉매 장치의 하우징 내에 배열되고, 이에 따라 공기 유동물이 공기 촉매 장치 내로 도입될 때, 촉매 입자 또는 촉매 코팅 층이 공기 유동물과 접촉하고 포름알데히드를 제거하거나 공기 유동물 중의 포름알데히드를 이산화탄소 및 물로 전환시킨다. 특정 실시양태에서, 공기 유동물 중의 다른 오염 물질 및/또는 오염물은 촉매 입자(들) 또는 촉매 층(들)과의 접촉 시 제거되거나 무해한 또는 덜 해로운 화학 종으로 전환될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명은, 오염물, 예컨대 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물로부터 공기 공급의 정화를 위한 촉매 장치에 관한 것이다. 촉매 장치로 도입되는 정화되지 않은 공기 스트림 중의 포름알데히드 함량은 약 1 ppb 내지 약 50 ppm 범위일 수 있다. 촉매 장치로 도입되는 정화되지 않은 공기 스트림 중의 오존 함량은 약 1 ppb 내지 약 2 ppm 범위일 수 있다. 촉매 장치로 도입되는 정화되지 않은 공기 스트림 중의 휘발성 유기 화합물 함량은 약 1 ppb 내지 약 0.5 vol.% 범위일 수 있다. 정화되지 않은 공기 스트림 중의 오염물 함량은 또한 본원에서 초기 오염물 함량, 예를 들어, 초기 포름알데히드 함량, 초기 오존 함량, 초기 휘발성 유기 화합물 함량 등으로서 언급될 수 있다.

일부 실시양태에서, 정화되지 않은 공기 스트림 중에 존재하는 오염물 (예컨대 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물)은, 정화되지 않은 공기 스트림과 촉매 장치 내에 배치된 촉매 조성물의 접촉 시 제거될 수 있다. 예를 들어, 정화되지 않은 공기 스트림은 초기 포름알데히드 함량을 가질 수 있고, 촉매 장치로부터 배출되는 정화된 공기 스트림은 초기 포름알데히드 함량보다 낮은 최종 포름알데히드 함량을 가질 수 있다.

정화된 공기 스트림의 최종 포름알데히드 함량은 정화되지 않은 공기 스트림 중의 초기 포름알데히드 함량의 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 또는 약 20% 이하일 수 있다. 정화된 공기 스트림의 최종 오존 함량은 정화되지 않은 공기 스트림 중의 초기 오존 함량의 약 50% 이하, 약 40% 이하, 또는 약 30% 이하일 수 있다. 정화된 공기 스트림의 최종 휘발성 유기 화합물 함량은 정화되지 않은 공기 스트림 중의 초기 휘발성 유기 화합물 함량의 약 90% 이하, 약 80% 이하, 또는 약 70% 이하일 수 있다.

일부 실시양태에서, 하우징 내에 배치된 촉매 조성물은 상기 촉매 조성물 섹션에 기재된 바와 같은 압출물 형태일 수 있다. 다른 실시양태에서, 하우징 내에 존재하는 촉매 조성물은, 고체 기판 상에 배치됨으로써, 촉매 장치의 하우징 내에 배치된 촉매 시스템을 형성할 수 있다. 촉매 시스템은 상기 촉매 조성물 섹션에 보다 상세히 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 촉매 장치는 가열, 환기, 및 공조 (HVAC) 시스템 내로 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매 장치는 휴대용 공기 정화기 또는 이온 공기 정화기일 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매 장치는 자동차, 철도 차량, 선박, 항공기, 및 우주선으로 이루어진 군으로부터 선택된 차량 내로 혼입될 수 있다. 예를 들어, 촉매 장치는 자동차 또는 비행기의 객실 내로 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매 조성물은, 다양한 정화 기술, 예컨대 여과, 이온화, 세척 등을 사용하는 공기 정화기에서 공기 스트림으로부터의 기체 상 오염물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 기체상 오염물을 이온화 (플라즈마)에 의해 제거하는 이온 공기 정화기에서, 촉매 조성물은 공기 청정기 내에서 생성된 오존, 또는 다른 오염 물질, 뿐만 아니라 장치 외부의 공기 중에 존재하는 오염 물질을 제거하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명은 공기 유동물 스트림의 정화 방법에 관한 것이다. 방법은, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림을 촉매 조성물과 접촉시켜 정화된 공기 유동물 스트림을 생성하는 것을 포함하며, 여기서 정화되지 않은 공기 유동물 스트림은 제1 포름알데히드 함량 (또는 초기 포름알데히드 함량)을 함유하고, 정화된 공기 스트림은 제1 포름알데히드 함량보다 낮은 제2 포름알데히드 함량 (또는 최종 포름알데히드 함량)을 함유하고, 여기서 촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하며, 여기서 촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함한다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다. 공기 유동물 스트림의 정화 방법은 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것을 사용하여 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.

일부 실시양태에서, 공기 유동물 스트림의 정화 방법 및 그에 이용되는 촉매 조성물은, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림과의 최초 접촉 시 제1 효율로 정화된 공기 스트림을 생성할 수 있고, 특정 지속기간 동안, 예를 들어 3시간 동안 정화되지 않은 공기 유동물 스트림과의 접촉 후 제2 효율로 정화된 공기 스트림을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 효율은 제1 효율에 비해 약 20% 이하만큼, 또는 약 10% 이하만큼 감소될 수 있다.

일부 실시양태에서, 정화되지 않은 공기 스트림과 촉매 조성물의 접촉은 약 10℃ 내지 약 150℃, 약 15℃ 내지 약 80℃, 약 10℃ 내지 약 50℃, 또는 약 20℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도에서, 약 21℃에서, 약 25℃에서, 또는 약 35℃에서; 약 10% 내지 약 90% 범위의 상대 습도에서; 또한 약 100 h^-1 내지 약 1,000,000 h^-1 범위의 공간 속도로 일어날 수 있다.

압출된 촉매 조성물 제조

일부 실시양태에서, 본 발명은 도 2에 예시된 공정(200)에 따른 압출된 촉매 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 물 중에서 산화망가니즈를 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 블록(202 및 204)에 따라, 물 중에서 산화망가니즈 및 임의로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 또는 이들의 조합, 무기 산화물, 결합제, 및/또는 활성탄 중 하나 이상을 혼합함으로써 압출가능 페이스트를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 첨가제, 예컨대 기공 형성제 및 압출 조제가 페이스트에 추가로 첨가될 수 있다. 성분들이 블록(202) 내에 존재하는 순서는 제한적인 것으로 해석되어선 안되며, 달리 언급되지 않는 한, 성분들은 임의의 순서로 첨가될 수 있음을 이해하여야 한다. 방법은, 블록(206)에 따라, 페이스트를 압출시켜 목적하는 형상 및 크기의 압출된 촉매 조성물을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은, 블록(208)에 따라, 압출된 촉매 조성물 입자(들)를 건조시키는 것을 추가로 임의로 포함할 수 있다. 건조는 약 60℃ 내지 약 350℃, 약 80℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서, 또는 약 90℃에서 일어날 수 있다. 건조는 약 1시간 내지 약 24시간, 약 2시간 내지 약 12시간 범위의 지속기간 동안, 또는 약 4시간 동안 일어날 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 블록(210)에 따라, 압출된 촉매 조성물 입자(들)를 소성시키는 것을 추가로 임의로 포함할 수 있다. 소성은 약 90℃ 내지 약 1200℃, 약 100℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 300℃ 범위의 온도에서, 또는 약 250℃에서 일어날 수 있다. 소성은 임의적이며, 약 4시간 이하, 약 1.5시간 내지 약 3시간의 지속기간 동안, 또는 약 2시간 동안 일어날 수 있다.

도 2의 흐름도의 상기 단계들은, 제시되고 기재된 순서 및 차례로 제한되지 않는 임의의 순서 또는 차례로 실행되거나 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 도 2에서의 일부 단계들은, 적절한 경우, 실질적으로 동시에 실행되거나 수행될 수 있다.

최종 압출된 촉매 조성물은 다공성일 수 있고, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 1 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 약 0.5 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 또는 약 0.5 mL/g 내지 약 0.75 mL/g 범위의 기공 부피를 가질 수 있다. 최종 압출된 촉매 조성물은 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 175 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 200 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g이다. 일부 실시양태에서, 생성된 압출된 촉매 조성물은, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림으로의 최초 도입 시 제1 효율로 및 일정 기간, 예컨대 3시간 동안 정화되지 않은 공기 스트림과의 접촉 후 제2 효율로 포름알데히드를 제거하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 제2 효율은 제1 효율에 비해 약 20% 이하만큼, 또는 약 10% 이하만큼 감소된다.

일부 실시양태에서, 압출가능 페이스트를 형성하는 물과의 혼합물에 대한 다양한 성분들의 첨가 순서는 중요하지 않다. 다른 실시양태에서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 압출가능 페이스트에 마지막으로 첨가하여 개선된 오염물 전환 효율을 달성할 수 있다. 개선된 오염물 전환 효율은, 정화되지 않은 공기 스트림과 촉매 조성물 사이의 초기 접촉 동안 정화되지 않은 공기 스트림으로부터 오염물이 얼마나 효과적으로 전환되거나 제거되는지를 예시하는 제1 효율을 기준으로 하여 측정될 수 있다. 개선된 오염물 전환 효율은 또한, 제1 전환 효율과 제2 전환 효율 사이의 차가 최소인 경우에 분명하다.

코팅 층 촉매 조성물 제조

일부 실시양태에서, 본 발명은, 코팅 층으로서 또는 복수의 코팅 층으로서 기판 상에 배치된 촉매 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법(300)이 도 3에 예시되어 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 블록(302)에 따라, 산화망가니즈 및 임의로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 철, 또는 이들의 조합, 무기 산화물, 결합제, 및/또는 활성탄 중 하나 이상을 물 중에 분산시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, pH 조정제, 예컨대 아세트산 또는 셀룰로스 기재 증점제를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 분산제, 예컨대 디스펙스(Dispex) N40V, 솔스피어(Solsphere) 2700, 카르보스피어(Carbosphere) 등을 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 블록(304)에 따라, 촉매 조성물 슬러리를 기판 상에 코팅하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 슬러리를, 예를 들어, 고체 기판 상에 분무하거나, 고체 기판 상에 침지-코팅하거나, 또는 고체 기판 상에 직접 침착시킬 수 있다.

일부 실시양태에서, 방법은, 블록(306)에 따라, 코팅된 기판을 건조시키는 것을 임의로 추가로 포함할 수 있다. 건조는 약 60℃ 내지 약 150℃, 약 80℃ 내지 약 130℃ 범위의 온도, 또는 약 90℃에서 일어날 수 있다. 건조는 약 2분 내지 약 8시간, 약 1시간 내지 약 8시간, 약 2시간 내지 약 6시간 범위의 지속기간 동안, 또는 약 2시간 동안 일어날 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은, 블록(308)에 따라, 압출된 촉매 조성물 입자(들)를 소성시키는 것을 임의로 추가로 포함할 수 있다. 소성은 약 70℃ 내지 약 1200℃, 약 80℃ 내지 약 800℃, 약 100℃ 내지 약 600℃, 약 120℃ 내지 약 300℃ 범위의 온도에서, 또는 약 250℃에서 일어날 수 있다. 소성은 임의적이며, 약 4시간 이하, 약 0.5시간 내지 약 3시간의 지속기간 동안, 또는 약 1시간 동안 일어날 수 있다.

촉매 조성물을, 목적하는 중량 증가가 달성될 때까지 반복적으로 기판 상에 코팅할 수 있다. 일부 실시양태에서, 목적하는 중량 증가는 약 0.5 g/in³ 내지 약 10 g/in³, 약 0.5 g/in³ 내지 약 5 g/in³, 약 0.5 g/in³ 내지 약 4 g/in³ 범위, 약 1 g/in³, 또는 약 2 g/in³일 수 있다.

도 3에서의 단계들은, 제시되고 기재된 순서 및 차례로 제한되지 않는 임의의 순서 또는 차례로 실행되거나 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 도 3에서의 일부 단계들은, 적절한 경우, 실질적으로 동시에 실행되거나 수행될 수 있다.

기판 상에 침착된 촉매 조성물 층을 포함하는 최종 촉매 시스템은 다공성일 수 있고, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 1 mL/g, 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 약 0.5 mL/g 내지 약 0.9 mL/g, 또는 약 0.5 mL/g 내지 약 0.75 mL/g 범위의 기공 부피를 가질 수 있다. 기판 상에 침착된 촉매 조성물 층을 포함하는 최종 촉매 시스템은 약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 10 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 15 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 20 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 25 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 30 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 35 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 40 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 45 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 750 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 300 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 200 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 75 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 약 30 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1300 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 170 m²/g 내지 약 1000 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 100 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 100 m²/g 내지 약 250 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 500 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 350 m²/g, 약 150 m²/g 내지 약 300 m²/g, 또는 약 150 m²/g 내지 약 250 m²/g 범위의 BET 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, BET 표면적은 약 70 m²/g 내지 150 m²/g, 약 70 m²/g 내지 125 m²/g, 약 70 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 150 m²/g, 약 50 m²/g 내지 125 m²/g, 약 50 m²/g 내지 100 m²/g, 약 50 m²/g 내지 80 m²/g, 약 25 m²/g 내지 150 m²/g, 약 25 m²/g 내지 125 m²/g, 약 25 m²/g 내지 100 m²/g, 약 25 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 150 m²/g, 약 10 m²/g 내지 125 m²/g, 약 10 m²/g 내지 100 m²/g, 약 10 m²/g 내지 70 m²/g, 약 10 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 150 m²/g, 약 5 m²/g 내지 125 m²/g, 약 5 m²/g 내지 100 m²/g, 약 5 m²/g 내지 70 m²/g, 약 5 m²/g 내지 50 m²/g, 약 5 m²/g 내지 25 m²/g, 또는 약 5 m²/g 내지 10 m²/g 범위이다.

하기에 상세히 기재되는 도 4, 5 및 6은, 중화인민공화국의 국가 표준에 의해 설정되고, 중화인민공화국의 국가질량감독검험검역총국 및 국가표준화관리위원회에 의해 공동 발행된 단일 통과 시험 및 시스템 시험 (또한 GB/T 18801 가이드라인으로서 언급됨)을 도시한 것이다.

도 4는 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 개략도를 도시한다. 이러한 개략도는, 빠른 샘플 스크리닝 및 촉매 조성물의 효능의 가속화된 시험을 가능하게 하도록 구성된 단일 통과 시험 셋업을 예시한다.

시험 장치는 에어 덕트 시스템(400), 오염 물질 발생기(404), 혼합 밸브(420), 상류 샘플링 튜브(408), 하류 샘플링 튜브(416), 및 공기 청정기(414)를 포함한다. 단일 통과 시험에서, 주변 공기(402)는 혼합 밸브(420)로 도입되고, 여기서 이는 오염 물질 발생기(404)에서 생성된 오염 물질 (예컨대 포름알데히드 및 VOC)과 혼합된다. 생성된 오염된 공기(406)는 혼합 밸브(420)에서 배출되고, 에어 덕트 시스템(400)으로 도입되고, 여기서 공기 청정기(414)의 효능이 시험된다.

에어 덕트 시스템(400)은 굽어지거나 접힐 수 있다. 일부 실시양태에서, 에어 덕트 시스템(400)이 굽어진 경우, 안정적인 공기 유동물을 보장하기 위해 덕트 직경의 적어도 3배의 일직선 덕트 세그먼트가 굽힘부 전후에 놓인다. 에어 덕트의 제1 에어 덕트 세그먼트(410)로 도입되는 오염된 공기(406)의 샘플을 상류 샘플링 튜브(408)를 통해 샘플링하여, 정화되지 않은 공기 스트림 중의 출발 오염 물질 농도를 측정할 수 있다. 샘플링 튜브(408)는 스테인레스강 또는 테플론(Teflon)을 포함하고 평활한 내부 벽을 가질 수 있다.

제1 에어 덕트 세그먼트(410) 통과 후, 정화되지 않은 오염된 공기(406)는 공기 청정기(414)와 접촉한다. 공기 청정기(414)는 압출된 촉매 입자(들)로서 또는 기판 상에 배치된 촉매 층(들)으로서 존재하는 촉매 조성물을 포함하며, 여기서 촉매 조성물은 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것일 수 있다.

정화되지 않은 오염된 공기(406)가 공기 청정기(414)와 접촉하면, 정화된 공기가 제2 에어 덕트 세그먼트(412)로 도입된다. 제2 에어 덕트 세그먼트는 임의로 공기 부피 측정 장치(422)를 포함할 수 있다. 공기 부피 측정 장치(422)는 마이크로마노미터에 연결된 표준 오리피스 플레이트, 표준 노즐 및 다른 스로틀링 장치를 포함할 수 있다. 제2 에어 덕트 세그먼트(412) 내에 존재하는 정화된 공기 유동물 중의 생성된 오염 물질 농도를 하류 샘플링 튜브(416)를 통해 시험할 수 있다. 샘플링 튜브(416)는 스테인레스강 또는 테플론을 포함하고 평활한 내부 벽을 가질 수 있다. 생성된 정화된 공기(424)가 에어 덕트 시스템(400)에서 배출되고, 포름알데히드 전환 시험 및/또는 임의의 다른 오염물 또는 오염 물질 전환 시험을 위해 수집된다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 개략도를 도시한다. 이러한 개략도는 생성물 성능 평가에 대한 국가 표준 및 기준에 따라 구성된 시스템 시험 셋업을 예시한다.

시스템 시험 셋업은 시험 챔버(500), 중심 플랫폼(504), 시험하려는 촉매 장치(508), 정화되지 않은 공기 유입구(506), 공기 순환을 가능하게 하는 팬(510), 및 온도 및 습도를 제어하는 유닛(502)을 포함한다.

정화되지 않은 공기 유동물은 정화되지 않은 공기 유입구(506)를 통해 챔버(500)로 도입된다. 정화되지 않은 공기 스트림은, 팬(510)의 작동으로부터 유래된 공기 순환에 의해 형성된 공기 소용돌이 내로 유인된다. 챔버(500) 내의 초기 오염 물질 농도가 미리 정해진 초기 값에 도달하면, 정화되지 않은 공기 유입구(506)가 폐쇄된다. 팬(510)은 챔버(500) 내의 오염 물질의 균일한 분포를 보장하기 위해 일정 기간 동안 계속 작동할 수 있다. 오염 물질의 균일한 분포가 달성되면, 팬(510)이 꺼진다. 팬이 꺼지는 시점은 t=0이고, 농도는 C₀으로서 기록된다. 예를 들어, 포름알데히드의 표적 초기 농도는 약 1.00±0.2 mg/m³일 수 있다. 그 직후에 시험이 시작된다. 샘플을 1시간의 기간 동안 5분마다 수집하여, 포름알데히드와 같은 기체상 오염 물질에 대한 청정 공기 전달률 (CADR)과 관련하여 촉매 장치의 청정 능력을 평가한다.

CADR은 수학식 I에 기초하여 계산된다:

CADR = 60·(k_e - k_n)·V 수학식 I

여기서, k_e는 총 붕괴 상수를 나타내고, k_n은 자연 붕괴 상수를 나타내고, V는 m³ 단위의 시험 챔버 부피를 나타내고, (k_e - k_n)은 수학식 II에 기초하여 계산된다:

(k_e - k_n)·t = -ln(C_t/C₀) 수학식 II

여기서, t는 총 시험 시간을 나타내고, C_t는 mg/m³ 단위의 시간 t에서의 농도를 나타내고, C₀은 mg/m³ 단위의 t=0에서의 농도를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 공기 정화를 위한 예시적 제어 공정을 도시한다. 제어 공정은 도 5의 개략도에 예시된 것과 유사한 시스템 시험 챔버에 적용될 수 있다. 이러한 제어 공정에 의해 기재되는 방법을 사용하여 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 촉매 장치의 반감기를 시험한다. "촉매 장치의 반감기"는, 촉매 장치가 촉매 장치의 작동 개시 시 촉매 장치에 의해 생성된 초기 CADR 값보다 50% 낮은 CADR을 갖기 시작하는 일수 또는 시간의 수를 지칭한다.

도 6에 따라, 촉매 장치의 작동 개시 시 (t=0) 촉매 장치에 의해 생성된 CADR 값 (또한 CADR₀으로서 공지됨)을 얻음으로써 시험을 시작한다. 이어서, 촉매 장치를 임의로 가속화 시험에 적용한다. "가속화 시험"은, 보다 높은 오염 물질 농도 또는 연속적인 오염 물질의 생성과 같이, 보다 빠르게 촉매 장치의 효능에 영향을 주거나 이를 악화시킬 수 있는 극단적 조건을 지칭한다. 이에 따라, 가속화 시험은 현실 조건 하에서의 촉매 장치의 수명을 추정하는 것을 가능하게 할 것이다.

촉매 장치를 8시간 동안 에이징킨 후, 또 다른 샘플을 취하여 t = n에서의 CADR 값 (또한 CADR_n으로서 공지됨)을 얻는다. CADR_n 값이 CADR₀ 값의 50 퍼센트 초과이면, 촉매 장치는 여전히 작동가능한 것으로 고려되고, 임의적 가속화 시험, 촉매 장치 에이징, 및 각각의 후속 사이클 후의 CADR_n 값의 측정을 반복함으로써 시험을 계속한다. CADR_n 값이 CADR₀ 값의 50 퍼센트 이하이면, 촉매 장치의 수명은 종료된 것으로 간주되고, 촉매 장치에 의해 생성된 전체 누적 청정 질량 (CCM)을 계산한다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 촉매 조성물 중 임의의 것은, 예를 들어, 포름알데히드/VOC 제거를 위한 십자류 필터로서, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 시트 (예를 들어, 피브릴화된 PTFE 시트) 내로 혼입될 수 있다. 이러한 실시양태는 건물 HVAC 시스템, 실내 공기 정화기, 방독면용 필터, 산업 플랜트용 공기 필터 또는 오프-가스 처리, 식수용 오염 물질 제거 시스템, 객실 공기 (예를 들어, 자동차 또는 항공기에서)의 냄새 제거 시스템 또는 빌딩 환기, 습도 제어 시스템, 클린룸 공기 여과 시스템, 또는 환경 오염 물질 제거를 위한 시스템 내로 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에서는, PTFE 시트 내로의 혼입 전에, 촉매 조성물 또는 그의 흡착제 분말을, 낮은 압력 강하 (한정된 유동 채널로 인함), 활성 부위의 높은 접근성 (다공성 피브릴화 결합제의 사용으로 인함), 및 높은 용적 (낮은 결합제 함량 및 불활성 지지체 구조의 부재)을 특징으로 하는 3차원 구조로 가공할 수 있다.

예시적 실시예

하기 실시예는 본원에 기재된 실시양태의 이해를 돕기 위해 기재되는 것이며, 본원에서 기재되고 청구된 실시양태를 구체적으로 제한하는 것으로서 해석되어선 안된다. 관련 기술분야의 통상의 기술자의 이해 범위 내에 있는, 현재 공지된 또는 이후에 개발되는 모든 등가물의 대체를 포함한 이러한 변형, 및 배합 변화 또는 실험 디자인에서의 약간의 변화는, 본원에 포함된 실시양태의 범주 내에 포함되는 것으로 고려되어야 한다.

실시예 1: 압출물 제조 1

70 그램 (g)의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 30 g의 베르살(Versal) 250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버(Carver) 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 2: 압출물 제조 2

42 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말, 42 g의 세리아 분말, 16 g의 베르살 250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 3: 압출물 제조 3

39 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말, 39 g의 세리아 분말, 7 g의 질산나트륨, 16 g의 베르살 250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 4: 압출물 제조 4

50 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 50 g의 베르살 250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 5: 압출물 제조 50% 산화망가니즈 다형체 I /50% 시페르나트(Sipernat) 실리카

50 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 50 g의 시페르나트실리카 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 6: 압출물 제조 50% 산화망가니즈 다형체 I /50% 벤토나이트

50 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 50 g의 벤토나이트 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 7: 압출물 제조 50% 산화망가니즈 다형체 I /50% 베르살 B

50 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 50 g의 베르살 B 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 8: 압출물 제조 50% 산화망가니즈 다형체 I /50% ZrO ₂

50 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말 및 50 g의 지르코니아 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 9: 압출물 제조 50% 산화망가니즈 다형체 I /15% CeO ₂ /5% 벤토나이트/2% Na/1% 셀룰로스/27% 베르살 V-250

80.1 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말, 23 g의 세리아 분말, 10.9 g의 중탄산나트륨, 42.8 g의 베르살 V-250, 8.3 g 벤토나이트 (대략적 조성: 61 wt% SiO₂, 21 wt% Al₂O₃, 5 wt% Fe₂O₃, 4.6 wt% CaO, 4 wt% MgO, 총 벤토나이트 중량 기준), 2.3 g 카르보닐 셀룰로스 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 10: 압출물 제조 35% 산화망가니즈 다형체 I /35% CeO ₂ / 30% 베르살 V-250

35 g의 산화망가니즈 다형체 I 분말, 35 g의 세리아 분말, 30 g의 베르살 V-250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 11: 압출물 제조 50% 저결정질 크립토멜란/50% 베르살 V-250

50 g의 저결정질 크립토멜란 분말 및 50 g의 베르살 V-250 및 물을 철저히 수동 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하였다. 1/16" 압출물을 저부의 1.6 mm 홀을 함유하는 카버 프레스를 사용하여 압착시켰다. 고체를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 2시간 동안 소성시켰다.

실시예 12: 50% 실시예 9로부터의 압출물/50% 활성탄

10 mL의 실시예 9 압출물을 10 mL의 활성탄과 물리적으로 혼합하였다.

실시예 13: 75% 실시예 9로부터의 압출물/25% 활성탄

15 mL의 실시예 9 압출물을 5 mL의 활성탄과 물리적으로 혼합하였다.

충전층 칼럼을 사용하여 실시예의 성능을 평가하였고, 이는 도 7에 예시되어 있다. 반응기 내에서의 작업 3시간 후 실시예 1 내지 13에 따라 제조된 촉매 조성물에 대한 결과를 도 8에 제시되어 있다. 충전층은 1.5" (직경) x 0.69" (높이)였다. 작업 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (16.9 l/min)을 촉매층을 통해 지향시켰다. 실시예 9, 12, 13 및 활성탄에 대해, 20 ppm 톨루엔을 정화되지 않은 공기 유동물에 첨가하였다. 도 8에 도시된 전환 값은 초기 및 3시간 후의 것이다.

실시예 14: 크립토멜란

73.4 g의 세리아 및 73.4 g의 크립토멜란 산화망가니즈를 191 g의 물 중에 분산시키고, 16.8 g 물 중의 4.8 g 알루미나 졸 및 4.8 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 셀룰로스 기재 증점제 (0.2 g)의 용액을 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 세라믹 모놀리식 기판 (근청석; 400 셀/제곱 인치)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 1시간 동안 소성시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 1 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

실시예 15: 산화망가니즈 다형체 I

73.4 g의 세리아 및 73.4 g의 산화망가니즈 다형체 I을 191 g의 물 중에 분산시키고, 16.8 g 물 중의 4.8 g 알루미나 졸 및 4.8 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 셀룰로스 기재 증점제 (0.2 g)의 용액을 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 세라믹 모놀리식 기판 (근청석; 400 셀/제곱 인치)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 1시간 동안 소성시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 1 g/in³ 또는 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다. 촉매 조성물의 생성된 표면적은 157 m²/g이었다.

실시예 16: 저결정질 크립토멜란

73.4 g의 세리아 및 73.4 g의 저결정질 크립토멜란을 191 g의 물 중에 분산시키고, 16.8 g 물 중의 4.8 g 알루미나 졸 및 4.8 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 셀룰로스 기재 증점제 (0.2 g)의 용액을 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 세라믹 모놀리식 기판 (근청석; 400 셀/제곱 인치)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 120℃에서 2시간 동안 건조시키고, 250℃에서 1시간 동안 소성시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 1 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다. 촉매 조성물의 생성된 표면적은 166 m²/g이었다.

도 9는 실시예 14 내지 16에 따라 제조된 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 비교를 제시한다. 코팅된 근청석 (400 cpsi)은 1 g/in³ 촉매로 코팅된 1.7" (높이) 및 1" (직경)였다. 작업 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (36.5 L/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 도 9에 도시된 전환 값은 초기 및 3시간 후의 것이다.

실시예 17: 80% 산화망가니즈 다형체 I /20% 활성탄

18.5 g 활성탄 및 49.7 g 산화망가니즈 다형체 I을 165.7 g의 물 중에 분산시키고, 10 g 물 중의 2.09 g 알루미나 졸 및 1.2 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 3.5 g의 탄산나트륨을 교반하며 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1 g/in³ 촉매로 코팅된 0.69" (높이) 및 1.5" (직경)). 작업 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 20 ppm 톨루엔, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (38 L/min). 초기 포름알데히드 전환은 80%였고, 3시간 후에는 17%였다. 톨루엔 흡수는 초기에 45%였고, 3시간 후에 2%였다.

실시예 18

40 g의 세리아 및 172 g의 산화망가니즈 다형체 I을 203 g의 물 중에 분산시키고, 30 g 물 중의 10 g 알루미나 졸 및 2 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 0.4 g의 분산제를 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1.1 g/in³ 촉매로 코팅된 1" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 140℃에서 2시간 동안 소성시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (36 L/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 97%였고, 3시간 후에는 37%였다.

실시예 19

77.8 g의 세리아, 21.5 g 탄산나트륨 (0.002% NaCl 불순물), 및 328 g의 산화망가니즈 다형체 I을 550 g의 물 중에 분산시키고, 50 g 물 중의 13 g 알루미나 졸 및 9.6 g 아세트산의 용액을 생성된 슬러리에 첨가하였다. 0.8 g의 분산제를 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1.1 g/in³ 촉매로 코팅된 0.75" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시키고, 140℃에서 2시간 동안 소성시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (36 L/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 94%였고, 2시간 후에는 70%였다.

실시예 20: 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 결합제를 갖는 촉매

0.25 g의 분산제를 170 g의 물 중에 용해시켰다. 혼합하며, 24.3 g의 세리아를 교반 용액에 첨가한 후, 104 g의 산화망가니즈 다형체 I 및 6.7 g의 탄산나트륨 일산화물 염을 첨가하였다. 4.5 g의 PTFE 결합제 (물 중 60 중량% 분산액)를 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가한 후, 16.5 g의 탄수화물 기재 증점제의 용액을 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1.4 g/in³ 촉매로 코팅된 0.8" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 모놀리스를 90℃에서 수 시간 동안 건조시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (38 L/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 90%였고, 3시간 후에는 58%였다.

실시예 21: PTFE 결합제를 갖는 촉매

1 g의 분산제를 315 g의 물 중에 용해시켰다. 혼합하며, 253 g의 산화망가니즈 다형체 I을 교반 용액에 첨가한 후, 27.45 g의 수산화칼륨을 첨가하였다. 수산화암모늄으로 용액의 pH를 9로 조정한 후, 33.1 g의 PTFE 결합제 (물 중 60 중량% 분산액)를 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 32.6 g의 탄수화물 기재 증점제의 용액을 격렬히 혼합되는 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1.7 g/in³ 촉매로 코팅된 0.8" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 모놀리스를 90℃에서 수 시간 동안 건조시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (38 l/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 95%였고, 3시간 후에는 58%였다.

실시예 22: 스티렌-아크릴 결합제를 갖는 촉매

1 g의 분산제를 229 g의 물 중에 용해시켰다. 혼합하며, 46 g의 세리아를 생성된 용액에 첨가한 후, 198 g의 산화망가니즈 다형체 I을 첨가하였다. 잘 혼합하며, 35 g의 수산화나트륨을 첨가하였다. 25.1 g의 스티렌-아크릴 결합제 (물 중 50% wt. 분산액)를 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 기판 (250 셀/제곱 인치)을 코팅하였다 (1.3 g/in³ 촉매로 코팅된 0.8" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 모놀리스를 110℃ 내지 140℃에서 수 시간 동안 건조시켰다. 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (38 l/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 96%였고, 3시간 후에는 58%였다.

실시예 23: 스티렌-아크릴 결합제를 갖는 촉매

0.24 g의 탄수화물 기재 증점제를 16.9 g의 물 중에 분산시킨 후, 0.24 g의 계면활성제를 또 다른 용기 내에서 121.2 g의 물 중에 분산시키고, 그 후 예비제조된 증점제 용액을 첨가하였다. 교반하며, 101.9 g의 산화망가니즈 다형체 I을 생성된 용액에 첨가한 후, 8.4 g의 수산화나트륨을 첨가하였다. 36.0 g의 스티렌 아크릴 결합제 (물 중 50 중량% 분산액)를 격렬히 혼합하며 슬러리에 첨가한 후, 7.9 g의 헹굼수를 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 벌집 및 PU 발포체 기판을 코팅하였다 (1 g/in³ 촉매로 코팅된 0.8" (높이) 및 1.5" (직경)). 코팅된 기판을 90℃에서 수 시간 동안 건조시켰다. 코팅된 알루미늄에 대한 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (38 l/min)을 촉매 상으로 지향시켰다. 초기 포름알데히드 전환은 70%였고, 3시간 후에는 38%였다.

실시예 24: 클로라이드 또는 술페이트 불순물을 갖지 않는 촉매

1 g의 분산제를 255 g의 물 중에 용해시킨 후, 39.6 g 탄산칼륨 염을 용해시켰다. 230 g의 산화망가니즈 다형체 I을 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 30 g의 스티렌 아크릴 결합제를 슬러리에 첨가한 후, 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 9로 조정하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 모놀리식 기판 (225 cpsi)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

실시예 25: 0.25% 염화칼륨 불순물을 갖는 촉매

1 g의 분산제를 255 g의 물 중에 용해시킨 후, 39.6 g 탄산칼륨 염 (0.25% 염화칼륨 불순물)을 용해시켰다. 230 g의 산화망가니즈 다형체 I을 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 30 g의 스티렌 아크릴 결합제를 슬러리에 첨가한 후, 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 9로 조정하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 모놀리식 기판 (225 cpsi)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

실시예 26: 0.5% 염화칼륨 불순물을 갖는 촉매

1 g의 분산제를 255 g의 물 중에 용해시킨 후, 39.6 g 탄산칼륨 염 (0.5% 염화칼륨 불순물)을 용해시켰다. 230 g의 산화망가니즈 다형체 I을 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 30 g의 스티렌 아크릴 결합제를 슬러리에 첨가한 후, 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 9로 조정하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 모놀리식 기판 (225 cpsi)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

실시예 27: 0.5% 황산칼륨 불순물을 갖는 촉매

1 g의 분산제를 255 g의 물 중에 용해시킨 후, 39.6 g 탄산칼륨 염 (0.5% 황산칼륨)을 용해시켰다. 230 g의 산화망가니즈 다형체 I을 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 30 g의 스티렌 아크릴 결합제를 슬러리에 첨가한 후, 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 9로 조정하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 모놀리식 기판 (225 cpsi)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

도 10은 실시예 24 내지 27에 따라 제조된 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 비교를 제시한다. 코팅된 알루미늄 (250 cpsi)은 2 g/in³ 촉매로 코팅된 1.6" (높이) 및 1" (직경)였다. 작업 조건은 하기와 같았다: 약 5 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (34 L/min). 도 10에 도시된 전환 값은 초기 및 3시간 후의 것이다.

실시예 28: 촉매 필터 시트의 제조

92.5 g의 칼륨 개질된 MnOx 분말 및 7.5 g의 PTFE 분말을 실린더형 1 리터 내로 투입하였다. 용기를 롤 믹서 상에 1시간 동안 60 rpm으로 배치하였다. 이어서, 1.5 kg의 8 mm 강철 볼을 첨가하고, 용기를 다시 롤 믹서 상에 5 min 동안 배치하였다. 물질을 용기로부터 제거하고, 5 mm 메쉬 스테인레스강 와이어 체를 사용하여 강철 볼을 분리하였다. 이어서, 물질을 선형 컨베이어 벨트 상에 투입하였다. 물질을 60 mm의 직경 및 1.2 kN/m의 선형 힘을 갖는 6 브라스 롤에 의해 필름으로 캘린더링하였다. 생성된 필름을 5 x 25 cm의 시트로 절단하였다. 2개의 시트를 수동으로 서로 겹쳐 배치하고, 두께 제어를 위해 60 mm 직경 브라스 실린더 및 1 mm PTFE 쉽을 사용하여 1 mm의 두께로 시트를 압축시킴으로써 함께 라미네이팅하였다. 이러한 단계를 10회 반복하였다.

생성된 독립형 필름은 1.08 g/cm³의 밀도 및 1 mm의 두께를 가졌고, 이를 폭 25 mm 및 길이 200 mm로 절단하였다. ~1 MPa의 압력으로 편평 브라스 매트릭스를 사용하여 이들 3개의 시트를 파형화하였다.

파형 시트를 편평 시트의 상단에 배치하고, 이러한 스택을 수동으로 말아올려 34 mm의 내경 및 20 mm의 길이를 갖는 실린더형 샘플 홀더 내로 핏팅시켰다. 촉매 필름의 총 질량은 12.6 g이었다. 필터에 대한 시험 조건은 하기와 같았다: 약 2 ppm 포름알데히드, 30℃에서 공기 중 20% 상대 습도를 갖는 정화되지 않은 공기 유동물 스트림 (33 l/min). 초기 포름알데히드 전환은 70%였고, 3시간 후에는 55%였다.

실시예 28: 오존 시험을 위한 촉매

1 g의 분산제를 213 g의 물 중에 용해시킨 후, 31 g 탄산칼륨 염 및 16.3 g의 45% 수산화칼륨 용액을 용해시켰다. 230 g의 산화망가니즈 다형체 I를 슬러리에 첨가한 후, 30 g의 스티렌 아크릴 결합제를 첨가하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 알루미늄 모놀리식 기판 (225 cpsi)을 코팅하였다. 그 후, 코팅된 모놀리스를 90℃에서 2시간 동안 건조시켰다. 모놀리식 기판의 중량 증가가 2 g/in³이 될 때까지 코팅을 반복하였다.

오존 전환에 대한 촉매 시험

실시예 15 (2 g/in³ 로딩) 및 29의 촉매를 플러그 유동 반응기의 튜브 내에 핏팅하고, 30℃ 또는 75℃ 기체 온도에서 15℃의 이슬점에서 공기 중의 특정된 농도의 오존을 함유하는 공급 기체로 작동시켰다. 오존 농도를 UV 광도측정 분석장치 (타나바이트(Tanabyte) 모델 722, US EPA 등가 방법 EQOA-0407-165)로 측정하였다. 200,000 내지 800,000 h^-1의 공간 속도를 달성하도록 기체 유량 (실온에서)을 설정하였다. 결과를 표 2에 기재하였다. 저온 및 높은 유량에서도 높은 오존 전환이 달성되었다.

표 2: 오존 전환 성능

본원에서 논의되는 물질 및 방법의 기재와 관련하여 (특히 하기 청구범위와 관련하여) 영문에서 단수형 용어 및 유사한 지시대상의 사용은, 본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 둘 다를 포괄하도록 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위의 언급은 단지, 본원에서 달리 지시되지 않는 한, 범위 내에 포함되는 각각의 별도의 값을 개별적으로 언급하는 것을 간단히 하는 방법으로서 제공되도록 의도되며, 각각의 별도의 값은 이것이 본원에서 개별적으로 언급되는 것과 같이 명세서에 포함된다. 본원에 기재된 모든 방법은, 본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백히 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에서 제공되는 임의의 및 모든 실시예, 또는 예시적 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 물질 및 방법을 보다 분명히 하도록 의도되며, 달리 청구되지 않는 한 범주에 대한 제한을 부여하지 않는다. 명세서 내의 어떠한 언어도, 개시된 물질 및 방법의 실행에 있어 필수적인 것으로서 임의의 비-청구된 요소를 지시하는 것으로서 해석되어선 안된다.

본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시양태", "특정 실시양태", "하나 이상의 실시양태" 또는 "실시양태"의 언급은, 그 실시양태와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특색이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시양태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서의 "하나 이상의 실시양태에서", "특정 실시양태에서", "하나의 실시양태에서", 또는 "실시양태에서"와 같은 어구의 표현은 반드시 본 개시내용의 해당 실시양태를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특색은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

본원에 개시된 실시양태를 특정 실시양태를 참조로 하여 기재하였지만, 이들 실시양태는 단지 본 개시내용의 원리 및 적용에 대한 예시임을 이해하여야 한다. 본 개시내용의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 방법 및 장치에 대한 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 있는 변형 및 변화를 포함하도록 의도되며, 상기에 기재된 실시양태는 제한이 아닌 예시 목적으로 제시된 것이다.

Claims

산화망가니즈를 포함하는 촉매 조성물이며, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 포함하며, 정화되지 않은 공기 공급으로부터의 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상을 제거하도록 적합화된 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 산화망가니즈가 크립토멜란, 버네사이트, 버나다이트, 산화망가니즈 다형체 I, 저결정질 크립토멜란, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 산화망가니즈가 산화망가니즈 다형체 I, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 클로라이드 함량이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 술페이트 함량이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 클로라이드 함량 및 술페이트 함량이 각각 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 결합제를 추가로 포함하는 촉매 조성물.
제7항에 있어서, 결합제가 알루미나를 포함하는 것인 촉매 조성물.
제7항에 있어서, 결합제가 중합체성 결합제를 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 무기 산화물을 추가로 포함하는 촉매 조성물.
제10항에 있어서, 무기 산화물이 세리아, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 알루미나, 철, 란타넘, 프라세오디뮴, 사마륨, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 고체 기판 상에 배치된 촉매 조성물.
제12항에 있어서, 고체 기판이 중합체 기판, 세라믹 기판, 금속성 기판, 발포체 기판, 종이 기판, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 압출물을 포함하는 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 활성탄을 추가로 포함하는 촉매 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 30 wt% 내지 약 100 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 10 wt% 내지 약 90 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 15 wt% 내지 약 75 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 평균 기공 부피를 갖는 기공을 포함하는 촉매 조성물.
제19항에 있어서, 평균 기공 부피가 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g의 범위인 촉매 조성물.
제19항에 있어서, 평균 기공 부피가 약 0.5 mL/g 내지 약 0.9 mL/g의 범위인 촉매 조성물.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 60 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제22항에 있어서, 결합제가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 50 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제22항에 있어서, 결합제가 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제10항 또는 제11항에 있어서, 무기 산화물이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 60 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제25항에 있어서, 무기 산화물이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 50 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제25항에 있어서, 무기 산화물이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.5 wt% 내지 약 15 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제28항에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.5 wt% 내지 약 10 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제28항에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제28항에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.5 wt% 내지 약 2 wt% 범위의 양으로 존재하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g의 범위인 촉매 조성물.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 약 170 m²/g 내지 약 2000 m²/g의 범위인 촉매 조성물.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 약 170 m²/g 내지 약 1500 m²/g의 범위인 촉매 조성물.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 약 150 m²/g 내지 약 400 m²/g의 범위인 촉매 조성물.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 약 70 m²/g 내지 약 150 m²/g의 범위인 촉매 조성물.
제1항에 있어서, BET 표면적이 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g의 범위인 경우, 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상의 제거 효율이 촉매 조성물의 BET 표면적에 대해 독립적인 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 조성물이 압출물의 형태이고 1.4" 내지 1.6"의 직경 및 0.65" 내지 0.75"의 높이를 갖는 충전층 칼럼 내에 배치되는 경우, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이, 16 L/min 내지 18 L/min의 유량으로 1.8 ppm 내지 2.2 ppm의 포름알데히드를 포함하는 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 30% 초과로 유지되고, 여기서 공기 유동물 스트림의 온도는 28℃ 내지 32℃인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 조성물이 0.75 g/in³ 내지 1.25 g/in³의 로딩으로 모놀리식 기판 상에 워시코팅되고 0.75" 내지 1.0"의 직경 및 1.6" 내지 1.8"의 높이를 갖는 칼럼 내에 배치되는 경우, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이, 34 L/min 내지 38 L/min의 유량으로 1.8 ppm 내지 2.2 ppm의 포름알데히드를 포함하는 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 20% 초과로 유지되고, 여기서 공기 유동물 스트림의 온도는 28℃ 내지 32℃인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 40% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 50% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 60% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 70% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 80% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 또는 제39항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 90% 초과로 유지되는 것인 촉매 조성물.
제38항 및 제40항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 톨루엔 전환 효율이 공기와 접촉하는 최초 3시간 동안 30% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 15 ppm 내지 25 ppm의 톨루엔을 추가로 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 800,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 40% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 800,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 50% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 400,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 60% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 70% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 80% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 조성물.
공기 공급의 정화를 위한 촉매 장치이며,
하우징; 및
산화망가니즈 및 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 포함하고, 정화되지 않은 공기 공급으로부터의 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상을 제거하도록 적합화된, 하우징 내에 배치된 촉매 조성물
을 포함하는 촉매 장치.
제52항에 있어서, 촉매 조성물이 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고, 촉매 조성물이 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서,
정화되지 않은 공기를 하우징의 내부로 수용하도록 구성된 유입구 포트; 및
하우징으로부터 정화된 공기를 전달하도록 구성된 유출구 포트
를 추가로 포함하는 촉매 장치.
제54항에 있어서, 정화되지 않은 공기를 촉매 조성물과 접촉시키도록 구성된 촉매 장치.
제54항에 있어서, 정화되지 않은 공기 중에 존재하는 포름알데히드가 촉매 조성물과의 접촉 시 제거되는 것인 촉매 장치.
제54항에 있어서, 정화되지 않은 공기가 초기 포름알데히드 함량을 갖고, 정화된 공기가 초기 포름알데히드 함량보다 낮은 최종 포름알데히드 함량을 갖는 것인 촉매 장치.
제57항에 있어서, 정화된 공기의 최종 포름알데히드 함량이 정화되지 않은 공기의 초기 포름알데히드 함량의 약 50% 이하인 촉매 장치.
제58항에 있어서, 정화된 공기의 최종 포름알데히드 함량이 정화되지 않은 공기의 초기 포름알데히드 함량의 약 30% 이하인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 가열, 환기, 및 공조 (HVAC) 시스템 내로 혼입된 촉매 장치.
제52항에 있어서, 휴대용 공기 정화기 내로 혼입된 촉매 장치.
제52항에 있어서, 촉매 조성물이 복수의 압출물의 형태로 존재하는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 촉매 조성물이 하우징 내의 고체 기판 상에 배치된 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 촉매 조성물이 약 0.3 mL/g 내지 약 0.9 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 정화되지 않은 공기와 접촉하는 최초 3시간 동안 약 40% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 정화되지 않은 공기와 접촉하는 최초 3시간 동안 약 50% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 정화되지 않은 공기와 접촉하는 최초 3시간 동안 약 60% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제52항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 정화되지 않은 공기와 접촉하는 최초 3시간 동안 약 70% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 조성물이 압출물의 형태이고 1.4" 내지 1.6"의 직경 및 0.65" 내지 0.75"의 높이를 갖는 충전층 칼럼 내에 배치되는 경우, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이, 16 L/min 내지 18 L/min의 유량으로 1.8 ppm 내지 2.2 ppm의 포름알데히드를 포함하는 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 30% 초과로 유지되고, 여기서 공기 유동물 스트림의 온도는 28℃ 내지 32℃인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 조성물이 0.75 g/in³ 내지 1.25 g/in³의 로딩으로 모놀리식 기판 상에 워시코팅되고 0.75" 내지 1.0"의 직경 및 1.6" 내지 1.8"의 높이를 갖는 칼럼 내에 배치되는 경우, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이, 34 L/min 내지 38 L/min의 유량으로 1.4 ppm 내지 2.2 ppm의 포름알데히드를 포함하는 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 20% 초과로 유지되고, 여기서 공기 유동물 스트림의 온도는 28℃ 내지 32℃인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 40% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 50% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 60% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 70% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 80% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 또는 제71항에 있어서, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 90% 초과로 유지되는 것인 촉매 장치.
제69항 및 제71항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 16 L/min 내지 18 L/min의 유량으로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안, 촉매 조성물의 포름알데히드 전환 효율이 약 40% 초과로 유지되고 톨루엔 전환 효율이 30% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 1.5 ppm 내지 2.5 ppm의 포름알데히드 및 15 ppm 내지 25 ppm의 톨루엔을 포함하는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 800,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 40% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 800,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 50% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1 내지 400,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 60% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 70% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 1 g/in³ 내지 3 g/in³의 로딩으로 기판 상에 워시코팅되는 경우, 촉매 조성물의 오존 전환 효율이, 30℃ 내지 75℃의 온도에 있으면서 200,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 약 80% 초과로 유지되고, 여기서 공기 스트림은 250 ppb 내지 800 ppb의 오존을 포함하는 것인 촉매 장치.
포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 아민, 황 화합물, 티올, 염소화된 탄화수소, 또는 휘발성 유기 화합물 중 하나 이상의 공기 공급을 정화시키도록 적합화된 촉매 장치이며,
하우징; 및
산화망가니즈, 결합제, 및 활성탄을 포함하는, 하우징 내에 배치된 촉매 조성물
을 포함하는 촉매 장치.
제83항에 있어서, 산화망가니즈가 크립토멜란, 버네사이트, 버나다이트, 산화망가니즈 다형체 I, 저결정질 크립토멜란, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 장치.
제83항에 있어서, 산화망가니즈가 산화망가니즈 다형체 I, 무정형 산화망가니즈, 이들의 다형체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 촉매 장치.
제83항에 있어서, 촉매 조성물의 클로라이드 함량이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 장치.
제83항에 있어서, 촉매 조성물의 술페이트 함량이 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 장치.
제83항에 있어서, 촉매 조성물의 클로라이드 함량 및 술페이트 함량이 각각 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 wt% 미만인 촉매 장치.
압출된 촉매를 제조하는 방법이며,
산화망가니즈 및 물을 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하고;
페이스트를 압출시켜 촉매 조성물을 형성하는 것
을 포함하며,
여기서 촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 갖고, 여기서 촉매 조성물은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 포함하는 것인
방법.
기판 상에 배치된 촉매 조성물을 제조하는 방법이며,
망가니즈를 물 중에 분산시켜 촉매 조성물 슬러리를 형성하고;
촉매 조성물 슬러리를 기판 상에 코팅하는 것
을 포함하며,
여기서 촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 갖고;
여기서 촉매 조성물은 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 것인
방법.
공기 유동물 스트림을 정화하는 방법이며,
정화되지 않은 공기 유동물 스트림을 촉매 조성물과 접촉시켜 정화된 공기 유동물 스트림을 생성하는 것
을 포함하며, 여기서
정화되지 않은 공기 유동물 스트림은 제1 포름알데히드 함량을 함유하고,
정화된 공기 유동물 스트림은 제1 포름알데히드 함량보다 낮은 제2 포름알데히드 함량을 함유하고,
촉매 조성물은 산화망가니즈를 포함하고,
촉매 조성물은 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하는 것인
방법.
제91항에 있어서, 촉매 조성물이, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림과의 최초 접촉 시 제1 효율로 및 3시간 동안 정화되지 않은 공기 유동물 스트림과의 접촉 후 제2 효율로 정화된 공기 스트림을 생성하고,
여기서 제2 효율은 제1 효율에 비해 그 후 약 20% 이하만큼 감소되는 것인
방법.
제92항에 있어서, 제2 효율이 제1 효율에 비해 그 후 약 10% 이하만큼 감소되는 것인 방법.
제91항에 있어서, 접촉이 약 10℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서 일어나는 것인 방법.
제94항에 있어서, 접촉이 약 10℃ 내지 약 50℃ 범위의 온도에서 일어나는 것인 방법.
제94항에 있어서, 접촉이 약 20℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도에서 일어나는 것인 방법.
제91항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉이 약 10% 내지 약 90% 범위의 상대 습도에서 일어나는 것인 방법.
제92항에 있어서, 접촉이 약 100 h^-1 내지 약 1,000,000 h^-1 범위의 공간 속도로 일어나는 것인 방법.
제96항에 있어서, 촉매 조성물이 약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 것인 방법.
압출된 촉매를 제조하는 방법이며,
산화망가니즈 및 결합제, 유기 산화물, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 물 중에서 혼합하여 압출가능 페이스트를 형성하고;
페이스트를 압출시켜 촉매 조성물을 형성하는 것
을 포함하며,
여기서 촉매 조성물은, 정화되지 않은 공기 유동물 스트림으로 최초 도입 시 제1 효율로 및 3시간 동안 정화되지 않은 공기 스트림과의 접촉 후 제2 효율로 포름알데히드를 제거하고,
여기서 제2 효율은 제1 효율에 비해 약 20%만큼 감소되는 것인
방법.
제100항에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 압출가능 페이스트에 마지막으로 첨가하는 것인 방법.
산화망가니즈; 및
임의로, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상
으로 본질적으로 이루어지며,
약 5 m²/g 내지 약 2000 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고,
약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는
촉매 조성물.
산화망가니즈;
임의로, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상; 및
결합제
로 본질적으로 이루어지며,
약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고,
약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는
촉매 조성물.
산화망가니즈;
임의로, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상; 및
무기 산화물
로 본질적으로 이루어지며,
약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고,
약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는
촉매 조성물.
산화망가니즈;
알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상;
결합제; 및
활성탄
으로 본질적으로 이루어지며,
약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고,
약 0.3 mL/g 내지 약 1.5 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는
촉매 조성물.
산화망가니즈 및 탄소를 포함하며, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 아연, 또는 철 중 하나 이상을 추가로 포함하고, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 갖고, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.0 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 촉매 조성물.
산화망가니즈 다형체 I을 포함하며, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하는 촉매 조성물.
산화망가니즈를 포함하며, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고, 압출물의 형태인 촉매 조성물.
산화망가니즈 다형체 I을 포함하며, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고, 약 0.3 mL/g 내지 약 1.0 mL/g 범위의 기공 부피를 갖는 기공을 한정하는 촉매 조성물.
산화망가니즈 다형체 I을 포함하며, 약 5 m²/g 내지 약 150 m²/g 범위의 BET 표면적을 포함하고, 압출물의 형태인 촉매 조성물.
제52항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차, 철도 차량, 선박, 항공기, 및 우주선으로 이루어진 군으로부터 선택된 차량 내의 공기 필터 내로 혼입된 촉매 장치.
제1항 내지 제51항 및 제102항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제51항 및 제102항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내고;

여기서 다른 피크는 20% 미만의 상대 강도로 존재할 수 있는 것인
촉매 조성물.
제1항 내지 제51항 및 제102항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 조성물.
제52항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 장치.
제52항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내고;

여기서 다른 피크는 20% 미만의 상대 강도로 존재할 수 있는 것인
촉매 장치.
제52항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 장치.
제89항 내지 제101항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 방법.
제89항 내지 제101항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내고;

여기서 다른 피크는 20% 미만의 상대 강도로 존재할 수 있는 것인
방법.
제89항 내지 제101항 중 어느 한 항에 있어서, 산화망가니즈가 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 방법.
산화망가니즈를 포함하는 촉매 조성물이며, 여기서 산화망가니즈는 적어도 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 조성물.
산화망가니즈를 포함하는 촉매 조성물이며, 여기서 산화망가니즈는 하기 °2θ 피크 및 강도를 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내고;

여기서 다른 피크는 20% 미만의 상대 강도로 존재할 수 있는 것인
촉매 조성물.
산화망가니즈를 포함하는 촉매 조성물이며, 여기서 산화망가니즈는 단지 하기 °2θ 피크 및 강도만을 특징으로 하는 20 내지 80 °2θ 범위의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것인 촉매 조성물.
제1항 내지 제51항 및 제102항 내지 제110항 중 어느 한 항의 촉매 조성물을 포함하는 PTFE 시트.
제124항에 있어서, PTFE 시트의 포름알데히드 전환 효율이, 약 100,000 h^-1의 부피 시간당 공간 속도 (VHSV)로 약 5 ppm의 포름알데히드를 포함하는 공기 스트림과 접촉하는 최초 3시간 동안 40% 초과로 유지되는 것인 PTFE 시트.
제125항에 있어서, 포름알데히드 전환 효율이 접촉의 최초 3시간 동안 60% 초과로 유지되는 것인 PTFE 시트.