KR20200057155A - Tungsten/titania-based composite oxide carrier and method for manufacturing the same, nox removal catalyst using the carrier, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a vanadium/tungsten/titania-based denitrification catalyst, which provides improved thermal durability to the catalyst provided at the end portion of an exhaust gas treatment device of various emitting sources using a diesel engine in order to remove gaseous nitrogen oxides, against high-temperature heat energy caused by abnormal ignition occurring during a DPF regeneration process in the device. More particularly, the present invention provides a method which includes: allowing an additive/tungsten/titania composite oxide carrier used as a carrier for preparing the catalyst for enhancing thermal durability to be bound in such a manner that a Ti-O-Me binding structure may be formed; and supporting vanadium as an active metal in the carrier. Then, silica and titania as additives are bound to the carrier to produce a Ti-O-Si species, which has a binding structure having enhanced thermal durability, through an impregnation process. In this manner, it is possible to inhibit a decrease in specific surface area of the catalyst under high-temperature heat energy, to suppress phase transfer of titania and aggregation of vanadium so that crystallization may be reduced, and to inhibit formation of a Ti-V-O species lost into titania due to vanadium sintering. In addition, the specific surface area of the carrier having optimized thermal durability is controlled by adjusting firing temperature, and the structural species of vanadium as an active metal is formed into polymeric V. Thus, it is possible to enhance SCR reaction activity, and to provide a catalyst having excellent thermal stability and denitrification efficiency by supporting additives enhancing thermal durability, when preparing a vanadium/tungsten/titania-based catalyst.

Description

텅스텐/티타니아 기반 복합산화물 담체 및 그 제조방법, 상기 담체를 이용한 탈질촉매 및 그 제조방법{TUNGSTEN/TITANIA-BASED COMPOSITE OXIDE CARRIER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, NOX REMOVAL CATALYST USING THE CARRIER, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Tungsten / Titania-based composite oxide carrier and its manufacturing method, denitration catalyst using the carrier and its manufacturing method {TUNGSTEN / TITANIA-BASED COMPOSITE OXIDE CARRIER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, NOX REMOVAL CATALYST USING THE CARRIER, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 디젤 엔진 등 다양한 배출원으로부터 발생하는 질소산화물을 처리하기 위한 배가스 처리장치에 장착되어 질소산화물을 질소와 수분으로 전환시키는 선택적 촉매환원(Selctive Catalytic Reduction; SCR) 기작의 탈질촉매 및 그 제조방법에 관한 것이며, 또한 이러한 탈질촉매에 이용되는 텅스텐/티타니아 기반의 복합산화물 담체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention is equipped with a flue gas treatment device for treating nitrogen oxides generated from various emission sources such as diesel engines, and a method for manufacturing a denitrification catalyst for a selective catalytic reduction (SCR) mechanism for converting nitrogen oxides into nitrogen and moisture and a method for manufacturing the same The present invention also relates to a tungsten / titania-based composite oxide carrier used for such a denitration catalyst and a method for manufacturing the same.

디젤연료를 주 에너지원으로 사용하는 디젤엔진은 다양한 배출원에 적용되어 있다. 예컨대, 디젤엔진은 디젤차(승용차, 대형차)와 더불어 농업용 장비, 산업용 장비, 선박 등의 이동오염원에 사용되는 엔진과 비상용 발전기 등과 같은 고정오염원에도 적용되어 있다. 이러한 디젤엔진의 적용처로부터 대기오염 물질 중 하나인 질소산화물이 배출된다. 질소산화물은 지구온난화, 가시방해, 산성비 등의 문제를 초래하고 있으며, 최근에는 초미세먼지를 형성하는 2차 오염물질로도 작용하는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 디젤엔진 등과 같은 오염원으로부터 발생하는 질소산화물을 제거하기 위한 다양한 기술들이 존재하지만 경제적, 기술적 및 안정적 측면에서 유리한 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)이 가장 널리 사용되고 있으며, 주로 티타니아 또는 텅스텐/티타니아 복합산화물 담체를 기반으로 하고 바나듐이 활성 금속으로 적용된 바타듐/티타니아계 또는 바나듐/텅스텐/티타니아 탈질촉매가 상용촉매로 보편화되어 있다.Diesel engines using diesel fuel as the main energy source are applied to various emission sources. For example, diesel engines are applied to fixed pollution sources such as engines and emergency generators used in mobile pollution sources such as agricultural equipment, industrial equipment, and ships, as well as diesel vehicles (passenger cars and large vehicles). Nitrogen oxide, one of the air pollutants, is discharged from the diesel engine application. Nitrogen oxides cause problems such as global warming, visible obstruction, and acid rain, and have recently been known to act as secondary pollutants that form ultrafine dust. Due to this, various technologies exist for removing nitrogen oxides generated from pollutants such as diesel engines, but selective catalytic reduction (SCR) is advantageous in terms of economic, technical, and stability, and is most widely used, mainly titania or tungsten / Vatadium / titania-based or vanadium / tungsten / titania denitration catalysts based on titania composite oxide carriers and applied with vanadium as active metals are common commercial catalysts.

디젤엔진을 사용하는 고정오염원의 경우, 촉매가 배기가스를 처리해야 하는 운전조건이 비교적 안정적이다. 예를 들어 촉매가 장착된 배가스 처리장치의 유입유량, 반응온도, 공간속도 등이 일정하게 유지된다. 반면 디젤엔진을 사용하는 이동오염원의 경우, 디젤연료로부터 발생하는 다양한 오염물질의 처리를 위해 복잡한 자동차 촉매 시스템이 적용된다. 이러한 이동오염원에는 각각 DOC, DPF, SCR, AOC의 4가지로 구분되는 시스템이 적용되어 있지만 이동오염원 내 디젤엔진의 운전조건으로 인해 안정적이지 않다. 특히 SCR 촉매의 경우, 배기가스에 포함된 HC, CO, Soot 등을 제거하기 위해 전단의 DOC, DPF에서 산화반응을 일으켜 제어하는데 DPF에 축적되는 Soot로부터 필터 재생시 비이상점화 현상에 의해 고온으로 상승하게 됨으로써 후단의 SCR 촉매에 높은 온도의 열적 영향을 미친다.In the case of a fixed pollutant source using a diesel engine, the operating conditions in which the catalyst must treat exhaust gas are relatively stable. For example, the flow rate, reaction temperature, space velocity, etc. of the exhaust gas treatment device equipped with the catalyst are kept constant. On the other hand, in the case of a mobile pollutant using a diesel engine, a complex automotive catalyst system is applied to treat various pollutants generated from diesel fuel. Four types of systems are applied to these mobile pollutants, DOC, DPF, SCR, and AOC, respectively, but they are not stable due to the operating conditions of the diesel engine in the mobile pollutant. In particular, in the case of SCR catalysts, in order to remove HC, CO, and soot contained in the exhaust gas, an oxidation reaction is generated and controlled by DOC and DPF in the front end. As it rises, it has a high temperature thermal effect on the SCR catalyst at the rear stage.

통상적으로 바나듐/티타니아 또는 바나듐/텅스텐/티타니아 탈질촉매의 탈질효율은 열 에너지에 의해 감소되는데, 그 원인으로는 몇 가지 예를 들어 설명할 수 있다. 첫째로, 촉매를 구성하는 바나듐/티타니아에서 열 에너지로 인한 소결현상에 의해 촉매 전체의 비표면적이 감소하는 것이다. 둘째로, 이러한 비표면적의 감소는 티타니아의 결정성이 아나타제에서 소결됨에 따라 결정성이 증가하여 루타일상으로 전환되는 상전이 현상으로 인해 기능을 상실하는 것이다. 셋째로, 활성금속인 바나듐의 산화가 증진을 위한 400℃ 이상의 고온의 반응온도에서 암모니아가 산화되고 이에 따라 반응에 참여하는 환원제로서 암모니아량이 감소함으로써 전체 탈질효율의 활성이 감소하는 것이다. 넷째로, 높은 열에너지가 촉매 내 활성금속인 바나듐 자체의 소결현상을 일으키며, 이후의 지속적인 열에너지로 인해 바나듐이 결정격자를 갖는 티타니아의 내부 물질과 치환반응을 일으켜 촉매 내부로 소실되어 촉매 표면의 반응 활성점을 잃는 것이다. 이러한 이유로, 바나듐/티타니아계 또는 바나듐/텅스텐/티타니아계 SCR 촉매의 경우, 별도의 첨가제 등을 이용함으로써 운전조건에 상관없이 열적 내구성이 더욱 개선된 촉매 개발이 시급하고, 또한 점차 강화되는 배출규제를 만족시킬 필요가 있다.Typically, the denitrification efficiency of the vanadium / titania or vanadium / tungsten / titania denitration catalyst is reduced by thermal energy, and the cause can be explained by several examples. First, in the vanadium / titania constituting the catalyst, the specific surface area of the entire catalyst is reduced by sintering due to thermal energy. Second, the reduction of the specific surface area is that the crystallinity of titania increases as the crystallinity is sintered in an anatase, resulting in loss of function due to a phase transition phenomenon that is converted into a rutile phase. Third, ammonia is oxidized at a reaction temperature of 400 ° C. or higher to promote oxidation of the active metal vanadium, and accordingly, the amount of ammonia as a reducing agent participating in the reaction decreases, thereby reducing the activity of total denitrification efficiency. Fourth, high thermal energy causes sintering of vanadium itself, which is the active metal in the catalyst, and vanadium causes a substitution reaction with the internal material of titania having a crystal lattice due to subsequent thermal energy, which is lost inside the catalyst, thereby causing the reaction activity of the catalyst surface It is to lose points. For this reason, in the case of a vanadium / titania-based or vanadium / tungsten / titania-based SCR catalyst, it is urgent to develop a catalyst with improved thermal durability regardless of operating conditions, and to gradually increase emission regulations by using a separate additive. Need to be satisfied.

현재까지 SCR 촉매로 주로 사용되고 있는 바나듐/텅스텐/티타니아 촉매 대부분은 초기 바나듐/티타니아 촉매의 열적 내구성을 증진시키기 위해 첨가제로서 텅스텐 또는 SiO2 형태인 실리카를 첨가하여 제조된 촉매들이 사용되고 있다. 하지만 이러한 촉매들 또한 고온의 열 에너지에 의해 탈질기능이 저하되었으며, 이를 해결하고자 활성금속인 바나듐의 담지 함량을 낮추고 허니컴 등의 지지체에 코팅량을 증가시켜 촉매를 제조하였다. 이러한 기술은 바나듐/티타니아 촉매의 표면밀도와 연관하여 설명할 수 있으며, 그 일 예가 대한민국 등록특허 제10-1629483호 및 비특허문헌 1(Applied Catalysis A:General, 499, pp. 1-12, 2015)에 개시되어 있다. 이에 따르면 티타니아 지지체에 담지되는 바나듐은 최적의 탈질효율을 나타내는 특정 표면밀도가 담체 및 바나듐 담지 함량에 따라 제어될 수 있다. 바나듐 담지 함량이 낮을수록 이러한 최적값에 대해 낮은 값을 나타내지만, 열에너지에 의해 담체인 티타니아의 비표면적이 줄어들면서 다시 표면밀도는 최적값에 가까워지도록 한다. 하지만 이러한 기술의 경우 사용기간이 길어질수록 탈질효율이 우수해질수 있지만 지지체에 코팅량이 높기 때문에 전체 디젤엔진 내 공정에서 △P가 증가될 수 있으며, 촉매의 탈리현상이 발생할 가능성이 높다. 이에 따라 최근 연구동향으로는 바나듐 담지함량을 조절하여 촉매의 열적 내구성을 갖도록 함으로써 비표면적의 감소를 최소로 하는 연구가 진행되고 있다.Most of the vanadium / tungsten / titania catalysts mainly used as SCR catalysts to date are catalysts prepared by adding silica in the form of tungsten or SiO 2 as an additive to improve the thermal durability of the initial vanadium / titania catalyst. However, these catalysts also had a denitrification function deteriorated by high-temperature thermal energy. To solve this, the catalyst was prepared by lowering the supported content of vanadium as an active metal and increasing the coating amount on a support such as honeycomb. This technique can be explained in relation to the surface density of the vanadium / titania catalyst, and examples thereof are Korean Patent Registration No. 10-1629483 and Non-Patent Document 1 (Applied Catalysis A: General, 499, pp. 1-12, 2015). ). According to this, the specific surface density of the vanadium supported on the titania support can be controlled according to the carrier and the content of vanadium supported. The lower the vanadium loading content, the lower the value for this optimum value, but the specific surface area of titania, which is the carrier, is reduced by thermal energy, and the surface density again approaches the optimum value. However, in the case of such a technique, the denitrification efficiency may be improved as the usage period increases, but since the coating amount on the support is high, ΔP may increase in the process in the entire diesel engine, and there is a high possibility of catalyst desorption. Accordingly, as a recent research trend, studies are being conducted to minimize the reduction in specific surface area by controlling the vanadium loading content to have the thermal durability of the catalyst.

다음으로 이러한 열적 내구성이 증진된 담체 또는 바나듐/담체 형태의 촉매와 그 제조방법에 관한 예로 대한민국 공개특허 제10-2006-0132894호, 제10-2007-0122453호, 제10-2013-003817호 등이 있다. 먼저, 대한민국 공개특허 제10-2006-0132894호는 높은 비표면적과 열안정성을 갖는 나노구조 입자의 제조방법과 안정화제제를 첨가하여 열안정성을 증진시키는 것에 대해 개시하고 있으며, 600℃의 온도에서 6시간 열안정성이 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 안정화제제로 포스페이트, 실리케이트, 알루미네이트, 텅스테이트, 몰리브데이트, 폴리텅스테이트 및 폴리 몰리브데이트로 구성된 군으로부터 선택되는 옥소-음이온 종(species)을 사용하여 나노-구조 금속 옥사이드 입자로 지르코니아-실리카 조성물을 형성시킨다. 하지만 나노구조 물질을 이용한 담체의 경우, 활성금속인 바나듐을 이용한 SCR 반응에서의 열적 내구성 및 티타니아(TiO2)와의 결합에 관한 내용은 없으며, 전구체-전구체 간의 결합을 응집시키는데 pH 및 autoclave를 사용하는 공침법으로 인해 제조방법이 다소 어려운 한계를 갖는다. 또한 분석방법에 있어서 BET, XRD, FE-TEM 으로 비표면적의 감소율과 입자크기, 결정성을 확인하였지만 후술하는 바와 같이 본 발명의 특징 중 하나인 촉매 내 특정 결정구조의 형성에 의해 열적 내구성을 갖게 되는 원인에 대해서는 명시적으로 설명 또는 개시하고 있지 않다.Next, examples of the catalyst having the thermal durability enhanced carrier or vanadium / carrier and a method for manufacturing the same are disclosed in Korean Patent Publication Nos. 10-2006-0132894, 10-2007-0122453, 10-2013-003817, etc. There is this. First, Korean Patent Publication No. 10-2006-0132894 discloses a method for manufacturing nanostructured particles having a high specific surface area and thermal stability, and adding a stabilizing agent to improve thermal stability. It is characterized by time thermal stability. In this case, the nano-structured metal oxide particles using oxo-anionic species selected from the group consisting of phosphate, silicate, aluminate, tungstate, molybdate, polytungstate and poly molybdate as stabilizers To form a zirconia-silica composition. However, in the case of a carrier using a nanostructured material, there is no content regarding thermal durability and binding with titania (TiO 2 ) in an SCR reaction using vanadium, which is an active metal, and pH and autoclave are used to aggregate bonds between precursors and precursors. Due to the coprecipitation method, the manufacturing method has a rather difficult limitation. In addition, in the analytical method, BET, XRD, and FE-TEM were used to confirm the specific surface area reduction rate, particle size, and crystallinity, but as described later, one of the features of the present invention was to have thermal durability by forming a specific crystal structure in the catalyst. The cause is not explicitly explained or disclosed.

다음으로, 대한민국 공개특허 제10-2007-0122453호는 기상법에 의해 제조된 실리카-티타니아 복합산화물 입자 형성에 관해 개시하고 있으며, 티타니아의 함유량을 조절하여 비표면적이 100 m2/g 이하로 제조하며 Ti-Si 비율을 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 공개특허의 경우, 실리카와 티타니아의 복합산화물 제조를 위해 기상법이 사용되었으며, 사용된 물질로는 연소 버너에 도입하는 사염화규소, 사염화티타늄 가스를 사용하여 유량비율, 연소시간, 연소온도 및 연소분위기를 제어하여 일정 Ti-Si 비율을 도출한다. 하지만 상기 공개특허의 경우, Ti-Si 복합산화물을 제조하여 열적 내구성이 일부 증진되었지만, 궁극적으로 최종 복합산화물의 용도는 전자사진용 토너의 외부 첨가제로 사용하는 것이고, 다양한 전구체를 적용하는 것에 대해서는 개시하고 있지 못하며, 또한 제조방식으로 개시된 기상법은 촉매 제조시 통상적으로 채택되는 공침법 또는 함침법 등과 비교할 때 큰 차이점을 갖는다Next, Korean Patent Publication No. 10-2007-0122453 discloses the formation of silica-titania composite oxide particles produced by a vapor phase method, and controls the content of titania to produce a specific surface area of 100 m 2 / g or less. It is characterized by controlling the Ti-Si ratio. In the case of the disclosed patent, a gas phase method was used for the production of a composite oxide of silica and titania, and the flow rate ratio, combustion time, combustion temperature and combustion atmosphere using silicon tetrachloride and titanium tetrachloride gas introduced into the combustion burner are used. Control to derive a constant Ti-Si ratio. However, in the case of the disclosed patent, although the thermal durability was partially improved by preparing a Ti-Si composite oxide, ultimately, the use of the final composite oxide is to be used as an external additive for an electrophotographic toner, and application of various precursors is disclosed. In addition, the gas phase method disclosed as a manufacturing method has a great difference when compared with a co-precipitation method or an impregnation method commonly employed in catalyst production.

다음으로, 대한민국 공개특허 제10-2013-0038178호는 실리카-안정화된 아나타제 티타니아를 생성하는 조성물 및 과정에 관한 것이며, 텅스텐과 바나디아를 더 포함하여 다양한 형태의 실리케이트, 실리카를 사용하여 작은 나노입자 형태인 촉매 지지체 물질을 형성하는 것에 대해 개시하고 있다. 구체적으로 상기 공개특허의 경우 바나듐/텅스텐/티타니아 탈질촉매에 대하여 열 안정성을 증진시키기 위해 텅스텐/티타니아 담체에 다양한 종류의 실리케이트 및 실리카를 담지하되 SiO2의 담지 함량, W의 담지 함량 및 비표면적의 최소값과 더불어 바나듐을 담지하여 SCR 반응에서 탈질효율의 변화를 최소화 하는 촉매를 형성한다. 사용된 Si 전구체의 종류로는 테트라 암모늄 실리케이트, 테트라에틸오쏘 실리케이트, 실리콘 할라이드, 실리콘 알콕사이드, 실리콘 유기화합물, 플루오르 규산염, 알칼리 실리케이트 용액, 규산을 사용하여 티타니아와 결합시켰으며 이 중 Si 전구체를 테트라 암모늄 실리케이트와 규산으로 최적화하였다. 제조된 최적 담체를 통해 SCR 탈질효율 변화를 325℃에서 열처리 전/후로 비교하였다. 하지만 상기 공개특허는, 후술하는 바와 같이 본 발명과는 달리, pH조절 및 autoclave, 생성된 물질에 대한 세척과정이 필요한 공침법을 이용하여 Si-Ti 담체를 제조하였고, 또한 사용된 Si 전구체에 대해서 함침법으로 제조시 최적화시킬 수 있는 전구체 간 비교 및 Si 전구체 중 하나인 Dimethoxy dimethylsilane(DMDMS, C4H12O2Si)에 대한 언급이 없고, 또한 사용한 Si가 TiO2와의 결합으로 인해 생성되는 구조종에 대한 언급이 없으며, 구조 분석에 있어서 Si-Si간의 결합 갯수만 판별이 가능한 29Si-MASNMR 분석만을 언급하였다. 또한, 상기 공개특허에서 350℃에서의 열처리 전/후의 반응활성 비교는 이미 반응활성이 우수한 구간으로 촉매의 열적 내구성 증진을 비교하기에 다소 어려운 온도구간이며, Si 이외에 다른 첨가물질의 영향에 대해서는 개시하고 있지 않다.Next, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0038178 relates to a composition and a process for producing a silica-stabilized anatase titania, small nanoparticles using various types of silicates, silica, further including tungsten and vanadia It is disclosed to form a catalyst support material in the form. Specifically, in the case of the disclosed patent, various types of silicates and silica are supported on a tungsten / titania carrier to improve thermal stability with respect to a vanadium / tungsten / titania denitration catalyst, but the supported content of SiO 2, the supported content of W and the specific surface area In addition to the minimum value, vanadium is supported to form a catalyst that minimizes the change in denitrification efficiency in the SCR reaction. As the type of Si precursor used, tetra ammonium silicate, tetraethyl ortho silicate, silicon halide, silicon alkoxide, silicon organic compound, fluoric silicate, alkali silicate solution, and silicic acid were used to bond with titania, of which Si precursor was tetra ammonium Optimized with silicate and silicic acid. Changes in SCR denitrification efficiency through the prepared optimal carrier were compared before / after heat treatment at 325 ° C. However, the disclosed patent, unlike the present invention as described below, was prepared Si-Ti carrier using a co-precipitation method that requires a pH control and autoclave, washing process for the produced material, and also for the used Si precursor There is no mention of dimethoxy dimethylsilane (DMDMS, C 4 H 12 O 2 Si), which is one of Si precursors and comparison between precursors that can be optimized during manufacturing by impregnation, and also the structure in which Si used is formed by bonding with TiO 2 There is no reference to species, and only 29 Si-MASNMR analysis is mentioned in which structural analysis can only discriminate the number of bonds between Si-Si. In addition, in the published patent, comparison of the reaction activity before and after heat treatment at 350 ° C. is a section with excellent reaction activity, which is a rather difficult temperature range to compare the thermal durability enhancement of the catalyst, and discloses the effects of additives other than Si. It is not.

또한, 질소산화물 제거를 위해 사용되는 바나듐/텅스텐/티타니아계 촉매 조성 내 첨가물 담지에 따른 열적 내구성이 증진된 탈질촉매의 일예가 비 특허문헌 2(Applied Catalysis B Environmental, 60, pp. 173-179, 2005)에 개시되어 있다. 이에 따르면 티타니아 전구체와 실리카 졸을 몰비로 혼합하여 공침법을 이용하여 티타니아/실리카 조성의 복합산화물 담체를 제조한 후 활성금속인 바나듐을 담지하여 탈질촉매를 제조하였다. 제조된 티타니아/실리카 복합산화물 담체는 열처리 온도 550-750℃에서 가열 후 비표면적을 측정하였으며 실리카 몰 비율이 증가할수록 열처리 온도에 따라 유지되는 비표면적의 크기가 증가함을 나타내었다. 하지만 이러한 복합산화물 담체에 바나듐 담지 후 열처리하여 탈질효율을 비교할 경우 활성이 저하되는 특성을 보였으며, 티타니아와 실리카의 결합에 대한 해석보다는 XPS 분석을 통해 바나듐의 산화가 종과 NH3-TPD 및 반응물 가스의 농도로부터 반응특성에 대한 해석이 주로 기술되었으며 궁극적으로 후술하는 바와 같이 본 발명의 특징 중 하나인 열적 내구성에 영향을 주는 결합구조에 대해서는 언급하고 있지 않다. In addition, an example of a denitration catalyst having improved thermal durability according to loading of an additive in a vanadium / tungsten / titania-based catalyst composition used for nitrogen oxide removal is Non-Patent Document 2 (Applied Catalysis B Environmental, 60, pp. 173-179, 2005). According to this, the titania precursor and silica sol were mixed in a molar ratio to prepare a composite oxide carrier having a titania / silica composition using a co-precipitation method, and then a denitration catalyst was prepared by supporting vanadium as an active metal. The prepared titania / silica composite oxide carrier measured the specific surface area after heating at a heat treatment temperature of 550-750 ° C, and showed that as the silica molar ratio increased, the size of the specific surface area maintained according to the heat treatment temperature increased. However, when the denitrification efficiency was compared by heat treatment after loading vanadium on the composite oxide carrier, the activity was deteriorated. Oxidation of vanadium was observed through the XPS analysis rather than the analysis of the binding between titania and silica, and NH 3 -TPD and reactants. The analysis of the reaction characteristics from the concentration of the gas has been mainly described, and ultimately, as described later, it does not mention a bonding structure that affects one of the characteristics of the present invention, thermal durability.

다음으로, 질소산화물 제거를 위해 사용되는 바나듐/텅스텐/티타니아계 촉매조성 내 첨가물 담지에 따른 열적 내구성이 증진된 탈질촉매의 또 다른 일례가 비 특허문헌 3(Journal of Alloys and Compounds, 408-412, pp. 1108-1112, 2006), 비 특허문헌 4(Catalysis Today, 184, pp. 227-236, 2012)에 개시되어 있다. 이에 따르면 기존의 상용 티타니아 중 하나인 'DT58' TiO2에 활성금속인 바나듐을 담지하여 SCR 반응에서의 열적 내구성 영향을 비교하였다. DT58의 경우 티타니아 제조사로부터 미리 제조되어진 실리카/텅스텐/티타니아 옥사이드 조성으로 상기 연구에서는 희토류 금속인 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Yb 등과 같은 첨가물질을 통하여 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매의 열적 내구성을 증진영향을 연구하였다. 촉매 내 실리카의 역할로는 티타니아의 아나타제가 루타일로 전환되는 것을 억제하였으며, 텅스텐의 결정화를 억제하였다. 첨가물질인 희토류 금속중 하나인 Tb를 사용할 경우 열처리 후에 반응활성이 증가되는 특성을 보였지만 초기 활성이 매우 낮은 단점을 보였다. 하지만, 이러한 연구내용 또한 이러한 티타니아와 첨가물질간의 결합으로 인해 형성되는 특정 결정구조에 의한 열적 내구성의 증진보다는 XRD, H2-TPR 분석을 통해서 열에너지에 의해 반응을 일으키는 바나듐이 분석을 통해 발견된 새로운 구조종인 TbVO4에 의해 반응활성과 열적 내구성이 증진되는 것으로 연구가 진행되었다.Next, another example of a denitration catalyst having improved thermal durability according to loading of an additive in a vanadium / tungsten / titania-based catalyst composition used for nitrogen oxide removal is Non-Patent Document 3 (Journal of Alloys and Compounds, 408-412, pp. 1108-1112, 2006), Non-Patent Document 4 (Catalysis Today, 184, pp. 227-236, 2012). According to this, an active metal vanadium is supported on 'DT58' TiO 2 , which is one of the existing commercial titanias, to compare the thermal durability effect in the SCR reaction. In the case of DT58, it is a silica / tungsten / titania oxide composition prepared in advance from a titania manufacturer. In the above study, vanadium / is obtained through additives such as La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Yb, etc. The effect of improving the thermal durability of the silica / tungsten / titania catalyst was studied. The role of silica in the catalyst inhibited the conversion of titania anatase to rutile and inhibited crystallization of tungsten. When Tb, one of the rare earth metals as an additive, was used, the reaction activity was increased after heat treatment, but the initial activity was very low. However, these studies also show that vanadium, which reacts by thermal energy through XRD and H 2 -TPR analysis, is found through analysis rather than by promoting thermal durability due to a specific crystal structure formed by the binding between titania and an additive. Studies have been conducted to improve the reaction activity and thermal durability by the structural species TbVO 4 .

다음으로, 질소산화물 제거를 위해 사용되는 바나듐/텅스텐/티타니아계 촉매조성 내 첨가물 담지에 따른 열적 내구성이 증진된 탈질촉매의 또 다른 일예가 비 특허문헌 5(Chinese Journal of Catalysis, 37, pp. 1340-1346, 2016)에 명시되어 있다. 이에 따르면 기존의 텅스텐/티타니아, 실리카/텅스텐/티타니아 옥사이드 조성으로 구성되어 있는 상용 TiO2 인 DT52, DT58에 활성금속인 바나듐을 담지하여 탈질반응에서의 열적 내구성 연구를 수행하였다. 두 촉매를 비교함에 있어서 XRD, Raman, H2-TPR 분석을 통해서 고온의 열에너지에 대한 열적 내구성을 비교한 결과 실리카/텅스텐/티타니아 조성의 촉매에서 열적 내구성을 갖는 것을 연구하였다. 구체적인 내용으로 Ti-V-O solid solution 형성으로 인해 열적 내구성이 감소됨을 언급한다. 하지만, Raman과 H2-TPR 분석에서 존재 유/무에 따른 Ti-V-O 구조를 참고문헌을 통하여 간접적으로 언급하였으며, Crystalline vanadia 종과 peak 위치가 겹치므로 정확한 해석이 어려운 것으로 판단된다. 탈질촉매의 열적 내구성에 대한 연구가 최근에 들어서 많은 연구들이 수행되고 분석을 통해 그 원인에 대해서 언급하는 추세이지만 정확히 열적 내구성이 증진된 탈질촉매에 있어서 결정적인 증진 인자에 대한 언급이 미흡한 실정이다.Next, another example of a denitration catalyst having improved thermal durability according to the loading of an additive in a vanadium / tungsten / titania-based catalyst composition used for nitrogen oxide removal is Non-Patent Document 5 (Chinese Journal of Catalysis, 37, pp. 1340) -1346, 2016). According to this, a commercially available TiO 2 composed of a conventional tungsten / titania, silica / tungsten / titania oxide composition, DT52, DT58 was loaded with active metal vanadium to conduct a thermal durability study in the denitrification reaction. When comparing the two catalysts, XRD, Raman, and H 2 -TPR were analyzed to compare the thermal durability to thermal energy at high temperature. As a result, it was studied that the silica / tungsten / titania composition had thermal durability. Specifically, it is mentioned that thermal durability is reduced due to the formation of a Ti-VO solid solution. However, in the analysis of Raman and H 2 -TPR, the Ti-VO structure according to presence / absence was mentioned indirectly through a reference, and it is judged that accurate interpretation is difficult because the crystalline vanadia species and the peak position overlap. Although studies on the thermal durability of denitrification catalysts have recently been conducted and many studies have been conducted and refer to the causes through analysis, it is insufficient to mention the decisive improvement factor in denitrification catalysts with improved thermal durability.

이상 언급된 종래기술들로부터, 가스상 질소산화물을 제거하는 탈질촉매와 관련하여 디젤엔진 내 DPF 재생에 따른 이상점화시 후단 SCR 촉매의 물성 및 탈질효율을 유지시키는 열적 내구성을 증진시키기 위한 연구가 활발하다. 그 중 첨가물질로 실리카 등 다양한 물질에 대한 연구가 현재까지 진행되고 있으나, 고온의 열에너지로부터 비표면적, 결합구조, 바나듐 산화가, 탈질효율 등 촉매의 물성을 유지시키는 과정에서 열적 내구성이 증진된 촉매의 결정적인 인자에 대한 영향에 대해서는 연구가 미미한 실정이다. 또한 종래 이러한 열적 내구성이 증진된 촉매의 경우, 첨가물질과 담체와의 결합을 유도하기 위해 주로 공침법을 사용해 왔으며 초기 효율이 낮은 단점을 보이고 있어 더욱 강화되는 추세의 환경규제에 대응하기 위해서는 보다 우수한 촉매 개발이 필요한 실정이다. From the above-mentioned prior arts, there are active researches to improve the thermal durability to maintain the properties and denitrification efficiency of the downstream SCR catalyst during abnormal ignition due to DPF regeneration in the diesel engine in relation to the denitration catalyst for removing gaseous nitrogen oxides. . Among them, research into various materials such as silica as an additive material has been conducted to date, but the catalyst has improved thermal durability in the process of maintaining the properties of the catalyst such as specific surface area, bonding structure, vanadium oxidation value, denitrification efficiency, etc. from high temperature thermal energy Research on the effect of the determinants of the factors is negligible. In addition, in the case of the catalyst having improved thermal durability, a co-precipitation method has been mainly used to induce the binding of an additive and a carrier, and it exhibits a disadvantage of low initial efficiency. It is necessary to develop a catalyst.

이러한 이유로 궁극적으로는 열적 내구성 및 소성온도에 따른 비표면적 제어로부터 바나듐 표면밀도 조절에 따라 최적 탈질효율을 나타낼 수 있는 바나듐/첨가물질/텅스텐/티타니아 촉매의 제조방법이 필요하다. For this reason, ultimately, there is a need for a method of manufacturing a vanadium / additive / tungsten / titania catalyst capable of exhibiting optimum denitration efficiency by controlling vanadium surface density from control of specific surface area according to thermal durability and firing temperature.

대한민국 등록특허 제10-1629483호Republic of Korea Registered Patent No. 10-1629483 대한민국 공개특허 제10-2006-0132894호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0132894 대한민국 공개특허 제 10-2007-0122453호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007-0122453 대한민국 공개특허 제10-2013-0126837호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0126837

비특허문헌 1(Applied Catalysis A:General, 499, pp. 1-12, 2015)Non-Patent Document 1 (Applied Catalysis A: General, 499, pp. 1-12, 2015) 비특허문헌 2(Applied Catalysis B Environmental, 60, pp. 173-179, 2005)Non-Patent Document 2 (Applied Catalysis B Environmental, 60, pp. 173-179, 2005) 비특허문헌 3(Journal of Alloys and Compounds, 408-412, pp. 1108-1112, 2006)Non-Patent Document 3 (Journal of Alloys and Compounds, 408-412, pp. 1108-1112, 2006) 비특허문헌 4(Catalysis Today, 184, pp. 227-236, 2012)Non-Patent Document 4 (Catalysis Today, 184, pp. 227-236, 2012) 비특허문헌 5(Chinese Journal of Catalysis, 37, pp. 1340-1346, 2016)Non-Patent Document 5 (Chinese Journal of Catalysis, 37, pp. 1340-1346, 2016)

본 발명은 열적 내구성이 우수하고, 고온 및 저온에서의 탈질효율이 유지된 텅스텐/티타이아 기반의 복합산화물 담체 및 그 제조방법과, 이러한 복합산화물 담체를 이용한 바나듐을 활성금속으로 하는 탈질촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is excellent in thermal durability, and the denitrification efficiency at a high temperature and a low temperature is maintained tungsten / titasia-based composite oxide carrier and a manufacturing method thereof, and a denitration catalyst using vanadium as an active metal using the composite oxide carrier, and It is to provide the manufacturing method.

본 발명자들은, 상기 해결과제와 관련된 촉매를 연구 및 개발하는 과정에서, 기존 상용의 텅스텐/티타니아 담체에 실리카를 첨가제(Me; Additive metal)로 담지하여 실리카/텅스텐/티타니아 복합산화물 담체를 제조한 후 담체에 바나듐을 활성금속으로 담지하여 탈질촉매를 제조한다. 이 경우, 해당 첨가제의 전구체 종류 및 그 함량, 활성금속 담지량, 담지방법 및 세부 공정조건을 제어함으로써, 복합산화물 담체에서 TiO2와 결합한 형태인 Me-O-Ti 결합구조 종을 형성시킨다. 한편, 높은 열에너지에 따른 탈질촉매의 비활성화 인자로서 비표면적이 감소되는 현상과 아나타제 종이 루타일 종으로 상전이되는 현상, 바나듐 산화가 변화로 인한 결정성 증가 및 바나듐 자체의 소결로 인해 티타니아 결정격자 내부로 치환되어 Ti-V-O 구조종이 형성되어 바나듐이 촉매 내부로 소실됨으로써 탈질반응 활성점이 감소되는 현상을 효과적으로 억제하여 열적 내구성이 증진됨과 동시에 고온뿐만 아니라 저온에서도 우수한 탈질 효율이 발현될 수 있음을 확인하여 본 발명에 도달하게 되었다. 상기한 해결과제에 관한 이식 및 지견에 기초한 본 발명의 요지는 아래와 같다.The present inventors, in the process of researching and developing a catalyst related to the above solution, after preparing silica / tungsten / titania composite oxide carrier by supporting silica as an additive (Me; Additive metal) on an existing commercial tungsten / titania carrier Denitrification catalyst is prepared by supporting vanadium on the carrier as an active metal. In this case, by controlling the precursor type and content of the additive, the amount of active metal supported, the supporting method and detailed process conditions, a Me-O-Ti binding structure species, which is a form combined with TiO 2 in a composite oxide carrier, is formed. On the other hand, as a deactivation factor of the denitration catalyst due to high thermal energy, the specific surface area is reduced and the phase transition to a rutile species of anatase species, the crystallinity due to the change in vanadium oxidation, and the sintering of vanadium itself into the titania crystal lattice By confirming that the denitrification activity point is effectively suppressed by the substitution of Ti-VO structural species and the loss of vanadium into the catalyst, thermal durability is enhanced and excellent denitrification efficiency can be exhibited at high temperature as well as at low temperature. The invention has been reached. The gist of the present invention based on transplantation and knowledge related to the above-described problem is as follows.

(1) 상기 티타니아 100 중량부에 대해 텅스텐 5~8 중량부 및 실리카 1~5 중량부를 포함하며, Si-O-Ti의 결합구조 종이 전체 실리카 구조의 70% 이상인 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체.(1) A composite oxide carrier comprising 5 to 8 parts by weight of tungsten and 1 to 5 parts by weight of silica with respect to 100 parts by weight of titania, and the bonding structure of Si-O-Ti is 70% or more of the total silica structure.

(2) 상기 티타니아 100 중량부에 대해 텅스텐 5~8 중량부 및 실리카 1~5 중량부를 포함하도록 텅스텐 전구체 및 실리카 전구체를 담지한 후 500~650℃에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체 제조방법.(2) A composite oxide carrier, characterized in that it is prepared by carrying a tungsten precursor and a silica precursor to contain 5 to 8 parts by weight of tungsten and 1 to 5 parts by weight of silica relative to 100 parts by weight of titania, and then firing at 500 to 650 ° C. Manufacturing method.

(3) 상기 실리카 전구체는 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)인 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 복합산화물 담체 제조방법.(3) The silica precursor is dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) characterized in that the composite oxide carrier production method of (2).

(4) 상기 텅스텐 전구체는 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)인 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 복합산화물 담체 제조방법.(4) The tungsten precursor is ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ), characterized in that the composite oxide carrier production method of (2).

(5) 상기 텅스텐 전구체 또는 실리카 전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 복합산화물 담체 제조방법. (5) The method for preparing a composite oxide carrier of (2), wherein the tungsten precursor or silica precursor is a soluble compound.

(6) 상기 (1)에 따른 복합산화물 담체 100 중량부에 대해 바나듐 2~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질촉매.(6) A denitration catalyst comprising 2 to 5 parts by weight of vanadium with respect to 100 parts by weight of the composite oxide carrier according to (1).

(7) 상기 바나듐 구조종은 polymeric V 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 탈질촉매.(7) The denitration catalyst of (6), wherein the vanadium structural species has a polymeric V structure.

(8) 상기 탈질촉매의 비표면적은 70.0 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 탈질촉매.(8) The denitration catalyst of (6), wherein the denitration catalyst has a specific surface area of 70.0 m 2 / g or more.

(9) 상기 (1)에 따른 복합산화물 담체 100 중량부에 대해 바나듐 2~5 중량부가 되도록 바나듐 전구체를 담지한 후 500~600℃에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 탈질촉매 제조방법.(9) A denitration catalyst production method characterized by being prepared by carrying a vanadium precursor so that it is 2 to 5 parts by weight of vanadium with respect to 100 parts by weight of the composite oxide carrier according to (1) above, and then calcining at 500 to 600 ° C.

(10) 바나듐 전구체는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)인 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 탈질촉매 제조방법.(10) A method for preparing a denitration catalyst according to (9), wherein the vanadium precursor is ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ).

(11) 상기 바나듐 전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 탈질촉매 제조방법.(11) The method for preparing a denitration catalyst according to (9), wherein the vanadium precursor is a soluble compound.

종래 디젤엔진 배가스 내 질소산화물 처리를 위해 장착되는 SCR 시스템에 주로 사용되는 바나듐/텅스텐/티타니아계 촉매는 전단 DPF의 재생 과정에서 발생하는 비 이상점화로부터 고온의 열에너지에 의해 비활성화 되었다. 본 발명에 따른 탈질촉매의 경우, 첨가제(Me)로 실리카를 첨가시 Me-O-Ti의 결합구조를 형성시킴으로써 열적 내구성이 증진된 실리카/텅스텐/티타니아 복합산화물 담체를 사용하고, 활성금속 담지시 열처리 온도를 제어함으로써 담체의 비표면적과 담지량를 제어하여 바나듐 구조에 있어서 300℃ 이하의 저온에서 우수한 탈질효율을 나타내는 polymeric V 구조로 분산되어 있는 촉매를 제조할 수 있다.Vanadium / tungsten / titania catalysts, which are mainly used in SCR systems mounted for the treatment of nitrogen oxides in diesel engine exhaust gas, have been deactivated by high temperature heat energy from non-idealization occurring during the regeneration process of the shear DPF. In the case of the denitration catalyst according to the present invention, when silica is added as an additive (Me), a silica / tungsten / titania composite oxide carrier having improved thermal durability is formed by forming a bonding structure of Me-O-Ti, and when supporting an active metal By controlling the heat treatment temperature, it is possible to manufacture a catalyst dispersed in a polymeric V structure that exhibits excellent denitrification efficiency at a low temperature of 300 ° C. or less in a vanadium structure by controlling a specific surface area and a supported amount of the carrier.

즉, 본 발명은 티타니아(TiO2)에 첨가제인 실리카를 먼저 결합시켜 Ti-O-Si 형태의 구조종을 형성함으로써 열적 내구성을 최대화 하고, 이를 통해 열 에너지에 의해 탈질효율을 감소시키는 비표면적이 감소되는 현상, 티타니아 아나타제 상이 루타일로 상전이되는 현상, 바나듐 산화가 변화로 인한 결정성 증가 및 바나듐 자체 소결로 인해 치환반응을 일으켜 티타니아 결정 격자 내부에서 Ti-V-O 종을 형성하여 바나듐이 촉매 내부로 소실되어 활성점이 감소되는 현상을 제어하여 고온의 열에너지에 대한 구조적 안정성을 극대화할 수 있다. 이러한 열적 내구성이 극대화된 복합산화물 담체에 소성온도를 제어하여 바나듐의 구조종을 조절하여 고온 및 저온에서의 탈질 효율이 증진될 수 있다.That is, the present invention maximizes thermal durability by forming a Ti-O-Si type structural species by first combining titania (TiO 2 ) as an additive silica, thereby reducing specific denitrification efficiency by thermal energy. Decreased phenomenon, titania anatase phase transition to rutile, vanadium oxidation increases crystallinity due to change, and vanadium self-sintering causes a substitution reaction to form Ti-VO species inside the titania crystal lattice, where vanadium disappears into the catalyst By controlling the phenomenon that the active point is reduced, it is possible to maximize structural stability against high temperature thermal energy. Denitrification efficiency at high and low temperatures may be improved by controlling the sintering temperature of the vanadium by controlling the firing temperature on the composite oxide carrier having the maximum thermal durability.

도 1은 탈질촉매의 활성평가를 하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후 탈질효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 탈질촉매의 공극분포를 평가하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후 공극분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 탈질촉매에서 실리카와 티타니아의 결합 형태 및 비율을 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 XPS (X-ray photoelectron spectroscopic) Si2P 분석결과를 도시한 그래프. 도 4 는 담체 소성과정에서 연소생성물인 CO2의 형성을 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3 담체를 소성하지 않고 건조오븐(105 ℃)에서 건조까지만 하여 O2-TPO (Temperature Programmed Oxidation) 분석결과를 도시한 그래프.
도 5는 티타니아 및 바나듐 구조종 변화를 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 XRD (X-ray diffraction) 분석결과를 도시한 그래프.
도 6 은 탈질촉매의 환원 특성변화를 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 H2-TPR (Hydrogen-Temperature Programmed Reduction) 분석결과를 도시한 그래프.
도 7 은 탈질촉매의 제조방법에 따른 NH3-SCR 활성평가를 하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1, 제조예 3-1 내지 3-5에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 탈질효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 탈질촉매에서 실리카와 티타니아의 결합 형태 및 비율을 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 7과 제조예 3-1 내지 3-3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 XPS (X-ray photoelectron spectroscopic) Si2P 분석결과를 도시한 그래프.
도 9 는 탈질촉매에서 활성금속인 바나듐의 제조조건에 따라 제어되는 바나듐 구조종을 확인하기 위해, 본 발명에 따른 제조예 1, 제조예 3-1 내지 3-3에 따라 제조된 촉매의 열처리 전/후의 Raman spectroscopy 분석결과를 도시한 그래프.
1 is a graph showing the results of measuring the denitrification efficiency before and after the heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention, in order to evaluate the activity of the denitration catalyst.
Figure 2 is a graph showing the results of measuring the pore distribution before and after heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention, in order to evaluate the pore distribution of the denitration catalyst.
3 is XPS (X-ray photoelectron spectroscopic) before and after heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention, in order to confirm the binding form and ratio of silica and titania in the denitration catalyst. ) Graph showing Si 2P analysis results. Figure 4 is to confirm the formation of the combustion product CO 2 in the course of the carrier firing, Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention without firing the carrier until drying only in a drying oven (105 ℃) O 2 -TPO (Temperature Programmed Oxidation) graph showing analysis results.
Figure 5 shows the results of XRD (X-ray diffraction) analysis before and after heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention to confirm changes in titania and vanadium structural species. graph.
FIG. 6 is an analysis of H 2 -TPR (Hydrogen-Temperature Programmed Reduction) before and after heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 and 3 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 according to the present invention, in order to confirm changes in reduction characteristics of the denitration catalyst. Graph showing results.
Figure 7 shows the denitration efficiency before and after the heat treatment of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 and 3 to 3 to 3 according to the present invention, in order to evaluate NH 3 -SCR activity according to a method for preparing a denitration catalyst. Graph showing measured results.
FIG. 8 shows XPS before and after heat treatment of catalysts prepared according to Preparation Example 7 and Preparation Examples 3-1 to 3-3 according to the present invention, in order to confirm the binding form and ratio of silica and titania in a denitration catalyst. ray photoelectron spectroscopic) Graph showing Si 2P analysis results.
Figure 9 is before the heat treatment of the catalyst prepared according to Preparation Example 1, Preparation Examples 3-1 to 3-3 according to the present invention, in order to confirm the vanadium structural species controlled according to the manufacturing conditions of the active metal vanadium in the denitration catalyst Graph showing results of Raman spectroscopy analysis after /.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 복합산화물 담체 및 그 제조방법에 관한 것이며, 이러한 복합산화물 담체에 활성금속이 담지되어 질소산화물 제거에 유용한 탈질촉매 및 그 제조방법에 관한 것인 바 이하 순차적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention relates to a composite oxide carrier and a method for manufacturing the same, and relates to a denitration catalyst useful for removing nitrogen oxides by supporting an active metal on such a composite oxide carrier and a method for manufacturing the same, hereinafter sequentially described.

상기 복합산화물 담체는 텅스텐/티타니아를 기반으로 하며 실리카를 포함하는 것을 특징으로 한다. 복합산화물 담체는 티타니아 100 중량부에 대해 텅스텐 5~8중량부 및 실리카 1~5 중량부를 포함하도록 텅스텐 전구체 및 실리카 전구체를 담지한 후 소정온도에서 소성함으로써 제조되며, 특정 실리카 전구체에서 티타니아와 결합된 Si-O-Ti 결합구조를 전체 Si 비율의 70% 이상 갖는 것을 특징으로 한다. The composite oxide carrier is based on tungsten / titania and is characterized by comprising silica. The composite oxide carrier is prepared by supporting a tungsten precursor and a silica precursor to contain 5 to 8 parts by weight of tungsten and 1 to 5 parts by weight of silica relative to 100 parts by weight of titania, followed by firing at a predetermined temperature, and combined with titania at a specific silica precursor. It is characterized by having a Si-O-Ti bonding structure of 70% or more of the total Si ratio.

상기 텅스텐 전구체로 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)가 유리하게 적용될 수 있으며, 그 함량이 티타니아 100 중량부 기준 5 중량부 미만이면 촉매의 탈질효율이 저하되어 바람직하지 않고, 8 중량부 초과 또한 탈질효율이 오히려 저하되어 바람직하지 않다.As the tungsten precursor, ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ) can be advantageously applied, and if the content is less than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of titania, the denitration efficiency of the catalyst is reduced. It is not preferable, and more than 8 parts by weight is also undesirable because the denitrification efficiency is rather lowered.

상기 실리카 전구체로 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)가 다양한 실리카 전구체 중 유일하게 티타니아와 결합을 통해 열적 내구성을 증진시키는 Si-O-Ti 구조종을 형성시키며, 그 함량이 티타니아 100 중량부 기준 1 중량부 미만이면 열적내구성 증진효과가 감소되어 바람직하지 않고, 5 중량부 초과이면 탈질효율이 저하되어 바람직하지 않다. Dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) as the silica precursor is the only of the various silica precursors to form a Si-O-Ti structural species that improves thermal durability through bonding with titania, If the content is less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of titania, the effect of promoting thermal durability is reduced, and if it is more than 5 parts by weight, denitrification efficiency is lowered, which is not preferable.

상기 복합산화물 담체에 첨가된 실리카 전구체만 담체 내 Si-O-Ti 결합구조 종을 동시에 형성하는데, 이 경우 촉매의 열적 내구성을 갖추기 위해 Si-O-Ti구조종은 첨가된 전체 실리카를 기준으로 70% 이상 존재하는 것이 바람직하다.Only the silica precursor added to the composite oxide carrier simultaneously forms Si-O-Ti bond structure species in the carrier. In this case, in order to have thermal durability of the catalyst, the Si-O-Ti structure species is 70 based on the total silica added. %.

본 발명에 따른 복합산화물 담체에서, 상기 실리카 담지는 함침법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하며, 이 경우 그 소성온도는 500~650℃인 것이 바람직하다. 소성온도가 500℃ 미만이면 열적내구성이 감소되어 바람직하지 않고, 650℃ 초과이면 Si-O-Ti 비율이 70% 이하로 제조되어 바람직하지 않다.In the composite oxide carrier according to the present invention, the silica loading is characterized by being carried out by an impregnation method, in which case the firing temperature is preferably 500 to 650 ° C. If the firing temperature is less than 500 ° C, the thermal durability is reduced, which is undesirable, and if it exceeds 650 ° C, the Si-O-Ti ratio is less than 70%, which is undesirable.

본 발명에 따르면, 상기 실리카를 첨가한 후 소정 온도에서 소성함으로써 복합산화물 담체 내 형성된 상기한 Ti-O-Si 결합구조 종에 의해 복합산화물 은 고온의 구조적 내구성 즉, 열적 내구성이 증진된다. 즉, 상기한 첨가제의 결합구조 종의 작용에 의해, 촉매의 비표면적 감소가 억제되고, 담체인 티타니아의 아나타제에서 루타일로의 상전이가 억제되고, 활성금속인 바나듐 산화가 변화로 인한 결정성 증가 및 바나듐 자체 소결로 인해 치환반응을 일으켜 Ti-V-O 종의 형성으로 바나듐이 촉매 내부로 소실되어 활성점이 감소되는 것이 억제된다.According to the present invention, by adding the silica and calcining at a predetermined temperature, the composite oxide is enhanced in structural durability at a high temperature, that is, thermal durability, by the Ti-O-Si bonding structure species formed in the composite oxide carrier. That is, by the action of the binding structure species of the above-mentioned additive, the specific surface area reduction of the catalyst is suppressed, the phase transition from the anatase of the carrier titania to rutile is suppressed, and the crystallinity increases due to the change in oxidation of the active metal vanadium and Vanadium self-sintering causes a substitution reaction, and the formation of a Ti-VO species suppresses the loss of the active point due to the disappearance of vanadium into the catalyst.

본 발명에 따른 탈질촉매는 최적을 반응활성을 갖기 위해 상기한 복합산화물 담체 100 중량부에 대해 바나듐 2.0~5.0 중량부가 되도록 바나듐 전구체를 담지한 후 소정온도에서 소성함으로써 제조된다. 상기 바나듐은 탈질촉매의 활성금속으로 작용하며, 그 전구체 물질로는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)가 유리하게 적용될 수 있다. 바나듐 함량은, 복합산화물 담체 100 중량부 기준 2 중량부 미만이면 탈질효율이 감소되어 바람직하지 않고, 5.0 중량부 초과이면 활성금속 바나듐의 결정성이 증가되어 바람직하지 않다. The denitration catalyst according to the present invention is prepared by carrying a vanadium precursor so as to have 2.0 to 5.0 parts by weight of vanadium with respect to 100 parts by weight of the above-mentioned composite oxide carrier in order to have optimum reaction activity, followed by firing at a predetermined temperature. The vanadium acts as an active metal of the denitration catalyst, and as its precursor material, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) can be advantageously applied. When the content of vanadium is less than 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite oxide carrier, the denitrification efficiency is decreased, and if it is more than 5.0 parts by weight, the crystallinity of the active metal vanadium increases, which is not preferable.

또한, 상기 탈질촉매는 바나듐을 담지하고 소성한 경우 비표면적이 약 170.0 ~ 100.0 m2/g 으로 제조되며, 열처리 후에도 소망하는 촉매 활성을 유지하기 위해 약 70.0 m2/g 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 비표면적에 영향을 주는 요소로는 소성 또는 열처리 온도이며, 따라서 이러한 소성 또는 열처리 온도에 대한 제어가 비표면적 제어를 위해 중요하다.In addition, the denitrification catalyst is prepared with a specific surface area of about 170.0 to 100.0 m 2 / g when vanadium is supported and fired, and it is preferable to maintain about 70.0 m 2 / g or more to maintain a desired catalytic activity even after heat treatment. Do. The factors influencing the specific surface area are firing or heat treatment temperatures, and thus control of the firing or heat treatment temperature is important for controlling the specific surface area.

한편, 상기 복합산화물 담체 제조시 첨가되는 텅스텐, 실리카 각각에 대한 전구체와, 활성금속인 바나듐에 대한 전구체는 용해가 가능한 화합물일 수 있다. 용해가 가능한 화합물이란, 본 발명에 있어서 촉매제조방식 함침법에서 용매로 사용되는 증류수에 대해 완전히 녹아들어 티타니아와 교반하여 담체 제조시 휘발되지 않는 화합물을 뜻한다.On the other hand, the precursor for each of tungsten and silica added during the production of the composite oxide carrier, and the precursor for vanadium as an active metal may be a soluble compound. The soluble compound means a compound that is completely dissolved in distilled water used as a solvent in the catalyst manufacturing method impregnation method in the present invention, and is not volatilized when preparing a carrier by stirring with titania.

이상과 같이 본 발명에 따른 탈질촉매의 경우, 티타니아(TiO2)에 첨가제인 실리카를 먼저 결합시켜 Ti-O-Si 형태의 구조종을 형성함으로써 열적 내구성을 최대화 하고, 이를 통해 열 에너지에 의해 탈질효율을 감소시키는 인자인 탈질촉매의 비표면적 감소현상, 티타니아 아나타제 상의 루타일로의 상전이 현상, 바나듐 산화가 변화로 인한 결정성 증가 및 바나듐 자체 소결로 인해 치환반응을 일으켜 Ti-V-O 종을 형성하여 활성점이 감소되는 현상을 제어하여 고온의 열에너지에 대한 구조적 안정성을 극대화할 수 있고, 이러한 열적 내구성이 극대화된 복합산화물 담체의 소성온도를 제어하여 바나듐의 구조종을 제어하여 고온 및 저온에서의 탈질 효율이 증진될 수 있다. 이러한 본 발명의 탈질촉매는 디젤엔진을 사용하는 다양한 배출원 내에서 발생하는 질소산화물을 제어하기 위한 암모니아계 선택적 촉매 환원 시스템에 적용시, 종래 촉매 대비 열적 내구성과 고온 및 저온에서의 탈질효율이 훨씬 우수하다.As described above, in the case of the denitration catalyst according to the present invention, thermal durability is maximized by forming a Ti-O-Si type structural species by first binding titania (TiO 2 ) as an additive silica, thereby denitrifying by thermal energy. A decrease in specific surface area of denitrification catalyst, a factor that decreases efficiency, phase transition to rutile on titania anatase, crystallinity due to change in vanadium oxidation, and substitution reaction due to sintering of vanadium itself, forming Ti-VO species to activate By controlling the phenomenon in which the point is reduced, it is possible to maximize the structural stability against high temperature thermal energy, and by controlling the firing temperature of the composite oxide carrier that maximizes the thermal durability, the structural species of vanadium is controlled to improve the denitrification efficiency at high and low temperatures. Can be enhanced. When the denitration catalyst of the present invention is applied to an ammonia-based selective catalytic reduction system for controlling nitrogen oxides generated in various emission sources using a diesel engine, thermal durability and denitrification efficiency at high and low temperatures are much better than conventional catalysts. Do.

본 발명에 따른 탈질촉매는 분말 형태로 제공되거나, 또는 그 자체로 허니컴, 슬레이트 또는 펠릿 등의 다양한 벌크 형상으로 성형되어 제공되거나, 또는 금속이나 세라믹 재질의 판, 섬유, 필터 또는 허니컴 구조체의 표면에 코팅하여 사용될 수 있다.The denitration catalyst according to the present invention is provided in the form of a powder, or formed into various bulk shapes such as honeycomb, slate or pellets by itself, or provided on a surface of a metal, ceramic plate, fiber, filter or honeycomb structure. It can be used by coating.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on preferred examples and experimental examples of the present invention. However, the technical spirit of the present invention is not limited to or limited thereto, and may be variously implemented by a person skilled in the art.

측정방법How to measure

가스상 질소산화물의 전환율은 아래의 [수학식 1]에 따라 계산하였다. 촉매층 후단에서 미반응 되어 배출되는 NO의 농도는 비분산 적외선 가스분석기(ZKJ-2, Fuji Electric Co.)로 측정하였으며, N2O의 경우에는 Ultramat6(Siemens Co.)로 측정하여 계산하였으며, 암모니아의 농도는 검지관(3M, 3La, 3L, GASTEC Co.)으로 측정하였다. The conversion rate of gaseous nitrogen oxide was calculated according to [Equation 1] below. The concentration of NO that is unreacted and discharged at the rear end of the catalyst layer was measured by a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co.), and in the case of N 2 O, it was calculated by measuring with Ultramat6 (Siemens Co.), and ammonia. The concentration of was measured with a detection tube (3M, 3La, 3L, GASTEC Co.).

Figure pat00001
Figure pat00001

제조예Manufacturing example 1 One

본 발명에 따라 질소산화물 제어를 위해 사용되는 SCR 촉매는, 주촉매 역할을 하는 활성금속과, 촉매의 열적 내구성 증진을 위해 첨가되는 물질과 이러한 첨가물질을 수용하는 지지체 또는 담체로 구성되어 있다.The SCR catalyst used for nitrogen oxide control according to the present invention is composed of an active metal serving as a main catalyst, a material added to improve the thermal durability of the catalyst, and a support or a carrier that accommodates the additive.

먼저 바나듐을 담지하기 전에, 복합산화물 담체(이하, '담체'로 약칭함)인 실리카/텅스텐/티타니아를 제조하기 위하여 실리카 전구체로 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)을 티타니아 100 중량부 기준으로 5.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시킨 후 실리카 수용액을 제조하였다. 제조된 실리카 전구체 수용액과 텅스텐/티타니아를 혼합하여 슬러리(Slurry) 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 건조시킨 후, 미세 기공에 포함된 잔여 불순물을 완전히 제거하기 위해서 105 oC의 건조기에서 24시간 이상 충분히 건조하였다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 500 oC의 온도로 승원시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 제조한다.Dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) to prepare silica / tungsten / titania as a composite oxide carrier (hereinafter abbreviated as 'carrier') before carrying vanadium. ) Was dissolved by quantitatively dissolving to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of titania, and then an aqueous silica solution was prepared. After mixing the prepared silica precursor aqueous solution and tungsten / titania in a slurry form and drying it using a vacuum rotary evaporator, 24 in a 105 o C dryer to completely remove residual impurities contained in the fine pores. It was dried sufficiently for more than an hour. Since then the occupant at a temperature of 10 o C at a heating rate of 100 / min o C to 500 o C in the interval in a square and then fired in an air atmosphere for 4 hours to prepare a silica / tungsten oxide / titania carrier.

이후 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 앞서 제조된 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 중량을 기준으로 100 중량부 기준 2.0 중량부가 되도록 정량하여 습윤 함침법(Wet impregnation)으로 제조하였다. 이 경우, 각 제조예에 해당되는 촉매들이 바나듐 담지 후 1차 소성과정의 경우 'Fresh catalyst'라 하고 2차 열처리과정 (600℃-10시간, 공기분위기)을 수행한 촉매의 경우 'Aging catalyst'라 명명하였다. 1차 열처리의 경우 일반적인 활성금속 담지 후 소성하는 과정을 1차 열처리라고 하였으며, 2차 열처리의 경우 본 발명의 탈질촉매와 관련된 열적내구성을 증진시키는 내용으로서 이에 대해 확인하기 위해 인위적으로 촉매에 소성온도 이상의 더 높은 열에너지(600℃-10시간)를 가한 것을 의미한다.Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was used as a vanadium precursor and quantified to be 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight based on the weight of the previously prepared silica / tungsten / titania carrier to prepare it by wet impregnation. . In this case, the catalysts corresponding to the respective manufacturing examples are referred to as 'Fresh catalyst' in the first firing process after vanadium loading and 'Aging catalyst' in the case of the catalyst subjected to the second heat treatment process (600 ℃ -10 hours, air atmosphere). I named it. In the case of the first heat treatment, the process of firing after supporting the general active metal was referred to as the first heat treatment, and in the case of the second heat treatment, the thermal durability related to the denitration catalyst of the present invention was promoted to artificially confirm the temperature. It means that higher thermal energy (600 ℃ -10 hours) is added.

제조예Manufacturing example 2 2

상기 제조예 1에서 실리카 전구체를 텅스텐/티타니아에 담지시킬 때, 텅스텐 산화물 전구체로 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)를 티타니아 100 중량부를 기준으로 8.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 수용액 상태로 제조한 후 실리카 수용액과 같이 담지하여 습윤 함침법으로 제조한다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 200 ~ 800 oC의 온도로 승원시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 소성온도에 따라 제조한다. 또한 소성온도에 따른 실리카/텅스텐/ 티타니아 담체는 제조예 2-1 ~ 2-7로 명명하여 하기의 [표 1]에 정리하여 나타내었다When the silica precursor in Preparation Example 1 is supported on tungsten / titania, ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ) as a tungsten oxide precursor is set to 8.0 parts by weight based on 100 parts by weight of titania. It is prepared by dissolving in a fixed amount to prepare an aqueous solution, and then supporting it with an aqueous silica solution to prepare it by wet impregnation. Since then the occupant at a temperature of 10 o C / min 100 o C intervals in the 200 ~ 800 o C at a temperature rising speed in a square and then fired in an air atmosphere for 4 hours, was prepared according to the silica / tungsten oxide / titania carrier to the sintering temperature . Also, silica / tungsten / titania according to the firing temperature The carrier Named Preparation Examples 2-1 to 2-7 and summarized in [Table 1] below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 제조예 2-1Preparation Example 2-1 실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 200℃-4시간200 ℃ -4 hours 텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-2
Manufacturing example
2-2
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 300℃-4시간300 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-3
Manufacturing example
2-3
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 400℃-4시간400 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-4
Manufacturing example
2-4
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 500℃-4시간500 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-5
Manufacturing example
2-5
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 600℃-4시간600 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-6
Manufacturing example
2-6
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 700℃-4시간700 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
2-7
Manufacturing example
2-7
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 800℃-4시간800 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate

제조예Manufacturing example 3 3

상기 제조예 2에서 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 제조시 소성온도에 대해 50oC 간격으로 600 ~ 700oC의 온도로 승온시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 소성온도에 따라 제조한다.When preparing the silica / tungsten / titania carrier in Preparation Example 2 , the temperature was raised to a temperature of 600 to 700 o C at 50 o C intervals with respect to the firing temperature, and then fired in an air atmosphere for 4 hours to fire the silica / tungsten / titania carrier. Prepare according to temperature.

이후 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 앞서 제조된 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 중량을 기준으로 100 중량부 기준 2.0 중량부가 되도록 정량하여 습윤 함침법(Wet impregnation)으로 제조하였다. 또한 소성온도에 따른 실리카/텅스텐/ 티타니아 담체에 바나듐을 담지한 촉매는 제조예 3-1 ~ 3- 3로 명명하여 하기의 [표 2]에 정리하여 나타내었다.Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was used as a vanadium precursor and quantified to be 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight based on the weight of the previously prepared silica / tungsten / titania carrier to prepare it by wet impregnation. . Also, silica / tungsten / titania according to the firing temperature The catalyst supporting vanadium on the carrier was named in Preparation Examples 3-1 to 3- 3 and summarized in [Table 2] below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 활성금속
(중량부)
Active metal
(Parts by weight)
제조예 3-1Preparation Example 3-1 실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 600℃-4시간600 ℃ -4 hours 바나듐
(2)
vanadium
(2)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
3-2
Manufacturing example
3-2
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 650℃-4시간650 ℃ -4 hours 바나듐
(2)
vanadium
(2)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
3-3
Manufacturing example
3-3
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 700℃-4시간700 ℃ -4 hours 바나듐
(2)
vanadium
(2)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate

제조예Manufacturing example 4 4

상기 제조예 4에서 소성온도에 따라 제조된 실리카/텅스텐/티타니아 담체에 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 앞서 제조된 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 중량을 기준으로 100 중량부 기준 2.5 ~ 4.0 중량부가 되도록 정량하여 습윤 함침법(Wet impregnation)으로 제조하였다. 또한 소성온도에 따른 실리카/텅스텐/티타니아 담체에 바나듐 담지함량에 따라 제조된 촉매 그룹을 제조예 4-1 ~ 4-4 그룹으로 명명하여 하기의 [표 3]에 정리하여 나타내었다.100 parts by weight based on the weight of the previously prepared silica / tungsten / titania carrier using ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium precursor to the silica / tungsten / titania carrier prepared according to the firing temperature in Preparation Example 4. It was quantified to a standard 2.5 to 4.0 parts by weight, and was prepared by wet impregnation. In addition, the catalytic group prepared according to the vanadium loading content on the silica / tungsten / titania carrier according to the calcination temperature was referred to as the Preparation Examples 4-1 to 4-4 groups and summarized in [Table 3] below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 활성금속
(중량부)
Active metal
(Parts by weight)
제조예 4-1 그룹Production Example 4-1 group 실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 500℃-4시간500 ℃ -4 hours 바나듐
(2.0~6.0)
vanadium
(2.0 ~ 6.0)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
4-2 그룹
Manufacturing example
4-2 group
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 600℃-4시간600 ℃ -4 hours 바나듐
(2.0~4.0)
vanadium
(2.0 ~ 4.0)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
4-3 그룹
Manufacturing example
4-3 group
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 650℃-4시간650 ℃ -4 hours 바나듐
(2.0~4.0)
vanadium
(2.0 ~ 4.0)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 제조예
4-4 그룹
Manufacturing example
4-4 groups
실리카Silica 55 디메쏘 디메틸실란Dimetho dimethylsilane 700℃-4시간700 ℃ -4 hours 바나듐
(2.0~4.0)
vanadium
(2.0 ~ 4.0)
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate

비교제조예Comparative manufacturing example 1 One

상기 제조예 1과 달리 실리카 전구체를 사용하지 아니하고 텅스텐/티타니아 담체를 사용하였다. 텅스텐 전구체로 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)로 하여 티타니아 100 중량부 기준으로 8.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 텅스텐 수용액 상태로 제조한 후 습윤 함침법으로 제조한다. 이후 바나듐 산화물 전구체로 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 제조된 실리카/텅스텐/티타니아 담체 100 중량부 기준으로 2.0 중량부가 되도록 정량하여 습윤 함침법(Wet impregnation)으로 제조하였다. 이후 제조예 1과 동일하게 500℃의 온도로 승온시켜 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 바나듐/텅스텐/티타니아 촉매를 제조한다. Unlike Preparation Example 1, a tungsten / titania carrier was used without using a silica precursor. As a tungsten precursor, ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ) is used to quantify and dissolve to 8.0 parts by weight based on 100 parts by weight of titania, and then prepared in a tungsten aqueous solution, followed by wet impregnation do. Thereafter, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium oxide precursor was quantified to be 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of a silica / tungsten / titania carrier prepared as a vanadium precursor, and was prepared by wet impregnation. Subsequently, in the same manner as in Production Example 1, the temperature was increased to 500 ° C. and calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare a vanadium / tungsten / titania catalyst.

비교제조예Comparative manufacturing example 2 2

상기 제조예 1과 달리 실리카/텅스텐/티타니아 담체 제조시 실리카 전구체로 콜로이드 실리카(LUDOX, Colloid SiO2, 30 wt.% suspension in H2O)를 사용하였고, 실리카 전구체를 티타니아 100 중량부를 기준으로 5.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 실리카 수용액 상태로 제조한 후 제조예 1과 동일하게 500℃의 온도로 승온시켜 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 제조한다. 이후 제조된 담체에 바나듐 수용액을 담지하여 습윤 함침법으로 제조한다.Unlike Preparation Example 1, colloidal silica (LUDOX, Colloid SiO 2 , 30 wt.% Suspension in H 2 O) was used as a silica precursor when preparing a silica / tungsten / titania carrier, and the silica precursor was 5.0 based on 100 parts by weight of titania. After dissolving it by quantification so as to be added by weight, it was prepared in the form of an aqueous silica solution, and then heated to a temperature of 500 ° C in the same manner as in Preparation Example 1, and calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare a silica / tungsten / titania carrier. Thereafter, an aqueous solution of vanadium is supported on the prepared carrier to prepare it by wet impregnation.

비교제조예Comparative manufacturing example 3 3

상기 제조예 1과 달리 실리카/텅스텐/티타니아 담체 제조시 실리카 전구체로 테트라 에틸 오르쏘실리케이트(TEOS, Tetraethyl orthosilicate, C8H2O4Si),를 사용하였고, 실리카 전구체를 티타니아 100 중량부를 기준으로 5.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 실리카 수용액 상태로 제조한 후 제조예 1과 동일하게 500℃의 온도로 승온시켜 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 제조한다. 이후 제조된 담체에 바나듐 수용액을 담지하여 습윤 함침법으로 제조한다.Unlike Preparation Example 1, when preparing a silica / tungsten / titania carrier, tetraethyl orthosilicate (TEOS, Tetraethyl orthosilicate, C 8 H 2 O 4 Si) was used as a silica precursor, and the silica precursor was based on 100 parts by weight of titania. After dissolving by quantification to 5.0 parts by weight to prepare a silica aqueous solution, the temperature was raised to 500 ° C. in the same manner as in Preparation Example 1, and calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare a silica / tungsten / titania carrier. Thereafter, an aqueous solution of vanadium is supported on the prepared carrier to prepare it by wet impregnation.

비교제조예Comparative manufacturing example 4 4

비교제조예 1에서 텅스텐/티타니아 담체 제조시 텅스텐 전구체로 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)를 사용하여 티타니아 100 중량부 기준으로 8.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 텅스텐 수용액 상태로 제조한 후 습윤 함침법으로 제조한다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 200 ~ 800 oC의 온도로 승원시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 텅스텐/티타니아 담체를 소성온도에 따라 제조한다. 또한 소성온도에 따른 텅스텐/티타니아 담체는 비교제조예 4-1로 명명하여 비교제조예 4-7까지 제조하여 하기의 [표 4]에 정리하여 나타내었다. When preparing the tungsten / titania carrier in Comparative Preparation Example 1, ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ) was used as a tungsten precursor to quantify and dissolve so as to be 8.0 parts by weight based on 100 parts by weight of titania. It is prepared in a tungsten aqueous solution and then prepared by a wet impregnation method. Since then the occupant at a temperature of 10 o C / min 200 ~ 800 o C to 100 o C at a temperature rising rate in the interval in a square and then fired in an air atmosphere for 4 hours, was prepared according to the sintering temperature of the tungsten oxide / titania carrier. In addition, the tungsten / titania carrier according to the firing temperature was named Comparative Production Example 4-1 and was prepared until Comparative Production Example 4-7 and summarized in Table 4 below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 비교
제조예 4-1
compare
Preparation Example 4-1
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 200℃-4시간200 ℃ -4 hours
비교
제조예
4-2
compare
Manufacturing example
4-2
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 300℃-4시간300 ℃ -4 hours
비교제조예
4-3
Comparative manufacturing example
4-3
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 400℃-4시간400 ℃ -4 hours
비교제조예
4-4
Comparative manufacturing example
4-4
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 500℃-4시간500 ℃ -4 hours
비교제조예
4-5
Comparative manufacturing example
4-5
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 600℃-4시간600 ℃ -4 hours
비교제조예
4-6
Comparative manufacturing example
4-6
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 700℃-4시간700 ℃ -4 hours
비교제조예
4-7
Comparative manufacturing example
4-7
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 800℃-4시간800 ℃ -4 hours

비교제조예Comparative manufacturing example 5 5

비교제조예 2에서 실리카/텅스텐/티타니아 담체 제조시 실리카 전구체로 콜로이드 실리카(LUDOX, Colloid SiO2, 30 wt.% suspension in H2O)를 사용하여 티타니아 100 중량부 기준으로 5.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 실리카 수용액 상태로 제조한 후 습윤 함침법으로 제조한다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 200 ~ 800 oC의 온도로 승온시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 소성온도에 따라서 제조한다. 또한 소성온도에 따른 실리카/텅스텐/티타니아 담체는 비교제조예 5-1로 명명하여 비교제조예 5-7까지 제조하여 하기의 [표 5]에 정리하여 나타내었다.When preparing the silica / tungsten / titania carrier in Comparative Preparation Example 2, colloidal silica (LUDOX, Colloid SiO 2 , 30 wt.% Suspension in H 2 O) was used as a silica precursor to quantify to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of titania. Dissolved and prepared in the form of an aqueous silica solution, followed by wet impregnation. Since then in a square at a heating rate of 10 o C / min temperature increase to a temperature of 100 o C intervals in the 200 ~ 800 o C and then fired in an air atmosphere for 4 hours to produce along the silica / tungsten oxide / titania carrier to the sintering temperature . In addition, the silica / tungsten / titania carrier according to the firing temperature was named Comparative Production Example 5-1 and prepared until Comparative Production Example 5-7 and summarized in [Table 5] below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 비교
제조예
5-1
compare
Manufacturing example
5-1
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 200℃-4시간200 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-2
compare
Manufacturing example
5-2
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 300℃-4시간300 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-3
compare
Manufacturing example
5-3
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 400℃-4시간400 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-4
compare
Manufacturing example
5-4
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 500℃-4시간500 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-5
compare
Manufacturing example
5-5
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 600℃-4시간600 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-6
compare
Manufacturing example
5-6
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 700℃-4시간700 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
5-7
compare
Manufacturing example
5-7
실리카Silica 55 콜로이드 실리카Colloidal silica 800℃-4시간800 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate

비교제조예Comparative manufacturing example 6 6

비교제조예 3에서 실리카/텅스텐/티타니아 담체 제조시 실리카 전구체로 테트라 에틸 오르쏘실리케이트 ( TEOS , Tetraethyl orthosilicate , C 8 H 2 O 4 Si )를 사용하여 티타니아 100 중량부 기준으로 5.0 중량부가 되도록 정량하여 용해시켜 실리카 수용액 상태로 제조한 후 습윤 함침법으로 제조한다. 이후 사각형 로에서 10 oC/min의 승온속도로 100 oC 간격으로 200 ~ 800 oC의 온도로 승온시킨 후 4시간 동안 공기 분위기에서 소성하여 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 소성온도에 따라서 제조한다. 또한 소성온도에 따른 실리카/텅스텐/티타니아 담체는 비교제조예 6-1로 명명하여 비교제조예 6-7까지 제조하여 하기의 [표 6]에 정리하여 나타내었다. Compared using the preparation 3, tetraethyl ortho silicate (TEOS, Tetraethyl orthosilicate, C 8 H 2 O 4 Si) as a silica precursor in the manufacture of silica / tungsten oxide / titania carrier in the amount to be added 5.0 parts by weight to titania 100 parts by weight based on Dissolved and prepared in the form of an aqueous silica solution, followed by wet impregnation. Since then in a square at a heating rate of 10 o C / min temperature increase to a temperature of 100 o C intervals in the 200 ~ 800 o C and then fired in an air atmosphere for 4 hours to produce along the silica / tungsten oxide / titania carrier to the sintering temperature . In addition, the silica / tungsten / titania carrier according to the calcination temperature was named Comparative Production Example 6-1 and prepared until Comparative Production Example 6-7 and summarized in [Table 6] below.

구 분division 첨가물질Additive 중량부Parts by weight 활성물질 전구체Active substance precursor 열처리 온도 및시간Heat treatment temperature and time 비교
제조예
6-1
compare
Manufacturing example
6-1
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
200℃-4시간200 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
비교
제조예
6-2
compare
Manufacturing example
6-2
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
300℃-4시간300 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
6-3
compare
Manufacturing example
6-3
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
400℃-4시간400 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
6-4
compare
Manufacturing example
6-4
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
500℃-4시간500 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
6-5
compare
Manufacturing example
6-5
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
600℃-4시간600 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
6-6
compare
Manufacturing example
6-6
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
700℃-4시간700 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate 비교
제조예
6-7
compare
Manufacturing example
6-7
실리카Silica 55 테트라 에틸
오르쏘실리케이트
Tetraethyl
Orthosilicate
800℃-4시간800 ℃ -4 hours
텅스텐tungsten 88 암모늄메타텅스테이트Ammonium metatungstate

비교제조예Comparative manufacturing example 7 7

상기 제조된 실리카 전구체를 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)을 사용하여 제조한 제조예 1 내지 제조예 3에 사용된 복합산화물 담체인 실리카/텅스텐/티타니아와의 열적 내구성을 비교하기 위해 제조사로부터 미리 제조되어진 실리카/텅스텐/티타니아 옥사이드 조성인 'DT58'에 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 실리카, 텅스텐이 포함된 상용 담체의 중량을 기준으로 100 중량부 기준 2.0 중량부가 되도록 정량하여 습윤 함침법(Wet impregnation)으로 제조하였다. The silica precursor prepared with dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) was prepared by using the composite oxide carrier used in Preparation Examples 1 to 3 with silica / tungsten / titania To compare the thermal durability, based on the weight of a commercial carrier containing silica and tungsten, using ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium precursor to 'DT58', a silica / tungsten / titania oxide composition prepared in advance from the manufacturer. It was quantified to be 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight, and was prepared by wet impregnation .

실시예Example 1 One

본 발명에 의한 가스상 질소산화물 제거용 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아계 촉매의 제조에 있어 첨가제인 실리카의 전구체 종류에 따른 탈질효율 평가 및 주된 상용촉매 조성인 바나듐/텅스텐/티타니아 촉매의 질소산화물 제거 활성을 평가하기 위하여 제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 대하여 반응온도 영역인 200~500 oC에서 Fresh catalyst와 Aging catalyst의 질소산화물 제거율을 측정하였다. 이 경우 질소산화물의 농도는 800 ppm, 질소산화물/암모니아는 1:1, 산소농도 10%, 수분 6 vol.%으로 하였으며, 공간속도는 150,000 h- 1으로 유지하여 측정하였다. 실험 결과를 [도 1-a], [도 1-b], [도 1-c]에 나타내었다.In the production of vanadium / silica / tungsten / titania-based catalyst for removing gaseous nitrogen oxide according to the present invention, denitrification efficiency evaluation according to the precursor type of silica as an additive and nitrogen oxide removal activity of vanadium / tungsten / titania catalyst, which is the main commercial catalyst composition In order to evaluate, the nitrogen oxide removal rates of the fresh catalyst and the aging catalyst were measured at 200 to 500 ° C. in the reaction temperature range for Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3. In this case, the nitrogen oxide concentration was 800 ppm, the nitrogen oxide / ammonia was 1: 1, the oxygen concentration was 10%, and the moisture was 6 vol.%, And the space velocity was measured at 150,000 h - 1 . The experimental results are shown in [Fig. 1-a], [Fig. 1-b], and [Fig. 1-c].

그 결과 제조예 1 내지 비교제조예 1 내지 3 촉매의 경우 [도 1-a]에서 전체 온도범위에서 실리카 전구체를 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)로 사용한 제조예 1 및 기존 상용촉매 조성인 바나듐/텅스텐/티타니아 비교제조예 1과 실리카 전구체 콜로이드 실리카(LUDOX, Colloid SiO2, 30 wt.% suspension in H2O)와 테트라 에틸 오르쏘실리케이트(TEOS, Tetraethyl orthosilicate, C8H2O4Si)을 사용한 비교제조예 2, 3 촉매는 열처리 전/후인 fresh catalyst, aging catalyst에서 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)로 사용한 제조예 1을 제외한 나머지 촉매들은 반응온도 구간에서 반응활성이 저하되는 특성을 보였으며, 제조예 1 촉매의 경우 고온에서 활성감소율이 가장 작았으며, 저온에서는 오히려 반응활성이 증진되는 특성을 보였다. As a result, in the case of the catalysts of Preparation Examples 1 to 3 and Comparative Preparation Examples 1 to 3, the silica precursor was used as dimesso dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) in the entire temperature range in [Fig. 1-a]. Example 1 and the conventional commercial catalyst composition of vanadium / tungsten / titania Comparative Preparation Example 1 and silica precursor colloidal silica (LUDOX, Colloid SiO 2 , 30 wt.% Suspension in H 2 O) and tetra ethyl orthosilicate (TEOS, Tetraethyl orthosilicate) , C 8 H 2 O 4 Si) prepared in Comparative Examples 2 and 3 catalysts prepared with dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) in fresh catalyst and aging catalyst before / after heat treatment Except for Example 1, the remaining catalysts exhibited a characteristic in which the reaction activity was lowered in the reaction temperature section, and in the case of Preparation Example 1, the activity reduction rate was the lowest at a high temperature, and the reaction activity was enhanced at a low temperature.

이를 좀더 명확하게 비교하기 위해서 가장 큰 반응활성을 나타내는 고온영역(500℃)과 저온영역(250℃)에서의 열처리 전/후의 반응활성을 [도 1-b], [도 1-c]에 나타내었다. 고온의 반응온도 500℃경우 모든 촉매에서 반응활성이 감소되는 특성을 보였으나 제조예 1의 경우 -6%의 감소율을 보인 반면, 비교제조예 1은 -13.2%, 비교제조예 2는 -10.25%, 비교제조예 3은 -20.5%의 감소율로 10% 이상의 감소율을 보였다. 다음으로 저온의 반응온도 250℃ 에서 제조예 1의 경우 29.82%로 오히려 반응활성이 증가되는 특성을 보인 반면, 비교제조예 1은 -21.25%, 비교제조예 2는 -11.75%, 비교제조예 3은 -14.5%의 감소율로 10% 이상의 감소율을 보였다.In order to compare this more clearly, the reaction activity before and after heat treatment in the high temperature region (500 ° C) and the low temperature region (250 ° C) showing the largest reaction activity is shown in [Fig. 1-b] and [Fig. 1-c]. Did. In the case of a high temperature reaction temperature of 500 ° C, the reaction activity was reduced in all catalysts, but in the case of Production Example 1, a decrease rate of -6% was observed, whereas in Comparative Production Example 1 -13.2% and in Comparative Production Example 2 -10.25% , Comparative Production Example 3 showed a reduction rate of 10% or more with a reduction rate of -20.5%. Next, in the case of Preparation Example 1 at a low reaction temperature of 250 ° C, the reaction activity was increased to 29.82%, whereas Comparative Production Example 1 was -21.25%, Comparative Production Example 2 was -11.75%, and Comparative Production Example 3 Silver showed a decrease rate of 10% or more with a decrease rate of -14.5%.

이를 통해 실리카 전구체를 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)로 사용한 제조예 1로 사용한 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 통해 제조된 촉매가 고온/저온에서의 탈질효율 감소율이 가장 작게 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 이는 DMDMS를 사용한 실리카/텅스텐-타티니아 담체를 통해 제조된 촉매의 경우 티타니아와 실리카의 결합으로 인해 구조적 안정성으로부터 열적 내구성을 증진시킴으로써 SCR 탈질효율이 안정적인 것으로 확인할 수 있었다.Through this, the catalyst prepared through the silica / tungsten / titania carrier used as Preparation Example 1 using the silica precursor as dimetho dimethylsilane (C 4 H 12 O 2 Si) reduced the denitrification efficiency at high / low temperature It was confirmed that this was the smallest. This confirmed that the SCR denitrification efficiency was stable by promoting thermal durability from structural stability due to the combination of titania and silica in the case of a catalyst prepared through a silica / tungsten-titania carrier using DMDMS.

실시예Example 2 2

바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매를 제조시 바나듐이 담지되기 전의 실리카와 티타니아의 결합을 통해 담체의 열적 내구성 증진의 효과를 얻을 수 있다. 이를 더욱 명확하게 확인하기 위해 활성금속인 바나듐과 실리카를 담지하지 않은 텅스텐/티타니아 담체로 제조한 비교제조예 4 (W/TiO2)와 실리카/텅스텐/티타니아 담체로 전구체 종류에 따라 제조한 제조예 2 (DMDMS), 비교제조예 5 (Colloid), 비교제조예 6 (TEOS)의 열처리 온도 200~800℃ 까지 100℃ 간격으로 제조한 각각의 담체들의 비표면적을 측정하여 온도에 따른 변화값을 구하여 [표 7]에 비교하였다. When preparing a vanadium / silica / tungsten / titania catalyst, the effect of enhancing the thermal durability of the carrier can be obtained through the combination of silica and titania before vanadium is supported. In order to confirm this more clearly, Comparative Example 4 (W / TiO 2 ) prepared from a tungsten / titania carrier that does not support vanadium and silica, which are active metals, and silica / tungsten / titania carrier are prepared according to precursor types. 2 (DMDMS), Comparative Preparation Example 5 (Colloid), Comparative Preparation Example 6 (TEOS) measuring the specific surface area of each of the carriers prepared at 100 ° C intervals up to a heat treatment temperature of 200 to 800 ° C to obtain a change value according to temperature It was compared to [Table 7].

그 결과, 텅스텐과 실리카 등의 첨가제를 담지하지 않은 only TiO2의 경우 열처리 온도가 증가함에 따라서 비표면적의 크기가 큰 폭으로 감소하는 특성을 확인하였다. 반면 제조예 2와 비교제조예 4 내지 6에서는 300℃까지의 열처리 온도가 증가되어도 약 240 m2/g의 비표면적을 유지하는 특성을 확인하였다. 이후 400℃ 이상의 열처리 온도에서 비교제조예 4 내지 6 담체의 경우 200 m2/g 이하의 비표면적을 보였으나 제조예 2의 경우 233.07 m2/g의 높은 비표면적을 유지하였다. 또한 열처리 온도가 800℃ 까지 증가함에 있어서 제조예 2를 제외한 담체들은 600℃ 까지 100 m2/g 보다 낮은 비표면적을 보였으며, 제조예 2는 159.62 m2/g의 높은 비표면적을 유지하는 특성을 보였다. 700, 800℃ 열처리 온도에서는 모든 담체에서 100 m2/g 아래의 비표면적을 보였으나 제조예 2는 각각의 온도에서 97.951 m2/g, 55.476 m2/g을 나타내어 열 에너지에 따라 변화되는 비표면적에 대한 우수한 열적 내구성을 확인하였다. As a result, it was confirmed that in the case of only TiO 2 without additives such as tungsten and silica, as the heat treatment temperature increased, the size of the specific surface area decreased significantly. On the other hand, in Production Example 2 and Comparative Production Examples 4 to 6, it was confirmed that the property of maintaining a specific surface area of about 240 m 2 / g even when the heat treatment temperature up to 300 ° C was increased. Subsequently, at a heat treatment temperature of 400 ° C. or higher, a specific surface area of 200 m 2 / g or less was observed for the carriers of Comparative Preparation Examples 4 to 6, but a high specific surface area of 233.07 m 2 / g was maintained for Production Example 2. In addition, as the heat treatment temperature increased to 800 ° C., the carriers except Production Example 2 showed a specific surface area lower than 100 m 2 / g up to 600 ° C., and Production Example 2 maintained a high specific surface area of 159.62 m 2 / g. Showed. At 700 and 800 ℃ heat treatment temperature, all the carriers showed a specific surface area below 100 m 2 / g, but Production Example 2 showed 97.951 m 2 / g and 55.476 m 2 / g at each temperature, and the ratio changed according to the thermal energy. Excellent thermal durability against surface area was confirmed.

다음으로 상기의 담체들을 통하여 활성금속인 바나듐을 담지하여 제조한 촉매인 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3 촉매의 열처리 전/후의 비표면적을 비교하여 [표 8]에 나타내었다. 그 결과 비교제조예 1 내지 3 촉매의 열처리 전 각각의 촉매 비표면적은 79.36, 100.55, 97.83 m2/g을 나타냈으며 열처리 후에 31.75, 39.33, 40.17 m2/g으로 비표면적이 상당히 줄어드는 특성을 보였다. 반면, 제조예 1 촉매의 경우 바나듐 담지후 1차 소성을 한 열처리 전 촉매에서는 168.36 m2/g의 높은 비표면적을 보였으며, 열처리 후에도 81.14 m2/g의 높은 비표면적을 나타내는 것을 확인하였다.Next, the specific surface areas before and after the heat treatment of the catalysts prepared by supporting the active metal vanadium through the carriers were prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3, and are shown in [Table 8]. As a result, Comparative Production Examples 1 to 3 the catalyst specific surface area of each of the heat treatment before the catalyst showed a 79.36, 100.55, 97.83 m 2 / g showed a heat treatment after 31.75, 39.33, 40.17 m 2 / g considerably reduced specific surface area characteristics . On the other hand, in the case of Preparation Example 1, the catalyst showed a high specific surface area of the vanadium the primary heat-treated before the sintering catalyst and then carrying 168.36 m 2 / g, was found to exhibit a high specific surface area of 81.14 m 2 / g even after the heat treatment.

이를 통하여 실리카 전구체를 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)로 사용한 담체 및 촉매에서 고온의 열 에너지에 의한 촉매의 비표면적 감소를 억제시키는 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that a specific surface area reduction of the catalyst due to high temperature heat energy was suppressed in a carrier and a catalyst using a silica precursor as dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si).

비표면적 (Specific Surface Science, m2/g)Specific Surface Science (m 2 / g) 소성온도Firing temperature 담체carrier Only TiO2 Only TiO 2 비교제조예 4Comparative Production Example 4 제조예 2Preparation Example 2 비교제조예 5Comparative Production Example 5 비교제조예 6Comparative Production Example 6 200200 270.67270.67 307.44307.44 335.64335.64 317.07317.07 327.07327.07 300300 177177 239.04239.04 251.08251.08 244.18244.18 241.77241.77 400400 112112 140.26140.26 233.07233.07 184.98184.98 154.72154.72 500500 7474 108.27108.27 199.059199.059 127.38127.38 107.84107.84 600600 4646 48.13648.136 159.62159.62 96.0296.02 93.593.5 700700 2727 29.229.2 97.95197.951 65.62365.623 59.22759.227 800800 88 11.211.2 55.47655.476 44.39344.393 36.5136.51

비표면적 (Specific Surface Science, m2/g)Specific Surface Science (m 2 / g) 소성온도Firing temperature CatalystsCatalysts 비교제조예 1Comparative Production Example 1 제조예 1Preparation Example 1 비교제조예 2Comparative Production Example 2 비교제조예 3Comparative Production Example 3 FreshFresh 79.3679.36 168.36168.36 100.55100.55 97.8397.83 AgingAging 31.7531.75 81.1481.14 39.3339.33 40.1740.17

실시예Example 3 3

바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매를 제조시 바나듐이 담지되기 전 실리카와 티타니아의 결합을 통해 담체의 열적 내구성이 증진됨을 확인하였다. 이를 더욱 명확하게 확인하기 위해 상기의 실리카 전구체 종류에 따라서 제조된 담체들에 대해 활성금속인 바나듐을 담지한 촉매 제조예 1과 비교제조예 1 내지 3 촉매의 열처리 전/후의 촉매의 물리적 특성 중 하나인 BJH 분석을 통해 공극분포, 공극크기를 비교하여 [도 2], [표 9]에 각각 나타내었다. 그 결과 비교제조예 1내지 3 촉매의 열처리 전 각각의 촉매 공극분포는 세 촉매가 비슷하게 약 10.0 dp/nm에 가장 높은 분포도를 보였으며, 제조예 1 촉매에서 2.5~3.0 dp/nm 에서의 작은 기공에서의 분포도를 나타내었다. 이후 열처리 후에 비교 제조예 1내지 3 촉매에서는 약 20.0 dp/nm으로 2배정도 커진 분포 peak가 발달하는 특성을 확인하였으나, 제조예 1 촉매에서는 열처리 후에도 약 6.0 dp/nm에 해당하는 작은 기공 분포도를 유지하는 것을 확인하였다. When preparing a vanadium / silica / tungsten / titania catalyst, it was confirmed that the thermal durability of the carrier was enhanced through the combination of silica and titania before vanadium was supported. In order to confirm this more clearly, one of the physical properties of the catalyst before and after the heat treatment of the catalysts prepared in Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 to 3 with catalysts supporting vanadium as an active metal for the carriers prepared according to the above-mentioned silica precursor type Pore distribution and pore size were compared through phosphorus BJH analysis and are shown in [FIG. 2] and [Table 9], respectively. As a result, each catalyst pore distribution before heat treatment of Comparative Preparation Examples 1 to 3 catalysts showed the highest distribution at about 10.0 dp / nm similarly, and small pores at 2.5 to 3.0 dp / nm in Preparation Example 1 catalyst. The distribution of in is shown. After the heat treatment, in Comparative Preparation Examples 1 to 3 catalysts, it was confirmed that the characteristics of the distribution peak which is about twice as large as about 20.0 dp / nm were developed. Was confirmed.

다음으로 각 촉매들의 기공크기를 비교한 결과, 제조예 1 촉매 및 비교제조예 1 내지 3 촉매들 모두 열처리 전 기공크기는 모두 약 0.3 cm3/g이상의 결과값을 보였으며, 기공크기는 비교제조예 3 > 제조예 1 > 비교제조예 1 > 비교제조예 2의 순서로 나타났다. 하지만, 열처리 후에는 비교제조예 1 내지 3 촉매들은 각각 0.2452, 0.2558, 0.2933 cm3/g의 크기를 보였으나, 제조예 1 촉매에서는 0.3265 cm3/g의 기공크기로 열처리 전 촉매와 유사하게 유지하는 것으로 확인하였다. Next, as a result of comparing the pore sizes of the respective catalysts, all of the pore sizes before heat treatment of both the Preparation Example 1 catalyst and Comparative Preparation Examples 1 to 3 catalysts showed a result value of about 0.3 cm 3 / g or more, and the pore sizes were compared. Example 3> Preparation Example 1> Comparative Production Example 1> Comparative Production Example 2. However, after the heat treatment, Comparative Preparation Examples 1 to 3 catalysts showed a size of 0.2452, 0.2558, and 0.2933 cm 3 / g, respectively, but in the Preparation Example 1 catalyst, the pore size of 0.3265 cm 3 / g was maintained similar to the catalyst before the heat treatment. Was confirmed.

이를 통하여 실리카 전구체를 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)로 사용한 담체 및 촉매에서 고온의 열 에너지에 의한 촉매의 기공분포 및 기공크기의 감소를 억제시키는 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the pore distribution and the pore size of the catalyst were suppressed by the high temperature heat energy in the carrier and the catalyst using the silica precursor as dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si). .

BJH analysisBJH analysis CatalystsCatalysts 공극크기 (Vp, cm3/g)Pore size (V p , cm 3 / g) FreshFresh AgingAging 비교제조예 1Comparative Production Example 1 0.33080.3308 0.24520.2452 제조예 1Preparation Example 1 0.35610.3561 0.32650.3265 비교제조예 2Comparative Production Example 2 0.31130.3113 0.25580.2558 비교제조예 3Comparative Production Example 3 0.36610.3661 0.29330.2933

실시예Example 4 4

전구체 종류에 따른 실리카/텅스텐/티타니아 담체가 소성처리 후 표면에서 열적 내구성을 갖추게 하는 물질인 실리카의 비율 및 양을 확인하기 위해 FE-SEM/EDX 분석을 수행하였으며, 그 결과를 [표 10]에 나타내었다. 분석은 활성금속인 바나듐이 담지되지 않은 실리카/텅스텐/티타니아 담체로써 전구체 종류에 따른 제조예 2, 비교제조예 5, 비교제조예 6에 대해 나타내었다. EDX 분석을 통해 소성 후에 담체 표면의 실리카의 비율 및 양을 확인한 결과 전구체를 DMDMS로 사용한 제조예 2에서 2.67 wt.%의 비율을 보였으며, 전구체를 colloid로 사용한 비교제조예 5에서 또한 2.88 wt.%의 비율을 나타내었다. 하지만 전구체를 TEOS로 사용한 비교제조예 6의 경의 0.01 wt.% 검출량 오차값 정도의 실리카가 검출되는 것으로 확인되었다. 이는 촉매 제조에 있어서 같은 실리카를 사용하더라도 전구체의 특성에 따라서 차이가 발생하는데 본 발명의 촉매제조법인 함침법에서 증류수를 사용하여 실리카 수용액을 만들 때 용매인 증류수에 제조예 2와 비교제조예 5의 경우 잘 용해되어 수용액을 이룬 반면 비교제조예 6인 TEOS 전구체에서는 Si(OCH3)4와 같은 분자식 처럼 증류수에 용해되지 않는 극성분자 형태로서 함침법 과정에서 모두 휘발되는 것으로 판단된다. 이를 통해 같은 실리카를 담지하더라도 제조방법에서 촉매 슬러리에 함침법 제조과정에 사용되는 용매인 증류수에 용해 가능한 전구체를 사용할 수 있도록 한다. The silica / tungsten / titania carrier according to the precursor type was subjected to FE-SEM / EDX analysis to confirm the ratio and amount of silica, which is a material that has thermal durability on the surface after firing, and the results are shown in [Table 10]. Shown. The analysis is shown in Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 5, and Comparative Preparation Example 6 according to the precursor type as a silica / tungsten / titania carrier that does not contain vanadium, an active metal. As a result of confirming the ratio and amount of silica on the surface of the carrier after firing through EDX analysis, a ratio of 2.67 wt.% In Preparation Example 2 using the precursor as DMDMS was shown, and 2.88 wt. In Comparative Preparation Example 5 using the precursor as a colloid. %. However, it was confirmed that silica having a detectability error value of about 0.01 wt.% Of the diameter of Comparative Production Example 6 using the precursor as TEOS was detected. This is, even if the same silica is used in the preparation of the catalyst, the difference occurs depending on the characteristics of the precursor. When preparing an aqueous silica solution using distilled water in the impregnation method of the catalyst preparation method of the present invention, the preparation of Example 2 and Comparative Preparation Example 5 In the case of the TEOS precursor of Comparative Preparation Example 6, it is well-dissolved to form an aqueous solution, whereas it is considered that it is volatilized during the impregnation process as a polar molecular form that is not dissolved in distilled water, such as a molecular formula such as Si (OCH 3 ) 4 . Through this, even if the same silica is supported, a precursor soluble in distilled water, which is a solvent used in the manufacturing process of impregnation in the catalyst slurry in the manufacturing method, can be used.

FE-SEM/EDX 결과값FE-SEM / EDX result 원소element 담체carrier 제조예 2Preparation Example 2 비교제조예 5Comparative Production Example 5 비교제조예 6Comparative Production Example 6 Weight %Weight% Weight %Weight% Weight %Weight% CC 2.742.74 1.811.81 1.521.52 OO 41.7641.76 35.5235.52 47.2247.22 SiSi 2.672.67 2.882.88 0.010.01 TiTi 42.3842.38 52.4752.47 43.4443.44 WW 10.4510.45 7.327.32 7.817.81 합계Sum 100.00100.00 100.00100.00 100.00100.00

실시예Example 5 5

바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매의 전구체 종류에 따라 열적 내구성 유/무가 나타난 촉매들의 실리카와 티타니아의 결합상태 및 비율을 확인하기 위해서 열처리 전/후 제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예3 촉매들의 XPS 분석을 실시하여 [도 3], [표 11]에 나타내었다.Pre- and post-heat treatment Preparation Example 1, Comparative Production Example 2, Comparative Production Example 3 to confirm the bonding state and ratio of silica and titania of catalysts having thermal durability with or without thermal vanadium / silica / tungsten / titania catalyst precursors The catalysts are subjected to XPS analysis and are shown in [FIG. 3] and [Table 11].

서로 다른 전구체 실리카를 첨가하여 제조한 촉매의 열적 내구성을 확인하기 위해 상기 세 촉매에 대해 Si 2P를 측정하여 SiO2, Si-O-Ti, Si-O-Si 결합구조를 분리하여 전구체 종류에 따라서 각각 나타내었다. 그 결과 상기 세 촉매에서는 서로 다른 Si 2P 결과를 확인하였다. In order to confirm the thermal durability of the catalyst prepared by adding different precursor silica, Si 2P was measured for the three catalysts to separate the SiO 2 , Si-O-Ti, and Si-O-Si bonding structures, depending on the precursor type. Respectively. As a result, different Si 2P results were confirmed in the three catalysts.

Si 2PSi 2P 촉 매catalyst 제조예 1Preparation Example 1 비교제조예 2Comparative Production Example 2 비교제조예 3Comparative Production Example 3 구조종Rescue FreshFresh AgingAging FreshFresh AgingAging FreshFresh AgingAging Si-O-TiSi-O-Ti 84.3484.34 53.0253.02 0.20.2 0.00.0 -- -- Si-O-SiSi-O-Si 14.8414.84 18.318.3 -- -- -- -- SiO2 SiO 2 0.80.8 28.6828.68 99.899.8 100.0100.0 -- --

먼저 실리카 전구체를 DMDMS로 제조한 제조예 1 촉매의 경우 열처리 전 촉매 내 실리카의 형태는 Si-O-Ti, Si-O-Si, SiO2 세 가지 형태가 모두 관측되었으며 각각의 비율은 0.8%, 14.84%, 84.34%로 Si-O-Ti 결합 비율이 전체 실리카가 이루고 있는 결합 중에 가장 큰 비율을 나타내었다. 열처리 후 촉매에서는 앞선 결합종들의 비율이 28.68%, 18.3%, 53%로 Si-O-Ti 비율이 감소되고 SiO2, Si-O-Si 비율이 증가됨을 확인하였다. First, in the case of the catalyst of Preparation Example 1, in which the silica precursor was prepared by DMDMS, all three types of Si-O-Ti, Si-O-Si, and SiO 2 were observed in the catalyst before heat treatment, and each ratio was 0.8%. At 14.84% and 84.34%, the Si-O-Ti bond ratio showed the largest proportion among the bonds formed by all silica. After the heat treatment, it was confirmed that the Si-O-Ti ratio was reduced and the SiO 2 and Si-O-Si ratios were increased to 28.68%, 18.3%, and 53% of the previous binding species.

다음으로 실리카 전구체를 콜로이드로 사용한 비교제조예 2의 경우 열처리 전 촉매 내 실리카 형태는 SiO2와 Si-O-Si가 관찰되었지만, 대부분이 SiO2였으며, 아주 미비하게 Si-O-Ti가 확인되었다. 하지만 열처리 후에 촉매의 실리카 형태는 모두 SiO2로 전환되는 것을 확인하였다. Next, in the case of Comparative Preparation Example 2 using a silica precursor as a colloid, SiO 2 and Si-O-Si were observed in the catalyst before heat treatment, but most of them were SiO 2 , and Si-O-Ti was very insignificantly confirmed. . However, it was confirmed that all of the silica forms of the catalyst were converted to SiO 2 after heat treatment.

다음으로 실리카 전구체를 TEOS로 사용한 비교제조예 3 촉매는 열처리 전/후의 XPS Si 2P peak가 관찰되지 않았다. 이러한 원인은 앞선 실시예 4에서 언급한 실리카 전구체의 함침법 제조방법에서 발생하는 휘발성 문제와 관련지어 나타냈을 때, 촉매 표면에 남은 실리카가 없이 대부분이 휘발되어 남아있지 않아 XPS 분석에서 검출되지 않은 것을 확인할 수 있었다. Next, in Comparative Preparation Example 3 catalyst using silica precursor as TEOS, XPS Si 2P peak before / after heat treatment was not observed. This cause was not detected in the XPS analysis because most of it was not volatilized and remained without silica remaining on the catalyst surface when it appeared in connection with the volatile problem arising from the method for preparing the impregnation method of the silica precursor mentioned in Example 4 above. I could confirm.

이에 따라 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매에 있어서 서로 다른 전구체의 실리카를 담지하더라도 담체인 티타니아와 결합하여 Ti-O-Si 결합형태를 갖춘 촉매가 열적 내구성을 갖는 것을 확인하였다. Accordingly, it was confirmed that the catalyst having a Ti-O-Si bonding type in combination with titania, which is a carrier, has thermal durability even when silica of different precursors is supported in the vanadium / silica / tungsten / titania catalyst.

실리카/텅스텐/티타니아 담체에 있어서 전구체 종류에 따른 실리카가 열처리시 생성되는 Si-O-Ti 결합형성을 확인하기 위해서 제조예 2, 비교제조예 4, 비교제조예 5, 비교제조예 6 담체를 소성과정이 아닌 건조과정까지만 제조하여 상기 건조체들을 산소와 질소를 유입시켜 100℃부터 소성조건인 500℃까지 온도를 승온시켜 발생하는 CO2 농도를 온도에 따라 signal을 측정하여 기록하는 O2-TPO 분석을 수행하였으며 [도 4]에 나타내었다. In the silica / tungsten / titania carrier, in order to confirm the formation of Si-O-Ti bonds generated by heat treatment of silica according to the precursor type, Preparation Example 2, Comparative Production Example 4, Comparative Production Example 5, and Comparative Production Example 6 were fired. O 2 -TPO analysis that measures and records the CO 2 concentration generated by raising the temperature from 100 ℃ to 500 ℃, which is the firing condition by introducing oxygen and nitrogen to the drying bodies, not until the drying process It was carried out and is shown in [Figure 4].

제조예 2에 사용된 실리카 전구체인 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)는 분자식 Si(OCH3)2(CH3)2 로 되어있으며 이러한 실리카는 주기율표상의 14족 원소로 탄소와 마찬가지로 결합다리가 4개를 이루고 있는 형태이다. 이를 통해 실리카와 결합된 -OCH3기, -CH3기가 산소와 만나 산화반응을 일으키는 연소식을 갖는데 그 식은 [반응식 1]와 [반응식 2]에 나타내었다. The silica precursor used in Preparation Example 2, dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) is a molecular formula Si (OCH 3 ) 2 (CH 3 ) 2 This silica is a group 14 element on the periodic table, and like carbon, has four bonding legs. Through this, the -OCH 3 group and -CH 3 group combined with silica have a combustion formula that encounters oxygen to cause an oxidation reaction, and the formulas are shown in [Reaction Scheme 1] and [Reaction Scheme 2].

[반응식 1][Scheme 1]

4CH3O + 5O2 → 4CO2 + 6H2O 4CH 3 O + 5O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O

[반응식 2][Scheme 2]

4CH3 + 5O2 → 4CO2 + 6H2O 4CH 3 + 5O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O

상기의 반응을 통해 실리카와 결합된 -OCH3기, -CH3기가 연소되어야 티타니아와 결합되는 자유 실리카들이 형성되며 이러한 연소반응을 확인하기 위해 CO2를 측정하였다. 구체적인 결과로 DMDMS에서 300℃부터 CO2가 연소반응에 의해 형성되었으며, 450℃에서 최고농도를 보이다 서서히 감소되었으며, 이는 담체 내 결합된 -OCH3기, -CH3기가 모두 연소되어 CO2 농도가 서서히 감소되는 것으로 확인하였다. When the -OCH 3 group and -CH 3 group combined with silica were burned through the above reaction, free silica bound to titania was formed, and CO 2 was measured to confirm this combustion reaction. As a specific result, in DMDMS, CO 2 was formed by a combustion reaction from 300 ° C. and showed the highest concentration at 450 ° C., which was gradually reduced, and the combined -OCH 3 groups and -CH 3 groups in the carrier were all burned, resulting in a CO 2 concentration. It was confirmed to decrease gradually.

반면, 실리카 전구체가 담지되지 않은 비교제조예 4 와 실리카 전구체로 colloid SiO2를 사용한 비교제조예 5 담체에서는 온도가 증가하여도 CO2가 관측되지 않는데 이는 산소를 만나 연소 될 -OCH3기, -CH3기가 존재하지 않아 signal이 관측되지 않는다. 또한 실리카 전구체를 TEOS를 사용한 비교제조예 6 담체는 제조과정에 있어서 모두 휘발되어 존재하지 않아 연소기들 또한 휘발되어 CO2가 형성되지 않는 것을 확인하였다. On the other hand, in Comparative Preparation Example 4 in which the silica precursor was not supported and in Comparative Preparation Example 5 using colloid SiO 2 as the silica precursor, CO 2 was not observed even when the temperature was increased, which is the -OCH 3 group that will be burned upon encountering oxygen,- No signal is observed because the CH 3 group is not present. In addition, it was confirmed that the carrier of Comparative Preparation Example 6 using TEOS as a silica precursor was not volatilized in the manufacturing process, and thus, combustors were also volatilized and CO 2 was not formed.

이를 통해 함침법에 사용이 가능하고 소성하는 과정에서 연소되어 티타니아와 결합하여 Si-O-Si, Si-O-Ti 결합구조를 나타내는 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si) 전구체 만이 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매에서 고온의 열에너지에 의한 촉매의 비활성화 인자인 비표면적의 감소, 티타니아 아나타제상의 루타일상으로의 전환, Ti-V-O 치환종 형성에 따른 촉매표면의 활성점의 내부로의 소실을 억제하여 열적 내구성을 더욱 증진시킬 수 있음을 확인하였다. This allows it to be used for impregnation and burns during the firing process and combines with titania to show Si-O-Si and Si-O-Ti bonding structures. Dimesso dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si) The precursor is a vanadium / silica / tungsten / titania catalyst with a high thermal energy, which decreases the specific surface area, which is an inactivation factor of the catalyst, converts it to the rutile phase on the titania anatase, and the active point of the catalyst surface upon formation of Ti-VO substituted species It was confirmed that it is possible to further improve the thermal durability by suppressing the loss to the interior of the.

실시예Example 6 6

바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매의 전구체 종류에 따라 열적 내구성 증진구조종을 형성한 전구체 및 이를 형성치 못한 촉매들의 열처리 전/후로 확인되는 제조예 1, 비교제조예 1 내지 3 촉매들의 바나듐 구조종의 변화를 관측하기 위해 XRD 분석을 수행하여 [도 5]에 나타내었다. 그 결과, 세 가지 실리카전구체 촉매의 XRD 분석에서 2 Theta = 25.28°에서 티타니아 아나타제의 주 피크인 (101)면 회절피크가 관찰되어 담체인 아나타제 티타니아 결정구조를 갖는 것을 확인하였다. 또한 아나타제 티타니아 피크로는 Theta = 37.34, 38.05, 38.75, 48.21, 54.00, 55.22, 62.74, 69.00, 70.4, 75.9°의 피크 결정구조를 나타내었다. 티타니아의 결정구조는 열처리 조건에 따라서 비결정질의 티타닌산이 결정화(crystallization) 되어 아나타제 티타니아의 결정성(crystallinity)가 증가한다. 또한, 준안정성을 나타내는 아나타제는 고온의 열에 의해서 루타일로 상전이 되는 것으로 알려져 있다. Vanadium structural species of Preparation Example 1, Comparative Production Examples 1 to 3 catalysts identified before and after heat treatment of the precursors that formed the thermal durability enhancing structural species and the catalysts that did not form the vanadium / silica / tungsten / titania catalyst according to the precursor type XRD analysis was performed to observe the change in [Fig. 5]. As a result, XRD analysis of the three silica precursor catalysts confirmed that the main peak of the titania anatase (101) plane diffraction peak was observed at 2 Theta = 25.28 ° to have the crystal structure of the carrier anatase titania. In addition, the anatase titania peaks showed peak crystal structures of Theta = 37.34, 38.05, 38.75, 48.21, 54.00, 55.22, 62.74, 69.00, 70.4, and 75.9 °. In the crystal structure of titania, amorphous titanic acid is crystallized according to heat treatment conditions to increase the crystallinity of anatase titania. In addition, anatase exhibiting metastability is known to be converted to rutile by high temperature heat.

먼저 실리카가 담지되지 않은 텅스텐만 담지하여 촉매를 제조한 비교제조예 1 촉매와 Colloid, TEOS 전구체를 텅스텐과 담지하여 소성 후 바나듐을 담지한 비교제조예 2, 3 촉매는 열처리 전/후로 XRD peak를 비교하였을 때 촉매 표면에서 확연히 다른 바나듐 구조종을 나타내었다. 관측되는 바나듐 종 peak 로는 VO2, V2O5, TiVO4 종이 관측되었으며, 각각 VO2= 33.3°, V2O5=23.5°, 34°, TiVO4=41.8°의 피크 결정구조를 나타내었다. 특히 V2O5의 경우 결정성이 증가된 crystalline VOx 종으로 잘 알려진 구조종으로 고온의 탈질반응에서 환원제인 암모니아를 산화시켜 전체 촉매효율을 감소시키는 원인이 된다. 또한 TiVO4 구조종의 경우 바나듐이 치환반응에 티타니아 내부로 소실된 구조종으로 촉매의 탈질반응 활성점을 감소시키는 인자로 저온에서의 탈질효율을 감소시키는 원인이 된다.First, Comparative Preparation Example 1, in which catalyst was prepared by supporting only tungsten on which silica was not supported, and Colloid and TEOS precursors were supported by tungsten, followed by calcination, followed by calcination and vanadium loading. When compared, the catalyst surface showed significantly different vanadium structural species. As observed vanadium species peaks, VO 2 , V 2 O 5 , and TiVO 4 species were observed, and the VO 2 = 33.3 °, V 2 O 5 = 23.5 °, 34 °, and TiVO 4 = 41.8 ° peak crystal structures were observed. . In particular, V 2 O 5 is a structural species well known as a crystalline VOx species with increased crystallinity, which causes a reduction in overall catalytic efficiency by oxidation of ammonia, a reducing agent, at high temperature denitrification. In addition, in the case of the TiVO4 structural species, vanadium is a structural species that is lost inside the titania in the substitution reaction, which is a factor that decreases the denitrification activity point of the catalyst and causes denitrification efficiency at low temperatures.

반면, 실리카 전구체를 DMDMS로 사용한 촉매의 경우 열처리 전/후로의 촉매 결정상 peak 의 변화가 없었으며 그로 인해 형성되는 바나듐 구조종은 관측되지 않고 티타니아 아나타제 구조만이 관측되는 것으로 보아 열적 내구성에 있어서 증진됨을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the catalyst using the silica precursor as a DMDMS, there was no change in the catalyst crystal phase peak before / after heat treatment, and thus the vanadium structural species formed was not observed, and only the titania anatase structure was observed, thereby improving thermal durability. Can be confirmed.

실시예Example 7 7

바나듐/실리카/텅스텐/티타니아계 촉매의 실리카 전구체 종류에 따라서 활성금속인 바나듐의 구조종에 대해 열처리 전/후로 미치는 영향을 확인하기 위하여 H2-TPR (H2 Temperature Programmed Reduction) 분석을 수행하였다. H2-TPR에서의 최대 환원온도(Tmax)의 위치는 일반적으로 담체와 활성금속의 담지량 등에 의해 shift 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 세 가지 제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 3 촉매의 열처리 전/후에 대한 H2-TPR 분석을 통하여 수소 소모특성을 분석으로부터 촉매표면의 바나듐 구조종의 변화를 관측하여. 구체적으로, 2920 Autochem (Micromeritics)을 사용하였으며, 농도 측정을 위한 감지기(detector)는 TCD(Thermal Conductivity Detector)를 사용하여 H2-TPR 분석을 수행하였다. 분석의 순서는 100 um 이하로 분쇄된 0.3 g의 촉매를 충진 후, 우선 50 cc/min의 5 vol.% O2/He을 10℃/min으로 승온시키면서 400℃에서 30분간 흘리며 표면의 불순물을 제거하였다. 계속해서 상온으로 온도를 하온시킨 후, 5 vol.% H2/Ar을 1시간 동안 주입하여 촉매를 환원 분위기로 만들어 주었다. 그 후 10℃/min으로 승온시키면서 800 oC까지 수소 소모량을 측정하여 [도 6]에 나타내었다. H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis was carried out to confirm the effect of vanadium, which is an active metal, before and after heat treatment on the structural species of the vanadium / silica / tungsten / titania catalyst. The position of the maximum reduction temperature (Tmax) in H 2 -TPR is generally known to be shifted by the amount of carrier and active metal supported. Therefore, by observing the hydrogen consumption characteristics through H 2 -TPR analysis for the before and after heat treatment of the three Preparation Examples 1, Comparative Preparation Examples 2 and Comparative Preparation Example 3 catalysts, the change in the vanadium structural species on the catalyst surface was observed. Specifically, 2920 Autochem (Micromeritics) was used, and a detector for concentration measurement was performed by H 2 -TPR analysis using a Thermal Conductivity Detector (TCD). The order of analysis is after filling 0.3 g of a catalyst crushed to 100 um or less, and first, 5 vol.% O 2 / He of 50 cc / min is heated to 10 ° C./min while flowing at 400 ° C. for 30 minutes to remove impurities on the surface. Removed. Subsequently, the temperature was lowered to room temperature, and 5 vol.% H 2 / Ar was injected for 1 hour to make the catalyst in a reducing atmosphere. Thereafter, while increasing the temperature to 10 ° C / min, hydrogen consumption was measured up to 800 ° C and shown in [Fig. 6].

그 결과 Colloid, TEOS를 전구체로 한 촉매의 열처리 전 관측되는 Tmax 피크는 Colloid의 경우 426℃에서 관측되는 surface monomeric V과 557℃에서 관측되는 일부 polymeric V 종이 관측되는 것을 확인하였으며, monomeric 종이 낮은 온도에서 수소와 반응하여 탈착되는 산소종이 관측되는 결과로부터 저온에서의 열처리 전 반응활성이 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 TEOS를 전구체로 한 촉매의 경우 436℃에서 관측되는 surface monomeric V과 561℃에서 관측되는 일부 polymeric V 종이 관측되는 것을 확인하였으며, monomeric 종이 낮은 온도에서 수소와 반응하여 탈착되는 산소종이 관측되는 결과로부터 저온에서의 열처리 전 반응활성이 높은 것을 확인할 수 있다. 반면 열처리 후 Colloid, TEOS 촉매의 경우 첫 번째 산소 소모 peak가 각각 460℃, 473℃로 shift 되며 648℃ 부근의 surface crystalline VOx 종에서 소모된 산소로 알려진 peak를 확인할수 있다. As a result, the Tmax peak observed before the heat treatment of the catalyst using Colloid and TEOS as precursors was confirmed that in the case of Colloid, surface monomeric V observed at 426 ° C and some polymeric V species observed at 557 ° C were observed, and the monomeric species at low temperatures. It can be seen from the results that oxygen species that are desorbed by reacting with hydrogen are high in reaction activity before heat treatment at low temperature. In addition, in the case of a catalyst using TEOS as a precursor, it was confirmed that surface monomeric V observed at 436 ° C and some polymeric V species observed at 561 ° C were observed. It can be seen that the reaction activity before heat treatment at low temperature is high. On the other hand, in the case of Colloid and TEOS catalysts after heat treatment, the first oxygen consumption peak shifts to 460 ℃ and 473 ℃, respectively, and the peak known as oxygen consumed in the surface crystalline VOx species near 648 ℃ can be confirmed.

다음으로 DMDMS 촉매의 경우 열처리 전 448℃에서 관측되는 monomeric V 종만 관측되는 특성을 보였지만, 열처리 후에는 455℃로 세 촉매중 가장 온도 shift가 적게 이동되었으며 545℃부근에서의 일부 polymeric V 종의 형성을 확인할 수 있었다. Next, in the case of the DMDMS catalyst, only the monomeric V species observed at 448 ° C before heat treatment were observed, but after heat treatment, the temperature shift of the three catalysts was the lowest among 4 catalysts and the formation of some polymeric V species near 545 ° C was observed. I could confirm.

이러한 각 촉매들의 특성을 바탕으로 더욱 고온으로 shift 될수록 crystalline V 종의 형성이 polymeric V 형성보다 우세함을 확인할 수 있으며, 그로인해 Colloid, TEOS 촉매에서 열처리 후에 더 고분자 종으로 변하는 것으로부터 열처리 후에 촉매 활성금속인 바나듐의 열 에너지에 의한 구조적 변화가 큰 것을 확인할 수 있다. 하지만 열적 내구성 증진 구조종인 Ti-O-Si을 형성한 DMDMS 촉매의 경우 열처리 후에도 H2-TPR의 수소 소모 peak가 거의 유지되는 특성을 확인하였다.Based on the properties of each of these catalysts, it can be confirmed that the formation of the crystalline V species is more predominant than the formation of the polymeric V as it is shifted to higher temperatures. It can be seen that the structural change due to the thermal energy of the metal vanadium is large. However, in the case of the DMDMS catalyst having the thermal durability-enhancing structural species Ti-O-Si, it was confirmed that the hydrogen consumption peak of H 2 -TPR is almost maintained even after heat treatment.

실시예Example 8 8

본 발명에 의한 가스상 질소산화물 제거용 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아계 촉매 제조에 있어 제조예 1과 같이 실리카 전구체를 '디메쏘 디메틸실란'으로 선정하여 바나듐을 담지하기 전 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 비표면적을 제어하기 위해 소성온도를 600℃에서 700℃까지 50℃ 간격의 구배를 두어 비표면적을 제어한다. 이후, 담지량을 동일하게 한 바나듐을 담지하여 제조예 3-1 내지 3-3 촉매를 제조하였다. 또한 상용촉매 중 실리카/텅스텐/티타니아 조성인 'DT58'을 담체로 하여 제조한 비교제조예 7 촉매에 대해 탈질효율 활성을 평가하기 위하여 200~500 oC에서 Fresh catalyst와 Aging catalyst의 질소산화물 제거율을 측정하였다. 실험 조건의 경우 실시예 1과 동일한 조건에서 수행하였으며, 그 결과를 [도 7-a], [도 7-b], [도 7-c]에 나타내었다.In the preparation of a vanadium / silica / tungsten / titania-based catalyst for removing gaseous nitrogen oxides according to the present invention, a silica precursor is selected as 'dimesso dimethylsilane' as in Preparation Example 1, and the silica / tungsten / titania carrier is supported before loading vanadium. In order to control the specific surface area, the specific surface area is controlled by setting the firing temperature from 600 ° C to 700 ° C in 50 ° C intervals. Thereafter, vanadium having the same loading amount was supported to prepare catalysts in Preparation Examples 3-1 to 3-3. In addition, in order to evaluate the denitrification efficiency of the catalyst prepared in Comparative Catalyst 7 prepared by using 'DT58' having a silica / tungsten / titania composition as a carrier among commercial catalysts, nitrogen oxide removal rates of fresh catalyst and aging catalyst were measured at 200 ~ 500 o C. It was measured. In the case of the experimental conditions, it was performed under the same conditions as in Example 1, and the results are shown in [Fig. 7-a], [Fig. 7-b], and [Fig. 7-c].

그 결과, 상기 촉매들의 전체 온도범위의 탈질효율을 나타낸 [도 7-a]에서 실리카/텅스텐/티타니아 담체를 600℃에서 소성한 제조예 3-1 촉매의 경우 450℃ 이상의 온도에서는 열처리 전/후 비교시 반응활성이 저하되었으며, 300℃ 이하의 온도의 경우 열처리 후에 반응활성이 증진되는 특성을 나타내었다. 반면, 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 소성온도를 더욱 증가시킨 제조예 3-2, 3-3 촉매와 이를 비교하기 위해 동일한 조건에서 실험을 수행한 비교제조예 7 촉매의 경우 열처리 전 500℃ 온도 범위에서 약 80%의 전환율을 나타내었으며, 열처리 후 일부 효율이 감소되었지만 그 감소폭은 촉매에 따라 상이하였다. 또한, 300℃ 이하의 온도에서는 약 80% 이상 높은 전환율을 나타내었으며, 열처리 후의 탈질효율 변화값은 촉매에 따라 상이하였다. As a result, in [Fig. 7-a], which shows the denitrification efficiency of the entire temperature range of the catalysts, in the case of the catalyst prepared in Example 3-1 in which the silica / tungsten / titania carrier was fired at 600 ° C, before / after heat treatment at a temperature of 450 ° C or higher In comparison, the reaction activity was lowered, and in the case of a temperature of 300 ° C. or lower, the reaction activity was improved after heat treatment. On the other hand, in the case of Comparative Preparation Example 7 catalyst, which was conducted under the same conditions to compare the catalysts of Preparation Examples 3-2 and 3-3, which further increased the firing temperature of the silica / tungsten / titania carrier, the temperature range of 500 ° C before heat treatment The conversion rate was about 80%, and some efficiencies were reduced after heat treatment, but the reduction was different depending on the catalyst. In addition, at a temperature of 300 ° C. or lower, a conversion rate of about 80% or higher was high, and a change value of denitrification efficiency after heat treatment was different depending on the catalyst.

이를 좀더 명확하게 비교하기 위해서 가장 큰 반응활성을 나타내는 고온영역(500℃)과 저온영역(250℃)에서의 열처리 전/후의 반응활성을 [도 7-b], [도 7-c]에 나타내었다. 고온의 반응온도 500℃경우 모든 촉매에서 반응활성이 감소되는 특성을 보였으나 네가지 촉매 모두 그 감소폭이 상이하였다. 먼저 비교제조예 7의 경우 -12.625%의 감소율, 제조예 3-1은 -8.75%, 제조예 3-2는 -3.365%, 제조예 3-3은 -4.0%의 감소율로 10% 이상의 감소율을 보인 촉매의 경우 비교제조예 7 로 고온의 반응온도에서 가장 큰 변화율을 보였다. 다음으로 제조예 3-1 > 제조예 3-3 > 제조예 3-2의 순서로 반응활성 변화율을 나타내었다. 다음으로, 저온 반응온도인 250℃ 에서 비교제조예 7의 경우 -11.625%, 제조예 3-1은 +18.875%, 제조예 3-2는 -4.75%, 제조예 3-3은 -12.75%의 감소율로 10% 이상의 감소율을 보인 촉매는 비교제조예 7과 제조예 3-3 촉매였으며, 제조예 3-1 촉매의 경우 반응활성이 증진되었으나, 증진 후 71.375%의 활성을 보인반면, 제조예 3-2 촉매의 경우 감소율이 4.75% 로 5% 이하였으며, 감소된 후에도 탈질효율 77 %의 우수한 반응활성을 유지하였다.In order to compare this more clearly, the reaction activities before and after heat treatment in the high temperature region (500 ° C) and the low temperature region (250 ° C) showing the largest reaction activity are shown in [Fig. 7-b] and [Fig. 7-c]. Did. In the case of a high temperature reaction temperature of 500 ° C, the reaction activity was reduced in all catalysts, but the reduction width of all four catalysts was different. First, in Comparative Production Example 7, the reduction rate of -12.625%, Production Example 3-1 was -8.75%, Production Example 3-2 was -3.365%, and Production Example 3-3 was -4.0%, with a reduction rate of 10% or more. In the case of the catalyst shown, Comparative Production Example 7 showed the largest rate of change at a high temperature reaction temperature. Next, the reaction activity change rate was shown in the order of Preparation Example 3-1> Preparation Example 3-3> Preparation Example 3-2. Next, at a low-temperature reaction temperature of 250 ° C, -11.625% for Comparative Production Example 7, + 18.875% for Production Example 3-1, -4.75% for Production Example 3-2, and -12.75% for Production Example 3-3. The catalysts that showed a reduction rate of 10% or more at a reduction rate were the catalysts of Comparative Production Example 7 and Production Example 3-3, and in the case of the Production Example 3-1 catalyst, the reaction activity was improved, but after the improvement, the activity was 71.375%, whereas Production Example 3 In the case of the -2 catalyst, the reduction rate was 4.75%, which was 5% or less, and even after the reduction, the denitrification efficiency of 77% was maintained.

이를 통해 DMDMS를 사용한 실리카/텅스텐-타티니아 담체를 통해 제조된 촉매의 경우 소성온도를 650℃ 로 하여 비표면적을 제어한 촉매에서 가장 우수한 구조적 안정성으로부터 열적 내구성을 증진시키고, SCR 탈질효율이 안정적인 것으로 확인할 수 있었다.As a result, in the case of a catalyst prepared through a silica / tungsten-titania carrier using DMDMS, the calcination temperature is set to 650 ° C to improve thermal durability from the best structural stability in the catalyst having a specific surface area control and to improve SCR denitrification efficiency. I could confirm.

실시예Example 9 9

다음으로 상기의 담체들을 통하여 활성금속인 바나듐을 담지하여 제조한 촉매인 비교제조예 7과 제조예 3-1 내지 3-3 촉매의 열처리 전/후의 비표면적을 비교하여 [표 12]에 나타내었다. 그 결과 비교제조예 7과 제조예 3-3 촉매의 열처리 전 각각의 촉매 비표면적은 89.94, 77.56 m2/g을 나타냈으며 열처리 후에 54.29, 56.86 m2/g으로 비표면적이 약 70.0 m2/g 이하로 상당히 줄어드는 특성을 보였다. 반면, 제조예 3-2, 3-3 촉매의 경우 바나듐 담지후 열처리 전 촉매에서 114.63, 105.56 m2/g의 높은 비표면적을 보였으며, 열처리 후에도 76.58, 70.94 m2/g의 높은 비표면적을 나타내는 것을 확인하였다.Next, the specific surface areas before and after the heat treatment of the catalysts prepared in Comparative Example 7 and Preparation Examples 3-1 to 3-3, which are catalysts prepared by supporting vanadium as an active metal through the above carriers, are compared and are shown in [Table 12]. . As a result, in Comparative Production Example 7 and Production Example 3-3, the specific surface area of each catalyst was 89.94, 77.56 m 2 / g before the heat treatment of the catalyst, and the specific surface area was about 70.0 m 2 / 54.29, 56.86 m 2 / g after the heat treatment. It showed a significantly reduced characteristic below g. On the other hand, in the case of the catalysts of Preparation Examples 3-2 and 3-3, after the vanadium loading, the catalysts showed a high specific surface area of 114.63, 105.56 m 2 / g, and a high specific surface area of 76.58, 70.94 m 2 / g even after the heat treatment. It confirmed that it showed.

이를 통해 DMDMS를 사용한 실리카/텅스텐-타티니아 담체를 소성온도를 600, 650℃ 로 제조한 담체가 바나듐 담지시 열처리 전/후로 비표면적이 높게 유지되는 특성을 확인하였으며, 상기 실시예 8 에서 탈질효율의 변화를 고려한다면 비표면적이 바나듐 담지후에 약 100.0 m2/g 이상을 유지하며, 열처리 후 약 70.0 m2/g 이상을 유지하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.Through this, it was confirmed that the silica / tungsten-titania carrier using DMDMS had a firing temperature of 600 and 650 ° C., and that the specific surface area was maintained high before and after heat treatment when vanadium was supported, and denitrification efficiency in Example 8 above. Considering the change in, it is determined that it is desirable to maintain a specific surface area of about 100.0 m 2 / g or more after vanadium loading, and about 70.0 m 2 / g or more after heat treatment.

비표면적 (Specific Surface Science, m2/g)Specific Surface Science (m 2 / g) 촉매catalyst 열처리 단계Heat treatment step FreshFresh AgingAging 비교제조예 7Comparative Production Example 7 89.9489.94 54.2954.29 제조예 3-1Preparation Example 3-1 114.63114.63 76.5876.58 제조예 3-2Preparation Example 3-2 105.56105.56 70.9470.94 제조예 3-3Preparation Example 3-3 77.5677.56 53.8653.86

실시예Example 10 10

다음으로 상기 담체들에 활성금속인 바나듐을 담지하여 제조한 촉매인 비교제조예 7과 제조예 3-1 내지 3-3 촉매의 열적내구성을 증진시킨 구조종과 그 비율을 확인하기 위해 열처리 전/후의 XPS 분석을 실시하여 [도 8], [표 13]에 나타내었다.Next, before the heat treatment to confirm the structural species and the ratio of the thermal durability of the catalyst prepared in Comparative Preparation Example 7 and Preparation Examples 3-1 to 3-3, which are catalysts prepared by supporting vanadium as an active metal on the carriers / After performing XPS analysis, it is shown in [FIG. 8] and [Table 13].

서로 다른 소성온도로 비표면적을 제어한 실리카/텅스텐/티타니아 담체로 제조한 촉매들은 각각 탈질효율이 증가/감소가 다르게 나타났다. 이를 통해 열적 내구성을 증진시킨 실리카 구조종인 Ti-O-Si 종의 비율을 상기 세 촉매에 대해 Si 2P를 측정하여 Si-O-Ti, Si-O-Si, SiO2 결합구조를 분리하여 각 촉매의 결과값에 따라서 각각 나타내었다. 그 결과 상기 비표면적을 제어한 세 촉매에서는 서로 다른 Si 2P 형성비율을 보이며, DT58을 담체로 한 촉매에서는 Si-O-Si, SiO2 로 두 가지의 구조종으로 만 형성되어 있음을 확인하였다. Catalysts prepared with silica / tungsten / titania carriers with specific surface area control at different firing temperatures showed different denitrification efficiency differently. Through this, the ratio of Ti-O-Si species, which are silica structural species that improved thermal durability, was measured by measuring Si 2P for the three catalysts, separating the Si-O-Ti, Si-O-Si, and SiO 2 bonding structures to separate catalysts. It is shown according to the results of each. As a result, it was confirmed that the three catalysts controlling the specific surface area showed different Si 2P formation ratios, and that the catalysts using DT58 were formed of only two structural species: Si-O-Si and SiO 2 .

Si 2PSi 2P 촉 매catalyst 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-3Preparation Example 3-3 비교제조예 7Comparative Production Example 7 구조종Rescue FreshFresh AgingAging FreshFresh AgingAging FreshFresh AgingAging FreshFresh AgingAging Si-O-TiSi-O-Ti 88.2288.22 51.8451.84 71.2671.26 52.2252.22 66.4566.45 39.3639.36 -- -- Si-O-SiSi-O-Si 10.47810.478 18.9518.95 8.358.35 12.3112.31 5.945.94 14.5714.57 49.3849.38 13.9513.95 SiO2 SiO 2 1.31.3 29.229.2 20.3820.38 35.4635.46 27.627.6 46.0646.06 50.5450.54 86.0486.04

먼저 제조예 3-1 내지 3-3 촉매의 경우 열처리 전 촉매 내 실리카의 형태는 Si-O-Ti, Si-O-Si, SiO2 세 가지 형태가 모두 관측되었으며, 이중 열적내구성을 증진시켰던 Si-O-Ti 구조종의 비율은 각각 88.22%, 71.26%, 66.45%로 나타내었다. 또한, 상용 티타니아인 'DT58'로 제조된 비교제조예 7 촉매의 경우 Si-O-Ti 구조종의 경우 관측되지 않았으며 Si-O-Si, SiO2의 비율은 열처리 전 49.38%, 50.54%를 보이고, 열처리 후에는 각각 13.95%, 86.04%로 SiO2로 전환되는 비율이 증가한 것을 확인하였다. First, in the case of the catalysts of Preparation Examples 3-1 to 3-3, three types of Si-O-Ti, Si-O-Si, and SiO 2 were observed in the catalyst before heat treatment, and Si, which promoted thermal durability, was observed. The proportion of -O-Ti structural species was 88.22%, 71.26%, and 66.45%, respectively. In addition, in the case of the comparative production example 7 catalyst made of commercially available titania 'DT58', the Si-O-Ti structural species were not observed, and the ratio of Si-O-Si and SiO 2 was 49.38% and 50.54% before heat treatment. After the heat treatment, it was confirmed that the conversion rate to SiO 2 increased to 13.95% and 86.04%, respectively.

이에 따라 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아 촉매에 있어서 비표면적을 제어한담체인 제조예 3-1 내지 3-3 에 대해서 Ti-O-Si 결합형태의 비율을 탈질효율과 비교할 경우 Si-O-Ti 구조가 약 70.0% 이상에서 열적 내구성을 특성을 나타내는 것으로 판단되며 그 이하가 될 경우 열처리 후에 탈질효율 저하가 고온과 저온 영역에서 10% 이상 발생하는 것으로 판단된다.Accordingly, when the ratio of the Ti-O-Si bond type is compared with the denitrification efficiency for the production examples 3-1 to 3-3, which are carriers having a controlled specific surface area in the vanadium / silica / tungsten / titania catalyst, the Si-O-Ti structure It is judged to exhibit thermal durability characteristics at about 70.0% or more, and if it is less than that, denitrification efficiency after heat treatment is judged to occur at 10% or more in the high and low temperature regions.

실시예Example 11 11

다음으로 상기 열적내구성을 증진시킨 TI-O-Si 구조종을 형성시킨 DMDMS 실리카 전구체로 제조된 담체들에 활성금속인 바나듐을 담지하여 제조한 촉매인 제조예 1과 제조예 3-1 내지 3-3 촉매의 열처리 전/후로 나타나는 탈질효율에 대해 저온영역(300℃ 이하) 활성 증진인자를 확인하기 위해 Raman 분석을 수행하여 바나듐 구조종의 변화를 관측하여 그 결과를 [도 9]에 나타내었다.Next, catalysts prepared by supporting vanadium as an active metal on carriers made of DMDMS silica precursors formed with TI-O-Si structural species having improved thermal durability, are prepared in Preparation Example 1 and Preparation Examples 3-1 to 3- 3 Raman analysis was performed to confirm the activity enhancer in the low temperature region (below 300 ° C) for denitrification efficiency that appeared before / after the heat treatment of the catalyst, and the results of vanadium structural species were observed and the results are shown in [Fig. 9].

서로 다른 소성온도로 비표면적을 제어한 실리카/텅스텐/티타니아 담체로 제조한 촉매들은 각각 저온영역에서 탈질효율이 증가/감소가 다르게 나타났다. 먼제 제조예 1, 제조예 3-1 촉매의 경우 초기 활성이 60%이하의 낮은 전환율을 보였으나, 열처리 후에 반응활성이 70% 이상으로 증진되는 특성을 보였으며, 제조예 3-2, 3-3 촉매의 경우 초기 반응활성이 80%의 높은 탈질효율을 나타내었다. 이를 바나듐 구조종과의 상관성을 확인하기 위해 Raman 분석 결과 열처리 후 반응활성이 증진된 촉매에서 저온 반응활성을 증진시키는 바나듐 구조종인 polymeric V 종이 관측됨을 확인하였으며, 열처리 전 촉매에서 우수한 탈질효율을 나타낸 촉매들 또한 polymeric V 종이 관측됨을 확인하였다. Catalysts prepared with silica / tungsten / titania carriers with specific surface area control at different firing temperatures showed different denitrification efficiency increase / decrease in the low temperature region. In the case of the catalysts of Preparation Example 1 and Preparation Example 3-1, the initial activity showed a low conversion rate of less than 60%, but after the heat treatment, the reaction activity was enhanced to 70% or more, and Preparation Examples 3-2, 3- In the case of the 3 catalyst, the initial reaction activity showed a high denitration efficiency of 80%. In order to confirm the correlation with the vanadium structural species, Raman analysis confirmed that a polymeric V species, a vanadium structural species that promotes low-temperature reaction activity, was observed in the catalyst with improved reaction activity after heat treatment, and the catalyst exhibited excellent denitrification efficiency in the catalyst before heat treatment. They also confirmed that polymeric V species were observed.

이를 통하여 바나듐을 담지한 촉매의 비표면적이 110~70 m2/g 사이에서 polymeric V 종이 형성되는 것으로 확인되며, 70 m2/g 이하로 감소하게 될 경우 monomeric V 종이 다시 증진되어 반응활성이 저하되는 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the specific surface area of the catalyst supporting vanadium was formed between 110 and 70 m 2 / g, and the polymeric V species was formed when it decreased below 70 m 2 / g. It was confirmed.

실시예Example 12 12

본 발명에 의한 가스상 질소산화물 제거용 바나듐/실리카/텅스텐/티타니아계 촉매 제조에 있어 제조예 1과 같이 실리카 전구체를 '디메쏘 디메틸실란'으로 선정하여 제조한 촉매가 열적내구성이 증진됨을 확인하였다. 이에 대하여 300℃ 이하의 반응온도에서 반응활성 증진을 위해 최적 바나듐을 담지량을 도출하는 연구를 수행하였다. 최적 바나듐 담지량 도출에 사용된 촉매의 경우 제조예 1과 제조예 3-1 내지 3-3에 사용된 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 소성온도를 각각 500 ~ 700℃로 소성하여 비표면적을 제어한 후 바나듐 담지량을 각각 달리하여 담지하였다. 제조예 4-1에 해당하는 500℃ 소성한 담체에 바나듐 담지량을 중량부 2.0 ~ 6.0까지 담지하여 촉매를 제조하였으며, 600, 650, 700℃ 로 소성한 담체의 경우 바나듐 담지량을 중량부 2.0 ~ 4.0 까지 담지하여 각각 제조예 4-2, 4-3, 4-4로 하여 탈질효율을비교하였다. 실험 조건의 경우 실시예 1과 동일한 조건에서 수행하였으며, 그 결과를 [표 14], [표 15]에 나타내었다. In preparing the vanadium / silica / tungsten / titania-based catalyst for removing gaseous nitrogen oxides according to the present invention, it was confirmed that the catalyst prepared by selecting the silica precursor as 'dimetho dimethylsilane' as in Preparation Example 1 has improved thermal durability. On the other hand, in order to improve the reaction activity at a reaction temperature of 300 ° C or less, a study was conducted to derive the optimum amount of vanadium loading. In the case of the catalyst used to derive the optimum vanadium loading, the firing temperatures of the silica / tungsten / titania carriers used in Production Example 1 and Production Examples 3-1 to 3-3 were calcined to 500 to 700 ° C, respectively, and then the specific surface area was controlled. The amount of vanadium supported was varied and supported. The catalyst was prepared by supporting the vanadium loading amount to 2.0 to 6.0 parts by weight on a 500 ° C calcined carrier corresponding to Preparation Example 4-1, and in the case of a carrier calcined at 600, 650, 700 ° C, the vanadium loading amount was 2.0 to 4.0 parts by weight. The denitrification efficiency was compared with each other by preparing them as Preparation Examples 4-2, 4-3, and 4-4. In the case of experimental conditions, it was performed under the same conditions as in Example 1, and the results are shown in [Table 14] and [Table 15].

촉매catalyst 반응온도Reaction temperature 바나듐 담지량Vanadium loading 22 2.252.25 2.52.5 2.752.75 3.03.0 3.253.25 3.53.5 4.04.0 4.54.5 55 5.55.5 6.06.0 제조예 4-1 그룹Production Example 4-1 group 300300 79.2779.27 9090 91.2591.25 92.592.5 94.7594.75 95.595.5 95.695.6 95.2595.25 96.2596.25 97.8797.87 92.7592.75 96.596.5 270270 61.7261.72 75.0675.06 77.7877.78 79.3379.33 82.4382.43 84.7684.76 85.985.9 87.187.1 89.0389.03 92.1392.13 86.586.5 84.7684.76 250250 44.0544.05 60.62560.625 64.564.5 66.8766.87 70.570.5 73.7573.75 75.675.6 7878 81.8781.87 86.6286.62 79.6279.62 76.1276.12 220220 32.3732.37 38.62538.625 40.6240.62 4343 46.2546.25 49.549.5 51.651.6 5656 6262 67.1267.12 57.7557.75 56.7556.75 200200 27.6227.62 29.7529.75 32.532.5 3535 36.2536.25 37.87537.875 40.840.8 42.6242.62 48.7548.75 50.2550.25 46.2546.25 43.543.5

촉매catalyst 반응온도Reaction temperature 바나듐 담지량Vanadium loading 2.02.0 2.52.5 3.03.0 3.53.5 4.04.0 제조예
4-2
그룹
Manufacturing example
4-2
group
300300 92.2592.25 95.1295.12 9494 9696 9595
270270 68.5968.59 91.2591.25 90.1290.12 91.3791.37 90.1290.12 250250 52.552.5 79.579.5 81.6281.62 83.2583.25 80.2580.25 220220 3636 54.2554.25 60.2560.25 62.8762.87 56.8756.87 200200 29.8729.87 41.8741.87 46.2546.25 47.8747.87 4040 제조예
4-3
그룹
Manufacturing example
4-3
group
300300 95.7595.75 97.1297.12 97.597.5 95.595.5 94.2594.25
270270 88.288.2 92.2592.25 93.593.5 92.37592.375 8888 250250 81.7581.75 82.3782.37 85.2585.25 8484 78.7578.75 220220 59.8759.87 58.1258.12 60.87560.875 60.2560.25 58.7558.75 200200 42.7542.75 43.3743.37 45.3745.37 4545 43.1243.12 제조예
4-4
그룹
Manufacturing example
4-4
group
300300 9898 99.3799.37 99.2599.25 96.7596.75 92.8792.87
270270 87.987.9 9696 94.6294.62 89.589.5 85.6285.62 250250 81.2581.25 88.1288.12 85.7585.75 79.2579.25 75.3775.37 220220 5555 63.563.5 61.2561.25 57.8757.87 5555 200200 41.541.5 48.1248.12 45.545.5 43.2543.25 42.1242.12

상기 촉매들의 반응온도 내 탈질효율은 실리카/텅스텐/티타니아 담체의 비표면적에 따라 최적의 탈질효율을 나타내는 바나듐 담지량이 상이하였다. 각각의 촉매가 나타내는 바나듐 담지량은 제조예 4-1 내지 4-4 의 순서로 중량부 5.0, 3.5, 3.0, 2.5 량으로 각가의 탈질효율은 250℃ 온도에서 86.62%, 83.25%, 85.25%, 88.12% 의 효율을 보였으며, 바나듐 담지량을 증가시킬 경우 탈질효율이 감소되는 것을 확인 하였다. The denitrification efficiency within the reaction temperature of the catalysts differed depending on the specific surface area of the silica / tungsten / titania carrier and the amount of vanadium loading showing optimum denitrification efficiency was different. The amount of vanadium supported by each catalyst is 5.0, 3.5, 3.0, 2.5 parts by weight in the order of Preparation Examples 4-1 to 4-4, and the denitrification efficiency of each is 86.62%, 83.25%, 85.25%, 88.12 at 250 ° C. %, And it was confirmed that the denitrification efficiency decreases when the vanadium loading is increased.

이를 통해 DMDMS를 사용한 실리카/텅스텐-타티니아 담체에 바나듐 담지량은 최대 중량부 5.0 까지 담지할 수 있으나, 탈질효율 및 비표면적을 고려 할 경우 바나듐 담지 후 약 170~100.0 m2/g 으로 제조되는 조건하에 중량부 2.0 ~ 5.0까지 담지하여 우수한 구조적 안정성으로부터 열적 내구성을 증진시키고, 우수한 저온 SCR 탈질효율을 갖추는 것을 확인하였다.Through this, the amount of vanadium supported on the silica / tungsten-titania carrier using DMDMS can be supported up to 5.0 parts by weight, but when denitrification efficiency and specific surface area are taken into consideration, conditions of preparing at about 170-100.0 m 2 / g after vanadium loading Under the weight portion of 2.0 to 5.0, it was confirmed that the thermal durability was improved from the excellent structural stability, and excellent low-temperature SCR denitrification efficiency was obtained.

Claims (11)

상기 티타니아 100 중량부에 대해 텅스텐 5~8 중량부 및 실리카 1~5 중량부를 포함하며, Si-O-Ti의 결합구조 종이 전체 실리카 구조의 70% 이상인 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체.A composite oxide carrier comprising 5 to 8 parts by weight of tungsten and 1 to 5 parts by weight of silica with respect to 100 parts by weight of titania, and 70% or more of the total silica structure of Si-O-Ti bonding structure paper. 상기 티타니아 100 중량부에 대해 텅스텐 5~8 중량부 및 실리카 1~5 중량부를 포함하도록 텅스텐 전구체 및 실리카 전구체를 담지한 후 500~650℃에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체 제조방법.Method for producing a composite oxide carrier characterized in that it is prepared by carrying out a tungsten precursor and a silica precursor so as to contain 5 to 8 parts by weight of tungsten and 1 to 5 parts by weight of silica relative to 100 parts by weight of titania, and then firing at 500 to 650 ° C. 제2항에 있어서, 상기 실리카 전구체는 디메쏘 디메틸실란(DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C4H12O2Si)인 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체 제조방법.The method of claim 2, wherein the silica precursor is dimetho dimethylsilane (DMDMS, Dimethoxy dimethylsilane, C 4 H 12 O 2 Si). 제2항에 있어서, 상기 텅스텐 전구체는 암모늄메타텅스테이트((NH4)10H2(W2O7)6)인 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체 제조방법.The method of claim 2, wherein the tungsten precursor is ammonium metatungstate ((NH 4 ) 10H 2 (W 2 O 7 ) 6 ). 제2항에 있어서, 상기 텅스텐 전구체 또는 실리카 전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 복합산화물 담체 제조방법. The method of claim 2, wherein the tungsten precursor or silica precursor is a soluble compound. 제1항에 따른 복합산화물 담체 100 중량부에 대해 바나듐 2~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질촉매. Denitration catalyst comprising 2 to 5 parts by weight of vanadium with respect to 100 parts by weight of the composite oxide carrier according to claim 1. 제6항에 있어서, 상기 바나듐 구조종은 polymeric V 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 탈질촉매.The denitration catalyst according to claim 6, wherein the vanadium structural species has a polymeric V structure. 제6항에 있어서, 상기 탈질촉매의 비표면적은 70.0 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 탈질촉매.7. The denitration catalyst according to claim 6, wherein the denitration catalyst has a specific surface area of 70.0 m 2 / g or more. 제1항에 따른 복합산화물 담체 100 중량부에 대해 바나듐 2~5 중량부가 되도록 바나듐 전구체를 담지한 후 500~600℃에서 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 탈질촉매 제조방법.Method for producing a denitration catalyst characterized by being prepared by carrying a vanadium precursor so that 2 to 5 parts by weight of vanadium with respect to 100 parts by weight of the composite oxide carrier according to claim 1 and then calcining at 500 to 600 ° C. 제9항에 있어서, 바나듐 전구체는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)인 것을 특징으로 하는 탈질촉매 제조방법.The method for preparing a denitration catalyst according to claim 9, wherein the vanadium precursor is ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ). 제9항에 있어서, 상기 바나듐 전구체는 용해가 가능한 화합물인 것을 특징으로 하는 탈질촉매 제조방법.The method for preparing a denitration catalyst according to claim 9, wherein the vanadium precursor is a soluble compound.
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