KR20200128235A - 3D printing Ink Composition for Preparing Catalyst Structure and Method for Preparing Catalyst Structure Using Same - Google Patents

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KR20200128235A
KR20200128235A KR1020190046927A KR20190046927A KR20200128235A KR 20200128235 A KR20200128235 A KR 20200128235A KR 1020190046927 A KR1020190046927 A KR 1020190046927A KR 20190046927 A KR20190046927 A KR 20190046927A KR 20200128235 A KR20200128235 A KR 20200128235A
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윤희숙
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

The present invention relates to a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure and a method for producing a catalyst structure using the same. More particularly, the present invention relates to a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, which, when producing the catalyst structure, does not cause shrinkage after firing, and can further improve the strength of the catalyst structure without deteriorating catalyst properties, and a method for producing the catalyst structure using the same.

Description

촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물 및 이를 이용한 촉매구조체의 제조방법{3D printing Ink Composition for Preparing Catalyst Structure and Method for Preparing Catalyst Structure Using Same}3D printing ink composition for preparing catalyst structure and method for preparing catalyst structure using same {3D printing ink composition for preparing catalyst structure and method for preparing catalyst structure using same}

본 발명은 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물 및 이를 이용한 촉매구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄특성뿐만 아니라 촉매구조체의 강도를 보다 향상시킬 수 있는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물 및 이를 이용한 촉매구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure and a method for producing a catalyst structure using the same, and in more detail, a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure capable of further improving the strength of the catalyst structure as well as printing properties and using the same. It relates to a method for producing a catalyst structure.

촉매 기술 개발은 수많은 다양한 산업의 기반기술로 적용될 수 있어, 그 중요성이 매우 크며, 관련 연구가 국내·외에서 활발히 진행되고 있다. 특히, 촉매는 화학반응의 중심역할을 하는 물질로, 의약품, 정밀화학, 폴리머, 염료산업 등의 공정에서 다양한 촉매를 사용하고 있으며, 에너지 및 환경문제를 해결하기 위한 촉매 개발에 대한 중요성은 나날이 높아지고 있는 추세이다. As catalyst technology development can be applied as a base technology for a number of various industries, its importance is very great, and related research is being actively conducted both at home and abroad. In particular, catalysts are substances that play a central role in chemical reactions, and various catalysts are used in processes such as pharmaceuticals, fine chemistry, polymers, and dye industries, and the importance of developing catalysts to solve energy and environmental problems is increasing day by day. There is a trend.

최근에는 3D 프린팅 기술을 적용한 촉매구조체를 제조하는 기술개발 연구가 진행되고 있다. 3D 프린팅이란 3차원(3D, 3 dimensions) 공간에 인쇄를 한다는 개념으로 지금까지 가정이나 사무실에서 문서를 출력하는 잉크젯 프린터나 레이저 프린터 등과 같은 2차원적 프린팅 개념에서 한 차원 더 나아가 공간상에 프린팅 재료를 출력하여 3차원 물체를 조형하는 기술을 말한다. 3D 프린팅 기술은 전통적인 가공 방식인 재료를 자르거나 깎는 절삭가공 대신에, 새로운 층을 켜켜이 쌓아 만드는 적층 가공 방법을 이용하는 제작 기술을 의미한다.In recent years, research on technology development for manufacturing a catalyst structure applying 3D printing technology is underway. 3D printing is the concept of printing in 3D (3D) space, and printing materials in space going a step further from two-dimensional printing concepts such as inkjet printers or laser printers that print documents at home or office. It refers to a technology that prints out 3D objects. 3D printing technology refers to a manufacturing technology that uses an additive manufacturing method in which new layers are stacked one after another, instead of cutting or cutting materials, which are traditional processing methods.

이와 같이, 3D 프린팅 기술에 관심이 집중되는 이유는 기존 제조 공정과는 다르게 조립비용을 크게 낮출 수 있으며, 디지털 데이터로부터 직접적인 생산이 가능하기 때문에 맞춤형 소량생산 제품 활용에 매우 효과적이고, 소비자가 직접 상품을 만드는 것이 가능하다는 장점이 있기 때문이다.As such, the reason that interest is focused on 3D printing technology is that, unlike the existing manufacturing process, assembly cost can be significantly reduced, and since direct production from digital data is possible, it is very effective in using customized small-scale products, and consumers can directly produce products. This is because it has the advantage that it is possible to make it.

대표적으로는 3D프린팅 공정을 소재 형상별로 분류해보면 분말을 원료로 하는 접착제 분사(binder jetting) 방식, 분말 적층 용융(powder bed fusion) 방식, 고에너지 직접 조사(direct energy deposition) 방식과 필라멘트 혹은 페이스트 형태로 프린팅하는 재료 압출(material extrusion) 방식, 슬러리 형태로 프린팅하는 광중합(photo polymerization) 방식과 얇은 필름 형태로 프린팅하는 쉬트 적층(sheet lamination) 방식 등이 있다. 이중 최근에는 촉매구조체 제조와 관련하여 광중합 방식과 재료압출 방식으로 제조하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다.Representatively, the 3D printing process is classified by material shape: adhesive jetting method using powder as a raw material, powder bed fusion method, direct energy deposition method, and filament or paste form. There are a material extrusion method for printing with a material, a photo polymerization method for printing in a slurry form, and a sheet lamination method for printing in a thin film form. Among these, many attempts have been made to manufacture a catalyst structure by a photopolymerization method and a material extrusion method.

광중합(photo polymerization) 방식은 광경화 소재 혹은 광경화 소재가 포함된 혼합물에 UV 혹은 가시광선 영역의 빛을 선택적으로 조사하여, 3차원 형상을 제조하는 방식으로, 광이 쪼여지는 트레이 부분에 촉매구조체를 형성하는 세라믹 및 고분자 물질, 유기성 광경화제가 포함된 원료소재가 공급되고, 프린팅된 구조체에 광을 조사하여 원하는 구조로 성형한다. 여기서, 광경화제로 히드록시케톤계, 페닐글리옥실레이트계, 비스아실포스핀계, α-아미노케톤계 등이 사용될 수 있다. The photo polymerization method is a method of producing a three-dimensional shape by selectively irradiating a photocurable material or a mixture containing a photocurable material with light in the UV or visible region, and is a catalyst in the tray where the light is irradiated. A raw material containing a ceramic and a polymer material and an organic photocuring agent forming the structure is supplied, and the printed structure is irradiated with light to form a desired structure. Here, as the photocuring agent, a hydroxy ketone-based, phenylglyoxylate-based, bisacylphosphine-based, α-amino ketone-based, or the like may be used.

이러한 광중합 방식은 광경화제를 이용하여 구조체를 형성함으로써, 구조체의 형상을 정밀하게 제어할 수 있으며, 특히 PPI(pore per inch)를 높은 수준으로 제조할 수 있는 장점이 있으나, 고온으로 소성하여 구조체에 포함된 고분자, 광경화제 등의 유기물질을 제거해야 하며, 이로 인하여 구조체에 예측할 수 없는 기공 혹은 균열이 발생하게 되어 강도가 저하될 뿐만 아니라, 구조의 뒤틀림 현상, 구조의 수축이 발생할 수 있고, 완전히 제거되지 않은 유기물질이 구조체에 남아서 향후 촉매구조체에서 일어나는 촉매 반응에 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.This photopolymerization method is advantageous in that the shape of the structure can be precisely controlled by forming the structure using a photocuring agent. In particular, although it has the advantage of being able to manufacture PPI (pore per inch) at a high level, It is necessary to remove organic substances such as polymers and photocuring agents, which may cause unpredictable pores or cracks in the structure, resulting in lower strength, as well as distortion of the structure and shrinkage of the structure. There is a problem in that unremoved organic substances remain in the structure and may affect the catalytic reaction occurring in the catalyst structure in the future.

한편, 재료압출(material extrusion) 방식은 고온 혹은 에너지를 가하는 등의 방식을 통해, 또는 에너지를 가하지 않더라도 흐름성이 확보된 재료를, 압력을 이용하여 연속적으로 밀어내면서 원하는 위치에 3차원 구조물을 형성하는 방식으로, 촉매구조체를 제조하기 위해서는 세라믹 재료와 무기바인더가 포함된 잉크 혹은 페이스트를 사용하며, 촉매 구조체를 형성하고 소성을 수행하기 때문에 구조체의 강도가 높을 뿐만 아니라 구조의 뒤틀림 현상 및 소성에 의한 구조의 수축 현상이 발생하지 않는다. 다만, 재료압출(material extrusion) 방식은 3D 프린팅을 위한 잉크의 점도 및 프린팅 조건을 정확하게 제어하는데 기술적 장벽이 높으며, 그것으로 인하여 프린팅 중에 구조체가 유지되지 못하고 무너지며, 또한 구조체의 구조를 정밀하게 제어할 수 없다.On the other hand, in the material extrusion method, a 3D structure is formed at a desired location by continuously pushing a material with secured flowability by using pressure through a method such as applying high temperature or energy, or without applying energy. In this way, in order to manufacture the catalyst structure, ink or paste containing a ceramic material and an inorganic binder is used, and since the catalyst structure is formed and fired, the strength of the structure is not only high, but also due to distortion and firing of the structure. No shrinkage of the structure occurs. However, the material extrusion method has a high technical barrier to accurately control the viscosity and printing conditions of the ink for 3D printing, and due to it, the structure cannot be maintained and collapsed during printing, and the structure of the structure can be precisely controlled. Can't.

이에, 한국등록특허 제1551255호에서는 세라믹 슬러리 조성물의 점도를 조절하기 위해 반응성 희석제를 추가하여 세라믹 슬러리 조성물의 점도를 낮추는 3D 프린팅용 저점도 세라믹 슬러리 조성물을 개시한 바 있고, 한국공개특허 제2018-0093730호에서는 3차원 프린팅에 적용 가능한 점도를 가지도록 고형분을 용매 100 중량 대비 80 내지 90 중량부로 함유되도록 하는 3차원 프린팅용 잉크 조성물을 개시한 바 있다.Accordingly, Korean Patent No. 1551255 discloses a low viscosity ceramic slurry composition for 3D printing that lowers the viscosity of the ceramic slurry composition by adding a reactive diluent to adjust the viscosity of the ceramic slurry composition. No. 0093730 discloses an ink composition for 3D printing in which a solid content is contained in an amount of 80 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of a solvent so as to have a viscosity applicable to 3D printing.

그러나 이들 선행기술들 역시 유기성 바인더 및 광경화제를 사용하고 있어, 촉매구조체에 제조시, 상기에서 언급했던 구조적 변형 등에 의한 구조체 강도의 취약성, 경화 시에 수축 현상, 소성 시에 탄화되지 않고 구조체에 잔류하여 촉매 물성에 영향을 미치는 문제점이 여전히 존재한다.However, these prior technologies also use organic binders and photocuring agents, so that they remain in the structure without being carbonized at the time of manufacture, the fragility of the structure strength due to the structural deformation mentioned above, shrinkage during curing, and carbonization during firing. Therefore, there is still a problem affecting the properties of the catalyst.

한국등록특허 제1551255호(공개일 : 2015.07.08)Korean Patent Registration No. 1551255 (Publication date: 2015.07.08) 한국공개특허 제2018-0093730호(공개일 : 2018.08.22)Korean Patent Publication No. 2018-0093730 (Publication date: 2018.08.22)

본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 촉매물성의 저하 없이 소성후에도 수축현상이 발생되지 않고, 촉매구조체의 기계적 물성을 보다 향상시킬 수 있는 촉매 구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물 및 이를 이용한 촉매구조체의 제조방법을 제공하는데 있다.The main object of the present invention is to solve the above-described problems, and a 3D printing ink composition for manufacturing a catalyst structure capable of further improving the mechanical properties of the catalyst structure without deteriorating the catalyst properties, and using the same. It is to provide a method for producing a catalyst structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, 촉매 담체 파우더, 무기바인더, 산 첨가제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention provides a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, comprising a catalyst carrier powder, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 3D 프린팅 잉크 조성물은 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 무기 바인더 10 중량부 내지 90 중량부, 산 첨가제 0.5 중량부 내지 70 중량부 및 용매 50 중량부 ~ 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the 3D printing ink composition comprises 10 parts by weight to 90 parts by weight of an inorganic binder, 0.5 parts by weight to 70 parts by weight of an acid additive, and 50 parts by weight to 100 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder. It may be characterized by including parts by weight.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매 담체 파우더는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst carrier powder is from alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten carbide and boron carbide. It may be characterized by including carbides, oxides, nitrides, sulfides or mixtures of selected metals.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매 담체 파우더는 제올라이트인 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst carrier powder may be characterized in that zeolite.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매 담체 파우더는 평균 입경이 0.1 ㎛ ~ 50 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst carrier powder may have an average particle diameter of 0.1 µm to 50 µm.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 무기바인더는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 의보헤마이트(pseudo-boehmite)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the inorganic binder is characterized in that at least one selected from the group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite. I can.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 산 첨가제는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the acid additive may be characterized in that it is at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid, and perchloric acid.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 용매는 물, C1 내지 C4의 알코올 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the solvent may be selected from the group consisting of water, C1 to C4 alcohols and mixtures thereof.

본 발명의 다른 구현예는, (a) 상기 3D 프린팅 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하고, 소정 형상의 구조체를 프린팅하는 단계; 및 (b) 상기 프린팅된 구조체를 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 3D 프린팅 잉크 조성물을 이용한 촉매구조체의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention includes the steps of: (a) injecting the 3D printing ink composition into a 3D printer, and printing a structure having a predetermined shape; And (b) it provides a method of manufacturing a catalyst structure using a 3D printing ink composition comprising the step of drying and firing the printed structure.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (a) 단계의 3D 프린터는 압출방식의 3D 프린터인 것을 특징으로 할 수 있다. In another preferred embodiment of the present invention, the 3D printer of step (a) may be an extrusion type 3D printer.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (b) 단계의 소성은 400 ℃ ~ 2,000 ℃에서 1 시간 ~ 24 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the sintering of step (b) may be characterized in that it is performed at 400° C. to 2,000° C. for 1 hour to 24 hours.

본 발명에 따른 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물은 소성 후에도 수축하는 현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 촉매물성 저하 없이 촉매구조체의 강도를 향상시킬 수 있다. The 3D printing ink composition for producing a catalyst structure according to the present invention does not cause shrinkage even after firing, and it is possible to improve the strength of the catalyst structure without deteriorating the catalyst properties.

또한, 본 발명에 따른 촉매구조체의 제조방법은 3D 프린팅을 이용하여 사용자가 원하는 촉매구조체를 용이하게 제작할 수 있어 시간적, 비용적 측면에서 경제적인 이점이 있다. In addition, the method of manufacturing a catalyst structure according to the present invention has an economic advantage in terms of time and cost because it is possible to easily manufacture a catalyst structure desired by a user using 3D printing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 강도 측정 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매구조체의 강도 측정 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 CO 전환율 측정 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매구조체의 CO 전환율 측정 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 촬영 이미지이다.
1 is a graph for measuring strength of a catalyst structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph for measuring strength of a catalyst structure according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph of measuring CO conversion of a catalyst structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph of measuring CO conversion of a catalyst structure according to another embodiment of the present invention.
5 is a photographed image of a catalyst structure according to an embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs. In general, the nomenclature used in this specification is well known and commonly used in the art.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 일 관점에서 촉매 담체 파우더, 무기바인더, 산 첨가제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure comprising a catalyst carrier powder, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물은 광경화제와 유기바인더 없이, 촉매 담체 파우더, 무기바인더, 산 첨가제 및 용매를 특정 함량으로 포함함으로써, 종래 광경화제 및 유기바인더 첨가에 따른 문제점을 해결할 수 있고, 소성 후 수축현상 등을 방지할 수 있으며, 원하는 강도를 유지할 수 있어 촉매구조체의 다양한 기하학적 구조를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 기계적 물성을 구현할 수 있다. More specifically, the 3D printing ink composition for producing a catalyst structure according to the present invention contains a catalyst carrier powder, an inorganic binder, an acid additive and a solvent in a specific amount without a photocuring agent and an organic binder, Problems can be solved, shrinkage after firing can be prevented, and desired strength can be maintained, so that various geometrical structures of the catalyst structure can be precisely controlled, and uniform mechanical properties can be realized.

본 발명에 따른 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물은 촉매 담체 파우더, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매를 포함한다.The 3D printing ink composition for preparing a catalyst structure according to the present invention includes a catalyst carrier powder, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent.

상기 촉매 담체 파우더는 촉매 담체로 적용 가능한 물질이면 제한 없이 사용하고, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 후술되는 무기바인더와 친화성이 좋은 규산알루미늄 수화물인 제올라이트일 수 있고, 더욱 바람직하게는 Si/Al 비가 10 ~ 200인 ZSM-5를 사용할 수 있다.The catalyst carrier powder may be used without limitation as long as it is a material applicable as a catalyst carrier, and alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten carbide and It may include carbides, oxides, nitrides, sulfides of metals selected from boron carbide, or a mixture thereof, preferably zeolite, which is an aluminum silicate hydrate having good affinity with an inorganic binder described below, and more preferably Si/ Al ZSM-5 with a ratio of 10 to 200 can be used.

본 발명에 따른 촉매 담체 파우더는 다공성 물질로 많은 기공을 포함하고 있어 기공 내에 촉매 활성성분을 담지하여 반응성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 촉매 활성성분을 충분히 지지할 수 있고, 촉매 활성성분과의 반응성이 없으며 온도 변화에 민감하지 않는 물질로 선택할 수 있다.The catalyst carrier powder according to the present invention is a porous material and contains many pores, so it can effectively improve the reactivity by supporting the catalytically active ingredient in the pores, sufficiently support the catalytically active ingredient, and have a high reactivity with the catalytically active ingredient. No, it can be selected as a material that is not sensitive to temperature changes.

상기 촉매 담체 파우더는 평균 입경이 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 30 ㎛로, 상기 촉매 담체 파우더의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면 촉매구조물의 기계적 물성이 떨어질 수 있지는 동시에 기공의 크기가 작아 촉매 활성성분의 담지율이 떨어질 수 있고, 50 ㎛를 초과하면 조성물내 유동성이 작아 인쇄특성이 저하될 뿐만 아니라, 표면적이 작아져 촉매 활성성분의 반응성이 저하될 수 있다. The catalyst carrier powder has an average particle diameter of 0.1 μm to 50 μm, preferably 0.5 to 30 μm, and if the average particle diameter of the catalyst carrier powder is less than 0.1 μm, the mechanical properties of the catalyst structure may be degraded, while the pore size is small. The supporting rate of the catalytically active component may be lowered, and if it exceeds 50 µm, the fluidity in the composition is small and the printing characteristics may be deteriorated, and the surface area may be reduced, resulting in a decrease in the reactivity of the catalytically active component.

한편, 무기바인더는 촉매 담체 파우더를 서로 결합시켜 응집 및 점성을 부여하는 한편, 조성물에 유동성과 흐름성을 부여하여 압출을 용이하게 한다.On the other hand, the inorganic binder bonds the catalyst carrier powder to each other to impart cohesion and viscosity, while imparting fluidity and flow properties to the composition to facilitate extrusion.

상기 무기바인더로는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 의보헤마이트(pseudo-boehmite)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 산성에 적합한 특성을 가지는 보헤마이트(boehmite)를 사용할 수 있다.The inorganic binder may be at least one selected from the group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite, preferably having properties suitable for acidity. You can use boehmite.

특히, 상기 무기바인더로 사용되는 보헤마이트(boehmite)는 수산화기(-OH)가 1개인 1가인 γ-AlO(OH)로, 열처리조건 및 방법에 따라서 다양한 Al2O3의 형태를 갖는다. 이러한 보헤마이트는 Al2O3 대비 고강도, 고산도, 고결정, 고성장 Al2O3이며, 감마/델타/세타/알파 Al2O3의 시작 물질로서 열적/구조적 성질이 우수한 특성을 가지고 있어 유기바인더와 광경화제 없이도 촉매구조체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.In particular, boehmite used as the inorganic binder is a monovalent γ-AlO(OH) having one hydroxyl group (-OH), and has various Al 2 O 3 forms depending on the heat treatment conditions and methods. This boehmite is high strength, high acidity, high crystallization, high growth Al 2 O 3 compared to Al 2 O 3 and has excellent thermal/structural properties as a starting material for gamma/delta/theta/alpha Al 2 O 3 . The mechanical properties of the catalyst structure can be improved without a binder and a photocuring agent.

본 발명에 따른 무기바인더는 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 10 중량부 내지 90 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 80 중량부, 더욱 바람직하게는 10 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것으로, 무기바인더가 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 10 중량부 미만으로 혼합될 경우, 촉매 담체 파우더의 결합력이 저하되어 촉매구조체 강도가 취약해질 수 있고, 90 중량부를 초과할 경우에는 촉매구조체 내의 기공율을 감소시킬 수 있다.The inorganic binder according to the present invention contains 10 parts by weight to 90 parts by weight, preferably 10 parts by weight to 80 parts by weight, more preferably 10 parts by weight to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, If the inorganic binder is mixed with less than 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, the bonding strength of the catalyst carrier powder may be lowered to weaken the strength of the catalyst structure, and if it exceeds 90 parts by weight, the porosity in the catalyst structure may be reduced. Can be reduced.

한편, 산 첨가제는 3D 프린팅 잉크 조성물을 교질화시키는 역할로, 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 0.5 중량부 미만인 경우에는 조성물의 교질화가 제대로 이루어지지 않아 촉매구조체의 기계적 물성이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있고, 70 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 점도가 높아 인쇄특성이 저하되고, 제조된 촉매구조체의 촉매활성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 이에, 산 첨가제는 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 0.5 중량부 ~ 70 중량부, 바람직하게는 3 중량부 ~ 20 중량부인 것이 좋다.On the other hand, the acid additive serves to gelatinize the 3D printing ink composition, and if it is less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, the composition may not be properly gelled, resulting in poor mechanical properties of the catalyst structure. In addition, when it exceeds 70 parts by weight, the viscosity of the composition is high, so that printing characteristics are deteriorated, and the catalytic activity of the prepared catalyst structure may be deteriorated. Accordingly, the acid additive is preferably 0.5 parts by weight to 70 parts by weight, preferably 3 parts by weight to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder.

이때, 상기 산 첨가제로는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 질산일 수 있다.At this time, the acid additive may be at least one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid and perchloric acid, and preferably nitric acid.

또한, 용매는 3D 프린팅 잉크 조성물 내의 함유된 성분들을 균일하게 혼합시키고, 점도를 제어하여 강도를 증진시키는 것으로, 물, C1 내지 C4의 알코올 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 환경적인 측면에서는 바람직하게 물일 수 있다. In addition, the solvent is to uniformly mix the components contained in the 3D printing ink composition and control the viscosity to increase the strength, and may be selected from the group consisting of water, C1 to C4 alcohols, and mixtures thereof. From the side, it may be preferably water.

상기 용매는 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 50 중량부 내지 100 중량부를 포함하다. 상기 용매가 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 50 중량부 미만으로 혼합될 경우에는 3D 프린팅 잉크 조성물의 점도가 높아져 압출할 때 팁에서 정량적인 토출이 어려우며, 100 중량부를 초과할 경우에는 3D 프린팅 잉크 조성물의 점도가 너무 낮아져 성형이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다. The solvent includes 50 parts by weight to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder. If the solvent is mixed with less than 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, the viscosity of the 3D printing ink composition increases, making it difficult to quantitatively discharge from the tip when extruding, and if it exceeds 100 parts by weight, 3D printing ink The viscosity of the composition may be too low to cause a problem in that molding is not properly performed.

본 발명에 따른 3D 프린팅 잉크 조성물은 점도(상온)가 100 cps ~ 5,000 cps, 바람직하게는 100 cps ~ 1,000 cps 이하일 수 있다. 만일 3D 프린팅 잉크 조성물의 점도가 100 cps 미만일 경우에는 인쇄 후 형태 유지가 어려워 고정밀, 고품질의 촉매구조체를 제조하기 어렵고, 5000 cps를 초과할 경우에는 구조체의 정밀제어가 어렵고, 소성시 수축 및 균열현상이 발생될 수 있다. The 3D printing ink composition according to the present invention may have a viscosity (room temperature) of 100 cps to 5,000 cps, preferably 100 cps to 1,000 cps or less. If the viscosity of the 3D printing ink composition is less than 100 cps, it is difficult to maintain its shape after printing, making it difficult to manufacture a high-precision, high-quality catalyst structure. If it exceeds 5000 cps, it is difficult to precisely control the structure, and shrinkage and cracking during firing. Can occur.

본 발명은 다름 관점에서, (a) 상기 3D 프린팅 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하고, 소정 형상의 구조체를 프린팅하는 단계; 및 (b) 상기 프린팅된 구조체를 소성하는 단계를 포함하는 3D 프린팅 잉크 조성물을 이용한 촉매구조체의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention includes the steps of: (a) injecting the 3D printing ink composition into a 3D printer and printing a structure having a predetermined shape; And (b) it relates to a method for producing a catalyst structure using a 3D printing ink composition comprising the step of firing the printed structure.

본 발명에 따른 촉매구조체의 제조방법은 3D 프린팅 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하고, 소정 형상의 구조체를 프린팅한 다음, 프린팅된 구조체를 건조 및 소성하여 촉매구조체를 제조한다. In the method of manufacturing a catalyst structure according to the present invention, a 3D printing ink composition is added to a 3D printer, a structure having a predetermined shape is printed, and then the printed structure is dried and fired to prepare a catalyst structure.

상기 3D 프린터는 재료 압출(material extruding) 방식의 3D 프린터로, 팁을 통해 3D 프린팅 잉크 조성물을 연속적으로 압출하면서 팁의 위치를 이동시켜 원하는 형상으로 3차원 촉매구조체를 인쇄하는 방식의 3D 프린터이다. 상기 재료 압출(material extruding) 방식의 3D 프린터는 3D 프린터의 팁을 통해서 압출되는 잉크 조성물의 적층으로 3차원 형상을 제어하기 때문에 팁을 통하여 압출되는 레이어의 두께에 의해 촉매구조체의 정밀도가 결정이 되고, 레이어 사이의 간격으로 구조체의 기공구조가 제어됨으로써, 다양한 형상의 촉매구조체의 제조가 용이하고, 촉매구조체의 표면적과 세공부피를 용이하게 조절할 수 있다. The 3D printer is a 3D printer of a material extruding method, which continuously extrudes a 3D printing ink composition through a tip and moves the position of the tip to print a 3D catalyst structure in a desired shape. The 3D printer of the material extruding method controls the 3D shape by stacking the ink composition extruded through the tip of the 3D printer, so the precision of the catalyst structure is determined by the thickness of the layer extruded through the tip. , As the pore structure of the structure is controlled by the interval between the layers, it is easy to manufacture a catalyst structure of various shapes, and the surface area and pore volume of the catalyst structure can be easily controlled.

이때, 상기 재료 압출 방식의 3D 프린터의 팁 사이즈는 직경이 100 ㎛ ~ 1,000 ㎛일 수 있고, 토출 압력은 0.1 ~ 10 bar 일 수 있다. At this time, the tip size of the 3D printer of the material extrusion method may have a diameter of 100 µm to 1,000 µm, and a discharge pressure may be 0.1 to 10 bar.

이와 같이 3D 프린터로 인쇄된 소정 형상의 구조체는 건조시켜 용매를 증발시키고, 촉매 담체 파우더 고유의 강도와 경도를 증진시키기 위해 소성을 수행한다. Thus, the structure of a predetermined shape printed by the 3D printer is dried to evaporate the solvent, and sintering is performed to increase the inherent strength and hardness of the catalyst carrier powder.

상기 소성 온도는 촉매 담체 파우더의 종류에 따라 고유한 유리전이온도를 고려하여 다양하게 변경할 수 있으나, 소성 단계에서 구조체의 크랙 없이 압출된 형태를 그대로 유지하면서 촉매구조체의 강도 및 경도를 향상시키기 위해 바람직하게는 산소 함유 분위기에서 400 ℃ ~ 2,000 ℃로 1시간 ~ 24 시간 동안 소성할 수 있다. 이때, 급격한 온도변화는 용매의 급격한 증발 및 산화로 압출된 구조체 형태를 유지하지 못하기 때문에 크랙 및 공극이 발생되어 강도가 현저히 떨어지기 때문에 1분당 10 ℃ 이하의 온도로 점진적으로 상승시켜 제조하는 것이 바람직하다.The sintering temperature can be variously changed in consideration of the inherent glass transition temperature according to the type of catalyst carrier powder, but it is preferable to improve the strength and hardness of the catalyst structure while maintaining the extruded shape without cracking the structure in the firing step. It can be calcined for 1 hour to 24 hours at 400 ℃ ~ 2,000 ℃ in an oxygen-containing atmosphere. At this time, since the rapid temperature change cannot maintain the shape of the extruded structure due to rapid evaporation and oxidation of the solvent, cracks and voids are generated and the strength is significantly reduced. Therefore, it is recommended to gradually increase the temperature to a temperature of 10 ℃ or less per minute. desirable.

한편, 본 발명에 따른 촉매구조체는 촉매 활성성분을 3D 프린팅 잉크 조성물에 혼합시켜 제조되거나, 또는 제조된 촉매구조체에 함침법, 딥코팅법 등의 공지된 방법으로 촉매 활성성분을 함유시켜 사용할 수 있다. On the other hand, the catalyst structure according to the present invention may be prepared by mixing the catalytically active ingredient with a 3D printing ink composition, or may be used by containing the catalytically active ingredient by a known method such as an impregnation method or a dip coating method. .

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1 내지 12와 With 1 to 12 비교예Comparative example 1> 1>

표 1에 기재된 함량으로 ZSM-5(Si/Al=15, 평균 입도 10 ㎛)에 무기 바인더인 보헤마이트(Boehmite)를 각각 혼합하고, 여기에 증류수 30 g에 질산을 하기 표 1의 함량으로 첨가시킨 혼합물과, 증류수 30 g에 FT 합성반응의 촉매 활성물질인 코발트 나이트레이트(CO(NO3)2˙6H2O) 56.57 g이 첨가된 혼합물을 투입한 다음, 상온에서 20 분 동안 균일하게 교반하여 3D 프린팅용 잉크 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 3D 프린팅용 잉크 조성물을 재료압출 방식의 3D 프린터(일루미네이드사의 MEB-1모델)에 투입하고, 인쇄하여 구조체를 수득하였다. Boehmite, an inorganic binder, was mixed with ZSM-5 (Si/Al=15, average particle size of 10 μm) in the contents shown in Table 1, respectively, and nitric acid was added to 30 g of distilled water in the contents of Table 1 The resulting mixture and a mixture containing 56.57 g of cobalt nitrate (CO(NO 3 ) 2 ˙6H 2 O), which is a catalytic active material of the FT synthesis reaction, were added to 30 g of distilled water, and then uniformly stirred at room temperature for 20 minutes. Thus, an ink composition for 3D printing was prepared. The prepared ink composition for 3D printing was put into a 3D printer (MEB-1 model of Illuminated Corporation) of a material extrusion method, and printed to obtain a structure.

이때, 3D 프린터의 팁 직경사이즈는 400 ㎛이고, 토출압력은 5 bar로 설정하였다. 상기 수득된 구조체는 상온에서 10시간 동안 건조시킨 다음, 공기분위기의 550 ℃의 오븐에서 1 ℃/min.로 5시간 동안 소성하여 촉매구조체를 제조하였다. At this time, the tip diameter size of the 3D printer was 400 μm, and the discharge pressure was set to 5 bar. The obtained structure was dried at room temperature for 10 hours and then calcined in an oven at 550° C. in an air atmosphere at 1° C./min. for 5 hours to prepare a catalyst structure.

구분division 촉매 담체 파우더
함량(g)
Catalyst carrier powder
Content(g)
무기 바인더
함량 (g)
Inorganic binder
Content (g)
산 첨가제 함량
(g)
Acid additive content
(g)
용매 함량
(g)
Solvent content
(g)
실시예 1Example 1 1010 1.111.11 3.093.09 6.06.0 실시예 2Example 2 1010 2.002.00 3.093.09 6.06.0 실시예 3Example 3 1010 5.005.00 3.093.09 6.06.0 실시예 4Example 4 1010 8.008.00 3.093.09 6.06.0 실시예 5Example 5 1010 9.009.00 3.093.09 6.06.0 실시예 6Example 6 1010 1.111.11 0.10.1 6.06.0 실시예 7Example 7 1010 1.111.11 0.30.3 6.06.0 실시예 8Example 8 1010 1.111.11 0.50.5 6.06.0 실시예 9Example 9 1010 1.111.11 1.01.0 6.06.0 실시예 10Example 10 1010 1.111.11 2.02.0 6.06.0 실시예 11Example 11 1010 1.111.11 3.03.0 6.06.0 실시예 12Example 12 1010 1.111.11 6.06.0 6.06.0 비교예 1Comparative Example 1 1010 1.111.11 -- 6.06.0

<< 실험예Experimental example 1: 촉매구조체의 강도 측정> 1: Measurement of the strength of the catalyst structure>

실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매구조체의 압축강도를 UTM 4482 규격에 준하여 만능시험기(Universal Testing Machine)를 사용하여 1 mm/min의 일정한 속도로 눌러서 충격각도 (Impact strength)를 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. In accordance with the UTM 4482 standard, the compressive strength of the catalyst structures prepared in Examples 1 to 4 was pressed at a constant speed of 1 mm/min using a Universal Testing Machine, and the impact strength was measured, and the result Is shown in Figure 1.

도 1에 나타난 바와 같이, 촉매 담체 파우더 함량 대비 무기 바인더 함량이 증가할수록 압축강도 역시 증가되는 것으로 나타났다.As shown in FIG. 1, it was found that as the content of the inorganic binder relative to the content of the catalyst carrier powder increased, the compressive strength also increased.

또한, 실시예 6 내지 12에서 제조된 촉매구조체의 압축강도를 전술된 방법과 동일한 방법으로 충격각도 (Impact strength)를 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. In addition, the compressive strength of the catalyst structures prepared in Examples 6 to 12 was measured in the same manner as described above, and the impact strength was measured, and the results are shown in FIG. 2.

도 2에 나타난 바와 같이, 촉매 담체 파우더 함량 대비 산 첨가제 함량이 증가할수록 촉매구조체의 강도가 증가하다가 산 첨가제의 함량대비 강도의 증가율이 미미한 것으로 나타났다. 특히 비교예 1의 경우에는 소성 후 촉매구조체 내에 육안으로도 크랙이 발생하였고 강도가 떨어짐을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 2, as the content of the acid additive relative to the content of the catalyst carrier powder increases, the strength of the catalyst structure increases, and the increase rate of the strength relative to the content of the acid additive is found to be insignificant. In particular, in the case of Comparative Example 1, it was confirmed that cracks occurred visually in the catalyst structure after firing and the strength was decreased.

<< 실험예Experimental example 2: 촉매구조체의 촉매 활성평가 > 2: Evaluation of catalytic activity of the catalyst structure>

실시예 1 내지 5에서 제조된 촉매구조체의 FT 합성반응의 활성을 측정하기 위하여 FT 합성반응을 수행하였다. FT 합성반응 전 실시예 1 내지 5에서 제조된 촉매구조체에 5 % H2/Ar 가스를 100 cc/min로 흘려주며 400 ℃에서 5 시간 동안 활성화하였다. 이와 같이 활성화시킨 실시예 1 내지 5의 촉매 구조체 0.5 g을 고정층 반응기에 장입하였고, 반응기의 촉매 발열을 제어하기 위해 각각의 반응기 상부와 하부에 희석제인 알루미나 볼(Alumina Ball)을 장입시켰다. 상기 반응기의 반응 조건은 T = 250 ℃, P = 20 bar, SV = 4,000 ml/g.cat/h에서 72시간 동안 수행하였고, 반응물은 H2/CO = 2.0 부피 분율의 합성가스를 이용하여 진행되었다. 반응 측정은 On-line GC(TCD, FID)를 통하여 CO 전환율을 측정하여 도 3에 나타내었다.In order to measure the activity of the FT synthesis reaction of the catalyst structures prepared in Examples 1 to 5, the FT synthesis reaction was performed. Before the FT synthesis reaction, 5% H 2 /Ar gas was flowed to the catalyst structures prepared in Examples 1 to 5 at 100 cc/min, and activated at 400° C. for 5 hours. 0.5 g of the catalyst structures of Examples 1 to 5 activated as described above were charged into a fixed bed reactor, and alumina balls, which are diluents, were charged at the top and bottom of each reactor in order to control catalyst heat generation in the reactor. The reaction conditions of the reactor were carried out at T = 250 °C, P = 20 bar, SV = 4,000 ml/g.cat/h for 72 hours, and the reaction was carried out using H 2 /CO = 2.0 volume fraction of syngas. Became. The reaction measurement was shown in FIG. 3 by measuring the CO conversion rate through On-line GC (TCD, FID).

한편, 실시예 7, 8, 10 내지 12에서 제조된 촉매구조체의 FT 합성반응의 활성을 측정하기 위하여 전술된 방법으로 FT 합성반응을 수행하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.Meanwhile, in order to measure the activity of the FT synthesis reaction of the catalyst structures prepared in Examples 7, 8 and 10 to 12, the FT synthesis reaction was performed by the above-described method, and the results are shown in FIG. 4.

도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 무기바인더와 산 첨가제에 따라 CO 전환율이 상이함을 알 수 있었고, 실시예 1 내지 3과 같이 무기바인더가 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것이 CO 전환율 측면에서 바람직한 것으로 나타났고, 실시예 7 내지 10과 같이 산 첨가제가 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 3 중량부 내지 20 중량부를 포함하는 것이 CO 전환율 측면에서 바람직한 것으로 나타났다.3 and 4, it was found that the CO conversion rate was different depending on the inorganic binder and the acid additive, and as in Examples 1 to 3, the inorganic binder was 10 parts by weight to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder. It was found to be preferable in terms of CO conversion, and it was found that it was preferable in terms of CO conversion that the acid additive contained 3 parts by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, as in Examples 7 to 10. .

<< 실시예Example 13> 13>

상용 제올라이트 ZSM-5 (Si/Al=15) 10 g에 상용 보헤마이트(Boehmite) 1.11 g을 바인더로 사용하여 질산 0.39 g과 증류수 7.3 g에 혼합한 후에 3D 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다. 이렇게 만들어진 잉크 조성물은 상기에서 사용한 동일 제조사의 3D 프린터를 통해서 재료압출 방식으로 출력하고, 상온에서 건조시킨 다음, 550 ℃의 오븐에서 2 ℃/min.로 5시간 동안 소성하여 촉매구조체를 수득하였다. 상기 수득된 촉매구조체는 코발트 나이트레이트 (CO(NO3)2˙6H2O)에 함침법을 적용하여 촉매 활성물질인 코발트가 담지된 촉매구조체를 제조하고, 상온에서 건조시킨 다음, 550 ℃의 오븐에서 2 ℃/min.로 5 시간 동안 소성하여 촉매구조체를 제조하였다. 이와 같이 제조된 촉매구조체를 실시예 1의 촉매구조체와 비교하기 위해 촬영하여 도 5에 나타내었다. A 3D printing ink composition was prepared after mixing with 0.39 g of nitric acid and 7.3 g of distilled water using 1.11 g of commercial boehmite as a binder in 10 g of commercial zeolite ZSM-5 (Si/Al=15). The resulting ink composition was printed by material extrusion through a 3D printer of the same manufacturer used above, dried at room temperature, and fired in an oven at 550° C. at 2° C./min. for 5 hours to obtain a catalyst structure. The obtained catalyst structure was prepared by applying an impregnation method to cobalt nitrate (CO(NO 3 ) 2 ˙6H 2 O) to prepare a catalyst structure carrying cobalt as a catalytic active material, dried at room temperature, and then at 550°C. The catalyst structure was prepared by firing in an oven at 2° C./min. for 5 hours. The thus prepared catalyst structure was photographed to compare with the catalyst structure of Example 1 and shown in FIG. 5.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린팅 잉크 조성물은 실시예 1과 같이 촉매구조체 제조 과정 중에 촉매 활성물질을 함유시켜 촉매구조체를 제조하거나, 또는 실시예 13과 같이 촉매구조체를 제조한 다음, 제조된 촉매구조체에 촉매 활성물질을 함유시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 5, the 3D printing ink composition according to the present invention contains a catalytic active material during the manufacturing process of the catalyst structure as in Example 1 to prepare a catalyst structure, or after preparing a catalyst structure as in Example 13. , It was confirmed that the catalytically active material can be contained in the prepared catalyst structure.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적은 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

촉매 담체 파우더, 무기바인더, 산 첨가제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
3D printing ink composition for producing a catalyst structure, comprising a catalyst carrier powder, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 잉크 조성물은 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 무기 바인더 10 중량부 내지 90 중량부, 산 첨가제 0.5 중량부 내지 70 중량부 및 용매 50 중량부 ~ 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The 3D printing ink composition comprises 10 parts by weight to 90 parts by weight of an inorganic binder, 0.5 parts by weight to 70 parts by weight of an acid additive, and 50 parts by weight to 100 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder. 3D printing ink composition for manufacturing structures.
제1항에 있어서,
상기 촉매 담체 파우더는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The catalyst carrier powder is a carbide, oxide, nitride of a metal selected from alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten carbide and boron carbide, 3D printing ink composition for producing a catalyst structure comprising a sulfide or a mixture thereof.
제3항에 있어서,
상기 촉매 담체 파우더는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 3,
The catalyst carrier powder is a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, characterized in that the zeolite.
제1항에 있어서,
상기 촉매 담체 파우더는 평균 입경이 0.1 ㎛ ~ 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The catalyst carrier powder is a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, characterized in that the average particle diameter of 0.1 ㎛ to 50 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 무기바인더는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 의보헤마이트(pseudo-boehmite)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The inorganic binder is at least one selected from the group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite. 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 산 첨가제는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The acid additive is at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid and perchloric acid. 3D printing ink composition for manufacturing a catalyst structure, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 용매는 물, C1 내지 C4의 알코올 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 촉매구조체 제조용 3D 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 1,
The solvent is a 3D printing ink composition for producing a catalyst structure, characterized in that selected from the group consisting of water, C1 to C4 alcohol and a mixture thereof.
(a) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 3D 프린팅 잉크 조성물을 3D 프린터에 투입하고, 소정 형상의 구조체를 프린팅하는 단계; 및
(b) 상기 프린팅된 구조체를 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 3D 프린팅 잉크 조성물을 이용한 촉매구조체의 제조방법.
(a) Injecting the 3D printing ink composition of any one of claims 1 to 8 into a 3D printer, and printing a structure having a predetermined shape; And
(b) A method for producing a catalyst structure using a 3D printing ink composition comprising drying and firing the printed structure.
제9항에 있어서,
상기 (a) 단계의 3D 프린터는 압출방식의 3D 프린터인 것을 특징으로 하는 촉매구조체의 제조방법.
The method of claim 9,
The method of manufacturing a catalyst structure, characterized in that the 3D printer of step (a) is an extrusion 3D printer.
제9항에 있어서,
상기 (b) 단계의 소성은 400 ℃ ~ 2000 ℃에서 1 시간 ~ 24 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 촉매구조체의 제조방법.
The method of claim 9,
The method for producing a catalyst structure, characterized in that the sintering of step (b) is performed at 400° C. to 2000° C. for 1 hour to 24 hours.
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