KR20240031839A - De-nox catalyst having high durability for sulfur dioxide, manufacturing method of the same, and process for elimination of nitrogen oxides using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이산화황 내구성이 높은 질소산화물 제거용 탈질 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물의 제거방법에서, 상기 탈질 촉매는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR) 반응에 적용되는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아로 이루어진 사원계 탈질 촉매로서, 티타니아 담체에 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐이 담지되며, 몰리브덴과바나듐이 결합된 복합 산화물(V2MoO8) 형태로 존재한다.In the denitrification catalyst for removing nitrogen oxides with high durability of sulfur dioxide of the present invention, the manufacturing method thereof, and the method for removing nitrogen oxides using the same, the denitrification catalyst is a selective catalytic reduction using an ammonia reducing agent to remove nitrogen oxides contained in exhaust gas ( It is a quaternary denitrification catalyst consisting of vanadium-molybdenum-antimony-titania applied to selective catalytic reduction (SCR) reaction. Antimony, molybdenum, and vanadium are supported on a titania carrier, and a complex oxide (V 2 ) of molybdenum and vanadium is supported. It exists in the form of MoO 8 ).

Description

이산화황 내구성이 높은 질소산화물 제거용 탈질 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물의 제거 방법{DE-NOX CATALYST HAVING HIGH DURABILITY FOR SULFUR DIOXIDE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, AND PROCESS FOR ELIMINATION OF NITROGEN OXIDES USING THE SAME}Denitrification catalyst for removing nitrogen oxides with high durability of sulfur dioxide, manufacturing method thereof, and method for removing nitrogen oxides using the same }

본 발명은 이산화황 내구성이 높은 질소산화물 제거용 탈질 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물의 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a denitrification catalyst for removing nitrogen oxides with high sulfur dioxide durability, a method of manufacturing the same, and a method of removing nitrogen oxides using the same.

최근 질소산화물(NOx)은 산업용 보일러, 화력발전소 및 폐기물 소각설비 등에서 발생하여 초미세먼지 전구물질, 광화학스모그, 오존층 파괴 및 지구온난화 등을 유발하는 주요 대기오염물질로 알려져 있다. 이에 질소산화물을 제거하기 위한 다양한 방법들이 연구 개발되고 있으며, 이 중 선택적촉매환원법(selective catalytic reduction, 이하, "SCR"이라 함) 기술이 널리 사용되고 있다. 이러한 SCR은 촉매상에서 환원제인 암모니아와 질소산화물이 반응하여 선택적으로 질소와 물로 분해되는 기술이다.Recently, nitrogen oxides (NOx) are known to be major air pollutants generated from industrial boilers, thermal power plants, and waste incineration facilities, causing ultrafine dust precursors, photochemical smog, ozone layer destruction, and global warming. Accordingly, various methods for removing nitrogen oxides are being researched and developed, and among these, selective catalytic reduction (hereinafter referred to as “SCR”) technology is widely used. This SCR is a technology in which ammonia, a reducing agent, and nitrogen oxides react on a catalyst to selectively decompose into nitrogen and water.

암모니아를 환원제로 사용하는 SCR 반응에 적용될 수 있는 탈질 촉매는 다양하게 제조될 수 있다. 귀금속 촉매로부터 염기성 금속 촉매까지 다양한 촉매가 제안되고 있으며, 담지되는 활성물질과 담체의 상호작용이 탈질성능에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 구체적으로 최근 SCR에 널리 사용되고 있는 상용촉매인 바나듐-텅스텐-티타니아 및 바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매는 300~400℃에서 우수한 탈질효율을 나타내는 것으로 보고되고 있다. Denitrification catalysts that can be applied to the SCR reaction using ammonia as a reducing agent can be manufactured in various ways. A variety of catalysts have been proposed, ranging from noble metal catalysts to basic metal catalysts, and it is known that the interaction between the supported active material and the carrier has a significant impact on the denitrification performance. Specifically, vanadium-tungsten-titania and vanadium-molybdenum-titania catalysts, which are commercial catalysts widely used in SCR recently, are reported to exhibit excellent denitrification efficiency at 300 to 400°C.

그러나, 현재까지 상용화된 상기 촉매는 300℃ 이하의 온도에서는 낮은 활성화 에너지로 인해 SCR 반응이 어려운 문제점이 있다.However, the catalysts commercialized to date have the problem that SCR reaction is difficult at temperatures below 300°C due to low activation energy.

현재, 국내에서는 제철소 소결로, 시멘트 제조공정, 화학공정 배출가스의 청정설비로써 탈질 효율을 증진시키고자 SCR 공정을 적용시키는데 관심이 증가되고 있다. 상기 적용처에 대하여 기존 SCR 공정을 적용시키는 과정에서 바나듐계 상용촉매(바나듐-텅스텐-티타니아)를 사용 할 경우, 300~400℃의 온도를 유지하기 위해서 온도를 상승해야 하는 공정이 요구된다. 따라서, 배기가스의 추가 가열 없이 SCR 공정 적용 가능한 공간의 온도인 300℃ 이하 저온 영역에서 우수한 효율을 나타내는 촉매가 요구된다. 또한, 상기 공정에서는 화석연료 연소 시 발생하는 이산화황(SO2)이 존재하는 배기가스 조건에서도 장시간 구동 가능한 저온 SCR 촉매가 필요하다. 배기가스 내에 이산화황 존재 시 부반응이 발생하며, 이때 이산화황은 촉매 표면 산화반응에 의해 삼산화황(SO3)으로 산화된다. 삼산화황은 환원제인 암모니아와 배기가스에 포함된 수분과 반응하여 하기 황산암모늄염(NH4HSO4 및 (NH4)2SO4)을 형성한다. 이러한 반응은 온도가 낮을수록 빠르게 진행되며, 촉매 표면에 침적되어 활성사이트를 차단하여 촉매성능을 저하시킬 뿐 아니라, 하부 장치 및 내벽 부식현상을 유발한다. 탈질 촉매 층의 황산암모늄염 형성을 억제하고자 전단 탈황설비에서 이산화황을 제거하지만, 탈황 효율의 증진을 위하여 수분이 공급되게 되는데 이때 배기가스 온도가 급격히 감소하여 후단 탈질성능이 저하된다. 이에 대한 대안으로 덕트버너를 이용해 배기가스를 재가열하는 공정이 요구된다. 재가열 시 사용되는 연료로부터 2차 오염물질이 발생 및 에너지효율 저감을 고려할 때, 이러한 방법은 바람직하지 못하다. 또한, 경제적 및 환경규제 등을 고려하여 이산화황을 제거하더라도 100% 제거가 어려우며 일부 이산화황(수십 ppm)이 배기가스에 존재하여 탈질 촉매 성능저하를 유발한다. 따라서, 300 ℃ 이하 온도에서 고효율을 나타내며, 이산화황에 대한 내구성이 우수한 탈질 촉매가 요구된다. 이하, SCR 시스템에 적용되는 탈질 촉매 관련 선행문헌들의 기술내용을 살펴보기로 한다.Currently, in Korea, there is increasing interest in applying the SCR process to improve denitrification efficiency as a clean facility for exhaust gases from steel mill sintering plants, cement manufacturing processes, and chemical processes. When using a vanadium-based commercial catalyst (vanadium-tungsten-titania) in the process of applying the existing SCR process to the above application, a process that requires raising the temperature to maintain the temperature of 300 to 400 ℃ is required. Therefore, a catalyst that shows excellent efficiency in a low temperature range below 300°C, which is the temperature of the space where the SCR process can be applied without additional heating of the exhaust gas, is required. In addition, the above process requires a low-temperature SCR catalyst that can be operated for a long time even in exhaust gas conditions containing sulfur dioxide (SO 2 ) generated during combustion of fossil fuels. A side reaction occurs when sulfur dioxide is present in the exhaust gas, and in this case, sulfur dioxide is oxidized to sulfur trioxide (SO 3 ) through a catalyst surface oxidation reaction. Sulfur trioxide reacts with ammonia, a reducing agent, and moisture contained in exhaust gas to form the following ammonium sulfate salts (NH 4 HSO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 ). This reaction progresses faster as the temperature decreases, and not only does it deposit on the catalyst surface and block the active site, reducing catalyst performance, but also causes corrosion of the lower device and inner walls. In order to suppress the formation of ammonium sulfate salt in the denitrification catalyst layer, sulfur dioxide is removed in the front-end desulfurization facility, but moisture is supplied to improve desulfurization efficiency. At this time, the exhaust gas temperature rapidly decreases, deteriorating the back-end denitrification performance. As an alternative to this, a process to reheat the exhaust gas using a duct burner is required. Considering the generation of secondary pollutants from the fuel used during reheating and the reduction in energy efficiency, this method is not desirable. In addition, even if sulfur dioxide is removed considering economic and environmental regulations, it is difficult to remove 100%, and some sulfur dioxide (several tens of ppm) is present in the exhaust gas, causing deterioration of denitrification catalyst performance. Therefore, a denitrification catalyst that exhibits high efficiency at temperatures below 300°C and has excellent durability against sulfur dioxide is required. Hereinafter, we will look at the technical details of prior literature related to denitrification catalysts applied to the SCR system.

"한국등록특허 제10-1426601호"(이하, "종래기술 1"이라 함) 및 "Applied Surface Science, 481(2019) 1167-1177"(이하, "종래기술 2"라 함)에는 바나듐 산화물-몰리브덴 산화물-티타늄 산화물로 이루어진 탈질 촉매가 개시되어 있다. 특히, 배가스에 이산화황 함유 시 황산암모늄염 형성을 억제하기 위해 몰리브덴 산화물은 산화가 6가의 몰리브덴(Mo6+)이 적어도 150 atoms/cm3 이상이고, 티타늄 산화물은 산화가 3가의 티타늄(Ti3+) 원자비(Ti3+/(Ti4+ + Ti3+))가 최대 0.3이며, 티타니아 산화물의 전구체는 비 결정상의 메타티타닌산(metatitanic acid; TiO2·xH2O)인 것을 설명하고 있다.In "Korean Patent No. 10-1426601" (hereinafter referred to as "Prior Art 1") and "Applied Surface Science, 481 (2019) 1167-1177" (hereinafter referred to as "Prior Art 2"), vanadium oxide- A denitrification catalyst consisting of molybdenum oxide and titanium oxide is disclosed. In particular, in order to suppress the formation of ammonium sulfate salt when sulfur dioxide is contained in the exhaust gas, molybdenum oxide contains hexavalent molybdenum (Mo 6+ ) with an oxidation value of at least 150 atoms/cm 3 and titanium oxide contains trivalent titanium (Ti 3+ ). The atomic ratio (Ti 3+ /(Ti 4+ + Ti 3+ )) is up to 0.3, and the precursor of titania oxide is non-crystalline metatitanic acid (TiO 2 ·xH 2 O).

"Applied Catalysis A, General 570(2019) 42-50"(이하, "종래기술 3"라 함)에는 바나듐 산화물-몰리브덴 산화물-티타늄 산화물로 이루어진 탈질 촉매는 몰리브덴 첨가로 인한 고분자 바나데이트(polymeric vanadate) 및 Brønsted 산 부위의 증진으로부터 이산화황에 대한 내구성이 증진되는 특성을 연구한 내용을 나타내고 있다.In "Applied Catalysis A, General 570 (2019) 42-50" (hereinafter referred to as "Prior Art 3"), the denitrification catalyst consisting of vanadium oxide-molybdenum oxide-titanium oxide is polymeric vanadate due to the addition of molybdenum. and a study on the characteristics of improved durability against sulfur dioxide from the enhancement of the Brønsted acid site.

"Chemical Engineering Journal 294(2016) 264-272"(이하, "종래기술 4"라 함)에는 함침법으로 제조하여 코디어라이트 세라믹 허니컴에 코팅된 바나듐 산화물-몰리브덴 산화물-티타늄 산화물로 이루어진 탈질 촉매는 Mo/V 비율에 따라 활성종의 양을 제어하여 바나듐 산화물의 결정화 및 산화환원 특성을 변화시켰다. Mo/V 비율을 2에서 8로 변화함에 따라 350-450℃에서 80%를 초과하는 증진된 성능을 나타내었으며, Mo/V 비율 8에서는 황산화물 및 수분에 대한 내구성이 일부 증진되는 결과를 나타내고 있다.In "Chemical Engineering Journal 294 (2016) 264-272" (hereinafter referred to as "Prior Art 4"), a denitrification catalyst consisting of vanadium oxide-molybdenum oxide-titanium oxide coated on cordierite ceramic honeycomb manufactured by impregnation method. The crystallization and redox properties of vanadium oxide were changed by controlling the amount of active species according to the Mo/V ratio. As the Mo/V ratio was changed from 2 to 8, improved performance exceeded 80% at 350-450°C, and at a Mo/V ratio of 8, durability against sulfur oxides and moisture was partially improved. .

"Catalysis Communications 46(2014) 90-93"(이하, "종래기술 5"라 함)에는 세륨 산화물-티타늄 산화물에 몰리브덴 산화물을 첨가하여 증진된 탈질성능을 나타내며, 특히 황산화물 및 수분의 흡착을 억제하여 내구성을 향상시킨 연구내용을 나타내고 있다. 몰리브덴 산화물의 첨가는 Brønsted 산 부위의 형성과 세륨 산화물의 결정화에 의해 탈질성능이 촉진되는 것으로 보고하고 있다."Catalysis Communications 46 (2014) 90-93" (hereinafter referred to as "Prior Art 5") shows improved denitrification performance by adding molybdenum oxide to cerium oxide-titanium oxide, and especially suppresses the adsorption of sulfur oxide and moisture. This shows research results that improved durability. It is reported that the addition of molybdenum oxide promotes denitrification performance by the formation of Brønsted acid sites and crystallization of cerium oxide.

상술한 바와 같이, 현재 질소산화물 제거용 촉매에 대한 연구는, 종래기술 1 내지 3과 같이 바나듐/티타니아에 몰리브덴을 첨가하여 저온 질소산화물 제거율 증진, 이산화황에 대한 저항성을 개선하여 촉매 성능을 증진시키거나, 종래기술 4와 같이 바나듐/티타니아를 코디어라이트 세라믹 허니컴에 코팅하여 산화물의 결정화 및 산화환원 능력을 향상시키거나, 세리아/티타니아에 몰리브덴을 첨가하여 산점 형성 및 탈질성능을 증진시키는 연구가 주를 이루고 있다. As described above, current research on catalysts for nitrogen oxide removal improves low-temperature nitrogen oxide removal rate by adding molybdenum to vanadium/titania as in prior art 1 to 3, improves catalytic performance by improving resistance to sulfur dioxide, or improves catalyst performance. , As in prior art 4, research is focused on improving the crystallization and redox ability of oxides by coating vanadium/titania on cordierite ceramic honeycomb, or improving acid site formation and denitrification performance by adding molybdenum to ceria/titania. It is being achieved.

그러나 저온 고활성 및 고내구성 탈질 촉매의 제조를 위해 저온에서 주목할만한 활성 사이트 및 활성성분의 산화상태를 개선함으로써 300℃ 이하에서 보다 우수한 질소산화물의 제거 활성 및 이산화황 내구성을 개선시키는 방법에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 이러한 상황을 고려할 때 실제 복합적으로 촉매의 활성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구 및 개발이 요구된다고 할 수 있다.However, for the production of low-temperature, high-activity and high-durability denitrification catalysts, research on methods to improve nitrogen oxide removal activity and sulfur dioxide durability below 300°C by improving notable active sites and oxidation states of active ingredients at low temperatures is being conducted. It is still insufficient. Considering this situation, it can be said that research and development on methods that can actually improve the activity and durability of catalysts in a complex manner are required.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 300℃ 이하의 저온영역에서 질소산화물(NOx)의 우수한 제거 활성 및 이산화황에 대한 증진된 내구성을 나타내는 탈질 촉매를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a denitrification catalyst that exhibits excellent removal activity of nitrogen oxides (NOx) and improved durability against sulfur dioxide in a low temperature range of 300 ° C. or lower.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 탈질 촉매의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing the denitrification catalyst.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 탈질 촉매의 제조방법을 이용한 질소산화물의 제거 방법을 제공하는 데 있다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for removing nitrogen oxides using the method for producing the denitrification catalyst.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 탈질 촉매는, 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR) 반응에 적용되는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아로 이루어진 사원계 탈질 촉매로서, 티타니아 담체에 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐이 담지되며, 몰리브덴과바나듐이 결합된 복합 산화물(V2MoO8) 형태로 존재한다.The denitrification catalyst according to the concept of the present invention for achieving the above problem is a vanadium-molybdenum-antioxidant applied to a selective catalytic reduction (SCR) reaction using an ammonia reducing agent to remove nitrogen oxides contained in exhaust gas. It is a quaternary nitrogen denitrification catalyst made of mony-titania, in which antimony, molybdenum, and vanadium are supported on a titania carrier, and exists in the form of a complex oxide (V 2 MoO 8 ) in which molybdenum and vanadium are combined.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 탈질 촉매의 제조방법은, 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR) 반응에 적용되는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아로 이루어진 사원계 탈질 촉매를 제조하는 방법으로서, 촉매 100 중량부에 대하여 안티모니를 전구체 형태로 용매제에 0.5~5 중량% 용해하여 안티모니 수용액을 제조하는 단계, 촉매 100 중량부에 대하여 몰리브덴을 전구체 형태로 용매제에 0.5~10 중량% 용해하여 몰리브덴 수용액을 제조하는 단계, 촉매 100 중량부에 대하여 바나듐을 전구체 형태로 용매제에 1~5 중량% 용해하여 바나듐 수용액을 제조하는 단계, 상기 제조된 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 수용액을 티타늄 산화물 담체에 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 및 상기 슬러리를 건조한 후, 300~700℃에서 소성하여 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매를 제조하는 단계를 포함한다.The method for producing a denitrification catalyst according to the concept of the present invention to achieve the above other problems is to remove nitrogen oxides contained in exhaust gas by using vanadium applied to a selective catalytic reduction (SCR) reaction using an ammonia reducing agent. - A method of producing a quaternary denitrification catalyst consisting of molybdenum-antimony-titania, comprising dissolving 0.5 to 5% by weight of antimony in the form of a precursor in a solvent relative to 100 parts by weight of the catalyst to prepare an aqueous antimony solution, catalyst Preparing a molybdenum aqueous solution by dissolving 0.5 to 10% by weight of molybdenum in the form of a precursor in a solvent relative to 100 parts by weight, dissolving 1 to 5% by weight of vanadium in the form of a precursor in a solvent relative to 100 parts by weight of the catalyst to prepare an aqueous vanadium solution. Preparing a slurry by mixing the prepared aqueous solution of antimony, molybdenum, and vanadium with a titanium oxide carrier, drying the slurry, and then calcining at 300 to 700° C. to produce vanadium-molybdenum-antimony-titania. It includes preparing a catalyst.

상기 또 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 질소산화물의 제거방법은, 상기 탈질 촉매를 이용하여 배가스 내 질소산화물을 제거하는 방법으로서, 상기 탈질 촉매가 암모니아 및 질소산화물을 포함한 배가스 또는 암모니아, 질소산화물 및 이산화황을 포함한 배가스를 통과하도록 한다.The method of removing nitrogen oxides according to the concept of the present invention for achieving the above-mentioned another problem is a method of removing nitrogen oxides from exhaust gas using the denitrification catalyst, wherein the denitrification catalyst is used to remove nitrogen oxides from exhaust gas containing ammonia and nitrogen oxides or ammonia. , allow exhaust gases containing nitrogen oxides and sulfur dioxide to pass through.

본 발명의 실시예들에 따르면, 탈질 촉매의 바나듐 산화가 조절을 통해 바나듐 산화물 중 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율을 25% 이상 유지하고, 몰리브덴 산화물 중 전체 몰리브덴에 대한 산화가 6가의 합에 해당하는 몰리브덴(Mo6+)의 비율을 80% 이상 유지함으로써, 300℃ 이하의 저온 영역에서도 우수한 질소산화물 제거 효율을 나타내는 촉매를 제공할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the vanadium oxidation rate of the denitrification catalyst is adjusted to adjust the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ), which corresponds to the sum of tetravalent and trivalent oxidation to the total vanadium among vanadium oxides, to 25. A catalyst that exhibits excellent nitrogen oxide removal efficiency even in the low temperature range of 300°C or lower by maintaining the ratio of molybdenum (Mo 6+ ), whose oxidation to the total molybdenum among molybdenum oxides is the sum of the hexavalent values, at more than 80%. can be provided.

또한, 배기가스에 포함된 이산화황(SO2)에 대한 내구성이 우수한 질소산화물 제거용 탈질 촉매를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a denitrification catalyst for removing nitrogen oxides that has excellent durability against sulfur dioxide (SO 2 ) contained in exhaust gas.

도 1은 본 발명에 따른 탈질 촉매의 탈질성능을 평가하기 위해, 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2, 및 비교제조예 9에 따라 제조된 촉매들의 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 탈질 촉매의 탈질성능과 관련하여, 비교제조예 3 내지 6에 따라 제조된 촉매들의 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 탈질 촉매의 탈질성능을 평가하기 위해, 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들의 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 탈질 촉매의 탈질성능을 평가하기 위해, 비교제조예 3 내지 6 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들에 대한 220℃에서의 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 탈질 촉매의 탈질성능을 평가하기 위해, 제조예 2 및 제조예 5 내지 7에 따라 제조된 촉매들의 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 탈질 촉매의 탈질성능을 평가하기 위해, 제조예 2 및 제조예 8 내지 12에 따라 제조된 촉매들의 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 탈질 촉매의 이산화황에 대한 내구성을 평가하기 위해, 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2, 및 비교제조예 9에 따라 제조된 촉매들의 이산화황 주입 후 시간 경과에 따른 암모니아 환원제를 이용한 탈질성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 탈질 촉매의 X-선 회절분석 패턴과 관련하여, 제조예 2, 비교제조예 4, 비교제조예 7, 및 비교제조예 8에 따라 제조된 촉매들의 X-선 회절분석 패턴(X-ray diffraction pattern, XRD pattern)들을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 탈질 촉매의 전자회절분석 패턴과 관련하여, 제조예 2, 비교제조예 4, 비교제조예 7, 및 비교제조예 8에 따라 제조된 촉매들의 전자회절분석 패턴(selected area electron diffraction pattern, SAED pattern)들을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 탈질 촉매의 표면상에 형성된 몰리브덴 산화물의 종류 및 분포를 확인하기 위해, 비교제조예 4 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들에 대하여 XPS를 사용하여 몰리브덴 산화물 중 전체 몰리브덴에 대한 산화가 6가의 합에 해당하는 몰리브덴(Mo6+)의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 탈질 촉매의 의 표면상에 형성된 바나듐 산화물의 종류 및 분포를 확인하기 위해, 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들에 대하여 XPS를 사용하여 바나듐 산화물 중 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 탈질 촉매에 포함된 몰리브덴 함량에 따른 바나듐 산화물 분포에 대한 질소산화물 제거효율을 확인하기 위해, 비교제조예 2 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매들의 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율에 따른 220 및 200℃에서의 탈질성능과 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 탈질 촉매의 이산화황 흡착량 및 내구성과 관련하여, 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2, 및 비교제조예 9에 따라 제조된 촉매들의 이산화황 흡착량 및 내구성을 나타내는 XNOx/XNOx,initial = 0.85 도달시간과의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
Figure 1 shows the ammonia reducing agent of catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9 in order to evaluate the denitrification performance of the denitrification catalyst according to the present invention. This is a graph showing the results of the denitrification performance evaluation.
Figure 2 is a graph showing the results of evaluating the denitrification performance of the catalysts prepared according to Comparative Preparation Examples 3 to 6 using an ammonia reducing agent in relation to the denitrification performance of the denitrification catalyst of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results of evaluating the denitrification performance of the catalysts prepared according to Preparation Examples 1 to 4 using an ammonia reducing agent to evaluate the denitrification performance of the denitrification catalyst of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the results of evaluating the denitrification performance using a reducing agent at 220°C for catalysts prepared according to Comparative Preparation Examples 3 to 6 and Preparation Examples 1 to 4 to evaluate the denitrification performance of the denitrification catalyst of the present invention. am.
Figure 5 is a graph showing the results of evaluating the denitrification performance of the catalysts prepared according to Preparation Example 2 and Preparation Examples 5 to 7 using an ammonia reducing agent to evaluate the denitrification performance of the denitrification catalyst of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the results of evaluating the denitrification performance of the catalysts prepared according to Preparation Example 2 and Preparation Examples 8 to 12 using an ammonia reducing agent to evaluate the denitrification performance of the denitrification catalyst of the present invention.
Figure 7 shows sulfur dioxide injection of catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9 to evaluate the durability of the denitrification catalyst of the present invention against sulfur dioxide. This is a graph showing the results of evaluating denitrification performance using an ammonia reducing agent over time.
Figure 8 shows the This is a graph showing (X-ray diffraction pattern, XRD pattern).
Figure 9 shows the electron diffraction analysis pattern (selected area electron) of catalysts prepared according to Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Comparative Preparation Example 7, and Comparative Preparation Example 8 in relation to the electron diffraction analysis pattern of the denitrification catalyst of the present invention. This is a graph showing diffraction patterns (SAED patterns).
Figure 10 shows the total amount of molybdenum oxide using This is a graph showing the ratio of molybdenum (Mo 6+ ) whose oxidation to molybdenum corresponds to the sum of hexavalent values.
Figure 11 shows catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, and Preparation Examples 1 to 4 to confirm the type and distribution of vanadium oxide formed on the surface of the denitrification catalyst of the present invention. This is a graph showing the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ) whose oxidation to the total vanadium corresponds to the sum of tetravalent and trivalent vanadium oxides using XPS.
Figure 12 shows the oxidation of all vanadium of catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 2 and Preparation Examples 1 to 4 in order to confirm the nitrogen oxide removal efficiency for vanadium oxide distribution according to the molybdenum content contained in the denitrification catalyst of the present invention. This is a graph showing the correlation between the denitrification performance at 220 and 200°C according to the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ), which is the sum of tetravalent and trivalent vanadium (V 4+ + V 3+ ).
Figure 13 shows the sulfur dioxide adsorption of catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9 in relation to the sulfur dioxide adsorption amount and durability of the denitrification catalyst of the present invention. This is a graph showing the correlation with the arrival time of

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it.

본 발명에 따른 질소산화물 제거용 탈질 촉매의 제조방법은, 안티모니 첨가를 통해, 바나듐 및 몰리브덴의 산화가를 조절하여 300℃ 이하 저온 영역에서 우수한 질소산화물 제거 효율을 나타내고, 이산화황에 대한 우수한 내구성을 갖는 탈질 촉매를 제조할 수 있다.The method for manufacturing a denitrification catalyst for nitrogen oxide removal according to the present invention exhibits excellent nitrogen oxide removal efficiency in a low temperature range of 300°C or lower by controlling the oxidation value of vanadium and molybdenum through the addition of antimony and excellent durability against sulfur dioxide. A denitrification catalyst having

탈질 촉매는 '바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매'로 명명할 수 있다.The denitrification catalyst can be named ‘vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst’.

구체적으로, 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매는 바나듐, 몰리브덴, 안티모니를 티타니아에 담지하여 이를 건조 및 소성하여 제조될 수 있다. 즉, 조촉매(안티모니) 첨가를 통해 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매의 물성을 인위적으로 변화시켜 질소산화물을 선택적으로 전환시키는 촉매의 활성 및 이산화황에 대한 내구성을 극대화할 수 있다.Specifically, the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst can be manufactured by supporting vanadium, molybdenum, and antimony on titania, drying and calcining them. In other words, the physical properties of the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst can be artificially changed through the addition of a co-catalyst (antimony) to maximize the activity of the catalyst that selectively converts nitrogen oxides and its durability against sulfur dioxide.

이 때, 첨가 되는 몰리브덴은 촉매의 무게비로 1~7 wt%까지 다른 함량으로 첨가되어 촉매가 제조 될 수 있다.At this time, the added molybdenum can be added in different amounts from 1 to 7 wt% by weight of the catalyst to produce the catalyst.

이 경우, 조촉매를 첨가 함으로써 바나듐 산화물 중 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율이 25% 이상으로 조절되고, 몰리브덴 산화물 중 전체 몰리브덴에 대한 산화가 6가의 합에 해당하는 몰리브덴(Mo6+)의 비율이 80% 이상으로 조절될 수 있다.In this case, by adding a cocatalyst, the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ), which corresponds to the sum of tetravalent and trivalent oxidation of all vanadium in vanadium oxide, is adjusted to 25% or more, and the total oxidation of vanadium in molybdenum oxide is adjusted to 25% or more. The ratio of molybdenum (Mo 6+ ), which corresponds to the sum of the hexavalent oxidation of molybdenum, can be adjusted to 80% or more.

또한, 함침법을 이용한 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매 제조 시 각 물질의 담지 방법 및 순서를 달리하여, 건조 및 열처리하여 촉매가 제조될 수 있다.In addition, when manufacturing a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst using an impregnation method, the catalyst can be manufactured by changing the method and order of supporting each material, followed by drying and heat treatment.

또한, 주촉매로 바나듐의 함량은 촉매의 무게비로 1~5 wt%까지 다른 함량으로 첨가되어 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매가 제조 될 수 있다.In addition, the vanadium content as the main catalyst can be added in different amounts from 1 to 5 wt% by weight of the catalyst to produce a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst.

여기서, 담지된 바나듐의 산화가 상태를 분석하기 위한 수단으로 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 사용한다. XPS 분석에 의하면 촉매 표면상에 존재하는 각 원소의 특성 피크(peak)를 그 원소를 포함하고 있는 산화물의 고유 결합에너지(binding energy)를 기준으로 분리하여 촉매 표면에 존재하는 산화물의 종류 및 그 분포 비율을 분석할 수 있는데, 각 피트는 Gaussian-Lorentzian 법에 의하여 분리할 수 있다. 따라서 XPS 분석에 의하면 본 발명에 조촉매 첨가에 따라 이루어진 활성물질로써 바나듐의 산화가 변화가 저온 영역에서의 질소산화물을 선택적으로 질소로 전환시키는 촉매의 활성 및 이산화황에 대한 내구성에 미치는 영향을 직접적으로 확인할 수 있다.Here, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis is used as a means to analyze the oxidation state of the supported vanadium. According to XPS analysis, the characteristic peaks of each element present on the catalyst surface are separated based on the unique binding energy of the oxide containing that element, and the type and distribution of the oxide present on the catalyst surface. The ratio can be analyzed, and each fit can be separated by the Gaussian-Lorentzian method. Therefore, according to the You can check it.

이하에서는 상술한 내용에 기초하여 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 및 바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다.Below, based on the above-described information, the manufacturing method of vanadium-molybdenum-antimony-titania and vanadium-molybdenum-titania catalysts will be described in detail.

바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매는 티타니아 담체에 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 전구체를 도입하여 혼합 슬러리를 제조한 후 혼합 슬러리를 건조 및 소성하여 제조된다. 바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매는 티타니아 담체에 몰리브덴 및 바나듐 전구체를 도입하여 혼합 슬러리를 제조한 후 혼합 슬러리를 건조 및 소성하여 제조된다. The vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst is manufactured by introducing antimony, molybdenum, and vanadium precursors into a titania carrier to prepare a mixed slurry, then drying and calcining the mixed slurry. The vanadium-molybdenum-titania catalyst is manufactured by introducing molybdenum and vanadium precursors into a titania carrier to prepare a mixed slurry, then drying and calcining the mixed slurry.

티타니아 담체로는 비결정상의 티타닌산(titanic acids; TiOx(OH)4-2x)이거나 결정상의 아나타제형, 루타일형, 아나타제와 루타일 이산화티타늄이 혼재된 형태라도 무방하다.The titania carrier may be amorphous titanic acids ( TiO

또한, 바나듐 전구체는 암모늄 메타바나데이트(NH4VO3) 또는 바나듐 옥시트리클로라이드(VOCl3)를 사용할 수 있으며, 티타니아 담체를 기준으로 0.5~10.0 중량%, 바람직하게는 1.0~5.0 중량%로 함유될 수 있다. 바나듐의 함량이 1.0 중량% 미만이면 질소산화물 제거 효과가 미흡할 수 있고, 5.0 중량%를 초과하면 함량 증가 대비 효율이 만족스럽지 않을 수 있다.In addition, the vanadium precursor may be ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) or vanadium oxytrichloride (VOCl 3 ), and is contained in an amount of 0.5 to 10.0% by weight, preferably 1.0 to 5.0% by weight, based on the titania carrier. It can be. If the vanadium content is less than 1.0% by weight, the effect of removing nitrogen oxides may be insufficient, and if it exceeds 5.0% by weight, the efficiency compared to the increase in content may not be satisfactory.

한편, 몰리브덴 전구체는 조촉매로서 습윤함침법을 이용하여 티타니아 담체에 도입될 수 있다. 본 발명에서 몰리브덴 전구체는 암모늄 몰리브데이트((NH4)2MoO4), 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트((NH4)6Mo7O24·4H2O) 및 몰리브덴산(H2MoO4)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않으나 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트((NH4)6Mo7O24·4H2O)를 사용하는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 함량은 촉매를 기준으로 0.5~10 중량%, 바람직하게는 3 중량%일 수 있다.Meanwhile, the molybdenum precursor can be introduced into the titania carrier as a cocatalyst using a wet impregnation method. In the present invention, the molybdenum precursor is ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ), ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O), and molybdic acid (H 2 MoO 4 ). Any one selected from the group consisting of can be used, and there is no particular limitation, but it is preferable to use ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O). The content of molybdenum may be 0.5 to 10% by weight, preferably 3% by weight, based on the catalyst.

한편, 안티모니 전구체는 조촉매로서 습윤함침법을 이용하여 티타니아 담체에 도입될 수 있다. 안티모니 전구체는 안티모니 트리클로라이드(SbCl3) 및 안티모니 아세테이트(Sb(CH3COO)3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않으나 안티모니 아세테이트(Sb(CH3COO)3)를 사용하는 것이 바람직하다. 안티모니의 함량은 촉매를 기준으로 0.5~5 중량%, 바람직하게는 2 중량%일 수 있다.Meanwhile, the antimony precursor can be introduced into the titania carrier as a cocatalyst using a wet impregnation method. The antimony precursor may be any one selected from the group consisting of antimony trichloride (SbCl 3 ) and antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ), and is not particularly limited, but may include antimony acetate (Sb(CH 3 COO) ) It is desirable to use 3 ). The content of antimony may be 0.5 to 5% by weight, preferably 2% by weight, based on the catalyst.

바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매의 제조방법으로, 먼저, 안티모니 2 중량%에 해당하는 안티모니 전구체를 아세트산(CH3COOH)에 용해시켜 안티모니 수용액을 제조한다. 이때 안티모니의 전구체로는 안티모니 아세테이트(Sb(CH3COO)3)를 사용한다. 이어서, 몰리브덴 3 중량%에 해당하는 몰리브덴 전구체를 증류수에 녹여 몰리브덴 수용액을 제조한다. 이때 몰리브덴의 전구체로는 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트((NH4)6Mo7O24·4H2O)를 사용한다. 그런 다음, 바나듐 2 중량%에 해당하는 바나듐 전구체를 증류수에 녹여 바나듐 수용액을 제조한다. 이때 바나듐의 전구체로는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 사용한다. 이후, 안티모니 수용액, 몰리브덴 수용액 및 바나듐 수용액을 티타니아와 혼합하여 슬러리 상태로 교반, 건조 후 촉매 미세기공에 포함된 잔여 수분을 제거 하기 위해 건조기를 이용하여 하루 이상 건조 시킨다. 건조 공정이 완료된 시료에 대하여 공기 분위기 하에 열처리를 실시한다. 즉, 티타니아를 담체로 하여 2 중량%에 해당하는 안티모니 수용액, 3 중량%에 해당하는 몰리브덴 수용액, 그리고 2 중량%에 해당하는 바나듐 수용액을 사용하여, 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매의 제조를 실시한다.As a method for producing a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst, first, an antimony precursor equivalent to 2% by weight of antimony is dissolved in acetic acid (CH 3 COOH) to prepare an aqueous antimony solution. At this time, antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ) is used as a precursor of antimony. Next, a molybdenum precursor equivalent to 3% by weight of molybdenum is dissolved in distilled water to prepare a molybdenum aqueous solution. At this time, ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O) is used as a precursor for molybdenum. Then, a vanadium precursor equivalent to 2% by weight of vanadium is dissolved in distilled water to prepare a vanadium aqueous solution. At this time, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) is used as a precursor for vanadium. Afterwards, the aqueous antimony solution, the aqueous molybdenum solution, and the aqueous vanadium solution are mixed with titania, stirred into a slurry state, dried, and then dried using a dryer for more than a day to remove the remaining moisture contained in the catalyst micropores. Heat treatment is performed on the sample for which the drying process has been completed under an air atmosphere. That is, production of a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst using titania as a carrier and using 2% by weight of an aqueous antimony solution, 3% by weight of molybdenum aqueous solution, and 2% by weight of vanadium aqueous solution. carry out.

바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매의 제조방법으로, 먼저 몰리브덴 3 중량%에 해당하는 몰리브덴 전구체를 증류수에 녹여 몰리브덴 수용액을 제조한다. 이때 몰리브덴의 전구체로는 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트((NH4)6Mo7O24·4H2O)를 사용한다. 그런 다음, 바나듐 2 중량%에 해당하는 바나듐 전구체를 증류수에 녹여 바나듐 수용액을 제조한다. 이때 바나듐의 전구체로는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 사용한다. 이후, 몰리브덴 수용액 및 바나듐 수용액을 티타니아와 혼합하여 슬러리 상태로 교반, 건조 후 촉매 미세기공에 포함된 잔여 수분을 제거 하기 위해 건조기를 이용하여 하루 이상 건조 시킨다. 건조 공정이 완료된 시료에 대하여 공기 분위기 하에 열처리를 실시한다. 즉, 티타니아를 담체로 하여 3 중량%에 해당하는 몰리브덴 수용액, 그리고 2 중량%에 해당하는 바나듐 수용액을 사용하여, 전술한 방법을 토대로 바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매의 제조를 실시한다.As a method for producing a vanadium-molybdenum-titania catalyst, a molybdenum precursor equivalent to 3% by weight of molybdenum is first dissolved in distilled water to prepare a molybdenum aqueous solution. At this time, ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O) is used as a precursor for molybdenum. Then, a vanadium precursor equivalent to 2% by weight of vanadium is dissolved in distilled water to prepare a vanadium aqueous solution. At this time, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) is used as a precursor for vanadium. Afterwards, the molybdenum aqueous solution and the vanadium aqueous solution are mixed with titania, stirred to form a slurry, dried, and then dried using a dryer for more than a day to remove the remaining moisture contained in the catalyst micropores. Heat treatment is performed on the sample for which the drying process has been completed under an air atmosphere. That is, a vanadium-molybdenum-titania catalyst is produced based on the above-described method using titania as a carrier, a 3% by weight aqueous molybdenum solution, and a 2% by weight aqueous vanadium solution.

열처리 공정은 질소산화물에 대한 전환율 및 에너지 효율을 고려할 때 질소 및 산소를 포함하는 가스 분위기에서 300~700℃의 온도로 1~8 시간, 바람직하게는 500℃의 온도로 5 시간 동안 수행한다. 이러한 열처리 공정은 튜브(tube)형 로, 컨벡션(convection)형 로, 화격자형 로 등 공지된 다양한 형태의 로에서 이루어질 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.Considering the conversion rate and energy efficiency for nitrogen oxides, the heat treatment process is performed in a gas atmosphere containing nitrogen and oxygen at a temperature of 300 to 700°C for 1 to 8 hours, preferably at a temperature of 500°C for 5 hours. This heat treatment process can be performed in various known types of furnaces, such as tube-type furnaces, convection-type furnaces, and grate-type furnaces, and is not particularly limited.

또한, 본 발명에 따른 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매는 소량의 바인더와 함께 입자형이나 단일체(monolith) 형태로 가공하거나 플레이트, 슬레이트, 펠렛 등의 형태로 제조하거나 이러한 형태로 가공된 지지체에 코팅하여 사용될 수 있다.In addition, the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst according to the present invention is processed in the form of particles or monoliths with a small amount of binder, or is manufactured in the form of plates, slates, pellets, etc., or is applied to a support processed in such forms. It can be used by coating.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매는 실제로 적용함에 있어 금속판, 금속 섬유, 세라믹 필터, 허니컴, 유리관과 같은 구조체나 공기정화기, 실내 장식물, 내외장재, 벽지 등이 코팅하여 사용되는 것도 가능하며 이산화황이 포함된 배가스가 발생하는 산업공정 후단에서도 사용이 가능하다.In addition, in practical application, the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst according to the present invention is used by coating structures such as metal plates, metal fibers, ceramic filters, honeycombs, and glass pipes, air purifiers, interior decorations, interior and exterior materials, wallpaper, etc. It is also possible to use it at the rear end of industrial processes where exhaust gas containing sulfur dioxide is generated.

이상으로 저온 영역에서의 질소산화물 제거용 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매에 대해 설명하였다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 탈질 촉매의 제조방법에 대한 구체적인 실시예에 대해 설명한다. Above, the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst for nitrogen oxide removal in low temperature ranges has been described. Hereinafter, specific examples of the method for producing the denitrification catalyst of the present invention will be described with reference to the drawings.

제조예 1Manufacturing Example 1

질소산화물 제거용 바나듐-몰리브덴-안티몬-티타니아 촉매의 제조에 있어 안티모니아세테이트(Sb(CH3COO)3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% Sb가 되도록 정량한 후 아세트산(CH3COOH)에 용해시켜 안티모니 수용액을 제조한다. 계속하여, 암모늄헵타몰리브데이트((NH4)6Mo7O24·4H2O)를 촉매 무게 기준으로 1 중량% Mo가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 몰리브덴 수용액을 제조하였다. 계속하여, 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% V가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 수용액을 제조하였다. 이 경우, 암모늄메타바나데이트의 용해도를 높이기 위하여 바나듐 수용액의 pH가 2.5가 될 때까지 옥살산((COOH)2, 바나듐 몰비 1:1에 해당하는 양)을 조금씩 저어가며 투입한다. 제조된 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 한 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한다. 이후 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 "2V1MoSbTi"를 제조하였다. In the production of a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst for nitrogen oxide removal, antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ) is measured to be 2% Sb by weight based on the weight of the catalyst and then dissolved in acetic acid (CH 3 COOH). to prepare an aqueous antimony solution. Subsequently, ammonium heptamolybdate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O) was weighed to obtain 1% Mo by weight based on the weight of the catalyst, and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare a molybdenum aqueous solution. Manufactured. Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was quantified to have 2% V by weight based on the weight of the catalyst and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare an aqueous vanadium solution. In this case, in order to increase the solubility of ammonium metavanadate, oxalic acid ((COOH) 2 , an amount equivalent to a vanadium molar ratio of 1:1) is added while stirring little by little until the pH of the vanadium aqueous solution reaches 2.5. After mixing the prepared aqueous solution of antimony, molybdenum, and vanadium with titania to form a slurry, moisture was removed using a vacuum rotary evaporator, and then dried in a dryer at 103°C for more than a day to completely remove the moisture contained in the micropores. Dry. Afterwards, “2V1MoSbTi” was manufactured by firing in an air atmosphere at a temperature of 500°C for 5 hours in a convection furnace.

제조예 2Production example 2

제조예 1의 몰리브덴 수용액 제조 과정에서 몰리브덴의 함량이 촉매 무게 기준으로 3 중량% Mo로 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 "2V3MoSbTi"를 제조하였다.“2V3MoSbTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that in the process of preparing the molybdenum aqueous solution in Preparation Example 1, the molybdenum content was 3% by weight Mo based on the weight of the catalyst.

제조예 3Production example 3

제조예 1의 몰리브덴 수용액 제조 과정에서 몰리브덴의 함량이 촉매 무게 기준으로 5 중량 % Mo로 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 "2V5MoSbTi"를 제조하였다.“2V5MoSbTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that in the process of preparing the molybdenum aqueous solution in Preparation Example 1, the molybdenum content was 5% by weight Mo based on the weight of the catalyst.

제조예 4Production example 4

제조예 1의 몰리브덴 수용액 제조 과정에서 몰리브덴의 함량이 촉매 무게 기준으로 7 중량 % Mo로 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 "2V7MoSbTi"를 제조하였다.“2V7MoSbTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that in the process of preparing the molybdenum aqueous solution in Preparation Example 1, the molybdenum content was 7% by weight Mo based on the weight of the catalyst.

제조예 5Production example 5

제조예 2의 안티모니 첨가 과정에서, 제조된 안티모니 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거한 다음, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한 후, 컨벡션형(convection) 로에서 200℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 안티모니-티타니아를 제조한다. 이후 제조된 몰리브덴 및 바나듐 수용액과 안티모니-티타니아를 혼합하여 제조예 2과 동일한 방법으로 "2V3MoSbTi"를 제조하였다.In the antimony addition process of Preparation Example 2, the prepared antimony aqueous solution and titania were mixed to form a slurry, moisture was removed using a vacuum rotary evaporator, and then the moisture contained in the micropores was removed at 103°C. After being sufficiently dried in a dryer for more than a day, antimony-titania is produced by firing in an air atmosphere at a temperature of 200° C. for 5 hours in a convection type furnace. Afterwards, “2V3MoSbTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 by mixing the prepared molybdenum and vanadium aqueous solution with antimony-titania.

제조예 6Production example 6

제조예 2의 몰리브덴 첨가 과정에서, 제조된 몰리브덴 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거한 다음, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한 후, 컨벡션형(convection) 로에서 200℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 몰리브덴-티타니아를 제조한다. 이후 제조된 안티모니 및 바나듐 수용액과 몰리브덴-티타니아를 혼합하여 제조예 2과 동일한 방법으로 "2VSb3MoTi"를 제조하였다.In the molybdenum addition process of Preparation Example 2, the prepared molybdenum aqueous solution and titania were mixed to form a slurry, moisture was removed using a vacuum rotary evaporator, and then in a dryer at 103°C to completely remove moisture contained in micropores. After sufficiently drying for more than a day, molybdenum-titania is produced by firing in an air atmosphere at a temperature of 200° C. in a convection furnace for 5 hours. Afterwards, “2VSb3MoTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 by mixing the prepared antimony and vanadium aqueous solution with molybdenum-titania.

제조예 7Production example 7

제조예 2의 안티모니 첨가 과정에서, 제조된 안티모니 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거한 다음, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한 후, 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 안티모니-티타니아를 제조한다. 이후 제조된 몰리브덴 및 바나듐 수용액과 안티모니-티타니아를 혼합하여 제조예 2과 동일한 방법으로 "2V3MoSbTi"를 제조하였다.In the antimony addition process of Preparation Example 2, the prepared antimony aqueous solution and titania were mixed to form a slurry, moisture was removed using a vacuum rotary evaporator, and then the moisture contained in the micropores was removed at 103°C. After being sufficiently dried in a dryer for more than a day, antimony-titania is produced by firing in an air atmosphere at a temperature of 500° C. for 5 hours in a convection furnace. Afterwards, “2V3MoSbTi” was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 by mixing the prepared molybdenum and vanadium aqueous solution with antimony-titania.

제조예 8Production example 8

제조예 2의 바나듐 첨가 과정에서 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 1 중량%를 이용하여 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2과 동일한 방법으로 "1V3MoSbTi"를 제조하였다.“1V3MoSbTi” was prepared in the same manner as Preparation Example 2, except that in the vanadium addition process of Preparation Example 2, a vanadium aqueous solution was prepared using a vanadium content of 1% by weight based on the weight of the catalyst.

제조예 9Production example 9

제조예 2의 바나듐 첨가 과정에서 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 1.5 중량%를 이용하여 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2과 동일한 방법으로 "1.5V3MoSbTi"를 제조하였다.“1.5V3MoSbTi” was prepared in the same manner as Preparation Example 2, except that in the vanadium addition process of Preparation Example 2, a vanadium aqueous solution was prepared using a vanadium content of 1.5% by weight based on the weight of the catalyst.

제조예 10Production example 10

제조예 2의 바나듐 첨가 과정에서 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 3 중량%를 이용하여 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2과 동일한 방법으로 "3V3MoSbTi"를 제조하였다.“3V3MoSbTi” was prepared in the same manner as Preparation Example 2, except that in the vanadium addition process of Preparation Example 2, a vanadium aqueous solution was prepared using a vanadium content of 3% by weight based on the weight of the catalyst.

제조예 11Production example 11

제조예 2의 바나듐 첨가 과정에서 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 4 중량%를 이용하여 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2과 동일한 방법으로 "4V3MoSbTi"를 제조하였다.“4V3MoSbTi” was prepared in the same manner as Preparation Example 2, except that in the vanadium addition process of Preparation Example 2, a vanadium aqueous solution was prepared using a vanadium content of 4% by weight based on the weight of the catalyst.

제조예 12Production example 12

제조예 2의 바나듐 첨가 과정에서 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 5 중량%를 이용하여 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2과 동일한 방법으로 "5V3MoSbTi"를 제조하였다.“5V3MoSbTi” was prepared in the same manner as Preparation Example 2, except that in the vanadium addition process of Preparation Example 2, a vanadium aqueous solution was prepared using a vanadium content of 5% by weight based on the weight of the catalyst.

비교제조예 1Comparative Manufacturing Example 1

질소산화물 제거용 바나듐-티타니아 촉매의 제조에 있어 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% V가 되도록 정량한 후 60℃이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 수용액을 제조하였다. 이 경우, 암모늄메타바나데이트의 용해도를 높이기 위하여 바나듐 수용액의 pH가 2.5가 될 때까지 옥살산((COOH)2, 바나듐 몰비 1:1에 해당하는 양)을 조금씩 저어가며 투입한다. 제조된 바나듐 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 한 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한다. 이후 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 "2VTi"를 제조하였다.In the production of a vanadium-titania catalyst for nitrogen oxide removal, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) is metered to 2% V by weight based on the weight of the catalyst, and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare an aqueous vanadium solution. did. In this case, in order to increase the solubility of ammonium metavanadate, oxalic acid ((COOH) 2 , an amount equivalent to a vanadium molar ratio of 1:1) is added while stirring little by little until the pH of the vanadium aqueous solution reaches 2.5. The prepared aqueous solution of vanadium and titania are mixed to form a slurry, the moisture is removed using a vacuum rotary evaporator, and the slurry is thoroughly dried in a dryer at 103°C for more than a day to completely remove the moisture contained in the micropores. Afterwards, “2VTi” was manufactured by firing in an air atmosphere at a temperature of 500°C for 5 hours in a convection furnace.

비교제조예 2Comparative Manufacturing Example 2

질소산화물 제거용 바나듐-안티몬-티타니아 촉매의 제조에 있어 안티모니아세테이트(Sb(CH3COO)3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% Sb가 되도록 정량한 후 아세트산(CH3COOH)에 용해시켜 안티모니 수용액을 제조한다. 계속하여, 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% V가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 수용액을 제조하였다. 이 경우, 암모늄메타바나데이트의 용해도를 높이기 위하여 바나듐 수용액의 pH가 2.5가 될 때까지 옥살산((COOH)2, 바나듐 몰비 1:1에 해당하는 양)을 조금씩 저어가며 투입한다. 제조된 안티모니 및 바나듐 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 한 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한다. 이후 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 "2VSbTi"를 제조하였다.In the production of a vanadium-antimony-titania catalyst for nitrogen oxide removal, antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ) is metered to 2% Sb by weight based on the weight of the catalyst, and then dissolved in acetic acid (CH 3 COOH) to produce antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ). Prepare an aqueous solution of Moni. Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was quantified to have 2% V by weight based on the weight of the catalyst and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare an aqueous vanadium solution. In this case, in order to increase the solubility of ammonium metavanadate, oxalic acid ((COOH) 2 , an amount equivalent to a vanadium molar ratio of 1:1) is added while stirring little by little until the pH of the vanadium aqueous solution reaches 2.5. After mixing the prepared aqueous solution of antimony and vanadium with titania to form a slurry, moisture is removed using a vacuum rotary evaporator, and then thoroughly dried in a dryer at 103°C for more than a day to completely remove moisture contained in micropores. . Afterwards, “2VSbTi” was manufactured by firing in an air atmosphere at a temperature of 500°C for 5 hours in a convection furnace.

비교제조예 3Comparative Manufacturing Example 3

질소산화물 제거용 바나듐-몰리브덴-티타니아 촉매의 제조에 있어 암모늄헵타몰리브데이트((NH4)6Mo7O24·4H2O)를 촉매 무게 기준으로 1 중량% Mo가 되도록 정량한 후 60℃이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 몰리브덴 수용액을 제조하였다. 계속하여, 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량% V가 되도록 정량한 후 60℃이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 수용액을 제조하였다. 이 경우, 암모늄메타바나데이트의 용해도를 높이기 위하여 바나듐 수용액의 pH가 2.5가 될 때까지 옥살산((COOH)2, 바나듐 몰비 1:1에 해당하는 양)을 조금씩 저어가며 투입한다. 제조된 몰리브덴 및 바나듐 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리 형태로 제조 한 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한다. 이후 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 "2V1MoTi"를 제조하였다.In the production of a vanadium-molybdenum-titania catalyst for nitrogen oxide removal, ammonium heptamolybdate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O) was metered to 1% Mo by weight based on the weight of the catalyst and then heated at 60°C. An aqueous molybdenum solution was prepared by dissolving in distilled water heated as described above. Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was quantified to have 2% V by weight based on the weight of the catalyst and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare an aqueous vanadium solution. In this case, in order to increase the solubility of ammonium metavanadate, oxalic acid ((COOH) 2 , an amount equivalent to a vanadium molar ratio of 1:1) is added while stirring little by little until the pH of the vanadium aqueous solution reaches 2.5. After mixing the prepared molybdenum and vanadium aqueous solution with titania to form a slurry, moisture is removed using a vacuum rotary evaporator, and then sufficiently dried in a dryer at 103°C for more than a day to completely remove moisture contained in micropores. Afterwards, “2V1MoTi” was manufactured by firing in an air atmosphere at a temperature of 500°C for 5 hours in a convection furnace.

비교제조예 4Comparative Manufacturing Example 4

비교제조예 3의 몰리브덴 첨가 과정에서 몰리브덴 함량을 촉매 무게 기준으로 3 중량%를 이용하여 몰리브덴 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 비교제조예 3과 동일한 방법으로 "2V3MoTi"를 제조하였다.“2V3MoTi” was prepared in the same manner as Comparative Preparation Example 3, except that in the molybdenum addition process of Comparative Preparation Example 3, a molybdenum aqueous solution was prepared using a molybdenum content of 3% by weight based on the weight of the catalyst.

비교제조예 5Comparative Manufacturing Example 5

비교제조예 3의 몰리브덴 첨가 과정에서 몰리브덴 함량을 촉매 무게 기준으로 5 중량%를 이용하여 몰리브덴 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 비교제조예 3과 동일한 방법으로 "2V5MoTi"를 제조하였다.“2V5MoTi” was prepared in the same manner as Comparative Preparation Example 3, except that in the molybdenum addition process of Comparative Preparation Example 3, a molybdenum aqueous solution was prepared using a molybdenum content of 5% by weight based on the weight of the catalyst.

비교제조예 6Comparative Manufacturing Example 6

비교제조예 3의 몰리브덴 첨가 과정에서 몰리브덴 함량을 촉매 무게 기준으로 7 중량%를 이용하여 몰리브덴 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 비교제조예 3과 동일한 방법으로 "2V7MoTi"를 제조하였다.“2V7MoTi” was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 3, except that in the molybdenum addition process of Comparative Preparation Example 3, a molybdenum aqueous solution was prepared using a molybdenum content of 7% by weight based on the weight of the catalyst.

비교제조예 7Comparative Manufacturing Example 7

제조예 2의 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 첨가 과정에서 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 각각 10, 15 및 10 중량%를 이용하여 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 2와 동일한 방법으로 "10V15Mo10SbTi"를 제조하였다.In the process of adding antimony, molybdenum, and vanadium in Preparation Example 2, except that an aqueous solution of antimony, molybdenum, and vanadium was prepared using 10, 15, and 10% by weight of antimony, molybdenum, and vanadium, respectively, based on the weight of the catalyst. , “10V15Mo10SbTi” was manufactured in the same manner as Preparation Example 2.

비교제조예 8Comparative Manufacturing Example 8

비교제조예 3의 몰리브덴 및 바나듐 첨가 과정에서 몰리브덴 및 바나듐 함량을 촉매 무게 기준으로 각각 15 및 10 중량%를 이용하여 몰리브덴 및 바나듐 수용액을 제조하는 것을 제외하고는, 비교제조예 3과 동일한 방법으로 "10V15MoTi"를 제조하였다."In the same manner as Comparative Preparation Example 3, except that in the molybdenum and vanadium addition process of Comparative Preparation Example 3, molybdenum and vanadium aqueous solutions were prepared using molybdenum and vanadium contents of 15 and 10% by weight, respectively, based on the weight of the catalyst." 10V15MoTi" was prepared.

비교제조예 9Comparative Manufacturing Example 9

질소산화물 제거용 바나듐-텅스텐-티타니아 촉매의 제조에 있어 암모늄메타텅스테이트((NH4)6H2W12O40)를 촉매 무게 기준으로 5 중량% 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 텅스텐 수용액을 제조하였다. 계속하여, 바나듐 전구체로 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 촉매 무게 기준으로 2 중량%가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 전구체 수용액을 제조하였다. 이 경우, 암모늄메타바나데이트의 용해도를 높이기 위하여 바나듐 수용액의 pH가 2.5가 될 때까지 옥살산(바나듐 몰비 1:1에 해당하는 양)을 조금씩 저어가며 투입한다. 제조된 텅스텐 및 바나듐 수용액을 티타니아에 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후 진공 회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 하루 이상 충분히 건조한다. 마지막으로, 컨벡션형(convection) 로에서 500℃의 온도로 5 시간 동안 공기 분위기 하에 소성시켜 "2V5WTi"를 제조하였다.In the production of a vanadium-tungsten-titania catalyst for nitrogen oxide removal, ammonium metatungstate ((NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 ) is weighed to 5% by weight based on the weight of the catalyst, and then heated to 60°C or higher in distilled water. An aqueous tungsten solution was prepared by dissolving in . Subsequently, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium precursor was weighed to 2% by weight based on the weight of the catalyst and then dissolved in distilled water heated to 60°C or higher to prepare an aqueous vanadium precursor solution. In this case, in order to increase the solubility of ammonium metavanadate, oxalic acid (corresponding to a 1:1 molar ratio of vanadium) is added while stirring little by little until the pH of the vanadium aqueous solution reaches 2.5. The prepared aqueous solution of tungsten and vanadium is mixed with titania to form a slurry. After removing moisture using a vacuum rotary evaporator, the slurry is sufficiently dried in a dryer at 103°C for more than a day to completely remove moisture contained in micropores. Finally, “2V5WTi” was prepared by firing in an air atmosphere at a temperature of 500°C for 5 hours in a convection furnace.

이상에서 설명한 제조예 및 비교제조예에 따른 촉매 조성을 하기의 [표 1]에 나타내었다.The catalyst composition according to the Preparation Example and Comparative Preparation Example described above is shown in [Table 1] below.

구 분division 바나듐vanadium
함량(wt%)Content (wt%)
몰리브덴molybdenum
함량(wt%)Content (wt%)
안티몬antimony
함량(wt%)Content (wt%)
비고note 촉 매catalyst
제조예 1Manufacturing Example 1 22 1One 22 -- 2V1MoSbTi2V1MoSbTi 제조예 2Production example 2 22 33 22 -- 2V3MoSbTi2V3MoSbTi 제조예 3Production example 3 22 55 22 -- 2V5MoSbTi2V5MoSbTi 제조예 4Production example 4 22 77 22 -- 2V7MoSbTi2V7MoSbTi 제조예 5Production example 5 22 33 22 티타니아에 안티몬 혼합 200도 열처리 후 바나듐 및 몰리브덴 담지Mix antimony with titania, heat treat at 200 degrees, then deposit vanadium and molybdenum 2V3MoSbTi2V3MoSbTi 제조예 6Production example 6 22 33 22 티타니아에 몰리브덴 혼합 200도 열처리 후 바나듐 및 안티몬 담지Molybdenum mixed with titania, heat treated at 200 degrees, vanadium and antimony deposited 2VSb3MoTi2VSb3MoTi 제조예 7Production example 7 22 33 22 티타니아에 안티몬 혼합 500도 열처리 후 바나듐 및 몰리브덴 담지Mix antimony with titania, heat treat at 500 degrees, then deposit vanadium and molybdenum 2V3MoSbTi2V3MoSbTi 제조예 8Production example 8 1One 33 22 -- 1V3MoSbTi1V3MoSbTi 제조예 9Production example 9 1.51.5 33 22 -- 1.5V3MoSbTi1.5V3MoSbTi 제조예 10Production example 10 33 33 22 -- 3V3MoSbTi3V3MoSbTi 제조예 11Production example 11 44 33 22 -- 4V3MoSbTi4V3MoSbTi 제조예 12Production example 12 55 33 22 -- 5V3MoSbTi5V3MoSbTi 비교제조예 1Comparative Manufacturing Example 1 22 -- -- -- 2VTi2VTi 비교제조예 2Comparative Manufacturing Example 2 22 -- 22 -- 2VSbTi2VSbTi 비교제조예 3Comparative Manufacturing Example 3 22 1One -- -- 2V1MoTi2V1MoTi 비교제조예 4Comparative Manufacturing Example 4 22 33 -- -- 2V3MoTi2V3MoTi 비교제조예 5Comparative Manufacturing Example 5 22 55 -- -- 2V5MoTi2V5MoTi 비교제조예 6Comparative Manufacturing Example 6 22 77 -- -- 2V7MoTi2V7MoTi 비교제조예 7Comparative Manufacturing Example 7 1010 1515 1010 -- 10V15Mo10SbTi10V15Mo10SbTi 비교제조예 8Comparative Manufacturing Example 8 1010 1515 -- -- 10V15MoTi10V15MoTi 비교제조예 9Comparative Manufacturing Example 9 22 -- -- 텅스텐 5 wt% 담지Contains 5 wt% tungsten 2V5WTi2V5WTi

실시예 1Example 1

본 발명의 촉매 제조에 있어서 질소산화물 제거 효율을 확인 하고자 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2 및 비교제조예 9에 따라 제조된 촉매에 대하여 공간속도 60,000 hr-1 조건하에 SCR 반응 특성을 평가하기 위해 NOx의 전환율을 측정하였으며, 그 결과를 하기의 도 1에 나타내었다. 실험 조건 및 측정 방법은 다음과 같고, 이는 후술하는 실시예 2 내지 4에서도 동일하다.In order to confirm the nitrogen oxide removal efficiency in preparing the catalyst of the present invention, the catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9 were tested at a space velocity of 60,000 hr -1. To evaluate the SCR reaction characteristics under the conditions, the conversion rate of NOx was measured, and the results are shown in Figure 1 below. The experimental conditions and measurement methods are as follows, and are the same in Examples 2 to 4 described later.

[실험 조건] [Experimental conditions]

촉매 반응기의 주입되는 가스는 공기 분위기 하에서 기체상 질소산화물 농도는 800 ppm, 산소 3%, 수분 6 vol.%, 유입유량 500 cc/min, 공간속도 60,000 hr-1, 실험 온도 범위는 180~400℃ 에서 실험을 실시하였다. 참고적으로, 공간속도는 촉매가 처리할 수 있는 대상 가스의 양을 나타내는 지표로서, 전체 가스 유량에 대한 촉매의 부피 비율로 나타낸다.The gas injected into the catalytic reactor is in an air atmosphere with a gaseous nitrogen oxide concentration of 800 ppm, oxygen 3%, moisture 6 vol.%, inflow rate of 500 cc/min, space velocity of 60,000 hr -1 , and test temperature range of 180~400. The experiment was conducted at ℃. For reference, space velocity is an indicator of the amount of target gas that the catalyst can process, and is expressed as the volume ratio of the catalyst to the total gas flow rate.

[측정 방법][measurement method]

기체상 질소산화물 전환율은 하기의 [수학식 1]에 따라 계산하였다. 또한, 질소 전환율은 주입되는 기체상 질소산화물이 미반응 되어 발생하는 질소 산화물의 농도를 비분산 적외선 가스분석기(ZKJ-2, Fuji Electric Co.)로 측정하여 계산하다. 추가적으로 환원제의 역할로 주입되는 기체상 암모니아가 미반응되어 발생하는 NH3 slip을 측정하고자 검지관을 사용하여, 기체상의 암모니아 농도를 측정하였다.The gas phase nitrogen oxide conversion rate was calculated according to [Equation 1] below. In addition, the nitrogen conversion rate is calculated by measuring the concentration of nitrogen oxides generated when the injected gaseous nitrogen oxides are unreacted using a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co.). Additionally, the concentration of gaseous ammonia was measured using a detector tube to measure NH 3 slip that occurs due to unreacted gaseous ammonia injected as a reducing agent.

[수학식 1][Equation 1]

도 1로부터 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2 및 비교제조예 9'의 질소산화물 제거율을 살펴보면, 비교제조예 1(2VTi)에 안티모니 또는/그리고 몰리브덴 및 텅스텐이 첨가 됨으로써 전반적인 저온 탈질효율 증진 효과를 확인할 수 있다. 특히 제조예 2(2V3MoSbTi)의 티타니아에 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐을 담지하여 촉매를 제조한 경우 200~250℃ 온도영역에서 더욱 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Looking at the nitrogen oxide removal rates of Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9' from FIG. 1, antimony or/and molybdenum and tungsten were added to Comparative Preparation Example 1 (2VTi). By adding this, the overall low-temperature denitrification efficiency improvement effect can be confirmed. In particular, it can be seen that when the catalyst was prepared by supporting antimony, molybdenum, and vanadium on titania in Preparation Example 2 (2V3MoSbTi), it showed a better nitrogen oxide conversion rate in the temperature range of 200 to 250 ° C.

실시예 2Example 2

실시예 1에서의 결과를 토대로, 추가적으로 다양한 함량의 몰리브덴 첨가가 질소산화물 전환율에 미치는 영향을 확인하고자 실험을 수행 하였으며, 그 결과를 아래 도 2 내지 도 4에 나타내었다. 실험 조건은 상술한 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 사용된 촉매는 몰리브덴 함량에 따라 비교제조예 3 내지 6 및 제조예 1 내지 4가 사용되었다.Based on the results in Example 1, an experiment was conducted to determine the effect of adding various amounts of molybdenum on the nitrogen oxide conversion rate, and the results are shown in Figures 2 to 4 below. The experimental conditions were carried out in the same manner as in Example 1 described above, and the catalysts used were Comparative Preparation Examples 3 to 6 and Preparation Examples 1 to 4 depending on the molybdenum content.

도 2로부터 비교제조예 3 내지 6(2VxMoTi)의 질소산화물 제거율과 같이, 첨가된 몰리브덴의 함량이 변화 됨으로써 상이한 질소산화물 제거 성능을 나타내었다. 특히 비교제조예 4(2V3MoTi)의 촉매 기준 3 중량%의 몰리브덴을 담지하여 제조된 촉매의 경우 2VxMoTi 촉매들 중 200~250℃ 온도영역에서 더욱 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.From Figure 2, like the nitrogen oxide removal rates of Comparative Preparation Examples 3 to 6 (2VxMoTi), different nitrogen oxide removal performance was shown as the content of added molybdenum was changed. In particular, it can be seen that the catalyst prepared by supporting 3% by weight of molybdenum based on the catalyst of Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi) shows a better nitrogen oxide conversion rate in the temperature range of 200 to 250°C among the 2VxMoTi catalysts.

도 3으로부터 제조예 1 내지 4(2VxMoSbTi)의 질소산화물 제거율과 같이, 첨가된 몰리브덴의 함량이 변화 됨으로써 상이한 질소산화물 제거 성능을 나타내었다. 특히 제조예 2(2V3MoSbTi)의 촉매 기준 3 중량%의 몰리브덴을 담지하여 제조된 촉매의 경우 2VxMoSbTi 촉매들 중 200~250℃ 온도영역에서 가장 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.From Figure 3, as shown in the nitrogen oxide removal rates of Preparation Examples 1 to 4 (2VxMoSbTi), different nitrogen oxide removal performance was shown as the content of added molybdenum was changed. In particular, it can be seen that the catalyst prepared by supporting 3% by weight of molybdenum based on the catalyst of Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) shows the best nitrogen oxide conversion rate in the temperature range of 200 to 250°C among the 2VxMoSbTi catalysts.

도 4로부터 비교제조예 3 내지 6(2VxMoTi) 및 제조예 1 내지 4(2VxMoSbTi)의 220℃에서의 질소산화물 제거율을 확인할 수 있다. 안티모니가 포함된 제조예 1(2V1MoSbTi) 및 제조예 2(2V3MoSbTi) 촉매들이 220℃에서 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 제조예 3(2V5MoSbTi) 및 제조예 4(2V7MoSbTi) 촉매들은 비교제조예 5(2V5MoTi) 및 비교제조예 6(2V7MoTi) 보다 낮은 질소산화물 전환율을 나타낸다. 특히 제조예 2(2V3MoSbTi)의 촉매 기준 2 중량%의 안티모니 및 3 중량%의 몰리브덴을 담지하여 제조된 촉매의 경우 220℃에서 가장 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.From Figure 4, the nitrogen oxide removal rates at 220°C of Comparative Preparation Examples 3 to 6 (2VxMoTi) and Preparation Examples 1 to 4 (2VxMoSbTi) can be confirmed. It can be seen that the catalysts of Preparation Example 1 (2V1MoSbTi) and Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) containing antimony exhibit excellent nitrogen oxide conversion rates at 220°C. On the other hand, the catalysts of Preparation Example 3 (2V5MoSbTi) and Preparation Example 4 (2V7MoSbTi) show lower nitrogen oxide conversion rates than Comparative Preparation Example 5 (2V5MoTi) and Comparative Preparation Example 6 (2V7MoTi). In particular, it can be seen that the catalyst prepared by supporting 2% by weight of antimony and 3% by weight of molybdenum based on the catalyst of Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) shows the best nitrogen oxide conversion rate at 220°C.

실시예 3Example 3

실시예 1 및 2에서의 결과를 토대로, 추가적으로 함침법을 이용한 다양한 담지 방법 통해 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매에 제조하여 메탈 담지 순서 및 방법이 질소산화물 전환율에 미치는 영향을 확인하고자 실험을 수행 하였다. 실험 조건은 상술한 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 사용된 촉매는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매에서 메탈 담지 순서 및 방법에 따라 제조된 제조예 2 및 제조예 5 내지 7이 사용되었다.Based on the results in Examples 1 and 2, an experiment was conducted to determine the effect of the order and method of metal support on the nitrogen oxide conversion rate by preparing it on a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst through various supporting methods using an impregnation method. did. The experimental conditions were carried out in the same manner as in Example 1 described above, and the catalyst used was Preparation Example 2 and Preparation Examples 5 to 7, which were prepared according to the metal loading sequence and method on a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst. .

도 5로부터 제조예 2 및 제조예 5 내지 7의 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매에서 메탈 담지 순서 및 방법에 따른 질소산화물 전환율 활성 효율의 차이가 발생함을 알 수 있다. 티타니아에 안티몬 전구체를 혼합하여 건조 후 200℃에서 소성 후 바나듐 및 몰리브덴 전구체를 담지하는 제조예 5, 티타니아에 몰리브덴 전구체를 혼합하여 건조 후 200℃에서 소성 후 바나듐 및 안티몬 전구체를 담지하는 제조예 6, 그리고 티타니아에 안티몬 전구체를 혼합하여 건조 후 500℃에서 소성 후 바나듐 및 몰리브덴 전구체를 담지하는 제조예 7의 경우, 유사한 수준의 질소산화물 전환율을 나타내었다. 특히, 티타니아에 안티몬, 몰리브덴 및 바나듐 전구체를 담지하는 제조예 2는 200~250℃ 온도영역에서 가장 우수한 질소산화물 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 제조예 2에 해당하는 제조방법은 촉매 제조 시 열처리 공정을 1 회로 줄여 간단한 제조과정으로 촉매를 제조할 수 있다는 점에서 의의가 있다.From Figure 5, it can be seen that differences in nitrogen oxide conversion activity efficiency occur in the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalysts of Preparation Example 2 and Preparation Examples 5 to 7 depending on the metal loading order and method. Preparation Example 5, in which an antimony precursor was mixed with titania, dried, and then fired at 200°C to support vanadium and molybdenum precursors; Preparation Example 6, in which a molybdenum precursor was mixed with titania, dried, and fired at 200°C to support vanadium and antimony precursors; And in the case of Preparation Example 7, in which an antimony precursor was mixed with titania, dried, and then fired at 500°C to support vanadium and molybdenum precursors, a similar level of nitrogen oxide conversion was shown. In particular, it can be seen that Preparation Example 2, in which antimony, molybdenum, and vanadium precursors are supported on titania, exhibits the best nitrogen oxide conversion rate in the temperature range of 200 to 250°C. The manufacturing method corresponding to Preparation Example 2 is significant in that the catalyst can be manufactured through a simple manufacturing process by reducing the heat treatment process to one when manufacturing the catalyst.

실시예 4Example 4

실시예 3에서의 결과를 토대로, 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매에서 다양한 함량의 바나듐 첨가가 질소산화물 전환율에 미치는 영향을 확인하고자 실험을 수행하였다. 실험 조건은 상술한 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 사용된 촉매는 바나듐 함량에 따라 제조예 2 및 제조예 8 내지 12가 사용되었다. Based on the results in Example 3, an experiment was performed to determine the effect of adding various amounts of vanadium on the nitrogen oxide conversion rate in the vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst. The experimental conditions were carried out in the same manner as in Example 1 described above, and the catalysts used were Preparation Example 2 and Preparation Examples 8 to 12 depending on the vanadium content.

도 6으로부터 바나듐 함량이 1 중량%(제조예 8)에서 3 중량%(제조예 10)로 증가함에 따라 180~250℃ 온도영역에서 질소산화물 전환율은 증가하는 추세를 확인할 수 있다. 한편, 바나듐 함량이 4 중량%(제조예 11)인 촉매는 바나듐 함량이 3 중량%(제조예 10)인 촉매와 유사한 저온 질소산화물 전환율을 나타내었다. 반면, 바나듐 함량이 5 중량%(제조예 12)인 촉매는 바나듐 함량이 증가함에 따라 오히려 감소된 저온 질소산화물 전환율을 나타낸다.From Figure 6, it can be seen that as the vanadium content increases from 1% by weight (Preparation Example 8) to 3% by weight (Preparation Example 10), the nitrogen oxide conversion rate increases in the temperature range of 180 to 250°C. Meanwhile, the catalyst with a vanadium content of 4% by weight (Preparation Example 11) showed a low-temperature nitrogen oxide conversion rate similar to that of the catalyst with a vanadium content of 3% by weight (Preparation Example 10). On the other hand, the catalyst with a vanadium content of 5% by weight (Preparation Example 12) shows a low-temperature nitrogen oxide conversion rate that decreases as the vanadium content increases.

실시예 5Example 5

본 발명의 촉매 제조에 있어서 이산화황에 대한 촉매 내구성에 미치는 영향을 확인 하고자 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 제조예 2 및 비교제조예 9에 대하여 질소산화물 제거 반응 중 이산화황을 주입하여 촉매의 이산화황 대한 내구성 실험을 수행하였으며, 실험조건은 다음과 같다.In order to confirm the effect of sulfur dioxide on catalyst durability in the production of the catalyst of the present invention, sulfur dioxide was removed during the nitrogen oxide removal reaction for Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 9. A durability test for sulfur dioxide of the catalyst was performed by injection, and the test conditions were as follows.

[실험 조건][Experimental conditions]

촉매 반응기의 주입되는 가스는 공기 분위기 하에서 기체상 질소산화물 농도는 250 ppm, 주입되는 암모니아/질소산화물 비율 0.98, 산소 15 vol%, 수분 6 vol%, 유입유량 500 cc/min, 공간속도 30,000 hr-1, 실험 온도 범위는 220℃ 에서 실험을 실시하였다. 이산화황 내구성 실험은 상술한 촉매 제조방법으로부터 제조된 촉매의 탈질반응 중 수분 및 이산화황을 주입하여 반응시간 당 변화되는 질소산화물 제거 성능을 측정한 것이다.The gas injected into the catalytic reactor is in an air atmosphere, with a gaseous nitrogen oxide concentration of 250 ppm, an injected ammonia/nitrogen oxide ratio of 0.98, oxygen 15 vol%, moisture 6 vol%, inflow rate 500 cc/min, space velocity 30,000 hr - 1 , the experiment temperature range was 220℃. The sulfur dioxide durability test measures the nitrogen oxide removal performance that changes per reaction time by injecting moisture and sulfur dioxide during the denitrification reaction of the catalyst prepared by the catalyst preparation method described above.

도 7의 결과를 참조하면, 제조예 2(2V3MoSbTi)는 가장 우수한 이산화황에 대한 내구성을 나타내었다. 상기 비교제조예 1(2VTi), 비교제조예 9(2V5WTi), 비교제조예 2(2VSbTi), 비교제조예 4(2V3MoTi) 및 제조예 2(2V3MoSbTi)에 대한 선택적촉매환원 반응에서 6 vol%의 수분 및 75 ppm의 이산화황을 주입함에 따라 질소산화물 제거율이 촉매 비활성화에 의해 초기성능 대비 85%까지 저하되는데 소요되는 시간은 각각 132, 165, 240, 833 및 1130 시간이다. 제조예 2(2V3MoSbTi)는 안티모니 및 몰리브덴 첨가로 인해 더욱 증진된 이산화황 저항성을 보인다.Referring to the results in FIG. 7, Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) showed the best durability against sulfur dioxide. In the selective catalytic reduction reaction for Comparative Preparation Example 1 (2VTi), Comparative Preparation Example 9 (2V5WTi), Comparative Preparation Example 2 (2VSbTi), Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), and Preparation Example 2 (2V3MoSbTi), 6 vol% As moisture and 75 ppm of sulfur dioxide are injected, the time required for the nitrogen oxide removal rate to decrease to 85% of the initial performance due to catalyst deactivation is 132, 165, 240, 833, and 1130 hours, respectively. Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) shows further improved sulfur dioxide resistance due to the addition of antimony and molybdenum.

실시예 6Example 6

상기 제조예 2(2V3Mo2SbTi), 비교제조예 4(2V3MoTi), 비교제조예 7(10V15Mo10SbTi) 및 비교제조예 8(10V15MoTi)의 결정 구조를 X-선 회절기(X-ray diffractomer)를 사용하여 분석하였고, 그 결과로 도출된 X-선 회절패턴(XRD pattern)들을 도시하였다. 도 8을 참조하면, 제조예 2(2V3Mo2SbTi) 및 비교제조예 4(2V3MoTi)는 모두 티타니아 담체를 의미하는 정방정(tetragonal) 결정구조를 가지는 아나타제(anatase phase)의 결정면들만이 관찰된 반면, 결정형 금속 산화물에 대한 피크는 관찰되지 않았다. 이는 담지체에 분산된 금속산화물 결정입자의 크기 또는 함량이 X-선 회절 분석을 수행하기에는 매우 작기 때문으로 해석된다. 따라서, 촉매에 포함된 금속산화물의 양을 각각 5배 증가시킨 비교제조예 7(10V15Mo10SbTi) 및 비교제조예 8(10V15MoTi)의 X-선 회절패턴(XRD pattern)을 실시하였다. 비교제조예 7(10V15Mo10SbTi)에서는 V2MoO8 및 Sb2O5에 해당하는 피크가 관찰되었다. 한편, 비교제조예 8(10V15MoTi)에서는 V2O5, V2MoO8 및 MoO3에 해당하는 피크가 관찰되었으며, 특히 V2MoO8에 해당하는 피크는 매우 작게 관찰되었다. 상기 결과로부터 바나듐 산화물 및 몰리브덴 산화물은 VMoSbTi에서 V2MoO8 종으로 존재하지만, VMoTi에서는 대부분 V2O5 및 MoO3로 존재하는 것을 확인하였다. The crystal structures of Preparation Example 2 (2V3Mo2SbTi), Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), Comparative Preparation Example 7 (10V15Mo10SbTi), and Comparative Preparation Example 8 (10V15MoTi) were analyzed using an X-ray diffractomer. and the resulting X-ray diffraction patterns (XRD patterns) were shown. Referring to FIG. 8, in both Preparation Example 2 (2V3Mo2SbTi) and Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), only crystal planes of anatase phase having a tetragonal crystal structure, indicating a titania carrier, were observed, whereas crystalline surfaces of the anatase phase were observed. No peaks for metal oxides were observed. This is interpreted to be because the size or content of the metal oxide crystal particles dispersed in the carrier is too small to perform X-ray diffraction analysis. Therefore, an In Comparative Preparation Example 7 (10V15Mo10SbTi), peaks corresponding to V 2 MoO 8 and Sb 2 O 5 were observed. Meanwhile, in Comparative Preparation Example 8 (10V15MoTi), peaks corresponding to V 2 O 5 , V 2 MoO 8 and MoO 3 were observed, and in particular, the peak corresponding to V 2 MoO 8 was observed to be very small. From the above results, it was confirmed that vanadium oxide and molybdenum oxide exist as V 2 MoO 8 types in VMoSbTi, but mostly as V 2 O 5 and MoO 3 in VMoTi.

보다 명확한 금속산화물의 결정형 분석을 위해 상기 제조예 2(2V3Mo2SbTi), 비교제조예 4(2V3MoTi), 비교제조예 7(10V15Mo10SbTi) 및 비교제조예 8(10V15MoTi)의 전자회절 패턴(selected area electron diffraction pattern, SAED pattern)을 이용하여 분석하였다. 도 9를 참조하면, 제조예 2(2V3Mo2SbTi) 및 비교제조예 7(10V15Mo10SbTi)에서는 아나타제 TiO2, V2MoO8, SbVO4 결정면에 해당하는 원형 고리를 보여준다. 반면, 비교제조예 4(2V3MoTi) 및 비교제조예 8(10V15MoTi)은 아나타제 TiO2, V2O5, MoO3 및 V2MoO8 결정면에 해당하는 원형 고리가 관찰되었다. For a clearer crystalline analysis of the metal oxide, the selected area electron diffraction pattern of Preparation Example 2 (2V3Mo2SbTi), Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), Comparative Preparation Example 7 (10V15Mo10SbTi), and Comparative Preparation Example 8 (10V15MoTi) was used. , SAED pattern) was used for analysis. Referring to Figure 9, Preparation Example 2 (2V3Mo2SbTi) and Comparative Preparation Example 7 (10V15Mo10SbTi) show circular rings corresponding to anatase TiO 2 , V 2 MoO 8 , and SbVO 4 crystal planes. On the other hand, in Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi) and Comparative Preparation Example 8 (10V15MoTi), circular rings corresponding to anatase TiO 2 , V 2 O 5 , MoO 3 and V 2 MoO 8 crystal planes were observed.

X-선 회절 분석 및 전자회절 패턴 결과에서와 같이 VMoSbTi의 바나듐 산화물은 V2MoO8 구조에 대부분 존재하며 SbVO4의 구조의 부분적인 존재를 확인하였다. 반면, VMoTi를 구성하는 주 바나듐 산화물의 구조는 V2O5를 나타내며, 몰리브덴 산화물은 MoO3 구조로 존재함을 확인하였다(V2O5 구조 및 V2MoO8 구조가 관찰됨). Sb가 VMoTi에 추가됨에 따라 바나듐 산화물의 구조가 V2O5에서 V2MoO8로 변환되었음을 나타낸다.As shown in the X-ray diffraction analysis and electron diffraction pattern results, most of the vanadium oxide of VMoSbTi exists in the V 2 MoO 8 structure and the partial presence of the SbVO 4 structure was confirmed. On the other hand, the structure of the main vanadium oxide constituting VMoTi was V 2 O 5 , and molybdenum oxide was confirmed to exist in the MoO 3 structure (V 2 O 5 structure and V 2 MoO 8 structure were observed). It shows that the structure of vanadium oxide was converted from V 2 O 5 to V 2 MoO 8 as Sb was added to VMoTi.

실시예 7Example 7

비교제조예 4, 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매에 대하여 Mo 3d의 XPS 결과를 분석하여 Gaussian-Lorentzia법에 의해 분리하여 촉매 표면에 존재하는 전체 몰리브덴에 대한 산화가 6가의 합에 해당하는 몰리브덴(Mo6+)의 비율을 나타내었다. 도 10의 결과를 참조하면, 비교제조예 4(2V3MoTi)은 62.5%, 제조예 1(2V1MoSbTi)은 81.8%, 제조예 2(2V3MoSbTi)은 83.3%, 제조예 3(2V5MoSbTi)은 84.6% 그리고 제조예 4(2V7MoSbTi)는 83.4%의 Mo6+ 비율을 나타낸다. 안티모니가 포함되지 않은 2V3MoTi의 경우 62.5%의 비교적 낮은 Mo6+ 비율을 나타낸 반면, 안티모니가 포함된 2VxMoSbTi의 경우 81.8~84.6%의 높은 비율을 보여준다.The XPS results of Mo 3d were analyzed for the catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 4 and Preparation Examples 1 to 4 and separated by the Gaussian-Lorentzia method, and the oxidation of all molybdenum present on the catalyst surface corresponds to the sum of the hexavalent values. The ratio of molybdenum (Mo 6+ ) is shown. Referring to the results of FIG. 10, Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi) was 62.5%, Preparation Example 1 (2V1MoSbTi) was 81.8%, Preparation Example 2 (2V3MoSbTi) was 83.3%, Preparation Example 3 (2V5MoSbTi) was 84.6%, and Preparation Example 3 (2V5MoSbTi) was 84.6%. Example 4 (2V7MoSbTi) shows a Mo 6+ ratio of 83.4%. 2V3MoTi, which does not contain antimony, shows a relatively low Mo 6+ ratio of 62.5%, while 2VxMoSbTi, which contains antimony, shows a high ratio of 81.8 to 84.6%.

이어서, 상술한 XPS 분석과 동일한 방법으로 비교제조예 1, 비교제조예 2, 비교제조예 4, 및 제조예 1 내지 4에 따라 제조된 촉매에 대하여 V 2p의 XPS 분석 결과를 분리하여 촉매 표면에 존재하는 바나듐 산화물의 종류 및 분포 비율을 나타내었다. 도 11의 결과를 참조하면, 바나듐 산화물 중 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율은 제조예 2(2V3MoSbTi; 33.3%) > 제조예 1(2V1MoSbTi; 29.7%) > 비교제조예 4(2V3MoTi; 25.7%) > 비교제조예 2(2VSbTi; 21.7%) > 비교제조예 1(2VTi; 20.1%) > 제조예 3(2V5MoSbTi; 18.0%) > 제조예 4(2V7MoSbTi; 14.3%)의 순서를 나타낸다. 상기 바나듐(V4+ + V3+)의 비율을 바탕으로, 2VxMoSbTi 촉매에 대한 몰리브덴 함량(0, 1, 3, 5 및 7 중량%)에 따른 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율과 질소산화물 전환율과의 상관관계를 나타내었다. 도 12의 결과를 참조하면, 전체 바나듐에 대한 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)의 비율이 증가할수록 220 및 200℃의 저온 질소산화물 전환율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.Next, the XPS analysis results of V 2p were separated for the catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, and Preparation Examples 1 to 4 using the same method as the XPS analysis described above, and the The type and distribution ratio of vanadium oxide present are shown. Referring to the results of FIG. 11, the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ) whose oxidation to the total vanadium in the vanadium oxide corresponds to the sum of tetravalence and trivalence is Preparation Example 2 (2V3MoSbTi; 33.3%) > Preparation Example 1 (2V1MoSbTi; 29.7%) > Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi; 25.7%) > Comparative Preparation Example 2 (2VSbTi; 21.7%) > Comparative Preparation Example 1 (2VTi; 20.1%) > Preparation Example 3 (2V5MoSbTi; 18.0%) ) > Shows the sequence of Preparation Example 4 (2V7MoSbTi; 14.3%). Based on the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ), the oxidation value for the total vanadium according to the molybdenum content (0, 1, 3, 5, and 7 wt%) for the 2VxMoSbTi catalyst is the sum of tetravalent and trivalent The correlation between the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ) and the nitrogen oxide conversion rate was shown. Referring to the results of FIG. 12, as the ratio of vanadium (V 4+ + V 3+ ), which corresponds to the sum of tetravalent and trivalent oxidation of all vanadium, increases, the low-temperature nitrogen oxide conversion rate at 220 and 200 ° C increases. You can check that.

실시예 8Example 8

실시예 5에서의 결과를 토대로, 본 발명의 촉매 제조에 있어서 배기가스에 포함된 이산화황의 흡착량이 촉매 내구성에 미치는 영향에 대하여 확인 하고자 비교제조예 1(2VTi), 비교제조예 2(2VSbTi), 비교제조예 4(2V3MoTi), 제조예 2(2V3MoSbTi) 및 비교제조예 9(2V5WTi)에 따라 제조된 촉매들의 이산화황 흡착량을 측정하여 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.Based on the results in Example 5, Comparative Preparation Example 1 (2VTi), Comparative Preparation Example 2 (2VSbTi), and The sulfur dioxide adsorption amount of the catalysts prepared according to Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), Preparation Example 2 (2V3MoSbTi), and Comparative Preparation Example 9 (2V5WTi) was measured, and the results are shown in Table 2 below.

[측정 방법][measurement method]

Micromeritics社의 AutoChem II-2920 chemisorption analyzer와 Hiden社의 HPR20m mass spectrometer를 이용하여 분석하였다. 실험방법은 반응 장치내에 0.1g의 촉매를 장착한 후 220℃의 온도에서 1%의 이산화황 가스를 주입하여 1 시간 동안 흡착 시킨 후 1 시간 동안 아르곤 가스를 주입하여 물리적으로 흡착된 이산화황을 배제시킨다. 이후, 반응기를 220℃부터 1000℃까지 10℃/min 속도로 승온시키고 후단 탈착된 가스를 매스 스펙트럼 분석기를 이용하여 측정하였다. 온도가 상승함에 따라 탈착되는 이산화황(m/e, 분자량=64)의 강도(intensity)를 측정한 후, 적분하여 면적을 계산하여 표준화 계산 과정을 통해 각 촉매들의 흡착량을 계산하여 그 결과를 나타내었다.Analysis was performed using Micromeritics' AutoChem II-2920 chemisorption analyzer and Hiden's HPR20m mass spectrometer. The experimental method is to install 0.1 g of catalyst in the reaction device, inject 1% sulfur dioxide gas at a temperature of 220°C, adsorb for 1 hour, and then inject argon gas for 1 hour to exclude physically adsorbed sulfur dioxide. Afterwards, the reactor was heated from 220°C to 1000°C at a rate of 10°C/min, and the gas desorbed at the rear was measured using a mass spectrum analyzer. After measuring the intensity of sulfur dioxide (m/e, molecular weight = 64) that desorbs as the temperature rises, integrate to calculate the area, calculate the adsorption amount of each catalyst through a standardized calculation process, and present the results. It was.

구 분division 도달시간(hr)Arrival time (hr)
XX NOxNOx /X/X NOx,initialNOx,initial
이산화황 흡착량Sulfur dioxide adsorption amount
(μmol(μmol SO2SO2 g g -1-One CATCAT ))
비교제조예 1Comparative Manufacturing Example 1 132132 167.1167.1 비교제조예 2Comparative Manufacturing Example 2 240240 58.358.3 비교제조예 4Comparative Manufacturing Example 4 833833 24.024.0 제조예 2Production example 2 11301130 7.07.0 비교제조예 9Comparative Manufacturing Example 9 165165 63.763.7

[표 2]의 결과를 참조하면, 각각의 촉매는 상이한 이산화황 흡착량을 보이며, 이산화황 흡착량은 비교제조예 1(2VTi; 167.1 μmolSO2 g-1 CAT) > 비교제조예 9(2V5WTi; 63.7 μmolSO2 g-1 CAT) > 비교제조예 2(2VSbTi; 58.3 μmolSO2 g-1 CAT) > 비교제조예 4(2V3MoTi; 24.0 μmolSO2 g-1 CAT) > 제조예 2(2V3MoSbTi; 7.0 μmolSO2 g-1 CAT)의 순서를 나타낸다. 이어서, 상기 결과를 토대로 이산화황 흡착량과 촉매 내구성과의 상관관계를 조사하였다.Referring to the results in [Table 2], each catalyst shows a different sulfur dioxide adsorption amount, and the sulfur dioxide adsorption amount is Comparative Preparation Example 1 (2VTi; 167.1 μmol SO2 g -1 CAT ) > Comparative Preparation Example 9 (2V5WTi; 63.7 μmol) SO2 g -1 CAT ) > Comparative Preparation Example 2 (2VSbTi; 58.3 μmol SO2 g -1 CAT ) > Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi; 24.0 μmol SO2 g -1 CAT ) > Preparation Example 2 (2V3MoSbTi; 7.0 μmol SO2 g - 1 CAT ) indicates the order. Next, based on the above results, the correlation between sulfur dioxide adsorption amount and catalyst durability was investigated.

도 13의 결과를 참조하면, 비교제조예 1(2VTi), 비교제조예 2(2VSbTi), 비교제조예 4(2V3MoTi), 제조예 2(2V3MoSbTi) 및 비교제조예 9(2V5WTi)에 따라 제조된 촉매들로부터 측정된 이산화황 흡착량이 감소함에 따라 탈질반응에서 이산화황 주입에 의한 내구성은 증가하는 추세를 나타낸다. 특히, 제조예 2(2V3MoSbTi)의 경우 이산화황 흡착량은 가장 낮은 7.0 μmolSO2 g-1 CAT을 보이면서, 내구성 실험 결과 초기성능 대비 85%까지 저하되는데 소요되는 시간(XNOx/XNOx,initial = 0.85)은 가장 긴 1130 시간으로 확인되었다.Referring to the results of FIG. 13, Comparative Preparation Example 1 (2VTi), Comparative Preparation Example 2 (2VSbTi), Comparative Preparation Example 4 (2V3MoTi), Preparation Example 2 (2V3MoSbTi), and Comparative Preparation Example 9 (2V5WTi) As the amount of sulfur dioxide adsorption measured from the catalysts decreases, durability due to sulfur dioxide injection in the denitrification reaction tends to increase. In particular, in the case of Preparation Example 2 (2V3MoSbTi), the sulfur dioxide adsorption amount was the lowest at 7.0 μmol SO2 g -1 CAT , and as a result of the durability test, the time required to reduce the initial performance to 85% (X NOx /X NOx,initial = 0.85 ) was confirmed as the longest at 1130 hours.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (10)

배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR) 반응에 적용되는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아로 이루어진 사원계 탈질 촉매로서,
티타니아 담체에 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐이 담지되며, 몰리브덴과바나듐이 결합된 복합 산화물(V2MoO8) 형태로 존재하는 탈질 촉매.
A quaternary denitrification catalyst consisting of vanadium-molybdenum-antimony-titania applied to a selective catalytic reduction (SCR) reaction using an ammonia reducing agent to remove nitrogen oxides contained in exhaust gas,
A denitrification catalyst in which antimony, molybdenum, and vanadium are supported on a titania carrier, and exists in the form of a complex oxide (V 2 MoO 8 ) in which molybdenum and vanadium are combined.
제 1 항에 있어서,
상기 복합 산화물 형태로 존재하는 산화가 4가 및 3가의 합에 해당하는 바나듐(V4+ + V3+)은 전체 바냐듐의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 탈질 촉매.
According to claim 1,
A denitrification catalyst, characterized in that vanadium (V 4+ + V 3+ ), which exists in the form of the complex oxide and whose oxidation corresponds to the sum of tetravalence and trivalence, is more than 25% of the total vanadium.
제 1 항에 있어서,
상기 복합 산화물 형태로 존재하는 산화가 6가의 합에 해당하는 몰리브덴(Mo6+)은 전체 몰리브덴의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 탈질 촉매.
According to claim 1,
A denitrification catalyst, characterized in that molybdenum (Mo 6+ ), which exists in the form of the complex oxide and whose oxidation value corresponds to the sum of hexavalence, is more than 80% of the total molybdenum.
제 1 항에 있어서,
상기 탈질 촉매는, 입자형, 플레이트형, 파형(corrugate), 펠렛형, 구형 및 허니컴(honeycomb)형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 형태로 가공된 것을 특징으로 하는 촉매.
According to claim 1,
The denitrification catalyst is a catalyst characterized in that it is processed into any one shape selected from the group consisting of particle shape, plate shape, corrugate shape, pellet shape, spherical shape, and honeycomb shape.
배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR) 반응에 적용되는 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아로 이루어진 사원계 탈질 촉매를 제조하는 방법으로서,
촉매 100 중량부에 대하여 안티모니를 전구체 형태로 용매제에 0.5~5 중량% 용해하여 안티모니 수용액을 제조하는 단계;
촉매 100 중량부에 대하여 몰리브덴을 전구체 형태로 용매제에 0.5~10 중량% 용해하여 몰리브덴 수용액을 제조하는 단계;
촉매 100 중량부에 대하여 바나듐을 전구체 형태로 용매제에 1~5 중량% 용해하여 바나듐 수용액을 제조하는 단계;
상기 제조된 안티모니, 몰리브덴 및 바나듐 수용액을 티타늄 산화물 담체에 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 슬러리를 건조한 후, 300~700℃에서 소성하여 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매를 제조하는 단계를 포함하는 탈질 촉매의 제조방법.
A method of producing a quaternary denitrification catalyst consisting of vanadium-molybdenum-antimony-titania applied to a selective catalytic reduction (SCR) reaction using an ammonia reducing agent to remove nitrogen oxides contained in exhaust gas,
Preparing an aqueous antimony solution by dissolving 0.5 to 5% by weight of antimony in precursor form in a solvent based on 100 parts by weight of catalyst;
Preparing a molybdenum aqueous solution by dissolving 0.5 to 10% by weight of molybdenum in precursor form in a solvent based on 100 parts by weight of catalyst;
Preparing an aqueous vanadium solution by dissolving 1 to 5% by weight of vanadium in precursor form in a solvent based on 100 parts by weight of catalyst;
Preparing a slurry by mixing the prepared aqueous solution of antimony, molybdenum, and vanadium with a titanium oxide carrier; and
A method for producing a denitrification catalyst comprising drying the slurry and calcining it at 300 to 700° C. to produce a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst.
제 5 항에 있어서,
상기 몰리브덴 전구체는, 암모늄 몰리브데이트((NH4)2MoO4), 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트((NH4)6Mo7O24·4H2O) 및 몰리브덴산(H2MoO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 바나듐-몰리브덴-안티모니-티타니아 촉매의 제조방법.
According to claim 5,
The molybdenum precursor is ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ), ammonium molybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O), and molybdic acid (H 2 MoO 4 ). A method for producing a vanadium-molybdenum-antimony-titania catalyst for removing nitrogen oxides, characterized in that it is one or more selected from the group consisting of.
제 5 항에 있어서,
상기 안티모니 전구체는, 안티모니 트리클로라이드(SbCl3) 또는 안티모니 아세테이트(Sb(CH3COO)3)인 것을 특징으로 탈질 촉매의 제조방법.
According to claim 5,
The antimony precursor is antimony trichloride (SbCl 3 ) or antimony acetate (Sb(CH 3 COO) 3 ).
제 5 항에 있어서,
상기 바나듐 전구체는 암모늄메타바나데이트(NH4VO3) 또는 바나듐 옥시트리클로라이드(VOCl3)인 것을 특징으로 하는 탈질 촉매의 제조방법.
According to claim 5,
The vanadium precursor is ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) or vanadium oxytrichloride (VOCl 3 ).
제 5 항에 있어서,
상기 티타니아 담체는 비결정상의 티타닌산(titanic acids; TiOx(OH)4-2x)또는 결정상의 아나타제형, 루타일형, 아나타제와 루타일이 혼재된 형태의 이산화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질 촉매의 제조방법.
According to claim 5,
The titania carrier is a denitrifying agent comprising amorphous titanic acids ( TiO Method for producing catalyst.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 탈질 촉매를 이용하여 배가스 내 질소산화물을 제거하는 방법으로서, 상기 탈질 촉매가 암모니아 및 질소산화물을 포함한 배가스 또는 암모니아, 질소산화물 및 이산화황을 포함한 배가스를 통과하도록 하는 질소산화물의 제거방법.A method of removing nitrogen oxides from exhaust gas using the denitrification catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the denitrification catalyst removes exhaust gas containing ammonia and nitrogen oxides or exhaust gas containing ammonia, nitrogen oxides, and sulfur dioxide. A method of removing nitrogen oxides that allows them to pass through.
KR1020220147666A 2022-08-29 2022-11-08 De-nox catalyst having high durability for sulfur dioxide, manufacturing method of the same, and process for elimination of nitrogen oxides using the same KR20240031839A (en)

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