WO2010098586A2 - 촉매체 및 상기를 사용한 포름알데히드의 제거 방법 - Google Patents

촉매체 및 상기를 사용한 포름알데히드의 제거 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst body capable of efficiently removing harmful gases such as formaldehyde and a method for removing formaldehyde using the same.
  • harmful chemicals include aldehyde compounds such as formaldehyde, and such compounds are mainly contained in interior materials such as paints, wallpaper, plastic or synthetic floorings, carpets, windows or doors.
  • Representative examples of the method of removing the above-mentioned harmful chemicals include a catalytic material in which a precious metal such as palladium, gold or silver is supported on a metal oxide carrier such as titanium dioxide, and a residential environment such as an apartment, building, house, school, hospital or office. Chemicals emitted from walls or floors laid in the interior can have a very bad effect on the human body. Accordingly, researches on techniques for efficiently removing such chemicals are being conducted.
  • harmful chemicals include aldehyde compounds such as formaldehyde, and such compounds are mainly contained in interior materials such as paints, wallpaper, plastic or synthetic floorings, carpets, windows or doors.
  • a catalyst material in which a noble metal such as palladium, gold or silver is supported on a metal oxide carrier such as titanium dioxide is used. It is used on a ceramic structure.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 1997-94436 discloses a catalyst for oxidizing formaldehyde gas, in which a metal oxide carrier carrying a noble metal is supported on a cordierite-based ceramic structure.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a porous ceramic structure capable of maximizing the resolution of the supported catalyst component, and a catalyst body including the catalyst component supported in the structure and a method of using the same. The purpose.
  • the present invention as a means for solving the above problems, a ceramic structure containing a porous ceramic paper; And it provides a catalyst body comprising a catalyst component supported on the ceramic structure.
  • the present invention provides a method for removing formaldehyde comprising the step of contacting the catalyst body of the present invention with formaldehyde as another means for solving the above problems.
  • the catalyst component is supported on a structure made of ceramic paper having excellent properties such as porosity and specific surface area, thereby maximizing the effective area to which the supported catalyst component and the material to be treated can react, thereby exhibiting more excellent performance.
  • Sieve can be provided.
  • FIG. 1 is a view showing a porous ceramic structure according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the conversion rate of formaldehyde according to the change in space velocity and contact temperature of the reactor in the method of removing formaldehyde according to an aspect of the present invention.
  • the present invention is a ceramic structure containing a porous ceramic paper; And it relates to a catalyst body comprising a catalyst component supported on the ceramic structure.
  • a ceramic structure prepared using porous ceramic paper is used as a support for supporting the catalyst component.
  • the porous ceramic paper may be produced by, for example, a general papermaking method using various ceramic fibers as a raw material.
  • the ceramic structure manufactured through the porous ceramic paper has higher productivity than the existing cordierite-based structure manufactured by the extrusion method, and the pore characteristics (eg, pore size and porosity) can be easily controlled. There is an advantage to this.
  • the catalytic reaction occurs only in a portion where the catalyst component exists on the surface of the structure, but in the case of porous ceramic paper, Since the pore property of the catalyst can be controlled well, the supported catalyst remains fixed inside the paper, and the gas to be treated is diffused into the paper, thereby maximizing the effective contact area between the catalyst component and the reactant material. Can be.
  • the ceramic structure of the present invention may have a structure including a ceramic corrugated paper 112 and a ceramic plate paper 111 attached to the corrugated paper, as shown in FIG. 1. Since the ceramic structure has a three-dimensional network structure as described above, it is possible to further maximize the reaction region of the catalyst component included. Ceramic plate-like and corrugated papers (hereinafter sometimes referred to as "ceramic papers”) may be produced using ceramic fibers.
  • the ceramic fibers used for producing the ceramic paper may generally have a diameter of 1 ⁇ m to 6 ⁇ m, and the average length thereof is preferably 0.6 mm to 10 mm. If the length is less than 0.6 mm, the strength of the ceramic paper may be lowered, or the desired pore characteristics may not be obtained. If the length is more than 10 mm, it may be difficult to uniformly disperse the fibers in the slurry as a raw material. There is a fear that non-uniformity is caused or desired pore characteristics are not obtained.
  • the ceramic fiber used by this invention is a material excellent in heat resistance.
  • a material excellent in heat resistance examples include aluminum and / or silicon, and specifically, one or more selected from the group consisting of silica, alumina, silica-alumina, aluminosilicate, alumino borosilicate and mullite, It is not limited to this.
  • the ceramic paper of the present invention may further include 5 parts by weight to 30 parts by weight of organic fibers, based on 100 parts by weight of the ceramic fiber.
  • organic fibers examples include natural fibers such as conifer pulp, wood fibers or hemps; And synthetic fibers such as nylon, rayon, polyester, polypropylene, polyethylene, aramid or acrylic, and one or more of the above may be used.
  • Such organic fibers are preferably contained in an amount of 5 parts by weight to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic fiber in the ceramic paper. If the content is less than 5 parts by weight, it is difficult to maintain the tensile strength of the ceramic green paper, making it difficult to corrugate during the manufacturing process. If the content exceeds 30 parts by weight, the porosity of the ceramic structure is excessively increased or the strength of the structure is increased. There is a risk of deterioration.
  • the ceramic paper of the present invention may also further comprise 5 parts by weight to 20 parts by weight of the binder together with the aforementioned ceramic fibers and organic fibers.
  • the kind of binder which can be used by this invention is not specifically limited, It is preferable to use an organic binder.
  • binders examples include epoxy based binders, sodium carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylamide (PAM), polyethylene oxide (PEO), methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, purified starch, dextrin, polyvinyl alcohol, Polyvinyl butyral, polymethyl (meth) acrylate, polyethylene glycol, paraffin, wax emulsion, and microcrystalline wax.
  • Such a binder is preferably included in the ceramic paper in an amount of 5 parts by weight to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic fiber. If the content is less than 5 parts by weight, there is a fear that the bonding force between the fibers is lowered, if it exceeds 20 parts by weight, the flowability and adhesion of the ceramic green paper is increased, there is a fear that the workability is lowered.
  • the thickness of the ceramic paper of this invention containing the above components exists in the range of 200 micrometers-500 micrometers. If the thickness of the ceramic paper is less than 200 ⁇ m, there is a risk that the catalytic activity is reduced by reducing the space for supporting the catalyst component and the area where the reaction material is diffused when using the structure, if the thickness exceeds 500 ⁇ m, the reaction material should be diffused There is a fear that the amount of the catalyst component that cannot be participating in the catalytic reaction increases because the region to be excessively large.
  • the ceramic paper also preferably has a porosity of 60 to 90%.
  • porosity used in the present invention means the volume of pores relative to the total volume of the ceramic structure. If the porosity of the ceramic paper is less than 60%, there may be a decrease in the amount of catalyst components that can be supported, and the diffusion efficiency of the reaction material may be lowered. If it exceeds 90%, the pore present becomes too large and the diffusion efficiency is rather high. However, there is a fear that the effective reaction area is reduced.
  • the method for producing the porous ceramic structure of the present invention as described above is not particularly limited.
  • the porous ceramic structure may include a first step of forming a ceramic corrugated paper by corrugating ceramic green paper;
  • It can be produced by a method comprising a fourth step of firing the ceramic paper subjected to the third step.
  • the ceramic green paper used in the first step may be prepared using a slurry including ceramic fibers, organic fibers and a binder.
  • the method for producing the ceramic green paper is not particularly limited, and for example, a general papermaking method may be used.
  • the specific type and content of each component constituting the slurry in the above is as described above.
  • the slurry may be prepared by dissolving the aforementioned components in a general solvent such as water, wherein the content of ceramic fibers in the slurry may be 50% by weight to 80% by weight based on solids, and 70% by weight to 80% by weight. It is more preferable that is.
  • the content of the ceramic fiber is not particularly limited as long as the concentration of the slurry is maintained to such an extent that the entire process can be smoothly maintained.
  • a vacuum pump is connected to a paper making device to smoothly remove water during the process, to remove excess water through the pump, and to remove excess water through an additional means such as a press. You can also remove it.
  • the slurry used for the ceramic green paper may also further comprise a pH adjuster, in view of further improvement of the adhesion of the binder component and the fiber component.
  • the specific kind of the pH adjuster is not particularly limited, and a general means such as ammonium aluminum sulfate (alum) can be used.
  • the content of the pH adjuster is not particularly limited and may be added, for example, in an amount capable of maintaining the pH of the slurry in the range of 5.5 to 6.5.
  • the waveform shaping method for producing the ceramic corrugated paper in the first step using the ceramic green paper is not particularly limited, and can be performed using, for example, a generalized corrugating apparatus.
  • the corrugating apparatus used in the present invention is configured such that the depth of the valley of the drum is about 1 to 5 mm, the pitch is about 1 to 5 mm, respectively, and the surface temperature and the feeding speed of the paper are adjustable. Preferred, but not limited to.
  • the second step is the step of attaching the ceramic corrugated paper prepared in the manner as described above to the ceramic plate-shaped paper.
  • Attachment of the plate-shaped and corrugated paper in this step may be prepared by placing the ceramic plate-shaped paper on the lower portion of the ceramic corrugated paper, applying an adhesive to the contact surface, and then bonding.
  • the adhesive may use an adhesive generally used in the art, which is not particularly limited.
  • the present invention it is possible to enter the third step through a process such as winding the ceramic green paper manufactured by attaching the plate-like and corrugated paper in the form of cochlear or cylindrical shape.
  • the third step of the present invention is a step of coating the ceramic molded body prepared as above with a binder material. After passing through the binder coating process and undergoing a sintering process to be described later, ceramic paper or the like may be strongly aggregated by the coated binder to prepare a final structure.
  • the kind of the binder that can be used in the above is not particularly limited, and a general binder component known in the art may be used. In this invention, it is especially preferable to use an inorganic binder precursor solution as said binder.
  • the binder can be uniformly applied to the surface of the paper through the capillary effect of the ceramic green paper having a porosity, and improves the bonding force between the ceramic fibers in the firing process described later Therefore, the mechanical strength of the whole structure can be remarkably improved.
  • Examples of the inorganic binder precursor solution that can be used at this time include, but are not limited to, a kind of silica sol, silane solution, siloxane solution, alumina sol, zirconia sol, aluminum silicate solution or aluminum phosphate solution.
  • the method of coating the binder on the ceramic paper in the third step is not particularly limited.
  • the binder may be performed by a conventional method such as impregnation, coating or spraying.
  • the ceramic green paper is dried after the coating step with the primary coating solution as described above, and can be applied to the subsequent firing step.
  • the drying process may be carried out at a temperature of room temperature to 200 °C, but the drying temperature and time is not particularly limited as long as it is controlled to allow sufficient drying.
  • the above-described coating and drying process of the binder may be repeated several times.
  • the fourth step of the present invention is a step of firing the ceramic green paper subjected to the coating treatment as described above, and when the inorganic binder precursor solution is used as the binder component, the inorganic binder precursor solution uniformly coated on the paper during the process By forming strong bonds, the mechanical strength of the structure can be improved.
  • the conditions of the firing process are not particularly limited, and for example, it may be carried out at a temperature of 400 °C to 1,200 °C in a vacuum, inert gas or air. If the said temperature is less than 400 degreeC, there exists a possibility that removal of an organic component may be inadequate, and when it exceeds 1,200 degreeC, there exists a possibility that intensity
  • the above-described coating and / or firing step may be performed only once, in order to further improve the mechanical strength of the structure, the above-described coating, drying and firing processes may be repeatedly performed several times in sequence.
  • the catalyst body of the present invention is characterized in that it comprises a catalyst component supported on the structure together with the porous ceramic structure that can be produced through the above process.
  • the type of catalyst component that can be used at this time is not particularly limited, and any conventional catalyst component used for removing harmful substances such as formaldehyde can be used without limitation.
  • zeolite particularly as the catalyst component, zeolite; Precious metal materials supported on the zeolite; And catalyst compositions comprising an active metal.
  • zeolite is used as a carrier for supporting a noble metal material exhibiting catalytic activity.
  • zeolite used in the present invention is a generic term for crystalline aluminosilicate, and is used as a concept including a naturally produced zeolite and an artificially synthesized zeolite.
  • the zeolite as a carrier of the catalytically active material as described above, it is possible to provide a catalyst composition exhibiting excellent catalytic activity while using a small amount of the catalytically active material.
  • the zeolite used in the present invention preferably has a specific surface area of 400 m 2 / g or more, and more preferably 600 m 2 / g or more.
  • specific surface area used in the present invention means a surface area per unit mass of a zeolite as a carrier, and when the specific surface area of the zeolite is less than 400 m 2 / g, the amount of catalytically active material that can be adsorbed is reduced, so that the catalyst There exists a possibility that activity may fall.
  • the kind of zeolite which can be used in the above is not particularly limited, and various zeolites known in the art may be used.
  • zeolites examples include one or more types of mordenite, ferrierite, ZSM-5, ⁇ -zeolite, Ga-silicate, Ti-silicate, Fe-silicate or Mn-silicate. Can be mentioned. In this invention, it is especially preferable to use the said (beta) -zeolite among these.
  • ⁇ -zeolite has superior properties such as porosity and specific surface area as compared with other types of zeolites, and can further improve the effects of the present invention.
  • the precious metal material supported on the zeolite in the catalyst component of the present invention exhibits catalytic activity for decomposing and removing harmful gases such as formaldehyde, and the specific kind thereof is not particularly limited.
  • the precious metal material ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) or gold (Au) Or the like, or a combination of two or more, but is not limited thereto.
  • palladium may be used, in particular, in terms of excellent catalytic activity compared to price.
  • the noble metal material may be included in an amount of 0.25 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of zeolite used as a carrier. If the content is less than 0.25 parts by weight, there is a fear that the catalytic activity is lowered, if it exceeds 1 parts by weight, the relative effective area of the zeolite carrier is reduced, and also the catalyst activity is lowered, or the price of the final composition may be too expensive have.
  • the catalyst component of the present invention may also comprise an active metal in addition to each component described above. As such, since the active metal is included, even when a small amount of precious metal is included in the catalyst composition, excellent catalytic activity can be exhibited.
  • the type of active metal that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can exhibit the above-described characteristics, and for example, one or more kinds of manganese (Mn), cerium (Ce), and cobalt (Co) may be used. have.
  • the active metal as described above may be included in the catalyst composition supported on the zeolite, which is a carrier together with the precious metal material, and the content thereof may be 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the zeolite. If the content is less than 5 parts by weight, the degree of contribution of the active metal to the catalytic activity may be reduced. If the content is more than 20 parts by weight, the relative content of the catalytically active component such as a noble metal material is reduced, resulting in a decrease in the performance of the catalyst composition. There is a concern.
  • the method for preparing the catalyst composition including the respective components is not particularly limited.
  • the catalyst composition may be prepared by a process such as a general impregnation method, precipitation method or sol-gel method using each of the above-described components or precursors thereof.
  • the method for supporting the catalyst component prepared in the above manner in the above-described porous ceramic structure is not particularly limited.
  • the ceramic structure may be immersed in a slurry or suspension containing the catalyst component, or the catalyst component may be supported by a method of applying or coating the surface of the structure.
  • the material may be used to support the catalyst component in the porous ceramic structure.
  • the invention also relates to a method for removing formaldehyde comprising the step of contacting the catalyst body according to the invention described above with formaldehyde.
  • formaldehyde in the method for removing formaldehyde according to the present invention, can be converted into carbon dioxide by contacting a gas containing an aldehyde compound to be removed with the catalyst body of the present invention.
  • the reactor space velocity may be 1000 to 5000 h ⁇ 1 , preferably 1000 to 3500 h ⁇ 1 , more preferably 1000 to 2000 h ⁇ 1 days Can be.
  • reactor space velocity means a value calculated when dividing the amount (m 3 / h) of feed gas flowing into the reactor by the volume (m 3 ) occupied by the reactor.
  • amount of formaldehyde-containing gas injected into the catalyst reactor equipped with the catalyst body according to the present invention is measured by the volume of gas per hour, and the amount is divided by the volume of the catalyst reactor to form the reactor. The rate at which the aldehyde containing gas is injected can be calculated.
  • the reactor space velocity is less than 1000 h -1, there is a fear that the efficiency decreases because the reaction process time is too long compared to the conversion efficiency of formaldehyde exceeding 5000 h -1, in order to remove the formaldehyde Since high temperature energy is required, energy efficiency may be lowered.
  • the reactor may include all known catalytic reactors commonly used in decomposition catalytic reactions, and the reaction process using the reactor may also be carried out through decomposition catalyst systems known in the art.
  • the contact temperature of the gas containing the aldehyde compound and the catalyst body is not particularly limited, but may be 40 to 300 °C, preferably 40 to 200 °C or more, more preferably 150 to 200 °C Can be.
  • the reactor space velocity should be lower accordingly, so there is a fear that the efficiency according to the reaction time is lowered, if it exceeds 300 °C, the efficiency is high in that the energy consumption due to the temperature rise is large There is a risk of deterioration.
  • the reactor space velocity and the contact temperature of the formaldehyde and the catalyst body may be appropriately selected and adjusted within the range according to the reaction time, energy consumption according to heating, and the required conversion rate.
  • the space velocity and contact temperature of the reactor are not limited to the ranges exemplified above.
  • a slurry solution was prepared by mixing a catalyst component including 0.25 parts by weight of palladium (Pd) and 20 parts by weight of manganese (Mn) with distilled water at a weight ratio of 3: 7, based on 100 parts by weight of ⁇ -zeolite.
  • a final slurry solution was prepared by mixing a solution containing alumina sol binder by weight in a weight ratio of 1: 4.
  • alumina-silica fiber having an average length of 600 to 1000 ⁇ m was added to 2000 ml of water, followed by vigorous stirring to disperse the fibers. Subsequently, coniferous pulp was added as 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic fiber as an organic fiber, and an acrylic binder was added in an amount of 10 parts by weight based on the fiber.
  • the prepared green paper was corrugated at a feed rate of 2 to 10 m / min at a surface temperature of 150 ° C. using a wave forming device (model name: KIER, bone: 2 mm, pitch: 3 mm, a chemical device). , Ceramic corrugated paper was prepared.
  • a ceramic green paper was prepared in the same manner as in (1) except that the corrugation process was not performed, and this was used as the ceramic plate-shaped paper.
  • a base paper was prepared by attaching the ceramic plate paper and corrugated paper prepared in (1) and (2), and the base paper was made into a cylinder having a diameter of 3.5 cm and a height of 5 cm. Subsequently, the prepared cylindrical green compact was supported on silica sol (solid content concentration: 20%), and then taken out and dried in an oven at 120 ° C.
  • the mixture was naturally dried at room temperature for 1 hour, then calcined at a temperature of 950 ° C. for 60 minutes, and cooled in a furnace to prepare a ceramic structure.
  • the final slurry solution of the catalyst component prepared in Preparation Example 1 was coated on the ceramic structure prepared in Preparation Example 2 and then dried at 110 ° C. This process was repeated to adjust the catalyst component to 20 wt% coating on the ceramic structure.
  • the catalyst structure coated with the ceramic structure was calcined at 300 ° C. for 5 hours to prepare a catalyst body.
  • Example 1 Using the catalyst body of Example 1, the decomposition reaction of formaldehyde (HCHO) according to the space velocity (1,000, 3,500 and 5,000 h - 1) of the reactor was measured.
  • the reactor space velocity was calculated by dividing the amount of feed gas flowing into the reactor by the volume occupied by the reactor.

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Abstract

발명은 다공질 세라믹 페이퍼를 함유하는 세라믹 구조체; 및 상기 세라믹 구조체에 담지된 촉매 성분을 포함하는 촉매체 및 상기를 사용하여 포름알데히드를 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기공률 또는 비표면적 등의 특성이 우수한 세라믹 페이퍼로 제조된 구조체를 촉매 성분의 담체로 사용함으로써, 담지된 촉매 성분 및 처리 대상 물질이 반응할 수 있는 유효 면적을 극대화시킴으로써, 보다 탁월한 성능을 나타내는 촉매체 및 그 사용 방법을 제공할 수 있다.

Description

촉매체 및 상기를 사용한 포름알데히드의 제거 방법
본 발명은 포름알데히드 등의 유해 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 촉매체 및 그를 사용한 포름알데히드의 제거 방법에 관한 것이다.
아파트, 빌딩, 주택, 학교, 병원 또는 사무실 등과 같은 주거 환경 내에 부설된 벽재 또는 바닥재 등으로부터 방출되는 화학 물질은 인체에 매우 큰 악영향을 미칠 수 있고, 이에 따라 상기와 같은 화학 물질을 효율적으로 제거하기 위한 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
이와 같은 유해 화학 물질의 대표적인 예로는 포름알데히드 등의 알데히드 화합물을 들 수 있는데, 이와 같은 화합물은 페인트, 벽지, 플라스틱 또는 합성 수지제 바닥재, 카페트, 창 또는 도어 등의 내장재에 주로 함유되어 있다.
위와 같은 유해 화학 물질을 제거하는 방법의 대표적인 예로서는 이산화티탄과 같은 금속 산화물 담체에, 팔라듐, 금 또는 은 등의 귀금속을 담지시킨 촉매 물질을아파트, 빌딩, 주택, 학교, 병원 또는 사무실 등과 같은 주거 환경 내에 부설된 벽재 또는 바닥재 등으로부터 방출되는 화학 물질은 인체에 매우 큰 악영향을 미칠 수 있고, 이에 따라 상기와 같은 화학 물질을 효율적으로 제거하기 위한 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
이와 같은 유해 화학 물질의 대표적인 예로는 포름알데히드 등의 알데히드 화합물을 들 수 있는데, 이와 같은 화합물은 페인트, 벽지, 플라스틱 또는 합성 수지제 바닥재, 카페트, 창 또는 도어 등의 내장재에 주로 함유되어 있다.
위와 같은 유해 화학 물질을 제거하는 방법의 대표적인 예로서는 이산화티탄과 같은 금속 산화물 담체에, 팔라듐, 금 또는 은 등의 귀금속을 담지시킨 촉매 물질을 사용하는 것이며, 이와 같은 촉매 물질은 주로 코디어라이트 계열의 세라믹 구조체에 담지된 상태로 사용되고 있다.
*예를 들면, 일본특허공개공보 제1997-94436호는 포름알데히드 가스 산화용 촉매로서, 귀금속이 담지된 금속 산화물 담체를 코디어라이트 계열의 세라믹 구조체에 담지시킨 촉매를 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같이 압출 방식으로 주로 제작되는 코디어라이트 계열의 구조체를 촉매의 담체로 사용할 경우, 촉매 반응이 구조체 상에서 노출된 표면에만 국한되어 일어나게 되고, 이에 따라 전체적인 유해 물질 분해능이 현저히 떨어지게 되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 담지된 촉매 성분의 분해능을 극대화할 수 있는 다공성 세라믹 구조체 및 상기 구조체 내에 담지된 촉매 성분을 포함하는 촉매체 및 그 사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다공성 세라믹 페이퍼를 함유하는 세라믹 구조체; 및 상기 세라믹 구조체에 담지된 촉매 성분을 포함하는 촉매체를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 상기 본 발명의 촉매체를 포름알데히드와 접촉시키는 단계를 포함하는 포름알데히드의 제거 방법을 제공한다.
본 발명에서는 촉매 성분을 기공률 및 비표면적 등의 특성이 탁월한 세라믹 페이퍼로 제조된 구조체에 담지시킴으로써, 담지된 촉매 성분 및 처리 대상 물질이 반응할 수 있는 유효 면적을 극대화시켜, 보다 탁월한 성능을 나타내는 촉매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 다공성 세라믹 구조체를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 포름알데히드의 제거 방법에 있어서, 반응기의 공간 속도 및 접촉 온도 변화에 따른 포름알데히드의 전환율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은, 다공성 세라믹 페이퍼를 함유하는 세라믹 구조체; 및 상기 세라믹 구조체에 담지된 촉매 성분을 포함하는 촉매체에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 촉매 조성물을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 촉매 성분을 담지하는 지지체로서 다공성 세라믹 페이퍼를 사용하여 제조된 세라믹 구조체를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 다공성 세라믹 페이퍼는, 예를 들면, 각종 세라믹 섬유를 원료로 한 일반적인 제지 공법을 통해 제조될 수 있다. 이와 같이 다공성 세라믹 페이퍼 등을 통하여 제조된 세라믹 구조체는, 압출 방식으로 제조되는 기존 코디어라이트 계열의 구조체에 비해 생산성이 우수하고, 그 기공 특성(ex. 기공 크기 및 기공률 등)도 용이하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 촉매 성분의 담지체로서 기존 압출 방식의 코디어라이트계 구조체를 사용할 경우에는, 촉매 반응이 구조체의 표면에 촉매 성분이 존재하는 부분에만 국한되어 일어나게 되나, 다공성 세라믹 페이퍼의 경우, 그 자체의 기공 특성을 우수하게 제어할 수 있기 때문에 담지된 촉매가 페이퍼 내부에 고정된 상태로 존재하고, 처리 대상 가스가 상기 페이퍼 내부로 확산되어 들어옴으로써, 촉매 성분 및 반응 물질의 유효 접촉 면적을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 세라믹 구조체는, 예를 들면, 첨부된 도 1에 나타난 바와 같이 세라믹 파형 페이퍼(112) 및 상기 파형 페이퍼에 부착된 세라믹 판형 페이퍼(111)를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 세라믹 구조체가 위와 같이 3차원 망목 구조를 가짐으로 해서, 포함되는 촉매 성분의 반응 영역을 보다 극대화시킬 수 있다. 상기에서 세라믹 판형 및 파형 페이퍼(이하 「세라믹 페이퍼」로 통칭되는 경우가 있다.)는 세라믹 섬유를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 세라믹 페이퍼의 제조에 사용되는 세라믹 섬유는 일반적으로 1 ㎛ 내지 6 ㎛의 직경을 가질 수 있고, 그 평균 길이는 0.6 mm 내지 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 길이가 0.6 mm 미만이면, 세라믹 페이퍼의 강도가 저하되거나, 목적하는 기공 특성이 얻어지지 않을 우려가 있고, 10 mm를 초과하면, 원료인 슬러리 내에서 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 어려워져서 페이퍼의 불균일화가 야기되거나, 목적하는 기공 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 발명에서 사용되는 세라믹 섬유는 내열성이 우수한 소재인 것이 바람직하다. 이와 같은 소재의 예로는 알루미늄 및/또는 규소를 포함하는 소재로서, 구체적으로는 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미노 실리케이트, 알루미노 보로실리케이트 및 뮬라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한 상기 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 30 중량부의 유기 섬유를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 유기 섬유의 예로는 침엽수 펄프, 우드 섬유 또는 헴프(hemp) 등의 천연 섬유; 및 나일론, 레이욘, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드 또는 아크릴 등의 합성 섬유를 들 수 있으며, 상기 중 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
상기와 같은 유기 섬유는 세라믹 페이퍼 내에서 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 30 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량부 미만이면, 세라믹 그린 페이퍼의 인장 강도의 유지가 어려워 제조 과정에서 파형화가 곤란해질 우려가 있고, 30 중량부를 초과하면, 세라믹 구조체의 기공률이 과도하게 증가하거나, 구조체의 강도가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한 전술한 세라믹 섬유 및 유기 섬유와 함께 5 중량부 내지 20 중량부의 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서는 사용할 수 있는 바인더의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 유기 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.
사용될 수 있는 바인더의 예로는 에폭시계 바인더, 소듐 카복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 정제 녹말, 덱스트린, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 파라핀, 왁스 에멀션 및 미결정 왁스(microcrystalline wax)의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다.
이와 같은 바인더는 세라믹 섬유 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 20 중량부의 양으로 세라믹 페이퍼 내에 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량부 미만이면, 섬유간의 결합력이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면, 세라믹 그린 페이퍼의 유동성 및 접착성이 증가하여 작업성이 저하될 우려가 있다.
상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 세라믹 페이퍼는 그 두께가 200㎛ 내지 500㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 페이퍼의 두께가 200㎛ 미만이면, 촉매 성분이 담지될 공간 및 구조체의 사용 시에 반응 물질이 확산되는 영역이 줄어들어 촉매 활성이 떨어질 우려가 있으며, 500㎛를 초과하면, 반응 물질이 확산되어야 할 영역이 지나치게 커져서 촉매 반응에 참여하지 못하는 촉매 성분의 양이 증가할 우려가 있다.
상기 세라믹 페이퍼는 또한 그 기공률이 60 내지 90%인 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용하는 용어 「기공률」은 세라믹 구조체 전체 부피에 대한 기공의 부피를 의미한다. 상기 세라믹 페이퍼의 기공률이 60% 미만이면, 담지될 수 있는 촉매 성분의 감소하고, 또한 반응 물질의 확산 효율이 저하될 우려가 있으며, 90%를 초과하면, 존재하는 기공이 지나치게 많아져서 오히려 확산 효율이나 유효 반응 면적이 줄어들 우려가 있다.
이상과 같은 본 발명의 다공성 세라믹 구조체를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 다공성 세라믹 구조체는, 세라믹 그린 페이퍼를 파형화하여 세라믹 파형 페이퍼를 제조하는 제 1 단계;
상기 파형 페이퍼를 세라믹 판형 페이퍼와 부착시키는 제 2 단계;
제 2 단계를 거쳐 제조된 세라믹 페이퍼를 바인더로 코팅하는 제 3 단계; 및
제 3 단계를 거친 세라믹 페이퍼를 소성하는 제 4 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 제 1 단계에서 사용되는 세라믹 그린 페이퍼는 세라믹 섬유, 유기 섬유 및 바인더를 포함하는 슬러리를 사용하여 제조될 수 있다. 이 때 상기 세라믹 그린 페이퍼를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 일반적인 제지 공법을 사용하면 된다.
상기에서 슬러리를 구성하는 각 성분의 구체적인 종류 및 함량은 전술한 바와 같다. 상기 슬러리는 전술한 성분을 물과 같은 일반적인 용매에 용해시켜 제조될 수 있으며, 이 때 슬러리 내에 세라믹 섬유의 함량은 고형분 기준으로 50 중량% 내지 80 중량%일 수 있으며, 70 중량% 내지 80 중량%인 것이 보다 바람직하다. 그러나, 상기 세라믹 섬유의 함량은 슬러리의 농도가 전체적인 공정이 원활하게 유지될 수 있을 정도로 유지된다면 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 세라믹 그린 페이퍼를 제조하는 과정에서는 공정 중 물의 원활한 제거를 위해 제지 장치에 진공 펌프를 연결하여, 상기 펌프를 통해 과량의 물을 제거하고, 압착기 등의 추가적인 수단을 통해 잔존하는 과량의 물을 제거할 수도 있다.
세라믹 그린 페이퍼에 사용되는 슬러리는 또한 바인더 성분 및 섬유 성분의 부착력의 추가적인 개선의 관점에서, pH 조절제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 pH 조절제의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 암모늄 알루미늄 설페이트(알룸)과 같은 범용의 수단을 사용할 수 있다. 상기 pH 조절제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 슬러리의 pH를 5.5 내지 6.5 사이의 범위로 유지시킬 수 있는 양으로 첨가될 수 있다.
세라믹 그린 페이퍼를 사용하여 상기 제 1 단계에서 세라믹 파형 페이퍼를 제조하는 파형화 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 범용의 파형화 기기를 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 파형화 기기는 드럼의 골의 깊이가 약 1 내지 5 mm이고, 피치(pitch)가 각각 약 1 내지 5 mm이며, 표면 온도와 페이퍼의 공급 속도가 조절 가능하도록 구성되어 있는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 단계는 전술한 바와 같은 방식으로 제조된 세라믹 파형 페이퍼를 세라믹 판형 페이퍼에 부착하는 단계이다. 상기 단계에서 판형 및 파형 페이퍼의 부착은, 예를 들면, 세라믹 파형 페이퍼의 하부에 세라믹 판형 페이퍼를 위치시키고, 접촉면에 접착제를 도포한 후, 접착시켜 제조할 수 있다. 이 때 접착제는 당업계에서 범용되는 접착제를 사용할 수 있으며, 이는 특별히 제한되지 않는다.
*본 발명에서는 상기와 같이 판형 및 파형 페이퍼가 부착되어 제조된 세라믹 그린 페이퍼를 달팽이관 모양 또는 원통형 등과 같은 형상으로 권취하는 등의 공정을 거쳐 제 3 단계로 진입할 수 있다.
그러나, 이는 본 발명에서 세라믹 구조체를 제조하는 방법의 일 태양에 불과하며, 본 발명에서는 상기와 같이 세라믹 그린 페이퍼의 성형체에 대하여 후술하는 코팅 및/또는 소성 공정 등을 거친 세라믹 페이퍼를 사용하여 상기와 같은 허니컴 구조체를 제조할 수도 있다.
본 발명의 제 3 단계는 위와 같이 제조된 세라믹 성형체를 바인더 물질로 코팅하는 단계이다. 이와 같은 바인더 코팅 공정을 거친 후에 후술하는 소성 과정을 거치면, 코팅된 바인더에 의해 세라믹 페이퍼 등이 강고하게 응집되어 최종 구조체가 제조될 수 있다.
상기에서 사용될 수 있는 바인더의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 공지된 일반적인 바인더 성분을 사용하면 된다. 본 발명에서는 특히 상기 바인더로서 무기 바인더 전구체 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 바인더로서 무기 바인더 전구체 용액을 사용함으로 해서, 바인더가 다공성을 가지는 세라믹 그린 페이퍼의 모세관 효과를 통해 상기 페이퍼의 표면에 균일하게 도포될 수 있고, 후술하는 소성 과정에서 세라믹 섬유간의 결합력을 증진시켜, 구조체 전체의 기계적 강도를 현저히 개선할 수 있게 된다.
이 때 사용될 수 있는 무기 바인더 전구체 용액의 예로는 실리카 졸, 실란 용액, 실록산 용액, 알루미나 졸, 지르코니아 졸, 알루미늄 실리케이트 용액 또는 알루미늄 포스페이트 용액의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 3 단계에서 바인더를 세라믹 페이퍼에 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 함침, 도포 또는 분사 등의 통상의 방법으로 수행하면 된다.
본 발명에서는 상기와 같은 1차 코팅액으로의 도포 공정 후에 세라믹 그린 페이퍼를 건조하고, 이어지는 소성 공정에 적용할 수 있다. 이 때 건조 공정은 상온 내지 200℃의 온도에서 수행할 수 있으나, 건조 온도 및 시간은 충분한 건조가 이루어질 수 있도록 제어된다면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 제 3 단계에서는 구조체의 기계적 강도 향상의 관점에서, 상기와 같은 바인더의 코팅 및 건조 공정을 수회 반복하여 수행할 수도 있다.
본 발명의 제 4 단계는 상기와 같은 코팅 처리를 거친 세라믹 그린 페이퍼를 소성하는 공정이며, 바인더 성분으로서 무기 바인더 전구체 용액을 사용한 경우, 이 과정에서 페이퍼에 균일하게 도포된 무기 바인더 전구체 용액이 섬유간의 강한 결합을 형성시켜, 구조체의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
이 때 소성 공정의 조건은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 진공, 불활성 가스 또는 공기 중에서 400℃ 내지 1,200℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 온도가 400℃ 미만이면, 유기 성분의 제거가 불충분할 우려가 있고, 1,200℃를 초과하면, 코팅층에 포함되는 성분의 변형에 의해 강도가 저하될 우려가 있다.
또한, 이상 서술한 각 코팅 및/또는 소성 단계는 한번만 수행되어도 되지만, 구조체의 기계적 강도를 보다 개선하기 위하여는 전술한 각 코팅, 건조 및 소성 공정을 순차적으로 수회 반복하여 수행할 수도 있다.
본 발명의 촉매체는 이상과 같은 과정을 거쳐 제조될 수 있는 다공성 세라믹 구조체와 함께 상기 구조체에 담지된 촉매 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때 사용될 수 있는 촉매 성분의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 포름알데히드 등의 유해 물질의 제거에 사용되는 통상의 촉매 성분을 제한없이 사용할 수 있다.
본 발명에서는 특히 상기 촉매 성분으로서, 제올라이트; 상기 제올라이트에 담지된 귀금속 물질; 및 활성 금속을 포함하는 촉매 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
*상기 촉매 조성물에서는 촉매 활성을 나타내는 귀금속 물질을 담지하는 담체로서 제올라이트를 사용한다. 본 발명에서 사용하는 용어 「제올라이트」는 결정성 알루미노 규산염을 총칭하는 용어로서, 천연적으로 생산되는 제올라이트 및 인공적으로 합성된 제올라이트를 포함하는 개념으로 사용된다.
본 발명에서는 이와 같이 제올라이트를 촉매 활성 물질의 담체로 사용함으로 해서, 적은 양을 촉매 활성 물질을 사용하면서도 우수한 촉매 활성을 나타내는 촉매 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 제올라이트는 비표면적이 400m2/g 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 600m2/g 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 용어 「비표면적」은 담체인 제올라이트의 단위 질량 당 표면적을 의미하는 것으로서, 상기 제올라이트의 비표면적이 400m2/g 미만이면, 흡착될 수 있는 촉매 활성 물질의 양이 줄어들게 되므로 촉매 활성이 저하될 우려가 있다.
상기에서 사용될 수 있는 제올라이트의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 공지된 각종 제올라이트를 모두 사용할 수 있다.
이와 같은 제올라이트의 예로는 모르데나이트(mordenite), 페리에라이트(ferrierite), ZSM-5, β-제올라이트, Ga-실리케이트, Ti-실리케이트, Fe-실리케이트 또는 Mn-실리케이트 등의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있다. 본 발명에서는 특히 상기 중 β-제올라이트를 사용하는 것이 보다 바람직하다. β-제올라이트는 다른 종류의 제올라이트에 비하여 기공률 및 비표면적 등의 특성이 우수하여, 본 발명의 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 촉매 성분에서 상기 제올라이트에 담지되어 사용되는 귀금속 물질은 포름알데히드 등의 유해 가스를 분해, 제거하는 촉매 활성을 나타내는 것으로서, 그 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 본 발명에서는 상기 귀금속 물질로서, 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 일종 또는 이종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서는 특히 가격 대비 촉매 활성이 우수하다는 점에서 팔라듐을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 귀금속 물질은 담체로 사용되는 제올라이트 100 중량부에 대하여 0.25 내지 1 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 0.25 중량부 미만이면, 촉매 활성이 저하될 우려가 있고, 1 중량부를 초과하면, 제올라이트 담체의 상대적인 유효 면적이 줄어들어 역시 촉매 활성이 저하되거나, 최종 조성물의 가격이 지나치게 고가가 될 우려가 있다.
본 발명의 촉매 성분은 또한 전술한 각 성분에 추가로 활성 금속을 포함할 수 있다. 이와 같이 활성 금속이 포함됨으로 해서, 촉매 조성물에 적은 양의 귀금속이 포함될 경우에도 우수한 촉매 활성을 나타낼 수 있게 된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 활성 금속의 종류는, 전술한 특성을 나타낼 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 망간(Mn), 세륨(Ce) 및 코발트 (Co)의 일종 또는 이종 이상을 사용할 수 있다.
상기와 같은 활성 금속은 귀금속 물질과 함께 담체인 제올라이트에 담지된 상태로 촉매 조성물에 포함되어 있을 수 있으며, 이 때 그 함량은 제올라이트 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 함량이 5 중량부 미만이면, 활성 금속이 촉매 활성에 기여하는 정도가 작아질 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면, 귀금속 물질 등 촉매 활성 성분의 상대적 함량이 작아져서, 촉매 조성물의 성능이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서 상기 각각의 성분을 포함하는 촉매 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 촉매 조성물은 상술한 각각의 성분 또는 그 전구체를 사용하여, 일반적인 함침법, 침전법 또는 솔겔(sol-gel)법 등의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기와 같은 방식으로 제조된 촉매 성분을 전술한 다공성 세라믹 구조체에 담지시키는 방법 역시 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명에서는 상기 촉매 성분을 포함하는 슬러리 또는 현탁액에 세라믹 구조체를 침지시키거나, 또는 촉매 성분을 구조체 표면에 도포, 코팅하는 방법 등을 통해 담지시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 적절한 바인더 물질을 사용하여 촉매 성분을 다공성 세라믹 구조체에 담지시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 본 발명에 따른 촉매체를 포름알데히드와 접촉시키는 단계를 포함하는 포름알데히드 제거 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 포름알데히드 제거 방법에서는 제거하고자 하는 알데히드 화합물을 포함하는 가스를 본 발명의 촉매체에 접촉시킴으로써 포름알데히드가 이산화탄소로 전환시킬 수 있다.
*여기서, 본 발명에 따른 포름알데히드 제거 방법에서 반응기 공간 속도는 1000 내지 5000 h-1일 수 있고, 바람직하게는 1000 내지 3500 h-1일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1000 내지 2000 h-1일 수 있다.
여기서, 『반응기 공간 속도』란 반응기에 유입되는 공급 가스의 양(m3/h)을 반응기가 차지하는 부피(m3)로 나누었을 때 산출되는 값을 의미한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 촉매체가 구비된 촉매 반응기 내에 주입되는 포름알데히드 함유 가스의 공급양을 시간 당 가스가 차지하는 부피로 측정하고, 상기 공급양을 상기 촉매 반응기가 차지하는 부피로 나누어 반응기 내에 포름알데히드 함유 가스가 주입되는 속도를 계산할 수 있다.
상기 반응기 공간 속도가 1000 h-1 미만인 경우, 포름알데히드의 전환 효율에 비하여 반응 처리 시간이 너무 길어지기 때문에 효율성이 저하될 우려가 있고, 5000 h-1를 초과하는 경우, 포름알데히드의 제거를 위해서는 고온의 에너지가 요구되므로 에너지 효율성이 저하될 우려가 있다.
상기 반응기는 분해 촉매 반응에서 일반적으로 사용되는 공지된 촉매 반응기는 모두 포함할 수 있고, 상기 반응기를 이용한 반응공정도 당업계에서 공지된 분해 촉매 방식을 통하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 알데히드 화합물을 포함하는 가스와 촉매체의 접촉 온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 40 내지 300℃일 수 있고, 바람직하게는 40 내지 200℃ 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 150 내지 200℃일 수 있다.
상기 접촉 온도가 40℃ 미만인 경우, 반응기 공간 속도가 이에 따라 더 낮아져야 하므로 반응 시간에 따른 효율성이 저하될 우려가 있고, 300℃를 초과하는 경우, 온도 상승에 따른 에너지 소모가 크다는 점에서 효율성이 저하될 우려가 있다.
다만, 본 발명에 따른 포름알데히드의 제거 방법에서 반응기 공간 속도 및 포름알데히드와 촉매체의 접촉 온도는 반응 시간, 가열에 따른 에너지 소모, 요구되는 전환율에 따라 상기 범위 내에서 적절하게 선택하여 조절할 수 있으며, 반응기의 공간 속도 및 접촉 온도가 상기 예시된 범위에 제한되는 것은 아니다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 촉매 성분의 제조
β-제올라이트 100 중량부에 대하여 팔라듐(Pd) 0.25 중량부 및 망간(Mn) 20 중량부를 포함하는 촉매 성분을 증류수와 3:7의 중량비율로 혼합하여 슬러리 용액을 제조하였으며, 상기 슬러리 용액을 10 중량부의 알루미나 졸(alumina sol) 바인더(binder)가 포함된 용액과 1:4의 중량비율로 혼합하여 최종 슬러리 용액을 제조하였다.
제조예 2: 세라믹 구조체의 제조
(1) 파형화된 세라믹 그린 페이퍼의 제조
물 2000 ml에 평균 길이 600 내지 1000 ㎛인 알루미나-실리카 섬유 4 g을 넣은 후, 강하게 교반하여 상기 섬유를 분산시켰다. 이어서, 상기에 유기 섬유로서 침엽수 펄프를 상기 세라믹 섬유 100 중량부를 기준으로 25 중량부로 투입하고, 아크릴계 바인더를 상기 섬유를 기준으로 10 중량부의 양으로 첨가하였다.
그 후, pH 3의 1% 암모늄 알루미늄 설페이트 수용액 1 ml를 넣어 전체 슬러리 용액의 pH를 약 5.5로 조절하였다. 그 후, 상기 슬러리 내의 고형분들이 고루 섞이도록 계속적으로 약하게 교반하고, 제지 장치를 이용하여 두께 400 ㎛의 세라믹 그린 페이퍼를 제조하였다. 그 후, 상기에서 제조된 세라믹 그린 페이퍼를 상온에서 30분 동안 자연 건조한 뒤, 100℃의 건조 오븐에서 잔존하는 수분을 건조시켰다.
제조된 그린 페이퍼를 파형화 기기 (모델명: KIER, 골: 2 mm, 피치: 3 mm, 화성기기(제))를 사용하여 표면온도 150℃ 하에서 2 내지 10 m/분의 공급 속도로 파형화하여, 세라믹 파형 페이퍼를 제조하였다.
(2) 세라믹 판형 페이퍼의 제조
파형화 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 (1)과 동일한 방법으로 세라믹 그린 페이퍼를 제조하고, 이를 세라믹 판형 페이퍼로 사용하였다.
(3) 세라믹 구조체의 제조
(1) 및 (2)에서 제조된 세라믹 판형 페이퍼 및 파형 페이퍼를 부착하여 원지를 제조하고, 상기 원지를 직경 3.5 cm, 높이 5 cm의 원통형으로 제조하였다. 이어서 제조된 원통형 그린 성형체를 실리카졸 (고형분 농도: 20%)에 담지한 후, 꺼내어 120℃의 오븐에서 건조시켰다.
한편, 물 100g에 아세트산 알루미늄(aluminium acetate) 32g을 첨가하고, 교반하면서 인산 230g을 서서히 첨가하여 무기 바인더의 전구체인 2차 코팅액을 제조하였다. 상기 건조된 원통형 그린 성형체를 제조된 2차 코팅액에 함침한 후, 꺼내어 골 사이에 남은 용액을 제거하였다.
그 후, 상온에서 1 시간 동안 자연 건조한 후, 950℃의 온도에서 60분 동안 소성하고, 로(furnace) 내에서 냉각시켜, 세라믹 구조체를 제조하였다.
실시예 1
제조예 1에서 준비된 촉매 성분의 최종 슬러리 용액을 제조예 2에서 준비된 세라믹 구조체에 코팅한 후 110℃에서 건조하였다. 이러한 과정을 반복하여 상기 촉매 성분이 세라믹 구조체에 20 중량%로 코팅되도록 조절하였다. 이와 같이 촉매 성분이 코팅된 세라믹 구조체를 300℃에서 5시간 동안 소성하여 촉매체를 제조하였다.
시험예 1
실시예 1의 촉매체를 이용하여 반응기의 공간속도(1,000, 3,500 및 5,000 h-1)에 따른 포름알데히드(HCHO)의 분해반응 결과를 측정하였다. 여기서, 반응기 공간 속도는 반응기에 유입되는 공급가스 양을 반응기가 차지 하는 부피로 나누어서 계산하였다.
그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 반응기 공간 속도가 5,000 h-1일 경우 40℃에서 55%의 포름알데히드 전환율(HCHO conversion)을 보였으며, 공간속도가 낮을수록 포름알데히드 전환율이 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 공간속도가 1,000 h-1 경우 40℃의 저온에서도 100%의 전환율을 나타내었다.

Claims (15)

  1. 다공성 세라믹 페이퍼를 함유하는 세라믹 구조체; 및
    상기 세라믹 구조체에 담지된 촉매 성분을 포함하는 촉매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 세라믹 구조체는 세라믹 파형 페이퍼 및 상기 파형 페이퍼에 부착된 세라믹 판형 페이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매체.
  3. 제 1 항에 있어서, 세라믹 페이퍼는 평균 길이는 0.6 mm 내지 10 mm인 세라믹 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매체.
  4. 제 1 항에 있어서, 세라믹 페이퍼는 두께가 200 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  5. 제 1 항에 있어서, 세라믹 페이퍼는 기공률이 60 내지 90%인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  6. 제 1 항에 있어서, 촉매 성분은 제올라이트; 상기 제올라이트에 담지된 귀금속 물질; 및 활성 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매체.
  7. 제 6 항에 있어서, 제올라이트는 비표면적이 400m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  8. 제 6 항에 있어서, 제올라이트는 모르데나이트, 페리에라이트, ZSM-5, β-제올라이트, Ga-실리케이트, Ti-실리케이트, Fe-실리케이트 또는 Mn-실리케이트인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  9. 제 6 항에 있어서, 귀금속 물질이 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  10. 제 6 항에 있어서, 귀금속 물질은 제올라이트 100 중량부에 대하여 0.25 중량부 내지 1 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 촉매체.
  11. 제 6 항에 있어서, 활성 금속이 망간, 세륨 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 촉매체.
  12. 제 6 항에 있어서, 활성 금속은 제올라이트 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 촉매체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 촉매체를 포름알데히드와 접촉시키는 단계를 포함하는 포름알데히드의 제거 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 반응기 공간속도는 1000 내지 5000 h-1인 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 제거 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 접촉 온도는 40℃ 이상인 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 제거 방법.
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