WO2017123036A1 - 과산화수소 분해용 고체상 촉매 및 이의 제조 방법 - Google Patents

과산화수소 분해용 고체상 촉매 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a solid-phase catalyst for decomposition of hydrogen peroxide and a method for preparing the same, and more particularly, a solid-phase catalyst for decomposition of hydrogen peroxide, which is reusable, is treated with an organic acid, and is present as a heterogeneously crystallized solid phase in hydrogen peroxide. It is about a method.
  • Hydrogen peroxide is a compound of hydrogen and oxygen that has a strong oxidizing power and is used as an oxidant, bleach, fungicide and oxygen source. Hydrogen peroxide is usually used in the form of an aqueous solution for stability reasons, and commercially available hydrogen peroxide has a concentration of 30% to 35%. When used for certain purposes, such as rocket propellants, hydrogen peroxide with a concentration of more than 90% is used, but there is a risk of explosion, so be careful. The low concentration of hydrogen peroxide is present in a stable form on the aqueous solution, but is decomposed by the catalyst as in Scheme 1 to produce oxygen and water and release heat.
  • catalysts that cause hydrogen peroxide decomposition.
  • Transition metals such as manganese (Mn), silver (Ag), platinum (Pt), iron (Fe), alkali metals and compounds thereof, enzymes, organics, potassium iodide (KI), potassium permanganate (KMnO 4 ), hypo Sodium chlorate (NaOCl) and the like also cause hydrogen peroxide decomposition.
  • a manganese series catalyst is known, and mainly uses a manganese dioxide (MnO 2 ) form.
  • Hydrogen peroxide can be decomposed using such a catalyst to obtain a high concentration of oxygen, and can be utilized as an oxygen source for liquid fuels and oxygen generators.
  • radicals such as HO, HOO, and the like generated during the hydrogen peroxide decomposition reaction are utilized in a process for oxidizing and removing pollutants present in an aqueous solution.
  • solid catalysts are easy to recover because they precipitate on the aqueous solution after hydrogen peroxide decomposition and are separated into layers, but the catalysts can be reused.
  • the solid catalysts since the solid catalysts exist in a heterogeneous state in hydrogen peroxide, they catalyze the decomposition. The reaction rate is slow (Korean Patent No. 10-2013-0030314).
  • the present inventors have developed a solid-state catalyst that can be precipitated in a form that can be easily recovered after completion of the reaction while exhibiting fast hydrogen peroxide resolution at low temperatures, and chemically treat permanganate and manganese (II) salts to react with the solid after the reaction.
  • the present invention has been completed by developing a method that can be precipitated as a component.
  • An object of the present invention is to provide a solid phase catalyst having improved hydrogen peroxide decomposition capability and a method for preparing the same.
  • a solid phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition including permanganate salt and manganese (II) salt.
  • step 1 Preparing an aqueous solution comprising a permanganate salt, a manganese (II) salt and an organic acid (step 1);
  • step 2 Aging the aqueous solution of step 1 to form a solid catalyst (step 2);
  • It provides a method for producing a solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition comprising the step (step 3) of washing, drying and calcining the solid-phase catalyst formed in step 2.
  • a hydrogen peroxide decomposition apparatus including the solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • step a Immersing the solid catalyst of claim 1 in hydrogen peroxide to decompose the hydrogen peroxide into water and oxygen (step a);
  • step b After the catalytic reaction of step a, recovering the residual solid catalyst (step b); provides a hydrogen peroxide decomposition method comprising a.
  • the solid catalyst according to the present invention is present in a solid state in the form of nanoparticles when hydrogen peroxide is decomposed, and at the same time recoverable for reuse, the decomposition rate is also excellent.
  • the method for preparing a solid catalyst according to the present invention is prepared by preparing a solid catalyst from a solution containing a permanganate salt, a manganese salt, and an organic acid, so that the prepared solid catalyst precipitates as a solid component even after the catalytic reaction.
  • Example 1 is a graph showing the rate of oxygen generation when hydrogen peroxide decomposition by the catalyst of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to the present invention
  • Figure 2 is a photograph comparing the remaining catalyst and the filtrate after decomposing hydrogen peroxide with the catalyst of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to the present invention.
  • Step 1 10 ml of 1 M potassium permanganate and 30 ml of 1 M manganese (II) acetate were dissolved in 20 ml of distilled water, and 99% of acetic acid was further mixed, followed by stirring at room temperature for 10 minutes. To prepare a mixture.
  • Step 2 The mixture prepared in Step 1 was completely sealed and then aged for 72 hours in a darkroom at room temperature and atmospheric pressure.
  • Step 3 The solid catalyst produced in the mixture which was carried out in Step 2 was recovered, washed with 90 ml of ethanol, dried in a reduced pressure oven at 70 ° C. and calcined at a temperature of 200 ° C. to prepare a solid catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Step 1 of Example 1 except that 15 ml of formic acid at a concentration of 96% instead of acetic acid as an organic acid was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • step 1 of Example 1 except that 8 ml of oxalic acid at a concentration of 3 M instead of acetic acid as an organic acid was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Step 1 of Example 1 except for using 8 ml of citric acid at a concentration of 12 M instead of acetic acid as an organic acid, it was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • the present invention is a.
  • a solid phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition including permanganate salt and manganese (II) salt.
  • Potassium permanganate which is a conventional manganese catalyst, is present in a homogeneous form in an aqueous solution, thereby inducing a rapid decomposition reaction even in a low temperature region.
  • the catalyst components are uniformly dispersed in the aqueous solution after the reaction is completed, recovery is not easy and may cause additional environmental problems.
  • solid catalysts are easy to recover because they precipitate on the aqueous solution after hydrogen peroxide decomposition and are separated into layers, but the catalysts can be reused.
  • the solid catalysts exist in a heterogeneous state in hydrogen peroxide, they catalyze the decomposition. The disadvantage is that the reaction rate is slow.
  • the solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition according to the present invention improves the shortcomings of the homogeneous catalyst and the heterogeneous catalyst.
  • the solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition is prepared through organic acid treatment, thereby being heterogeneously present in hydrogen peroxide in a nanoparticle state. It can not only increase the decomposition rate of hydrogen peroxide, but also easily recover after decomposition.
  • the nanoparticle form may be present in the form of an aggregate of nanoparticles in which permanganate and manganese (II) salts are converted to manganese oxide.
  • the permanganate salt is potassium permanganate (KMnO 4 ), zinc permanganate (Zn (MnO) 4 ) 2 ), calcium permanganate (CaMnO 4 ), silver permanganate (AgMnO 4 ), sodium permanganate (NaMnO 4 ), barium permanganate (Br (MnO 4 ) 2 ), magnesium permanganate (Mg (MnO 4 ) 2 ), strontium permanganate (Sr (MnO 4) 2) , permanganate lithium (LiMnO 4), permanganate, cadmium (Cd (MnO 4) 2) , a permanganate, cesium (CsMnO 4) and potassium permanganate, rubidium may be used (RbMnO 4), such as, potassium permanganate (KMnO 4 ), zinc permanganate (Zn (MnO) 4 ) 2 ), calcium permanganate (CaMnO 4
  • the manganese (II) salt is manganese acetate (manganese acetate), manganese nitrate (manganese nitrate), manganese chloride (manganese chloride), manganese acetylacetonate, manganese bromide (manganese bromide), manganese carbonate ( Manganese carbonate, manganese fluoride (manganese fluoride), manganese iodide (manganese iodide) and manganese sulfate (manganese sulfate) and the like can be used, but is preferably manganese acetate (manganese acetate), but is not limited thereto.
  • an exothermic reaction is generated in which water and oxygen gas are generated, and an oxygen generation rate may be 8 L / min ⁇ g to 22 L / min ⁇ g and 9 L / min ⁇ g To 21 L / min.g, and may be 10 L / min.g to 20 L / min.g.
  • step 1 Preparing an aqueous solution comprising a permanganate salt, a manganese (II) salt and an organic acid (step 1);
  • step 2 Aging the aqueous solution of step 1 to form a solid catalyst (step 2);
  • It provides a method for producing a solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition comprising the step (step 3) of washing, drying and calcining the solid-phase catalyst formed in step 2.
  • step 1 is a step of preparing an aqueous solution containing permanganate salt, manganese salt (II) and an organic acid.
  • step 1 as a previous step for forming a solid catalyst, the permanganate salt and manganese (II) salt included in the solid catalyst are immersed in distilled water, and the organic acid is mixed.
  • the permanganate salt of step 1 is potassium permanganate (KMnO 4 ), zinc permanganate (Zn (MnO 4 ) 2 ), calcium permanganate (CaMnO 4 ), silver permanganate (AgMnO 4 ), sodium permanganate (NaMnO 4 ), Barium permanganate (Br (MnO 4 ) 2 ), magnesium permanganate (Mg (MnO 4 ) 2 ), strontium permanganate (Sr (MnO 4 ) 2 ), lithium permanganate (LiMnO 4 ), cadmium permanganate (Cd (MnO 4 ) 2 ) , cesium permanganate (CsMnO 4) and rubidium permanganate (RbMnO 4) and the like can be used, one preferably in the potassium permanganate (KMnO 4), and are not intended to limit it.
  • Manganese (II) salt of step 1 is manganese acetate (manganese acetate), manganese nitrate (manganese nitrate), manganese chloride (manganese chloride), manganese acetylacetonate, manganese bromide (manganese bromide), manganese carbonate (manganese carbonate), manganese fluoride (manganese fluoride), manganese iodide (manganese iodide) and manganese sulfate (manganese sulfate) and the like can be used, but is not limited to manganese acetate (manganese acetate) .
  • the organic acid of step 1 may be formic acid, acetic acid, oxalic acid, citric acid, and the like, but is not limited thereto.
  • the permanganate salt and manganese (II) salt may be used potassium permanganate (KMnO 4 ) and manganese acetate (manganese acetate), wherein the mixed weight ratio of potassium permanganate and manganese acetate is 1 1: 1 to 5, 1: 2: may be 4, 1: 1: may be 2.8 to 3.6, but is not limited thereto.
  • the concentration of the organic acid may be 50.0% to 99.9%, 75.0% to 99.9%, 90.0% to 99.9%, but the permanganate and manganese (II If the salt can be treated to produce a catalyst present in the solid phase in hydrogen peroxide, it is not limited thereto.
  • the step 2 is a step of aging the aqueous solution of step 1 to form a solid catalyst.
  • step 2 the aqueous solution prepared in step 1 is aged to form a catalyst present in the solid phase in the catalytic reaction in hydrogen peroxide.
  • the aging treatment of step 2 may seal the aqueous solution in a darkroom atmosphere, and may be performed for 5 hours to 80 hours at normal pressure and room temperature, may be performed for 35 hours to 75 hours, 65 hours to 75 hours But may not be limited thereto.
  • step 3 is a step of washing, drying and calcining the solid catalyst formed in the step 2.
  • step 3 the solid catalyst formed in step 2 is recovered, washed, dried and calcined to finally prepare a solid catalyst for decomposition of hydrogen peroxide.
  • step 3 may be performed with distilled water, alcohol, acetone, and the like, but is not limited thereto.
  • step 3 Drying of step 3 may be carried out at a temperature of 50 °C to 110 °C below normal pressure.
  • step 3 may be carried out at a temperature of 50 °C to 350 °C in the air or inert gas atmosphere, may be carried out at a temperature of 60 °C to 330 °C, it may be carried out at a temperature of 65 °C to 300 °C However, it is not limited thereto.
  • a hydrogen peroxide decomposition apparatus including the solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • a reactor connected to the hydrogen peroxide storage tank and filled with the solid phase catalyst for decomposition of hydrogen peroxide therein;
  • an oxygen storage unit connected to the reactor and storing oxygen generated by the hydrogen peroxide decomposition reaction in the reactor.
  • the reactor may decompose hydrogen peroxide introduced from the hydrogen peroxide storage tank into a solid catalyst for hydrogen peroxide decomposition charged in the reactor.
  • the solid peroxide catalyst for decomposition of hydrogen peroxide may be recovered from the filtrate generated in the reactor after completion of the hydrogen peroxide decomposition reaction, and oxygen generated during the reaction may be stored in the oxygen storage unit.
  • step a Immersing the solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition in hydrogen peroxide to decompose the hydrogen peroxide into water and oxygen (step a);
  • step b recovering the remaining solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition (step b); provides a hydrogen peroxide decomposition method comprising a.
  • step a is a step of decomposing the hydrogen peroxide into water and oxygen by immersing the solid phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition in hydrogen peroxide.
  • step a the solid catalyst is immersed in hydrogen peroxide to decompose hydrogen peroxide into water and oxygen as in Scheme 1 below.
  • the concentration of hydrogen peroxide may be a concentration of 5% to 50%, may be performed in a low temperature atmosphere of 1 °C to 50 °C, but is not limited thereto.
  • step b is a step of recovering the remaining solid catalyst for decomposition of hydrogen peroxide after the catalytic reaction of step a.
  • step b the solid catalyst for decomposition of hydrogen peroxide remaining in water after the reaction is recovered and reused.
  • the recovered solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition can exhibit a performance of 70% to 90% of the original resolution when reused as a hydrogen peroxide decomposition catalyst.
  • Step 1 10 ml of 1 M potassium permanganate and 30 ml of 1 M manganese (II) acetate were dissolved in 20 ml of distilled water, and 99% of acetic acid was further mixed, followed by stirring at room temperature for 10 minutes. To prepare a mixture.
  • Step 2 The mixture prepared in Step 1 was completely sealed and then aged for 72 hours in a darkroom at room temperature and atmospheric pressure.
  • Step 3 The solid catalyst produced in the mixture which was carried out in Step 2 was recovered, washed with 90 ml of ethanol, dried in a reduced pressure oven at 70 ° C. and calcined at a temperature of 200 ° C. to prepare a solid catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Step 1 of Example 1 except that 15 ml of formic acid at a concentration of 96% instead of acetic acid as an organic acid was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • step 1 of Example 1 except that 8 ml of oxalic acid at a concentration of 3 M instead of acetic acid as an organic acid was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Step 1 of Example 1 except for using 8 ml of citric acid at a concentration of 12 M instead of acetic acid as an organic acid, it was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Manganese Dioxide (MnO 2 ) from Sigma-Aldrich (CAS No .: 1313-13-9, 025-001-00-3
  • Step 1 of Example 1 except that 30 ml of propionic acid at 99% concentration instead of acetic acid as an organic acid, it was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Step 1 of Example 1 except that 40 ml of butyric acid of 99% concentration instead of acetic acid as the organic acid was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a solid-phase catalyst for hydrogen peroxide decomposition.
  • Comparative Example 1 which is a potassium permanganate catalyst uniformly present in hydrogen peroxide, exhibited the highest oxygen generation rate of 40.8 L / min ⁇ g, and was unevenly present in hydrogen peroxide in the solid phase.
  • Example 1 shows an oxygen generation rate of 15.4 L / min.g
  • Comparative Example 2 similarly present in a non-uniform solid phase in hydrogen peroxide shows an oxygen generation rate of 0.7 L / min. G, the oxygen generation rate of the solid catalyst It was confirmed that Example 1 was the best.
  • Example 1 shows an oxygen generation rate of 12 L / min ⁇ g, which is approximately 80% of the performance of the original catalyst.
  • Comparative Example 1 which is a potassium permanganate catalyst uniformly present in hydrogen peroxide, showed a basicity of pH 9 due to KOH produced by hydrogen peroxide decomposition reaction, and was present in a non-uniformly solid phase in hydrogen peroxide.
  • Example 1 showed the same pH 7 as distilled water, and Comparative Example 2, which was present in the solid phase unevenly in hydrogen peroxide, showed pH 7.
  • Comparative Example 1 was able to confirm the remaining catalyst components in the filtrate when the reaction was generated when additional injection of hydrogen peroxide, Example 1 and Comparative Example 2, where the separation of the layer reaction occurs even if additional injection of hydrogen peroxide It was confirmed that not.
  • the present invention provides a solid-state catalyst for hydrogen peroxide decomposition comprising a permanganate salt and a manganese (II) salt, wherein the solid-state catalyst is present in a solid state in the form of nanoparticles during hydrogen peroxide decomposition, and can be recovered for reuse.
  • the decomposition rate is also excellent, and the solid phase catalyst preparation method for decomposing hydrogen peroxide according to the present invention is prepared by preparing a solid phase catalyst from a solution containing a permanganate salt, a manganese salt, and an organic acid. Since the catalyst is precipitated as a solid component after the catalyst reaction, it is reusable and has an environmentally friendly advantage, and cost reduction can be achieved by simplifying the catalyst manufacturing technique.

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Abstract

본 발명은 과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제공하고, 상기 고체상 촉매는 과산화수소 분해 시, 나노 입자 형태의 고체 상태로 존재하여, 재사용을 위해서 회수 가능함과 동시에 분해 속도 또한 우수한 장점이 있으며, 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법은 과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 용액으로부터 고체상 촉매를 제조함으로써, 제조된 고체상 촉매는 촉매 반응 후에도 고형성분으로 침전됨으로 재사용 가능하여 친환경적인 장점이 있으며, 촉매 제조 기법의 단순화로 비용 절감을 달성할 수 있다.

Description

과산화수소 분해용 고체상 촉매 및 이의 제조 방법
본 발명은 과산화수소 분해용 고체상 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 재사용 가능하고, 유기산으로 처리되며, 과산화수소 내에서 불균일(heterogeneous)하게 결정화된 고체상으로 존재하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
과산화수소는 수소와 산소가 결합된 화합물로 강한 산화력을 가지고 있어 산화제, 표백제, 살균제 및 산소 공급원으로 활용된다. 과산화수소는 안정성의 이유로 통상 수용액 형태로 사용되며, 시판되고 있는 과산화수소는 30 % 내지 35 %의 농도를 갖고 있다. 로켓 추진제 등의 특정 목적으로 사용될 경우 90 % 이상의 농도를 갖는 과산화수소가 사용되나 폭발의 위험성이 있어 주의를 요한다. 저농도 과산화수소는 수용액 상에 안정한 형태로 존재하나, 촉매에 의해 하기 반응식 1과 같이 분해되어 산소와 물을 생성하고 열을 방출한다.
<반응식 1>
2H2O2 → 2H2O + O2, ΔH = -98.2 kJ/mol
과산화수소 분해를 일으키는 촉매는 다양하게 존재한다. 망간(Mn), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 등의 전이금속, 알칼리 금속 및 이들의 화합물, 효소, 유기물, 요오드화칼륨(KI), 과망간산칼륨(KMnO4), 차아염소산나트륨(NaOCl) 등도 과산화수소 분해 반응을 일으킨다. 대표적인 과산화수소 분해 촉매로는 망간계열 촉매가 알려져 있으며, 주로 이산화망간(MnO2) 형태를 사용한다. 이러한 촉매를 이용하여 과산화수소를 분해하여 고농도의 산소를 얻을 수 있고, 액체연료 및 산소 발생장치에 산소 공급원으로 활용할 수 있다. 또한, 과산화수소 분해 반응 중 발생되는 HO· HOO· 등의 라디칼들은 수용액 상에 존재하는 오염원들을 산화 및 제거하기 위한 공정에도 활용된다.
과산화수소 분해 반응을 통한 산소 발생 또는 오염원 제거의 경우 과산화수소 함량 및 촉매의 성능이 산소량 및 오염원 저감 성능을 좌우한다. 망간계열 촉매인 과망간산칼륨(KMnO4)의 경우, 수용액 상에서 균일한(homogeneous) 형태로 존재하므로, 저온 영역에서도 빠른 분해 반응을 유도할 수 있다. 하지만, 반응 종료 후 수용액 상에 촉매 성분이 균일하게 분산되어 있어 회수가 용이하지 않고, 이로 인한 추가적인 환경 문제를 유발할 수 있다. 반면, 고체형 촉매는 과산화수소 분해 반응 후 수용액 상에 침전되어 층분리되기 때문에 회수가 용이하고, 촉매를 재사용할 수 있다는 이점이 있지만, 과산화수소 내에서 불균일(heterogeneous) 상태로 존재하여 촉매 반응을 하므로 분해 반응 속도가 느리다는 단점이 있다(대한민국 등록특허 제 10-2013-0030314호).
이에, 본 발명자들은 저온에서 빠른 과산화수소 분해능을 보이면서도, 반응 종료 후 회수가 용이한 형태로 침전되어 재사용이 가능한 고체상 촉매를 개발하였고, 과망간산염 및 망간(II) 염을 화학적으로 처리하여 반응 후에도 고형성분으로 침전될 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 과산화수소 분해 능력이 향상된 고체상 촉매 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은
과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 수용액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 수용액을 숙성(aging) 처리하여, 고체상 촉매를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 고체상 촉매를 세정하고, 건조 및 소성하는 단계(단계 3);를 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기의 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 포함하는 과산화수소 분해 장치를 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은
제1항의 고체상 촉매를 과산화수소에 침지시켜 상기 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 단계(단계 a);
상기 단계 a의 촉매 반응 후, 잔류하는 고체상 촉매를 회수하는 단계(단계 b);를 포함하는 과산화수소 분해 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 고체상 촉매는 과산화수소 분해 시, 나노 입자 형태의 고체 상태로 존재하여, 재사용을 위해서 회수 가능함과 동시에 분해 속도 또한 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 고체상 촉매 제조 방법은 과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 용액으로부터 고체상 촉매를 제조함으로써, 제조된 고체상 촉매는 촉매 반응 후에도 고형성분으로 침전됨으로 재사용 가능하여 친환경적인 장점이 있으며, 촉매 제조 기법의 단순화로 비용 절감을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 촉매로 과산화수소 분해 시 산소 발생 속도를 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 촉매로 과산화수소를 분해하고, 남은 촉매와 여액을 비교한 사진이다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 아세트산(acetic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
단계 1 : 20 ml의 증류수에 1 M 농도의 과망간산칼륨 10 ml와 1 M 농도의 망간(II) 아세테이트 30 ml를 용해시키고, 99 % 농도의 아세트산을 추가로 혼합하였으며, 이후 상온에서 10 분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다.
단계 2 : 단계 1에서 제조된 혼합물을 완전 밀봉한 후, 상온 및 상압 분위기의 암실(darkroom)에서 72 시간 동안 숙성(aging) 처리 하였다.
단계 3 : 단계 2를 수행한 혼합물 내에 생성된 고체상 촉매를 회수하고, 에탄올 90 ml로 세정하였으며, 70 ℃의 감압 오븐에서 건조 후 200 ℃의 온도에서 소성하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 2> 포름산(formic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 96% 농도의 포름산 15 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 3> 옥살산(oxalic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 3 M 농도의 옥살산 8 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 4> 시트르산(citric acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 12 M 농도의 시트르산 8 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은
과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매에 대하여 상세히 설명한다.
종래 망간계열 촉매인 과망간산칼륨(KMnO4)의 경우, 수용액 상에서 균일한(homogeneous) 형태로 존재하므로, 저온 영역에서도 빠른 분해 반응을 유도할 수 있다. 하지만, 반응 종료 후 수용액 상에 촉매 성분이 균일하게 분산되어 있어 회수가 용이하지 않고, 이로 인한 추가적인 환경 문제를 유발할 수 있다. 반면, 고체형 촉매는 과산화수소 분해 반응 후 수용액 상에 침전되어 층분리되기 때문에 회수가 용이하고, 촉매를 재사용할 수 있다는 이점이 있지만, 과산화수소 내에서 불균일(heterogeneous) 상태로 존재하여 촉매 반응을 하므로 분해 반응 속도가 느리다는 단점이 있다.
본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매는 상기 균일 촉매와 불균일 촉매의 단점을 개선한 것으로, 상기 과산화수소 분해용 고체상 촉매는 유기산 처리를 통해 제조됨으로써, 과산화수소 내에서 불균일(heterogeneous)하게 나노 입자 상태로 존재할 수 있어, 과산화수소의 분해 속도를 높일 뿐만 아니라, 분해 이후 회수 또한 용이하게 이루어 질 수 있다.
상기 나노 입자 형태는, 과망간산염과 망간(II) 염이 망간산화물로 전환된 나노 입자의 집합체(aggregate)와 같은 형태로 존재할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매에 있어서, 상기 과망간산염(permanganate salt)은 과망간산칼륨(KMnO4), 과망간산아연(Zn(MnO4)2), 과망간산칼슘(CaMnO4), 과망간산은(AgMnO4), 과망간산나트륨(NaMnO4), 과망간산바륨(Br(MnO4)2), 과망간산마그네슘(Mg(MnO4)2), 과망간산스트론튬(Sr(MnO4)2), 과망간산리튬(LiMnO4), 과망간산카드뮴(Cd(MnO4)2), 과망간산세슘(CsMnO4) 및 과망간산루비듐(RbMnO4) 등을 사용할 수 있고, 과망간산칼륨(KMnO4)인 것이 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 상기 망간(II) 염은 망간 아세테이트(manganese acetate), 망간 니트레이트(manganese nitrate), 망간 클로라이드(manganese chloride), 망간 아세틸아세토네이트(manganese acetylacetonate), 망간 브로마이드(manganese bromide), 망간 카보네이트(manganese carbonate), 망간 플루오라이드(manganese fluoride), 망간 아이오다이드(manganese iodide) 및 망간 설페이트(manganese sulfate) 등을 사용할 수 있고, 망간 아세테이트(manganese acetate)인 것이 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 과산화수소 분해용 고체상 촉매로 과산화수소 분해 시, 물과 산소 기체가 발생하는 발열 반응이 진행되며, 산소 발생 속도는 8 L/min·g 내지 22 L/min·g일 수 있고 9 L/min·g 내지 21 L/min·g일 수 있으며, 10 L/min·g 내지 20 L/min·g일 수 있다.
또한, 본 발명은
과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 수용액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 수용액을 숙성(aging) 처리하여, 고체상 촉매를 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 고체상 촉매를 세정하고, 건조 및 소성하는 단계(단계 3);을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법에 있어서, 상기 단계 1은 과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 수용액을 준비하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 고체상 촉매를 형성하기 위한 전 단계로, 고체상 촉매에 포함되는 과망간산염과 망간(II) 염을 증류수에 침지시키고, 유기산을 혼합한다.
상기 단계 1의 과망간산염(permanganate salt)은 과망간산칼륨(KMnO4), 과망간산아연(Zn(MnO4)2), 과망간산칼슘(CaMnO4), 과망간산은(AgMnO4), 과망간산나트륨(NaMnO4), 과망간산바륨(Br(MnO4)2), 과망간산마그네슘(Mg(MnO4)2), 과망간산스트론튬(Sr(MnO4)2), 과망간산리튬(LiMnO4), 과망간산카드뮴(Cd(MnO4)2), 과망간산세슘(CsMnO4) 및 과망간산루비듐(RbMnO4) 등을 사용할 수 있고, 과망간산칼륨(KMnO4)인 것이 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 단계 1의 망간(II) 염은 망간 아세테이트(manganese acetate), 망간 니트레이트(manganese nitrate), 망간 클로라이드(manganese chloride), 망간 아세틸아세토네이트(manganese acetylacetonate), 망간 브로마이드(manganese bromide), 망간 카보네이트(manganese carbonate), 망간 플루오라이드(manganese fluoride), 망간 아이오다이드(manganese iodide) 및 망간 설페이트(manganese sulfate) 등을 사용할 수 있고, 망간 아세테이트(manganese acetate)인 것이 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 단계 1의 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 옥살산(oxalic acid) 및 시트르산(citric acid) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 단계 1의 혼합물 제조 시, 상기 과망간산염과 망간(II) 염의 일례로 과망간산칼륨(KMnO4) 및 망간 아세테이트(manganese acetate)를 사용할 수 있으며, 이때 과망간산칼륨과 망간 아세테이트의 혼합 중량비는 1 : 1 내지 5 일 수 있고, 1 : 2 내지 4 일 수 있으며, 1 : 2.8 내지 3.6 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
더욱 나아가, 상기 단계 1의 수용액 제조 시, 상기 유기산의 농도는 50.0 % 내지 99.9% 일 수 있고, 75.0 % 내지 99.9% 일 수 있으며, 90.0 % 내지 99.9% 일 수 있으나, 상기 과망간산염과 망간(II)염을 처리하여 과산화수소 내에서 고체상으로 존재하는 촉매를 제조할 수 있는 조건이라면 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 고체상 촉매 제조 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 수용액을 숙성(aging) 처리하여, 고체상 촉매를 형성하는 단계이다.
상기 단계 2에서는 과산화수소 내에서 촉매 반응 시 고체상으로 존재하는 촉매를 형성하기 위하여 상기 단계 1에서 제조된 수용액을 숙성한다.
상기 단계 2의 숙성 처리는 상기 수용액을 암실(darkroom) 분위기에서 밀봉하고, 상압 및 상온에서 5 시간 내지 80 시간 동안 수행될 수 있고, 35 시간 내지 75 시간 동안 수행될 수 있으며, 65 시간 내지 75 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 고체상 촉매를 세정하고, 건조 및 소성하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 최종적으로 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하기 위해, 상기 단계 2에서 형성된 고체상 촉매를 회수하고, 세정하며, 건조 및 소성한다.
상기 단계 3의 세정은 증류수, 알코올 및 아세톤 등으로 세정할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 단계 3의 건조는 상압 이하에서 50 ℃ 내지 110 ℃의 온도로 수행할 수 있다.
상기 단계 3의 소성은 공기 또는 불활성 기체 분위기에서 50 ℃ 내지 350 ℃의 온도로 수행될 수 있고, 60 ℃ 내지 330 ℃의 온도로 수행될 수 있으며, 65 ℃ 내지 300 ℃의 온도로 수행될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
나아가, 본 발명은
상기의 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 포함하는 과산화수소 분해 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 과산화수소 분해 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 과산화수소 분해 장치는
과산화수소 저장탱크;
상기 과산화수소 저장탱크와 연결되며, 내부에 상기의 과산화수소 분해용 고체상 촉매가 충전된 반응기;
상기 반응기와 연결되며 상기 반응기에서 과산화수소 분해반응에 의해 발생된 산소를 저장하는 산소 저장부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 과산화수소 분해 장치에 있어서, 상기 반응기는 과산화수소 저장탱크로부터 유입되는 과산화수소를 상기 반응기에 충전된 과산화수소 분해용 고체상 촉매로 분해할 수 있다.
이때, 과산화수소 분해 반응 종료 후 반응기 내에 생성된 여액인 물로부터 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 회수할 수 있고, 반응 시 생성되는 산소는 상기 산소 저장부로 저장될 수 있다.
더욱 나아가, 본 발명은
상기의 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 과산화수소에 침지시켜 상기 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 단계(단계 a);
상기 단계 a가 수행된 후, 잔류하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 회수하는 단계(단계 b);를 포함하는 과산화수소 분해 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 과산화수소 분해 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 과산화수소 분해 방법에 있어서, 상기 단계 a는 상기의 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 과산화수소에 침지시켜 상기 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 단계이다.
상기 단계 a에서는 하기 반응식 1과 같이 과산화수소를 물과 산소로 분해하기 위하여, 과산화수소에 상기 고체상 촉매를 침지시킨다.
<반응식 1>
2H2O2 → 2H2O + O2
상기 단계 a에서, 과산화수소의 농도는 5 % 내지 50 %의 농도일 수 있고, 1 ℃ 내지 50 ℃의 저온 분위기에서 수행될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 과산화수소 분해 방법에 있어서, 상기 단계 b는 상기 단계 a의 촉매 반응 후, 잔류하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 회수하는 단계이다.
상기 단계 b에서는 상기 반응 후 물에 잔류하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 회수하여, 재사용 할 수 있도록 한다.
상기 회수된 과산화수소 분해용 고체상 촉매는 과산화수소 분해 촉매로 재 사용 시, 본래 분해능의 70 % 내지 90 %의 성능을 발휘할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 아세트산(acetic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
단계 1 : 20 ml의 증류수에 1 M 농도의 과망간산칼륨 10 ml와 1 M 농도의 망간(II) 아세테이트 30 ml를 용해시키고, 99 % 농도의 아세트산을 추가로 혼합하였으며, 이후 상온에서 10 분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다.
단계 2 : 단계 1에서 제조된 혼합물을 완전 밀봉한 후, 상온 및 상압 분위기의 암실(darkroom)에서 72 시간 동안 숙성(aging) 처리 하였다.
단계 3 : 단계 2를 수행한 혼합물 내에 생성된 고체상 촉매를 회수하고, 에탄올 90 ml로 세정하였으며, 70 ℃의 감압 오븐에서 건조 후 200 ℃의 온도에서 소성하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 2> 포름산(formic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 96% 농도의 포름산 15 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 3> 옥살산(oxalic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 3 M 농도의 옥살산 8 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 실시예 4> 시트르산(citric acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 12 M 농도의 시트르산 8 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
<비교예 1> 균일 촉매
Junsei 사의 과망간산칼륨(KMnO4)(CAS No.: 7722-64-7, Lot No.: 2015C1513, Assay: min. 99.3%)을 구비하였다.
<비교예 2> 불균일 촉매
Sigma-Aldrich 사의 이산화망간(MnO2)(CAS No.: 1313-13-9, 025-001-00-3
Lot No.: MKBS8414V, Assay: min. 99.99%(trace metal basis))을 구비하였다.
< 비교예 3> 프로피온산( propionic acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 99% 농도의 프로피온산 30 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
< 비교예 4> 부티르산(butyric acid) 처리된 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 유기산으로 아세트산 대신 99% 농도의 부티르산 40 ml을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제조하였다.
<실험예 1> 결정화 여부 비교 분석
본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매가 처리되는 유기산 종류에 따른 결정화 여부를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 고체상 촉매를 육안으로 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 1로 나타내었다.
촉매에 사용된 유기산 결정화 여부
실시예 1 아세트산 O
실시예 2 포름산 O
비교예 3 프로피온산 X
비교예 4 부티르산 X
실시예 3 옥살산 O
실시예 4 시트르산 O
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 프로피온산과 부티르산을 사용한 비교예 3 및 비교예 4의 경우 고체상의 침전물 촉매가 생성되지 않았고, 아세트산, 포름산, 옥살산, 시트르산을 사용한 실시예 1 내지 실시예 4는 고체상의 침전물 촉매가 생성된 것을 확인하였다.
<실험예 2> 과산화수소 촉매의 산소 발생 속도 비교 분석
본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매의 과산화수소 분해 시 산소 발생 속도를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 촉매를 2 ℃의 온도의 10 % 과산화수소 20 ml에 침지시켜 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.
산소 발생 속도(L/min·g)
실시예 1 15.4
비교예 1 40.8
비교예 2 0.7
상기 표 2 및 도 1에 나타낸 바와 같이, 과산화수소에 균일하게 존재하는 과망간산칼륨 촉매인 비교예 1은 40.8 L/min·g의 가장 높은 산소 발생 속도를 나타내었고, 과산화수소에 불균일하게 고체상으로 존재하는 실시예 1은 15.4 L/min·g의 산소 발생 속도를 나타내었으며, 마찬가지로 과산화수소에 불균일하게 고체상으로 존재하는 비교예 2는 0.7 L/min·g의 산소 발생 속도를 나타내어, 고체상 촉매의 산소 발생 속도는 실시예 1이 가장 우수한 것을 확인하였다.
또한, 실시예 1을 사용하여 과산화수소를 분해하고, 회수하여 재사용했을 시의 산소 발생 속도는 원촉매 대비 대략 80 %의 성능인 12 L/min·g의 산소 발생 속도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 3> 과산화수소 분해 후 여액 분석
본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매의 과산화수소 분해 후 여액의 반응성 및 pH를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 촉매를 이용하여 과산화수소를 분해한 뒤 그 여액의 pH를 측정하고, 과산화수소와 추가로 반응시켰으며, 그 결과를 도 2 및 하기 표 3 및 도 2에 나타내었다.
pH(상층액) 과산화수소와 반응성(상층액)
실시예 1 7 없음
비교예 1 9 있음
비교예 2 7 없음
상기 표 3 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 과산화수소에 균일하게 존재하는 과망간산칼륨 촉매인 비교예 1은 과산화수소 분해 반응으로 생성된 KOH 등으로 인해 pH 9의 염기성을 보였고, 과산화수소에 불균일하게 고체상으로 존재하는 실시예 1은 증류수와 동일한 pH 7을 나타냈으며, 마찬가지로 과산화수소에 불균일하게 고체상으로 존재하는 비교예 2는 pH 7을 나타내었다.
또한, 비교예 1은 과산화수소를 추가로 주입하였을 시 반응이 발생하여 여액 내 잔존하는 촉매 성분을 확인할 수 있었고, 층분리가 일어난 실시예 1 및 비교예 2는 과산화수소를 추가로 주입하여도 반응이 발생하지 않은 것을 확인하였다.
이로써 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매의 유기산 처리에 따른 과산화수소 분해 성능, 과산화수소 반응 후 잔류하는 형태를 확인하였으며, 기존 고체상 촉매인 이산화망간보다 월등한 과산화수소 분해 속도를 나타내면서도 반응 후 고체상으로 잔류하여 회수가 용이한 장점을 확인할 수 있었다.
본 발명은 과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 제공하고, 상기 고체상 촉매는 과산화수소 분해 시, 나노 입자 형태의 고체 상태로 존재하여, 재사용을 위해서 회수 가능함과 동시에 분해 속도 또한 우수한 장점이 있으며, 본 발명에 따른 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법은 과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 용액으로부터 고체상 촉매를 제조함으로써, 제조된 고체상 촉매는 촉매 반응 후에도 고형성분으로 침전됨으로 재사용 가능하여 친환경적인 장점이 있으며, 촉매 제조 기법의 단순화로 비용 절감을 달성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 과망간산염(permanganate salt) 및 망간(II) 염을 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체상 촉매는 나노 입자의 불균일(heterogeneous) 촉매인 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 과망간산염(permanganate salt)은 과망간산칼륨(KMnO4), 과망간산아연(Zn(MnO4)2), 과망간산칼슘(CaMnO4), 과망간산은(AgMnO4), 과망간산나트륨(NaMnO4), 과망간산바륨(Br(MnO4)2), 과망간산마그네슘(Mg(MnO4)2), 과망간산스트론튬(Sr(MnO4)2), 과망간산리튬(LiMnO4), 과망간산카드뮴(Cd(MnO4)2), 과망간산세슘(CsMnO4) 및 과망간산루비듐(RbMnO4)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 망간(II) 염은 망간 아세테이트(manganese acetate), 망간 니트레이트(manganese nitrate), 망간 클로라이드(manganese chloride), 망간 아세틸아세토네이트(manganese acetylacetonate), 망간 브로마이드(manganese bromide), 망간 카보네이트(manganese carbonate), 망간 플루오라이드(manganese fluoride), 망간 아이오다이드(manganese iodide) 및 망간 설페이트(manganese sulfate)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매.
  5. 과망간산염(permanganate salt), 망간(II) 염 및 유기산을 포함하는 수용액을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 수용액을 숙성(aging) 처리하여, 고체상 촉매를 형성하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 형성된 고체상 촉매를 세정하고, 건조 및 소성하는 단계(단계 3);를 포함하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 1의 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 옥살산(oxalic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단계 2의 숙성 처리는 상기 혼합물을 암실 분위기에서 밀봉하고, 상압 및 상온에서 5 시간 내지 80 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 단계 3의 소성은 공기 또는 불활성 기체 분위기에서 50 ℃ 내지 350 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 분해용 고체상 촉매 제조 방법.
  9. 제1항의 과산화수소 분해용 고체상 촉매를 포함하는 과산화수소 분해 장치.
  10. 제1항의 고체상 촉매를 과산화수소에 침지시켜 상기 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 단계(단계 a); 및
    상기 단계 a가 수행된 후, 잔류하는 고체상 촉매를 회수하는 단계(단계 b);를 포함하는 과산화수소 분해 방법.
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