KR20190053496A - Platinum colloid-based platinum/vanadium/titania catalyst for removal of gaseous ammonia and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다양한 암모니아 발생원에서 배출되는 가스상 암모니아를 선택적으로 질소로 전화시키는 선택적 촉매산화 (Selective Catalytic Oxidation; SCO)에 사용되는 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 백금계 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention relates to a catalyst used for selective catalytic oxidation (SCO) in which gaseous ammonia emitted from various ammonia sources is selectively converted to nitrogen, and a method for producing the catalyst. More specifically, the present invention relates to a catalyst for platinum- .
최근 산업 및 생활 환경 변화에 수반하여 대기오염물질 주범 중의 하나로 NO, NO2, N2O, NH3 등과 같은 질소산화물의 배출량이 증가하는 추세이다. 이중 암모니아(NH3)는 10 ppm 이하의 농도에서는 냄새감지로 악취유발물질로 분류되나, 100 ppm 이상의 농도에서는 피부점막 이상이 오기 시작하며, 400 ppm 이상의 고농도에서는 결막자극, 구토, 홍채이상 등을 유발하고 심하면 사망에 이르게 할 정도로 인체뿐만 아니라 동식물에도 유해한 것으로 알려져 있다.Recently accompanying the industrial and living environment changes as one of the main cause of air pollutants is a tendency that the discharge amount of nitrogen oxides such as NO, NO 2, N 2 O , NH 3 increases. The concentration of ammonia (NH 3 ) is classified as a malodorous substance by detecting odor at a concentration of 10 ppm or less. However, at a concentration of 100 ppm or more, mucous membrane abnormalities start to appear. Concentrations of more than 400 ppm, It is known to be harmful not only to the human body but also to plants and animals, which causes death and causes severe.
한편 이러한 암모니아는 화력발전소, 석유정련소, 축산시설 및 산업폐수 처리 시설 등의 고정 오염원에서 주로 발생되고, 이러한 고정 오염원의 설비 후단에는 발생되는 암모니아를 제거하기 위해 선택적 촉매산화(Selective Catalytic Oxidation; SCO) 장치가 설치된다. 선택적 촉매산화은 암모니아(NH3)를 촉매를 이용해 무독성의 질소(N2)와 물(H20)로 전환시키는 방법이다. 이러한 선택적 촉매산화의 주반응식은 암모니아(NH3)와 산소(O2)가 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 전환되는 과정으로 이루어지며, 부반응식은 암모니아(NH3)와 산소(O2)가 반응하여 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 및 일산화이질소(N2O)가 생성되는 과정으로 이루어진다. 이러한 부반응식에 따라 생성되는 질소화합물은 미세먼지생성 원인물질 및 지구온난화 유발물질이기 때문에, 암모니아를 무독성의 질소로 선택적으로 처리하는 것이 중요한 문제이다.This ammonia is mainly generated in stationary pollutants such as thermal power plants, petroleum refineries, livestock facilities and industrial wastewater treatment facilities, and selective catalytic oxidation (SCO) The device is installed. Selective catalytic oxidation is a method of converting ammonia (NH 3 ) to non-toxic nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) using a catalyst. The main reaction formula of the selective catalytic oxidation takes place in process of being converted into ammonia (NH 3) and oxygen (O 2) is reacted with a nitrogen (N 2) and water (H 2 O), part scheme is ammonia (NH 3) (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), and dinitrogen monoxide (N 2 O) are produced by reacting oxygen (O 2 ) with oxygen (O 2 ). Since the nitrogen compounds generated according to these reaction formulas are substances that cause fine dusts and cause global warming, it is important to selectively treat ammonia with nontoxic nitrogen.
종래 암모니아를 선택적으로 제거하기 위한 촉매 및 그 제조방법의 일예가 대한민국 공개특허 제10-2016-0095929호에 개시되어 있다. 대한민국 공개특허 제10-2016-0095929호에 따른 촉매는 백금/바나듐/티타니아 촉매로서, 그 제조방법은 바나듐 전구체를 먼저 티타니아에 담지하여 공기 분위기 하에서 400℃의 온도에서 4시간 동안 소성시켜 바나듐/티타니아 촉매를 제조한 후, 계속하여 백금 전구체 수용액을 바나듐/티타니아 촉매에 담지하여 400℃의 온도에서 4시간 동안 공기 분위기 하에서 소성시키고 최종적으로 수소 분위기 하에서 600℃의 온도로 1시간 동안 환원시켜 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하는 것으로 개시하고 있다. 그러나 이러한 촉매 제조방법은 2회의 소성 및 최종 회의 추가 환원 공정이 수반되어야 하기 때문에, 난해한 공정이 추가되어 공정 및 설비가 복잡해지고 제조비용이 상승하는 문제가 있다.An example of a conventional catalyst for selectively removing ammonia and a method for producing the same is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2016-0095929. A catalyst according to Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0095929 is a platinum / vanadium / titania catalyst. The vanadium precursor is supported on titania first and then calcined at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain vanadium / titania Subsequently, a platinum precursor aqueous solution was supported on a vanadium / titania catalyst and calcined in an air atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 4 hours. Finally, the catalyst was reduced at 600 ° C. for 1 hour under a hydrogen atmosphere to obtain platinum / vanadium / Titania catalyst. However, such a catalyst production method has to be accompanied by two additional firing steps and a final additional reduction step, which adds a complicated process, which complicates the process and equipment and increases the manufacturing cost.
또한 대한민국 공개특허 제10-2017-0049811호는 암모니아 제거용 촉매의 또 다른 예로서 250 ~ 350℃에서 전환율을 나타내는 은/티타니아 촉매에 대해 개시하고 있으며, 이러한 은/티타니아 촉매는 튜브형 로를 이용해 300℃ 온도에서 2시간 공기 분위기 하에서 소성 후, 600℃에서 1시간 동안 수소 분위기에서 추가적인 환원시켜 제조되는 것으로 개시되어 있다. 그러나, 상기 대한민국 공개특허 제10-2017-0049811호에 따른 촉매 제조방법 또한 앞서 대한민국 공개특허 제10-2016-0095929호와 마찬가지로 추가적인 난해한 환원공정을 수반하는 문제가 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0049811 discloses another example of a catalyst for removing ammonia, which is a silver / titania catalyst showing a conversion rate at 250 to 350 ° C. This silver / titania catalyst is used in a tubular furnace to produce 300 Lt; 0 > C for 2 hours in an air atmosphere, and then further reduced in a hydrogen atmosphere at 600 < 0 > C for 1 hour. However, the method of preparing a catalyst according to Korean Patent Laid-open No. 10-2017-0049811 also involves a further complicated reduction process like the Korean Patent Publication No. 10-2016-0095929.
본 발명은 종래와는 달리 복잡하고 난해한 환원공정 없이 제조되면서도, 저농도의 가스상 암모니아로부터 인체에 무해한 질소 및 물로의 전환율이 우수한 백금/바나듐/티타니아계 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a platinum / vanadium / titania catalyst which is produced without a complicated and complicated reduction process unlike the prior art, and which is excellent in conversion from low-concentration gaseous ammonia to nitrogen and water harmless to the human body, and a method for producing the same.
본 발명자들은, 대한민국 공개특허 제10-2016-0095929호와 마찬가지로 백금 및 바나듐의 이원계 활성금속과 티타니아 담체를 사용하는 암모니아 제거용 촉매를 별도의 난해하고 복잡한 환원공정 없이 제조할 수 있는 방안을 연구 및 개발하는 과정에서, 종래 백금계 촉매 제조과정에서는 환원공정을 통해 Pt0로 만들어 금속상태로 분산시켜 활성을 우수하게 하는 방식 대신에 백금 전구체로서 분산매에 백금이 산화가 0가의 Pt0가 금속 상태로 분산되어 있는 백금 콜로이드로 선정하여 제조하는 방안에 착안하였다. 한편, 백금 함량이 매우 낮은 경우 XPS 분석으로 그 산화상태를 분리 관찰하기가 어려워 산소종의 이동성을 촉매의 활성 및 수율을 증진시키기 위한 중요 인자로 선정하여 관찰한 결과, 본 발명에서는 백금 콜로이드를 이용한 백금/바나듐/티타니아 촉매 제조시 종래 환원공정을 거친 백금/바나듐/티타니아 촉매와는 달리 별도의 환원공정을 거치지 않기 때문에 촉매 활성 및 수율에 영향을 주는 산소종을 보다 많이 포함할 수 있음을 발견하였다. 또한 바나듐의 표면에 흡착된 암모니아와 백금표면에서 산화된 NOx가 I-SCR반응에 의해 N2로 전환되어야 하는데, 백금을 먼저 담체에 담지하고 바나듐을 나중에 담지하여 제조할 경우 바나듐이 백금 위에 오버래핑(overlapping)되어 백금 표면에서 NOx로의 전환이 억제되어 I-SCR로의 반응에 필요한 NOx의 전환이 줄어들기 때문에 NH3의 전환율이 줄어 반응이 원활하지 않을 수 있게 된다. 따라서, 바나듐을 먼저 담지한 후 백금을 담지하는 것이 촉매표면에 백금을 더 많이 노출시킬수 있게 되어 우수한 전환율을 나타낼 수 있다. 궁극적으로, 본 발명에 따른 백금 콜로이드계 백금/바나듐/티나티아 촉매의 경우 건조 및 소성만으로도 산화상태와 산소종에 대안 잇점을 모두 갖출 수 있기 때문에 별도의 환원공정 없이도 가스상 암모니아에 대한 우수한 반응활성을 구현할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다. 상기한 해결과제에 대한 인식 및 지견에 기초한 본 발명의 요지는 아래와 같다.The present inventors have studied and developed a method for producing an ammonia-removing catalyst using a binary active metal of platinum and vanadium and a titania carrier without any complicated and complicated reduction process as in Korean Patent Laid-Open No. 10-2016-0095929 of the development of the conventional platinum-based catalyst manufacturing process, the reduction process, the via in the form of metal platinum is oxidized a zero-valent Pt 0 the metallic state on each of the dispersion medium in place of a manner that excellent activity as a platinum precursor dispersion to make a Pt 0 And a method of preparing the platinum colloid by dispersing it. On the other hand, when the platinum content is very low, it is difficult to separate and observe the oxidation state by XPS analysis. As a result, the mobility of oxygen species was selected as an important factor for improving the activity and yield of the catalyst, It has been found that the platinum / vanadium / titania catalyst can contain more oxygen species that affect the catalytic activity and yield because it is not subjected to a separate reduction process unlike the platinum / vanadium / titania catalyst that has undergone the conventional reduction process . In addition, ammonia adsorbed on the surface of vanadium and NO x oxidized on the platinum surface must be converted to N 2 by the I-SCR reaction. When platinum is first supported on a carrier and vanadium is carried later, is (overlapping) is possible, this transition to the nO x from the surface of platinum is suppressed by reducing the nO x is required for the reaction to the I-SCR conversion reduces the reaction of the NH 3 conversion rate may not be smooth. Therefore, it is possible to expose more platinum to the surface of the catalyst by supporting vanadium first and then supporting platinum, thereby exhibiting an excellent conversion ratio. Ultimately, the platinum colloid-based platinum / vanadium / tinatia catalyst according to the present invention can provide both an oxidation state and an oxygen species advantageous merely by drying and calcining, so that it can exhibit excellent reaction activity against gaseous ammonia without a separate reduction process And the present invention has been accomplished. The gist of the present invention based on recognition and knowledge of the above-mentioned problems is as follows.
(1) 바나듐 전구체를 티타니아 담체에 담지, 건조 및 소성하여 바나듐/티타니아 촉매를 제조하고, 백금 전구체를 상기 바나듐/티타니아 촉매에 담지, 건조 및 소성하여 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하되, 상기 백금 전구체는 백금 콜로이드인 것을 특징으로 하는 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 제조방법.(1) A platinum / vanadium / titania catalyst is prepared by carrying a vanadium precursor on a titania carrier, drying and firing the vanadium / titania catalyst to prepare a vanadium / titania catalyst, carrying the platinum precursor on the vanadium / titania catalyst, followed by drying and firing, Wherein the precursor is a platinum colloid.
(2) 상기 백금 콜로이드에서 백금의 산화가가 Pt0로 존재하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 제조방법.(2) The process for producing platinum / vanadium / titania for removing ammonia according to (1) above, wherein the oxidation of platinum in the platinum colloid is present as Pt 0 .
(3) 상기 바나듐 전구체는 티타니아 담체의 100 중량부을 기준으로 2 ~ 5 중량부인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 제조방법.(3) The method for producing platinum / vanadium / titania for removing ammonia according to (1), wherein the vanadium precursor is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the titania carrier.
(4) 상기 백금 전구체는 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 0.5 중량부인 것을 특징으로 하는 암모니아 상기 (1)의 제거용 백금/바나듐/티타니아 제조방법.(4) The method for producing platinum / vanadium / titania according to the above (1), wherein the platinum precursor is 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst.
(5) 상기 소성 공정은 300℃ ~ 500℃ 온도에서 3 ~ 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 제조방법.(5) The method for producing platinum / vanadium / titania for removing ammonia according to (1), wherein the calcining step is performed at a temperature of 300 ° C to 500 ° C for 3 to 5 hours.
(6) 활성금속으로서 백금 및 바나듐; 및 상기 활성금속이 담지되는 티타니아 담체를 포함하고, 상기 백금은 전구체로서 백금 콜로이드로부터 유도된 것을 특징으로 하는 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 촉매.(6) platinum and vanadium as active metals; And a titania carrier on which the active metal is supported, wherein the platinum is derived from platinum colloid as a precursor.
(7) 표면 흡착 산소종인 Oα종의 비율이 30% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 촉매.(7) The platinum / vanadium / titania catalyst for removing ammonia as described in (6) above, wherein the ratio of the Oa species as the surface adsorbed oxygen species is 30% or more.
(8) 상기 촉매는 180 ~ 250℃ 온도에서 반응활성을 갖는 것을 특징으로 하는 상기암모니(6)의 아 제거용 백금/바나듐/티타니아 촉매.(8) The platinum / vanadium / titania catalyst for removal of ammonia according to (6), wherein the catalyst has a reaction activity at a temperature of 180 to 250 ° C.
(9) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 방법으로 제조된 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 촉매.(9) A platinum / vanadium / titania catalyst for removing ammonia produced by any one of the above-mentioned methods (1) to (6).
본 발명에 따르면, 백금/바나듐의 이원계 활성금속 촉매 제조시 바나듐/티타니아 촉매 제조 후 상기 백금 전구체 물질로서 백금 콜로이드를 사용하여 최종 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조함으로써, 촉매에 대한 열처리 공정은 난해하고 복잡한 별도원 환원공정 없이도 간단한 소성공정만으로 가능하여 전체적인 제조공정이 단순화될 수 있을 뿐만 아니라, I-SCR 반응에 유리하게 작용되는 표면 흡착 산소종인 Oα종의 비율을 바나듐 및 공정제어를 통해 30% 이상으로 정량적으로 제어함으로써 가스상 암모니아에 대한 전환율이 크게 향상된다. 예컨데, I-SCR 반응은 촉매상에서 NH3가 NOx로 전환되는데 이렇게 전환된 NOx는 미반응 NH3와 다시 반응하여 N2로 전환되어 N2로의 선택성이 증진되는 반응이다. 즉, 선택적 산화반응에서 중요한 가스상 암모니아를 무해한 N2 가스로의 수율이 크게 향상된 촉매를 제공할 수 있다.According to the present invention, the preparation of the vanadium / titania catalyst in the preparation of the binary catalytic metal catalyst of platinum / vanadium, followed by the preparation of the final platinum / vanadium / titania catalyst using the platinum colloid as the platinum precursor material, can only complicated simple firing step without the need for a separate circle reduction process to the whole not only the manufacturing process can be simplified as well, and 30% through the vanadium and process controls the ratio of the O α species species, surface adsorbed oxygen is favorable to the I-SCR reaction The conversion rate to gaseous ammonia is greatly improved. For example, an I-SCR reaction is NH 3 is converted to N 2 by re-reacting with the NO x in the NO x conversion is converted so the unreacted NH 3 on the catalyst reaction and the selectivity to N 2 increase. That is, it is possible to provide a catalyst in which the yield of the gaseous ammonia, which is important in the selective oxidation reaction, is greatly improved to the harmless N 2 gas.
도 1은 본 발명의 제조예 1 및 비교제조예 2에 따라 제조된 촉매내의 산소종과 수소 소모량을 확인하기 위한 H2-TPR(H2 Temperature Programmed Reduction)분석 결과를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명의 제조예 1, 제조예 4 및 제조예 5에 따라 제조된 촉매의 표면 산화상태를 조사하기 위한 XPS(X-Ray Photoelectron Spectroscopy)분석 결과를 도시한 그래프.1 is a graph showing H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis results for confirming oxygen species and hydrogen consumption amount in a catalyst prepared according to Production Example 1 and Comparative Production Example 2 of the present invention.
2 is a graph showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results for investigating the surface oxidation state of the catalysts prepared according to Production Example 1, Production Example 4 and Production Example 5 of the present invention.
본 발명에 따른 촉매는 백금 및 바나듐의 활성금속을 포함하되 이 경우 바나듐, 백금의 순서로 티타니아 담체에 순차적으로 담지된 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매로서, 소정 온도 범위 예컨대 180 ~ 250℃에서 약 200ppm 이하의 저농도 가스상 암모니아에 대해서도 우수한 반응활성을 나타낸다. 또한 이러한 본 발명에 따른 촉매는 그 제조과정에서 종래와는 달리 환원공정을 수반하지 않는 것을 특징으로 하는 바, 이하 촉매 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.The catalyst according to the present invention is a platinum / vanadium / titania catalyst in the form of a platinum / vanadium / titania catalyst containing an active metal of platinum and vanadium, and in this case, vanadium and platinum in the order of titania carrier. And exhibits excellent reaction activity against low-concentration gaseous ammonia of 200 ppm or less. In addition, the catalyst according to the present invention is not accompanied by a reduction process unlike the prior art, and thus the catalyst and the preparation method thereof will be described in detail.
본 발명에 따른 촉매에서, 상기 백금은 그 전구체로서 백금 콜로이드를 사용하여 유도된 것을 하나의 특징으로 한다. 상기 백금 콜로이드에서 백금의 산화가는 Pt0로 존재하는 것을 의미하며, 백금 전구체로서 백금 콜로이드를 사용하는 경우 백금 함량을 상대적으로 작은 함량으로 하면서도 환원공정 없이도 충분한 반응활성을 부여할 수 있다. In the catalyst according to the present invention, the platinum is characterized in that it is derived using platinum colloid as its precursor. Means that the presence in the platinum colloid of fine Pt 0 oxidation of platinum and, in the case of using platinum as a platinum colloid precursors can be given a sufficient reaction activity even without the reduction process while the platinum content in a relatively small amount.
구체적으로, 본 발명에 따른 촉매는 백금 함량이 매우 낮아 XPS 분석으로 그 산화상태를 분리 관찰하기가 어려워 산소종의 이동성을 촉매의 활성 및 수율을 증진시키기 위한 중요 인자로 선정하는 한편, 이 경우 표면 흡착 산소종인 Oα종의 비율이 30% 이상으로 제어되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 백금/바나듐/티타니아 촉매에의 O 1s의 산소종을 분리하는 경우, 이러한 촉매의 산소종은 Oα종인 표면 화학 흡착종과 Oβ 종인 격자 산소종으로 확인될 수 있는데, 이 중 표면 화학 흡착종 Oα는 산소유동성(Oxygen mobility)를 증진시켜 촉매를 이용한 반응시 산소와의 반응을 더욱 원활하게 하는 역할은 한다. 이러한 표면 흡착 산소종인 Oα의 비율은 Oα/(Oα+Oβ) 의 비율로 정의되며, 이와 관련하여 바나듐의 함량이 중요하다. 즉, 바나듐의 첨가는 금속산화물의 형태이기 때문에 산소종을 지니고 있어서 산소종이 증가하나 함량이 올라갈수록 촉매표면에 많은 양의 바나듐이 드러나게 되며 이는 백금의 NH3를 NOx로 전환시키는 반응을 억제시킬 수 있으므로 이를 고려하여 적정한 바나듐 함량이 요구된다.Specifically, the catalyst according to the present invention has a very low platinum content, and it is difficult to separate and observe its oxidation state by XPS analysis. Therefore, the oxygen species mobility is selected as an important factor for improving the catalyst activity and yield, And the ratio of O alpha species as adsorbed oxygen species is controlled to 30% or more. When separating oxygen species of the O 1s of a platinum / vanadium / titania catalyst according to the present invention, the oxygen species in such a catalyst may be identified as O α species, surface chemisorbed species and O β species, lattice oxygen species, of which The surface chemisorption species O α enhances the oxygen mobility and plays a role of facilitating the reaction with oxygen during the reaction using the catalyst. The surface ratio of the adsorbed oxygen species O α is defined as the percentage of α O / (O + α O β), it is important in this connection the content of vanadium. That is, since the addition of vanadium is in the form of a metal oxide, it has an oxygen species and increases oxygen species. However, as the content of vanadium increases, a large amount of vanadium is exposed on the surface of the catalyst. This suppresses the reaction of converting platinum NH 3 to NO x Therefore, proper vanadium content is required in consideration of this.
본 발명에 따른 촉매의 제조는, (1) 바나듐 전구체를 티타니아 담체에 담지, 건조 및 소성하여 바나듐/티타니아 촉매를 제조하고, (2) 백금 전구체를 상기 바나듐/티타니아 촉매에 담지, 건조 및 소성하여 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하되, 상기 백금 전구체로서 분산매에 백금이 산화가 0가의 Pt0가 금속 상태로 분산되어 있는 상태의 백금 콜로이드를 사용한 것을 특징으로 한다. 또한 활성금속인 바나듐과 백금의 담지 순서와 관련하여, 바나듐을 먼저 담지한 후 백금을 담지하는 것이 특징이다. 즉, 바나듐의 표면에 흡착된 암모니아와 백금표면에서 산화된 NOx가 I-SCR반응에 의해 N2로 전환되어야 하는데, 백금을 먼저 담체에 담지하고 바나듐을 나중에 담지하여 제조할 경우 바나듐이 백금 위에 오버래핑(overlapping)되어 백금 표면에서 NOx로의 전환이 억제되어 I-SCR로의 반응에 필요한 NOx의 전환이 줄어들기 때문에 NH3의 전환율이 줄어 반응이 원활하지 않을 수 있기 대문에, 바나듐을 먼저 담지한 후 백금을 담지하는 것이 촉매표면에 백금을 더 많이 노출시킬수 있게 되어 우수한 전환율을 나타낼 수 있다.The catalyst according to the present invention can be produced by (1) carrying a vanadium precursor on a titania carrier, followed by drying and firing to prepare a vanadium / titania catalyst, (2) carrying a platinum precursor on the vanadium / titania catalyst, Platinum / vanadium / titania catalyst is prepared by using platinum colloid in a state where Pt 0 in the oxidation state of Pt 0 is dispersed in a metal state in the dispersion medium as the platinum precursor. Also, with respect to the carrying order of vanadium and platinum, which are active metals, it is characterized in that vanadium is first carried and then platinum is carried. That is, ammonia adsorbed on the surface of vanadium and NO x oxidized on the platinum surface must be converted to N 2 by I-SCR reaction. When platinum is first supported on a carrier and vanadium is carried later, The conversion of NO x from the platinum surface is inhibited and the conversion of NO x required for the reaction to the I-SCR is reduced, so that the conversion of NH 3 is reduced and the reaction may not be smooth. Therefore, The platinum support can expose more platinum on the catalyst surface, and thus can exhibit an excellent conversion rate.
구체적으로, 상기 (1) 단계의 중간 생성물로서 바나듐/티타니아 촉매의 제조는 다음과 같은 순서로 수행된다. 먼저, 티타니아 담체 100 중량부를 기준으로 2 ~ 5 중량부로 바나듐 전구체를 정량하여 수용액을 제조한 후, 티타니아 담체를 혼합하여 슬러리를 제조한다. 이 경우, 바나듐 전구체의 함량이 티타이아 담체 100 중량부를 기준으로 2중량부 미만이면 활성을 나타내기 어려우며, 티티니아 담체 100 중량부를 기준으로 5 중량부 초과이면 바나듐의 뭉침현상 및 표면 흡착 산소종의 함량이 감소되어 바람직하지 않다. 상기 바나듐 전구체는 특별히 제한되지 않으며 예컨대 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 사용할 수 있다. Specifically, the preparation of the vanadium / titania catalyst as the intermediate product in the step (1) is carried out in the following order. First, a vanadium precursor is quantitatively determined in an amount of 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of a titania carrier to prepare an aqueous solution, and then a titania carrier is mixed to prepare a slurry. In this case, if the content of the vanadium precursor is less than 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the titanium carrier, it is difficult to exhibit activity. If the content of the vanadium precursor is more than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the titania carrier, Is undesirably reduced. The vanadium precursor is not particularly limited, and for example, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) may be used.
계속하여, 제조된 바나듐/티타니아 슬러리를 건조기를 이용해 대략적으로 103℃ 온도에서 24시간 이상 충분히 건조하여 미세기공으로부터 수분을 완전히 제거한 후, 시료를 공기 분위기 하에서 대략적으로 300℃ ~ 500℃ 온도에서 3 ~ 5시간 정도 소성함으로써 중간 생성물로서 바나듐/티타니아 촉매의 제조를 완료한다. 소성 공정 조건과 관련하여, 300 ℃ 및 3시간 이하의 경우 활성금속과 지지체의 결합이 약해 활성을 나타내기 힘들며, 500 ℃ 및 5시간 이상에서 소성할 경우 우 바나듐의 뭉침현상에 의해 활성점이 줄어들어 활성의 저하가 나타날 수 있어 바람직하지 않다.Subsequently, the produced vanadium / titania slurry was thoroughly dried at a temperature of approximately 103 ° C. for 24 hours or more using a drier to completely remove water from the micropores, and then the sample was dried at a temperature of approximately 300 ° C. to 500 ° C. in an air atmosphere, Followed by calcining for about 5 hours to complete the production of the vanadium / titania catalyst as an intermediate product. With respect to the sintering process conditions, the bond between the active metal and the support does not exhibit weak activity when the temperature is 300 ° C. or less for 3 hours, and when the sintering is performed at 500 ° C. or more for 5 hours or more, the active sites are reduced due to aggregation of vanadium And thus it is not preferable.
다음으로, 상기 (2) 단계의 최종 생성물로서 백금/바나듐/티타니아 촉매의 제조는 다음과 같은 순서로 수행된다. 먼저, 상기 (1) 단계를 통해 제조된 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 0.5 중량부의 백금 콜로이드를 정량하여 충분히 혼합하여 슬러리를 제조한다. 이 경우, 백금 콜로이드의 함량이 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 미만이면 백금에 의한 충분한 활성을 나타내기 어렵고, 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 초과이면 귀금속 함량 증가에 따라 촉매 제조가격이 상승하여 바람직하지 않다.Next, the preparation of the platinum / vanadium / titania catalyst as the final product in the step (2) is carried out in the following order. First, 0.1 to 0.5 parts by weight of platinum colloid based on 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst prepared in the step (1) is quantitatively determined and thoroughly mixed to prepare a slurry. In this case, if the amount of the platinum colloid is less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst, it is difficult to exhibit sufficient activity by the platinum. If the content of the platinum colloid exceeds 0.5 part by weight based on 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst, And thus the catalyst production cost rises.
계속하여, 제조된 백금/바나듐/티타니아 슬러리를 상기 (1) 단계에서와 마찬가지로 건조기를 이용해 대략적으로 103℃ 온도에서 24시간 이상 충분히 건조하여 미세기공으로부터 수분을 완전히 제거한 후, 시료를 공기 분위기 하에서 대략적으로 300℃ ~ 500℃ 온도에서 3 ~ 5시간 정도 소성함으로써 최종 생성물로서 바나듐/티타니아 촉매의 제조를 완료한다. 소성 공정 조건과 관련하여, 300 ℃ 및 3시간 이하의 경우 활성금속과 지지체의 결합이 약해 활성을 나타내기 힘들며, 500 ℃ 및 5시간 이상에서 소성할 경우 우 바나듐 및 백금의 뭉침현상에 의해 활성점이 줄어들어 활성의 저하가 나타날 수 있어 바람직하지 않다.Subsequently, the prepared platinum / vanadium / titania slurry was thoroughly dried at a temperature of approximately 103 ° C for 24 hours or more using a drier in the same manner as in the above step (1) to completely remove moisture from the micropores, At 300 DEG C to 500 DEG C for 3 to 5 hours to complete the production of the vanadium / titania catalyst as a final product. With respect to the firing process conditions, the bond between the active metal and the support does not exhibit weak activity when the temperature is 300 ° C. or less for 3 hours, and when the firing is performed at 500 ° C. for 5 hours or more, the active spot is formed by the aggregation of vanadium and platinum The activity may be lowered, which is undesirable.
한편, 상기 (1) 및 (2) 단계의 소성과정에 이용되는 로의 형태는 특별히 제한되지 않으며 예컨대 튜브형, 컨벡션형, 화격자형 로 등과 같이 다양한 형태의 로가 사용될 수 있다.Meanwhile, the shape of the furnace used in the firing process in the above steps (1) and (2) is not particularly limited, and various types of furnaces such as a tube type, a convection type, and a grate type furnace can be used.
또한, 상기 제조된 촉매는 자체로 소량의 바인더(binder)와 함께 입자형이나 모노리스(monolith) 형태로 압출 가공하거나 슬레이트, 플레이트, 펠렛 등의 다양한 형태로 제조될 수 있고, 또는 또는 금속이나 세라믹 재질의 판, 섬유, 필터 또는 허니컴(honeycoomb) 구조체의 표면에 코팅하여 사용될 수 있다.The prepared catalyst may be extruded in particle or monolith form together with a small amount of binder, or may be prepared in various forms such as slate, plate, and pellet, or may be made of metal or ceramic material A plate, a fiber, a filter, or a surface of a honeycomb structure.
이하, 본 발명의 바람직한 제조 실시예 및 실험예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on preferred manufacturing examples and experimental examples of the present invention. However, it should be understood that the technical spirit of the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made by those skilled in the art.
측정방법How to measure
가스상 암모니아의 전환율은 아래의 [수학식 1]에 따라 계산하였다. 또한, 질소 수율은 주입되는 기체상 암모니아가 산화되어 발생하는 NO의 농도를 비분산 적외선 가스분석기(ZKJ-2, Fuji Electric Co.)로 측정하였으며, N2O의 경우에는 Ultramat6(Siemens Co.)로 측정하여 계산하였으며, 암모니아의 농도는 검지관(3M, 3La, 3L, GASTEC Co.)로 측정하였다. 질소로의 수율은 하기의 [수학식2]에 따라 계산하였다. The conversion of the gaseous ammonia was calculated according to the following equation (1). In addition, the nitrogen yield was measured, the concentration of NO generated gaseous ammonia to be injected is oxidized to a non-dispersive infrared gas analyzer (ZKJ-2, Fuji Electric Co. ), when the N 2 O is Ultramat6 (Siemens Co.) (3M, 3La, 3L, GASTEC Co.), and the concentration of ammonia was measured by a detector tube (3M, 3La, 3L, GASTEC Co.). The yield to nitrogen was calculated according to the following formula (2).
제조예Manufacturing example 1 One
먼저, 암모늄메타바나데이트(NH4VO3)를 바나듐 전구체로 하여 티타니아 담체 100 중량부 기준으로 2 중량부가 되도록 정량한 후 60℃ 이상으로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 전구체 수용액을 제조하였다. 이어서 바나듐의 용해도를 증가시키기 위하여 옥살산(Oxalic acid)를 1:1 mole의 비율로 하여 첨가시켜 바나듐 전구체 수용액을 제조하였다. 제조된 바나듐 전구체 수용액과 티타니아를 혼합하여 슬러리(Slurry) 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 24 시간 이상 충분히 건조하였다. 튜브(tube)형 로에서 400℃의 온도로 4시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다. 계속하여, 상기 제조된 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부에 대해 백금 전구체인 백금 콜로이드(Pt colloid) 0.1 중량부로 정량하고, 바나듐/티타니아 촉매와 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후 진공회전증발기를 이용하여 수분을 제거 후, 미세 기공에 포함된 수분을 완전히 제거하기 위하여 103℃의 건조기에서 24 시간 이상 충분히 건조하였다. 최종적으로, 튜브(tube)형 로에서 400℃의 온도로 4 시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다.First, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) was quantified to be 2 parts by weight based on 100 parts by weight of titania carrier as a vanadium precursor, and then dissolved in distilled water heated to 60 ° C or higher to prepare a vanadium precursor aqueous solution. Then, oxalic acid was added at a ratio of 1: 1 mole to increase the solubility of vanadium to prepare a vanadium precursor aqueous solution. The prepared vanadium precursor aqueous solution and titania were mixed to form a slurry, and then the water was removed by using a vacuum rotary evaporator. To completely remove water contained in the micropores, And dried. And then calcined in a tube furnace at a temperature of 400 DEG C for 4 hours in an air atmosphere to prepare a vanadium / titania catalyst. Subsequently, 0.1 part by weight of platinum colloid (Pt colloid) as a platinum precursor was added to 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst prepared above, and the mixture was mixed with a vanadium / titania catalyst to prepare a slurry. After thoroughly removing the moisture contained in the micropores, the micropores were sufficiently dried for 24 hours or more in a dryer at 103 ° C. Finally, a platinum colloid-type platinum / vanadium / titania catalyst was prepared by firing in a tube furnace at a temperature of 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere.
제조예Manufacturing example 2 2
상기 제조예 1에서의 백금 콜로이드의 함량을 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부의 0.3 중량부로 증가시킨 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 제조하였다.The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the content of platinum colloid in Production Example 1 was increased to 0.3 part by weight of 100 parts by weight of vanadium / titania catalyst.
제조예Manufacturing example 3 3
상기 제조예 1에서의 백금 콜로이드의 함량을 바나듐/티타니아 촉매 100 중량부의 0.5 중량부로 증가시킨 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 제조하였다.The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the content of platinum colloid in Preparation Example 1 was increased to 0.5 parts by weight of 100 parts by weight of the vanadium / titania catalyst.
제조예Manufacturing example 4 4
상기 제조예 1에서의 바나듐의의 함량을 티타니아 100 중량부 기준으로 3 중량부가 되도록 정량한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 제조하였다.The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the content of vanadium in Production Example 1 was quantified to be 3 parts by weight based on 100 parts by weight of titania.
제조예Manufacturing example 5 5
상기 제조예 1에서의 바나듐의의 함량을 티타니아 100 중량부 기준으로 5 중량부로 되도록 정량한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 제조하였다.The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the content of vanadium in Production Example 1 was quantified to be 5 parts by weight based on 100 parts by weight of titania.
비교제조예Comparative Manufacturing Example 1 One
상기 제조예 1의 백금 첨가 과정에서 백금 전구체를 수산화백금(Pt(OH)2)를 티타니아 담체에 용해시켜 제조한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다.A platinum / vanadium / titania catalyst was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that platinum precursor was prepared by dissolving platinum hydroxide (Pt (OH) 2 ) in a titania carrier in the process of adding platinum in Preparation Example 1 .
비교제조예Comparative Manufacturing Example 2 2
상기 비교제조예 1의 열처리 공정에서 추가적으로 600℃에서 1 시간 동안 환원공정을 수행한 것을 제외하고는, 비교제조예 1과 동일한 방법으로 백금/바나듐/티타니아 촉매를 제조하였다.A platinum / vanadium / titania catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 1, except that in the heat treatment process of Comparative Preparation Example 1, the reduction process was further performed at 600 ° C for 1 hour.
이상에서 설명한 제조예1 내지 5와, 비교제조예 1 내지 2을 하기의 [표 1]에 정리하여 나타내었다.The above-described Production Examples 1 to 5 and Comparative Production Examples 1 to 2 are summarized in the following [Table 1].
담체Titania
carrier
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)Plasticity
(400 [deg.] C for 4 hours)
(400℃ 4 시간)
(600℃ 1 시간)Reduction after firing
(400 [deg.] C for 4 hours)
(600 DEG C for 1 hour)
실험예Experimental Example 1 One
본 발명에 의한 암모니아 제거용 백금/바나듐/티타니아 촉매의 제조에 있어 백금 전구체의 종류에 따른 암모니아 제거 활성을 평가하기 위하여 백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매와 수산화 백금 형태의 백금/바나듐/티타니아 소성촉매인 비교제조예 1 및 소성후 환원공정이 추가된 비교제조예 2의 촉매를 제조 후 반응온도 영역인 180 ~ 250℃에서 암모니아 제거율 및 질소 수율을 측정하였다. 이 경우, 암모니아의 농도는 200 ppm/N2, 산소농도 10 vol.%, 수분 6 vol.%로 하였으며, 공간속도는 60,000 hr- 1으로 유지하여 측정하였다. 제조예 1 및 비교제조예 2의 경우 250℃의 온도에서 95% 이상의 전환율을 나타냈으나, 제조예 1과 열처리 공정을 동일하게 한 비교제조예 1의 촉매의 경우 10% 이하의 NH3 전환율을 나타났으며, 그 이하의 온도구간에서도 제조예 1의 촉매가 가장 우수한 질소 전환율을 나타내었다. 상기 암모니아의 전환율에서의 미반응 암모니아의 경우에는 반응하지 않고 배출되는 미반응 암모니아의 농도를 측정하여 계산하였다. 또한, 질소 수율의 경우에도 220℃ 이하의 온도 구간에서 제조예 1로 제조된 촉매가 가장 우수한 질소 수율을 나타낸 것을 확인하였다. 참고적으로, 상기 암모니아 제거율과 질소 수율의 계산 결과를 하기의 [표 2]에 나타내었다. In order to evaluate the ammonia removal activity according to the type of the platinum precursor in the production of the ammonia-removing platinum / vanadium / titania catalyst according to the present invention, platinum / vanadium / titania catalyst of platinum colloid type and platinum / vanadium / The ammonia removal rate and the nitrogen yield were measured at 180 ~ 250 ° C, which is the reaction temperature range, after Comparative Preparation Example 1, which is a calcination catalyst, and Comparative Preparation Example 2, to which a reduction process after calcination was added. In this case, the concentration of
즉, 상기 [표 2] 결과를 통해 암모니아를 제거 특성의 경우 활성금속 중 하나인의 백금의 전구체가 백금 콜로이드일 때, 소성 공정만으로도 우수한 암모니아 제거율과 질소 수율을 나타내는 것을 확인하였다.That is, it was confirmed from the results of Table 2 that when the platinum precursor, which is one of the active metals, is a platinum colloid in the case of ammonia removal characteristics, it shows excellent ammonia removal rate and nitrogen yield even only in the sintering process.
실험예Experimental Example 2 2
백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매를 백금 콜로이드의 함량을 달리하여 제조하여 암모니아 제거율 및 질소 수율을 측정하였다. 암모니아 전환율로서 220℃의 이상의 온도범위에서 동일하게 나타났으며, 200℃ 온도에서 제조예 1의 경우에는 30%의 전환율을 나타냈으나 백금 콜로이드 함량이 각각 0.3, 0.5인 제조예 2, 3인 경우 암모니아 전환율이 각각 20%로 오히려 전환율이 감소하는 경향을 나타내었다. 질소 수율은, 220℃의 경우 백금 콜로이드 함량이 0.5일 때 가장 우수한 수율을 제외하고는 전 구간에서 제조예 1의 수율이 가장 우수한 결과가 나타났다. 참고적으로, 상기 암모니아 제거율과 질소 수율의 계산 결과를 하기의 [표 3]에 나타내었다.A platinum / vanadium / titania catalyst of platinum colloid type was prepared by varying the content of platinum colloid to determine the ammonia removal rate and nitrogen yield. Ammonia conversion rate was 220 ° C or higher, and the conversion was 30% in the case of Production Example 1 at 200 ° C. In Production Examples 2 and 3 in which platinum colloid contents were 0.3 and 0.5, respectively Ammonia conversion ratio was 20%, respectively. Conversion rate tended to decrease. Nitrogen yield was the highest in the yield of Preparation Example 1 at all temperatures, except for the best yield when the platinum colloid content was 0.5 at 220 ° C. For reference, the calculation results of the ammonia removal rate and the nitrogen yield are shown in Table 3 below.
실험예Experimental Example 3 3
백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매의 바나듐 함량을 달리하여 제조한 제조예 1 및 제조예 4, 제조예 5를 대상으로 실험예 1과 동일한 방법으로 암모니아 제거율 및 질소 수율을 측정하였다. 암모니아 전환율에 있어서 바나듐 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 자세하게는 250℃에서는 암모니아 전환율이 비슷했으나 220℃에서는 제조예 1, 제조예 4, 제조예 5가 각각 52.5, 45, 10%으로 점차 감소하였으며 200℃에서의 제조예 5의 경우에는 암모니아 전환율이 0%의 결과가 나타났다. 질소 수율의 경우에는 250℃에서 바나듐의 함량이 증가할수록 전환율이 증가하였으며, 220℃ 이하에서 부터는 암모니아 산화력의 감소로 암모니아의 전환율이 낮아져 수율 또한 낮아지는 경향을 나타내었다. 참고적으로, 상기 암모니아 제거율과 질소 수율의 계산 결과를 하기의 [표 4]에 나타내었다.Ammonia removal rate and nitrogen yield were measured in the same manner as in Experimental Example 1 with respect to Production Example 1, Production Example 4, and Production Example 5, which were prepared by varying the vanadium content of the platinum / vanadium / titania catalyst in platinum colloid form. Ammonia conversion rate was decreased as the content of vanadium increased. In detail, ammonia conversion was similar at 250 ° C, but at 220 ° C, Production Example 1, Production Example 4 and Production Example 5 gradually increased to 52.5, 45 and 10% And the ammonia conversion was 0% in Production Example 5 at 200 ° C. In the case of nitrogen yield, the conversion rate increased with increasing vanadium content at 250 ℃. From 220 ℃ or lower, ammonia conversion decreased and the yield decreased. For reference, the calculation results of the ammonia removal rate and the nitrogen yield are shown in Table 4 below.
실험예Experimental Example 4 4
백금 전구체에 따라 추가적인 환원공정 없이 암모니아 전환율이 나타난 촉매인 제조예 1과 비교제조예 2의 H2-TPR(H2 Temperature Programmed Reduction)분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 촉매 내부의 산소종의 사용함으로써 암모니아와 산소의 반응으로 질소로 보낼 수 있는 반응을 진행될 수 있는데, 촉매를 승온시키면서 수소 가스를 주입함에 따라 소모되는 수소의 양을 측정함으로써 촉매 내의 산소의 양을 간접적으로 비교할 수 있다. 즉, 수소 소모 면적은 촉매 내의 산소의 양을 의미한다.The H 2 -TPR (H 2 Temperature Programmed Reduction) analysis of the catalysts of Production Example 1 and Comparative Production Example 2, in which the conversion of ammonia was observed without additional reduction process, was performed according to the platinum precursor. The results are shown in FIG. The use of oxygen species in the catalyst allows the reaction to be carried out with nitrogen by the reaction of ammonia and oxygen. The amount of hydrogen consumed by injecting hydrogen gas while raising the temperature of the catalyst is measured, . That is, the hydrogen consumption area means the amount of oxygen in the catalyst.
구체적으로, 2920 Autochem (Micromeritics)을 사용하였으며, 농도 측정을 위한 감지기(detector)는 TCD(Thermal Conductivity Detector)를 사용하여 H2-TPR 분석을 수행하였다. 분석의 순서는 100 um 이하로 분쇄된 0.3g의 촉매를 충진 후, 우선 50 cc/min의 5 vol.% O2/He을 10℃/min으로 승온시키면서 400℃에서 30분간 흘리며 표면의 불순물을 제거하였다. 계속해서 상온으로 온도를 하온시킨 후, 5 vol.% H2/Ar을 1 시간 동안 주입하여 촉매를 환원 분위기로 만들어 주었다. 그 후 10℃/min으로 승온시키면서 600℃까지 수소 소모량을 측정하였다.Specifically, 2920 Autochem (Micromeritics) was used, and H2-TPR analysis was performed using a TCD (Thermal Conductivity Detector) as a detector for concentration measurement. The procedure of the analysis is as follows: 0.3 g of the catalyst pulverized to 100 μm or less is charged, and then 5 vol.% O 2 / He of 50 cc / min is heated at a rate of 10 ° C./min for 30 minutes at 400 ° C., Respectively. Subsequently, the mixture was allowed to warm to room temperature, and then 5 vol.% H 2 / Ar was added thereto for 1 hour to make the catalyst into a reducing atmosphere. Thereafter, the hydrogen consumption was measured up to 600 DEG C while the temperature was raised at 10 DEG C / min.
도 1에 나타난 H2-TPR의 결과를 살펴보면, 제조예 1이 비교제조예 2에 비해 약 4.89배의 더욱 많은 수소 소모량을 나타냄에 따라 더 많은 촉매내의 산소량을 가지고 있는 것을 확인하였다. 일반적으로 촉매내의 산소량이 많은 경우 반응가스의 암모니아와 반응할수 있는 산화반응에 유리하다. 즉, 백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매가 수산화 백금 전구체를 이용하여 환원제조된 종래 백금/바나듐/티타니아 촉매보다 우수한 암모니아 전환율을 갖음을 확인하였다.As a result of the H 2 -TPR shown in FIG. 1, it was confirmed that Production Example 1 exhibited more hydrogen consumption of about 4.89 times as compared with Comparative Production Example 2, and thus had more oxygen content in the catalyst. Generally, when the amount of oxygen in the catalyst is large, it is advantageous for the oxidation reaction which can react with ammonia of the reaction gas. That is, it was confirmed that the platinum / vanadium / titania catalyst of the platinum colloid type had a higher ammonia conversion than that of the conventional platinum / vanadium / titania catalyst reduced by using the platinum hydroxide precursor.
실험예Experimental Example 5 5
바나듐 함량에 달리하여 제조한 제조예 1, 제조예 4, 제조예 5인 백금 콜로이드 형태의 백금/바나듐/티타니아 촉매의 O 1s의 산소종을 분리하여 도 2에 표현 하였다. 촉매의 산소종은 2 가지로 나뉘어 지는데 Oα 종인 표면 화학 흡착종과 Oβ 종인 격자 산소종이 있다. 그 중 표면 화학 흡착종은 산소유동성(oxygen mobility)을 증진시켜 산소와의 반응이 더욱 원활해진다. Oα 산소종의 비율은 Oα/(Oα+Oβ) 의 비율로 나타내는데, 제조예 1의 경우 32.58%, 제조예 4의 경우 31.26%, 제조예 5의 경우 24.35%로 나타났다. 즉 암모니아 전환율이 가장 우수했던 제조예 1의 경우 32.58%로 가장 Oα종의 비율이 가장 많았으며, 제조예 5의 경우 전환율이 가장 저조했으며 Oα의 비율도 24.35%로 가장 저조하였다. 200℃까지 암모니아 전환율이 나타나기 위해서는 Oα의 비율이 30% 이상이여야 함을 나타확인하였다. 각 촉매들의 Oα 산소종의 표면 비율을 하기의 [표 5]에 나타내었다. The O1s oxygen species of the platinum / vanadium / titania catalyst of platinum colloid type, Production Example 1, Production Example 4, and Production Example 5, which were prepared by varying the vanadium content, are shown in FIG. The oxygen species of the catalyst are divided into two types: surface chemisorption species which are O α species and lattice oxygen species which is O β species. Among them, the surface chemisorbed species promotes oxygen mobility, and the reaction with oxygen becomes more smooth. O ratio α of the oxygen species O α / indicate a ratio of (O α + β O), found to be 32.58% in Preparation Example 1, 31.26% in the preparation 4, in the case of Preparation Example 5 24.35%. I.e., it was the most common species of the O α ratio in the case of Preparation Example 1 was ammonium conversion rate is highest with 32.58%, in the case of Preparation Example 5 was conversion of the low percentage of O α was also low in most 24.35%. It was confirmed that the ratio of O α should be 30% or more for ammonia conversion to reach 200 ° C. The surface ratios of O alpha species of each catalyst are shown in Table 5 below.
Claims (9)
A platinum / vanadium / titania catalyst is prepared by supporting a vanadium precursor on a titania carrier, drying and calcining the vanadium / titania catalyst to prepare a vanadium / titania catalyst, carrying the platinum precursor on the vanadium / titania catalyst, drying and firing the platinum precursor, Wherein the ammonia-removing platinum / vanadium / titania is colloidal.
The method for preparing platinum / vanadium / titania for removing ammonia according to claim 1, wherein the oxidation of platinum in the platinum colloid is present as Pt 0 .
The method of claim 1, wherein the vanadium precursor is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the titania support.
The method of claim 1, wherein the platinum precursor is 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of a vanadium / titania catalyst.
The method of claim 1, wherein the calcining step is performed at a temperature of 300 ° C to 500 ° C for 3 to 5 hours.
Platinum and vanadium as active metals; And a titania carrier on which the active metal is supported, wherein the platinum is derived from platinum colloid as a precursor.
The method of claim 6, wherein the surface adsorbed oxygen species O α species ratio of 30% or more ammonia to remove platinum / vanadium / titania catalyst characterized in the catalyst.
7. The catalyst for removing ammonia according to claim 6, wherein the catalyst has a reaction activity at a temperature of 180 to 250 ° C.
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