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NOx 저감하는 방법 중 가장 보편적으로 사용하고 있는 선택적 촉매 환원(SCR : selective catalytic reduction)공정은 제거효율 및 경제성 면에서 우수하며 최근 상용화되어 가장 널리 사용되고 있는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매는 반응활성이 높고 현장 적응력이 강하기 때문에 발전소와 소각로 등의 배기가스에 존재하는 NOx 산화물 처리를 위해 가장 널리 사용되는 촉매이다. 하지만 ...

NOx 저감하는 방법 중 가장 보편적으로 사용하고 있는 선택적 촉매 환원(SCR : selective catalytic reduction)공정은 제거효율 및 경제성 면에서 우수하며 최근 상용화되어 가장 널리 사용되고 있는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매는 반응활성이 높고 현장 적응력이 강하기 때문에 발전소와 소각로 등의 배기가스에 존재하는 NOx 산화물 처리를 위해 가장 널리 사용되는 촉매이다. 하지만 SCR 촉매의 활성인자 역할을 하는 V2O5는 일반적으로 0.3~1.5wt%V 정도로 제한되는데 이는 SCR 촉매의 Side reaction인 SOx Conversion을 최소화하기 위함이고 350℃ 이상의 반응온도에서 NH3 산화 반응에 의한 N2O 생성을 방지하기 위함이다. 또한 V2O5는 중금속으로 환경 중에 방출되면 인체나 환경에 막대한 영향을 주며 세계시장의 바나듐 수요와 가격 또한 꾸준히 늘고 있어 바나듐의 사용량의 절감이 요구되고 있는 실정이다. 이에, 본 연구에서는 SCR 촉매에 사용되는 바나듐의 양을 저감하기 위하여 적은 양의 바나듐을 그래핀(Graphene)위에 분산, 담지하여 SCR 촉매에 적용하였을 경우의 SCR 촉매의 탈질성능 및 물성을 평가/분석하였다. 우선, 비표면적 증가 및 바나듐 분산 매트릭스로 우수한 특성으로 각광받고 있는 그래핀을 사용하였다. 그래핀의 경우 높은 강도, 비표면적, 열 전도도 등의 우수한 특징을 가지고 있으며 그래핀의 파우더의 대량 합성의 경우 건식법에 따라 Graphene Oxide(GO)와 Reduced Graphene Oxide(RGO)로 나뉠 수 있다. 상용 그래핀(GO, RGO)를 기본 매트릭스로 하여 출발물질인 AMT(Ammonium meta vanadate)를 0.25wt%, 0.05wt% 함랑으로 분산 담지 시켰으며 탈질 및 특성 비교 분석을 위해 그래핀(GO, RGO) 첨가없는 바나듐 0.5wt%의 함량의 상용 SCR과 비슷한 조성의 Standard SCR 촉매도 제조하였다. 그래핀 위 바나듐 담지 방법으로는 증발법, 함침법 및 분산제를 사용한 함침법 등으로 담지량과 분산도에 대해 비교 분석하였다. 그 결과 분산제를 사용한 함침법으로 담지시켰을 때가 바나듐의 담지가 가장 잘되었으며 GO에서보다 RGO에서 바나듐의 응집되지 않고 그래핀 입자 전체적으로 담지가 되었다. 이에, 바나듐 담지된 RGO 복합체를 SCR 촉매에 첨가하여 제조하였을 때 탈질성능평가와 강도, 내마모, SEM 등 물성 특성 분석을 행하였다. 분석방법으로는 표면 특성을 확인하기 위해 SEM과 TEM 분석을 하였으며, 조성 및 성분을 알아보기 위하여 XRD, XRF 분석을 행하였다. 또한 Graphene의 열적거동을 보기 위해 TG/DTA 분석을 진행하였으며 SCR 촉매의 비표면적과 세공 특성을 위해 BET 분석을 행하였다. 분석 결과 탈질 효율은 저온(250℃)에서는 Standard 촉매에서 가장 높게 나왔으며 고온(400℃)으로 갈수록 바나듐 0.25%+RGO SCR 촉매에서 86.4%로 탈질 효율이 가장 높게 나왔다. 강도 및 내마모 시험결과 바나듐+RGO 복합체를 첨가한 SCR 촉매에서 가장 높은 강도, 내마모율 또는 Standard와 비슷한 값을 나타내었으며 SOx Conversion 또한 기존 석탄화력 발전소의 제한 기준인 1.0%보다 낮은 것을 확인 할 수 있었다.

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