W, Zr) catalysts for low-temperature NH3-SCR of NOx = 저온 SCR용 MnOx-CeO2-MOx/TiO2 (M=W, Zr) 촉매의 표면특성 및 촉매효율에 관한 연구 Surface characteristics and catalytic activity of MnOx-CeO2-MOx/TiO2 (M원문보기
선택적 촉매 환원법(selective catalytic reduction)은 화학 플랜트·소각로 등의 고정원과 자동차·선박 등의 이동원에서 배출되는 질소산화물을 환원시켜 제거하는 기술로 TiO2계 촉매가 널리 사용되고 있다. MnOx-TiO2계 촉매의 질소산화물 저감효율 및 내구성 증진을 위하여 sol-gel 법으로 합성하였고, 분체특성 및 ...
선택적 촉매 환원법(selective catalytic reduction)은 화학 플랜트·소각로 등의 고정원과 자동차·선박 등의 이동원에서 배출되는 질소산화물을 환원시켜 제거하는 기술로 TiO2계 촉매가 널리 사용되고 있다. MnOx-TiO2계 촉매의 질소산화물 저감효율 및 내구성 증진을 위하여 sol-gel 법으로 합성하였고, 분체특성 및 구조분석을 통해 촉매의 표면특성 및 열화거동을 확인하여, 저온에서의 높은 탈질효율 및 안정성을 가지는 촉매 소재 설계 및 신뢰성 향상 연구를 수행하였다.
저온에서의 주요 촉매인 망간 산화물(MnOx)은 독특한 산화·환원반응으로 SCR 효율이 우수한 촉매의 하나로 보고되나, 온도 안정성 및 황 분위기에서의 개선이 요구된다. WO3 또는 CeO2가 각각 첨가된 MnOx-WO3-TiO2, MnOx- CeO2-TiO2 촉매를 제조하여, 분체 특성 및 구조적 특성 평가를 실시하였고, 저온에서의 촉매효율 및 안정성에 미치는 WO3 및 CeO2의 영향을 각각 확인하였다. 텅스텐 산화물은 sol 반응 시 비표면적 감소를 억제하였고, TiO2와 화학적 결합을 하여 Ti-O-W의 distorted octahedral 구조를 가짐으로 온도 안정성을 향상시켰다. WO3 함량 증가에 따라 브뢴스테드 산점이 증가되었고, 촉매 표면의 망간 및 텅스텐 산화물이 amorphous state로 존재하여 촉매효율이 향상되었다.
CeO2가 첨가된 MnOx-CeO2-TiO2 촉매는 특정한 비율에서 효율이 향상되었고, 이는 촉매 표면의 MnOx 및 CeO2와의 분산정도 및 온도안정성에 영향을 미쳤다. 아울러, 황 분위기에서의 효율을 확인한 결과, MnOx-TiO2 촉매는 황산화물에 의하여 15 % 효율 감소를 보인 반면, MnOx-CeO2-TiO2 촉매는 150-200 °C에서 14-21 % 향상되었다. 이는 FT-IRspectroscopy 및 NH3-TPD 분석을 통하여 CeO2 첨가에 의하여 Mn sulfate 형성이 억제된 것으로 확인하였다.
저온에서의 높은 질소산화물 제거효율 및 온도안정성, 황에 대한 높은 내구성을 가지는 4 성분계 MnOx-CeO2-WO3/TiO2, MnOx-CeO2-ZrO2/TiO2 촉매를 각각 합성하였고, 촉매표면의 구조적 특성, 분산성 및 향상된 산점 변화를 확인하였다. WO3 및 ZrO2 첨가에 따라, MnOx 및 CeO2 촉매의 분산성이 향상되고, MnOx- TiO2 촉매의 distorted octahedral 변화 등의 구조적 안정성을 가짐으로, 저온에서의 SCR 촉매 효율을 향상시킨 것으로 판단된다.
이처럼, MnOx-TiO2계 SCR 촉매의 구조적 특성 및 표면의 산점 특성 제어를 통하여, 저온에서 높은 활성 및 내구성을 가지는 SCR 촉매로서 응용 가능한 MnOx-CeO2-MOx/TiO2 (M=W, Zr) 4성분계 촉매를 설계 및 합성하였고, WO3, CeO2, ZrO2 촉매함량에 따른 비표면적, 미세구조, 촉매산점, 분산상태 등의 표면특성과 촉매 효율변화에 대하여 고찰하였고, 이는 향후 저온용 SCR 촉매 및 다양한 분야에 응용 가능할 것으로 판단된다.
선택적 촉매 환원법(selective catalytic reduction)은 화학 플랜트·소각로 등의 고정원과 자동차·선박 등의 이동원에서 배출되는 질소산화물을 환원시켜 제거하는 기술로 TiO2계 촉매가 널리 사용되고 있다. MnOx-TiO2계 촉매의 질소산화물 저감효율 및 내구성 증진을 위하여 sol-gel 법으로 합성하였고, 분체특성 및 구조분석을 통해 촉매의 표면특성 및 열화거동을 확인하여, 저온에서의 높은 탈질효율 및 안정성을 가지는 촉매 소재 설계 및 신뢰성 향상 연구를 수행하였다.
저온에서의 주요 촉매인 망간 산화물(MnOx)은 독특한 산화·환원반응으로 SCR 효율이 우수한 촉매의 하나로 보고되나, 온도 안정성 및 황 분위기에서의 개선이 요구된다. WO3 또는 CeO2가 각각 첨가된 MnOx-WO3-TiO2, MnOx- CeO2-TiO2 촉매를 제조하여, 분체 특성 및 구조적 특성 평가를 실시하였고, 저온에서의 촉매효율 및 안정성에 미치는 WO3 및 CeO2의 영향을 각각 확인하였다. 텅스텐 산화물은 sol 반응 시 비표면적 감소를 억제하였고, TiO2와 화학적 결합을 하여 Ti-O-W의 distorted octahedral 구조를 가짐으로 온도 안정성을 향상시켰다. WO3 함량 증가에 따라 브뢴스테드 산점이 증가되었고, 촉매 표면의 망간 및 텅스텐 산화물이 amorphous state로 존재하여 촉매효율이 향상되었다.
CeO2가 첨가된 MnOx-CeO2-TiO2 촉매는 특정한 비율에서 효율이 향상되었고, 이는 촉매 표면의 MnOx 및 CeO2와의 분산정도 및 온도안정성에 영향을 미쳤다. 아울러, 황 분위기에서의 효율을 확인한 결과, MnOx-TiO2 촉매는 황산화물에 의하여 15 % 효율 감소를 보인 반면, MnOx-CeO2-TiO2 촉매는 150-200 °C에서 14-21 % 향상되었다. 이는 FT-IR spectroscopy 및 NH3-TPD 분석을 통하여 CeO2 첨가에 의하여 Mn sulfate 형성이 억제된 것으로 확인하였다.
저온에서의 높은 질소산화물 제거효율 및 온도안정성, 황에 대한 높은 내구성을 가지는 4 성분계 MnOx-CeO2-WO3/TiO2, MnOx-CeO2-ZrO2/TiO2 촉매를 각각 합성하였고, 촉매표면의 구조적 특성, 분산성 및 향상된 산점 변화를 확인하였다. WO3 및 ZrO2 첨가에 따라, MnOx 및 CeO2 촉매의 분산성이 향상되고, MnOx- TiO2 촉매의 distorted octahedral 변화 등의 구조적 안정성을 가짐으로, 저온에서의 SCR 촉매 효율을 향상시킨 것으로 판단된다.
이처럼, MnOx-TiO2계 SCR 촉매의 구조적 특성 및 표면의 산점 특성 제어를 통하여, 저온에서 높은 활성 및 내구성을 가지는 SCR 촉매로서 응용 가능한 MnOx-CeO2-MOx/TiO2 (M=W, Zr) 4성분계 촉매를 설계 및 합성하였고, WO3, CeO2, ZrO2 촉매함량에 따른 비표면적, 미세구조, 촉매산점, 분산상태 등의 표면특성과 촉매 효율변화에 대하여 고찰하였고, 이는 향후 저온용 SCR 촉매 및 다양한 분야에 응용 가능할 것으로 판단된다.
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