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[국내논문] 촉매를 담지한 코디어라이트 필터의 VOC 제거 특성에 관한 연구
A Study on the Characteristics of VOC Removal by Cordierite Filter Loaded with Catalyst 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.15 no.3, 2002년, pp.263 - 269  

정경원 (연세대학교 세라믹공학과) ,  김용남 (연세대학교 세라믹공학과) ,  박정현 (연세대학교 세라믹공학과) ,  최범진 (인하대학교 세라믹공학과) ,  조을훈 (산업기술시험원 재료평가팀) ,  이희수 (산업기술시험원 재료평가팀)

초록
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평균입경이 200 ${\mu}m$인 코디어라이트 분말로 다공성 필터를 제조한 후, 진공함침법으로 Pt, Pd, Cu, Co, La, $V_2O_5$ 촉매를 담지시켰다. VOC의 일종인 톨루엔을 촉매담지 세라믹필터에 통과시키며 촉매산화시킴으로서 톨루엔에 대한 촉매들의 활성에 대하여 고찰하였다. 제조된 다공성 필터의 겉보기 기공률은 62%였고, 압축강도는 약 10 MPa이었으며, 5 cm/sec 유속에서의 차압은 15 mmHg였다. 촉매를 필터에 담지시키면 기공률은 감소하고, 차압과 압축강도는 증가하였다. 필터에 담지된 촉매들 중에서 Pt 촉매의 활성이 가장 높았고, 250 $^{\circ}C$의 온도에서 90% 이상의 톨루엔을 제거시킬 수 있었다. 250 $^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 Pt 촉매 담지량이 톨루엔의 전환율에 영향을 미쳤지만, 그 이상의 온도에서는 Pt 촉매 담지량의 차이에 의한 영향은 나타나지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

After porous filters were manufactured using cordierite powder whose mean particle size was 200 ${\mu}m$, they were loaded with catalysts such as Pt, Pd, Cu, Co, La, $V_2O_5$ by vacuum impregnation method. And we investigated the activity of catalysts used for catalytic oxidati...

Keyword

AI 본문요약
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제안 방법

  • 다공성 필터의 재료로는 촉매 산화 용담 체로 적용된 바가 없었던 코디어라이트를 사용하였다. 본 연구는 선행되었던 연구를 통하여 얻은 최적의 조건으로 코디어라이트 다공성 필터를 제조한 후, 이 필터의 내부기공 및 표면에 촉매를 담지시켰다. 촉매로는 Pt, Pd, Cu, Co, La 의 금속뿐만 아니라 산화물인 V2O5 도 사용하였다.
  • 다공성 필터를 제조하였다. 코디어라이트 분말에 대하여 30 wt% 의 흑연, 30 wt% 의 물 10 wt% 의 결합제, 4 wt% 의 가소제 및 6 wt% 의 윤활제를 가하여 토련한 후, 항온항습기 내에서 24시간 동안 숙성시켰다. 숙성된 반죽을 직경이 25 mm인 디스크형 몰드를 사용하여 200 kgf/cm2의 압력으로 일축가압성형하였다.
  • ) 을 증류수에 용해시켜 30 wt% 농도의 수용액을 제조하였다. 수용액에 NH4VO3의 용해도를 높이기 위하여 oxalic acid(Duksan Pure Chem. Co.)를 NH4VO3 용해량의 2배만큼 첨가하였다. 금속염 수용액 속에 코디어라이트 다공체를 담그고, 진공함침법으로 30분 동안 다공체 내부로 금속염 수용액을 침투시켰다.
  • )를 NH4VO3 용해량의 2배만큼 첨가하였다. 금속염 수용액 속에 코디어라이트 다공체를 담그고, 진공함침법으로 30분 동안 다공체 내부로 금속염 수용액을 침투시켰다. 금속염 수용액으로 코팅된 다공체를 온도 60 ℃인 상대습도 60%인 항온항습기 내에서 24시간 동안 건조시켰다.
  • 코디어라이트 분말을 이용하여 제조한 다공성 필터의 물성을 파악하기 위하여 기공률, 압축강도, 차압을 측정하였고, 미세구조 변화를 살펴보기 위하여 SEM을 사용하였다. 겉보기 기공률은 아르키메데스법을 사용하여 측정하였고, 압축강도 측정시 load speed는 10 mm/min으로 하였다.
  • VOC 제거효율을 측정하기 위하여 quartz tube 내에 촉매가 담지된 필터를 quartz wo이을 사용하여 고정시켰다. VOC로는 CARLO ERBA사의 톨루엔을 사용하였고, 액체정량펌프를 이용하여 2470 mg/m3의 농도로 공급하였다.
  • 반응기를 tube furnace 내에 설치하여 온도를 100~400 C 사이에서 변화시키면서 온도에 따른 유입 . 유출농도를 측정하여 전환율 변화곡선, 즉 light-off curve(S-shape curve)로 나타내었다. 반응 물의 전환율은 아래의 식으로부터 계산하였다.
  • 코디어라이트 분말을 사용하여 다공성 필터를 제조한 후 진공함침법으로 Pt, Pd, La, Cu, Co, V2O5 촉매를 담지시켜서 VOC 제거 특성에 대하여 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

  • 본 연구에서는 기존의 연구들과는 달리 촉매 담체로서 펠릿 형태의 다공성 필터를 사용하였다. 촉매 담체로 기공 특성이 제어된 다공성 필터를 이용했던 연구는 전무하였다.
  • 촉매 담체로 기공 특성이 제어된 다공성 필터를 이용했던 연구는 전무하였다. 다공성 필터의 재료로는 촉매 산화 용담 체로 적용된 바가 없었던 코디어라이트를 사용하였다. 본 연구는 선행되었던 연구를 통하여 얻은 최적의 조건으로 코디어라이트 다공성 필터를 제조한 후, 이 필터의 내부기공 및 표면에 촉매를 담지시켰다.
  • 본 연구는 선행되었던 연구를 통하여 얻은 최적의 조건으로 코디어라이트 다공성 필터를 제조한 후, 이 필터의 내부기공 및 표면에 촉매를 담지시켰다. 촉매로는 Pt, Pd, Cu, Co, La 의 금속뿐만 아니라 산화물인 V2O5 도 사용하였다.
  • 평균입경이 200 ㎛인 코디어라이트 분말을 사용하여 다공성 필터를 제조하였다. 코디어라이트 분말에 대하여 30 wt% 의 흑연, 30 wt% 의 물 10 wt% 의 결합제, 4 wt% 의 가소제 및 6 wt% 의 윤활제를 가하여 토련한 후, 항온항습기 내에서 24시간 동안 숙성시켰다.
  • 질산염을 증류수에 용해시켰다. 사용한 질산염들은 Cu(NO3)2(Daejung Chemicals & Metals Co. Ltd.), Co(NO3)2(Daejung Chemicals & Metals Co. Ltd.), La(NO)3 (Yakuri Pure Chemicals Co. Ltd.), Pd(NO3)3(Aldrich Chem. Co.) 이었고, Pt는 질산염을 사용하지 않고 H2PtCI6(Daejoo Fine Chem. Co.)을 사용하였다. Pt 수용액과 Pd 수용액을 제외한 나머지 용액들의 농도는 10 wt% 였고, Pt와 Pd의 경우에는 0.
  • V2O5 촉매를 담지시키기 위하여 NH4VO3(Junsei Chem. Co.) 을 증류수에 용해시켜 30 wt% 농도의 수용액을 제조하였다. 수용액에 NH4VO3의 용해도를 높이기 위하여 oxalic acid(Duksan Pure Chem.
  • VOC로는 CARLO ERBA사의 톨루엔을 사용하였고, 액체정량펌프를 이용하여 2470 mg/m3의 농도로 공급하였다. 반응기를 tube furnace 내에 설치하여 온도를 100~400 C 사이에서 변화시키면서 온도에 따른 유입 .

이론/모형

  • 겉보기 기공률은 아르키메데스법을 사용하여 측정하였고, 압축강도 측정시 load speed는 10 mm/min으로 하였다.
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참고문헌 (12)

  1. M. P. Pina, S.Irusta, M. Menendez, J. Santamaria, R. Hughes and N. Boag, Ind. Eng. Chem. Res., 36, 4557-4566 (1997). 

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  6. J. C. Lee, '세라믹 고온 가스필터,' 요업재료의 과학과 기술, 5(2), 156-166 (1990). 

  7. 이승범, 방향족 유기용매의 촉매산화공정에서 혼합물 간섭효과와 반응매개 특성, 단국대학교 대학원논문 (2000). 

  8. M. J. Park, H. J. Song, H. I. Shin and J. C. Lee, J. of Ceramist, 3(6), 39-44 (2000). 

  9. J. Yang, J. of Ceramist, 3(6), 21-38 (2000). 

  10. J. Yang, J. of Korean Ceram. Soc., 35(4), 399-405 (1998). 

  11. L. Zhou. C. Erkey, and A. Akgerman, AIChE J., 41, 2122-2130 (1995). 

  12. S. B. Lee, J. Y. Shin, I. H. Jung, I. K. Hong, J. of KSEE, 19(12), 1539-1548 (1997). 

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