Fe/BEA 제올라이트 촉매의 N2O/NO 동시 환원 반응에서 금속 담지 방법이 촉매 활성에 미치는 영향 Effect of Metal Loading Methods on the Catalytic Activity for N2O/NO Simultaneous Reduction over Fe/BEA Zeolite Catalyst원문보기
Fe/BEA 제올라이트 촉매의 $N_2O/NO$ 동시 환원반응에서 Fe이온을 담지하는 방법이 촉매의 활성에 미치는 영향을 고찰하였다. Fe/BEA 제올라이트 촉매는 함침법과 이온교환법으로 제조되었으며, 제조된 촉매의 성능을 확인하기 위하여 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원 반응을 실시하였다. 그 결과 이온교환 촉매는 함침 촉매보다 높은 NO 및 $N_2O$ 전환율을 나타내었다. 이러한 촉매 활성의 차이를 규명하기 위하여 XRD, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$, XPS와 같은 촉매 특성 분석들이 수행되었다. 이온교환 촉매의 활성 증가는 향상된 환원 특성 및 증가된 산소 탈착 속도에 기인한 것으로 판단되며, 이온교환 촉매 제조시 촉매 활성과 관련이 있는 $Fe^{2+}$가 함침 촉매에 비해 약 1.6배 이상 형성되는 것을 XPS 분석을 통하여 확인하였다.
Fe/BEA 제올라이트 촉매의 $N_2O/NO$ 동시 환원반응에서 Fe이온을 담지하는 방법이 촉매의 활성에 미치는 영향을 고찰하였다. Fe/BEA 제올라이트 촉매는 함침법과 이온교환법으로 제조되었으며, 제조된 촉매의 성능을 확인하기 위하여 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원 반응을 실시하였다. 그 결과 이온교환 촉매는 함침 촉매보다 높은 NO 및 $N_2O$ 전환율을 나타내었다. 이러한 촉매 활성의 차이를 규명하기 위하여 XRD, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$, XPS와 같은 촉매 특성 분석들이 수행되었다. 이온교환 촉매의 활성 증가는 향상된 환원 특성 및 증가된 산소 탈착 속도에 기인한 것으로 판단되며, 이온교환 촉매 제조시 촉매 활성과 관련이 있는 $Fe^{2+}$가 함침 촉매에 비해 약 1.6배 이상 형성되는 것을 XPS 분석을 통하여 확인하였다.
The influence of catalytic activity on Fe loading methods over Fe/BEA zeolite catalyst in the simultaneous reduction of $N_2O/NO$ has been studied. The Fe/BEA zeolite catalysts were prepared by ion exchange and impregnation. Catalytic tests were carried out in the selective catalytic redu...
The influence of catalytic activity on Fe loading methods over Fe/BEA zeolite catalyst in the simultaneous reduction of $N_2O/NO$ has been studied. The Fe/BEA zeolite catalysts were prepared by ion exchange and impregnation. Catalytic tests were carried out in the selective catalytic reduction using ammonia as a reductant to identify the activity of prepared catalysts. The results show that the ion exchanged catalyst exhibited higher NO and $N_2O$ conversions than the impregnated catalysts did. To investigate the difference in catalytic activity, we performed various analyses such as XRD, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$ and XPS. It is considered that the increase in the activity of the ion exchange catalyst is due to improved reducibility and increased oxygen desorption rate. In addition, the ion exchange catalyst was found through the XPS analysis that $Fe^{2+}$, which is related to the catalytic activity, is formed about 1.6 times more than the impregnated catalyst.
The influence of catalytic activity on Fe loading methods over Fe/BEA zeolite catalyst in the simultaneous reduction of $N_2O/NO$ has been studied. The Fe/BEA zeolite catalysts were prepared by ion exchange and impregnation. Catalytic tests were carried out in the selective catalytic reduction using ammonia as a reductant to identify the activity of prepared catalysts. The results show that the ion exchanged catalyst exhibited higher NO and $N_2O$ conversions than the impregnated catalysts did. To investigate the difference in catalytic activity, we performed various analyses such as XRD, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$ and XPS. It is considered that the increase in the activity of the ion exchange catalyst is due to improved reducibility and increased oxygen desorption rate. In addition, the ion exchange catalyst was found through the XPS analysis that $Fe^{2+}$, which is related to the catalytic activity, is formed about 1.6 times more than the impregnated catalyst.
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문제 정의
본 연구에서는 N2O 및 NO의 동시 환원 반응에서 금속 담지 방법이 촉매 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해 이온교환과 함침으로 제조된 Fe/BEA 제올라이트 촉매를 바탕으로 연구를 진행하였다. 실험에 사용된 촉매는 여러 N2O/NO 저감 연구들에서 Fe 제올라이트 촉매를 제조하는 방법을 참고하여 제조되었으며[12-16], 제조된 촉매들의 Fe 함량은 최대한 비슷하도록 조절하였다.
앞서 금속 담지 방법이 촉매에 미치는 영향을 조사하기 위한 다양한 연구들을 수행하였다. N2O 및 NO의 동시 환원 반응에서 이온교환과 함침으로 제조된 촉매들의 성능에 상당한 차이가 관찰되었다.
전환율의 감소를 일으키는 것으로 알려져 있다[17]. 이와 같이 수분은 촉매 활성 저하 물질 중의 주요 물질이기 때문에 수분이 포함 된 상태에서 금속 담지 방법이 촉매 활성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 5%의 H2O를 스팀 형태로 반응가스 중에 공급한 후에 반응 온도에 따른 N2O와 NO의 전환율을 Fig.
제안 방법
BEA zeolite (Si/Al=25, Zeolyst, CP814E, ammonium form) 담체와 Fe(NO3)3·9H2O(Junsei co.)를 사용하여 이온교환과 함침 두 가지 제조법으로 촉매를 제조하였다.
Excitation source로서 Al Kα(1486.6 eV)를 사용하였고, 카본 피크에 해당하는 284.6 eV의 C 1s를 기준으로 하여 charging effect를 보정하였다.
Fe 금속 담지 방법이 촉매 활성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 제조된 Fe/BEA 제올라이트 촉매상에서 N2O/NO 동시 환원 반응을 진행하였다. Fig.
Fe 원소들의 전자 상태를 확인하기 위해 XPS 분석을 수행하였다. Fig.
H2-TPR (Temperature Programmed Reduction) 및 O2-TPD (Temperature Programmed Desorption)의 측정은 BELCAT-B (BEL Japan Inc.) 화학 흡착 분석 장치를 이용하였다. 먼저 H2-TPR 실험을 위해 준비된 0.
O2-TPD 측정을 위해 0.15 g의 촉매를 준비 하였으며, H2-TPR과 마찬가지로 O2-TPD 또한 측정에 들어가기 전에 동일한 전처리 과정을 진행하였다. 전처리 과정이 끝나면 온도를 상온까지 떨어트린 뒤에 1 시간 동안 10% O2 (He balance)를 50 cc/min으로 흘려주며 촉매 표면에 산소를 충분히 흡착시켰다.
금속 담지 방법에 따른 Fe/BEA 촉매의 활성 금속과 환원 특성의 차이를 알아보고자 H2-TPR분석을 수행하였다. 분석된 촉매들의 온도에 따른 수소 소모 경향을 Fig.
이러한 촉매들을 사용하여 온도 증가에 따른 N2O와 NO의 전환율을 조사하였다. 또한, 여러 가지 촉매 특성 분석들을 수행하여 촉매 활성의 차이를 규명하였다.
)를 사용하였다. 또한, 촉매의 결정성을 확인하기 위해 XRD (Dmax-2500pc, Rigaku) 분석을 수행하였다.
수분이 포함된 반응 실험의 경우에는 5%의 H2O를 공급하기 위해 정량 펌프가 사용되었으며, 반응 후에는 수분 트랩을 거친 뒤에 Ultramat 6 & 23(SIEMENS) 분석장치를 사용하여 N2O와 NO를 동시에 측정하였다.
스테인리스 스틸 반응관 중앙에 250~355 μm 크기로 선별된 촉매를 충진 한 뒤에 고정층 연속식 반응 장치를 이용하여 50 ℃부터 400 ℃까지의 온도에서 촉매 반응을 진행하였다.
N2O 및 NO의 동시 환원 반응에서 이온교환과 함침으로 제조된 촉매들의 성능에 상당한 차이가 관찰되었다. 이러한 촉매 성능의 차이는 촉매 제조방법에 따라 제올라이트에 담지된 Fe의 상태에 미치는 영향들을 촉매의 특성 분석을 통해 확인 할 수 있었다.
실험에 사용된 촉매는 여러 N2O/NO 저감 연구들에서 Fe 제올라이트 촉매를 제조하는 방법을 참고하여 제조되었으며[12-16], 제조된 촉매들의 Fe 함량은 최대한 비슷하도록 조절하였다. 이러한 촉매들을 사용하여 온도 증가에 따른 N2O와 NO의 전환율을 조사하였다. 또한, 여러 가지 촉매 특성 분석들을 수행하여 촉매 활성의 차이를 규명하였다.
이온교환과 함침으로 제조된 Fe/BEA 제올라이트 촉매를 사용하여 N2O 및 NO의 동시 제거를 위한 암모니아 선택적 촉매 환원 반응을 수행하였다. 반응 결과, 두 촉매들의 NO에 대한 활성은 50~225 ℃의 저온영역에서 우수한 성능을 보인 반면에 N2O에 대한 활성은 온도에따라 275~400 ℃까지점차적으로증가하는 경향을 보였다.
10% O2 (He balance)를 50 cc/min으로 흘려주며 550 ℃까지 5 ℃/min으로 승온하였고, 550 ℃에서 1 시간 동안 전처리를 하였다. 전처리 과정을 마치고나면온도를상온까지떨어트린뒤에 He으로 15 분동안흘려준 다음 10% H2 (Ar balance)를 30 cc/min으로 공급하면서 100~800 ℃까지 5 ℃/min로 승온하여 TPR측정을 수행하였다.
촉매에 담지된 Fe의 산화 상태를 확인하기 위해 VG Multilab 2000 (Thermo Scientific) 분석장치를이용하여 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행하였다. Excitation source로서 Al Kα(1486.
함침으로 제조하는 촉매는 이온교환 촉매의 ICP결과를 참고하여 최대한 같은 Fe 함량이 될 수 있도록 제조하였다. Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 BEA 제올라이트 표면에 조금씩 충분히 담지 되도록 혼합한 후에 100 ℃에서 건조 하였다.
대상 데이터
스테인리스 스틸 반응관 중앙에 250~355 μm 크기로 선별된 촉매를 충진 한 뒤에 고정층 연속식 반응 장치를 이용하여 50 ℃부터 400 ℃까지의 온도에서 촉매 반응을 진행하였다. 반응가스의조성은 300 ppm N2O (N2 balance), 300 ppm NO(N2 balance), 600 ppm NH3 (N2 balance), 3% O2로 구성하였다. 공급되는 반응가스의 총 유량은 2 L/min 이며, 공간속도(GHSV)는 45000 h-1을 유지하도록 Mass Flow Controller (Brooks 5850E)를 사용하였다.
O 및 NO의 동시 환원 반응에서 금속 담지 방법이 촉매 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해 이온교환과 함침으로 제조된 Fe/BEA 제올라이트 촉매를 바탕으로 연구를 진행하였다. 실험에 사용된 촉매는 여러 N2O/NO 저감 연구들에서 Fe 제올라이트 촉매를 제조하는 방법을 참고하여 제조되었으며[12-16], 제조된 촉매들의 Fe 함량은 최대한 비슷하도록 조절하였다. 이러한 촉매들을 사용하여 온도 증가에 따른 N2O와 NO의 전환율을 조사하였다.
촉매의 Fe 함량과촉매의비표면적을조사하기위해 ICP (OPTIMA 7300 DV, Perkin-Elmer), BET흡착장치(BELSORP-max, BEL Japan inc.)를 사용하였다. 또한, 촉매의 결정성을 확인하기 위해 XRD (Dmax-2500pc, Rigaku) 분석을 수행하였다.
이론/모형
6 eV의 C 1s를 기준으로 하여 charging effect를 보정하였다. Fe 2p3/2의 deconvolution 피크를 나타내기 위해 Gaussian-Lorentzian function을 사용하였다.
성능/효과
O와 NO의 암모니아 환원 반응에서도 수분으로 인한 비슷한 결과가 관찰되었다. 1.5%의 수분이 포함된 혼합 가스를 사용하여 335 ℃ 온도에서 반응하면 NH3와 NO의 전환율은 100%로 나타났다. 그러나 N2O 전환율은 55%에서 30%로 감소하였으며 수분에 의한 촉매 활성 저하에 대해 보고하였다.
제조된 촉매의 표면 특성을 파악하기 위해 BET표면적과 ICP를 분석하여 Table 1에 정리하였다. Fe/BEA(im)와 Fe/BEA(ie) 촉매의 비표면적은 각각 539 m2/g과 577 m2/g으로 큰 차이를 보이지 않았으며, 비표면적과 유사한 Fe 함량(약 5 wt%) 분석 결과로 미루어 두 촉매 모두 실험 목적에 맞게 제조된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제조된 촉매의 결정 구조를 확인하기 위해 XRD 패턴을 Fig.
앞서 금속 담지 방법이 촉매에 미치는 영향을 조사하기 위한 다양한 연구들을 수행하였다. N2O 및 NO의 동시 환원 반응에서 이온교환과 함침으로 제조된 촉매들의 성능에 상당한 차이가 관찰되었다. 이러한 촉매 성능의 차이는 촉매 제조방법에 따라 제올라이트에 담지된 Fe의 상태에 미치는 영향들을 촉매의 특성 분석을 통해 확인 할 수 있었다.
1에 나타내었다. XRD 분석 결과, 담지 방법을 달리한 두 촉매의 결정상에서 큰 변화는 발견되지 않았으며, BEA 제올라이트와 Fe2O3의 특성 피크들이 확인되었다. 다만, Fe/BEA(ie) 촉매에서 Fe/BEA(im)에 비해 조금 더 발달된 Fe2O3 결정 구조가 관찰되었다.
또한, 이온교환 촉매는 흡착된 산소들의 탈착이 활발히 이루어지는 특성과 함께 활성 점인 Fe2+를 다량 보유하는 것을 확인 할 수 있었다. 결과적으로 성능이 우수한 Fe/BEA 제올라이트 촉매를 제조하기 위해서는 함침 보다는 이온교환이 효과적인 것을 확인 할 수 있었다.
따라서 많은 Fe2+를 가지고 있는 Fe/BEA(ie) 촉매가 NO 및 N2O와 반응 할 수 있는 많은 활성점들을가지고있을것으로판단된다. 결과적으로이온교환으로 제조된 촉매는 담지된 Fe 종들이 주로 Fe2+로 존재하며, 함침으로 제조된 촉매는 이온교환 촉매에 비해 Fe 종들이 조금 더 많은 양이 Fe3+로 존재하기 때문에 촉매 표면의 Fe 상태는 촉매의 활성과 NO 및 N2O 제거 성능에 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다.
먼저 Fe/BEA 제올라이트 촉매의 N2O 반응 특성을 살펴보면 N2O 전환율은 반응온도가 증가함에 따라 275 ℃에서부터 점차적으로 증가하여 400 ℃의 반응온도에서 약 80~90%를 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 Fe/BEA(ie)촉매는 모든 온도 구간에서 전반적으로 Fe/BEA(im)보다 뛰어난 촉매 활성을 보였으며, 특히 낮은 반응 온도 영역인 325 ℃ 전후 구간에서 약 25% 정도의 두 촉매간 N2O 전환율 차이가 관찰되었다. 한편, 반응 온도가 증가함에 따라 그 차이는 점점 감소하게 되어 400 ℃의 반응온도에서는 3% 이내로 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
반응 결과, 두 촉매들의 NO에 대한 활성은 50~225 ℃의 저온영역에서 우수한 성능을 보인 반면에 N2O에 대한 활성은 온도에따라 275~400 ℃까지점차적으로증가하는 경향을 보였다. 금속 담지 방법에 따른 촉매들의 활성은 이온교환으로 제조한 촉매가 함침으로 제조한 촉매에 비해 높은 NO 및 N2O 활성을 나타내었다. 이러한 촉매 활성의 차이는 촉매 특성 분석을 통해 금속 담지 방법에 따라 각기 다른 촉매 특성들을 가지는 것으로 관찰되었다.
온도가 증가함에 따라 수분이 포함된 경우에도 그렇지 않은 경우와 마찬가지로 Fe/BEA(ie) 촉매가 Fe/BEA(im) 촉매에 비해 더 높은 활성을 보였다. 두 촉매 모두 수분의 영향을 크게 받아 NO 제거를 위한 반응 온도가 증가하였지만 N2O에 비해 여전히 낮은 온도에서 높은 활성을 나타내었다.
그런 다음 N2O 분해 반응에서 Fe-zeolite 촉매의 Fe금속 활성 점들에 흡착된 산소가 제거되는데 이 과정이 속도 결정 단계(the rate determining step)이며, 마지막으로 NH3에 의해서 산소 제거 반응을 촉진 시킨다[6,16]. 따라서 산소 탈착이 활발히 일어났던 이온교환 촉매는 저온에서부터 표면에 흡착된 산소를 활발히 떨어트리고, 많은 활성 점들을 빠르게 확보함으로써 NO 및 N2O 제거 반응에 매우 유리하게 작용하였을 것으로 판단된다.
또한 수분으로 인한 촉매의 활성 저하에 대해 Pérez-Ram´ırez[18] 등은 수분이 제올라이트 channel에 흡착하며, 활성 점에 하이드록실화 반응을 일으켜 촉매 반응을 억제시키는 것으로 설명하였다. 따라서 수분은 촉매의 활성 저하의 요인으로 작용하기 때문에 이온교환과 함침 촉매 모두 NO 및 N2O의 전환율이 감소되었으며, 이온교환 촉매의 NO 및 N2O 전환율이 함침 촉매보다 높았다.
이온교환 촉매에 담지된 Fe 종들은 주로 환원 가능한 이핵의 oxo-종 형태로 존재하지만, 함침 촉매에는 환원될 수 없는 Fe종들과 Fe2O3 응집체가 이온 교환 촉매에 비해 많이 분포하였다. 또한, 이온교환 촉매는 흡착된 산소들의 탈착이 활발히 이루어지는 특성과 함께 활성 점인 Fe2+를 다량 보유하는 것을 확인 할 수 있었다. 결과적으로 성능이 우수한 Fe/BEA 제올라이트 촉매를 제조하기 위해서는 함침 보다는 이온교환이 효과적인 것을 확인 할 수 있었다.
이온 교환 촉매의 성능은 이러한 산소 탈착 특성들이 NO와 N2O의 반응 속도 결정 단계에 큰 영향을 주기 때문인 것으로 미루어 짐작할 수 있다. 또한, 활성 점으로 작용하는 Fe2+는 이온 교환 촉매에서 함침 촉매에 비해 1.6배 이상 더 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 결과들을 종합해 보면, 이온교환으로 제조 하였을 경우 Fe 종들은 주로 활성 점인 Fe2+로 형성 되고, 이러한 표면 특성의 변화가 높은 환원성과 활발한 산소 탈착 특성들에 영향을 주어 이온 교환 촉매는 함침으로 제조한 촉매보다우수한 NO 및 N2O 활성을 보이는 것으로 판단된다.
O 및 NO의 동시 제거를 위한 암모니아 선택적 촉매 환원 반응을 수행하였다. 반응 결과, 두 촉매들의 NO에 대한 활성은 50~225 ℃의 저온영역에서 우수한 성능을 보인 반면에 N2O에 대한 활성은 온도에따라 275~400 ℃까지점차적으로증가하는 경향을 보였다. 금속 담지 방법에 따른 촉매들의 활성은 이온교환으로 제조한 촉매가 함침으로 제조한 촉매에 비해 높은 NO 및 N2O 활성을 나타내었다.
Fe/BEA(im) 촉매에서도 마찬가지로 Fe3+에 비해 Fe2+의 비율이 높았지만, Fe2+와 Fe3+ 비율 분포의 차이는 Fe/BEA(ie) 촉매에 비해 상당히 감소하였다. 상대적인 비교를 위하여 Fe2+와 Fe3+간의 비율로 다시 나타내 보면 Fe/BEA(im)에서 Fe2+/Fe3+의 값은 1.59인데 반해 Fe/BEA(ie)의 Fe2+/Fe3+는 2.63으로 Fe2+가 차지하는 비율이 Fe/BEA(im)에서 보다 Fe/BEA(ie)에서 매우 큰 것을 알 수 있었다. Coq[16] 등의 연구에 따르면 N2O가 반응하는 Fe/BEA촉매의 활성 점은 ‘Fe2+’인 것으로 언급하였다.
로의 높은 환원성은 빠르게 활성 점을 확보할 수 있기 때문에 촉매의 반응 활성이 증가될 수 있다. 이온교환으로 제조된 촉매는 주로 환원 가능한 이핵의 oxo-종들 형태로 Fe가 존재하기 때문에 저온에서 환원성이 높았지만 함침으로 제조된 촉매는 환원될 수 없는 Fe 종들로 인해 비교적 낮은 환원성이 나타났다. 촉매의 환원성뿐만 아니라 촉매의 산소 탈착 강도 역시 촉매 활성에 영향을 미치는 중요한 요소 중에 하나이다.
Delahay[20] 등은 Fe/BEA 촉매에서 환원 가능한 Fe 종들은 한 개의 산소 원자와 두 개의 Fe 원자가 결합한 형태인 이 핵의 oxo-종(FeOFe) 형태로 이루어진 것으로 언급하였다. 전체적인 수소 소모량을 고려해볼 때 Fe/BEA(ie)의 수소 소모량은 Fe/BEA(im)에 비해 낮은 온도에서 많은 수소 소모량을 보이며, 이온교환으로 제조하였을 경우 oxo-종 형태의 환원 가능한 Fe 종들이 많아 환원성이 증대되는 것으로 추정된다. 반면에 함침으로 제조된 촉매는 환원될 수 없는 Fe 종들이 이온교환 촉매 보다는 많이 분포되어 있을 것으로 여겨진다.
제조된 두 촉매 모두 NO 제거 성능이 매우 뛰어났지만 N2O 반응과 마찬가지로 Fe/BEA(ie)의 성능이 더 우수한 것으로 조사되었다. NO 전환율이 100%에 도달하는 온도는 Fe/BEA(ie) 촉매는 230 ℃ 였으며, Fe/BEA(im) 촉매는 275 ℃인 것으로 나타났다.
6배 이상 더 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 결과들을 종합해 보면, 이온교환으로 제조 하였을 경우 Fe 종들은 주로 활성 점인 Fe2+로 형성 되고, 이러한 표면 특성의 변화가 높은 환원성과 활발한 산소 탈착 특성들에 영향을 주어 이온 교환 촉매는 함침으로 제조한 촉매보다우수한 NO 및 N2O 활성을 보이는 것으로 판단된다.
그림에서 알 수 있듯이 Fe/BEA(ie)촉매는 모든 온도 구간에서 전반적으로 Fe/BEA(im)보다 뛰어난 촉매 활성을 보였으며, 특히 낮은 반응 온도 영역인 325 ℃ 전후 구간에서 약 25% 정도의 두 촉매간 N2O 전환율 차이가 관찰되었다. 한편, 반응 온도가 증가함에 따라 그 차이는 점점 감소하게 되어 400 ℃의 반응온도에서는 3% 이내로 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 N2O의 환원반응에서 금속 담지 방법을 달리하여 제조된 Fe/BEA 제올라이트 촉매는 고온 영역에서 보다 저온 영역에서 훨씬 더 민감하게 반응하는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
N2O는 어떤 온실가스인가?
최근 산업공정에서 배출량이 급격히 증가하고 있는 N2O는 지구온난화 지수(Global Warming Potential, GWP)가 CO2에 비해 310배나 높은 6대 온실가스 중의 하나이다. 인체에 독성이 없어 흡입 마취제로도 사용되지만 오존층 파괴에 미치는 효과가 매우 크기 때문에 인위적으로 발생하는 N2O 저감의 필요성이 크게 증가하고 있다[1,2].
산업 공정에서 N2O는 어디서 주로 배출되는가?
산업 공정에서 N2O는 주로 질산, 아디픽산 등을 생산하는 화학공정과 화석연료를 사용하는 각종 연소/소각시설에서 배가스를 통해 배출되고 있다[3-5]. N2O가 배출되는 배가스에는 대부분의 경우에 NOx가 함께 배출되기 때문에[5-7] N2O를 저감하는 공정에서는 DeNOx 공정과 DeN2O공정의 2단 공정으로 저감하고 있지만[8] 최근에는 단일 공정으로 N2O와 NOx를 동시에 저감하는 연구에 대한 관심이 매우 높은 실정이다.
선택적 촉매 환원 반응을 실시한 결과는?
Fe/BEA 제올라이트 촉매는 함침법과 이온교환법으로 제조되었으며, 제조된 촉매의 성능을 확인하기 위하여 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원 반응을 실시하였다. 그 결과 이온교환 촉매는 함침 촉매보다 높은 NO 및 $N_2O$ 전환율을 나타내었다. 이러한 촉매 활성의 차이를 규명하기 위하여 XRD, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$, XPS와 같은 촉매 특성 분석들이 수행되었다.
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