초록 ▼

(1) 촉매용 Support 제조
2개의 평행한 판 사이에 금속 분자가 삽입되는 Hydrotalcite화합물을 촉매 전구체로 활용하여 $N_2O$ 분해촉매를 제조하였으며 삽입되는 금속으로는 $M^{+2}$= $Mg^{+2}$, $Co^{+2}$, $Ni^{+2}$, $Zn^{+2}$ 등과 $M^{+3}$ = $Al^{+3}$, $Cr^{+3}$ 등을 사

(1) 촉매용 Support 제조
2개의 평행한 판 사이에 금속 분자가 삽입되는 Hydrotalcite화합물을 촉매 전구체로 활용하여 $N_2O$ 분해촉매를 제조하였으며 삽입되는 금속으로는 $M^{+2}$= $Mg^{+2}$, $Co^{+2}$, $Ni^{+2}$, $Zn^{+2}$ 등과 $M^{+3}$ = $Al^{+3}$, $Cr^{+3}$ 등을 사용하였으며 또한 $M^{+2}$와 $M^{+3}$의 비를 달리하여 다양한 형태 및 물성을 가진 담체를 제조하였다.
(2) 제조 Support의 물성분석
제조조건과 물성과의 상관관계를 규명하여 $N_2O$ 분해반응 효율과 물성간의 관계를 확립하며 향후 실용화를 위한 최적 제조조건 선정에 활용하기 위해서 다양한 물성분석을 수행하였다.
(3) 촉매 제조
Hydrotalcite 담체에 Pd, Rh 등의 귀금속 활성성분을 Intercalation시켜 화합물 촉매를 제조하고 표면의 미세구조를 보기 위하여 SEM과 TEM분석을 한다. 또한 기존의 연구에서 사용된 귀금속 성분 외에 Ti, V성분 등 전이금속 계열을 사용하여 화합물 촉매를 제조한다.
$N_2O$분해촉매의 작용 Mechanism에서 분해반응이 연속적으로 진행되기 위해서는 빈 Site의 재생이 필수적이며, 저온에서 산소의 탈리가 용이하며 담지금속 촉매에서는 흡착산소원자의 반응성을 높이는 것과 함께 활성점수를 늘리는 것이 필요함으로 이를 위하여 Ti와 V의 혼합비를 조절한다.
(4) 분해실험
Micro Reactor를 제작하여 실험실 규모로 $N_2O$ 분해반응 실험하며, $N_2O$의 농도, 공간속도, 반응온도와 같은 조건을 변경시키면서 제조한 다양한 촉매에 대한 $N_2O$ 분해율을 측정 한다.
(5) 분해 메카니즘 및 Kinetics 연구
촉매 Support 물질의 구조와 연계하여 흡착 Capacity와 반응속도에 대한 자료를 제공해 줄 뿐만 아니라 촉매시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 구체적인 변수들의 효과를 예측할 수 있도록 해주는 $N_2O$ 분해 반응에 따른 반응 Mechanism과 Kinetics를 해석한다.
(6) 촉매 제조기술의 안정화 및 최적조성의 확립
제조 과정의 미미한 차이에서 오는 촉매 제품의 불안정성을 제거하여 재현성을 높이고 고활성을 내는 성분들의 혼합비율을 최적화한다. 또한, $O_2$나 NOx 등 다른 성분들이 공급 가스에 포함되어 있어 분해 성능을 저해하는 경우들을 검토하여 분해성능 저해 요인을 제거하거나 저항성을 높임으로서 높은 성능을 유지할 수 있는 촉매조성을 발견토록 한다.
(7) 분말 촉매의 제형에 따른 분해 실험
촉매의 상품화가 이루어졌을 경우에 대비하여 몇 가지 대표적인 형태로 제립 혹은 제형화된 제품을 만들고 이에 대한 $N_2O$ 분해반응 실험을 실시한다.

Abstract ▼

Nitrous oxide ($N_2O$), one of the major green house gases, is a colorless gas and an important component of the earth's atmosphere with about 150 years of life time in atmospheric condition. It also exhibits a global warming potential 310 times that of carbon dioxide ($CO_2$)

Nitrous oxide ($N_2O$), one of the major green house gases, is a colorless gas and an important component of the earth's atmosphere with about 150 years of life time in atmospheric condition. It also exhibits a global warming potential 310 times that of carbon dioxide ($CO_2$) on a per molecule basis. The global concentration of $N_2O$ is now increasing faster than at anytime in the past, and this has been attributed to anthropogenic contributions. The partial trapping of the thermal radiation by so-called green house gases and radiation absorbing particles cause to increase the surface and tropospheric temperature of the earth by several or tens of degrees higher. Nitrous oxide is also the main source of stratospheric NOx which is expected to play an important role as an ozone sink when atmospheric levels of CFCs decrease. Hence, it is environmentally important to reduce the emission of nitrous oxide into atmosphere, and catalytic decomposition of nitrous oxide is the energy efficient and promising process to attain the objective.
Nitrous oxide can be decomposed into nitrogen and oxygen at higher temperature rather easily. However, high reaction temperature is a great burden for economical and operational efficiencies. The reduction in operation temperature and high economical efficiencies would be the main objective of a new catalyst development. Meanwhile, mixed metal oxide catalysts obtained from calcined hydrotalcites or hydrotalcite-type compounds have been discovered and found efficient for the decomposition of nitrous oxide.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 제출서 ... 3
• 제출문 ... 4
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 16
• 제1장 서론 ... 18
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 22
• 제1절 국외 ... 22
• 제2절 국내 ... 24
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 26
• 제1절 N2O 분해 촉매의 제조 및 특성 분석 ... 26
• 1. N2O 분해 촉매의 제조 ... 26
• 2. Hydrotalcite-type compound와 N2O 분해 촉매의 특성 분석 ... 31
• 제2절 N2O 분해 실험 ... 48
• 1. N2O 분해 실험방법 ... 48
• 2. N2 하에서 촉매에 따른 N2O의 분해율 ... 50
• 3. O2 하에서 촉매에 따른 N2O의 분해율 ... 75
• 4. NOx의 영향 ... 102
• 5. Pelletization 영향 ... 116
• 제3절 분해 메카니즘 및 Kinetics 연구 ... 118
• 1. 공급 가스 중 산소가 없는 경우 ... 120
• 2. 공급 가스로 공기를 사용할 경우 ... 122
• 제4절 Fixed Bed 촉매 System ... 135
• 제5절 결 론 ... 141
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 143
• 1. 최종연구개발목표 ... 143
• 2. 연구개발목표 달성도 ... 144
• 3. 대외 기여도 ... 145
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 147
• 제6장 참고문헌 ... 148