[보고서]저온(<200°C) 영역에서의 Ammonium bisulfate (ABS) 분해 및 SO2 피독저항 : 현 SCR 시스템의 한계극복

RAHUL PURBIA

[국가R&D연구보고서] 저온(<200°C) 영역에서의 Ammonium bisulfate (ABS) 분해 및 SO2 피독저항 : 현 SCR 시스템의 한계극복
Thermal Decomposition of ABS and SO2 resistance at low temperature (<200°C): An Urgent Challenge in SCR catalysts system 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	성균관대학교 SungKyunKwan University
연구책임자	RAHUL PURBIA
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2023-06
과제시작연도	2022
주관부처	교육부 Ministry of Education
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO202300006068
과제고유번호	1345349664
사업명	이공학학술연구기반구축
DB 구축일자	2023-09-06

초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
높은 촉매 효율을 얻기 위해서는 적절한 기능화를 통해 금속 산화물 NPs 에서 전하 이동 과정을 촉진하는 과정을 찾고 제어하는 것이 필수적임. 이것은 저온에서 조성물의 시너지 효과를 통해서 우수한 일반 특성을 가능하게 함.

◼ 전체 내용
이 연구 제안 목표는 다음 3가지 목표를 위해 향상되고 효율적인 무기 또는 유기 기반의 V₂O₅-WO₃/TiO₂ SCR 촉매의 개발에 있음 ==> (ㄱ) 저온 (<200°C)에서 De-NOx 변환율이 90% 이상이 되고 SO₂ 저항성이 있는 SCR 촉매, (ㄴ) SO₂ 흡착력 약화와 개발된 촉매의 메커니즘과 촉진 효과의 조사, (ㄷ) 촉매 및 ABS 분해의 저온 열 클리닝 (재활용을 통한 재생).

◼ 1단계
❏ 목표
SO₂에 대해 내구성을 가지는 촉매의 Scale-up 합성: 1차 연도에는 촉매 조성과 함침 순서를 변화시켜 가면서 다양한 종류의 촉매를 설계하는 연구를 수행할 예정. 합성조건 최적화 및 연구 목적에 부합하는 SCR의 온도 최적화에 관한 연구도 병행할 것.
❏ 내용
NOx conversion (>90%) and SO₂ resistance at low (200°C) temperature

◼ n단계
❏ 목표
매 반응을 통한 저온영역에서의 ABS 열분해: ABS의 분해반응은 기상-표면간 반응이므로 반응기 내 압력이 반응 비율에 중요한 인자로 작용함. 그러므로, 촉매 활성 물질을 보호할 수 있게끔 표면에 다공질 구조를 형성하여 저온에서 ABS 분해가 가능하도록 만들 수 있음.
❏ 내용
Lower the ABS decomposition temperature and initiate at 220°C temperature.

□ 연구개발성과
(1) Cu-Ce nano-composite impregnated 2V-1W-10Ce/TiO₂ catalyst: NOx conversion (>90%) at low (200-220°C) temperature and SO₂ resistance, (2) N-GQDs and Cu-Ce nano-composite impregnated 4V-1W-/TiO₂ catalyst: NOx conversion (>90%) at low (200°C) temperature and SO₂ resistance, (3) 4V-1W in porous TiO₂ nano-composite: NOx conversion (>90%) low (200°C) temperature, SO₂ resistance and lower temperature ABS decomposition.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
This research project is of great technical help to the SCR field regarding better catalytic activity, SO₂ poisoning and ABS decomposition at low temperature (<200°C).

(출처 : 요약문 2p)

Abstract ▼

2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 (수행 과정 및 수행 내용)
2.1 Cu-Ce nano-composite impregnated 2V-1W-10Ce/TiO₂ catalyst: NOx conversion (>90%) and SO₂ resistance at low temperature:
- This study demonstrates a facile strategy for vanadate-based catalysts having high NOx conversion efficiency(~96%@220°C) and improved SO₂ resistance by impregnating highly-dispersed CuO–CeO₂ to V₂O₅–CeO₂–WO₃/TiO₂ (2V-1W-10Ce/TiO₂) catalysts. CuO–CeO₂ NPs were synthesized with a co-precipitation method in an inert atmosphere with the uniform small nanostructure morphology (~5 nm) as shown in Figure 2a.
- NOx removal efficiencies of various catalysts were measured as a function of temperature (Figure 3a). It was clearly observed that 0.1Cu-Ce/2V-10Ce-1W/Ti catalysts exhibited much better catalytic activities at all temperatures than 0.1Cu/2V-10Ce-1W/Ti catalysts. Maximum NOx conversion efficiencies were obtained with 0.1wt% CuO–CeO₂ loading (i.e., 87, 96, and 99% at temperatures of 200, 220, and 240°C, respectively (Figure 3b). Long-term SO₂ tolerance of the catalyst’s performance was also tested at 220°C with a reaction time of 24 h. The 0.1Cu-Ce/2V-10Ce-1W/Ti catalysts exhibits superior SO₂ tolerance properties due to excellent redox system in the composite (Figure 3c).
- H₂-TPR, NO-TPD and NH₃-TPD analysis shows that the 0.1Cu-Ce/2V-10Ce-1W/Ti catalyst was more easily reduced at a lower temperature below 240°C due to improved redox properties of Cu-Ce, more adsorption sites for NO due to bridged adsorption on the surface and more surface acid sites, respectively (Figure 4a-c). To analyze the contents of existence form of S onto the surface of the catalyst were further measured by thermogravimetric analysis (TGA) after long-term SO₂ reaction. Compared to 2V-10Ce-1W/Ti, 0.1Cu-Ce/2V-10Ce-1W/Ti catalyst exhibited suppressed ABS deposition on the surface.

(source : 본문 3p)

목차 Contents

표지 ... 1
요약문 ... 2
1. 연구개발과제의 개요 ... 3
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 3
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
1) 연구수행 결과 ... 6
2) 목표 달성 수준 ... 7
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 7
5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 7
1) 연구성과 ... 7
2) 연구성과 활용계획 ... 8
6. 참고문헌 (References) ... 8
끝페이지 ... 8

표/그림 (13)

표 연구 진행 모식도
표 (a) CuO–CeO2 NPs synthesis and characterization, (b) Cu-Ce nanocomposite impregnated 2V-1W-10Ce/TiO2 catalyst
표 NH3-SCR activity of (a) different catalyst at various temperatures, (b) different Cu-Ce loading and (c) long-term SO2 tolerance activity. (Reaction condition: 300 ppm NH3, 300 ppm NO, 5 vol % O2, with N2 as balance gas, and GHSV 60,000 h−1.)
표 (a) H2-TPR, (b) NO-TPD, (c) NH3-TPD analysis of catalyst, (d) thermogravimetric analysis of catalyst after long-term SO2 reaction
표 (a-e) XPS spectra nalysis, (f-g) distinguish the functions of the two Ce species in dopants of Cu-Ce and active components of V-Ce-W. components
표 (a-c) Synthesis of catalyst. (d, e) SEM images of the CuCe-N-GQD-4V1W/Ti, NH3-SCR activity (f) different N-GQDs catalyst on 4V1W/Ti, (g) different CuCe on 1N-GQDs-4V1W/Ti, and (h) with and without SO2, (i) N2 selectivity, (j) long-duration SO2 resistance activity. (300 ppm SO2), (k-l) catalyst before and after long term SO2 tolerance reaction (scale bar: (f-g) 10 μm). - The H2-TPR results (Figure 7a), NO-TPD (Figure 7b) and NH3-TPD (Figure 7c) suggesting enhanced redox ability and additional surface acid sites to promote the NO and NH3 adsorption/activation at low temperature. The impregnation of 1 wt% N-GQDs and 2.8 wt% CuCe leads to more surface acid sites and facilitate the strong interaction between Cu-Ce-V oxides, thus improving NOx adsorption and improved redox process in low temperature ranges (180-220°C)
표 (a) H2-TPR, (b) NO-TPD, (c) NH3-TPD of the different catalysts. (d-g) XPS spectra of catalyst (d) V 2p, (e) O 1s, (f) V 2p after 300 ppm SO2 reaction, (g) S 2p spectra after SO2 long duration reaction
표 In situ DRIFTS spectra of catalyst (a, c) gaseous of NO + O2 at 200°C, (b,d) gaseous of NH3 at 200°C, (e) NO to NO2 conversion at different temperature in the presence of SO2, (f) NOx conversion efficiency of catalysts in the presence of SO2 and coexistence of SO2-H2O
표 morphology of (a) mesoporous SiO2, (b) Fibrous SiO2, (c) 4V-1W-10Ce, (d) 0.1Cu-Ce-4V-1W-10Ce, (e-f) corresponding TGA analysis
표 (a) porous catalyst synthesis process, (b) catalyst preparation process, (c) SEM, TEM and STEM-EDS analysis of synthesized catalyst
표 (a) XRD spectra, (b) Raman spectra of the synthesized catalyst with reference samples
표 (a-b) NH3-SCR activity at various temperature (c) NH3-SCR activity in the presence of SO2 at 200°C temperature (d) BET isotherm, (e) H2-TPR, NO-TPD and NH3-TPD of synthesized catalyst, (f) XPs spectra
표 (a) TGA (b) ABS decomposition energy, (c.d) TGA-MS Profiles of m/z = 64 measured by mass spectrometer during calcination of catalyst sample in N2, (e) regeneration of catalyst

참고문헌 (25)

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 보고서

해당 보고서가 속한 카테고리에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 제목(한글), 저자명(한글), 발행일자, 전자원문, 초록(한글), 초록(영문) 관리번호, 제목(한글), 제목(영문), 저자명(한글), 저자명(영문), 주관연구기관(한글), 주관연구기관(영문), 발행일자, 총페이지수, 주관부처명, 과제시작일, 보고서번호, 과제종료일, 주제분류, 키워드(한글), 전자원문, 키워드(영문), 입수제어번호, 초록(한글), 초록(영문), 목차
저장형식	Text(ASCII format) Excel format
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국가R&D연구보고서] 저온(<200°C) 영역에서의 Ammonium bisulfate (ABS) 분해 및 SO2 피독저항 : 현 SCR 시스템의 한계극복
Thermal Decomposition of ABS and SO2 resistance at low temperature (<200°C): An Urgent Challenge in SCR catalysts system 원문보기