초록 ▼

연구개요
전이금속을 이용한 VOCs 산화 촉매의 경우 장시간 노출시 deactivation 문제가 지속적으로 제시되고 있으며, 귀금속 촉매의 경우 VOCs 저감 공정에 적용시 고가의 촉매 비용 부담으로 귀금속 함량 저감 연구가 필수적이다. VOCs 저감에 사용되는 귀금속 계열 촉매는 응집현상(agglomeration)에 의한 활성 저하가 보고되고 있으므로 적정 함량, 입자 사이즈, 분산도 등이 주요 영향 인자로 작용한다. 귀금속 촉매의 지지체로 사용되는 제올라이트의 경우 우수한 열적 안정성과 내구성을 가지며, 표면 개질을 통

연구개요
전이금속을 이용한 VOCs 산화 촉매의 경우 장시간 노출시 deactivation 문제가 지속적으로 제시되고 있으며, 귀금속 촉매의 경우 VOCs 저감 공정에 적용시 고가의 촉매 비용 부담으로 귀금속 함량 저감 연구가 필수적이다. VOCs 저감에 사용되는 귀금속 계열 촉매는 응집현상(agglomeration)에 의한 활성 저하가 보고되고 있으므로 적정 함량, 입자 사이즈, 분산도 등이 주요 영향 인자로 작용한다. 귀금속 촉매의 지지체로 사용되는 제올라이트의 경우 우수한 열적 안정성과 내구성을 가지며, 표면 개질을 통해 친수성·소수성을 제어할 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 촉매 활성 증진을 위하여 제올라이트 소재를 이용하고자 한다. 본 연구는 기존의 복잡한 제올라이트의 탈알루미늄과정과 달리 상온 산처리에 따른 표면 개질을 통하여 VOCs 흡착을 극대화 할 수 있는 표면 개질 방법을 제시하고, 최종적으로 귀금속을 담지하여 고성능 저비용의 차세대 VOCs 산화 촉매를 개발하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
기존 제올라이트 탈알루미늄 개질을 위하여 수증기 처리와 산처리를 모두 진행하였다. 본 연구에서는 개질과정 간소화를 위해 소니케이션을 이용한 상온 산처리만 수행하였으며, 수증기 처리 과정을 생략하여도 VOCs 흡착 성능 증진과 수분 저항성이 확보됨을 확인하고자 하였다. 탈알루미늄과정 최소화를 위해 다양한 제올라이트에 대한 개질을 진행한 결과 산처리만 진행하여도 흡착 성능 증진 및 수분 저항성이 확보됨을 확인하였다. 13X, Na-Y, NH₄⁺Y 제올라이트에 대해 다양한 개질시 흡착 성능 증진 여부를 확인하고자 하였으며, 기존 탈알루미늄 개질과 비교하여 산처리만 진행시 모든 제올라이트의 흡착 성능이 증진되었지만 13X 제올라이트가 0.111 g/g의 흡착능을 가지며, 가장 우수한 흡착 성능을 나타내었다. 개질 제올라이트 기반으로 촉매 제조시 활성 증진 및 수분 저항성 여부를 확인하고자 하였으며, VOCs 산화 촉매로 많은 연구가 수행된 Pd/Al₂O₃ 촉매를 기준으로 하여 활성을 비교하였다. 이온교환법과 함침법을 이용하여 촉매를 제조하였고, 함침법으로 귀금속 담지시 이온교환법을 통해 제조한 촉매보다 우수한 활성을 나타내었다. Pd/Al₂O₃와 Pd/13X 촉매는 동일한 성능을 보였으며 탈알루미늄을 진행한 13X DA (dealumination)기반 촉매의 경우 180 ℃에서 100%의 전환율로 저온 영역에서 우수한 성능을 나타내었다. Pd/13X DA촉매는 250시간 이상의 내구성을 가지며, 상대습도가 60%일 때 200 ℃에서 100%의 전환율을 보였다. 촉매 성능 극대화 위해 다양한 조촉매를 첨가하였으나 오히려 성능에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 본 연구에서 개발된 Pd/13X DA촉매의 VOCs 산화 반응 경로는 다양한 물리화학적 분석 결과 지지체의 격자산소를 이용하는 Mars-Van Krevelen mechanism (MVK mechanism)을 따르는 것으로 판단된다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 개발된 최적화된 소재는 흡착제로도 사용이 가능하며, 중소규모 사업장에서 활성탄을 대체하는 물질로 적용 가능할 것으로 보인다. 또한 소량의 귀금속이 담지된 촉매는 기존에 수분 및 내구성에 약한 VOCs 산화 촉매를 대체할 수 있을 것으로 판단된다. 개발된 소재는 화학산업 및 석유 정제 관련 업체에 적용 할 수 있을 것이며, 또한 제올라이트를 사용하는 흡착제 촉매 산업 전반에 걸쳐 응용 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구의 가설 및 최종 목적 ... 4
• 1.3 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. VOCs 흡착을 위한 상온 산처리 기반 소수성 제올라이트 흡착제 개발 연구 ... 5
• 2.2. 제올라이트 구조내 금속 이온 담지 및 촉매 개발 연구 ... 7
• 2.3. 제올라이트 촉매 개발 및 반응 메커니즘 규명 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 끝페이지 ... 16