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금속 구조체상 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO<sub>3</sub>/TiO<sub>2</sub> 기반 탈질촉매 코팅 연구
정해영,김태용,황선엽,임동하 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
선택적 촉매 환원법은 배연탈질 촉매 시스템 중 가장 효과적인 공정으로써, 상업적으로 널리 사용되고 있으며, V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO<sub>3</sub>/TiO<sub>2</sub>계 촉매가 대표적이다. 상용화된 산화물 촉매는 바인더와 함께 혼합되어 허니컴형 산화물 모노리스 형태로 압출되거나 산화물 지지체상에 활성물질을 담지하여 제조하고 있다. 제조된 산화물 촉매는 촉매활성이 발현을 위해 바나듐과 같은 고가의 프리커서를 과량으로 사용하는 문제점과, 산화물 지지체의 외부 충격에 취약함으로 인해 설치 및 운반에 어려움이 존재하고, 또한, 배가스에 의해 촉매가 파괴됨으로써 성능 저하를 초래하여 단기간의 유지보수 교체 주기가 요구되고 있다. 본 연구에서는 이러한 산화물촉매의 문제점을 보완하고자 경건하고 고비표면적 특성을 가지는 금속지지체를 이용하였으며, 습식공정을 통해 금속기판 상에 산화물 촉매를 코팅하여 탈질촉매를 제조하였다. 기존 산화물 촉매와 제조촉매 간의 활성 및 내구성 평가 결과를 통해, 금속구조체 기반 촉매의 적용가능성을 확인하였다.
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세라믹 시트 필터에 부착된 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO<sub>3</sub>/TiO<sub>2</sub> 촉매의 NO 환원 성능
최주홍,Choi, Joo Hong 한국청정기술학회 2018 청정기술 Vol.24 No.1
분진과 질소 산화물을 동시에 처리할 수 있는 이원적 기능을 가진 촉매 필터는 산업체 적용에 많은 장점을 갖고 있다. 통기성이 높은 시트 형 세라믹 필터를 촉매 필터 소재로 활용하면 배기가스 처리 공정의 타당성을 더욱 높일 것이다. 그러나 시트 필터는 두께가 얇아서 촉매 지지층에 촉매를 부착할 수 있는 공간이 부족하므로 효과적인 촉매필터를 제조하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 국산 시트 필터를 사용하여 촉매 필터를 제조하고 실험실 장치에서 제조된 촉매 필터의 NO 환원 성능이 평가되었다. 현재 시판되고 있는 시트 필터로 촉매 필터를 제조할 경우 여과속도 $2m\;s^{-1}$에서 700 ppm NO 농도에 대한 NO 전환율이 92% 이하로써 촉매 필터 재료로써 좋은 특성을 나타내지 못했다. 이와 같이 저조한 특성을 보이는 이유는 시트 필터의 촉매 지지층의 기공이 균일하지 못하여 필요 이상의 큰 기공이 존재하기 대문으로 해석되었다. 필터에 존재하는 큰 기공의 사이즈를 줄이기 위하여 필터를 제조하는 원재료에 작은 입자를 혼합하여 시트 필터의 기공을 줄이는 효과를 통하여 NO 전환율 96% 이상을 달성하였다. 또한 촉매 지지체로써 큰 입자의 $TiO_2$를 혼합하여 촉매층의 기공을 팽창시켜서 개선된 촉매 필터는 상용 요구에 충족되는 98% 이상의 NO 전환율을 보였다. 위 두 경우 모두 촉매층 내에 존재할 수 있는 큰 기공을 효과적으로 메워서 적절한 촉매층이 형성되면 촉매 필터의 성능이 향상되는 결과를 보인 것이다. 따라서 이와 같이 통기도가 우수한 장점을 가진 시트 필터가 촉매 필터의 소재로 잘 활용될 수 있음을 보였다. Catalytic filter has many advantages for the industrial application owing to its bi-functional ability to treat nitrogen oxides and particulate simultaneously. The technical feasibility of using the catalytic filter in the flue gas treatment process will be more promoted if the high porous ceramic sheet filter is utilized. However, it is not easy to prepare the effective catalytic filter using sheet filter as it has less room for catalyst support due to its thin layer. In this study, catalytic filter using a domestic ceramic sheet filter element has been prepared and conducted the experimental evaluation for NO reduction performance. The current sheet filter element shows the low catalytic activity less than 92% conversion for NO concentration 700 ppm at the face velocity $0.02m\;s^{-1}$. This unexpected low catalytic activity seems to be caused by the present of extraordinary large pores from the lack of uniformity in the pore size distribution of the sheet filter. The large pore size of the sheet filter is reduced by composing the smaller powder as its raw material, which presents improvement in NO conversion more than 96%. More improvement is observed showing 98% NO conversion which is applicable to a commercial plant when the catalyst coating layer is expanded by adding the large $TiO_2$ particles during the catalyst preparation. Both of above two methods is regarded as that the broad gates of the larger pores in the coating layer are effectively filled with the proper catalyst. So these results encourage the utilization of sheet filter as a good catalytic filter material with its potential merit of high permeability.
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환원촉매를 이용한 디젤엔진 배기가스 중 NO<sub>x</sub> 저감에 관한 연구
황화자,황재원,정지웅,한정희,채재우,Huang, H.Z.,Hwang, J.W.,Jung, J.Y.,Han, J.H.,Demidiouk, V.I.,Chae, J.O. 대한환경공학회 2000 대한환경공학회지 Vol.22 No.12
본 연구에서는 질소산화물 저감기술의 하나인 선태적 촉매 환원법(SCR)을 이용하여 실제 디젤엔진에서의 $NO_x$저감에 관한 실험을 수행하였다. 특히 선택적 촉매 환원법 중에서 금속산화물(metal oxide)과, 페롭스카이트(perovskite)형의 환원촉매를 사용하였으며 ${\gamma}-Al_2O_3$ 담체에 여러 가지 주촉매, 조촉매를 사용하여 배기가스 온도 범위 내에서 높은 $NO_x$제거효율을 가지고 있는 $LaCuMnO_x$을 선택하였다. $NO_x$ 제거를 위한 실험은 실제 디젤엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하였으며 공간속도 $3,300h^{-1}$인 상태에서 촉매 반응기 통과전후의 $NO_x$의 변화량을 측정하였다. 그 결과 페롭스카이트 형태의 촉매가 활성화 온도범위가 우수함을 알 수 있었고 $LaCuMnO_x$의 경우에는 촉매 온도범위 $150{\sim}450^{\circ}C$하에서 $NO_x$의 제거효율이 전반적으로 우수하였다. To eliminate $NO_x$ in diesel emission. selective catalyst reduction (SCR) was used in real diesel engine. Among the SCR methods, metal oxide and perovskite catalysts were introduced in this paper. The removal efficiencies with various major, promoter catalysts on ${\gamma}-Al_2O_3$ at different reaction temperature were investigated, and $LaCuMnO_x$ catalyst which has high removal efficiency at the temperature of real diesel exhaust gas was selected. $NO_x$ reduction was carried out over these catalysts in the flow-through type reactor using by-pass ($SV=3,300h^{-1}$). Under the given condition to this study, perovskite catalysts showed considerably high removal efficiency and $LaCuMnO_x$ was the best one among these catalysts in the temperature range of $150{\sim}450^{\circ}C$.
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H2-SCR 촉매의 NOx와 CO 저감 성능에 관한 ZrO2와 La의 영향
서충길 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.4
이 연구는 NOx 및 CO 유해 가스의 저감 성능을 향상시키는 것이며, ZrO2와 La가 H2-SCR 촉매의 NOx와 CO 저감 성능에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 모델 가스 반응장치를 사용하였고, 촉매 온도는 정상 상태에서 실험하였다. 0.5Pt-2CeO2-2ZrO2/TiO2 촉매는 125℃~255℃의 온도 범위에서 높은 de-NOx 성능과 넓은 window 분포를 보였다. 적절한 양의 ZrO2가 담지되었을 때 환원제 H2의 중온에서 산화를 방지하여 de-NOx 성능이 향상되었다. 소량의 La가 담지된 촉매로부터 활성이 되었으며, 175℃~200℃의 온도 범위에서 de-NOx 성능이 향상되었다. 조촉매(ZrO2, La)가 첨가된 H2-SCR 촉매에서는 반응속도가 낮아졌고, 내연기관에서 배출되는 가스의 온도를 고려해야 한다. 다량의 코팅양은 귀금속 pt의 촉매 분산을 저하시킬 수 있으므로 촉매 비용 및 성능을 고려하여 최적의 코팅양을 연구해야 한다.
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약산성 처리물질을 이용한 SCR 폐촉매에서의 V2O5-WO3/TiO2 재활성에 관한 특성 분석
조희지,윤재랑,한은미,동종인 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05
질소산화물 등의 배출규제 강화로 인한 사용처의 확대로 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 폐촉매 발생량도 증가할 것으로 예상된다. 폐촉매는 지정폐기물로 분류되어 처리시에 비용이 발생하여, 물리적으로 재생하여 재사용 하거나 유가금속을 회수하는 방법으로 재활용하고 있다. 그러나 재생의 횟수가 제한적이고, 유가금속 회수는 비용이 고가이며 촉매의 85~90%를 차지하는 TiO2가 폐기된다는 문제점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 SCR 촉매를 경제적이며 지속적으로 사용하기 위해 피독된 SCR 촉매 내 피독물질만 화학적으로 수세 및 정제하고 유가금속/TiO2의 함량을 높이는 최적의 세정 용매를 도출하는 촉매 재활성을 위한 기초연구를 수행하였다. 비교대상 촉매인 Poisoned 촉매를 5가지 세정용매로 화학적 처리결과, acetic acid 용매가 V2O5 1.19 wt%의 높은 함량과 57.6%의 높은 피독물질 제거효율을 나타내며 다른 산 처리 용매에 비해 촉매 재생성이 높은 것으로 분석되었다. 세정 용매의 농도와 세정 시간에 따른 V2O5 함량과 피독물질 제거효율에 미치는 영향을 알아보기 위해 각각 변수를 두어 실험을 진행하였다. 본 연구를 통해 0.1 N acetic acid로 처리한 촉매가 가장 높은 NOX전환율을 나타냈으며, 유가금속/TiO2 함량 또한 높게 나타나 본 연구 목표에 가장 적합한 세정용매로 판단되었다.
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