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KR20240034316A - Denitrification catalyst and its manufacturing method - Google Patents

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KR20240034316A
KR20240034316A KR1020220113039A KR20220113039A KR20240034316A KR 20240034316 A KR20240034316 A KR 20240034316A KR 1020220113039 A KR1020220113039 A KR 1020220113039A KR 20220113039 A KR20220113039 A KR 20220113039A KR 20240034316 A KR20240034316 A KR 20240034316A
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KR
South Korea
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denitrification catalyst
cerium
precursor
catalyst
oxide
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020220113039A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박석운
김재관
장지훈
Original Assignee
한국전력공사
한국남동발전 주식회사
한국중부발전(주)
한국서부발전 주식회사
한국남부발전 주식회사
한국전력기술 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 탈질촉매와 그 제조방법에 관한 것으로, 텅스텐 산화물, 세륨 산화물 및 티탄 산화물을 포함하는 베이스촉매를 포함하고, 바나듐 및 란탄이 상기 베이스촉매의 결정구조 내부에 도핑되어 이산화황 내구성이 크게 향상되어 질소산화물 전환율을 장시간 경과하여도 초기 대비 80% 이상으로 유지할 수 있다.The present invention relates to a denitrification catalyst and a method for manufacturing the same, which includes a base catalyst containing tungsten oxide, cerium oxide and titanium oxide, and vanadium and lanthanum are doped inside the crystal structure of the base catalyst to greatly improve sulfur dioxide durability. The nitrogen oxide conversion rate can be maintained at more than 80% of the initial level even over a long period of time.

Description

탈질촉매와 그 제조방법{DENITRIFICATION CATALYST AND ITS MANUFACTURING METHOD}Denitrification catalyst and its manufacturing method {DENITRIFICATION CATALYST AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 탈질촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄화력발전소에서 생성되는 황산암모늄을 저온에서 분해할 수 있으면서 이산화황에 대한 내구성이 우수한 탈질촉매 및 그 제조방법이다.The present invention relates to a denitrification catalyst and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a denitrification catalyst that can decompose ammonium sulfate produced in a coal-fired power plant at low temperature and has excellent durability against sulfur dioxide and a method for manufacturing the same.

질소산화물(NOX)은 주로 화석 연료의 연소 시에 생성되는 오염 물질로, 배나 자동차와 같은 이대한 규제가 날로 엄격해지면서 이에 대응하여 디젤 차량이나 발전엔진 등에서 발생하는 질소 화합물을 환원제를 사용하여 줄이려는 연구가 많이 이루어지고 있다.Nitrogen oxides ( NO A lot of research is being done to reduce it.

특히 질소산화물는 발전소 또는 소각로와 같은 고정원이나 자동차로부터 발생하여 대기를 오염시키는 원인 중 하나로 작용한다.In particular, nitrogen oxides are generated from stationary sources such as power plants or incinerators or automobiles, and act as one of the causes of air pollution.

또한, 대기환경오염에 터 배출되는 질소 화합물을 제거하는 방법으로는 암모니아 등을 환원제로 하고, 이산화티타늄(TiO2) 담체 및 바나듐 옥사이드(V2O5)를 활성 촉매 성분으로 사용하는 일산화질소 전환촉매가 널리 사용되고 있다.In addition, a method of removing nitrogen compounds emitted from air pollution is nitrogen monoxide conversion using ammonia, etc. as a reducing agent, and titanium dioxide (TiO 2 ) carrier and vanadium oxide (V 2 O 5 ) as active catalyst components. Catalysts are widely used.

그러나, 섭씨 300도 미만의 저온에서 우수한 활성을 보이는 촉매는 개시되어 있지 않으며, 또한, 액화천연가스(LNG)를 제외한 대부분의 연료는 황 성분을 포함하고 있으며, 연소 과정에서 대부분 이산화황(SO2)으로 배출된다.However, no catalyst has been disclosed that shows excellent activity at low temperatures below 300 degrees Celsius, and most fuels except liquefied natural gas (LNG) contain sulfur components, and most of them produce sulfur dioxide (SO 2 ) during the combustion process. is discharged as

종래 바나듐/이산화티타늄 등과 같은 탈질 촉매는 250℃ ~ 400℃에서 배기가스내에 존재하는 이산화황과 환원제인 암모니아와 반응하여 하기 반응식 1과 같이 황산암모늄염(NH4HSO4,(NH4)2SO4)을 형성한다.Conventional denitrification catalysts such as vanadium/titanium dioxide react with sulfur dioxide present in exhaust gas and ammonia, a reducing agent, at 250°C to 400°C to produce ammonium sulfate salt (NH 4 HSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 ) as shown in Scheme 1 below. forms.

[반응식 1][Scheme 1]

2SO2 + O2 → 2SO3 2SO 2 + O 2 → 2SO 3

NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 NH 3 + SO 3 + H 2 O → NH 4 HSO 4

2NH3 + SO3 + H2O → (NH4)2SO4 2NH 3 + SO 3 + H 2 O → (NH 4 ) 2 SO 4

따라서, 황산암모늄은 촉매 표면에 침적되어 촉매의 활성을 저하시키고 반응기 하부 장치의 부식 및 막힘을 유발시키는 문제점이 있어 이산화황에 대한 내구성이 우수한 촉매개발이 필요하다.Therefore, ammonium sulfate is deposited on the catalyst surface, reducing the activity of the catalyst and causing corrosion and clogging of the lower reactor equipment, so it is necessary to develop a catalyst with excellent durability against sulfur dioxide.

한국등록특허공보 제0456748호Korean Patent Publication No. 0456748

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 석탄화력발전소에서 발생하는 배가스에 함유된 질소산화물을 제거하기 위한 암모니아계 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템에 적용되며 이산화황 피독에 대한 내구성을 높일 수 있는 탈질촉매와 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created to improve the conventional problems as described above, and is applied to an ammonia-based selective catalytic reduction (SCR) system for removing nitrogen oxides contained in exhaust gases generated from coal-fired power plants. The purpose is to provide a denitrification catalyst and a manufacturing method that can increase durability against sulfur dioxide poisoning.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 탈질촉매는, 텅스텐 산화물, 세륨 산화물 및 티탄 산화물로부터 제조된 예비소성체에 바나듐 및 란탄이 담지되어 형성된다.In order to achieve the above-described object, the denitrification catalyst according to the present invention is formed by supporting vanadium and lanthanum on a pre-fired body made from tungsten oxide, cerium oxide, and titanium oxide.

상기 탈질촉매는 내부에 CeVO4 결정상이 포함될 수 있다.The denitrification catalyst may include a CeVO 4 crystal phase therein.

상기 CeVO4 결정상은 바나듐 산화물과 올리고머(oligomeric) 형태로 연결될 수 있다.The CeVO 4 crystal phase may be connected to vanadium oxide in an oligomeric form.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨이 촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 50원자% 이하일 수 있다.The amount of trivalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase may be 50 atomic% or less compared to the total cerium atoms contained in the entire catalyst.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨 및 4가 세륨이 촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 60원자% 이상 80원자% 이하일 수 있다.The amount of trivalent cerium and tetravalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase may be between 60 atomic% and 80 atomic% compared to the total cerium atoms contained in the entire catalyst.

상기 탈질촉매는 250℃ 이상 400℃ 이하에서 질소산화물 전환율이 70% 이상일 수 있다.The denitrification catalyst may have a nitrogen oxide conversion rate of 70% or more at a temperature of 250°C or more and 400°C or less.

상기 탈질촉매는 250℃ 이상 400℃ 이하에서 200시간 경과 시 질소산화물 전환율이 초기 대비 80% 이상 90% 미만일 수 있다.The denitrification catalyst may have a nitrogen oxide conversion rate of 80% or more and less than 90% of the initial level after 200 hours at 250°C or more and 400°C or less.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 탈질촉매의 제조방법은, 티탄 산화물 100 중량부에 텅스텐 전구체 5 중량부 및 세륨 전구체 5 중량부를 혼합하여 예비혼합물을 제조하는 예비소성체 혼합단계; 상기 예비혼합물을 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도에서 소성하여 예비소성체를 제조하는 예비소성체 소성단계; 상기 예비소성체 100 중량부에 대하여 바나듐 전구체 1.5 중량부 및 란탄 전구체 1 중량부를 혼합하여 주혼합물을 제조하는 주소성체 혼합단계; 및 상기 주혼합물을 450℃ 이상 550℃ 이하의 온도에서 소성하여 탈질촉매를 제조하는 주소성체 소성단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above-described object, the method for producing a denitrification catalyst according to the present invention involves mixing 100 parts by weight of titanium oxide to prepare a premix by mixing 5 parts by weight of a tungsten precursor and 5 parts by weight of a cerium precursor. step; A pre-fired body firing step of producing a pre-fired body by firing the premix at a temperature of 550°C or more and 650°C or less; A main reactor mixing step of preparing a main mixture by mixing 1.5 parts by weight of a vanadium precursor and 1 part by weight of a lanthanum precursor with respect to 100 parts by weight of the precalcined body; And a main body sintering step of producing a denitrification catalyst by sintering the main mixture at a temperature of 450°C or more and 550°C or less.

상기 티탄 산화물은 아나타제 결정상을 가질 수 있다.The titanium oxide may have an anatase crystal phase.

상기 바나듐 전구체는 메타바나데이트(NH4VO3)일 수 있다.The vanadium precursor may be metavanadate (NH 4 VO 3 ).

상기 란탄 전구체는 란타늄나이트레이트(LaN3O9)일 수 있다.The lanthanum precursor may be lanthanum nitrate (LaN 3 O 9 ).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 탈질촉매와 그 제조방법에 의하면, 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스에 이산화황이 함유된 경우에 황산암모늄염 형성을 억제하여 질소산화물 제거 능력이 안정적으로 유지되면서 이산화황 내구성이 극적으로 향상되는 효과가 있다.As described above, according to the nitrogen removal catalyst and its manufacturing method according to the present invention, when the exhaust gas discharged from a coal-fired power plant contains sulfur dioxide, the formation of ammonium sulfate salt is suppressed, the nitrogen oxide removal ability is maintained stably, and the sulfur dioxide durability is maintained. This has a dramatic improvement effect.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 탈질촉매에서 이산화티탄의 표면에 고립된(Isolated) 형태의 바나듐 산화물이 형성된 상태를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탈질촉매에서 이산화티탄의 표면에 올리고머(Oligomeric) 형태의 바나듐 산화물이 형성된 상태를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탈질촉매에서 온도에 따른 질소산화물 전환율(흑색-순수, 적색-황산암모늄 첨가)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 탈질촉매에서 온도에 따른 질소산화물 전환율(흑색-순수, 적색-황산암모늄 첨가)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 탈질촉매를 이산화황(SO2)이 유입되는 대기조건에서 질소산화물 전환율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 탈질촉매를 수소-온도조절환원(H2-TPR) 측정을 통하여 산소전달능력 온도태를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 탈질촉매를 라만 분광법을 이용하여 탈질촉매의 표면에 위치한 바나듐의 구조를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 탈질촉매의 표면에 흡착된 이산화황(SO2)의 탈착온도 및 면적을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 탈질촉매의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
Figure 1 is a diagram showing the state in which vanadium oxide in an isolated form is formed on the surface of titanium dioxide in a denitrification catalyst according to a comparative example of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the formation of oligomeric vanadium oxide on the surface of titanium dioxide in a denitrification catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the nitrogen oxide conversion rate (black - pure water, red - ammonium sulfate added) according to temperature in the denitrification catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the nitrogen oxide conversion rate (black - pure water, red - ammonium sulfate added) according to temperature in the denitrification catalyst according to the comparative example of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the change in nitrogen oxide conversion rate under atmospheric conditions in which sulfur dioxide (SO 2 ) flows into the denitrification catalyst according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the oxygen transfer capacity temperature of the denitrification catalyst according to the examples and comparative examples of the present invention through hydrogen-temperature controlled reduction (H2-TPR) measurement.
Figure 7 is a graph showing the structure of vanadium located on the surface of the denitrification catalyst according to the examples and comparative examples of the present invention using Raman spectroscopy.
Figure 8 is a graph showing the desorption temperature and area of sulfur dioxide (SO 2 ) adsorbed on the surface of the denitrification catalyst according to the examples and comparative examples of the present invention.
Figure 9 is a flowchart showing the manufacturing method of the NOx removal catalyst according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be interpreted as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The above terms are solely for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다. The term “and/or” may include any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it means that it may be directly connected to or connected to that other component, but that other components may also exist in between. It can be understood. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it can be understood that there are no other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features It can be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries can be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of related technologies, and unless clearly defined in this application, are interpreted as having an ideal or excessively formal meaning. It may not work.

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, the following examples are provided to provide a more complete explanation to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

본 발명은 석탄화력발전소의 변동부하 특성에 대응하면서 탈질촉매가 황산암모늄(ABS)에 피독되는 문제점을 해결하고자 저온 조건에서 활성이 우수하면서 내구성이 우수한 촉매를 제공한다.The present invention provides a catalyst with excellent activity and durability at low temperature conditions in order to respond to the variable load characteristics of coal-fired power plants and solve the problem of denitrification catalysts being poisoned by ammonium sulfate (ABS).

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈질촉매는 텅스텐 산화물, 세륨 산화물 및 티탄 산화물로부터 제조된 예비소성체에 바나듐 및 란탄이 담지되어 형성된다.Referring to FIG. 1, a denitrification catalyst according to an embodiment of the present invention is formed by supporting vanadium and lanthanum on a precalcined body made from tungsten oxide, cerium oxide, and titanium oxide.

상세하게는 상기 탈질촉매는 텅스텐, 세륨 및 티탄 산화물이 포함된 기재에 바나듐 및 란탄이 분산되어 존재하거나 상기 기재 표면에 담지된 상태로 존재할 수 있다.In detail, the denitrification catalyst may exist in a state in which vanadium and lanthanum are dispersed in a substrate containing tungsten, cerium, and titanium oxide or may be supported on the surface of the substrate.

상기 탈질촉매의 내부에는 바나듐(V)와 세륨(Ce) 원자가 산소와 결합한 구조인 CeVO4 구조를 형성하고 있으며 텅스텐 산화물, 세륨 산화물 및 티탄 산화물과 별개의 상태로 존재할 수 있다.Inside the denitrification catalyst, a CeVO 4 structure is formed in which vanadium (V) and cerium (Ce) atoms are combined with oxygen, and can exist in a separate state from tungsten oxide, cerium oxide, and titanium oxide.

상기 CeVO4 구조가 형성된 경우 질소산화물의 분해과정에서 산소전달능력이 향상되는 것을 확인할 수 있다.When the CeVO 4 structure is formed, it can be seen that the oxygen transfer ability is improved during the decomposition process of nitrogen oxides.

또한, 도 2와 같이 바나듐 산화물(VOX)는 티탄 산화물의 표면에서 상기 CeVO4 결정상과 올리고머(Oligomeric) 구조로 존재하고 있어 도 1과 같이 독립구조(isolated) 구조로 존재하는 것과 대비하여 저온 조건(250~400℃)에서 산소전달능력이 우수하면서 탈질 성능이 향상된다.In addition, as shown in FIG. 2, vanadium oxide (VOX) exists in an oligomeric structure with the CeVO 4 crystal phase on the surface of titanium oxide, so it can be used under low temperature conditions (compared to existing in an isolated structure as shown in FIG. 1). At 250~400℃), oxygen transfer ability is excellent and denitrification performance is improved.

상기 예비소성체는 티탄 산화물 100 중량부 대비 텅스텐 산화물 5중량부 및 세륨 산화물 5중량부를 포함한다.The prefired body contains 5 parts by weight of tungsten oxide and 5 parts by weight of cerium oxide based on 100 parts by weight of titanium oxide.

또한, 상기 탈질촉매는 상기 예비소성체 100 중량부 대비 바나듐 1.5 중량부 및 란탄 1 중량부를 포함한다.Additionally, the denitrification catalyst includes 1.5 parts by weight of vanadium and 1 part by weight of lanthanum based on 100 parts by weight of the precalcined body.

상기 탈질촉매는 아나타제(anatase)상을 가지는 티탄 산화물(TiO2)을 지지체로 사용하고, 상기 티탄 산화물은 80m2/g 이상 100m2/g 이하의 표면적을 가지는 물질을 사용하는 것이 가장 바람직하다.The denitrification catalyst uses titanium oxide (TiO 2 ) having an anatase phase as a support, and the titanium oxide is most preferably a material having a surface area of 80 m 2 /g or more and 100 m 2 /g or less.

상기 탈질촉매는 티탄 산화물 지지체와 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트(Ammonium Metatungstate, (NH4)6H2W12O40*H2O) 및 세륨 산화물 전구체인 세륨 나이트레이트 헥사하이드레이트(Cerium nitrate hexahydrate, Ce(NO3)3·6H2O)를 혼합한 후 1차소성 과정을 거쳐 제조한다.The denitrification catalyst includes a titanium oxide support, ammonium metatungstate ((NH 4 )6H 2 W 12 O 40 *H 2 O), which is a tungsten oxide precursor, and cerium nitrate hexahydrate, which is a cerium oxide precursor. It is manufactured by mixing Ce(NO 3 ) 3 ·6H 2 O) and then going through a primary calcination process.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨은 탈질촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 50원자% 이하이다.The amount of trivalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase is less than 50 atomic% compared to the total cerium atoms contained in the entire denitrification catalyst.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨이 상기 탈질촉매에 포함된 세륨의 전체 원자 대비 50원자%를 초과하는 경우, 세륨 산화물이 티탄 산화물의 표면에 과다하게 존재하여 질소산화물(NOX)의 분해능력이 감소한다.When the trivalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase exceeds 50 atomic% compared to the total atoms of cerium contained in the denitrification catalyst, cerium oxide is excessively present on the surface of titanium oxide, forming nitrogen oxide ( NO decomposition ability decreases.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨 및 4가 세륨은 상기 탈질촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 60원자% 이상 80원자% 이하이다.The amount of trivalent cerium and tetravalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase is between 60 atomic% and 80 atomic% compared to the total cerium atoms contained in the entire denitrification catalyst.

상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨 및 4가 세륨이 상기 탈질촉매에 포함된 세륨의 전체 원자 대비 80원자%를 초과하는 경우, 세륨 산화물이 티탄 산화물의 표면에 과다하게 존재하여 질소산화물(NOX)의 분해능력이 감소하여 촉매의 활성이 감소한다.When the trivalent cerium and tetravalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase exceed 80 atomic% compared to the total atoms of cerium contained in the denitrification catalyst, cerium oxide is excessively present on the surface of titanium oxide, forming nitrogen oxide. The decomposition ability of ( NO

반면, 상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨 및 4가 세륨이 상기 탈질촉매에 포함된 세륨의 전체 원자 대비 60원자% 미만인 경우, 이산화황(SO2)이 암모니아와 반응하여 형성된 황산암모늄염에 의하여 피독되어 활성이 감소하는 문제점이 발생한다.On the other hand, when the amount of trivalent cerium and tetravalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase is less than 60 atomic% compared to the total atoms of cerium contained in the denitrification catalyst, sulfur dioxide (SO 2 ) reacts with ammonia to form ammonium sulfate salt. A problem arises in which activity is reduced due to poisoning.

상기 탈질촉매는 250℃ 이상 400℃ 이하에서 질소산화물 전환율이 70% 이상 100% 이하이다.The nitrogen oxide denitrification catalyst has a nitrogen oxide conversion rate of 70% to 100% at 250°C or higher and 400°C or lower.

상기 탈질촉매의 질소산화물 전환율이 250℃ 이상 400℃ 이하에서 70% 미만인 경우, 질소산화물이 충분히 제거되지 못하여 대기가 오염되는 문제점이 발생한다.If the nitrogen oxide conversion rate of the denitrification catalyst is less than 70% at 250°C or higher and 400°C or lower, nitrogen oxides are not sufficiently removed, causing air pollution.

상기 탈질촉매의 질소산화물 전환과정이 250℃ 이하에서 수행되는 경우 반응에 소요되는 시간이 증가하여 경제성이 하락하고, 400℃를 초과하여 진행되는 경우 고온에서 다량의 에너지가 소모되는 문제점이 있다.If the nitrogen oxide conversion process of the denitrification catalyst is performed below 250°C, the time required for the reaction increases, reducing economic efficiency, and if performed above 400°C, there is a problem in that a large amount of energy is consumed at high temperature.

또한, 상기 탈질촉매는 250℃ 이상 400℃ 이하에서 200시간 경과 시 질소산화물 전환율이 초기 대비 80% 이상 90% 이하이다.In addition, the nitrogen oxide conversion rate of the nitrogen oxide denitrification catalyst after 200 hours at 250°C or more and 400°C or less is 80% or more and 90% or less compared to the initial level.

상기 탈질촉매는 250℃ 이상 400℃ 이하에서 200시간 경과하였을 때 질소산화물 전환율이 초기 대비 80% 이하인 경우, 시간의 경과에 따라 상기 탈질촉매가 지속적으로 열화되므로 장시간 사용이 어렵고 충분한 질소산화물 분해가 이루어지지 않는다.If the nitrogen oxide conversion rate of the denitrification catalyst is less than 80% of the initial level after 200 hours at 250°C or higher and 400°C or lower, the denitrification catalyst continues to deteriorate over time, making it difficult to use for a long time and sufficient decomposition of nitrogen oxides is not achieved. I don't lose.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈질촉매의 제조방법은, 티탄 산화물 100 중량부에 텅스텐 전구체 5 중량부 및 세륨 전구체 5 중량부를 혼합하여 예비혼합물을 제조하는 예비소성체 혼합단계와, 상기 예비혼합물을 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도에서 3시간 이상 5시간 이하의 시간 동안 소성하여 예비소성체를 제조하는 예비소성체 소성단계와, 상기 예비소성체 100 중량부에 대하여 바나듐 전구체 1.5 중량부 및 란탄 전구체 1 중량부를 혼합하여 주혼합물을 제조하는 주소성체 혼합단계와, 상기 주혼합물을 450℃ 이상 550℃ 이하의 온도에서 3시간 이상 5시간 이하의 시간 동안 소성하여 탈질촉매를 제조하는 주소성체 소성단계를 포함한다. In addition, the method for producing a denitrification catalyst according to another embodiment of the present invention includes a pre-fired material mixing step of preparing a premix by mixing 5 parts by weight of a tungsten precursor and 5 parts by weight of a cerium precursor with 100 parts by weight of titanium oxide, and the preliminary A pre-fired body firing step of producing a pre-fired body by firing the mixture at a temperature of 550°C or more and 650°C or less for a time of 3 hours or more and 5 hours or less, and 1.5 parts by weight of a vanadium precursor based on 100 parts by weight of the prefired body, and A main substance mixing step of mixing 1 part by weight of a lanthanum precursor to prepare a main mixture, and calcining the main mixture at a temperature of 450 ℃ or more and 550 ℃ for 3 hours or more and 5 hours or less to produce a denitrification catalyst. Includes steps.

상기 예비소성체 혼합단계에서는 티탄 산화물 100 중량부에 텅스텐 전구체 5 중량부 및 세륨 전구체 5 중량부를 혼합하며 볼 밀링(Ball milling) 등 일반적으로 공지된 기술을 사용할 수 있으므로 자세한 혼합과정을 생략한다.In the pre-fired body mixing step, 5 parts by weight of tungsten precursor and 5 parts by weight of cerium precursor are mixed with 100 parts by weight of titanium oxide, and generally known techniques such as ball milling can be used, so the detailed mixing process is omitted.

상기 예비소성체 소성단계가 550℃ 미만에서 진행되는 경우 상기 티탄 산화물과 상기 텅스텐 전구체 및 상기 세륨 전구체가 충분히 상호 확산되지 않아 불균일하게 티탄 산화물과 텅스텐 산화물 및 세륨 산화물이 존재할 수 있다.If the pre-fired body sintering step is performed below 550°C, the titanium oxide, the tungsten precursor, and the cerium precursor may not sufficiently interdiffuse, so that titanium oxide, tungsten oxide, and cerium oxide may exist unevenly.

상기 예비소성체 소성단계가 650℃를 초과하여 진행되는 경우 상기 티탄 산화물의 일부가 용융되어 촉매 표면적이 감소하는 문제점이 발생한다.When the pre-calcined body calcination step is performed above 650° C., a problem occurs in which a portion of the titanium oxide is melted and the catalyst surface area is reduced.

상기 예비소성체 소성단계가 3시간 미만의 시간 동안 진행되는 경우 상기 티탄 산화물과 상기 텅스텐 전구체 및 상기 세륨 전구체가 충분히 반응하지 않아 잔류물이 발생할수 있으며, 5시간을 초과하여 진행하는 경우 티탄 산화물에서의 정공(Pore) 크기가 감소하고 촉매 표면적이 감소하는 문제점이 있다.If the pre-fired body calcination step is performed for less than 3 hours, the titanium oxide, the tungsten precursor, and the cerium precursor may not sufficiently react, resulting in residues. If the precalciner calcination step is performed for more than 5 hours, the titanium oxide may There is a problem in that the hole size decreases and the catalyst surface area decreases.

상기 주소성체 혼합단계에서는 예비소성체 100 중량부에 바나듐 전구체 1.5 중량부 및 란탄 전구체 1 중량부를 혼합하며 볼 밀링(Ball milling) 등 일반적으로 공지된 기술을 사용할 수 있으므로 자세한 혼합과정을 생략한다.In the main calcination step, 1.5 parts by weight of vanadium precursor and 1 part by weight of lanthanum precursor are mixed with 100 parts by weight of precalcinant. Since generally known techniques such as ball milling can be used, the detailed mixing process is omitted.

상기 주소성체 소성단계가 450℃ 미만에서 진행되는 경우 상기 예비소성체와 상기 바나듐 전구체 및 상기 란탄 전구체가 충분히 상호 확산되지 않아 불균일하게 예비소성체와 바나듐 산화물 및 란탄 산화물티탄 산화물과 텅스텐 산화물 및 세륨 산화물이 존재할 수 있다.When the main calcination step is carried out below 450°C, the pre-calciner, the vanadium precursor, and the lanthanum precursor do not sufficiently mutually diffuse, resulting in non-uniform formation of the pre-calciner, vanadium oxide, lanthanum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and cerium oxide. This can exist.

상기 주소성체 소성단계가 550℃를 초과하여 진행되는 경우 상기 예비소성체의 일부가 용융되어 촉매 표면적이 감소하는 문제점이 발생한다.When the main calcination step is carried out above 550°C, a problem occurs in which a portion of the pre-calcined body is melted and the catalyst surface area is reduced.

상기 주소성체 소성단계가 3시간 미만의 시간 동안 진행되는 경우 상기 예비소성체와 상기 바나듐 전구체 및 상기 란탄 전구체가 충분히 반응하지 않아 잔류물이 발생할수 있으며, 5시간을 초과하여 진행하는 경우 촉매에서의 정공(Pore) 크기가 감소하고 촉매 표면적이 감소하는 문제점이 있다.If the main calcination step is carried out for less than 3 hours, the pre-calciner, the vanadium precursor and the lanthanum precursor may not react sufficiently, and residues may be generated. If the main calcination step is carried out for more than 5 hours, residue may be generated in the catalyst. There is a problem in that the hole size decreases and the catalyst surface area decreases.

상기 티탄 산화물은 아나타제 결정상을 가질 수 있다.The titanium oxide may have an anatase crystal phase.

상기 티탄 산화물으로 아나타제(anatase)가 아닌 루타일(rutile). 브룩카이트(brookite) 결정상을 가지는 경우 질소산화물을 환원하기 위한 촉매 활성이 아나타제(anatase) 결정상인 경우보다 낮은 문제점이 있다.The titanium oxide is rutile, not anatase. In the case of having a brookite crystal phase, there is a problem in that the catalytic activity for reducing nitrogen oxides is lower than that in the case of an anatase crystal phase.

상기 바나듐 전구체는 메타바나데이트(NH4VO3)일 수 있다.The vanadium precursor may be metavanadate (NH 4 VO 3 ).

상기 란탄 전구체는 란타늄나이트레이트(LaN3O9)일 수 있다.The lanthanum precursor may be lanthanum nitrate (LaN 3 O 9 ).

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and should not be construed as limiting the present invention in any way.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Any information not described here can be technically inferred by anyone skilled in the art, so description thereof will be omitted.

1. 시편의 제조1. Preparation of specimens

실시예Example

본 발명의 실시예에서 이용된 샘플 및 그 제조 방법은 다음과 같다.The samples used in the examples of the present invention and their manufacturing methods are as follows.

티탄 산화물(TiO2) 100 중량부를 기준으로 텅스텐 전구체로서의 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트((NH4)6H2W12O40*H2O) 5중량부와 세륨 전구체로서의 세륨 나이트레이트 헥사하이드레이트(Ce(NO3)3*6H2O) 5중량부를 정량하여 60℃로 가열된 증류수에 용해시켜 텅스텐 전구체-세륨 전구체 수용액을 제조한 후, 티탄 산화물에 상기 텅스텐 전구체-세륨 전구체 수용액을 혼합하여 슬러리 형태로 제조한다.Based on 100 parts by weight of titanium oxide (TiO 2 ), 5 parts by weight of ammonium metatungstate hydrate ((NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 *H 2 O) as a tungsten precursor and cerium nitrate hexahydrate (Ce) as a cerium precursor. (NO 3 ) 3 * 6H 2 O) 5 parts by weight were weighed and dissolved in distilled water heated to 60°C to prepare a tungsten precursor-cerium precursor aqueous solution, and then the tungsten precursor-cerium precursor aqueous solution was mixed with titanium oxide to form a slurry. It is manufactured with

이후, 증발기(evaporator)를 통해 진공 조건에서 수분을 제거한 후, 103℃의 오븐에서 24시간 이상 건조하여 수분을 추가적으로 제거하고 소성로에서 600℃ 온도로 4시간 동안 공기 분위기 하에 1차 소성하여 텅스텐-세륨/티타니아로 구성되는 예비소성체를 제조하였다.Afterwards, moisture is removed under vacuum conditions through an evaporator, then dried in an oven at 103°C for over 24 hours to further remove moisture, and then first fired in an air atmosphere at 600°C in a sintering furnace for 4 hours to produce tungsten-cerium. /A pre-fired body composed of titania was prepared.

그리고 예비소성체 100 중량부를 기준으로 바나듐 전구체로서의 암모늄 메타바나데이트(NH4VO3) 1.5 중량부와 란탄 전구체로서의 란탄 나이트레이트 하이드레이트(LaN3O9) 1.0 중량부를 정량하여 60℃로 가열된 증류수에 용해시켜 바나듐 전구체-란탄 전구체 수용액을 제조한 후, 예비소성체에 상기 바나듐 전구체-란탄 전구체 수용액을 혼합하여 슬러리 형태로 제조한다.And, based on 100 parts by weight of the precalcined material, 1.5 parts by weight of ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium precursor and 1.0 parts by weight of lanthanum nitrate hydrate (LaN 3 O 9 ) as a lanthanum precursor were measured and added to distilled water heated to 60°C. After dissolving in to prepare a vanadium precursor-lanthanum precursor aqueous solution, the vanadium precursor-lanthanum precursor aqueous solution is mixed with the pre-calcined body to prepare a slurry form.

이후, 증발기(evaporator)를 통해 진공 조건에서 수분을 제거한 후, 103℃의 오븐에서 24시간 이상 건조하여 수분을 추가적으로 제거하고 소성로에서 500℃ 온도로 4시간 동안 공기 분위기 하에 1차 소성하여 바나듐-란탄/텅스텐-세륨/티타니아로 구성되는 탈질촉매를 제조하였다.Afterwards, moisture is removed under vacuum conditions through an evaporator, then dried in an oven at 103°C for more than 24 hours to further remove moisture, and then first fired in an air atmosphere at 500°C in a kiln for 4 hours to produce vanadium-lanthanum. A denitrification catalyst consisting of /tungsten-cerium/titania was manufactured.

비교예Comparative example

예비소성체 100 중량부를 기준으로 바나듐 전구체로서의 암모늄 메타바나데이트(NH4VO3) 1.5 중량부를 혼합하지 않는 것을 제외하면, 실시예의 제조방법과 동일하게 수행하였다.The manufacturing method of the example was performed in the same manner, except that 1.5 parts by weight of ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium precursor was not mixed based on 100 parts by weight of the precalcined body.

2. 성능평가2. Performance evaluation

ABS 대응 반응활성 회복율ABS response activity recovery rate

전술한 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매의 황산 암모늄(ABS) 분해 특성을 확인하기 위해 각 촉매에 황산 암모늄(ABS)를 첨가하여 Fresh 촉매와의 비교를 통하여 반응활성 회복을 도 3 및 도 4를 확인하였다.In order to confirm the ammonium sulfate (ABS) decomposition characteristics of the denitrification catalysts prepared in the above-mentioned examples and comparative examples, ammonium sulfate (ABS) was added to each catalyst and the recovery of reaction activity was compared with the fresh catalyst as shown in Figures 3 and 3. Figure 4 was confirmed.

실험에 공급되는 질소산화물(NOx)은 800ppm, 산소(O2)는 8 부피%, 수분(H2O)은 6 질량%, 재(Ash) 5 질량%, 공간속도(처리가스량(Nm3/h)/촉매량(m3))는 120,000hr-1로 유지한 상태로 250℃부터 400℃까지 승온하며 진행하였다. Nitrogen oxides (NOx) supplied to the experiment are 800 ppm, oxygen (O 2 ) is 8% by volume, moisture (H 2 O) is 6% by mass, ash (Ash) is 5% by mass, and space velocity (processed gas amount (Nm 3 / h)/catalyst amount (m 3 )) was maintained at 120,000 hr -1 and the temperature was raised from 250°C to 400°C.

도 3을 참조하면, 실시예의 황산 암모늄(ABS)를 첨가한 탈질촉매는 300℃에서 59%의 활성으로 초기 활성인 96%와의 차이가 37%를 나타내었고, 도 4를 참조하면 비교예의 황산 암모늄(ABS)를 첨가한 탈질촉매는 300℃에서 51%의 활성으로 초기 활성인 96%과 45%의 차이를 나타내었다.Referring to Figure 3, the denitrification catalyst containing ammonium sulfate (ABS) of the example showed an activity of 59% at 300°C, a difference of 37% from the initial activity of 96%, and referring to Figure 4, the ammonium sulfate (ABS) catalyst of the comparative example showed an activity of 59% at 300°C. The denitrification catalyst with the addition of (ABS) showed an activity of 51% at 300°C, a difference of 45% from the initial activity of 96%.

또한 325℃에서는 실시예의 황산암모늄(ABS)를 첨가한 탈질촉매는 88%의 활성으로 초기 활성인 99%와의 차이가 11%를 나타내었고, 비교예의 황산 암모늄(ABS)를 첨가한 탈질촉매는 325℃에서 76%의 활성으로 초기 활성인 98%와의 차이가 22%를 나타내었다.In addition, at 325°C, the denitrification catalyst added with ammonium sulfate (ABS) of the example showed an activity of 88%, a difference of 11% from the initial activity of 99%, and the denitrification catalyst added with ammonium sulfate (ABS) of the comparative example showed an activity of 325%. The activity was 76% at ℃, showing a difference of 22% from the initial activity of 98%.

따라서 란탄(Lanthanum, La)이 첨가되면서 325℃에서 활성 회복이 10% 차이를 나타내고, 350℃에서 초기활성을 완전히 회복한 것을 볼 수 있다.Therefore, with the addition of lanthanum (La), there was a 10% difference in activity recovery at 325°C, and the initial activity was completely recovered at 350°C.

실시예는 석탄화력을 유연운전할 때 나타나는 배가스 온도범위인 약 300~325℃에서 비교예보다 ABS로부터 탈질효율 회복특성이 더 뛰어난 것을 알 수 있다.It can be seen that the Example shows better recovery characteristics of denitrification efficiency from ABS than the Comparative Example in the exhaust gas temperature range of about 300 to 325°C, which occurs when a coal-fired power plant is operated flexibly.

SOSO 22 내구성 평가 Durability evaluation

전술한 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매를 이산화황(SO2)이 주입되는 조건에서 질소산화물 제거 특성을 평가하였다.The nitrogen oxide removal characteristics of the denitrification catalyst prepared in the above-described examples and comparative examples were evaluated under conditions in which sulfur dioxide (SO 2 ) was injected.

비교 실험에 공급되는 기체는 질소산화물(NOx) 800ppm, 이산화황(SO2) 500ppm, 산소(O2) 8 부피%, 수분(H2O) 6질량%, 회분(Ash) 5질량%, 공간속도(Space velocity, S.V.) 120,000hr-1로 유지한 상태에서 진행하였다. The gases supplied in the comparative experiment were 800 ppm nitrogen oxide ( NO The process was conducted with the space velocity (SV) maintained at 120,000hr -1 .

이산화황(SO2)에 대한 내구성은 반응시간에 따른 질소산화물 제거율(K)을 가스가 주입되기 시작한 초기 질소산화물 제거율(K0)로 나누어 K/K0로 나타내었다.Durability against sulfur dioxide (SO 2 ) was expressed as K/K 0 by dividing the nitrogen oxide removal rate (K) according to the reaction time by the initial nitrogen oxide removal rate (K 0 ) when gas began to be injected.

도 5를 참조하면, 비교예는 K/K0가 0.8까지 감소하는데 85시간이 소요된 반면, 실시예는 란탄(Lanthanum, La) 첨가로 200시간이 지나도 K/K0가 0.84로 나타내었다.Referring to Figure 5, in the comparative example, it took 85 hours for K/K 0 to decrease to 0.8, while in the example, K/K 0 was 0.84 even after 200 hours due to the addition of lanthanum (La).

따라서 실시예가 비교예에 비해 2.3배 이상 내구성이 증진된 것을 확인할 수 있었다. Therefore, it was confirmed that the durability of the example was improved by more than 2.3 times compared to the comparative example.

상기 결과를 통하여 실시예에서 란탄(Lanthanum, La) 첨가는 산소 전달 능력을 향상시켜 황산 암모늄(ABS) 분해를 촉진시키고, 란탄 설파이트(La2(SO4)3) 형성으로 이산화황(SO2)을 소모시켜 내구성을 증진시키는 것을 확인할 수 있다.Based on the above results, the addition of lanthanum (La) in the examples improves the oxygen transfer ability and promotes the decomposition of ammonium sulfate (ABS), and the formation of lanthanum sulfite (La 2 (SO 4 ) 3 ) produces sulfur dioxide (SO 2 ). It can be confirmed that durability is improved by consuming .

HH 22 -TPR 분석-TPR analysis

전술한 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매의 H2-TPR 분석을 수행하였으며, 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매를 대기 조건에서 10℃/분의 승온 속도로 400℃까지 승온시켜가며 전처리한 후, 50℃까지 냉각하였다.H 2 -TPR analysis of the denitrification catalyst prepared according to the above-described examples and comparative examples was performed, and the denitrification catalyst prepared according to the examples and comparative examples was heated to 400°C at a temperature increase rate of 10°C/min under atmospheric conditions. After pretreatment, it was cooled to 50°C.

이후, 5% H2/Ar 조건에서 10℃/분의 승온 속도로 800℃로 승온시켜 가며 촉매를 환원시켜 H2-TPR 분석을 수행하였다.Afterwards, H 2 -TPR analysis was performed by reducing the catalyst while raising the temperature to 800°C at a temperature increase rate of 10°C/min under 5% H 2 /Ar conditions.

도 6을 참조하면, 비교예는 372℃와 394℃에서 수소 소모 피크가 확인된 반면, 실시예는 비교예와는 달리 피크 형성 온도가 저온으로 이동하여 360℃와 383℃에서 확인되었다.Referring to FIG. 6, in the comparative example, hydrogen consumption peaks were confirmed at 372°C and 394°C, whereas in the example, unlike the comparative example, the peak formation temperature shifted to a lower temperature and was confirmed at 360°C and 383°C.

따라서, 도 6의 결과로부터 실시예 촉매에 란탄(La) 첨가로 인하여 산소 전달 능력이 향상되었음을 알 수 있다. Therefore, it can be seen from the results in FIG. 6 that the oxygen transfer ability was improved due to the addition of lanthanum (La) to the example catalyst.

Raman 분석Raman analysis

전술한 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매의 바나듐(V) 구조를 확인하기 위하여, Raman 분석을 수행하였으며 탈질촉매를 2cm X 2cm의 크기로 자른 샘플에 4,000-200 cm-1 영역의 중적외선을 가하여 라만 산란되어 나오는 빛의 파장을 확인하였다.In order to confirm the vanadium (V) structure of the denitrification catalyst prepared in the above-described examples and comparative examples, Raman analysis was performed, and the denitrification catalyst was measured in the 4,000-200 cm -1 region on a sample cut to a size of 2cm Infrared rays were applied to confirm the wavelength of Raman scattered light.

도 7을 참조하면, 실시예 내지 비교예는 795cm-1에서 피크가 생성되는 것을 확인할 수 있으며, 상기 피크는 바나듐(V)과 세륨(Ce)의 결합으로 생성된 CeVO4 구조로 존재하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be confirmed that a peak is generated at 795 cm -1 in Examples and Comparative Examples, and that the peak exists in the CeVO 4 structure created by the combination of vanadium (V) and cerium (Ce). You can.

상기 실시예 및 비교예의 라만 분석을 통하여 탈질촉매에 형성된 CeVO4의 비율을 피크의 면적으로부터 계산한 결과는 표 1과 같다.Table 1 shows the results of calculating the ratio of CeVO 4 formed in the denitrification catalyst from the peak area through Raman analysis of the examples and comparative examples.

실시예Example 비교예Comparative example CeVO4 구조 비율CeVO 4 structure ratio 4.844.84 1One

표 1의 결과를 참조하면, 실시예는 비교예에 비하여 4.8배 이상 CeVO4 면적을 나타내었으며, 상기 결과를 통하여 실시예는 란탄(La)의 첨가로 인해 CeVO4 구조를 강화시켜 산소 전달 능력이 증대된 것을 나타낸다.Referring to the results in Table 1, the Example showed a CeVO 4 area that was 4.8 times more than that of the Comparative Example. Through the above results, the Example showed that the oxygen transport ability was improved by strengthening the CeVO 4 structure due to the addition of lanthanum (La). It indicates an increase.

또한, 실시예 및 비교예는 950cm-1 ~ 1020cm-1에서 피크를 확인할 수 있으며, 활성금속 바나듐(V)은 중합체(oligomer) 구조로 존재하는 것을 확인하였다.Additionally, in Examples and Comparative Examples, peaks could be confirmed at 950 cm -1 to 1020 cm -1 , and it was confirmed that the active metal vanadium (V) exists in a polymer (oligomer) structure.

상기 실시예 및 비교예의 바나듐 중합체(oligomeric) 구조 면적을 계산하였으며, 해당 피크의 면적을 계산하여 표 2에 나타내었다. The areas of the vanadium polymer (oligomeric) structures of the examples and comparative examples were calculated, and the areas of the corresponding peaks were calculated and shown in Table 2.

실시예Example 비교예Comparative example 바나듐 중합체(oligomeric) 구조 비율Vanadium polymer (oligomeric) structure ratio 2.22.2 1One

표 2의 결과를 참조하면, 비교예에 비하여 2.2배의 바나듐 중합체(oligomeric) 면적을 나타내었다.Referring to the results in Table 2, the vanadium polymer (oligomeric) area was 2.2 times larger than that of the comparative example.

상기 결과를 통하여 실시예는 란탄(La)의 첨가로 인해 바나듐 중합체 구조를 강화시켜 산소 전달 능력이 증대된 것을 확인할 수 있다.Through the above results, it can be confirmed that the oxygen transport ability of the example was increased by strengthening the vanadium polymer structure due to the addition of lanthanum (La).

SOSO 22 -TPD 분석-TPD analysis

전술한 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탈질촉매에 흡착된 이산화황(SO2) 탈착 정도를 비교하기 위하여 탈질촉매를 2cm X 2cm의 크기로 자른 샘플에 상온에서 한 시간 동안 NH3 가스를 주입하여 촉매의 표면에 NH3를 흡착시킨 후 촉매를 purge하여 온도에 따른 NH3 탈착량을 Mass 분석기로 분석하여 SO2-TPD 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 8에 나타내었다.In order to compare the degree of desorption of sulfur dioxide (SO 2 ) adsorbed on the denitrification catalyst prepared in the above-described examples and comparative examples, NH 3 gas was injected into a sample of the denitrification catalyst cut into a size of 2 cm x 2 cm for one hour at room temperature. After NH 3 was adsorbed on the surface of the catalyst, the catalyst was purged and the amount of NH 3 desorption according to temperature was analyzed using a mass analyzer to perform SO 2 -TPD analysis. The results are shown in Figure 8.

도 8을 참조하면, 비교예는 650~750℃에서 흡착된 이산화황(SO2) 탈착 피크가 확인된 반면, 실시예는 비교예와는 달리 750~850℃에서 새로운 피크가 확인되었다.Referring to FIG. 8, in the comparative example, a desorption peak of adsorbed sulfur dioxide (SO 2 ) was confirmed at 650 to 750°C, whereas in the example, unlike the comparative example, a new peak was confirmed at 750 to 850°C.

이로부터 실시예 탈질촉매의 경우 란탄(La) 첨가로 인하여 이산화황(SO2)과 란탄이 반응하여 형성된 La sulfate(La2(SO4)3) 종의 탈착임을 알 수 있으며, La sulfate 종의 형성을 통해 이산화황(SO2)을 소모시켜 내구성 증진에 기여하였음을 나타낸다.From this, it can be seen that in the case of the denitrification catalyst of the example, the addition of lanthanum (La) resulted in the desorption of La sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ) species formed by the reaction of sulfur dioxide (SO 2 ) and lanthanum , and the formation of La sulfate species. This indicates that it contributed to improving durability by consuming sulfur dioxide (SO 2 ).

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for detailed explanation of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is intended to be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is clear that modifications and improvements are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

S10 : 예비소성체 혼합단계
S20 : 예비소성체 소성단계
S30 : 주혼합물 혼합단계
S40 : 주혼합물 소성단계
S10: Pre-fired body mixing step
S20: Preliminary body firing step
S30: Main mixture mixing step
S40: Main mixture calcination step

Claims (11)

텅스텐 산화물, 세륨 산화물 및 티탄 산화물로부터 제조된 예비소성체에 바나듐 및 란탄이 담지되어 형성된 탈질촉매.
A denitrification catalyst formed by vanadium and lanthanum being supported on a precalcined body made from tungsten oxide, cerium oxide, and titanium oxide.
제1항에 있어서,
내부에 CeVO4 결정상이 포함된 것을 특징으로 하는 탈질촉매.
According to paragraph 1,
A denitrification catalyst characterized by containing a CeVO 4 crystal phase therein.
제2항에 있어서,
상기 CeVO4 결정상은,
바나듐 산화물과 올리고머(oligomeric) 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 탈질촉매.
According to paragraph 2,
The CeVO 4 crystal phase is,
A denitrification catalyst characterized in that it is linked to vanadium oxide in an oligomeric form.
제2항에 있어서,
상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨이 촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 50원자% 이하인 탈질촉매.
According to paragraph 2,
A denitrification catalyst in which trivalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase is 50 atomic% or less compared to the total cerium atoms contained in the entire catalyst.
제2항에 있어서,
상기 CeVO4 결정상의 내부에 포함된 3가 세륨 및 4가 세륨이 촉매 전체에 포함된 전체 세륨원자 대비 60원자% 이상 80원자% 이하인 탈질촉매.
According to paragraph 2,
A denitrification catalyst in which trivalent cerium and tetravalent cerium contained within the CeVO 4 crystal phase are 60 atomic% to 80 atomic% compared to the total cerium atoms contained in the entire catalyst.
제1항에 있어서,
250℃ 이상 400℃ 이하에서 질소산화물 전환율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 탈질촉매.
According to paragraph 1,
A denitrification catalyst characterized by a nitrogen oxide conversion rate of 70% or more at temperatures above 250°C and below 400°C.
제1항에 있어서,
250℃ 이상 400℃ 이하에서 200시간 경과 시 질소산화물 전환율이 초기 대비 80% 이상 90% 미만인 것을 특징으로 하는 탈질촉매.
According to paragraph 1,
A denitrification catalyst characterized in that the nitrogen oxide conversion rate is 80% to 90% of the initial level after 200 hours at 250℃ or higher and 400℃ or lower.
티탄 산화물 100 중량부에 텅스텐 전구체 5 중량부 및 세륨 전구체 5 중량부를 혼합하여 예비혼합물을 제조하는 예비소성체 혼합단계;
상기 예비혼합물을 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도에서 소성하여 예비소성체를 제조하는 예비소성체 소성단계;
상기 예비소성체 100 중량부에 대하여 바나듐 전구체 1.5 중량부 및 란탄 전구체 1 중량부를 혼합하여 주혼합물을 제조하는 주소성체 혼합단계; 및
상기 주혼합물을 450℃ 이상 550℃ 이하의 온도에서 소성하여 탈질촉매를 제조하는 주소성체 소성단계;
를 포함하는 탈질촉매의 제조방법.
A pre-fired material mixing step of preparing a premix by mixing 5 parts by weight of a tungsten precursor and 5 parts by weight of a cerium precursor with 100 parts by weight of titanium oxide;
A pre-fired body firing step of producing a pre-fired body by firing the premix at a temperature of 550°C or more and 650°C or less;
A main reactor mixing step of preparing a main mixture by mixing 1.5 parts by weight of a vanadium precursor and 1 part by weight of a lanthanum precursor with respect to 100 parts by weight of the precalcined body; and
A main body sintering step of producing a denitrification catalyst by sintering the main mixture at a temperature of 450°C or more and 550°C or less;
A method for producing a denitrification catalyst comprising.
제8항에 있어서,
상기 티탄 산화물은,
아나타제 결정상을 가지는 탈질촉매의 제조방법.
According to clause 8,
The titanium oxide is,
Method for producing a denitrification catalyst having an anatase crystal phase.
제8항에 있어서,
상기 바나듐 전구체는,
메타바나데이트(NH4VO3)인 탈질촉매의 제조방법.
According to clause 8,
The vanadium precursor is,
Method for producing a denitrification catalyst of metavanadate (NH 4 VO 3 ).
제8항에 있어서,
상기 란탄 전구체는,
란타늄나이트레이트(LaN3O9)인 탈질촉매의 제조방법.
According to clause 8,
The lanthanum precursor is,
Method for producing a denitrification catalyst of lanthanum nitrate (LaN 3 O 9 ).
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