환경촉매를 위한 금속-제올라이트 산화환원 촉매(Redox catalysis over metallo-zeolites. Contribution to environmental catalysis)

전문가 제언

□ 제올라이트는 3차원적으로 발달된 골격구조를 가진 결정형 규산알루미늄 염으로 일정한 크기의 미세기공과 규칙적인 배열을 가지고 있다. 이 물질은 종류에 따라 기공의 크기, 형태, 친수성 및 소수성 등 다양한 특성을 가지고 있다. 금속이온의 교환과 환원으로 금속성분의 담체로 이용되고 구조가 다양하기 때문에 이의 특성을 이용하여 여러 가지 응용을 하고 있다. 몇 가지 예를 들면 세제, 양이온 교환제, 건조제, 흡착ㆍ분리제 등이다. 촉매로도 이용되고 있는데 제올라이트는 선택성과 열에 대한 안정성이 우수하여 중금속의 제거, 자동차 배기가스 정화, 폐수처리 등 환경 분야에 활발히 활용되고 있다. 1970년대 중반 Mobil사가 특이한 구조를 가진 제올라이트 ZSM-5촉매를 이용하여 메탄올을 가솔린으로 전환시키는 공정을 발표하여 제올라이트 촉매의 새로운 가능성을 열어준 이후, 이들 촉매는 환경산업에서 NOx의 선택적 환원반응의 촉매로 이 사용이 비약적으로 증가하게 되었다.

□ ZSM-5촉매 중 Fe-ZSM-5촉매는 과량의 수증기 존재 하에서도 높은 활성을 유지하는 탁월한 성향을 가지고 있다. HZSM-5 위에 FeCl3증기를 승화시키고 이어 가수분해적으로 염소를 제거하여 제조한다. 이는 실제로 내연기관의 배기가스를 처리하는 촉매로 응용 가능성을 열어 주는 것이다. 희박연소(Lean burn)내연기관으로부터 배출되는 NOx의 90~95%는 반응성이 낮은 NO가스로 이는 대기오염의 주범으로 지목되고 있다. 가솔린 엔진에서는 고가인 Pd, Pt 및 Rd 등을 촉매로 사용하여 NOx를 제거하고 있으나, 디젤엔진의 경우 정화기술이 아직 미흡한 상태이다. 따라서 NOx를 제거하기 위해서 활성탄, 알루미나 또는 제올라이트와 같은 값싼 물질을 이용하여 고가의 귀금속촉매를 대체하고자 하는 노력이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다. 현재까지 연구결과에 의하면 NOx흡착성이 가장 좋은 물질로 ZSM-5형으로 알려져 있다. 반응물질이 제올라이트에 흡착되는 정도는 제올라이트의 구조 및 조성에 크게 의존한다. ZSM-5를 흡착제로 사용하면서 제올라이트 내의 수소이온을 Cu이온으로 치환하면 구리이온이 촉매작용을 하여 NO가스가 산화된다. 그러나 실용성이 큰 Fe-ZSM-5촉매에 의한 NOx환원의 분자반응 메커니즘에 대해서는 완전히 알려지지 않았으므로 이를 규명하기 위한 추가적인 연구가 더 필요한 것으로 판단된다.

저자

Wichtelova, Blanka; Sobalik, Zdenek; Dedecek, Jiri

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

환경·건설

연도

2003

권(호)

41(1-2)

잡지명

Applied Catalysis

과학기술
표준분류

환경·건설

페이지

97~114

분석자

서*석

분석물

• 환경촉매를 위한 금속-제올라이트 산화환원 촉매.pdf [181,183 byte]

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