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메탄을 환원제로 하는 NOx 선택환원 반응용 Pd-Pt/황산화질코니아 촉매의 개발

전문가 제언: ○ 메탄에 의한 질소산화물(NOx)의 선택적인 촉매환원에 Zeolite가 이용된다. Zeolite의 촉매활성을 증대시키기 위하여 Pd로 이온교환이 된Zeolite가 이용되나, 이 촉매 역시 시간이 경과됨에 따라 활성이 저하된 다. 활성저하는 수증기 존재 하에서 현저하게 나타난다. 활성이 저하된 촉매의 특성은 분산된 Pd 양이온이 PdO를 형성하면서 응집되는 것이 활성저하의 원인임을 자외선흡수 분광분석으로 관찰하였다.

○ 연소 배출가스를 모의하기 위해 수증기와 이산화유황(SO2)의 존재 하에 촉매작용 시험을 수행하였다. 시험결과는 소량의 SO2(3ppm)로 수십 시간 안에 촉매의 활성이 저하되었다.

– 이 시험결과에 토대를 두고 Zeolite와 같은 강산성 고체인 황산화질코니아(Sulfated Zirconia; SZ)에 Pd-Pt/SZ를 첨가한 새로운 촉매를 개발하였다. 이 촉매위에서 SO2는 안정되었다.

– NO-CH4-O2, NO2-CH4-O2, NO2-O2, NO2-O2 및 CH4-O2 반응의 활성을 비교하면 Pt가 NO를 NO2로 산화시키는 촉매역할을 하고, Pd가 촉매 위에서 NO2와 메탄의 반응에 촉매역할을 하는 것이 나타났다.

○ 촉매는 활성이 서서히 저하되었으나 SZ위에 Fe를 첨가시키면 활성저하가 현저하게 경감되었다. 촉매작용이 향상된 촉매 즉, Pd-Pt/Fe-SZ가 수증기 및 SO2 존재 하에서 2,000시간 이상 NO2 전환에 이용될 수 있다.

○ 연소 배출가스 중에는 연료 중에 포함된 유황의 산화로 인한 SO2와 공기 중의 질소의 산화로 인한 NOx의 생성으로 산성가스가 배출되어 대기를 오염 시킨다. SO2의 배출은 청정한 연료를 사용하여 줄일 수 있으나, NOx의 배출은 생성된 NOx를 촉매를 사용하여 연료를 환원제로 이용하면 간편하게 발생을 줄일 수 있다.

○ 이 촉매기술이 발전소, 자동차 등 연소배출 가스를 대량으로 방출시키는 우리나라 산업에 이용되기 바란다.

저자: Hirofumi OHTSUKA
자료유형: 학술정보