코발트 산화물 촉매를 이용한 일산화질소 산화 반응

Abstract

질소 산화물 (NOx)은 제거되어야 하는 주요 오염물질 중 하나로 잘 알려져 있다. SCR (selective catalytic reduction)은 연소 가스에 포함된 NOx의 농도를 효율적으로 감소시키는 방법의 하나로 알려져 있다. SCR의 반응속도는 NOx (NO/NO2)의 비율에 직접적인 관련이 있다고 알려져 있다. Feed에 존재하는 NO와 NO2의 양이 equimolar (NO/NO2=1)로 존재할 때, 473 ~ 573 K의 저온에서 높은 de-NOx 효과를 얻을 수 있다. Diesel 또는 natural gas 엔진에서 연소하여 방출되는 NOx는 대부분 NO 성분으로 이루어져 있다. 그러므로 NO를 NO2로 산화시키는 반응은 NOx를 제거하는데 있어서 중요하다고 할 수 있다. 현재까지 Pt계 촉매와 몇몇 전이 금속 산화물이 NO 산화 활성의 갖는다고 알려져 있다. 귀금속으로서 비교적 가격이 높고, 여러 가지 요인들에 의해서 촉매의 비활성화를 일으키는 것으로 알려져 있는 Pt 촉매를 대체할 수 있는 전이 금속 산화물 촉매의 개발이 요구되고 있다. Co 촉매는 NO 산화 반응에 있어서 높은 촉매 활성을 갖는 유망한 촉매로 자주 보고 되었다. 그러나 cobalt 산화물을 담지한 몇몇 촉매를 비교하는 연구만 수행되었다. 본 연구는 cobalt 촉매를 전구체, 담지체, 비표면적, 담지량을 다르게 준비하여 dry condition과 wet condition에서 NO 산화 반응을 수행하였다. 또한, 촉매 안정성에 있어서 SO2에 대한 영향을 확인하였다. Co(A)/CeO2는 모든 온도 구간에서 귀금속 촉매로 잘 알려진 1 wt% Pt/γ-Al2O3와 거의 동등한 촉매 활성을 보였다. 반응물에 SO2가 10 ppm 미만으로 포함되면 촉매 비활성화를 억제시킬 수 있었다. 촉매 활성은 Co3O4 결정 크기, 담지체에 담지한 Co3O4의 환원성과 NO 화학 흡착량에 의해서 좌우되는 것으로 확인 되었다.