금속 산화물 촉매의 크기와 형태에 따른 질소산화물의 탄화수소 선택적 촉매환원 특성

Abstract

탄화수소 선택적 촉매환원공정에서 <TEX>${\gamma}$</TEX>-알루미나에 지지된 금속 산화물 촉매의 크기 및 형태에 따른 질소산화물 (<TEX>$NO_x$</TEX>) 저감 특성에 대해 조사하였다. 환원촉매로는 Ag, Cu 및 Ru를 사용하였으며, n-heptane을 환원제로 사용하였다. Ag/<TEX>${\gamma}$</TEX>-<TEX>$Al_2O_3$</TEX> 촉매의 경우 온도범위 <TEX>$250{\sim}400^{\circ}C$</TEX>에서 20 nm>50 nm>80 nm 순으로 Ag의 크기가 작을수록 <TEX>$NO_x$</TEX> 전환효율이 높게 나타났다. 금속 산화물 촉매의 형태에 따른 영향은 구형과 선형에 대해 살펴보았다. Ag와 Cu는 동일한 조건에서 선형이 구형보다 <TEX>$NO_x$</TEX> 전환효율이 높은 것으로 나타났으나, Ru의 경우에는 형태에 따른 영향이 거의 관찰되지 않았다. 사용된 금속산화물 촉매 중에서 Ag를 사용했을 때 <TEX>$NO_x$</TEX> 저감효율이 가장 높았으며, 선형의 Ag를 사용했을 때 <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>의 반응온도에서 대부분의 <TEX>$NO_x$</TEX>를 제거할 수 있었다. Cu와 Ru 촉매상에서는 NO가 환원되기보다는 <TEX>$NO_2$</TEX>로의 산화반응이 우세하여 전체적으로 <TEX>$NO_x$</TEX> 저감효율이 낮게 나타났다. This work investigated the size and shape effect of <TEX>${\gamma}$</TEX>-alumina-supported metal oxides on the hydrocarbon selective catalytic reduction of nitrogen oxides. Several metal oxides including Ag, Cu and Ru were used as the catalysts, and n-heptane as the reducing agent. For the Ag/<TEX>${\gamma}$</TEX>-alumina catalyst, the <TEX>$NO_x$</TEX> reduction efficiency in the range of <TEX>$250{\sim}400^{\circ}C$</TEX> increased as the size of Ag decreased (20 nm>50 nm>80 nm). The shape effect of metal oxides on the <TEX>$NO_x$</TEX> reduction was examined with spherical- and wire-shape nanoparticles. Under identical condition, higher catalytic activity for <TEX>$NO_x$</TEX> reduction was observed with Ag and Cu wires than with the spheres, while spherical- and wire-shape Ru exhibited similar <TEX>$NO_x$</TEX> reduction efficiency to each other. Among the metal oxides examined, the best catalytic activity for <TEX>$NO_x$</TEX> reduction was obtained with Ag wire, showing almost complete <TEX>$NO_x$</TEX> removal at a temperature of <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>. For Cu and Ru catalysts, considerable amount of NO was oxidized to <TEX>$NO_2$</TEX>, rather than reduced to <TEX>$N_2$</TEX>, leading to lower <TEX>$NO_x$</TEX> reduction efficiency.