화학공학소재연구정보센터
Korean Chemical Engineering Research, Vol.51, No.3, 313-318, June, 2013
질소산화물 환원과 N2O 생성에 있어서 V2O5-WO3/TiO2 촉매의 V2O5 함량 영향
The Effect of Vanadium(V) Oxide Content of V2O5-WO3/TiO2 Catalyst on the Nitrogen Oxides Reduction and N2O Formation
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초록
V2O5-WO3/TiO2 촉매의 질소산화물 환원반응에 있어서 V2O5 함량이 NO 환원 및 N2O 생성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분말촉매를 사용한 미분반응기에서 실험 연구를 수행하였다. 고정된 비율의 WO3와 TiO2에 V2O5 함량을 1에서 8 wt%까지 변화시킨 촉매에서 NO 환원반응과 암모니아 산화반응 특성이 조사되었다. V2O5-WO3/TiO2 촉매에서 NO 환원 반응은 200 oC 이하에서도 상당량 진행되지만, V2O5 함량을 1 wt% 촉매의 경우 700 ppm의 NO를 99.9% 이상 전환시키는 최저 반응온도가 340 oC 에서 아주 좁은 활성 온도창으로 일어났다. 그리고 이 활성온도는 촉매의 V2O5 함량이 증가됨에 따라 점점 저온 쪽으로 이동하여, 6 wt% 촉매의 경우 220~340 ℃ 에서 높은 활성을 보였다. V2O5 함량이 8 wt% 촉매의 경우 전 온도 구간에서 6 wt% 촉매보다 낮은 NO 환원율을 보였다. 그러나 반응온도 340 ℃ 이상에서는 촉매의 V2O5 함량이 증가함에 따라 NO 전환율이 감소하였다. 이는 V2O5-WO3/TiO2 촉매의 NO 환원을 위한 촉매 활성점 상당 크기 이상의 V2O5 입자와 관계되는 것으로 판단되며 촉매 입자가 클수록 320 ℃ 이상에서 암모니아 산화에 의해 발생되는 N2O 생성을 고려하여야 한다. V2O5-WO3/TiO2 촉매는 배기가스 중의 질소산화물 제거를 위하여 현재 통상적으로 350~450 ℃의 영역에서 운전되고 있으나, 고온 영역에선 2차 오염물인 N2O의 발생을 피할 수 없고 에너지 소비량이 많으므로, 250~320 ℃의 저온 영역에서 적합한 촉매로써 V2O5 함량이 높은 V2O5-WO3/TiO2 촉매의 사용이 권장되었다.
In order to investigate the effect of V2O5 loading of V2O5-WO3/TiO2 catalyst on the NO reduction and the formation of N2O, the experimental study was carried out in a differential reactor using the powder catalyst. The NO reduction and the ammonia oxidation were, respectively, investigated over the catalysts compose of V2O5 content (1~8 wt%) based on the fixed composition of WO3 (9 wt%) on TiO2 powder. V2O5-WO3/TiO2 catalysts had the NO reduction activity even under the temperature of 200 oC. However, the lowest temperature for NO reduction activity more than 99.9% to treat NO concentration of 700 ppm appeared at 340 with very limited temperature window in the case of 1 wt% V2O5 catalyst. And the temperature shifted to lower one as well as the temperature window was widen as the V2O5 content of the catalyst increased, and finally reached at the activation temperature ranged 220~340 ℃ in the case of 6 wt% V2O5 catalyst. The catalyst of 8 wt% V2O5 content presented lower activity than that of 8 wt% V2O5 content over the full temperature range. NO reduction activity decreased as the V2O5 content of the catalyst increased above 340 ℃. The active site for NO reduction over V2O5-WO3/TiO2 catalysts was mainly related with V2O5 particles sustained as the bare surface with relevant size which should be not so large to stimulate N2O formation at high temperature over 320 ℃ according to the ammonia oxidation. Currently, V2O5-WO3/TiO2 catalysts were operated in the temperature ranged 350~450 ℃ to treat NOx in the effluent gas of industrial plants. However, in order to save the energy and to reduce the secondary pollutant N2O in the high temperature process, the using of V2O5-WO3/TiO2 catalyst of content V2O5 was recommended as the low temperature catalyst which was suitable for low temperature operation ranged 250~320℃.