[표지] 1
제출문 2
요약문 3
SUMMARY 5
CONTENTS 7
목차 10
제1장 서론 18
제1절 기술의 개요 18
제2절 기술개발의 필요성 및 타당성 20
1. 기존 배연 탈질 촉매 기술의 한계 20
2. 저온 배연 탈질 촉매 기술의 난제 21
3. 경제·산업적 측면 22
4. 정책 / 공공·인프라 측면 24
제2장 기술 개발 내용 및 목표 26
제1절 기술 개발 목표 26
제2절 기술 개발 내용 및 범위 27
제3장 연구 수행 내용 및 결과 28
제1절 저온 활성 증진 연구 28
1. V/TiO₂ 촉매의 저온 활성 최적화 28
2. 조촉매 첨가에 의한 저온 활성 증진 효과 34
제2절 저온 활성 증진을 위한 담체 제어 기술 43
1. 구조 제어를 통한 메조 기공 담체 개발 44
2. CNTs 첨가 TiO₂ 담체 개발 49
3. Carbon 코팅을 이용한 담체 제조 65
제3절 황산화물 내피독성 증진 72
1. 실험 72
2. 결과 및 논의 75
3. 결론 98
제4절 양자화학계산 기반 촉매 모델링 99
1. Pristine Vanadia cluster 안정상 및 양자화학적 해석 99
2. Metal-doped Vanadia cluster 안정상 특성 및 양자화학적 해석 102
제4장 결론 105
참고문헌 107
[뒷표지] 109
〈표 1-1〉 미세먼지 성분 분석 18
〈표 2-1〉 연구개발 최종목표 26
〈표 2-2〉 연구개발 핵심기술 목표 26
〈표 2-3〉 연구개발 목표 및 내용 27
〈표 3-1〉 O1s spectra of V/TiO₂ catalyst by XPS analysis 33
〈표 3-2〉 촉매의 BET, Pore volume 분석 결과 52
〈표 3-3〉 제조된 촉매의 표면 특성 분석 결과 58
〈표 3-4〉 XPS로 얻은 제조된 촉매의 표면 원자 비율 60
〈표 3-5〉 XPS로 얻은 제조된 촉매의 Carbon의 형태 69
〈표 3-6〉 Adsorbed NH₃ amount of the catalysts 84
〈표 3-7〉 H₂-consumption of the catalysts 84
〈표 3-8〉 Surface area and pore properties of the catalysts 86
〈표 3-9〉 Species atomic ratio in the catalysts 91
[그림 1-1] 미세먼지(PM2.5) 2차 생성과정 18
[그림 1-2] 선택적촉매환원 공정 개략도 19
[그림 1-3] 저온 탈질 개발 및 황산화물에 대한 피독 20
[그림 1-4] KIST의 바나듐계 저온 탈질 촉매(좌)와 한국생산기술연구원의 망간계 금속... 21
[그림 1-5] ABS 및 AS의 침척으로 활성 저하된 촉매 표면 22
[그림 1-6] 제철 공정 대기오염물 처리 개략도 23
[그림 1-7] SCR 촉매 세계 시장 규모(고정식 오염원 기준)... 24
[그림 3-1] 온도에 따른 V/TiO₂ 촉매의 탈질효율 비교... 28
[그림 3-2] Raman spectra (a) 소성온도 영향 (b) V:OA 몰비율 영향 29
[그림 3-3] DR UV-vis spectra로부터 계산된 V/TiO₂의 V 구조종 비율과 탈질효율과의... 30
[그림 3-4] Arrhenius plots of intrinsic reaction rate constant of the catalysts 31
[그림 3-5] (a) NH₃-TPD pattern of varous V/TiO₂ catalyst at 180℃, (b) DRIFT spectra... 32
[그림 3-6] DRIFT spectra taken at 180 ℃ upon passing NO+O₂ over the 30 min NH₃... 32
[그림 3-7] (a) H₂-TPR profiles and (b) TPRO profiles of V/TiO₂ catalysts 34
[그림 3-8] V/TiO₂ 촉매의 수분함량에 따른 탈질효율... 35
[그림 3-9] V/TiO₂ 촉매의 다양한 조촉매 첨가에 의한 탈질효율 성능 비교... 35
[그림 3-10] 조촉매 첨가량에 따른 V-A/TiO₂ , V-C/TiO₂ 촉매의 탈질효율 평가 36
[그림 3-11] V/TiO₂와 V-C/TiO₂ 촉매의 DRIFT 분석 결과 (a) NH₃-DRIFT(180℃), (b)-(c)... 37
[그림 3-12] V/TiO₂와 V-A/TiO₂ 촉매의 (a) NH₃-TPD 분석 (b) NH₃-DRIFT 분석(180℃) 39
[그림 3-13] V/TiO₂와 V-A/TiO₂ 촉매의 NO-DRIFT spectra(180℃, NH₃ 선흡착후 NO-O₂... 39
[그림 3-14] NO-TPD 분석 (a) m/e=30(NO) and (b) m/e=46(NO₂) 40
[그림 3-15] V-A/TiO₂ 촉매의 SO₂ 내구성 평가 결과 41
[그림 3-16] V/TiO₂와 V-A/TiO₂ 촉매의 V와 A 함량에 따른 SO₂-TPD 분석 결과 42
[그림 3-17] V/TiO₂와 V-A/TiO₂ 촉매의 XPS 분석결과(V2p, Ti2p) 42
[그림 3-18] 저온 NH₃-SCR 반응장치 43
[그림 3-19] 다공성 물질(Mesoporous material) 제조 개념도 45
[그림 3-20] V-Ce/TiO₂ 촉매의 NOₓ conversion(반응조건: 500 ppm NO, 500 ppm NH₃, 3%... 46
[그림 3-21] SO₂ 투입에 따른 V-Ce/TiO₂ 촉매의 NOₓ conversion 변화 46
[그림 3-22] V-Ce/TiO₂ 촉매의 X-ray diffraction 분석 47
[그림 3-23] V-Ce/TiO₂ 촉매의 N₂ adsorption isotherm 분석 48
[그림 3-24] V-Ce/TiO₂ 촉매의 BJH plot 49
[그림 3-25] TiO₂의 졸겔 제조법 50
[그림 3-26] TiO₂-CNTs의 졸겔 제조법 50
[그림 3-27] 활성금속(V, Ce)의 함침 제조법 50
[그림 3-28] 지지체 및 촉매들의 SEM 분석결과 51
[그림 3-29] 지지체 및 촉매들의 XRD 패턴 분석결과:... 52
[그림 3-30] 실험 촉매의 NH₃-TPD 분석결과 53
[그림 3-31] NH₃ 흡착에 대한 FT-IR 분석 결과 53
[그림 3-32] 실험 촉매의 NO-TPD 분석결과 54
[그림 3-33] NO+O₂ 흡착에 대한 FT-IR 분석 결과 (a) V-Ce/TiO₂-CNTs (b) V-Ce/TiO₂ 55
[그림 3-34] 실험 촉매들의 NOₓ 저감 효과... 56
[그림 3-35] H₂O 주입에 따른 실험 촉매들의 효율 변화... 56
[그림 3-36] 비율별 CNTs 촉매 제조 방법 57
[그림 3-37] 준비된 촉매들의 XRD 패턴 분석 58
[그림 3-38] VCT 및 VCTCₓ 촉매들의 H₂-TPR 결과 59
[그림 3-39] VCT 및 VCTCₓ 촉매들의 XPS 스펙트럼 분석 결과:... 60
[그림 3-40] 실험 촉매들의 NO-TPD 62
[그림 3-41] 실험 촉매들의 in situ FTIR 분석 결과 62
[그림 3-42] 실험 촉매들의 NH₃-TPD 분석 63
[그림 3-43] 실험 촉매들의 NOₓ 저감 효과... 64
[그림 3-44] SO₂ 및 SO₂+H₂O에 의한 NOₓ 전환율 감소비율... 65
[그림 3-45] TiO₂(G5)-C 제조 방법 66
[그림 3-46] 5V/TiO₂(G5)-C 제조 방법 66
[그림 3-47] 실험 촉매들의 NOₓ 전환율... 67
[그림 3-48] 실험 촉매들의 N₂ 선택성... 68
[그림 3-49] 준비된 촉매들의 C 1s에 해당하는 XPS 스펙트럼... 69
[그림 3-50] 촉매들의 V 2p와 O 1s의 XPS 스펙트럼 70
[그림 3-51] In situ FTIR을 통한 VT와 VTC₀.₅ 촉매의 NO+O₂ 흡착종 분석 71
[그림 3-52] In situ FTIR을 통한 VT와 VTC₀.₅ 촉매의 NH₃ 흡착종 분석 71
[그림 3-53] Flow chart diagram of catalyst synthesis procedure 73
[그림 3-54] Cycling activity test at 180℃(500ppm NO; 500ppm NH₃; 3v% O₂; 60,000h⁻¹... 76
[그림 3-55] Cycling activity test at 180℃(500ppm NO; 500ppm NH₃; 3v% O₂; 60,000h⁻¹... 78
[그림 3-56] Cycling activity test at 180℃(500ppm NO 500ppm NO; 500ppm NH₃; 3v% O₂;... 79
[그림 3-57] Cycling activity test at 180℃(500ppm NO500 ppm NO; 500ppm NH₃; 3v% O₂;... 80
[그림 3-58] Long-term test of the MoO₃-doped 10V/Ti(300ppm NO, 300ppm NH₃, 6v%... 81
[그림 3-59] XRD patterns of (a) fresh and (b) spent(after cycling tests) 10V/Ti-1,... 82
[그림 3-60] (a) NH₃-TPD and (b) H₂-TPR profiles of 10V/Ti-1, 10V/Ti-2.5MoO₃-1(ED),... 83
[그림 3-61] N₂ adsorption–desorption isotherms of (a) 10V/Ti-1, (b) 10V/Ti-2.5MoO₃-1, (c)... 85
[그림 3-62] Particle size distribution of 10V/Ti-1 catalyst before and after grinding 85
[그림 3-63] XPS O 1s spectra of (a) 10V/Ti-1, (b) 10V/Ti-2.5MoO₃-1, (c)... 87
[그림 3-64] XPS V 2p spectra of (a) 10V/Ti-1, (b) 10V/Ti-2.5MoO₃-1, (c)... 88
[그림 3-65] XPS Mo 3d spectra of (a) 10V/Ti-1, (b) 10V/Ti-2.5MoO₃-1, (c)... 90
[그림 3-66] XPS Ti 2p spectra of 10V/Ti-1, 10V/Ti-2.5MoO₃-1, 10V/Ti-2.5MoOₓ-1 fresh... 91
[그림 3-67] In situ DRIFTS spectra of (a) SO₂ + O₂ exposure for 60 min, (b) preadsorbed... 92
[그림 3-68] In situ DRIFTS spectra of (a) NH₃ + O₂ exposure for 60 min, (b)... 94
[그림 3-69] TGA and DTG profiles of (a) Fresh catalysts, (b) Used catalysts 96
[그림 3-70] Effect of precious metal addition to 10V/Ti 97
[그림 3-71] VASP 코드로 예측된 vanadia cluster, 붉은 상자 내부의 구조가 cluster 크기... 99
[그림 3-72] 클러스터 크기에 따른 각 상에 대한 산화수 분석 결과 100
[그림 3-73] 각 클러스터 크기에 따른 안정상에 대한 H₂O, NH₃ 가스 분자 흡착 거동 분석... 101
[그림 3-74] 각각 M₁, M₂ 전이금속을 도핑한 vanadia 클러스터에 대한 열역학적 상 안정성... 102
[그림 3-75] 전이금속 dopant 종류(M₁, M₂)에 따른 각 상에 대한 산화수 분석 결과 103
[그림 3-76] 전이금속 원소 도핑 전/후의 H₂O, NH₃ 가스 흡착 거동 비교 결과 및 분자 흡착... 104