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ISSN : 1225-0112(Print)
ISSN : 2288-4505(Online)

Applied Chemistry for Engineering Vol.34 No.4 pp.357-364
DOI : https://doi.org/10.14478/ace.2023.1048

Titanium Isopropoxide (TTIP) Treatment Strategy for V₂O₅-WO₃/TiO₂ SCR Catalysts with a Wide Operating Temperature

Jaeho Lee^*, Gwang-hun Cho^*, Geumyeon Lee^**, Changyong Yim^*,***, Young-Sei Lee^*,***†, Taewook Kim^*,***†

^*Department of Energy Chemical Engineering, Kyungpook National University, Sangju 37224, Republic of Korea
^**Conformity Management Team, Korea Marine Equipment Research Institute, Busan 49111, Republic of Korea
^***Department of Advanced Science and Technology Convergence, Kyungpook National University, Sangju 37224, Republic of Korea

¹ These authors contributed equally to this work.

^† Corresponding Author: Kyungpook National University Department of Energy Chemical Engineering, Sangju 37224, Republic of Korea Tel: Y.-S. Lee: +82-54-530-1334; e-mail: ysl@knu.ac.kr
^† Corresponding Author: Kyungpook National University Department of Energy Chemical Engineering, Sangju 37224, Republic of Korea Tel: +82-54-530-1333 taewook@knu.ac.kr

Received May 4, 2023 ; Review May 24, 2023 ; Accepted May 26, 2023

Abstract

Selective catalytic reduction (SCR) is the most effective method for reducing nitrogen oxide emissions, but the operating temperature range of V₂O₅-WO₃/TiO₂ catalysts is narrow (300~400 °C). In this study, a new catalyst with an operating temperature range of 200~450 °C was developed. The catalyst poison, ammonium bisulfate, generated during the SCR process can be removed by heating above 350 °C. To increase the number of active sites and promote the dispersion of active materials, titanium isopropoxide (TTIP) treatment was performed on the TiO₂ support with various TTIP/TiO₂ mass ratios. Among them, the 5 wt% TTIP loaded catalyst showed improved performance due to higher thermal stability caused by high W dispersion and the formation of V5+. In addition, the 5 wt% TTIP-loaded catalyst prepared by a one-step co-precipitation method showed greater V-OH and W-OH dispersion and enhanced interactions in contrast to conventional methods, resulting in higher catalytic activity at lower temperatures. This review article aims to provide an accessible explanation for researchers investigating how to improve the surface properties of TiO₂ catalysts using TTIP.

Key Words : Selective catalytic reduction (SCR) , Vanadium oxide , Tungsten oxide , Operating temperature range , Titanium isopropoxide (TTIP)

넓은 작동 온도범위를 가지는 V₂O₅-WO₃/TiO₂ SCR 촉매 개발을 위한 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 활용 전략

이 재호^*, 조 광훈^*, 이 금연^**, 임 창용^*,***, 이 영세^*,***†, 김 태욱^*,***†

^*경북대학교 에너지화학공학전공
^**한국조선해양기자재연구원 적합성운영팀
^***경북대학교 미래과학기술융합학과

초록

선택적 촉매 환원(SCR)은 질소산화물 배출을 줄이는 가장 효과적인 방법이지만, V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매가 좁은 작동온도 (300~400 °C) 범위를 가지기 때문에, V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매의 작동 온도범위가 200~450 °C인 새로운 촉매를 개발하였다. SCR 과정에서 생성되는 촉매 독인 황산암모늄은 350 °C 이상으로 가열함으로써 제거할 수 있다. 촉매 활성 부위의 수를 증가시키고 활성 물질의 분산을 촉진하기 위해 TiO₂ 지지체에 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 처리를 여러 TTIP/TiO₂ 질량비로 진행하였다. 그 중 5 wt% TTIP 부하에서 높은 W 분산성으로 인해 열 안정성이 증가하였고 V5+가 형성되어 최적의 성능을 보였다. 5 wt% TTIP 부하로 처리된 촉매를 One-step co-precipitation으로 제조하였을 때 기존의 방법보다 더 나은 V-OH와 W-OH 분산 및 상호작용 향상이 나타나 더 낮은 온도에서 높은 촉매 활성으로 인해 향상된 성능을 보였다. 이를 향후 TTIP를 이용하여 TiO₂촉매의 표면을 개선하려는 연구자에게 이해하기 쉽게 설명하고자 하였다.

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1. 서 론

화석 연료의 연소는 스모그, PM 2.5, 산성비 등 여러 형태의 환경 오염의 원인이 되는 질소산화물(NO, NO₂, N₂O를 통칭하여 NO_x로 표 기)을 생성하므로 엄격하게 규제되고 있다[1-4]. 그에 따라 발전소, 산 업용 보일러, 시멘트가마, 터빈 등 화석 연료 연소 에너지를 이용하는 고정된 배출원으로부터의 NO_x 배출을 줄이는데 많은 관심이 쏠리고 있다. NO_x를 제거하는 기술에 다양한 방법이 있는데 선택적 촉매 환 원(selective catalytic reduction, SCR)이 가장 화학적으로 효율적인 것 으로 간주된다[4-6].

SCR은 환원제로 NH₃를 사용하며, NH₃-SCR은 우수한 NO_x 제거효 율과 합리적인 황 저항성으로 인해 기존의 V₂O₅-WO₃ (V-W)촉매를 사용한다[7]. 하지만 이 촉매는 300 °C 이상의 온도를 필요로 하기 때 문에, 상대적으로 저온인 배기가스를 처리하는 시멘트, 철강, 유리 공 장(250 °C 미만)에서 사용할 수 없다[8-12]. 따라서 황 중독에 저항하 고 넓은 온도 범위(240~450 °C)에서 안정적인 성능을 발휘하는 실용 적인 SCR 촉매를 필요로 한다.

일부 V-W 촉매는 높은 내황성과 안정적인 성능으로 인해 상용화되 었지만, 활성 사이트 수와 분산 균일성을 높이는 등 저온에서의 활성 을 향상시켜야 한다[13-15]. 표면 개질은 SCR 촉매의 활성 사이트 수 를 늘리기 위해 널리 사용되어 왔다. VO_x는 질소산화물을 중간단계인 NO₂로 전환한 다음 NH₃에 의해 추가로 환원되어 N₂와 H₂O를 형성할 수 있도록 돕는다. WO_x는 브뢴스테드 산성으로 인해 촉진제 역할을 하며 SCR 반응 중에 촉매에 암모니아 흡착을 향상시키고, NO가 NO₂ 로 산화되는 것을 촉진하여 NH₃의 산화를 억제한다[11,16-18]. TiO₂ 는 다양한 촉매에 널리 사용되는 지지체로, 합성 경로에 크게 의존한 다. 또한 TiO₂의 표면 변형은 V와 W의 원자 배열에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 따라서 V₂O₅와 WO₃의 함량이 변하지 않은 경우 에도 표면 반응을 촉진하는 지지 종의 능력에 영향을 미쳤다[19]. 티 타늄 이소프로폭사이드 (TTIP)는 일반적으로 TiO₂의 전구체로 사용되 며, 용매에 따라 막대형 또는 구형 모양의 TiO₂ 입자를 제공한다. 에 탄올을 용매로 사용하면 기공 크기를 제어할 수 있다[20,21].

VO_x-WO_x/TiO₂ 촉매는 일반적으로 용해성 바나듐 및 텅스텐 산화 물 전구체, 공침, 함침, 균질 침전, 구연산 지원 등 다양한 방법을 통해 제조된다[4,9,10]. 문헌에 따르면 V₂O₅-WO₃/TiO₂의 활성은 합성 방법 에 따라 달라진다는 것이 분명하다[12,22,23]. 최근의 연구는 주로 합 성 방법과 관련하여 촉매의 활성과 지지체에서 달성된 V 및 W의 분 산을 조사했다[17,24,25]. 이전 연구에서는 TTIP 표면 처리와 함께 2STEP 공정을 통해 V와 W의 높은 분산을 유도했다[26]. 그러나 복잡 한 합성 공정으로 인해 이 촉매는 상업적 용도로 사용할 수 없었다.

본 고에서는 다양한 TTIP 로딩을 사용하여 TiO₂에 표면 산소 결함 의 형성을 유도하고 이 처리가 지지된 V-W 촉매의 NH₃-SCR 활성에 어떤 영향을 미치는지와, 합성공정을 단순화하고, 지지체 표면에 co-precipitation을 통해 소량의 V-OH와 W-OH를 사용해 고분산성을 달성하고 더불어 one-step method로 활성 부위를 강화함으로써 V₂O₅-WO₃/TiO₂가 활성화되는 제한된 온도 범위(300~400 °C)를 보완 하는 새로운 촉매를 개발하는 연구에 대해 살펴보았다.

2. 본 론

2.1. 촉매 합성 방법

V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매는 습식 함침 방법을 사용하여 아래의 1STEP 공정과 2STEP-공정으로 각각 제조되었으며, TTIP 부하 wt%별 성능 비교 에서는 2STEP 공정으로 제작된 촉매를 사용하였다. TTIP (97%) 로 처리된 아나타제 TiO₂ (CristalACTiVTM DT-51, Tronox)는 공동 함 침 방법을 사용하여 제조되었다. 표면 처리는 여러 가지 TTIP: 벌크 TiO₂ 질량 비율(1, 3, 5, 7, 100)를 사용하여 TiO₂로 수행했다.

2STEP 방법[26] : TTIP를 무수 에탄올에 용해하고 혼합물을 벌크 TiO₂와 1시간 동안 교반하여 잘 섞었다. 그런 다음 증류수(H₂O:TTIP = 110:1, mol/mol)를 교반하면서 한 방울씩 첨가했다. 표면 처리된 TiO₂를 여과하고 120 °C에서 하룻밤 동안 건조시켰다.

V₂O₅ 및 WO₃ 로딩이 각각 2 및 10 wt%인 TiO₂-지지 촉매는 다음 과 같이 제조되었다. 메타바나데이트 암모늄(99.99%) 및 메타텅스테 이트 암모늄 수화물(99.99%)을 수용성 옥살산(99%)에 첨가하고 혼합 물을 가열하여 옥살산 암모늄 용액을 생성했다. 이 용액에 TTIP 처리 된 TiO₂와 증류수를 보충하고 60°C에서 60분간 교반했다. 그런 다음 증류수를 회전식 증발기를 사용하여 감압으로 증발시키고 잔류물을 120 °C에서 건조하고 550 °C의 공기 중에서 소성했다.

1STEP 방법[27] : 무수 에탄올에 5 wt% TTIP를 TiO₂ 분말과 함께 용해시킨 후 교반하면서 증류수를 첨가하는 것으로 시작되었다(몰 비 율 H₂O:TTIP = 110:1). 2 wt% V₂O₅ 및 10 wt% WO₃의 로딩 단계가 동시에 수행되었다. 메타바나데이트 암모늄(99.99%) 및 메타텅스테이 트 암모늄 수화물(99.99%)을 수성 옥살산(99%)에 첨가하고 혼합물을 가열하여 옥살산 암모늄 용액을 생성했다. 그 후, 옥살산 암모늄 용액 에 5 wt% TTIP를 첨가하고 60°C에서 60분 동안 교반했다. 증류수를 회전식 증발기를 사용하여 진공 상태에서 증발시키고 잔류물을 120 °C에서 건조시키고 550 °C에서 공기 중에서 소성했다.

합성된 촉매는 2V10WTi_xTTIP (x = 1,3,5,7,100)로 표시되었다. 기 준 촉매(2V10WTi_Ref)는 TTIP 처리되지 않은 TiO₂를 사용하여 위에 서 설명한 대로 합성되었다.

2.2. SCR 성능 평가 방법

SCR은 0.35 g의 촉매가 로드되고 온도 제어 시스템 및 질량 흐름 컨트롤러와 연동된 고정층 관형 반응기(외경 = 1.0 cm, 길이 = 40 cm) 에서 대기압에서 수행되었다. 순수 N₂, 1 vol% NO/N₂, 1 vol% NH₃/N₂ 및 순수 O₂의 공급 스트림을 가열된 라인 믹서에서 혼합하여 NO, NH₃ 및 SO₂의 농도를 300 ppm으로 유지하고 O₂ 및 H₂O를 5 vol%로 유지했다. 가스 시간당 공간 속도(GHSV)는 60,000 h^-1로 설정하고 반 응 온도는 150~450 °C 범위에서 변화시켰다. 반응기 유체는 가스 분 석기(Gasmat Ltd., CX-4000)에 주입하고 푸리에 변환 적외선(FT-IR) 분광법을 사용하여 특성화했다. NOx 전환(제거 효율) 및 N₂에 대한 선택성은 다음과 같이 계산되었다.

N O_{x} c o n v e r s i o n (%) = 100 \times \frac{N O_{x i n} - N O_{x o u t}}{N_{x i n}}

(1)

N_{2} s e l e c t i v i t y (%) = 100 \times (1 - \frac{2 N_{2} O_{o u t}}{N O_{x i n} - N O_{x o u t} + N H_{3 i n} - N H_{3 o u t}})

(2)

여기서 “'in”'과 “'out”은 각각 반응기 입구와 출구에서 가스 농도를 나 타낸다.

2.3. SCR 성능

Figure 1은 V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매의 SCR 활성에 대한 TTIP 처리의 효과에 대해 설명한다[26]. Figure 1(a)에서는 240~450 °C일때 5 wt% TTIP 로딩의 촉매가 가장 뛰어난 NO_x 제거 효율을 보였으며, 이는 내 부의 확대된 그래프에서 쉽게 확인할 수 있다. 이 결과는 TTIP 처리된 촉매가 기준 촉매보다 더 높은 활성을 가지며, 2V10WTi_5TTIP에서 가장 좋은 성능이 관찰되었음을 보여준다. 촉매 활성은 TTIP 로딩이 증가함에 따라 증가하며 처리 중에 생성된 V⁴⁺종의 양과 양(+)의 상관 관계가 있다. 하지만 Figure 1(b)에서 N₂ 선택성은 NO_x 전환과 유사한 추세를 따르는데, 350~450 °C에서 2V10WTi_7TTIP의 경우 놀랍게도 V₂O₅에 의한 NH₃의 산화 촉진으로 인해 환원제의 가용성이 감소하고 이차적인 NO_x 발생이 증가하여 활성이 낮다. 따라서 전반적으로 2V10WTi_5TTIP의 성능이 가장 우수하다고 할 수 있다.

가장 우수한 성능이 관찰된 2V10WTi_5TTIP가 1STEP 공정으로 합 성될 시 [1STEP] 2V10WTi_5TTIP라 표기되었으며, 2STEP 공정으로 합성될 시 [2STEP] 2V10WTi_5TTIP라 표기되었다. Figure 2는 [1STEP] 2V10WTi_5TTIP, [2STEP] 2V10WTi_5TTIP 그리고 TTIP 처리를 하 지 않은 2V10WTi_Ref의 온도에 따른 SCR 성능을 설명한다. Figure 2(a)에서 200~400 °C일때 [1STEP] 2V10WTi_5TTIP가 가장 높은 활 성을 나타내었다[27]. 따라서 1STEP공정은 2STEP 공정보다 저온에 서 더 높은 SCR 활성을 나타내었으며, 촉매의 효율은 2V10WTi_Ref < [2STEP] 2V10WTi_5TTIP < [1STEP] 2V10WTi_5TTIP 의 순서로 나타낼 수 있다. Figure 2(b)에서 모든 촉매에 대한 N₂ 선택성은 150~350 °C의 온도에서 100%에 가깝게 유지되었으며 온도가 증가함 에 따라 크게 감소했다. 저온 범위에서의 활성은 TTIP 처리 중 Ti³⁺ + V⁵⁺ ↔ Ti⁴⁺ + V⁴⁺ 반응을 통해 생성된 V⁴⁺/V⁵⁺ 종의 비율과 양에 상관관계가 있었다[26,28-30].

2.4. 촉매 표면 특성

Figure 3은 2V10WTi_Ref 및 2V10WTi_xTTIP (x = 1-7)의 등온선 은 촉매 활성을 향상시키는 메조 다공성 구조를 보여주었다[26]. 2V10WTi_ 100TTIP의 등온선은 메조 기공과 미세 기공이 함께 존재 하는 것이 특징이다[31]. 촉매의 비표면적은 TTIP 로딩에 의해 약간 만 영향을 받았으며 촉매 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 결론지 었다. 공동 침전으로 제조된 촉매는 일반적으로 함침으로 제조된 촉 매보다 기공 부피가 작고 기공이 더 작다[14]. 에탄올에서 TTIP의 불 완전 가수분해는 기공 크기를 더 작게 만든다[32].

TTIP 처리된 촉매에서 관찰된 기공 크기의 감소는 표면에 TiO(OH)_x, VO_x 및 WO_x의 공침전을 시사한다. 초기 습윤 촉매의 큰 기공 부피와 직경은 질량 전달의 제한을 최소화할 수 있지만 소결로 인해 촉매의 비효율이 높아질 수도 있다[33]. 촉매의 메조 다공성 구 조 간에는 큰 차이가 발견되지 않았지만, 1STEP 공정은 V-OH 및 W-OH의 기공을 채워 NO_x 제거 효율을 증가시켰을 가능성이 높다.

2.5. 촉매 결정 구조

Figure 4에서 아나타제 TiO₂ (JCPDS 01-071-116)의 패턴과 일치하는 촉 매(2V10WTi_Ref, [1STEP]2V10WTi_5TTIP 및 [2STEP]2V10WTi_5TTIP) 의 XRD 패턴은 1STEP 공정 후에도 TiO₂ 결정 구조가 보존되었다는 것을 나타내었고, 결정성 V₂O₅ 및 WO₃의 피크는 관찰되지 않았으며, 이는 잘 분산된 종을 나타낸다[34].

2.6. 표면 산도

Figure 5[26]에서 촉매의 FT-IR 스펙트럼은 TTIP 처리가 표면에 Ti-O 결합 형성을 유도하여 활성 물질(V₂O₅ 및 WO₃) 분산을 증가시 킨다는 것을 보여준다[35]. V₂O₅ 관련 밴드는 TTIP 처리 시 1020에서 1030 cm^-1로 이동하여 TiO와 V₂O₅ 간의 강력한 상호 작용을 나타낸 다. 그러나 특정 TTIP 로딩 이상에서는 활성 물질이 Ti-O 결합으로 캡슐화되어 NO_x 제거 효율이 감소한다. TTIP를 사용한 1STEP 공정 은 표면에 V-OH[36,37] 및 W-OH[38] 결합을 형성하여 저온 범위에 서 촉매 활성을 향상시키는 것으로 나타났다.

Figure 6[27]에서 1STEP 공정은 또한 산 부위가 강화되었음을 시사 하는 높은 강도의 Ti-O 피크를 생성했다. V 및 W 종에 해당하는 피크 는 TiO₂의 양에 비해 VO_x 및 WO_x의 양이 적기 때문에 더 약했다. TTIP 와 V-OH 및 W-OH의 동시 로딩은 표면의 산도에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 합성된 TiO₂는 고도로 분산되어 있었는데, 이는 V-OH와 W-OH의 성장을 촉진하는 데 필요한 필수 요소이다. 유도된 염은 반 응 조건에서 산-염기쌍 촉매로 작용하여 이방성 TiO₂를 형성했다[19].

Figure 7[27]은 촉매의 라만 스펙트럼을 보여주며, 아나타제 TiO₂에 기인한 신호를 보여주었으며, TTIP 처리는 그 강도를 약간 증가시키 고 V₂O₅ 및 WO₃의 분산을 향상시켰다. 1STEP 촉매는 기준 및 2STEP 촉매보다 약간 더 높은 강도의 TiO₂ 피크를 보여 아나타제 상이 유지 되고 있음을 확인했다. 표면 V 및 W 종의 신호도 각각 1012 및 998 cm^-1과 947 및 926 cm^-1 사이에서 관찰되었다. TTIP 처리는 V=O 피크 의 강도를 향상시켰으며, 분산 결과는 TEM 분석[27]으로도 확인할 수 있었다. 말단 W=O 그룹에 해당하는 피크의 강도는 다음과 같은 순서로 증가했다: 2V10WTi_Ref < [2STEP] 2V10WTi_5TTIP < [1STEP] 2V10WTi_ 5TTIP. 1STEP 촉매의 말단 W=O 그룹은 NO가 NO₂로 산화되는 것을 촉진하고 NH₃의 산화를 억제하는 것으로 나타 났다.

2.7. 화학적 상태

촉매의 Ti 2p 및 V 2p 스펙트럼은 Figure 8에서 분석되었으며, TTIP 처리 후 Ti³⁺의 부재와 결합 에너지의 변화를 보여 주며, 이는 V-Ti 상호 작용이 향상되었음을 나타낸다[39]. 최적의 촉매는 전하 불 균형과 표면의 풍부한 산소 공극을 나타내어 표면 결합 NH₄⁺가 증가 하고 SCR 성능이 향상되었다[40]. TTIP를 에탄올에 용해했을 때[21] 불완전한 가수분해로 인해 Ti³⁺가 형성되어 V⁵⁺의 양이 감소하고 V⁴⁺ 가 증가하여 V-Ti 시너지 효과가 향상되고 산소 공극 형성이 촉진되 었다. Ti³⁺의 증가는 SCR 성능을 개선하고 V⁴⁺ 형성에 기여했다[28].

Figure 9에서 나타내었듯이 촉매의 XPS 분석은 1STEP 공정 동안 Ti⁴⁺의 존재와 V-OH 및 W-OH 결합의 형성을 보여주었다. Ti 2p_3/2에 기인한 피크는 1STEP 촉매의 결합 에너지가 낮아지는 방향으로 이동 하는 것을 보여 주었으며[26], 이는 표면에서 V-Ti와 W-Ti 간의 상호 작용이 강화되었음을 나타낸다. 따라서 TTIP의 불완전한 가수분해 [21]는 V⁵⁺의 양을 증가시키고 V⁴⁺의 양을 감소시켜(Table 1에 표시) 산화 환원 반응이 용이하고 촉매 활성이 향상되었다. V⁴⁺/V⁵⁺ 비율은 거의 일치하여 V-Ti 시너지 효과를 높였다[41,42].

Figure 10의 TEM 이미지는 [1STEP] 2V10WTi_5TTIP 촉매의 VO_x 및 WO_x 나노 입자가 응집 없이 균일하게 분산되어 있음을 보여준다. EELS 기반 원소 매핑 및 Ti 라인 스캔을 통해 1STEP 촉매 표면에 V-OH 및 W-OH가 고르게 분포되어 있음을 확인했다. W=O 부위의 분산도가 높을수록 NO의 NO₂로의 산화를 촉진하고 NH₃의 산화를 억 제하여 저온 범위에서 더 높은 활성을 나타냈다[16]. 단량체 V=O 및 W=O 사이트와 1STEP 촉매의 메조다공성 구조는 활성 사이트의 응 집을 방지했다.

2.8. 반응 메커니즘

SCR 반응 메커니즘을 조사하기 위해 in-situ DRIFTS 연구를 수행 했다. DRIFTS (diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy) 은 고체 시료를 연구하기 위한 다각적인 기법이다[49]. 연구 결 과 NH₄⁺가 브뢴스테드산에 흡착되어 1680 cm^-1과 1470 cm^-1에서 피크 를 생성하는 것으로 Figure 11에 나타났다. 루이스 산에 결합된 NH2 - 종은 1610 cm^-1에서 약한 피크를 생성했다[43,44]. Figure 11(a)-(c)의 모든 촉매의 경우에서 NO와 O₂가 촉매를 통과함에 따라 1630 cm^-1 및 1350~1500 cm^-1의 피크가 점차 약해졌다[45]. 모노덴테이트 질산염 (1532 cm^-1), 바이덴테이트 질산염(1648 cm^-1), 기체 NO₂ (1620 cm^-1) 를 포함한 질산염 종의 피크는 L-H 메커니즘의 주요 활성 중간체인 질 산염 종이 촉매에 축적되었음을 나타냈다[46-48]. 따라서 합성된 [1STEP] 2V10WTI_5TTIP 촉매는 저온에서 높은 활성을 보였다[46].

3. 결 론

이 논문의 결론은, TiO₂ 지지체에 존재하는 VO_x 및 WO_x 위치의 분 포, 화학적 반응성 및 화학 상태와 관련하여 TiO₂ 지지체 기반의 V-W 촉매의 NH₃-SCR 활성이 연관되어 있다는 것이다. 최상의 성능은 5 wt% 함량으로 제조된 촉매에서 관찰되었다. 이러한 결과는 제안된 방 법을 사용하여 더 효율적인 NO_x 제거 촉매를 제조하는 데 사용될 수 있다는 것을 시사한다.

또한 합성 방법에 따라 표면에 잘 분산된 VO_x 및 WO_x의 이용 가능 성으로 TiO₂ 지지체 기반의 V-W 촉매의 NH₃-SCR 활성을 향상시키 는 것을 결론으로 한다. 1STEP 공정으로 제조된 촉매가 2STEP 공정 으로 제조된 촉매보다 낮은 온도 범위에서 더 높은 성능을 나타내는 이유는 V 및 W 원소의 표면 상호작용이 증가하기 때문이다. 따라서 최상의 성능은 5 wt%의 TTIP 함량을 사용하여 1STEP 공정으로 제조 된 촉매에서 관찰되었다. 이 새로운 촉매는 질소 산화물의 선택적 촉 매 환원 반응의 온도 범위를 더욱 적절한 값(200~400 °C)으로 확장시 킬 수 있는 잠재력이 있다.

감 사

이 논문(저서)은 2022학년도 경북대학교 신임교원 정착연구비에 의 하여 연구되었음.

This research was supported by Kyungpook National University Research Fund, 2022

Figures

Figure 1.(a) NO_x conversion and (b) N₂ and N₂O selectivities as functions of temperature for 2V10WTi_Ref and 2V10WTi_x TTIP (x = 1, 3, 5, 7). Reaction conditions: GHSV = 60,000 h⁻¹; [NO] = [NH₃] = 300 ppm, [O₂] = 5 vol%, and [N₂] = balance[26]. Copyright 2022 Elsevier.

Figure 2.(a) Effect of temperature on NO_x conversion, (b) Effect of temperature on N₂ selectivity for the studied catalysts. Reaction conditions: gas hourly space velocity = 60,000 h⁻¹; [NO] = [NH₃] = 300 ppm, [O₂] = 5 vol%, and [N₂] = balance[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 4.X-ray diffraction patterns of the reference catalyst (2V10WTi_Ref) and the catalysts prepared via the one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP)[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 6.Fourier-transform infrared spectra of the reference catalyst (2V10WTi_Ref) and catalysts prepared via one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and two-step ([2STEP] 2V10WTi_ 5TTIP) approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 7.Raman spectra of the reference catalyst (2V10WTi_Ref) and the catalysts prepared via the one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP) approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 9.X-Ray Photoelectron spectroscopy survey scan results (showing peaks around the Ti 2p and V 2p region) for the reference catalyst (2V10WTi_Ref) and catalysts prepared via the one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP) approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 10.Transmission electron microscopy images, corresponding elemental distributions, and Ti line scans of reference catalyst (2V10WTi_Ref) and catalysts prepared via one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP) approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Figure 11.In-situ DRIFT spectra of (a) reference catalyst (2V10WTi_Ref) and catalysts prepared via (b) one-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and (c) two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP) approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier.

Tables

Table 1.Percentages of the Valence States of V Obtained via X-Ray Photoelectron Spectroscopy for Reference Catalyst (2V10WTi_Ref) and Catalysts Prepared Using One-step ([1STEP] 2V10WTi_5TTIP) and Two-step ([2STEP] 2V10WTi_5TTIP) Approaches[27]. Copyright 2023 Elsevier

References

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