이리듐이 부분 치환된 루타일 주석 산화물 전기촉매 및 그 용도
Rutile tin oxide electrocatalyst partially substituted with iridium and its uses
특허 요약
소변 폐수에서 질소 오염 물질의 확산은 시급한 환경 문제가 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위한 다양한 방법 중 소변 폐수에서 흔히 발견되는 염화물 이온에서 반응성 염소 종(RCS)을 생성하는 전기 화학적 산화 공정은 소변 폐수에서 흔히 발견되는 염화물 이온에서 유망한 접근법으로 주목받고 있다. 다양한 양극(anode) 재료의 탐색에도 불구하고 기존 전극 옵션들은 여전히 RCS 생성에 있어서 낮은 선택성, 낮은 안정성 및 상당한 에너지 소비 등의 문제를 안고 있다. 본 발명에서는 Ir-SnO 2 양극은 높은 전류 밀도, 낮은 전하 전달 저항, 넓은 활성 표면적을 특징으로 하는 우수한 전기 화학적 성능을 입증하며, IrO 2 , SnO 2 , Sb-SnO 2 와 같은 양극보다 뛰어난 성능을 보였다. 루타일 구조인 SnO 2 에 Ir을 소량 도핑하면 전자 구조 변형을 통해 염소 흡착이 향상되어 과전위를 크게 낮추고 염소 생성 반응의 전기 촉매 활성이 향상된다는 사실을 밝혀냈다. 30 mA/cm 2 에서 5시간 동안 인공 합성한 소변 폐수를 전기 분해한 결과, Ir-SnO 2 양극은 각각 100%, 97.8%, 89.1%의 효율로 암모니아 질소(NH 3 -N), 총 질소(TN), 화학적 산소 요구량(COD) 분해에 탁월한 효능을 보여주었다. 이러한 결과는 IrO 2 (DS...(이하생략)
청구항
번호청구항
1

가) Ti 플레이트를 세정 및 탈지하는 공정;나) 탈지된 Ti 플레이트를 고온의 산성 용액에 담지한 후 Ti 플레이트를 세척하고 건조하는 전처리 공정;다) 산을 첨가한 에탄올에 헥사클로로이리드산 (H2IrCl6)을 용해하여 이리듐 전구체를 제조하는 공정; 라) 산을 첨가한 에탄올에 SnCl4・6H2O를 용해하여 주석 전구체를 제조하는 공정; 마) 상기 가) 및 나) 공정을 거친 Ti 플레이트에 상기 다) 공정에서 얻은 이리듐 전구체 및 상기 라) 공정에서 얻은 주석 전구체를 가하여 1회 이상 드롭 캐스팅으로 이리듐이 부분 치환된 SnO2 양극을 제조하는 공정; 및바) 상기 마) 공정에서 제조된 이리듐이 부분 치환된 SnO2 양극에 건조 및 열처리를 1회 이상 반복하는 건조 공정;을 포함하는 이리듐이 부분 치환된 SnO2 제조방법.

2

청구항 1에 있어서,상기 바)의 건조 공정은 7090℃에서 1020분 동안의 건조 과정 및 500550℃에서 1020분 동안의 열처리 과정을 포함하는, 이리듐이 부분 치환된 SnO2 제조방법.

3

청구항 1에 있어서,상기 나)의 담지 공정은 끓는 옥살산 용액에 30분 내지 3시간 동안 담지하여 수행하는 과정을 포함하는, 이리듐이 부분 치환된 SnO2 제조방법.

4

청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되며,입자 크기 10-30 nm이고,선택 영역 전자 회절 (SAED) 패턴은 세 개의 회절 고리를 나타내며, HR-TEM 이미지는 격자 줄무늬를 나타내며,주석과 산소와 이리듐이 골고루 분포된,이리듐이 부분 치환된 SnO2.

5

청구항 4의 이리듐이 부분 치환된 SnO2를 양극으로 사용하는 질소 및 염소 성분 함유 유기 하수 또는 폐수 처리용 전기 촉매.

6

청구항 5에 있어서,상기 질소 및 염소 성분 함유 유기 하수 또는 폐수는 소변 함유 하수 또는 폐수인, 유기 하수 또는 폐수 처리용 전기 촉매.

7

청구항 5에 있어서,상기 유기 하수 또는 폐수 처리용 전기 촉매는 반복 사용에도 수처리 효능이유지되는, 유기 하수 또는 폐수 처리용 전기 촉매.

8

청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,상기 전기 촉매 중 이리듐이 부분 치환된 SnO2 양극은 암모니아 질소(NH3-N), 총 질소(TN) 및 화학적 산소 요구량(COD) 분해율이 각각 95% 이상, 90% 이상 및 85%이상인, 유기 하수 또는 폐수 처리용 전기 촉매.

9

양극으로서 청구항 4의 이리듐이 부분 치환된 SnO2를 사용하고 음극을 더 포함하는, 전기 촉매 시스템을 이용하여 질소 및 염소 성분 함유 유기 하폐수를 처리하는 방법.

10

청구항 9에 있어서,상기 질소 및 염소 성분 함유 유기 하폐수는 소변을 포함하는, 전기 촉매 시스템을 이용하여 질소 및 염소 성분 함유 유기 하폐수를 처리하는 방법.