구리 기반 강한 금속-지지체 인력에 의해 형성된 기체 투과성 비정질 쉘을 포함하는 역수성가스 반응용 촉매
CATALYST FOR REVERSE WATER GAS SHIFT REACTION COMPRISING GAS-PERMEABLE AMORPHOUS SHELL FORMED FROM COPPER-BASED STRONG METAL-SUPPORT INTERACTION
특허 요약
본 발명은 구리 기반 강한 금속-지지체 인력에 의해 형성된 기체 투과성 비정질 쉘을 포함하는 역수성가스 반응용 촉매에 관한 것이다. 본 발명자들은 구리-세리아 고용체(copper-ceria solid solution) 합성 후, 고용체의 표면 결함자리를 조절함으로써, 증진된 표면 결함자리로 용출된 구리 입자 위에 비정질이고 가스 투과성인 쉘 구조가 형성된 촉매를 제조하였다. 본 발명에 따른 촉매 제조 방법을 이용하는 경우, 표면 쉘 안에 고정되어 있는 매우 작은 크기의 CuO 입자와 CeO2 격자구조에 삽입된 Cu 자리들로만 이루어진 구조를 포함하는 촉매를 합성할 수 있으며, 이를 RWGS 반응에서 사용하는 경우 기존 귀금속 촉매 대비 우수한 저온에서의 반응성, 높은 반응성 및 내구성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 촉매를 monolith에 담지해 벤치 규모(bench scale)에서 RWGS 반응을 실시하는 경우에도 실험실 규모에서와 같은 높은 반응성, CO 2 전환율 및 내구성을 나타내므로, 실공정에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
청구항
번호청구항
1

금속산화물 지지체 및 구리를 포함하는 복합 산화물 촉매.

2

제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 TiO2, 또는 CeO2인, 복합 산화물 촉매.

3

제1항에 있어서, 상기 구리는 촉매의 표면에 입자로 존재하는 것인, 복합 산화물 촉매.

4

제3항에 있어서, 상기 입자의 구리는 산화구리를 포함하는 것인, 복합산화물 촉매.

5

제3항에 있어서, 상기 입자는 상기 금속산화물 지지체로 이루어진 쉘로 캡슐화된 것인, 복합 산화물 촉매.

6

제5항에 있어서, 상기 쉘은 가스 투과성(gas permeability)을 나타내는 것인, 복합 산화물 촉매.

7

제1항에 있어서, 상기 구리는 CeO2 격자 구조 내에 존재하는 것인, 복합산화물 촉매.

8

제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 복합 산화물 촉매를 포함하는 촉매 잉크 조성물.

9

다음 단계를 포함하는 복합 산화물 촉매의 제조방법:(a) 금속 산화물 전구체 및 구리 산화물을 물에 용해시키는 단계;(b) 상기 용액의 pH를 8 내지 9로 조절하고 교반하여 침전시키는 단계;(c) 상기 침전물을 건조하여 고용체를 제조하는 단계;(d) 상기 고용체를 소성시키는 단계; 및(e) 상기 소성된 고용체를 수소 조건에서 환원시키는 단계.

10

제9항에 있어서, 상기 금속 산화물은 세륨 산화물 또는 티타늄 산화물인, 제조방법.

11

제9항에 있어서, 상기 구리 산화물은 물 90 mL를 기준으로 5 내지 50 mg이 용해되는 것인, 제조방법.

12

제9항에 있어서, 상기 (b) 단계의 교반은 3 내지 10시간 동안 수행되는 것인, 제조방법.

13

제9항에 있어서, 상기 (d) 단계의 소성은 400 내지 600℃에서 수행되는 것인, 제조방법.

14

제9항에 있어서, 상기 (d) 단계의 소성은 2시간 내지 6시간 동안 수행되는 것인, 제조방법.