- KIST, 탈질공정 맞춤형 신바나데이트 촉매 합성기술 개발

이번 연구결과가 게재된 국제학술지 '에이씨에스 카탈리시스' 표지 이미지.[KIST 제공]
이번 연구결과가 게재된 국제학술지 '에이씨에스 카탈리시스' 표지 이미지.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 초미세먼지를 유발하는 질소산화물을 질소와 산화물로 전환하는 탈질촉매 공정의 열에너지 감축과 내구성을 동시에 잡을 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 극한소재연구센터 김종식, 하헌필 박사팀이 바나데이트 기반 신탈질촉매를 제안했다고 15일 밝혔다.

연구진은 기존 금속산화물 기반 촉매와 대비해 바나데이트 촉매가 보다 우월한 촉매표면, 원자적, 전자적 특성 및 탈질활성을 가져 배기가스에 포함된 증기, 황, 피독물로 인해 촉매 성능이 낮아지는 현상을 개선시킬 뿐만 아니라 수열에 대한 내성도 개선시키는 효과를 입증했다.

또한 촉매를 피독시켜 내구성을 떨어뜨린다고 알려진 황(SOX)에 대한 인식을 전환, 황과 산소를 융합시켜 황산염·아황산염 기능기들을 바나데이트 촉매 표면에 생성시키고, 생성된 기능기들이 탈질 반응 및 피독물 분해 반응 활성들을 제어하는 방법론을 고안했다. 연구진은 황과 산소가 융합되는 촉매 표면의 온도를 변화시켜 기능기들의 종류, 분포, 표면결합 형상(한 자리 결합 또는 두 자리 결합)을 제어하고, 피독물 분해 반응 기작을 규명했다.

한 자리 결합 또는 황산염이 많은 바나데이트 촉매의 경우 초저온(210℃)에서는 상용 촉매 대비 30% 높은 탈질율을, 220℃ 이상에서는 100%에 가까운 탈질율을 제공한다. 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매의 경우에는 상용촉매 대비 작은 열에너지(낮은 온도)하에서 피독물들을 효율적으로 분해할 수 있고, 이에 따라 최소 3배 이상의 내구성을 가진다.

예를 들어 배기가스의 온도를 240℃로 설정하면 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매는 피독물을 원활히 분해하여 탈질율을 회복(재생)할 수 있는 반면에 상용 촉매는 피독물 분해가 어려워 피독 전의 탈질율을 회복시킬 수 없다.

하헌필 박사는 “이번 연구결과는 온도가 낮거나 촉매가 피독되기 쉬운 극한조건에서 운전되는 탈질공정의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 실용화 가능한 기술”이라고 기대했다.

이번 연구성과는 화학분야 국제학술지 ‘에이씨에스 카탈리시스’와 ‘케미스트리 오브 머티리얼즈’ 최신호에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com