과산화수소 분해 촉매 및 그 제조방법, 상기 촉매를 이용한 과산화수소 분해 장치 및 방법

청구범위
청구항 1
멸균 공정에 사용되는 과산화수소 증기를 분해하는 장치로서,상기 장치는 과산화수소 증기 분해 촉매를 포함하고,상기 과산화수소 증기 분해 촉매는, 다공성 지지체로서 직경이 0.1 내지 50mm인 입상 활성탄; 및 상기 다공성지지체 표면상에 형성된 활성 금속 산화물인 산화 망간;을 포함하고,상기 촉매는 200℃에서 열처리된 것이며,상기 촉매와 과산화수소 증기는 상온의 온도 조건에서 반응하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 증기 분해
장치.
청구항 2
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청구항 3
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청구항 4제 1 항에 있어서,
상기 장치는, 과산화수소 증기가 제공되어 분해되는 U자 반응기를 포함하고, 상기 U자 반응기에 상기 촉매가 충진되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 증기 분해 장치.
청구항 5
제 1 항에 있어서,상기 입상 활성탄은 직경이 1~5mm인 것을 특징으로 하는 과산화수소 증기 분해 장치.
청구항 6
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청구항 7
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청구항 8
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청구항 9
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청구항 10
멸균 공정에 사용되는 과산화수소 증기를 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항의 과산화수소 증기 분해 장치에 제공하여 과산화수소 증기를 상온에서 분해하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 증기 분해 방법.
청구항 11
멸균 공정에 사용되는 과산화수소 증기 분해 촉매 제조 방법으로서,다공성 지지체로서 직경이 0.1 내지 50mm인 입상 활성탄 표면에 활성 금속 이온인 망간 이온을 도입하고,상기 금속 이온이 도입된 지지체를 200℃에서 열처리하여 지지체 표면에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계;를포함하는 것이며,상기 활성 금속 산화물은 산화 망간이며,상기 촉매와 과산화수소 증기는 상온의 온도 조건에서 반응하는 것을 특징으로 하는 과산화 수소 증기 분해 촉매 제조 방법.
청구항 12
제 11 항에 있어서,금속 전구체 용액에 다공성 지지체를 침지하고 이온 교환을 수행하는 단계;금속 전구체 용액이 코팅된 촉매를 여과하고, 건조하는 단계; 및촉매를 열처리하여 지지체에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화 수소증기 분해 촉매 제조 방법.
청구항 13
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청구항 14
제 11 항에 있어서,금속 이온 도입은 상온~1000℃의 온도, 1∼300bar의 압력, 0.1초∼24시간 반응조건에서 수행되는 것을 특징으로하는 과산화 수소 증기 분해 촉매 제조 방법.
청구항 15
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청구항 16

제 11 항에 있어서,다공성 지지체에 도입되는 금속 이온은 전체 촉매 중 0.1중량%∼70중량%인 것을 특징으로 하는 과산화 수소 증기 분해 촉매 제조 방법.
청구항 17
제 11 항에 있어서,금속 이온 도입은 회분식(batch) 또는 연속식(continuous)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 과산화 수소 증기분해 촉매 제조 방법.
청구항 18
제 12 항에 있어서,다공성 지지체는 금속 전구체 용액에서 교반하며 혼합되거나,다공성 지지체를 고정된 층 형태로 하고 금속 전구체 용액이 해당 다공성 지지체 층을 통과 또는 순환하는 것이거나,다공성 지지체 및 금속 전구체 혼합 용액을 관에서 유동하는 것을 특징으로 하는 과산화 수소 증기 분해 촉매제조 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 명세서는 과산화수소, 특히 과산화수소 증기를 물과 산소로 분해하는 촉매 [0001] 및 그 제조 방법, 상기 촉매를 이용한 과산화수소 분해 장치 및 방법에 관한 것이다.
배 경 기 술
[0002] 최근 의료기구, 각종 장비, 건물, 병원 등에서 필요한 멸균, 소독을 위한 방법 중, 과산화수소 증기(Hydrogenperoxide vapor, HPV)를 이용한 멸균방법은 각종 기기에 과산화수소가 증기의 형태로 전달되어 공간멸균과 함께기기 멸균이 가능하고, 멸균력이 우수하여 일반 소독제로 제거할 수 없는 미생물의 아포 수준까지 제거할 수 있으며, 멸균 후 잔존물이 물과 산소로 분해되어 안전하고 친환경적이서 널리 사용되고 있다.
[0003] 과산화수소 증기를 이용한 멸균공정은 크게 2가지로 구성되는데, 과산화수소 증기 멸균 공정과 과산화수소 분해공정으로 이루어져 있다. 이 중 과산화수소 분해 공정 시간이 전체 멸균 공정 시간의 50∼80%를 차지하기 때문에 전체 멸균 공정 속도를 느리게 하는 문제점이 있었다. 이에 기존 과산화수소 증기 분해 공정에 사용되고 있는 입상 활성탄 촉매 대비 고속으로 분해할 수 있는 고효율 촉매를 개발할 필요가 있다.
선행기술문헌
비특허문헌
[0004] (비특허문헌 0001) Journal of Hazardous Materials 168, 2009, 1140-1146
발명의 내용
해결하려는 과제
[0005] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일측면에서, 멸균 공정 등에 사용되는 과산화수소 증기(HPV)와 같은 과산화수소를 고속 고효율로 물과 산소로 분해할 수 있으며, 또한 압력 강하를 방지하여 안정적인 분해를 수행할 수있는 촉매, 이를 이용한 과산화수소 분해 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

[0006] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 일측면에서, 상기 촉매를 효과적으로 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
과제의 해결 수단
[0007] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 과산화수소 분해 촉매로서, 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 표면상에 형성된 활성 금속 산화물;을 포함하는 과산화수소 분해 촉매를 제공한다.
[0008] 예시적인 일 구현예에서, 활성 금속 산화물은 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 효과가 있는 것으로 알려진금속 산화물로, 알칼리 금속 예컨대 망간(Mn), 철(Fe), 루테늄(Ru) 등이 포함된 1종 이상의 금속 산화물일 수있다.

예시적인 일 구현예에서, 전체 촉매에 대한 활성 금속 산화물의 비율은 [0009] 0.01∼70중량% 범위이다.
[0010] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체는 촉매의 비표면적을 넓게 해주는 물질로서, 예컨대 활성탄, 제올라이트, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등의 다공성 물질일 수 있으며, 바람직하게는, 압력 강하 저감을위해 입상 활성탄을 사용할 수 있다.
[0011] 예시적인 일 구현예에서, 상기 촉매 형태는 입상 [또는, 비드(bead)], 섬유, 허니컴 중의 하나일 수 있다.
[0012] 예시적인 일 구현예에서, 입상 또는 비드인 경우, 직경이 0.1∼50mm 범위일 수 있다.
[0013] 예시적인 일 구현예에서, 촉매와 반응하는 과산화수소는 증기 및/또는 액상을 포함할 수 있으며, 상기 촉매와과산화수소는 상온(300K)의 온도 조건에서 반응할 수 있다.
[0014] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 또한, 상기 촉매를 포함하는 과산화수소 분해 장치를 제공한다.
[0015] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 또한, 과산화수소를 상기 촉매에 제공하여 과산화수소를 분해하는 과산화수소 분해 방법을 제공한다.
[0016] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다공성 지지체 표면에 활성 금속 이온을 도입하고, 상기 금속 이온이 도입된 지지체를 열처리하여 지지체 표면에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계;를 포함하는 과산화 수소 분해 촉매제조 방법을 제공한다.
[0017] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체와 금속 전구체 용액을 준비하고, 금속 전구체 용액에 다공성 지지체를침지하고 이온 교환을 수행하는 단계; 및 금속 전구체 용액이 코팅된 촉매를 여과하고, 건조하거나 또는 건조후 추가적으로 세척하는 단계; 촉매를 열처리하여 다공성 지지체에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계를 포함할수 있다.
[0018] 예시적인 일 구현예에서, 상기 활성 금속 이온은 알칼리 금속 예컨대 망간(Mn), 철(Fe), 루테늄(Ru) 이온으로이 중에서 적어도 1종의 금속 이온을 사용할 수 있다.
[0019] 예시적인 일 구현예에서, 이온 교환은 상온~1000℃ 바람직하게는 상온∼300℃의 온도 또는 상온~100℃, 1∼300bar의 압력, 0.1초∼24시간 반응조건에서 수행될 수 있다.
[0020] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체에 도입되는 금속 이온은, 전체 촉매 중 중량비 기준 0.1wt%∼70 wt %일수 있다.
[0021] 예시적인 일 구현예에서, 이온 교환은 회분식(batch) 또는 연속식(continuous)으로 실행될 수 있다.
[0022] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체는 금속 전구체 용액에서 교반하며 혼합되거나, 다공성 지지체를 고정된층 형태로 하고 금속 전구체 용액이 해당 다공성 지지체 층을 통과 또는 순환하는 것이거나, 다공성 지지체 및금속 전구체 용액의 혼합 용액을 관을 통해 유동할 수 있다. 여기서, 용액을 다공성 지지체에 반대방향으로 유동시키는 것도 가능하다.
[0023] 예시적인 일 구현예에서, 건조는 예컨대 100℃ 미만 또는 100℃에서 수행할 수 있다.
[0024] 예시적인 일 구현예에서, 상기 건조 후 다공성 지지체 내 함침된 금속의 중량비를 높이기 위해 코팅 과정을 2∼3회 이상 반복할 수 있다.
[0025] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체 표면에 활성 금속 물질을 형성시키기 위한 열처리(소성) 조건은 100∼1,000℃ 범위 바람직하게는 100~400℃ 범위, 더욱 바람직하게는 200~400℃, 더욱 바람직하게는 200℃ 또는 400℃, 가장 바람직하게는 200℃에서 열처리할 수 있으며, 열처리 시간은 30분∼5시간 동안 열처리할 수 있다.
발명의 효과
[0026] 본 발명의 예시적인 구현예들에 의한 과산화수소 분해용 표면 개질 촉매와 이를 이용한 과산화수소 분해 장치및 방법에 의하면, 다공성 지지체를 가지는 촉매 표면이 과산화수소 분해능을 보유한 활성 금속 물질로 개질됨에 따라, 과산화수소 특히 과산화수소 증기(HPV)가 물과 산소로 고속 고효율로 분해됨과 동시에 압력강하 방지를 통해 안정적인 분해 반응이 가능하다.
[0027] 또한, 본 발명의 예시적 구현예들에 의하면, 전술한 과산화수소 분해 촉매를 효과적으로 제조할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시예의 개질 촉매에서 지지체인 활성탄 표면에 활성 금속 [0028] 물질인 금속 산화물 코팅 여부를확인하기 위한 EDS 결과 및 SEM 사진을 나타낸 것으로서, 도 1a는 개질 전 활성탄의 EDS이고, 도 1b는 산화 망간이 형성된 후 즉, 개질 후의 촉매의 EDS 결과이다. 도 1c는 개질 전 활성탄의 SEM 사진이고, 도 1d는 산화 망간이 형성된 후 즉, 개질 후의 촉매의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 비교예에서 반응시간에 따른 과산화수소 증기 분해를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예에서 각 촉매 별 과산화수소 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
[0029] 용어 정의
[0030] 본 명세서에서, 활성 금속 물질 또는 활성 금속 산화물이란 과산화수소를 물과 산소로 분해할 수 있는 활성을나타내는 금속 물질 또는 금속 산화물을 의미한다.
[0031] 본 명세서에서 개질 촉매 또는 표면 개질이란 지지체의 표면에 활성 금속 산화물이 형성되는 것을 의미한다.
[0032] 본 명세서에서 지지체의 표면은 지지체의 외측 표면뿐만 아니라 지지체 내측의 표면도 포함하는 것이다. 즉, 예컨대 다공성 지지체의 경우 지지체 내측에 있는 기공의 표면도 포함하는 의미이다.
[0033] 본 명세서에서 압력 강하란 과산화수소 분해 반응을 위하여 과산화수소 증기가 촉매를 통과 시 압력이 떨어지는것을 의미한다. 과산화 수소 증기를 촉매와 접촉시킬 때, 압력강하가 일어나게 되면, 촉매 막힘 현상이 생겨서증기가 촉매층을 잘 통과하지 못하게 된다. 또한, 이에 따라 증기유속을 낮추어야 하기 때문에 과산화 수소 증기 처리 속도가 늦어지는 문제점이 발생한다.
[0034] 본 명세서에서 금속 전구체 용액이란 지지체에 금속 이온을 제공할 수 있는 용액을 의미한다.
[0035] 본 명세서에서 과산화수소 분해 장치란 과산화수소 분해 촉매를 포함하는 장치로서, 과산화수소 분해를 위한 반응기 등의 각종 디바이스 또는 물품을 의미한다.
[0036] 예시적인 구현예들의 설명
[0037] 이하, 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명하기로 한다.
[0038] 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다공성 지지체 표면에 활성 금속 이온을 도입하고, 상기 금속 이온이 도입된 지지체를 열처리하여 지지체 표면에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계;를 포함하는 과산화 수소 분해 촉매제조 방법을 제공한다.
[0039] 구체적으로, 예시적인 구현예들에서는 다공성 지지체와 금속전구체 용액을 준비하고, 금속 전구체 용액에 다공성 지지체를 침지시키는 단계; 및 금속 전구체 용액이 코팅된 촉매를 여과하고, 건조하거나, 또는 건조한 후 추가적으로 세척하는 단계; 얻어진 촉매를 열처리하여 다공성 지지체에 활성 금속 산화물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0040] 상술하면, 다공성 지지체에 활성 금속 이온 도입은 예컨대 함침(impregnation) 또는 코팅(coating)에 의해 수행될 수 있다.
[0041] 예를 들어, 활성 금속 이온 전구체를 적정 용매와 혼합하여 투명하고 균일한 용액을 얻는다.
[0042] 예시적인 일 구현예에서, 상기 활성 금속 이온은 알칼리 금속 예컨대 망간(Mn), 철(Fe), 루테늄(Ru) 이온으로이 중에서 적어도 1종의 금속 이온을 사용할 수 있고, 금속 전구체 용액은 상기 전구체를 1개 이상 포함하는 용액을 사용할 수 있다.
[0043] 얻어진 금속 전구체 용액을 입상 활성탄 또는 세라믹 볼 등과 같은 다공성 지지체에 혼합하고 상온 또는 고온에서 함침하여 이온 교환을 수행한다.
[0044] 예시적인 일 구현예에서, 효과적인 표면 개질 촉매를 합성하기 위해 다공성 지지체에 도입되는 금속 이온은, 이온교환에 의해, 전체 촉매 중 중량비 기준 0.1wt%∼70wt%를 차지할 수 있다. 촉매가 0.1 wt% 미만 일때는 촉매량이 너무 적어 처리 효율이 낮으며, 70wt% 초과 일 때는 지지체가 너무 적게 되어 압력강하가 생길 가능성이있다.
금속 전구체 용액은 0.1 중량%에서 용해도 한계까지, 바람직하게는 5에서 35% [0045] 농도의 용액을 함침을 위해 사용할 수 있다.
[0046] 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체는 활성탄, 제올라이트, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등을사용할 수 있고, 압력 강하 방지를 위하여 입상 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다.
[0047] 예시적인 일 구현예에서, 상기 촉매 형태는 입상[또는, 비드(bead)], 섬유, 허니컴 중의 하나일 수 있다.
[0048] 예시적인 일 구현예에서, 입상[또는, 비드(bead)]인 경우, 직경이 0.1∼50mm, 바람직하게는 1~5mm 범위일 수 있다. 직경이 0.1mm 미만일 때는 촉매층이 너무 촘촘해서 압력강하가 증가하고, 증기가 촉매층을 잘 통과하지 못하는 막힘 현상이 일어날 수 있다. 직경이 50mm 초과 일때는 지지체 부피가 너무 많고 지지체 위에 코팅된 촉매량이 상대적으로 적어 처리 효율이 낮아질 수 있다.
[0049] 예시적인 일 구현예에서, 아울러, 압력 강하 측면에서 다공성 지지체 입자 크기는 0.1∼50mm인 것이 바람직하며특히, 구형의 형태를 가지고 직경이 1∼5mm인 것이 바람직하다.
[0050] 다공성 지지체의 입자 직경이 지나치게 작으면 촉매 반응시 압력강하(pressure drop, P)가 커지고, 입자 직경이지나치게 크면 활성 금속 산화물 촉매량이 줄어들게 된다.
[0051] 예시적인 일 구현예에서, 이온 교환은 상온~1000℃ 바람직하게는 상온∼300℃ 또는 상온~100℃의 온도, 1∼300bar의 압력, 0.1초∼24시간 반응조건에서 수행될 수 있다. 온도, 압력, 반응시간은 지나치게 높거나 길면 운전비용이 증가하게 되므로 비용 대비 이온교환 효과를 고려하여 상기 범위 내에서 적절한 조건을 정하도록한다.
[0052] 높은 온도에서 반응은 금속염의 운동성을 향상, 활성탄 등의 다공성 지지체의 깊은 세공까지 도달시켜 높은 담지 효율을 제공할 수 있다.
[0053] 예시적인 일 구현예에서, 이온 교환은 회분식(batch) 또는 연속식(continuous)으로 실행될 수 있다. 다공성 지지체는 금속 전구체 용액에 교반되어 혼합될 수 있다. 그러나, 다공성 지지체를 고정된 층 형태로, 예를 들면,관형 반응기에 배열하고, 금속 전구체 용액을 액체 상에서 또는 천천히 흐르는 방식(trickle mode)으로 다공성지지체에 대해 펌핑하고, 금속 전구체 용액을 순환시키거나 직선으로 통과시켜 수행하는 것도 가능하다.
[0054] 또는, 다른 예시적인 일 구현예에서, 다공성 지지체 및 금속 전구체 용액을 관을 통해 유동될 수 있는데, 용액을 다공성 지지체에 반대방향으로 유동시키는 것도 가능하다. 이온교환은 하나 이상의 필터(filter) 반응기에서수행되고 하류 필터의 용액은 이전 필터 반응기에 재순환될 수 있다. 또한, 함침은 하나 이상의 교반된 탱크 또는 하나 이상의 유동 관 및 하나 이상의 필터 반응기의 조합으로 연속적으로 및 반대 방향으로 수행될 수 있다.
[0055] 다음으로, 표면 개질된 촉매를 여과 또는 원심분리 후 건조 및 세척, 그리고, 열처리 예컨대 공기 분위기하에서열처리하여 다공성 지지체가 표면 개질된 형태의 최종 촉매를 얻을 수 있다. 이러한 열처리에 의하여 금속 이온은 고온 산화 반응을 거쳐 활성 금속 산화물이 된다.
[0056] 구체적으로, 금속 전구체 용액이 코팅된 다공성 지지체는 여과 또는 원심분리를 통해 금속 산화물 코팅 다공성지지체를 용액으로부터 분리할 수 있다.
[0057] 예시적인 일 구현예에서, 건조는 예컨대 100℃ 미만 또는 100℃에서 수행할 수 있다. 물이 건조되지 않은 상태에서 100℃ 이상 높은 온도에서 바로 열 처리시 물이 존재하는 상태에서 촉매 성분이 타서 촉매의 기능이 저하 수 있다.
[0058] 예시적인 일 구현예에서, 건조 및 열처리를 100℃에서 수행할 수 있다. 또는 건조를 100℃ 미만 또는 100℃에서수행하고, 열처리를 예컨대 200℃와 같이 더 높은 온도에서 수행할 수 있다.
[0059] 예시적인 일 구현예에서, 상기 건조 후 다공성 지지체 내 함침된 금속의 양을 측정하기 위해 EDS, XRF, XRD,ICP 중 1개를 사용할 수 있으며, 중량비를 높이기 위해 코팅 과정을 2∼3회 이상 반복할 수 있다. 또한, 다공성지지체에 부착된 금속 이외의 염을 제거하기 위해, 예컨대 1∼5회 물로 세척될 수 있다. 물의 양은 다공성 지지체 1g당 물 1∼1,000g 사용할 수 있다.
[0060] 예시적인 일 구현예에서, 열처리(소성) 조건은 100∼1,000℃ 범위 바람직하게는 100~400℃ 범위에서 열처리할수 있으며, 더욱 바람직하게는 200~400℃, 더욱 바람직하게는 200℃ 또는 400℃, 가장 바람직하게는 200℃에서열처리 할 수 있다. 열처리 시간은 30분∼5시간 동안 열처리할 수 있다.
열처리 온도가 지나치게 낮은 경우 예컨대 100℃ 미만의 경우 열처리가 되지 [0061] 않을 수 있고, 지나치게 높은 경우예컨대 1000℃ 초과의 경우 지나치게 고온이라 촉매 성분이 손상될 수 있다.
[0062] 이상의 본 발명의 예시적인 구현예들에 의하여, 과산화수소 증기 분해용 개질 촉매로서, 다공성 지지체 및 상기다공성 지지체 표면상에 형성된 활성 금속 산화물을 포함하는 과산화수소 증기 분해용 촉매가 얻어질 수 있다.
[0063] 예시적인 일 구현예에서, 활성 금속 산화물은 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 것으로서, 예컨대 망간(Mn),철(Fe), 루테늄(Ru) 등이 포함된 1종 이상의 금속산화물일 수 있다.
[0064] 예시적인 일 구현예에서, 상기 촉매와 반응하는 과산화수소는 증기 및/또는 액상을 포함할 수 있다. 상기 촉매와 과산화수소는 예컨대 상온(300K)에서 반응할 수 있다.
[0065] 한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 또한, 상기 촉매를 포함하는 과산화수소 증기 분해 장치와, 과산화수소 증기를 상기 촉매에 제공하여 과산화수소 증기를 분해하는 과산화수소 증기 분해 방법을 제공한다.
[0066] 이하, 본 발명의 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게하고자 하는 것임이 이해될 것이다.
[0067] [실시예 및 비교예]
[0068] 30메쉬 입상 활성탄 5g, 50mL 증류수, 0.01mol Mn(NO3)2·6H2O를 300rpm으로 교반하면서 6시간동안 상온에서 반응시켰다.
[0069] 0.13M KMnO4 용액 50mL을 첨가하여 용액의 색깔이 어두운 갈색(dark brown)으로 변색되면 상등액을 버린 후 증류수로 3∼4회 세척하였다. 망간산화물(MnO)이 코팅된 활성탄을 100℃에서 건조하였다.
[0070] 망간 산화물이 코팅되지 않은 활성탄(비교예 1, GAC로 표시), 상기 건조된 망간 산화물 코팅 활성탄(실시예 1,MnO/GAC 100으로 표시 - MnO/GAC 100은 100℃ 에서 건조 및 열처리를 수행한 샘플이다), 상기 건조된 망간 산화물 코팅 활성탄을 각각 200, 300, 400℃ 열처리한 실시예들을 준비하였다(이를 각각 MnO/GAC 200, MnO/GAC300, MnO/GAC 400)으로 표시하였다.
[0071] 한편, 상용 Bioquel 장비에서 사용되는 2가지 촉매(Recycle용, Vent용) 역시 비교예 2, 3으로 준비하였다(각각Bioquel-Recycle, Bioquel-Vent로 표시).
[0072] 도 1은 본 발명의 실시예 1의 개질 촉매에서 지지체인 활성탄 표면에 활성 금속 물질인 금속 산화물 코팅 여부를 확인하기 위한 EDS 결과 및 SEM 사진을 나타낸 것으로서, 도 1a는 개질 전 활성탄(비교예 1, GAC)의EDS이고, 도 1b는 망간 산화물이 형성된 후 즉, 개질 후의 촉매(실시예 1, MnO/GAC 100)의 EDS 결과이다. 도 1a및 1b에서 확인할 수 있듯이, 비교예 1의 경우는 C(탄소) 100%인데(도 1a), 망간 산화물이 형성된 실시예 1(MnO/GAC 100)의 경우 C(탄소)가 81.32%이고, O(산소)가 9.85%이며, Mn(망간)이 7.84%이다(도 1b). 이로부터알 수 있듯이, 전체 촉매 중 금속 산화물은 17중량% 를 차지한다.
[0073] 한편, 도 1c는 개질 전 활성탄의 SEM 사진이고, 도 1d는 산화 망간이 형성된 후 즉, 개질 후의 촉매의 SEM 사진이다.
[0074] 과산화수소 증기 (HPV) 분해 실험
[0075] 20% H2O2 수용액 200mL을 초음파분무기에 연결된 1L 분무통에 넣고, mass flow controller (MFC)로 공기130mL/min로 일정하게 캐리어 가스를 흘려주어 과산화수소 증기 농도 100 ppm이 되도록 하였다.
[0076] 과산화수소 증기는 U자 반응기에 촉매 0.1g을 충진한 뒤 과산화수소 센서를 연결하여 농도를 실시간분석하였다.
[0077] 도 2는 본 발명의 실시예와 비교예에서 반응시간에 따른 과산화수소 증기 분해를 비교한 그래프이고, 도 3은 본발명의 실시예와 비교예에서 각 촉매 별 과산화수소 제거 효율을 나타내는 그래프이다.