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이신근,김한성,이은한,김태우,변세기,서두원,황효정,백주은,정의순 한국청정기술학회 2023 청정기술 Vol.29 No.2
Direct catalytic decomposition is a promising method for controlling the emission of nitrous oxide (N2O) from the semiconductor and display industries. In this study, a γ-Al2O3 catalyst was developed to reduce N2O emissions by a catalytic decomposition reaction. The γ-Al2O3 catalyst was prepared by an extrusion method using boehmite powder, and a N2O decomposition test was performed using a catalyst reactor that was approximately 25.4 mm (1 in) in diameter packed with approximately 5 mm of catalysts. The N2O decomposition tests were carried out with approximately 1% N2O at 550 to 750 ℃, an ambient pressure, and a GHSV=1800-2000 h-1. To confirm the N2O decomposition properties and the effect of O2 and steam on the N2O decomposition, nitrogen, air, and air and steam were used as atmospheric gases. The catalytic decomposition tests showed that the 1% N2O had almost completely disappeared at 700 ℃ in an N2 atmosphere. However, air and steam decreased the conversion rate drastically. The long term stability test carried out under an N2 atmosphere at 700 ℃ for 350 h showed that the N2O conversion rate remained very stable, confirming no catalytic activity changes. From the results of the N2O decomposition tests and long-term stability test, it is expected that the prepared γ-Al2O3 catalyst can be used to reduce N2O emissions from several industries including the semiconductor, display, and nitric acid manufacturing industry. 직접촉매분해기술은 반도체 및 디스플레이 산업에서 아산화질소(N2O)의 배출을 완화할 수 있는 유망한 기술이다. 본 연구는7대 온실가스 중에 하나인 N2O 직접촉매분해를 위한 γ-Al2O3 촉매에 관한 것이다. 실험에 사용한 γ-Al2O3 촉매는 뵘석 분말을사용하여 압출 성형하여 제조하였으며, 반응은 직경 약 5 mm 크기로 분쇄한 촉매를 직경 25.4 mm (1인치) 반응기를 사용하여수행하였다. N2O 농도는 약 1%가 되도록 공급하였으며, 온도는 550-750 ℃, 압력은 상압, GHSV는 1800-2000 h-1에서 촉매반응 특성을 확인하였다. 분위기 가스로는 질소, 공기 그리고 공기+수분을 공급하여 N2O 분해 특성과 산소의 영향 및 스팀의 영향을 확인하였다. 촉매 내구성은 N2 분위기에서 수행하였는데, 700 ℃에서 350 시간 동안 연속 운전을 통해 확인하였다. 실험결과 불활성 분위기(N2)일 경우 700 ℃에서 N2O 분해율이 100%에 가까운 수준까지 도달함을 확인하였고, 공기와 수분을 공급할 경우 분해율이 낮아짐을 확인하였다. 내구성 실험 결과 350 시간동안 촉매성능저하는 없었다. 따라서 뵘석 분말로 제조한 γ-Al2O3 촉매는 N2O 분해 특성에 우수할 뿐만 아니라 내구성 또한 우수하여 전자 산업을 비롯하여 질산제조공정 등 산소와수분이 존재하는 경우에도 적용 가능할 것으로 기대한다.