요약
본 발명은 화학 산업의 지속 가능성과 환경 친화성을 높이기 위한 새로운 코발트 실리케이트 촉매 합성 기술에 관한 것입니다. 이 기술은 MWW 제올라이트 구조에 코발트를 첨가하여 다기능 촉매를 생성하며, 수열처리를 통한 메탈 치환과 2차원 구조 형성을 통해 촉매의 활성 부위를 최적화합니다. 실험 결과, Co-DML-x 촉매는 NH3-SCO 반응에서 높은 전환율과 선택적 산화 반응을 선호하는 특성을 보이며, 루이스 산도를 유지하면서도 활성화 에너지를 낮추어 반응성을 향상시킵니다. 이 혁신적인 합성 방법은 화학 공정의 효율성을 크게 증가시키고, 온실가스 배출을 줄이며, 에너지 전환 과정에 기여할 것으로 기대됩니다. Co-DML-160 촉매의 우수한 성능은 암모니아 산화 공정의 촉매 효율성을 향상시키는 새로운 접근 방식을 제공하며, 촉매 성능 최적화를 위한 방법론을 제시합니다.
기본 정보
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특허명: 수열 처리를 이용한 암모니아 산화용 코발트 실리케이트 촉매 제조
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대표 발명자: 박민범 교수
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출원번호: 10-2023-0148575
발명의 배경 및 필요성
촉매 기술의 중요성
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촉매는 화학 반응 속도를 증가시키며, 산업 전반에 걸쳐 필수적인 역할을 함
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촉매의 활성 부위는 반응 활성을 담당하며, 그 형태와 화학적 환경이 촉매 성능에 결정적인 영향을 미침
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에너지 소비 감소와 폐기물 최소화를 가능하게 하여, 화학 산업에서 매우 중요하며, 대부분의 화학 제품 제조에 사용됨
다기능 촉매 개발의 필요성
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다기능 촉매 개발에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이는 여러 반응 단계를 동시에 또는 순차적으로 수행할 수 있는 활성 부위를 필요로 함
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MWW 프레임워크에 코발트를 첨가하여 안정성과 높은 표면적을 가진 제올라이트의 촉매 특성을 강화함
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이러한 통합은 특정 반응에 대해 선택적이고 활성적인 촉매를 생성하고, 화학 공정의 지속 가능성을 높이며, 환경 보호와 에너지 전환에 기여함
구현방법
촉매 제조의 원리
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코발트 실리케이트 촉매는 촉매 반응을 통해 화학 반응을 촉진하며, 메탈로실리케이트의 독특한 산성 특성을 활용해 다양한 반응을 가속화함
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이 촉매는 보로실리케이트 MWW 제올라이트 전구체를 코발트 질산 용액에 용해시킨 후 수열처리하여 제조됨
촉매 합성 방법
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보로실리케이트 MWW 제올라이트 전구체를 코발트 질산 용액에 용해시키고 수열처리를 통해 촉매를 합성함
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수열처리 온도를 조절해 코발트 함량을 증가시키고, 구조를 2차원으로 변환시키며, 루이스 산도를 유지함
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합성된 촉매는 탈수 및 건조, 소성 과정을 거쳐 최종적으로 완성됨
촉매의 성능 및 장점
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보로실리케이트는 메탈 치환을 용이하게 하여 수열처리 온도가 높을수록 제올라이트 구조 내 메탈 함량이 증가함
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코발트 실리케이트 촉매는 NH3-SCO 반응에서 우수한 성능을 나타내며, 처리 온도에 따라 구조 및 특성이 변화하여 높은 온도에서 더 좋은 성능을 보임
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루이스 산성 부위가 풍부하여 암모니아와 강한 상호작용을 하고, 선택적으로 질소(N2)를 생산하는 반응을 선호함
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활성화 에너지가 낮아 반응성이 높음
활용 방안 및 기대효과
발명의 적용 가능성
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본 발명은 새로운 유형의 촉매 생성 방법을 제공하여 환경 친화적 공정의 효율성을 향상시키고, 온실가스 배출 감소 및 수소 생산을 촉진함
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특정 반응에 최적화된 촉매를 맞춤 설계할 수 있는 가능성을 열어줌
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친환경 화학 공정과 에너지 생산에 중요한 역할을 할 수 있는 촉매 개발에 기여함
기대효과의 구체화
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코발트 규산염의 수열 합성과 금속 치환을 통해 새로운 이기능 촉매 개발에 진전을 이루고, 촉매의 구조와 화학적 특성 변화에 대한 이해를 돕는 기초를 마련함
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Co-DML-x 촉매는 구조 변화와 코발트 함량 증가, 높은 수열 처리 온도를 통해 친환경적 화학 반응을 촉진하는 중요한 특성을 가짐
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Co-DML-160 촉매는 암모니아의 선택적 산화 반응(NH3-SCO)에서 뛰어난 성능을 보이며, 이차원 구조로 인해 활성 부위의 노출과 생성물의 확산을 돕는 등 암모니아 전환율을 증가시킴
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본 발명은 암모니아 산화 공정에 필요한 촉매의 효율성을 향상시키는 새로운 접근 방식을 제공하고, 촉매 성능 최적화 방법을 제안함
기술 SWOT 분석
Strengths
고성능 촉매 기술
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코발트 실리케이트 촉매는 화학 반응을 촉진하고 다양한 반응을 가속화하는 뛰어난 성능을 보입니다.
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촉매의 활성 부위가 반응 활성을 담당하여 촉매 성능에 결정적인 영향을 미칩니다.
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에너지 소비 감소와 폐기물 최소화를 가능하게 하여 화학 산업에서 중요한 역할을 합니다.
특화된 촉매 구조
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수열처리 온도 조절을 통해 코발트 함량을 증가시키고, 구조를 2차원으로 변환시켜 루이스 산도를 유지합니다.
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루이스 산성 부위가 풍부하여 암모니아와 강한 상호작용을 하고, 선택적으로 질소(N2)를 생산하는 반응을 선호합니다.
Weaknesses
제조 과정의 복잡성
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코발트 실리케이트 촉매의 제조는 복잡한 수열처리 과정을 요구하며, 정밀한 온도 조절이 필요합니다.
촉매의 특수성
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특정 화학 반응에 최적화된 촉매로서, 다른 반응에는 적용이 제한적일 수 있습니다.
Opportunities
환경 친화적 공정 개선
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본 발명은 환경 친화적 공정의 효율성을 향상시키고, 온실가스 배출 감소 및 수소 생산을 촉진할 수 있는 기회를 제공합니다.
촉매 기술의 발전
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다기능 촉매 개발에 대한 수요 증가로 인해 새로운 유형의 촉매 생성 방법에 대한 연구와 개발이 활발해질 것입니다.
Threats
경쟁 촉매 기술의 발전
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다른 촉매 기술의 발전으로 인해 본 발명의 촉매가 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
시장의 변화와 수요
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화학 산업의 변화와 촉매에 대한 수요 변동이 본 발명의 촉매 시장성에 영향을 미칠 수 있습니다.
Summary
총괄
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본 발명의 촉매 기술은 화학 반응의 촉진과 환경 친화적 공정 개선에 큰 장점을 가지고 있습니다.
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제조 과정의 복잡성과 특정 반응에의 특수성은 개선해야 할 부분입니다.
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환경 친화적 공정 개선과 촉매 기술의 발전은 향후 기회로 작용할 수 있습니다.
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경쟁 촉매 기술의 발전과 시장의 변화는 주요 위협 요소로 고려됩니다.
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