전이금속-Zeolite Y 촉매에서의 n-Butane 및 1-Butene의 반응

Reactions of n-Butane and 1-Butene on Transition-Metal-Zeolite Y Catalysts

Zeolite Y를 합성하여 Co, Ni 및 Pd 이온으로 이온교환하고 수소기류중에서 환원함으로서 전이금속-Zeolite Y 촉매를 얻었다. 이들 Co-, Ni-, Pd-Y와 La-이온교환한 Y(LaY) 촉매에서의 1-butene 및 n-butane의 분해반응을 micro-catalytic pulse 방법으로 연구하였다. 1-Butene 분해반응에 있어서는 Ni-, Co-, Pd-Y 및 LaY 모두 높은 활성을 보여주었고 1-butene 분해반응에 대한 활성은 촉매상의 금속성분과는 큰 관계없이 산성 성분만이 주로 관련되고 있는것 같다. LaY에서는 $400^{\circ}C$에서 n-butane 분해반응에 대한 활성을 나타내지 않았으나 소량의 1-butene을 가함으로써 분해반응이 촉진되었다. Ni- 및 Pd-zeolite Y에서는 n-butane의 분해반응이 현저하게 일어났다. 분해반응에 대해서는 수소에 의한 환원온도가 높고 또 금속성분 함량이 많은 것이 활성이 높았다. n-butane 분해반응에 있어서는 금속성분에서의 butene으로의 탈수소반응이 첫 단계인 것으로 본다. Ni-Y에서는 1-butene과 수소 혼합반응물 및 n-butane의 분해생성물이 모두다 C_1$뿐이었다. n-butane은 Ni-Y에서는 butene으로 탈수소되고 이어서 C_1$으로 hydrocracking 되는 반응과정을 밟고 있다고 본다.

Transition-metal-loaded zeolite Y catalysts were prepared from LaY by exchanging with cobalt, nickel and palladium ions, followed by reduction in a hydrogen stream. The reactions of 1-butene and n-butane were studied on Co-, Ni-and Pd-loaded Y as well as La-exchanged Y using micro-catalytic pulse technique. For 1-butene reaction Ni-, Co-, Pd-loaded Y and La-exchanged Y all showed high activity suggesting that the acidic component, not the metallic component, was primarily responsible for the activity. For n-butane reaction on La-exchanged Y, the addition of 1-butene enhanced the activity. Significant cracking conversion of n-butane was observed for Ni-and Pd-loaded Y. Activity was higher on samples reduced at higher temperature and of higher metal content. It seems that the dehydrogenation to butenes at metallic sites is the primary step in the n-butane cracking reaction. On Ni-Y the cracking product was C_1$ both from the mixture of 1-butane and hydrogen and from n-butane. It may be that on Ni-Y, n-butane is dehydrogenated to butenes and subsequently hydro-cracked to C_1$.