초록
이산화황의 산화반응을 10 mol % $Ni-doped\;{\alpha}-Fe_2O_3$를 촉매로 하여 반응온도 범위 $320{\sim}440{\circ}C$에서 여러 산소 및 이산화황의 부분압으로서 반응속도를 측정하였다. 위 온도 영역에서 $SO_2$ 산화반응의 활성화에너지 값은 13.8 $kcal{\cdot}mol^{-1}$로서 얻어졌다. 반응속도 데이타는 산소에 대해서 0.5차, 이산화황에 대해서는 1차로서 전반응차수는 1.5차를 나타내었다. 이산화황과 산소를 여러 압력으로서 도입하여 전기전도도를 측정하였다. 반응속도 데이타와 전기전도도 데이타로 부터 반응기체들의 산화물계상에서 흡착메카니즘을 제안하였고, 촉매상에서 $SO_2$의 산화반응 메카니즘을 제안하였다. 산소와 이산화황은 이온상태로서 흡착하며, 산소는 니켈 dope로 인해 형성된 산소공위에 이산화황은 격자 산소에 흡착하였다. 반응속도 데이타와 전기전도도 데이타로부터 이산화황의 산화반응속도를 결정짓는 단계는 이산화황이 격자산소에 흡착하는 과정임을 알았다.
The catalytic oxidation of $SO_2$ has been investigated in the presence of vacuum-activated 10 mol % Ni-doped ${\alpha}-Fe_2O_3$ under various partial pressures of $SO_2\;and\;O_2$ at temperatures from 320 to $440{\circ}C$. Over the temperature range $320{\sim}440{\circ}C$, the activation energy is 13.8 $kcal{\cdot}mol^{-1}$. The oxidation rates have been correlated with 1.5 order kinetics; first order with respect to $SO_2$ and 0.5 order with respect to $O_2$. From the kinetic data and conductivity measurements, the adsorption, oxidation mechanism of $SO_2$ and the defect structure of vacuum-activated 10 mol % Ni-doped {\alpha}-Fe_2O_3$ are suggested. $O_2\;and\;SO_2$ appear to be adsorbed essentially as ionic species. Two surface sites, probably an $O^{2-}$ lattice and an oxygen vacancy which is induced by Ni-doping, might be required to adsorb $SO_2\;and\;O_2$. The conductivity measurements and kinetic data indicate that the adsorption process of $SO_2\;{(SO_2+O^{2-}}_{(latt)}{\rightleftharpoons}{{SO_3}^-}_{(ads)}+e')$ is the rate-determining step.
