Abstract
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.
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.
