Copper oxide is a multi-functional material being used in various research areas including catalysis, electrochemical materials, oxidizing agents etc. Among these areas, we have synthesized and utilized graphene based copper oxide nanocomposites (CuOx/Graphene) for the catalytic applications (C-N cross coupling reaction). Briefly, Cu precursors were anchored on the graphite oxide(GO) sheets being exfoliated and oxidized from graphite powder. Two different crystalline structures of Cu2O and CuO on graphene and GO were prepared by annealing them in Ar and O2 environments, respectively. The morphological and electronic structures were systemically investigated using FT-IR, XRD, XPS, XAFS, and TEM. Here, we demonstrate that the catalytic performance was found to depend on oxidative states and morphological structures of CuOx graphene nanocomposites. The relationship between the structure of copper oxides and catalytic efficiency toward C-N cross coupling reaction will be discussed.
본 연구에서는 중형 기공성 실리카 담체인 MCM-41과 SBA-15를 활용하여 팔라듐과 구리를 담지한 후, 제조 촉매의 수중 질산성 질소 저감 반응 활성을 평가하였다. 순수 수소 공급 반응 조건에서, 질산성 질소의 농도는 반응 시간에 따라 점차 저감되었지만, 반응기 내부에 높게 형성된 pH로 인해 질소의 선택도가 매우 낮은 문제점이 발견되었다. 이를 해결하기 위해 이산화탄소를 수소와 함께 공급하여 pH의 안정화를 도모하였고, 질소 선택도를 40% 가량 증가시켰다. 상기 두 반응 조건에서 모두 Pd-Cu/MCM-41가 Pd-Cu/SBA-15보다 높은 활성을 나타냈다. 이와 같이 수중 질산성 질소 저감 반응의 활성에 차이를 보이는 두 촉매에 대하여, 질소 흡-탈착, XRD, $H_2$-TPR, XPS 등과 같은 특성 분석을 수행하여 제조 촉매의 구조와 물성이 반응활성에 미치는 영향을 검토해보았다.
Catalytic combustion of acetaldehyde has been investigated as a representative of unpleasant odor by its reaction with metal-phthalocyanines(PC). The experiment was conducted at the reaction temperature of 200~41$0^{\circ}C$ and the concentratio of acetaldehyde in air at the range of 0.07~0.94 mole% The pretreated metal-PC has been characterized by UV-VIS and XRD analysis. According to this study catalytic activity of metal -PC was improved by air pretreatment at 45$0^{\circ}C$ for 1hr. Under this pretreatment condition Co-PC and Cu($\alpha$)-PC were destroyed and new metal oxides were formed such as Co3O4 and CuO respectively. However Zn-PC retained its basic structure even afte air pretreatment. The order of catalytic activity on acetaldehyde combustion was summarized as follows : Zn-PC$\alpha$)-PC. It was found that the complete combustin of acetaldehyde with Cu($\alpha$)-PC was accomplished at its concentrations below 0.2mole% (32$0^{\circ}C$) and 0.6 mole%(35$0^{\circ}C$) in air.
The catalytic oxidation of volatile organic compounds (methanol. acetaldehyde) has been characterized using the copper phthalocyanine catalyst in a fixed bed flow reactor under atmospheric pressure. The catalytic activity for pretreatment conditions was examined by this reaction system. The catalytic activity was ordered as follows: metal free-PC<Cu ($\alpha$)-PC<Cu ($\beta$)-PC The formaldehyde, carbon monoxide as a partial oxidation product of methanol and acetaldehyde over Cu ($\alpha$)-PC catalyst were detected and the conversions of methanol and acetaldehyde were accomplished above 95% over Cu ($\alpha$) -PC, Cu ($\beta$) - PC catalyst at 35$0^{\circ}C$. The pretreated metal free -PC, Cu($\alpha$)-PC, Cu($\beta$)-PC catalysts have been characterised by TGA, EA and XRD analysis. The catalytic activity pretreated with air and $CH_3$OH mixture (P-4) or air only (P-5) was very excellent. XRD and EA results showed that Cu($\alpha$)-PC, Cu($\beta$)-PC were destroyed an(1 new metal oxide such as CuO were formed.
In this study, the novel concept catalytic reactor was designed for water-gas shift reaction (WGS) under high pressure. The novel concept catalytic reactor was composed of an autoclave, the catalyst, and liquid water. Cu-ZnO/$Al_2O_3$ as the low temperature shift catalyst was used for WGS reaction. WGS in the novel concept catalytic reactor was carried out at the ranges of 150~$250^{\circ}C$ and 30~50 atm. The liquid water was filled at the bottom of the autoclave catalytic reactor and the catalyst of pellet type was located at the gas-liquid water interface. It was concluded that WGS reaction occurred over the surface of catalysts partially wetted with liquid water. The conversion of CO for WGS was also controlled with changing content of Cu and ZnO used as the catalytic active components. Meanwhile, the catalyst of honey comb type coated with Cu-ZnO/$Al_2O_3$ was used in order to increase the contact area between wet-surface of catalyst and the reactants of gas phase. It was confirmed from these experiments that $H_2$/CO ratio of the simulated coal gas increased from 0.5 to 0.8 by WGS at gas-liquid water interface over the wet surface of honey comb type catalyst at $250^{\circ}C$ and 50 atm.
Graphene has attracted an increasing attention due to its extraordinary electronic, mechanical, and thermal properties. Especially, the two dimensional (2D) sheet of graphene with an extremely high surface to volume ratio has a great potential in the preparation of multifunctional nanomaterials, as 2D supports to host metal nanoparticles (NPs). Copper oxide is widely used in various areas as antifouling paint, p-type semiconductor, dry cell batteries, and catalysts. Although the copper oxide(II) has been well known for efficient catalyst in C-N cross-coupling reaction, copper oxide(I) has not been highlighted. In this research, CuO and Cu2O nanoparticles (NPs) dispersed on the surface of grapehene oxide (GO) have been synthesized by impregnation method and their morphological and electronic structures have been systemically investigated using TEM, XRD, and XAFS. We demonstrate that both CuO and Cu2O on graphene presents efficient catalytic performance toward C-N cross coupling reaction. The detailed structural difference between CuO and Cu2O NPs and their effect on catalytic performance are discussed.
본 연구에서는 Fischer-Tropsch 반응에서 Fe계 촉매의 환원조건과 Cu, K의 첨가에 대한 영향을 연속흐름 반응기를 통하여 살펴보았다. 반응을 위해 촉매는 균일상 침전에 의한 초기 습식함침법으로 제조하였으며 XRD, TPR, SEM 등의 기기를 통해 $Al_2O_3$에 담지 된 Fe 촉매에 대한 물리화학적 특성을 분석하였다. 216 h의 장시간 반응운전을 통해 Fe/Cu/K 촉매의 활성과 안정성에 대하여 조사하였다. $H_2$와 CO의 혼합물로 촉매를 환원시키면 촉매의 활성이 향상되었는데, 이는 촉매의 표면에 iron carbides가 형성되기 때문인 것으로 XRD 분석을 통해 확인되었다. 촉매에 Cu가 첨가되면 촉매의 환원성 향상으로 인하여 반응이 빠르게 안정되어 정상상태에 일찍 도달하였다. K를 첨가하게 되면 CO의 전화율은 향상되지만 함량을 5%까지 올리면 촉매의 물리적 안정성이 감소되었다. Fe/Cu (5%)/K (1%) 촉매로 Fischer-Tropsch 반응을 수행한 결과 120 h 이후에 약 15% 정도 CO의 전화율이 감소되었으나 장기간 안정된 반응을 수행할 수 있었다.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제4권4호
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pp.201-208
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2000
The reduction of NO by hydrocarbons was investigated over Cu/Al$_2$O$_3$catalysts using a stainless steel flow reactor under highly oxidising diesel exhaust conditions(up to 15%). Three different Cu loadings(1,5 and 10wt.%) on an $Al_2$O$_3$support were prepared and characterized using spectroscopic techniques. The catalytic activity tests show that different Cu loadings as well as temperature, oxygen, and hydrocarbon concentration levels significantly influence the NO reduction. Increasing Cu loadings up to 5 and 10wt.% decreases the catalytic activities for NO reduction due to the formation of a bulk crystalline CuO phase, as observed from XRD and SEM images. In particular, the visualization of the copper dispersion on the surface using the SEM-BEI technique provides information on the extent of copper saturation, particle size, and the effects on NO reduction. However, the lower Cu loading(1 wt.%) increases the catalytic activity with a temperature window of 720-810K, thereby favoring the formation of well dispersed isolated Cu species, e.g. Cu(sup)2+ ions, which is related to selective NO reduction. The effects of other reaction parameters, such as oxygen, the hydrocarbon level and type, and byproduct emissions are further discussed.
본 연구에서는 LPG (liqufied petroleum gas)를 환원제로 사용하여 질소산화물을 제거하는 SCR (selective catalytic reduction) 반응을 수행하였다. 질소산화물을 제거하기 위하여 HZSM-5 담체위에 Cu와 Fe를 함량을 달리하여 함침 시켜 촉매를 제조하였다. 질소산화물 전환율을 촉매의 종류와 촉매함량, 반응온도를 중심으로 연구하였다. 촉매는 $500^{\circ}C$에서 공기흐름 분위기에서 3 h 동안 소성시켜 제조하였다. Cu는 1~4 wt%, Fe는 0.5~2 wt%가 되게 Si/Al 비가 80인 HZSM-5에 함침 시켰다. 반응실험 결과에 따르면 Cu가 HZSM-5 담체에 3 wt% 담지된 촉매의 전환율이 가장 높았다. 촉매의 특성화를 위하여 XRD, XPS, TPR 분석을 하였다.
여러 가지 금속이온이 치환된 제올라이트에서 벤젠의 촉매연소 반응에 대해 연구하였다. 사용한 제올라이트 중 Y(4.8)형 제올라이트가 가장 높은 활성을 보여주었고, Y(4.8)형 제올라이트에 치환된 금속 이온 중 구리이온이 가장 높은 활성을 보여주었다. 촉매의 활성은 산소 TPD에 의해 얻어진 흡착산소의 양에 비례하였다. Cu/Y(4.8) 촉매에서 Cu 이온의 농도가 커질수록 반응활성이 증가하였다. 벤젠의 연소반응의 전환율은 반응물 중 벤젠의 농도보다는 산소 농도의 영향을 많이 받았다. 또한, 반응물에 첨가된 물은 촉매 활성을 감소시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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