• 공업화학
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• 제30권6호
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• pp.757-761
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• 2019

고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 M(1)-Ni(5)/AlCeO₃ (M = La, Ce, Y) 촉매상에서 메탄의 부분 산화 반응을 수행하여 수소의 수율을 조사하였다. XRD 분석으로 반응 전과 반응 후의 환원된 La(1)-Ni(5)/AlCeO₃ 촉매의 결정상 특성피크를 조사하였고 FESEM과 EDS 분석으로 La, Ni, Ce 금속 입자가 촉매 표면상에 균일하게 분포하고 있음을 조사하였다. XPS 분석으로 촉매 표면상에 O^2-, O₂^2-의 산소와 Ce³⁺, Ce⁴+, La³⁺, Ni²⁺ 등의 이온이 존재함을 알 수 있었고, Ni(5)/AlCeO₃ 촉매에 1 wt%의 La를 첨가하면 Ni2p_3/2과 Ce3d_5/2의 원자가 각각 52.7과 6.3%로 증가하였다. La(1)-Ni(5)/AlCeO₃ 촉매상에서 수소의 수율은 89.1%이었으며, M(1)-Ni(5)/AlCeO₃ (M = Ce, Y)보다 매우 우수하였다. AlCeO₃이 산소와 반응하여 만들어진 CeO₂의 Ce⁴⁺ 이온이 La³⁺로 치환됨으로서 격자에 산소 빈자리를 만들고 strong metal-support interaction (SMSI) 효과로 Ni 원자의 분산을 증가시켜 수소 수율를 향상시켰다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.359-366
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• 2013

This work is investigated for the catalytic decomposition of hydrogen iodide (HI). Platinum was used as active material by loading on $ZrO_2-SiO_2$ mixed oxide in HI decomposition reaction. To obtain high and stable conversion of hydrogen iodide in severe condition, it was required to improve catalytic activity. For this reason, a method increasing dispersion of platinum was proposed in this study. In order to get high dispersion of platinum, zirconia was incorporated in silica by sol-gel synthesis. Incorporating zirconia influence increasing platinum dispersion and BET surface area as well as decreasing deactivation of catalysts. It should be able to stably product hydrogen for a long time because of inhibitive deactivation. HI decomposition reaction was carried out under the condition of $450^{\circ}C$ and 1 atm in a fixed bed reactor. Catalysts analysis methods such as $N_2$ adsorption/desorption analysis, X-ray diffraction, X-ray fluorescence, ICP-AES and CO gas chemisorption were used to measurement of their physico-chemical properties.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권4호
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• pp.404-409
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• 2006

USY 제올라이트에 이원계의 Pd-Cu 복합촉매를 담지하여 FT-IR 분석기로 밀폐계에서 촉매의 표면반응특성을 조사하였다. 700 ppm의 톨루엔 연소반응은 고정반응기를 이용하여 $80{\sim}220^{\circ}C$에서 수행하였으며 톨루엔을 GC로 분석하였다. 촉매활성은 Pd-Cu/USY > Pd/USY > PdO-CuO/USY > PdO/USY > $PdO/Al_2O_3$의 순서임을 알 수 있었다. 저온연소반응에서 수분이 촉매의 활성에 미치는 영향을 관찰하였고 공기의 공급변화를 통하여 촉매표면에 있는 결정격자의 산소가 반응에 참여 여부를 조사하였다. 환원된 촉매들은 톨루엔의 연소활성에너지로 인해 산화된 촉매에 비해 활성이 높았다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.221-227
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• 2010

본 연구에서는 바이오매스 및 플라스틱에 가스화 효율을 높이기 위한 탄산염 촉매 또는 Ni based 촉매를 혼합한 시료에 대하여, 고정층 반응기를 이용하여 급속 등온 열분해 실험을 수행하여, 생성된 가스의 온도, 시료 및 촉매의 영향에 관한 분석을 통하여, 최적의 수소 생성 수율을 얻고자 한다. 고위발열량 측정 결과, 바이오매스보다 플라스틱 폐기물의 발열량이 높아짐을 알 수 있었다. 원소분석 결과로부터 수소 함량은 플라스틱 시료가 더 높았다. 계산된 활성화 에너지는 촉매 적용에 의해 감소하였고, 5 wt% 이상의 경우에는 큰 변화를 보이지 않았다. 수소수율은 플라스틱 폐기물이 포함된 시료, 온도에 대해서는 대부분 높은 온도 범위에서 최대값이 얻어졌다. 또한 대부분의 시료에서 높은 혼합비를 갖는 조건의 수소수율이 가장 높은 결과를 보였으나, 5 wt% 이상의 조건에서는 촉매 혼합비 증가의 영향은 미비하여, 활성화 에너지의 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 전체적으로 촉매 반응이 무촉매 반응에 비하여 높은 수소수율이 얻어졌다. 촉매 종류에 대하여, 탄산염 촉매인 $Na_2CO_3$ 및 $K_2CO_3$보다 Ni-$ZrO_2$ 촉매가 수소 생산을 위한 목적에 더 적합한 촉매임을 확인하였고, 본 연구로부터의 최대 수소수율을 위한 조건은 $900^{\circ}C$, 20 wt%의 Ni-$ZrO_2$(1:9) 촉매가 혼합된 Pitch Pine, Polyethylene 시료에 대하여 65.9 vol%의 높은 수소수율의 결과를 얻었다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.215-220
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• 2010

근래의 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기하여 이의 해결을 위한 청정신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 타르 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소 분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(SBR)조건 변화에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 상대적 저온 조건에서는 SBR이 1 이상인 조건에서는 수소 수율이 거의 일정한 경향을 보였고, $900^{\circ}C$의 고온에서는 SBR 증가에 따라 증가하는 결과를 얻었다. 또한 $H_2$/CO ratio에 비하여 $H_2/CH_4$ ratio의 변화가 더 큰 결과로부터, 본 실험 조건에서의 반응은 Steam reforming이 Water gas shift reaction 보다 더욱 지배적임을 확인하였다. 최적의 $H_2$ 수율 생산 조건은 열분해의 경우 $800^{\circ}C$이며, 저온 스팀가스화의 경우에는 SBR=1, $900^{\circ}C$의 고온인 경우에는 SBR=3 이었으며, 최대 수소 수율은 $900^{\circ}C$, SBR=3의 조건에서 38.5 vol.%(56.01 L/min kg) 이었다.

• 에너지공학
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• 제25권3호
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• pp.104-113
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• 2016

본 연구에서는 신기후체제 대비를 위한 온실가스 감축 수단으로써 신재생에너지원인 매립가스의 에너지이용 확대를 위해 현장 매립폐기물을 적용하여 음폐수 주입에 따른 메탄가스 생산량 증대 및 이에 따른 온실가스 감축효과를 분석하고자 하였다. 메탄가스 생산량 증대를 위해 주입하는 음폐수는 $35^{\circ}C$, pH 6으로 전처리한 후 사용하였고, 전처리 반응조는 타공성 담체가 고정된 상향류식 고정층 반응기를 이용하였다. 실제 매립폐기물을 이용한 pilot-scale 바이오리액터 운전결과 음폐수 주입시 강우를 활용한 대조군에 비해 6배의 매립가스 증가율을 보였으며, 평균 매립가스 발생량은 $56{\ell}/day/m^3$으로 $1m^3$ 매립지용적에서 연간 약 $20m^3$의 메탄가스가 생산 가능함을 확인하였다. 이를 에너지원으로 활용할 경우 25만 $m^3$ 이상의 중규모 매립지에 적용시 사업성이 확보될 뿐만 아니라 기 등록되어 있는 매립가스 활용 CDM 사업 및 방법론을 기준으로 폐기물 처리용량 25만 $m^3$ 규모의 매립지를 대상으로 온실가스 감축량을 산출한 결과 연간 약 4~5만 톤의 온실가스 감축효과가 있음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제2권2호
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• pp.165-174
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• 1991

고정층상압유통식 미분형반응기를 이용하여 모놀리스형 은촉매상에서 에틸렌의 선택산화반응 기구 및 속도식에 관하여 연구하였다. 반응온도 $225^{\circ}C$에서 $300^{\circ}C$까지와 전화율 1.2 %에서 7.5 %까지 범위에서 에틸렌과 산소의 분압을 변화시켜 가면서 산화에틸렌 및 이산화탄소의 생성반응은 Langmuir-Hinshelwood 형 반응기구를 따르며, 은촉매 표면의 활성점에 흡착된 산소원자와 흡착한 에틸렌이 반응하여 산화에틸렌과 이산화탄소가 생성되는 것으로 나타났고, 이들의 생성반응속도식은 각각 다음과 같이 나타낼 수 있었다. $R_{EO}={\frac{k_1K_0{^{1/2}}K_EK_SP_{02}{^{3/2}}P_E}{(1+{\sqrt{K_0P_{02}}}+K_EP_E+K_PP_P)^2(1+{\sqrt{K_SP_{02}})^2}}$ $R_C={\frac{k_2K_0{^3}K_EK_S{^{7/2}}P_{02}{^{13/2}}P_E}{(1+{\sqrt{K_0P_{02}}}+K_EP_E+K_PP_P)^7(1+{\sqrt{K_SP_{02}})^7}}$ 또한 각 온도에 따른 표면반응속도상수와 반응물들의 흡착평형상수를 결정하여 이로부터 표면반응 활성화에너지를 구하였는 바, 산화에틸렌 생성반응의 활성화에너지는 12.2 Kcal/mol 이고 이산화탄소와 물이 생성되는 반응의 활성화에너지는 17.85 Kcal/mol이었다.

• 공업화학
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• 제10권8호
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• pp.1129-1135
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• 1999

${\gamma}-Al_2O_3$, $TiO_2$와 $SiO_2$에 코발트를 함침시켜 촉매를 제조하고, 고정층 미분반응기에서 CO에 의한 $SO_2$환원반응 특성을 조사하였다. 이때 온도는 $350{\sim}550^{\circ}C$ 영역에서, $SO_2$농도를 1000~10000 ppm, $CO/SO_2$몰비를 1.0~3.0, 공간속도를 $5000{\sim}15000h^{-1}$의 영역에서 사용하였으며 대기압하에서 실행하였다. ${\gamma}-Al_2O_3$와 $TiO_2$는 코발트 담체로 우수한 특성을 보였으며, 5 wt % 코발트를 ${\gamma}-Al_2O_3$에 함침시켜 얻은 촉매로 $400^{\circ}C$ 이상의 온도에서 90% 이상의 높은 $SO_2$전환율과 6% 이하의 낮은 COS수율을 얻을 수 있었다. $CO/SO_2$의 최적몰비는 양론비인 2.0으로 나타났으며, 몰비가 3.0으로 증가하면 $SO_2$전환율은 증가하였으나 대부분의 반응생성물이 COS로 나타났다. 실험영역의 $SO_2$농도와 공간속도의 변화는 $SO_2$ 전환율과 반응선택성에 큰 영향을 미치지 않았다. 코발트는 활성화된 이후에 $CoS_2$ 상태로 존재하였으며 반응후에도 상변화는 관찰되지 않았다.

• 공업화학
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• 제18권6호
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• pp.618-624
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• 2007

Cu/Fe/Zr 혼합 산화물 매체 상에서의 2단계 열화학 메탄 개질 반응을 고정층 적외선 반응로를 이용하여 수행했다. 첫 번째 단계에서 금속 산화물은 CO, $H_2$ 및 환원된 금속 산화물을 생성하기 위하여 1173 K의 온도에서 메탄으로 환원되었다. 두번째 단계에서 환원된 금속 산화물은 $H_2$와 금속 산화물을 생성하기 위하여 973 K의 온도에서 재산화되었다. 본 연구에서는 Cu/Fe/Zr 혼합 산화물 내 Cu 첨가량에 따른 반응 특성과 사이클 반응을 평가하였다. Cu/Fe/Zr 혼합 산화물 매체 내 Cu 첨가량 증가에 따라 첫 번째 단계에서 $CH_4$ 전환율, $CO_2$로의 선택성 및 $H_2/CO$ 몰 비는 증가하였으며, CO로의 선택성은 감소하는 경향을 나타냈다. 한편, 두 번째 단계에서 $H_2$ 생성량은 Cu 첨가량 증가에 따라 감소하는 것으로 나타났다. Cu의 첨가량이 x = 0.7인 $Cu_xFe_{3-x}O_4/ZrO_2$ 매체는 내구성이 우수한 매체임을 지시하듯이 10회의 사이클 순환 반응에서 우수한 재생 성능을 나타냈다. 더 나아가 물 분해 단계에서 침적된 탄소의 가스화 반응은 매체 내 Cu 첨가에 의해 촉진되었다.

• 공업화학
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• 제21권3호
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• pp.328-332
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• 2010

본 연구에서는 다이에틸렌글리콜 용매 상에서 공침법을 이용하여 기공성 아연 구형 산화물과 구리-아연 복합 산화물을 합성하였다. 합성된 물질들의 물리화학적 특성은 전자현미경, X-선 회절분석, $N_2$ 흡착, $H_2$-TPR 방법을 통하여 분석되었고, 다양한 Cu 함량(0, 6.6, 21.3 36.4, 54.6, 77.8 wt%)을 포함한 Cu-ZnO 복합 산화물을 고정층 반응 장치에서 일산화탄소 산화 반응성을 고찰하였다. 합성된 산화물 중에서 Cu 함량이 증가할수록 Cu-ZnO의 비표면적과 미세 기공 부피는 감소하였으며, Cu (36.4 wt%)-ZnO이 가장 좋은 일산화탄소 산화 반응성을 나타내었다.