Abstract
The reaction properties of Pd. Pd-Ce and Pd-La catalysts supported on ${\gamma}-Al_2O_3$ were investigated in the oxidation reaction of methane($CH_4$) exhausted from the compressed natural gas vehicle in a U-tube flow reactor with gas hourly space velocity of $72,000h^{-1}$. The catalysts were characterized by X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), BET surface area and hydrogen chemisorption. Pd catalyst prepared by $Pd(NO_3)_2$ as a palladium precursor and calcined at $600^{\circ}C$ showed the highest activity for a methane oxidation. Catalytic activity of calcined $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ in which most of palladium was converted into palladium oxide species was higher than that of reduced $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ in which most of palladium existed in palladium metal by XRD. As increasing the number of reaction cycles in the wide range of redox, the catalytic activity of $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ was decreased and the highly active window became narrower. Lanthanum oxide promoted Pd catalyst, $Pd/La/{\gamma}-Al_2O_3$ showed enhanced thermal stability compared with $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ even after aging at $1000^{\circ}C$, which was ascribed to the role of La as a promoter to suppress the sintering of palladium metal and ${\gamma}-Al_2O_3$ support. Almost all of methane was removed by the reaction with NO at the redox ratio of 1.2 in case of oxygen excluded steam, but that activity was significantly decreased in the steam containing oxygen.
압축천연가스 자동차에서 배출되는 메탄의 산화를 위한 Pd 촉매의 특성을 조사하였다. 알루미나에 담지된 Pd 촉매와 La과 Ce의 조촉매가 첨가된 촉매들을 함침법으로 제조하였다. 메탄산화 반응은 U-튜브 흐름 반응기에서 공간속도(GHSV)가 $72000h^{-1}$이고 반응온도가 $200{\sim}800^{\circ}C$ 범위에서 실험을 수행하였다. 촉매는 XRD, XPS, BET 표면적 및 수소화학흡착 실험에 의하여 특성화되었다. $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매 제조시 전구체로 $Pd(NO_3)_2$를 사용하고 $600^{\circ}C$로 소성하였을 때 $CH_4$ 산화의 활성이 가장 높았다. 소성된 $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매에서 palladium은 대부분 PdO로 존재하였으며, 이것의 메탄 산화 반응 활성이 환원된 촉매에 대부분 존재하는 Pd 금속 보다 높았다. 넓은 범위의 redox ratio에서 실험을 반복하면 $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 활성이 감소하고 높은 활성을 보이는 window 영역이 좁아지는 특성을 보였다. 조촉매로 Ce가 첨가된 촉매는 오히려 메탄 산화 활성이 감소하였으며, 조촉매로 La 이 첨가된 $Pd/La/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매는 담체와 Palladium의 열적 안정성이 향상되어 $1000^{\circ}C$에서 aging된 후에도 우수한 활성을 보였다. 또한 $Pd/La/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 NO에 의한 $CH_4$ 제거 반응 특성에서 산소가 존재하지 않는 경우 redox ratio가 1.2 근처에서 메탄이 모두 제거되었으나 산소가 존재하면 메탄 제거율이 크게 감소하였다.