Clean Technology (청정기술)

The Korean Society of Clean Technology (한국청정기술학회)
권호 표지

Preparation and Characterization of $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$ Catalysts for Preferential Oxidation of Carbon Monoxide

일산화탄소의 선택적 산화반응을 위한 $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$ 촉매의 합성과 특성분석

  • Lee, So-Yeon (Division of Applied Chemical Engineering, Pukyong National University) ;
  • Lee, Suk-Hee (Division of Applied Chemical Engineering, Pukyong National University) ;
  • Cheon, Jae-Kee (Division of Applied Chemical Engineering, Pukyong National University) ;
  • Woo, Hee-Chul (Division of Applied Chemical Engineering, Pukyong National University)
  • 이소연 (부경대학교 응용화학공학부) ;
  • 이석희 (부경대학교 응용화학공학부) ;
  • 천재기 (부경대학교 응용화학공학부) ;
  • 우희철 (부경대학교 응용화학공학부)
  • Published : 2007.03.31
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Abstract

Even traces of CO in the hydrogen-rich feed gas to proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) poison the platinum anode electrode and dramatically decrease the power output. In this work, a variety of catalytic materials consisting of $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$, (x = 0.0-1.0) were synthesised, characterized and tested for CO oxidation and preferential oxidation of CO (PROX). These catalysts prepared by hydrothermal and deposition-precipitation methods. The catalysts were characterized by XRD, XRF, SEM, BET, $N_2O$ titration and oxygen storage capacity (OSC) measurement. The effects of composition of the support and degree of excess oxygen were investigated fur activity and $CO_2$ selectivity with different temperatures. The composition of the support markedly influenced the PROX activity. Among the various $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$ catalysts having different composition, $Cu/Ce_{0.9}Zr_{0.1}O_2$ and $Cu/Ce_{0.7}Zr_{0.3}O_2$ showed the highest activities (>99%) and selectivities (ca.50%) in the temperature range of $150{\sim}160^{\circ}C$. It was found that by using of $Ce_xZr_{1-x}O_2$ mixed oxide support which possesses a high oxygen storage capacity, oxidation-reduction activity of Cu-based catalyst was improved, which resulted in the increase of catalytic activity and selectivity of CO oxidation in excess $H_2$ environments.

고분자 전해질 연료전지에 사용되는 개질 수소 속에는 미량의 일산화탄소가 존재할 수 있으며, 이는 연료전지의 백금 성분의 양극 전극을 비활성화로 이끌며, 그로 인하여 전기 출력이 급격히 떨어지게 된다. 본 연구는 담체의 조성을 달리한 여러 가지 $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$ (x=0.0-1.0) 촉매들을 합성하고 그들 특성이 분석되었으며, 또한 일산화탄소의 산화반응과 수소 분위기에서의 일산화탄소에 대한 선택적 산화반응을 수행하였다. 이들 촉매들은 수열합성법과 침적-침전법을 조합하여 제조되었으며, XRD, XRF, SEM, TEM, BET, $N_2O$ 분해실험, 산소저장능력 측정 기법 등에 의해 그들의 물리화학적 성질들이 분석되었다. 담체의 조성과 반응물 산소의 과잉정도에 따른 영향들이 여러 반응온도에서 반응활성과 이산화탄소 선택도 등에 의해 조사되어졌다. 합성된 여러 조성을 달리한 $Cu/Ce_xZr_{1-x}O_2$ 촉매들 가운데 $Cu/Ce_{0.9}Zr_{0.1}O_2$와 $Cu/Ce_{0.7}Zr_{0.3}O_2$ 두 가지 촉매는 $170^{\circ}C$ 반응온도 부근의 PROX 반응에서 99% 이상의 CO 전환율과 50% 내외의 선택도를 나타내었다. 이와 같은 비교적 완화된 조건에서의 우수한 활성은 높은 산소저장능력을 지닌 $Ce_xZr_{1-x}O_2$ 담체를 사용함으로서 구리촉매의 산호-환원 활성이 증가한 것에 기인하며, 결국 수소분위기에서의 일산화탄소의 산화 반응에 대한 높은 활성과 선택도를 이끌었다.

Keywords