본 연구에서는 다양한 증진제에 따른 $CH_4-SCR$ 반응특성을 확인하기 위하여 $Pt/Al_2O_3$를 기본으로 한 촉매에 알칼리, 알칼리 토류 금속을 담지하여 습식함침법으로 제조한다. 본 연구를 통해 $Pt/Al_2O_3$ 촉매에 Na를 담지시킬 경우 Pt와 Na 원자간 electronegative gap의 발생으로 Pt의 valence state 변화를 일으키며, 금속상 Pt의 비율이 증가됨을 확인할 수 있다. 또한 Na 첨가를 최적화시켜 제조한 촉매의 금속상 Pt종은 촉매표면에서 NO species 흡착 증진과 환원제로 사용되는 $CH_4$의 $CO_2$로의 산화를 억제시킨다. 이때, Na/Pt의 mole ratio는 4.0이 최적화이며, $CH_4-SCR$ 효율이 가장 우수하다.
A catalytic combustible sensor for LPG/LNG detection was fabricated on $Al_2O_3$ substrate using planar technology. The catalysts of Pd and Pt were added to ${\alpha}$- and ${\gamma}-Al_2O_3$ powders. The mixture of Pt, Pd and $Al_2O_3$ were homogenized by using a three roll mixer. TCR characteristics of Pt heater were optimized with the heat treatment temperature. Sensing properties were investigated as a function of the microstructure of $Al_2O_3$, the gas concentration and the variation of input voltage. ${\alpha}-Al_2O_3$ sintered at 500 $^{\circ}C$ is more suitable as LPG/LNG sensor due to good grain shape and size distribution of about 300 nm than that of ${\gamma}-Al_2O_3$ which is in irregular shape and with a particle size of 5-30 ${\mu}m$. The sensor has shown maximum output voltage of 14 mV for 1000 ppm $C_4H_{10}$ and 3.8 mV for 1000 ppm $CH_4$ at 5.0 V input voltage.
This paper reports the investigation of the physical and chemical characteristics of the prepared 3Pt-2MgO-$3ZrO_2$-$2CeO_2/Al_2O_3$ DOC, based on its hydrothermal aging. As a result of impregnating and reducing the $H_2PtCl_6$$6H_2O$ precursor on a ${\gamma}-Al_2O_3$ basis, it was well dispersed into small particles with the range 2-3nm. This was because the $Al_2O_3$ acted as a barrier to prevent movement of the catalyst particles. For a hydrothermally aged catalyst for 9h at $700^{\circ}C$, its performance when purifying harmful gases decreased compared to a fresh catalyst, but its specific surface area was at the same level. This was because the performance of the catalyst was reduced by the sintering of the precious metal Pt, rather than by washcoat sintering and pore clogging. For an excessively hydrothermally aged catalyst for 9h at $850^{\circ}C$, Pt grew into an approximately 50nm class, formed a cluster compared to a fresh catalyst. The $CeO_2$ promoters also formed clusters among components of the same type, reducing their specific surface area to $114m^2/g$, which was 14% less than a fresh catalyst.
Y-zeolite and ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$ were used as supports on CO and $C_3$H$_{6}$ oxidation for diesel emission control. The catalysts composed of Pd and Pt as active components were wash coated on honeycomb type ceramic substrate. The oxidation of CO and $C_3$H$_{6}$ was carried out over prepared honeycomb in a fixed bed continuous reactor in the temperature range of 20$0^{\circ}C$~50$0^{\circ}C$ and 20,000 GHSV (h$^{-1}$ ). Surface area of Y-zeolite was larger than that of ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$ due to channel structure of Y-zeolite. Therefore, high conversion of CO and $C_3$H$_{6}$ could be obtained because of good dispersion of active metals over Y-zeolite. The honeycomb used Y-zeolite as a support showed higher $C_3$H$_{6}$ conversion than that of ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$ due to better cracking and isomerization activity of Y-zeolite. PdPt catalyst showed high conversion of CO and $C_3$H$_{6}$ at low temperature region, 20$0^{\circ}C$~30$0^{\circ}C$, for their synergy effects. PdPt/Y-Zeolite catalyst could achieve more than 80% conversion of $C_3$H$_{6}$ at 30$0^{\circ}C$. The use of Y-zeolite as a support increased CO and $C_3$H$_{6}$ conversion, and decreased SO$_2$ conversion very effectively. Y-zeolite found to have a good adaptability as a support for the diesel emission after treatment system.
담지된 백금촉매에 주석의 첨가는 포화탄화수소의 탈수소고리화 반응에 대한 촉매의 활성 및 안정도의 현저한 증가를 가져왔다. n-octane의 탈수소고리화 반응에서 0.75wt%의 Pt에 대해 주석의 몰비가 약 4일 때 가장 높은 촉매적 활성을 나타냈다. 또한 K의 첨가도 n-hexane의 탈수소고리화 반응에 대해 주석과 비슷한 효과를 나타내었다. n-octane의 전환반응의 경우에는, K의 첨가 효과가 적게 나타났다.
셀룰로우스를 폴리올로 전환하기 위해 수소의 존재하에서 다양한 제올라이트에 담지된 백금촉매를 비교 연구하였다. 사용한 제올라이트로는 mordenite, Y, ferrierite, 그리고 ${\beta}$이며 비교를 위하여 ${\gamma}-Al_2O_3$, $SiO_2-Al_2O_3$, 그리고 $SiO_2$에 담지한 백금촉매도 사용하였다. 촉매의 물리적 특성은 등온 질소흡착실험을 통하여 분석하였으며 표면 산점의 특성은 암모니아 승온탈착분석법으로 파악하였고 백금의 담지량은 유도결합플라즈마분광법을 사용하여 확인하였으며 백금의 분산도는 일산화탄소의 화학흡착과 투과전자현미경 사진을 통하여 결정하였다. 셀룰로우스의 전환율은 주로 반응온도나 반응시간에 영향을 받는 것으로 나타났는데, 이는 고온의 물에서 발생하는 가역적인 수소이온 때문이다. 사용한 촉매중에서 폴리올의 수득률은 Pt/H-modenite(20)을 사용하였을 때에 가장 높게 나타났으며, Pt/Na-zeolite의 경우 Pt/H-zeolite에 비하여 활성이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 폴리올의 수득률은 표면산점의 농도와 관련이 있음을 확인할 수 있었으며, 외부표면적 또한 폴리올의 수득에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.
The catalytic activity of precious metals(Rh, Pd, Pt) and nickel catalysts supported on ${\gamma}-Al_2O_3\;and\;CeO_2$ in the partial combustion of methane(PCM) to syngas was investigated based on the product distribution in a fixed bed now reactor under atmospheric condition and also on analysis results by SEM, XPS, TPD, BET, and XRD. The activity of the catalysts based on the syngas yield increased in the sequence $Rh(5)/CeO_2{\geq}Ni(5)/CeO_2>>Rh(5)/Al_2O_3>Pd(5)/Al_2O_3>Ni(5)/Al_2O_3$. Compared to the precious catalysts, the syngas yield and stability of the $Ni(5)/CeO_2$ catalyst were almost similar to $(5)/CeO_2$ catalyst, and superior to these of any other catalysts. The syngas yield of $Ni(5)/CeO_2$ catalyst was 90.66% at 1023 K. It could be suggested to be the redox cycle of the successive reaction and formation of active site, $Ni^{2-}$ and the lattice oxygen, $O^{2-}$ produced due to reduction of $Ce^{4-}$ to $Ce^{3-}$.
고분자 전해질 연료전지의 연료에 포함된 일산화탄소의 선택적 산화를 위하여, 귀금속 촉매를 대체하기 위한 CuO-$CeO_2$ 복합 산화물 촉매를 졸-겔법과 공침법으로 제조하였다. 졸-겔법으로 촉매 제조 시 Cu/Ce의 비와 가수분해 비를 변화시켰다. 제조한 촉매의 활성은 귀금속 촉매($Pt/{\gamma}-Al_2O_3$)와 비교하였다. Cu/Ce의 비를 변화시키면서 제조한 촉매 중 Cu/Ce의 비가 4:16인 촉매가 가장 높은 CO 전환율(90%)과 선택도(60%)를 나타내었다. 촉매의 제조에서 가수분해 비가 증가할수록 촉매 표면적이 증가하였고, 아울러 촉매 활성 또한 증가하였다. 공침법으로 제조한 촉매와 1wt% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 가장 높은 CO 전환율은 각각 82% 및 81%인 반면, 졸-겔법으로 제조한 촉매의 경우는 90%가 얻어졌다. 이는 졸-겔법으로 제조한 촉매가 공침법으로 제조한 촉매나 귀금속 촉매보다 더 높은 촉매활성을 보임을 의미한다. CO-TPD 실험을 통하여, 낮은 온도($140^{\circ}C$)에서 CO를 탈착하는 촉매가 본 반응에서 더 높은 촉매활성을 보임을 알 수 있었다.
선택적 CO 산화반응(PrOx)에 사용되는 촉매 중 Pt, Ru, Rh 등의 귀금속 계 촉매들은 비귀금속 계 촉매에 비해 활성이 좋은 반면 가격이 비싸다는 경제적인 제한점이 있다. 따라서 소량의 귀금속을 사용하여 높은 활성의 촉매를 제조하고자 활성금속의 고분산 담지 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 담체인 ${\gamma}-Al_2O_3$ 표면에 활성금속인 Pt의 고분산 담지를 위해 증착-침전법(Deposition-precipitation)을 적용하였으며 용액의 pH 변화에 따른 Pt 금속 입자의 분산도에 대한 영향을 살펴보았다. Pt의 함량은 1wt%로 고정하였고 침전제로 NaOH를 사용하여 용액의 pH를 pH 7.5 ~ 10.5로 변화시켰다. 제조된 촉매는 세척 후 $400^{\circ}C$, 3시간 소성 하였다. 제조된 1wt% Pt/$Al_2O_3$ 촉매의 특성분석을 위해 BET, TPR, CO-chemisorption을 수행하였다. PrOx 반응 실험은 GHSV=60,000 $ml/g_{cat}{\cdot}h$, $T=100{\sim}200^{\circ}C$, ${\lambda}$=4 조건에서 수행되었으며 반응 전에 촉매는 $400^{\circ}C$, 3시간 환원 후 사용하였다. 촉매의 특성분석과 PrOx 반응 실험 결과를 통해 촉매가 담체 위에 고분산 되는 최적의 pH를 확인할 수 있었으며, 기존의 함침법으로 제조된 촉매와 성능 비교를 통해 제조방법에 따른 영향을 살펴보았다.
고농도 과산화수소를 분해시킬 수 있는 다양한 촉매의 성능을 비교하였다. 감마 알루미나에 산화망간, 백금, 이리듐을 각각 코팅하여 펠렛 촉매를 제작하였다. 50 Newton 급 추력기를 이용하여 펄스 응답 특성을 비교하였다. 그 결과 이리듐 촉매가 가장 빠른 응답성을 나타내었으나, 연속모드에서 반응 실패 경향을 보여 과산화수소 분해용 촉매로는 부적절하였다. 백금, 산화망간 촉매 또한 우수한 반응성을 보여 높은 가능성을 보였으며, 고추력 추력기와 같이 촉매양이 많이 요구되는 경우, 비용문제를 고려한다면 산화망간 또한 과산화수소 분해에 적합할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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