• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.77.2-77.2
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• 2010

일산화탄소를 수소로 변환하는 수성가스전환반응(WGSR)은 수소 생산, 연료개질 시스템뿐만 아니라 암모니아 제조, 제철소 제련과정등 일선 산업현장에서 널리 활용되고 있다. 상용공정에서의 WGS반응은 두 단계의 반응기(HTS/LTS)에서 각각 Fe/Cr, Cu/Zn기반 촉매를 사용하여 이루어진다. 하지만 이러한 촉매들은 공기중 자연발화성이 있고 사용전 환원과정이 필요하다. 또한 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 귀금속 담지 촉매는 기존 촉매의 단점을 극복하고 활성이 높은 장점이 있다. 이에 본 연구에서 제시한 페로브스카이트 촉매는 상용 촉매, 귀금속 담지촉매 시스템과의 비교를 위하여 제작된 촉매를 사용한 반응시스템과 기존 상용촉매를 사용한 반응시스템을 비교하여 개발 촉매의 성능 수준을 검토하였다. 이러한 결과 페로브스카이트 구조 촉매는 상용촉매의 공정상의 단점과 귀금속 담지촉매의 가격적인 측면에서의 단점을 동시에 극복한 촉매로서 성능 및 메탄화반응 억제 측면에서 우수성을 보유하고 있다는 것을 증명하였다. 이러한 페로브스카이트 구조 촉매의 반응특성을 규명하기 위해 문헌조사해본 결과 기존 수성가스전환반응에서 쓰이는 촉매들의 반응매카니즘은 대표적으로 formate와 redox 반응 두가지가 있었다. 페로스브스카이트 구조 촉매는 그 구조와 귀금속 함량, 활성 등 성능측면에서 귀금속 촉매와 상당히 유사한 측면이 있기 때문에 귀금속 담지 촉매의 반응속도식을 기본으로 하여 실험결과와 일치시켜 페로브스카이트구조 촉매에 맞는 반응속도식을 제시하고 이를 통한 반응파라미터 값을 도출하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.1
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• pp.34-47
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• 1999

본 연구에서는 촉매상에서 메탄의 산화시 발생되는 반응열을 이용하고 반응생성물과 미반응 메탄과의 개질반응에 의해 합성가스의 수율을 증대시키기 위하여 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 배치한 hybrid 촉매상에서 개질촉매에 따른 메탄의 부분산화반응의 반응 특성과 합성가스 수율에 미치는 영향을 관찰하였다. 메탄의 산화를 위해서 Pt-Rh/cordierite 촉매를 사용하였으며, 개질촉매로는 상업용 개질촉매인 R67, ICI46-1, 수성가스 전환반응촉매인 LX821 촉매와 6 wt% Ni/cordierite 촉매를 사용하였다. 실험결과 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 사용한 경우 메탄의 산화 과정에서 생성된 CO2 및 H2O가 미반응 메탄과의 개질반응 촉진으로 인하여 합성가스이 수율이 증가됨을 확인할 수 있었다. 이때 생성되는 합성가스의 H2/CO 몰비는 온도에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 80$0^{\circ}C$에서 촉매에 따라 2.2~2.8의 값을 가짐을 알 수 있었다. 개질촉매로 R67 및 Ni/cordierite 촉매를 사용하였을 경우 가장 높은 합성가스의 수율을 얻을 수 있었으며, 연소촉매와 개질촉매의 질량비는 1:1~1:2에서 가장 높은 수율의 합성가스를 얻을 수 있었다. 메탄과 산소의 몰비가 2:2에서 메탄의 전환율과 수소 수율이 가장 높게 나타났으며 메탄의 몰비 증가에 따라 감소되는 경향을 보였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.3 no.1
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• pp.18-27
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• 1994

석탄액화반응에서 촉매 세공구조가 촉매 불활성화에 미치는 영향을 조사하기 위하여 간단한 모델을 전개하였다. 촉매의 세공수 분포에 근거하여 두 개의 Dirac delta 함수분포를 갖는 다공질 촉매구조를 제안하였으며 촉매 세공구조와 반응속도상수와의 관계를 유도하기 위하여 단순화된 반응계를 가정하였다. 균일 코드피복 가정에서 본 모델을 촉매 불활성화 예측에 적용하였으며 계산과정에서 세공율, 세공 크기 등의 촉매 특성치에 대해서는 실제값을 이용하였다. 본 모델연구에 의하면 unimodal 촉매에 비해 bimodal 촉매가 촉매 불활성화에 덜 민감하였다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1992.10a
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• pp.43-44
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• 1992

촉매막반응기란 반응기와 분리막이 동시에 하나의 과정으로 결합된 unit로, 촉매막반응기를 사용할 경우 가역 반응에서 막을 통한 생성물의 선택적 제거는 화학 평형이동을 유발시켜 열역학적으로 얻을수 있는 평형 전환율보다 높은 전환유을 얻을 수 있다. 본 연구는 이러한 촉매막반응기의 성능에 대한 실험적 연구로, 산 촉매하에서 일어나는 MTBE 분해반응을 12-텅스토인산 촉매상에서 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.380-383
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• 2006

수소는 미래의 청정에너지원이다. 수소를 생산하는 효과적인 방법으로는 탄소계촉매를 이용하여 부탄을 분해하는 것이다. 촉매는 카본블랙이 사용되었으며, $500{\sim}1100^{\circ}C$의 온도 범위에서 열분해 반응과 촉매분해반응이 수행되었다. 열분해의 경우 온도가 증가함에 따라 전화율이 증가하여 $800^{\circ}C$에서 98.9%로 부탄이 거의 분해되었으며, $900^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 전화율이 100%까지 도달하였다. 부탄 분해반응에서 기대되는 생성물은 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 등이다. $1000^{\circ}C$이상의 온도에서는 부탄 촉매 분해반응에서 거의 대부분 수소와 메탄만이 관찰되었다. 특히 $500-1100^{\circ}C$까지 온도가 증가하였을 때 수소의 생성율은 꾸준히 증가하는 것으로 확인되었고 촉매분해반응이 촉매를 사용하지 않은 열분해반응보다 온도가 증가함에 따라 수소의 선택도를 더욱 향상시켜 보다 많은 수소가 생성되었으며, 반응성 실험이 진행되는 동안 촉매의 비활성화는 관찰되지 않았다. 반응전후의 촉매의 특성을 분석하기 위해 TEM 및 SEM 분석을 하였다. 반응전의 촉매는 매끈한 모양이었으나 $1000-1100^{\circ}C$에서 반응후에는 표면에 돌기모양을 형성하는 것을 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.11b
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• pp.577-582
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• 1996

삼중수소수와 수소간의 수소동위원소 교환반응을 수행하였다. 촉매로는 백금/SDB고분자촉매, 백금/활성탄촉매 및 니켈/SiO$_2$-A1$_2$O$_3$촉매를 사용하였다. 촉매층의 높이 및 수소유속이 촉매반응효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 수소동위원소 교환반응에는 고분자촉매가 가장 높은 효율을 갖는 것이 확인되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.248.1-248.1
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• 2010

수송용 바이오연료로써 바이오디젤의 보급 활성화에 따른 원료인 식물성 기름의 가격 상승 및 수급 불안정성 문제를 해결하고자 그동안 활용되지 않았던 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 사용하여 바이오디젤 생산 단가를 낮추고 원료의 수급 안정성도 확보하려는 시도가 이루어지고 있다. 폐유지의 경우 대부분 유리지방산 함량이 높아 염기 촉매를 적용하는 방법으로는 비누의 생성으로 전환이 힘들며 산 촉매를 적용하여 유리지방산을 에스테르화하는 공정을 필요로 한다. 에스테르화 반응에서는 반응 부산물로 물이 생성되며, 생성된 물은 바이오디젤 생산 반응을 저해하고 역반응을 유도하며 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분의 영향을 검토하였다. 산 촉매로 액상 촉매인 황산과 고체 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였다. 초기 수분 함량이 0, 1, 2, 5, 10, 20%로 증가하였을 때, 지방산 메틸 에스테르 함량이 크게 감소하였으며, 1%의 수분 함량에서도 반응이 크게 저해받는 것으로 나타났다. 따라서 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분에 의한 저해가 중요한 변수라는 것을 알 수 있다. Amberlyst-15는 황산보다 수분의 영향에 의해 지방산 메틸 에스테르 함량이 빠르게 감소하였다. 이는 다공성의 Amberlyst-15에서 생성된 물이 반응물질들이 active site에 접근하는 것을 방해하였기 때문인 것으로 생각된다. 황산을 사용하였을 경우에는 오일 대 메탄올 몰비를 1:3에서 1:6으로 증가시킴으로써 정반응 속도가 증가하여 수분에 대한 영향이 감소하는 현상이 나타났다. 에스테르화 반응 종료 12시간 후에 바이오디젤과 메탄올 내에 수분 함량을 분석한 결과 12%의 수분이 바이오디젤 층에 존재하며 88%의 수분은 메탄올 층에 존재하였다. 반응 중에 생성된 수분을 제거하기 위해, 에스테르화 반응 30분 후에 물을 포함하는 메탄올과 촉매 층을 새 메탄올과 촉매로 교환하는 2단계 반응을 수행함으로써 지방산 메틸 에스테르 함량을 향상시킬 수 있었다. 반응 초기에는 황산이 Amberlyst-15보다 높은 활성을 보였지만, 시간이 지날수록 두 촉매 사이의 에스테르화 성능 차이는 감소하였다. 따라서 2단계 에스테르화 반응이 수분의 저해작용을 줄이는 한 가지 대안으로 제안될 수 있다. 또한 에스테르화 반응에서 물의 저해 작용을 줄이기 위해 앞으로 투과증발막의 적용 또는 물에 저해작용을 받지 않는 구조의 촉매 사용을 검토할 필요가 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.195-195
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• 2011

공기 중 산소를 이용한 다양한 산화반응에 적합한 이종상 촉매 개발이 공업적으로나, 학문적으로 중요한 의미를 갖는다. 우리는 수산화 인회석(hydroxyapatite, HAP)에 Cu이 도입된 새로운 이종상 촉매를 합성하였으며, 이를 이용하여 Mesitylene의 산화반응을 통해 반응성을 관찰하였다. 전이금속 Cu를 이온교환 반응 하는 과정에서 온도와 압력조건의 변화가 촉매의 활성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 반응 후의 생성물질은 GC/MS를 통해 알아내고 Mesitylene 이외에 벤젠고리에 치환된 알킬기의 수가 다른 물질의 산화반응을 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.186-189
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• 2008

Solar simulator를 이용한 메탄의 수증기 개질은 집광된 태양에너지를 이용하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 연구에서는 이와 같은 태양열에너지의 화학적 축열을 실시하기 위해 Solar Simulator를 이용한 메탄의 수증기 개질을 연구하였다. 태양열 모사 램프로 1.2kW급 Xenon-arc lamp를 사용하였다. 반응기는 앞면의 Quartz Window와 촉매지지층으로 구성되어 있다. 램프의 빛은 Quartz Window를 통하여 촉매층에 직접적으로 방사되고, 방사된 빛으로 촉매지지층에서 흡열반응이 일어난다.메탄의 수증기개질 반응은 고온에서 일어나기 때문에 촉매지지체를 열에 강한 SiC로 만들어진 Ceramic foam을 사용하였다. 이 촉매지지체에 촉매를 Wash-coat하여 사용하였으며, 담지된 촉매는 Ni을 활성성분으로 하는 ICI 46-6을 사용하였다. 반응기는 318 SUS 재질로 제작되었으며, 반응기 외부는 Insulation을 하여 열손실을 감소시켰다. 실험은 온도와 공간속도에 따른 Solar Steam reforming의 반응특성을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.1-224.1
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• 2010

본 연구에서는 천연가스 수증기 개질반응에 니켈 촉매가 코팅된 금속 구조체 촉매를 적용하여 수소를 생산하였다. 금속구조체 촉매는 기존 펠릿 촉매가 충진 된 촉매반응기에 비해 열 및 물질 전달 특성이 우수하여 이를 여러 개질반응에 적용하고자하는 연구가 수행되어 왔다. 하지만, 기존 금속구조체 촉매의 개발에 있어 촉매와 금속 지지체간의 안정한 결합을 통한 열안정성 확보에 대한 문제는 여전히 해결과제로 남아 있다. 따라서, 본 연구에서는 니켈 촉매를 금속 지지체에 안정하게 부착하기 위한 금속 지지체 표면 처리 방법을 개발하였으며 금속 구조체의 형상에 상관없이 균일한 표면처리가 가능하였다. 개발된 표면 처리방법을 적용한 금속 구조체 촉매는 촉매와 금속지지체간의 결합력 향상으로 인해 120시간 이상 안정한 반응활성을 보였다. 또한, 빠른 공간속도에서도 펠릿촉매와 표면처리를 적용하지 않은 금속 구조체 촉매에 비해 높은 촉매 활성을 보였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 개발된 표면처리를 모노리스와 폼을 비롯한 다양한 형상의 금속구조체 촉매에 적용하여 기하학적 표면 특성에 따른 촉매의 활성 차이를 살펴보았다. 겉보기 표면적이 넓은 금속구조체일 수록 촉매의 고분산 코팅에 유리하여 높은 활성을 보였다.