• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권4호
• /
• pp.443-454
• /
• 2013

콜로이드 실리카와 가용성 실리카를 이용하여 나트륨이 첨가되지 않은 다양한 금속이온 첨가 MCM-41 촉매를 제조하였다. 전이금속 이온인 $V^{5+}$, $Co^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$이 MCM-41에 첨가되었을 경우 기공벽 내의 실리콘 이온과 등방치환을 하여 실리카 기공벽 내에서 독립된 단일 활성점을 형성하여 우수한 환원 및 활성 내구성을 보였다. 수소 승온 환원법을 이용하여 Co-MCM-41 촉매의 기공 곡률 반경효과에 대해 검토해 본 결과, 적절한 환원 처리와 기공 크기 및 pH 조절에 따라 코발트 금속입자의 크기를 1nm 이하의 범위에서 조절할 수 있었으며, 이 미세 금속 입자들은 표면 금속이온들과의 결합으로 인해 상당한 고온 안정성이 있음을 발견하였다. 완전 환원 후에도 비정형 실리카의 부분 덮힘으로 인해 금속 입자들의 표면 이동 및 뭉침 현상이 현저히 저하되는 것을 볼 수 있었다. 이들 촉매의 반응 예로 금속 입자 크기에 민감한 단일층 탄소 나노튜브의 합성을 Co-MCM-41을 이용하여 실시하였고, 금속 입자의 안정성 시험반응으로 Co 및 Ni-MCM-41을 이용한 CO 메탄화 반응, V-MCM-41을 이용한 메탄올 및 메탄의 부분 산화반응 및 기공곡률 반경이 촉매활성에 미치는 영향 등을 살펴보았다.

• 한국재료학회지
• /
• 제31권9호
• /
• pp.525-531
• /
• 2021

Carbon-encapsulated Ni catalysts are synthesized by an electrical explosion of wires (EEW) method and applied for CO₂ methanation. We find that the presence of carbon shell on Ni nanoparticles as catalyst can positively affect CO₂ methanation reaction. Ni@5C that is produced under 5 % CH₄ partial pressure in Ar gas has highest conversions of 68 % at 350 ℃ and 70 % at 400 ℃, which are 73 and 75 % of the thermodynamic equilibrium conversion, respectively. The catalyst of Ni@10C with thicker carbon layer shows much reduced activity. The EEW-produced Ni catalysts with low specific surface area outperform Ni catalysts with high surface area synthesized by solution-based precipitation methods. Our finding in this study shows the possibility of utilizing carbon-encapsulated metal catalysts for heterogeneous catalysis reaction including CO₂ methanation. Furthermore, EEW, which is a highly promising method for massive production of metal nanoparticles, can be applied for various catalysis system, requiring scaled-up synthesis of catalysts.

• 공업화학
• /
• 제18권6호
• /
• pp.618-624
• /
• 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
• /
• 제5권4호
• /
• pp.580-587
• /
• 1994

고정층 상압 유통식 반응기에서 메탄의 전화율 10% 미만의 범위에서 $Na^+(50wt%)/MgO$ 촉매를 사용하여 반응온도 710, 730, 750, 770, $790^{\circ}C$에서 메탄과 산소의 분압을 변화시켜 가면서 메탄의 oxidative coupling반응을 수행하여 이산화탄소와 에탄의 생성속도를 구하고 curve fitting으로 속도식을 증명하였다. Langmuir-Hinshelwood, Rideal-Redox, Eley-Rideal형 반응 메카니즘 중에서 Langmuir-Hinshelwood형 반응 메카니즘이 실험 결과와 가장 잘 일치하였으며, $CH_3{\cdot}$의 생성에 관여하는 산소종은 촉매 표면의 $O_2{^-}$ 또는 $O_2{^{2-}}$으로 제시할 수 있었고, 이때의 활성화 에너지는 약 39.3kcal/mol이었다. 또한, curve fitting결과 $CO_x$을 생성하는 산소의 화학 양론계수 x는 약 1.5이었으며, 이로부터 $CH_3{\cdot}$의 일부가 표면산소에 의해서 산화반응을 거쳐 $CH_3O_2{\cdot}*$ 형성을 추측할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제31권5호
• /
• pp.419-428
• /
• 2020

The kinetics of direct methanation over activated charcoal-supported molybdenum catalyst at 30 bar was studied in a cylindrical fixed-bed reactor. When the temperature was not higher than 400℃, the CO conversion increased with increasing temperature according to the Arrhenius law of reaction kinetics. While XRD and Raman analysis showed that Mo was present as Mo oxides after reduction or methanation, TEM and XPS analysis showed that Mo₂C was formed after methanation depending on the loading of Mo precursor. When the temperature was as high as 500℃, the CO conversion was dependent not only on the Arrhenius law but also on the catalyzed reaction by nanoparticles, which came off from the reactor and thermocouple by metal dusting. These nanoparticles were made of Ni, Fe, Cr and alloy, and attributed to the formation of carbon deposit on the wall of the reactor and on the surface of the thermocouple. The carbon deposit consisted of amorphous and disordered carbon filaments.

• 한국환경과학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.65-73
• /
• 2019

The catalytic activity of Ni-0.2%YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) with different promoters was evaluated for $CO_2$ methanation. The catalysts were weighed for mixing and they were dried at $110^{\circ}C$ for molding into disks. The concentration of $CO_2$ and $CH_4$ for conducting of $CO_2$ methanation were analyzed by gas chromatography and the physical characteristics of the disk-type catalyst formed were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscope and energy dispersive x-ray spectrometer. The addition of $CeO_2$ as a promoter for Ni-0.2%YSZ (denoted as Ni-5%Ce-0.2%YSZ) resulted in the highest $CO_2$ methanation. It also showed catalytic activity at a low temperature($200^{\circ}C$). Following this, $ZrO_2$, $SiO_2$, $Al_2O_3$ and $TiO_2$ were added to Ni-5%Ce-0.2%YSZ to compare the $CO_2$ methanation, and the highest efficiency was found for. Ni-1%Ti-5%Ce-0.2%YSZ Then, the concentration of Ti was increased to 10% and the catalytic activity was estimated using seven different types of commercial $TiO_2$. In conclusion, ST-01 $TiO_2$ showed the highest efficiency for $CO_2$ methanation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
• /
• pp.476-481
• /
• 2005

2004년말 현재 국내에서 발생되는 음식물쓰레기의 재활용량은 전체 발생량의 $87.7\%$인 10,015톤/일이며, 전체 재활용량의 $6.47\%$인 640톤/일 정도가 혐기성소화 방법에 의해 처리 및 자원화 되고 있다. 국내에서 적용되고 있는 음식물쓰레기 혐기성소화 기술의 대부분은 습식소화(Wet digestion) 공법이며, 처리 방법별로 2상 혐기성소화(Two-phase anaerobic digestion)와 하수슬러지 흑은 축산분뇨와 함께 혼합처리 하는 통합소화(Co-digestion) 공정으로 구분되고 있다. 음식물쓰레기의 자원화 방법에 있어 혐기성소화는 사료화, 퇴비화에 비하여 폐기물의 효과적인 감량화와 자원화 효과뿐만 아니라 유용 에너지원인 메탄가스의 회수가 가능하기에 최근에 주목을 받는 biotechnology중의 하나로 자리매김 하고 있으며, 또한 유기성폐기물의 자원순환형 관리 시스템 구현에 있어 적절한 대안으로 고려되고 있다.

• 공업화학
• /
• 제19권6호
• /
• pp.624-628
• /
• 2008

$N_2O$는 주요 온실가스 성분의 하나로서 광화학 스모그의 유발, 산성비의 전구체 등 온실효과에 상당한 기여를 하고 있는 물질이다. 이러한 $N_2O$ 및 질소산화물을 제거하기 위하여 환원제를 이용한 Selective Catalytic Reduction (SCR) 반응 공정이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 Hydrotalcite 형태의 전구체로부터 Mixed Metal Oxide 촉매를 제조하고 그를 사용하여 $N_2O$ 분해를 위한 메탄 SCR 반응 및 CO의 생성효과를 비교 연구하였다. 실험결과 $CH_4$ 환원제의 첨가는 $N_2O$의 분해 반응에 긍정적인 영향을 미치며, 최적화된 $O_2/CH_4$ 비율의 조건에서 메탄의 부분산화에 의한 SCR 반응이 가장 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제37권4호
• /
• pp.293-305
• /
• 2009

메탄은 온실효과가 이산화탄소 보다 20배 이상인 대표적인 non-$CO_2$ 온실가스이다. 매립지는 주요 인위적 메탄 발생원으로, 매립지의 메탄 발생량은 연간 35~73 Tg(tera gram)으로 추정된다. 바이오커버(개방형 시스템)과 바이오필터(폐쇄형 시스템)을 이용하는 생물학적 방법은 메탄을 회수하여 자원화하기에는 메탄 농도가 너무 낮거나 가스 포집정이 설치되어 있지 않는 노후화된 매립지나 소규모 매립지로부터 메탄 배출을 저감할 수 있는 유용한 방법이다. 메탄을 유일탄소원과 에너지원으로 활용하는 메탄산화세균은 이러한 생물학적 방법에 있어 메탄을 산화시켜 제거하는데 매우 중요한 역할을 담당한다. 토양, compost, 지렁이 분변토 등과 같은 다양한 충전재를 이용하여 실험실 규모의 바이오커버/바이오필터의 메탄산화효율에 관한 많은 연구가 진행되었다. 이 중에서 compost는 가장 많이 이용되고 있는 충전재이고, compost를 이용한 바이오커버/바이오필터의 메탄산화속도는 50에서 $700\;g-CH_4\;m^{-2}\;d^{-1}$로 보고되고 있다. 또한, 실제 매립지에 파일럿 규모의 바이오커버/바이오필터를 설치하여 메탄 배출 저감 효과에 관한 연구도 진행되고 있다. 매립지의 메탄 배출 저감은 탄소배출권 거래와 연관될 수 있으므로, 바이오커버/바이오필터에 의한 메탄 저감량을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 매립지 현장에 설치된 바이오커버/바이오필터의 성능을 평가하는 방법은 표준화되어야 하며, 메탄 저감량을 정확하게 정량화할 수 있는 방법 개발이 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.644-650
• /
• 2021

본 연구는 지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 이용하여 메탄의 개질반응 특성을 수행하였다. 이산화탄소와의 메탄 분해 반응을 전이금속 촉매인 주석을 사용하여 수행되었으며, 주석의 분해 반응성은 니켈, 철과 같은 전이 금속보다 낮으며, 대부분의 분해 반응은 고체 상태 촉매하에 수행된다. 반면에 주석의 녹는점은 505.03K로 액상 촉매하에서 분해가 발생된다. 주석을 사용하는 경우 액상으로 반응하며 메탄이 분해되어 생성되는 고체상 탄소가 촉매에 침적되어 비활성화되는 것을 것을 방지하는 장점이 있다. 이산화탄소를 사용하여 메탄을 분해하는 경우 일산화탄소와 수소를 생성한다. 촉매의 활성과 수명을 높이기 위해 Ni를 사용한 경우 촉매 활성이 향상되었다. 본 연구에서는 과잉습식함침법을 이용하여 촉매를 합성하였으며, 반응 온도, 공간 속도에 따른 활성과 촉매 재생 가능성을 타진하였다. 탄소가 침적된 주석의 촉매 재생 온도는 1023 K로 나타났으며, 니켈을 조촉매로 사용하고 물을 공급하므로써 반응성이 향상되는 것으로 나타났다.