• 에너지공학
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• 제20권3호
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• pp.252-258
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• 2011

Nickel fiber mat was investigated as a potential structured catalyst for steam reforming of biogas in the temperature range of $600-700^{\circ}C$. The activity of as-received catalyst was very low owing to the smooth surface of fibers. Pretreatment of the catalyst by oxidation followed by reduction under methane partial oxidation condition significantly improved the catalytic activity, although degradation of the activity was found during the reaction due to oxidation and sintering. This deactivation was retarded by supplying additional hydrogen in the inlet gases or by coating $CeO_2$ over the catalyst surfaces.

• 한국가스학회지
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• 제14권2호
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• pp.7-14
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• 2010

메탄의 부분산화에 의하여 합성가스를 제조하였다. 저렴하며 본 반응에 활성이 좋은 것으로 알려진 Ni을 활성 물질로, 우수한 산소 저장능력과 높은 산화 환원 특성을 지닌 $CeO_2$를 담체로 하여, 함침법과 우레아법으로 촉매를 제조하였다. 반응은 고정층 반응기를 이용하여 1 atm, $650{\sim}800^{\circ}C$에서 실시하였다. 표면적 측정 장치를 이용하여 촉매 제조법에 따른 표면적 차이를 비교해 본 결과 우레아법으로 제조한 촉매가 함침법으로 제조한 촉매보다 표면적이 약 11배 이상 큼을 알 수 있었고, SEM으로 표면 구조를 조사해본 결과 우레아법으로 제조한 촉매가 훨씬 더 미세하고 균일함을 알 수 있었다. 우레아법으로 제조한 촉매가 함침법으로 제조한 촉매보다 더 높은 메탄 전환율 및 합성가스 선택도를 나타내었다. 본 반응의 문제점인 탄소 침적을 줄이기 위하여 La을 첨가하여 탄소 침적에 미치는 La의 영향을 알아보았다. TGA(열중량 분석기) 분석 결과 La이 첨가되지 않은 촉매에는 약 16%의 탄소 침적이, La을 첨가한 촉매에는 약 2%의 탄소 침적이 형성되었다. 따라서 La 첨가는 탄소 침적을 줄여서 촉매 비활성화를 막은 것으로 추정된다.

• 공업화학
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• 제19권6호
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• pp.624-628
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• 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.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.293-300
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• 2006

KIER has been developing a Ru-based preferential oxidation catalysts and a novel fuel processing system to provide hydrogen rich gas to residential PEMFCs system. The catalytic activity of Ru-based catalysts was investigated at different Ru loading amount and different support structure. The obtained result indicated that 2 wt% loaded Ru-based catalyst supported on ${\alpha}-Al_2O_3$ showed high activity in low temperature range and suppressed the methanation reaction. The developed prototype fuel processor showed thermal efficiency of 78% as a HHV basis with methane conversion of 92%. CO concentration below 10 ppm in the produced gas is achieved with separate preferential oxidation unit under the condition of $[O_2]/[CO]=2.0$. The partial load operation have been carried out to test the performance of fuel processor from 40% to 80% load, showing stable methane conversion and CO concentration below 10 ppm. The durability test for the daily start-stop and 8 h operation procedure is under investigation and shows no deterioration of its performance after 50 start-stop cycles. In addition to the system design and development.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.319-324
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• 2013

합성가스를 생산하기 위한 메탄의 부분산화반응 특성을 $Ni/CeO_2-ZrO_2$, $Ni-Ru/CeO_2-ZrO_2$와 $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ 촉매체를 이용하여 조사하였다. 메탄의 부분 산화 개질 반응에서 촉매의 높은 활성과 안정성을 위하여 허니컴 구조의 금속모노리스 촉매 체를 적용하였다. 촉매분석은 XRD와 FE-SEM을 사용하였으며, 제조된 촉매들의 합성가스 제조 특성은 반응물 비(O/C), GHSV와 온도를 변화시키면서 연구하였다. 개질 실험에서 사용된 촉매 중에서 $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ 촉매 체가 가장 높은 활성을 보여 주었으며, $900^{\circ}C$, GHSV=10,000 $h^{-1}$과 O/C=0.55에서 99%의 메탄 전환율을 얻었다. O/C 비가 증가함에 따라 수소 yield는 증가되고, 반면에 CO yield는 거의 일정하게 유지됨을 확인할 수 있었다. 또한 GHSV가 증가할수록 메탄의 전환율은 감소하였으며, 높은 메탄의 전환율을 얻을 수 있는 GHSV의 범위는 10,000 $h^{-1}$ 이하임을 알 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제14권4호
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• pp.93-103
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• 2006

바이오가스는 유기물의 혐기소화과정에서 생기는 부산물로 열에너지와 전기에너지로 사용되어왔다. 바이오디젤생산의 반응물과 연료로 사용되고 있는 메탄올의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 본 총설에서는 메탄올을 메탄올로 전환하는 직접부분산화법의 최근 발전 동향을 간략한 메탄올합성의 역사와 함께 다루었으며, 산업 규모에서 주로 사용되고 있는 증기개질반응과 현재 연구단계에서 발전하고 있는 촉매산화법을 비교하였다. 이 총설에서는 바이오가스로부터 메탄올전환의 가능성이 기술적인 측면과 경제적 실용성 면에서 제시되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.581-584
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• 2008

중기공성 층상화합물의 촉매 담체를 제조하고, 메탄으로부터 수소를 제조하기 위한 활성도를 평가하기 위해서 고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매상에서 메탄의 부분산화반응를 수행하였다. 또한, BET, TEM, TPR를 사용하여 촉매 및 담체의 특성을 분석하였다. 촉매 담체인 실리카 지주 $H^+-kenyaite$(SPK) 와 $H^+-magadite$(SPM)의 BET 비 표면적은 각각 $760m^2/g$와 $810m^2/g$ 이었고, 평균기공크기는 각각 3.0 nm와 2.6 nm 이었다. $N_2$-흡착등온선은 히스테리시스가 잘 발달된 IV형이었으며, TEM으로 중기공성 층상화합물이 잘 만들어졌음을 확인할 수 있었다. Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매는 973 K, $CH_4/O_2=2$, $1.25{\times}10^{-5}g-Cat.hr/ml$의 반응조건에서 각각 90%, 87%의 수소의 수율를 얻을 수 있었으며, 약 60시간 까지도 높은 수소 수율을 유지하였다. Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매의 TPR 피크는 각각 453K와 413K의 근방에서 비슷한 환원도를 보여주었다. 이러한 분석자료로부터 SPK와 SPM은 산화반응의 촉매 담체로서 구비조건(비 표면적, 열안정성, 평균기공크기 등)를 갖추고 있음을 알 수 있었다.

• 공업화학
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• 제30권6호
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• pp.757-761
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• 2019

고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 M(1)-Ni(5)/AlCeO₃ (M = La, Ce, Y) 촉매상에서 메탄의 부분 산화 반응을 수행하여 수소의 수율을 조사하였다. XRD 분석으로 반응 전과 반응 후의 환원된 La(1)-Ni(5)/AlCeO₃ 촉매의 결정상 특성피크를 조사하였고 FESEM과 EDS 분석으로 La, Ni, Ce 금속 입자가 촉매 표면상에 균일하게 분포하고 있음을 조사하였다. XPS 분석으로 촉매 표면상에 O^2-, O₂^2-의 산소와 Ce³⁺, Ce⁴+, La³⁺, Ni²⁺ 등의 이온이 존재함을 알 수 있었고, Ni(5)/AlCeO₃ 촉매에 1 wt%의 La를 첨가하면 Ni2p_3/2과 Ce3d_5/2의 원자가 각각 52.7과 6.3%로 증가하였다. La(1)-Ni(5)/AlCeO₃ 촉매상에서 수소의 수율은 89.1%이었으며, M(1)-Ni(5)/AlCeO₃ (M = Ce, Y)보다 매우 우수하였다. AlCeO₃이 산소와 반응하여 만들어진 CeO₂의 Ce⁴⁺ 이온이 La³⁺로 치환됨으로서 격자에 산소 빈자리를 만들고 strong metal-support interaction (SMSI) 효과로 Ni 원자의 분산을 증가시켜 수소 수율를 향상시켰다.

• 공업화학
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• 제21권6호
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• pp.648-652
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• 2010

고정층 상압 흐름 반응기에서 메탄의 부분산화반응를 수행하여 메탄으로부터 수소제조 위한 촉매의 활성도를 평가하였고, BET, XPS, XRD를 사용하여 촉매의 특성을 분석하였다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 BET 표면적, Horvath-Kawaze의 기공부피와 기공폭, t-플롯 미세기공 면적과 부피는 각각 $284m^2/g$, $0.233cm^3/g$, 3.9 nm, $30m^2/g$ $0.015cm^3/g$과 $396m^2/g$, $0.324cm^3/g$, 3.7 nm, $119m^2/g$, $0.055cm^3/g$이었다. 촉매는 히스테리시스가 잘 발달된 IV형 임을 $N_2$-흡착등온선으로부터 확인할 수 있었다. XPS분석으로부터 SPK에 Ti와 Zr이 부분 치환된 Ti-SPK과 Zr-SPK의 Si 2p과 O 1s 피크는 SPK의 Si 2p와 O 1s 피크 보다 낮은 결합에너지 쪽으로 화학 이동함을 알 수 있었고, 촉매표면의 Pd의 산화상태는 $Pd^0$와 $Pd^{+2}$이었다. XRD의 결정 피크는 반응 전에 무정형인 촉매가 반응 후에는 결정상으로 변함을 보여주었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 메탄의 전화율과 수소의 선택도는 973 K, $CH_4/O_2$ = 2, GHSV = $8.4{\times}10^4mL/g_{cat}{\cdot}h$. 반응조건에서 각각 77, 84%와 78, 72%이었고, 반응 시작 후 3일까지도 촉매의 활성이 거의 일정하게 유지되었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매는 메탄의 부분산화반응에서 활성도와 열 안정성 및 물리화학적 성질이 우수하였다.

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