이산화탄소로부터 올레핀의 직접합성을 위한 혼성촉매계와 Fischer-tropsch 공정의 비교연구 Comparative Studies on Catalytic Conversion of Carbon Dioxide into Olefin with Hybrid System and Fischer-Tropsch Synthesis원문보기
지구 온난화에 영향을 미치는 기체들을 이름하여 "Greenhouse Gases"라고 하며, 특히 이 가운데 CO2는 지구온실효과에의 기여도가 약 50% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이산화탄소의 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제시되고 있으나 촉매화학적 전환에 의해 유용한 비공해성 화합물로 활용하는 방안이 가장 경제적 타당성이 있는 기술로 평가되고 있다. 현재까지의 연구 결과에 의하면 이산화탄소로부터 메탄올을 합성하는 공정과 메탄올로부터 ...
지구 온난화에 영향을 미치는 기체들을 이름하여 "Greenhouse Gases"라고 하며, 특히 이 가운데 CO2는 지구온실효과에의 기여도가 약 50% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이산화탄소의 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제시되고 있으나 촉매화학적 전환에 의해 유용한 비공해성 화합물로 활용하는 방안이 가장 경제적 타당성이 있는 기술로 평가되고 있다. 현재까지의 연구 결과에 의하면 이산화탄소로부터 메탄올을 합성하는 공정과 메탄올로부터 올레핀으로 전환시키는 공정은 각각 상당한 수준을 달성하여 일부 상업화가 되었으나, 이산화탄소로부터 올레핀까지의 일괄공정에 대한 연구는 아직 미진한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 이산화탄소로부터 고부가가치의 올레핀을 직접 합성하는 것을 목표로 하여, 메탄올합성 공정용 촉매와 메탄올전환 공정(methanol-to-olefin)용 촉매를 물리적으로 혼합한 Hybrid system과 Fischer-Tropsch 공정에 사용되는 철촉매계를 상호 비교함으로써 이산화탄소의 촉매적 고정화를 통한 올레핀의 직접합성에 대한 가능성을 제시하였다.
그 결과, 메탄올 합성공정과 메탄올 전환공정(MTO)을 연계시킨 2-step 반응에서는 C2-C4 탄화수소 중 82.2%의 높은 올레핀 선택도를 나타냈으나 낮은 이산화탄소 전환율에 따른 탄화수소의 수율 감소로 인하여 최종 올레핀 수율은 낮은 수치를 나타내었다.
Hybrid system에서는 메탄올 합성용 촉매인 Cu/ZnO/Al2O3와 메탄올 전환용 촉매인 Mg-La/ZSM5를 혼합하였을 경우, 가장 높은 이산화탄소 전환율과 탄화수소 수율을 나타내었다. 그러나, 혼성촉매의 경우 올페핀의 생성은 확인할 수 없었으며, 이것은 Cu에 의하여 생성된 중간세기의 산점의 증가와 함께, 올레핀 생성의 주요 활성점인 Br nsted acid site의 소멸에 기인한 것임을 NH3-TPD 결과로부터 확인하였다.
Fischer-Tropsch 공정에 사용되는 철촉매에 의한 이산화탄소의 전환반응에서는 담체로 ZSM-5를 사용할 경우 올레핀의 생성 및 선택도를 증가시킬 수가 있었으며, 더욱이 알칼리 금속(K)을 이온교환한 Fe/K-ZSM5 촉매의 경우에는 300℃, 10atm의 반응조건 하에서 54.9%의 대단히 높은 올레핀 선택도를 확보하였다. 또한 전체 탄화수소의 수율을 증대시킴으로써 올레핀 수율도 2-step 반응보다 높게 나타났다. 이와같은 활성의 증대는 알칼리 금속을 이온교환 시킴으로써 산특성을 갖는 CO2의 흡착량을 증대시킴과 동시에 촉매 표면에 흡착된 carbon species의 보다 안정된 특성을 유발시킨 것으로 TPDC(Temperature Programmed Decarburization)결과 확인할 수 있었다.
지구 온난화에 영향을 미치는 기체들을 이름하여 "Greenhouse Gases"라고 하며, 특히 이 가운데 CO2는 지구온실효과에의 기여도가 약 50% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이산화탄소의 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제시되고 있으나 촉매화학적 전환에 의해 유용한 비공해성 화합물로 활용하는 방안이 가장 경제적 타당성이 있는 기술로 평가되고 있다. 현재까지의 연구 결과에 의하면 이산화탄소로부터 메탄올을 합성하는 공정과 메탄올로부터 올레핀으로 전환시키는 공정은 각각 상당한 수준을 달성하여 일부 상업화가 되었으나, 이산화탄소로부터 올레핀까지의 일괄공정에 대한 연구는 아직 미진한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 이산화탄소로부터 고부가가치의 올레핀을 직접 합성하는 것을 목표로 하여, 메탄올합성 공정용 촉매와 메탄올전환 공정(methanol-to-olefin)용 촉매를 물리적으로 혼합한 Hybrid system과 Fischer-Tropsch 공정에 사용되는 철촉매계를 상호 비교함으로써 이산화탄소의 촉매적 고정화를 통한 올레핀의 직접합성에 대한 가능성을 제시하였다.
그 결과, 메탄올 합성공정과 메탄올 전환공정(MTO)을 연계시킨 2-step 반응에서는 C2-C4 탄화수소 중 82.2%의 높은 올레핀 선택도를 나타냈으나 낮은 이산화탄소 전환율에 따른 탄화수소의 수율 감소로 인하여 최종 올레핀 수율은 낮은 수치를 나타내었다.
Hybrid system에서는 메탄올 합성용 촉매인 Cu/ZnO/Al2O3와 메탄올 전환용 촉매인 Mg-La/ZSM5를 혼합하였을 경우, 가장 높은 이산화탄소 전환율과 탄화수소 수율을 나타내었다. 그러나, 혼성촉매의 경우 올페핀의 생성은 확인할 수 없었으며, 이것은 Cu에 의하여 생성된 중간세기의 산점의 증가와 함께, 올레핀 생성의 주요 활성점인 Br nsted acid site의 소멸에 기인한 것임을 NH3-TPD 결과로부터 확인하였다.
Fischer-Tropsch 공정에 사용되는 철촉매에 의한 이산화탄소의 전환반응에서는 담체로 ZSM-5를 사용할 경우 올레핀의 생성 및 선택도를 증가시킬 수가 있었으며, 더욱이 알칼리 금속(K)을 이온교환한 Fe/K-ZSM5 촉매의 경우에는 300℃, 10atm의 반응조건 하에서 54.9%의 대단히 높은 올레핀 선택도를 확보하였다. 또한 전체 탄화수소의 수율을 증대시킴으로써 올레핀 수율도 2-step 반응보다 높게 나타났다. 이와같은 활성의 증대는 알칼리 금속을 이온교환 시킴으로써 산특성을 갖는 CO2의 흡착량을 증대시킴과 동시에 촉매 표면에 흡착된 carbon species의 보다 안정된 특성을 유발시킨 것으로 TPDC(Temperature Programmed Decarburization)결과 확인할 수 있었다.
Greenhouse gases have increased in concentration since the beginning of the industrial revolution. An increase in greenhouse gases such as carbon dioxide, ozone, methane, nitrous oxide and chlorofluorocarbons may contribute to global warming. Of these gases, the single most important gas is carbon d...
Greenhouse gases have increased in concentration since the beginning of the industrial revolution. An increase in greenhouse gases such as carbon dioxide, ozone, methane, nitrous oxide and chlorofluorocarbons may contribute to global warming. Of these gases, the single most important gas is carbon dioxide which accounts for 50% of the change in th intensity of the Earth's greenhouse effect.
For the elimination of carbon dioxide, catalytic conversion of CO2 into energy source or chemicals has attracted much attention as one of the most promising methods to mitigrate the global worming effect. In order to improve climate conditions as well as to solve the carbon resource problem, it is desirable to develop techniques whereby CO2 can be converted into valuable chemicals. For catalytic reaction, many investigations have been made on methanol synthesis from CO2 and synthesized methanol to olefin(MTO process) has been rapidly developed to commercial application.
However, little attention has been paid to the direct conversion of carbon dioxide into olefin. Therefore, the comparative study on directly catalytic conversion of CO2 into more valuable olefin with hybrid system and Fischer-Tropsch synthesis was performed by this experiment.
As a result, the 2-step reaction that was connected methanol synthesis reaction with MTO process gave high selectivity to olefin(82.2%). The activities of the hybrid catalyst composed of Cu/ZnO/Al2O3 and Mg-La/ZSM5 for producing hydrocarbon was superior to others. However, because of the increment of medium strength acid sites due to Cu of methanol synthesis catalyst and the disappearance of Br nsted acid sites for producing olefin, the formation of olefin was not observed. Generally, Fe based catalysts have been found to be suitable in the catalytic hydrogenation of carbon monoxide(CO), the so-called Fischer-Tropsch synthesis. In this studies, iron catalysts supported with ZSM-5 was found to become a potential candidate for CO2 hydrogenation. Furthermore, Fe/K-ZSM5 catalyst promoted with Potassium(K) gave high selectivity to olefin(54.9%) in C2-C4 hydrocarbon. It was due to the increase of CO2 uptake and relative stabilities of surface carbides by the introduction of alkali metal(K).
Greenhouse gases have increased in concentration since the beginning of the industrial revolution. An increase in greenhouse gases such as carbon dioxide, ozone, methane, nitrous oxide and chlorofluorocarbons may contribute to global warming. Of these gases, the single most important gas is carbon dioxide which accounts for 50% of the change in th intensity of the Earth's greenhouse effect.
For the elimination of carbon dioxide, catalytic conversion of CO2 into energy source or chemicals has attracted much attention as one of the most promising methods to mitigrate the global worming effect. In order to improve climate conditions as well as to solve the carbon resource problem, it is desirable to develop techniques whereby CO2 can be converted into valuable chemicals. For catalytic reaction, many investigations have been made on methanol synthesis from CO2 and synthesized methanol to olefin(MTO process) has been rapidly developed to commercial application.
However, little attention has been paid to the direct conversion of carbon dioxide into olefin. Therefore, the comparative study on directly catalytic conversion of CO2 into more valuable olefin with hybrid system and Fischer-Tropsch synthesis was performed by this experiment.
As a result, the 2-step reaction that was connected methanol synthesis reaction with MTO process gave high selectivity to olefin(82.2%). The activities of the hybrid catalyst composed of Cu/ZnO/Al2O3 and Mg-La/ZSM5 for producing hydrocarbon was superior to others. However, because of the increment of medium strength acid sites due to Cu of methanol synthesis catalyst and the disappearance of Br nsted acid sites for producing olefin, the formation of olefin was not observed. Generally, Fe based catalysts have been found to be suitable in the catalytic hydrogenation of carbon monoxide(CO), the so-called Fischer-Tropsch synthesis. In this studies, iron catalysts supported with ZSM-5 was found to become a potential candidate for CO2 hydrogenation. Furthermore, Fe/K-ZSM5 catalyst promoted with Potassium(K) gave high selectivity to olefin(54.9%) in C2-C4 hydrocarbon. It was due to the increase of CO2 uptake and relative stabilities of surface carbides by the introduction of alkali metal(K).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.