선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구는 현재까지 많이 진행되었던 단순 산화물 촉매의 연구와는 달리 다성분 복합산화물 촉매를 이용하여 메탄의 부분산화를 통한 메탄올 및 포름알데히드로의 직접 전환반응을 시도하고자 한다. 아울러 촉매의 특성을 파악을 위하여 6-TPD 실험을 통하여 본 반응의 활성에 크게 영향을 끼치는 것으로 알려진 격자산소에 관하여 조사하여 보았으며, BET 장치를 이용하여 촉매의 비표면적과 촉매 반응성 간의 관계를 조사하여 보았다.
제안 방법
- A-Mn 0.2-6 촉매와 B-Mn 0.25-6 촉매를 사용하여 메탄과 산소의 비를 각각 10:1, 10:1.5, 10:2로 하여 반응 실험을 하였다. Fould는 반응물의 유속에 따른 메탄 의 전환율은 영향을 받지 않는다고 보고하였는데, 본 실험에서는 반응물의 유속은 79 ml/min으로 일정하게 유지하여 실험하였으며, 결과를 Figs.
- Mn의 조성에 따른 영향을 알아보기 위하여 Mn의 몰 비를 1~3까지 0.05씩 변화시킨 촉매를 제조한 후 모두 60CTC에서 소성한 후 반응 활성 실험을 수행하였다. 그 결과로 Fig.
- 필요한 시약의 양은 시약 중 금속성분의 양을 순도를 고려하여 계산하였다. 계량한 시약들을 100 ml 의 증류수에 녹여 혼합 질산염 수용액을 만들었다. 균일한 혼합을 위해 온도를 약 400로 유지하면서 1시간 동안 교반시켰으며, 침전제로 0.
- 3 mol이 되면서 급격하게 떨어지는 경향을 보였는더], 이는 Mn 첨가량이 증가 할수록 촉매활성이 좋은 것은 아니며, 메탄의 활성과 메탄올 선택도에 좋은 영향을 주는 적정의 Mn의 양이 존재한다는 것을 뜻하는 것이다. 그 이유를 알아보기 위하여 가장 우수한 결과를 보인 B-Mn 0.25-6 촉매와 가장 나쁜 결과를 보인 B-Mn 0.3-6 촉매 그리고 촉매선별과정에서 B-Mn-0.1-5 촉매의 pore volume 을 살펴보았으며 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
- 2 g을 반응기에 채운 후 He을 15 mL/min으로 흘려주면서 반응온도인 450℃까지 승온시킨다. 그 후 질량 유속조절기를 이용하여 메탄과 산소의 비를 10:1로 하여 주입하였고, 전체의 유속은 79 mL/min으로 고정하였다. 반응 후 생성물의 분석은 GC를이용하였으며, GC의 검출기는 TCD와 FID를 이용하였다.
- 기기분석을 통하여 제조된 촉매의 특성을 조사하여 보았다. Oz-TPD (Pluse Chemisorb 2700, Micromeritics) 실험을 통하여 촉매의 산소 흡.
- 1, 0.125로 N?를 흡착시켜 BET식으로 나오는 자료로부터 비 표면적을 구하였다.
- 메탄에서 직접 메탄올이나 포름알데히드를 합성하는 실험을 late transition metal과 Mo, Bi 를 이용하여 제조한 촉매를 이용하여 부분 산화 반응 실험을 수행하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
- 모든 촉매는 공침법으로 제조하였다. 필요한 시약의 양은 시약 중 금속성분의 양을 순도를 고려하여 계산하였다.
- 그 후 질량 유속조절기를 이용하여 메탄과 산소의 비를 10:1로 하여 주입하였고, 전체의 유속은 79 mL/min으로 고정하였다. 반응 후 생성물의 분석은 GC를이용하였으며, GC의 검출기는 TCD와 FID를 이용하였다.
- 시도하고자 한다. 아울러 촉매의 특성을 파악을 위하여 6-TPD 실험을 통하여 본 반응의 활성에 크게 영향을 끼치는 것으로 알려진 격자산소에 관하여 조사하여 보았으며, BET 장치를 이용하여 촉매의 비표면적과 촉매 반응성 간의 관계를 조사하여 보았다.
- 2에서 pH가 7이 될 때까지 천천히 침전시켰다. 제조된 슬러리는 완전 반응과 침전의 효과를 충분히 보기 위하여 24시간 방치시켜 겔화 하였다[12]. 슬러리는 침전제로 쓰인NazCQ? 의 Na*이온을 제거하기 위하여 약 70℃ 의 증류수로 충분히 세척하였고, 세척된 전구체를 10 0℃에서 진공 분위기로 12 시간 동안 건조시켰다.
- 제조한 촉매의 활성을 알아보기 위하여 반응실험을 수행하였다. 반응기는 길이 13 in, 직경 3/8 in인 stainless steel 316을 이용하여 제작하였다.
- 촉매의 전처리를 위해서 120C에서 수분을 완전히 제거하였고, 그 후 50笆에서 1시간 동안 산소를 흡착 시켜 900C 까지 승온하면서 탈착하는 산소의 양을 온도의 함수로 조사하였다. 촉매의 비 표면적을 알아보기 위하여 automated adsorption system (Quantachrome, Autosorb)을 사용하였고, 77 K에서의 P/Po를 0.075, 0.1, 0.125로 N?를 흡착시켜 BET식으로 나오는 자료로부터 비 표면적을 구하였다.
- 탈착 특성을 조사하였다. 촉매의 전처리를 위해서 120C에서 수분을 완전히 제거하였고, 그 후 50笆에서 1시간 동안 산소를 흡착 시켜 900C 까지 승온하면서 탈착하는 산소의 양을 온도의 함수로 조사하였다. 촉매의 비 표면적을 알아보기 위하여 automated adsorption system (Quantachrome, Autosorb)을 사용하였고, 77 K에서의 P/Po를 0.
- Oz-TPD (Pluse Chemisorb 2700, Micromeritics) 실험을 통하여 촉매의 산소 흡.탈착 특성을 조사하였다. 촉매의 전처리를 위해서 120C에서 수분을 완전히 제거하였고, 그 후 50笆에서 1시간 동안 산소를 흡착 시켜 900C 까지 승온하면서 탈착하는 산소의 양을 온도의 함수로 조사하였다.
- 필요한 시약의 양은 시약 중 금속성분의 양을 순도를 고려하여 계산하였다. 계량한 시약들을 100 ml 의 증류수에 녹여 혼합 질산염 수용액을 만들었다.
대상 데이터
- 사용한 금속들은 물에 대한 용해성이 뛰어나고, 소성 시 불순물의 제거가 용이한 금속 질산염들을 사용하였다. 본 실험에서 사용한 촉매들의 제조 시약에 대한 자료를 Table 1에 나타내었다.
- 촉매는 본 반응에 활성이 좋은 것으로 알려진 Mo과 Bi를 기본으로 하여 산화물 형성 시 생성열이 비교적 작은 Co, Mn, Fe을 첨가하여 제조하였다. 사용한 금속들은 물에 대한 용해성이 뛰어나고, 소성 시 불순물의 제거가 용이한 금속 질산염들을 사용하였다.
성능/효과
- 1. 기존의 부분산화에 많이 사용되어 왔던 촉매들 중에서 Mo과 Bi를 기본으로하여 다 성분복합산화물 형태로 제조한 촉매의 경우, 메탄 전환율과메탄올 선택도가 가장 우수한 촉매는 Mo:Bi:Mn의 비가 1:1:2.5로 나타났다.
- 2. 본 반응에서 반응물의 비에 따른 메탄 전환율과 메탄올 선택도를 조사하여 본 결과 메탄과 산소의 비가 10:1.5인 경우 가장 좋았다.
- 4에 DA method로 pore size에 따른 pore volume 을 나타내었다. 20A 이하의 micropore가 모두 잘 발달되어 있음을 알 수 있었고, 가장 좋은 반응 활성을 보인 B-Mn 0.25-6 촉매가 가장 높은 pore volume을 보였다.
- 3. 촉매의 비표면적은 메탄의 전환율과 생성물의 선택도에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 비표면적 값이 클수록 메탄의 전환율과 메탄올이나 포름알데히드의 선택도가 증가하였다.
- 4. 촉매의 O2-TPD 실험을 통하여 다른 산소 종의 존재를 확인할 수 있었고, 메탄올과 포름알데히드의 선택도를 증가시키는 산소 종은 800℃ 부근에서 탈착되는 산소종임을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 산소종은 소성 온도와 Mn의 조성과 관계가 있음을 알 수 있었다.
- Mn의 조성에 따라 비표면적이 달라지는 것을 확인할 수 있었고, 촉매 활성실험에서 가장 좋은 결과를 보인 B-Mn 0.25-6 촉매가 가장 높은 비표면적을 보였다. 이를 종합하여 볼 때 메탄의 부분산화에 의한 메탄올 합성의 촉매 활성은 비표면적이 영향을 미치는 것으로 판단되었다.
- 3 -6 촉매의 O-TPD를 나타내었다. 그 결과 B-Mn 0.25-6 촉매는 흡착산소는 나오지 않았으며 부분 산화에 유리하다고 알려진 격자산소만이 750t 부근에서부터 나타났다. 그러나 B-Mn 0.
- 이를 종합하여 볼 때 메탄의 부분산화에 의한 메탄올 합성의 촉매 활성은 비표면적이 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 또한, 본 연구에서는 500℃에서 소성한 촉매가 600℃에서 소성한 촉매보다 비표 면적이 작게 나왔다. 그러므로 Mn을 첨가하여 최대 비 표면적을 얻을 수 있는 소성온도가 600℃임을 알 수 있었다.
- Aoki【4] 는 MoCh/Si。? 의 촉매를 함침법과 sol-gel 법으로 제조하여 600℃ 반응온도에서 최고 메탄 전환율 40%, 포름알데히드 선택도 32%의 결과를 얻었으며, 촉매의 제조방법에 따라 차이가 많이 난다고 보고하였다. 또한 Fe2O3(MoO3) 촉매 상에서 산화제로 산소를 사용한 경우, 반응결과는 우수하지만 경제성이 떨어지고 폭발 위험성 제거하지 못하여 상업화를주진하지 못하였는데, Lunsford[5]등이 폭발의 위험성이 없는 산화제로 N2。를 사용하여 상압, 560℃의 조건에서 메탄의 전환율 8.1%, Ci 화합물의 선택도 84.6%의 결과를 얻었다. 그러나 NzO가 고가이어서 상업화는 불가능하였다.
- 7에는 각 촉매의 메탄올 및 포름알데히드 선택도를 나타내었다. 메탄올과 포름알데히드의 선택도는 메탄과 산소의 비가 10:1.5인 경우 가장 좋게 나타났다. 메탄올의 선택도가 포름알데히드의 선택도 보다 약간 더 높게 나타났다.
- Otsuka[14]는 Mn을 담지한 촉매나 다성분 복합혼합물 촉매에서는 좋은 활성을 보이는 촉매의 예로 Mn£)3와 Mn02를 들면서 높은 메탄과 산소의 비인 경우 본 반응에서 좋은 활성을 보인다고 보고하였다. 본 연구에서 사용된 촉매들도 다성분 복합산화물의 형태로 제조되었고, 메탄의 부분산화에 의한 메탄올이나 포름알데히드의 합성에 활성이 좋게 나타난 것으로 보아 앞에서 언급한 연구자들이 보고한 이유에서 Mn의 영향에 따라 좋은 촉매 활성을 나타내는 것으로 판단된다.
- 위의 두 실험 결과로부터, 메탄의 전환율은 산소의 농도가 증가할수록 증가함을 알았고, 선택도는 메탄과 산소의 비가 10:1.5인 경우 최고로 좋음을 알았다. 이 두 결과를 종합할 때 메탄의 부분산화반응에 의하여 직접 메탄올이나포름알데히드를 합성하는 반응에서는 메탄 전환율과 메탄올이나 포름알데히드의 선택도를 높일 수 있는 반응물 비의 최적 조건은 10:1.
- 5인 경우 최고로 좋음을 알았다. 이 두 결과를 종합할 때 메탄의 부분산화반응에 의하여 직접 메탄올이나포름알데히드를 합성하는 반응에서는 메탄 전환율과 메탄올이나 포름알데히드의 선택도를 높일 수 있는 반응물 비의 최적 조건은 10:1.5임을 알 수 있었다.
- 25-6 촉매가 가장 높은 비표면적을 보였다. 이를 종합하여 볼 때 메탄의 부분산화에 의한 메탄올 합성의 촉매 활성은 비표면적이 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 또한, 본 연구에서는 500℃에서 소성한 촉매가 600℃에서 소성한 촉매보다 비표 면적이 작게 나왔다.
- 3-6의 경우에는 450℃ 근처에서 탈착된 흡착 산소와 격자산소가 모두 탈착되는 현상을 보였다. 이를 종합해 볼 때 Mn의 첨가량은 촉매의 구조나 결정성에 영향을 끼치면서 반응성에 영향을 준다는 것을 확인할 수 있었고, 산소의흡. 탈착능에도 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.
- 1-5 촉매는 가장 작은 pore volume을 나타내었다. 촉매 중 Mn의 몰비가 2.5로 첨가된 촉매가 다른 촉매들 보다 micro, meso, macropore가 고루 잘 발달되어있는 것을 알 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.