[논문]N2분위기에서 FeC2O4·2H2O의 열분해에 의한 Fe3O4-δ합성

박원식; 오경환; 안석진; 서동수

doi:10.3740/mrsk.2012.22.5.253

Abstract ▼ AI-Helper

Activated magnetite ($Fe_3O_{4-{\delta}}$) was applied to reducing $CO_2$ gas emissions to avoid greenhouse effects. Wet and dry methods were developed as a $CO_2$ removal process. One of the typical dry methods is $CO_2$ decomposition using activated magn...

Activated magnetite ($Fe_3O_{4-{\delta}}$) was applied to reducing $CO_2$ gas emissions to avoid greenhouse effects. Wet and dry methods were developed as a $CO_2$ removal process. One of the typical dry methods is $CO_2$ decomposition using activated magnetite ($Fe_3O_{4-{\delta}}$). Generally, $Fe_3O_{4-{\delta}}$ is manufactured by reduction of $Fe_3O_4$ by $H_2$ gas. This process has an explosion risk. Therefore, a non-explosive process to make $Fe_3O_{4-{\delta}}$ was studied using $FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ and $N_2$. $FeSO_4{\cdot}7H_2O$ and $(NH_4)_2C_2O_4{\cdot}H_2O$ were used as starting materials. So, ${\alpha}-FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ was synthesized by precipitation method. During the calcination process, $FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ was decomposed to $Fe_3O_4$, CO, and $CO_2$. The specific surface area of the activated magnetite varied with the calcination temperature from 15.43 $m^2/g$ to 9.32 $m^2/g$. The densities of $FeC_2O_4{\cdot}2H_2O$ and $Fe_3O_4$ were 2.28 g/$cm^3$ and 5.2 g/$cm^3$, respectively. Also, the $Fe_3O_4$ was reduced to $Fe_3O_{4-{\delta}}$ by CO. From the TGA results in air of the specimen that was calcined at $450^{\circ}C$ for three hours in $N_2$ atmosphere, the ${\delta}$-value of $Fe_3O_{4-{\delta}}$ was estimated. The ${\delta}$-value of $Fe_3O_{4-{\delta}}$ was 0.3170 when the sample was heat treated at $400^{\circ}C$ for 3 hours and 0.6583 when the sample was heat treated at $450^{\circ}C$ for 3 hours. $Fe_3O_{4-{\delta}}$ was oxidized to $Fe_3O_4$ when $Fe_3O_{4-{\delta}}$ was reacted with $CO_2$ because $CO_2$ is decomposed to C and $O_2$.

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AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 N2 분위기에서 FeC2O4·2H2O를 열처리할 경우 열처리 온도 및 시간이 Fe3O4-δ의 생성에 미치는 영향을 분석하였다.

제안 방법

Fe3O4-δ의 δ값은 산화분위기에서의 TGA 측정 결과를 바탕으로 산화 전 후의 질량변화를 이용하며 3.3.1절에 기술한 바와 같이 계산하였다.
Fe3O4 및 Fe3O4-δ의 산화를 방지하기 위하여 열처리는 N2 분위기에서 수행하였으며, 유량은 50 sccm (standard cubic centimeter per minute), 반응온도는 200~800℃의 온도구간에서 100℃ 간격으로 실험하였다.
열분해특성은 TG/ DTA (Material Analysis & Characterization, TG/DTA 2000S)로 분석하였다.
침전물의 형상은 SEM (Hitachi, S-4800)으로 관찰하였고, 결정상은 XRD (PANanalytical Co, X’ pert PRD PW3040, Cu Kα 40 kV, 40 mA)로 분석하였다.
목표 열처리 온도까지의 승온속도는 5℃/min.으로 설정하였고, 유지시간은 1 시간으로 하였으며, 열처리 조건에 따른 분말의 비표면적(Micromertics Co, ASAP 2400)을 확인하였다.
3,4) 이를 바탕으로 시편은 Fe3O4와 Fe3O4-δ가 혼재되어 있음을 확인하였고, Fe3O4의 산화반응에 따라 발생되는 질량 증가량을 제외한 320℃ 이후의 온도구간에서의 질량 증가량을 바탕으로 δ을 계산하는 것이 바람직한 것으로 판단하였으며, 다음과 같이 δ값을 계산하였다.
이와 같은 이론적 화학반응을 기초로 하여 산화분위기에서 Fe3O4-δ를 산화시켰을 때의 무게 변화를 TGA로 측정하여 아래와 같은 방법으로 산소결핍도 δ값을 계산하였다.
출발원료로 FeSO4·7H2O과 (NH4)2C2O4·H2O를 이용하고 용액농도 0.25 M, 당량비 1 의 조건으로 FeC2O4·2H2O를 합성한 후, N2 분위기에서의 열처리 조건에 따른 Fe3O4-δ의 특성을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

FeC2O4·2H2O 분말의 합성에 FeSO4·7H2O(순도98~102%, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.)와 (NH4)2C2O4·H2O(순도 99%, Junsei Chemical Co., Ltd.)를 사용하였다.

데이터처리

Table 1에 나타낸 3종류의 시편을 사용하여 δ값에 따른 발열현상을 분석하기 위한 DTA 결과는 Fig. 9와 같으며, 화학양론적 Fe3O4를 표준시편으로 사용하여 비교하였다.

성능/효과

400℃까지의 질량감소율은 58.02%으로 확인되었으며, 이와 같은 질량감소는 FeC2O4·2H2O가 분해되어 Fe3O4로 상변화될 때의 이론적인 질량감소율 57.10%보다 큰 감소율을 나타내었다.
600℃의 열처리 조건에서는 α-Fe상의 생성을 확인할 수없으나 550℃ 및 600℃에서 2시간 열처리할 경우에는α-Fe상이 나타남을 확인하였다.
3) 450℃에서 열처리된 Fe3O4-δ는 대기 중에서 산화될 때 300~350℃의 구간에서 84.024 µv의 발열반응이 확인되었고, 이는 큰 δ값에 의하여 산화반응이 활발히 진행됨에 따른 결과로 판단된다.
2) 450℃에서 열처리된 시편은 Fe3O4-δ 단일상을 나타내며, Fe3C, α-Fe와 Fe4N과 같은 제 2상이 생성되지 않아 0.6583의 큰 δ값을 나타내었다.
1) 공침법으로 합성된 FeC2O4·2H2O의 결정구조는 삼방 정계의 α-FeC2O4·2H2O 이며, 분말의 입도분포는 10.30~45.88 µm이었으며, 평균 입자크기는 21.39 µm이었다.
10,11) 300℃ 이상에서 열처리된 분말은 FeC2O4 내의 격자에 긴 축 방향으로 체인구조를 이루고 있던 C2O42−가 분해 됨으로 인하여 CO와 CO2가 배출되어 입자 표면에 일정 방향으로 균열이 나타남을 확인할 수 있으며, 400℃ 이상에서 열처리된 경우에는 CO와 CO2의 방출에 의한 nano 크기의 미세기공과 0.1~0.5 µm 크기의 기공을 관찰할 수 있다.

후속연구

또한 500℃에서 3 시간의 열처리한 경우의 δ값은 0.1171로 매우 낮은 값을 나타내었고, 이와 같은 원인은 α-Fe와 Fe4N의 생성에 기인한 것으로 생각되며 이에 대한 체계적인 연구가 필요하다고 생각된다.
의 산소결핍도 δ값과 밀접한 관계를 가지고 있으며, δ값이 클수록 큰 발열현상을 나타내고 있다. 앞으로 이에 대한 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산화탄소를 포집하는 방법으로 습식법을 이용할 경우 어떤 액상물질을 이용하는가?	이산화탄소를 포집하는 방법에는 습식법과 건식법이 제시되고 있으며, 습식법에서는 암모니아 또는 아민 등의 액상물질을 이용하여 CO2를 포집한다. 한편 건식법에는 화학흡착특성이 우수한 CaO, MgO, ZnO 등을 이용하여 CO2를 포집하는 방법이 있다.
	Fe3O4-δ의 장점은?	Tamaura가 Fe3O4-δ의 CO2 분해특성을 보고한 후, Fe3O4-δ 제조 및 CO2 분해특성에 관한 많은 연구가 수행되고 있다.1-9) 또한 Fe3O4-δ는 CO2를 분해할 뿐만 아니라 분해에 의해서 Fe3O4-δ 표면에 흡착된 C와 H2를 반응시키면 CH4가 발생하여 CO2를 에너지원으로 재활용할 수 있는 장점을 가져 이에 대한 연구가 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다.
	FeC2O4·2H2O는 N2 또는 불활성분위기에서 열처리하면 Fe3O4, CO, CO2로 분해되는데 이 과정은 몇 도에서 일어나는가?	그러나 FeC2O4·2H2O는 N2 또는 불활성분위기에서 열처리하면 Fe3O4, CO, CO2로 분해되며, 분해과정에서 발생되는 CO에 의해서 Fe3O4가 환원되어 Fe3O4-δ가 생성된다.10) 이러한 분해는 300℃ 정도의 낮은 온도에서 일어나며, 열분해 과정에서 발생되는 가스 방출에 의하여 입자의 비표면적이 커짐으로써 활성이 증대되는 장점이 있다.

참고문헌 (15)

Y. Tamaura, in Proceedings of the Sixth International Conference on Ferrites (Tokyo, Japan, Sep. 1992) ed. T. Yamaguchi and M. Abe (Japan Society of Powder and Powder Metallurgy) p. 195-198.
T. Kodama, Y. Kitayama, M. Tsuji and Y. Tamaura, Energy, 22, 183 (1997).

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K. Nishizawa, T. Kodama, M. Tabata, T. Yoshida and Y. Tamaura, in Proceedings of the Sixth International Conference on Ferrites (Tokyo, Japan, Sep. 1992) ed. T. Yamaguchi and M. Abe (Japan Society of Powder and Powder Metallurgy) p. 239-241.
Y. Wada, T. Yoshida, M. Tsuji and Y. Tamaura, Energ. Convers. Manag., 36, 641 (1995).

상세보기
T. Kodama, Y. Wada, T. Yamamoto, M. Tsuji and Y. Tamaura, Mater. Res. Bull., 30(8), 1039 (1995).

상세보기
K. S. Lin, A. K. Adhikari, Z. Y. Tsai, Y. P. Chen, T. T. Chien and H. B. Tsai, Catal. Today, 174, 88 (2011).

상세보기
L. J. Ma, L. S. Chen and S. Y. Chen, Solid State Sci., 11, 176 (2009).

상세보기
H. C. Shin, C. Kim, J. C. Choi, Masamichi Tsuji and S. C. Choi, J. Energy, 8(1), 137 (1999) (in Korean).
D. -S. Ryu, D. -S. Lee, P. -H. Lee and S. -T. Kim, J. Kor. Ceram. Soc., 37(6), 559 (2000) (in Korean).
V. Carles, P. Alphonse, P. Tailhades and A. Rousset, Thermochim. Acta, 334, 107 (1999).

상세보기
M. A. Mohamed, A. K. Galwey and S. A. Halawy, Thermochim. Acta, 429, 57 (2005).

상세보기
R. Majumdar, P. Sarkar, U. Ray and M. R. Mukhopadhyay, Thermochim. Acta 335, 43 (1999).

상세보기
M. Hermanek, R. Zboril, M. Mashlan, L. Machala and O. Schneeweiss, J. Mater. Chem., 16, 1273 (2006).

상세보기
T. Liapina, Ph. D. Thesis, p. 170, University of Stuttgart, Stuttgart (2005).
K. Haneda and A. H. Morrish, J. Phys. Colloq., 38(C1), 321 (1977).

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