[논문]Ni/Al2O3 촉매를 사용한 에틸렌글리콜의 수증기 개질 반응: 촉매 제조 방법과 환원온도의 영향

최동혁; 박정은; 박은덕

doi:10.9713/kcer.2015.53.3.372

[국내논문] Ni/Al2O3 촉매를 사용한 에틸렌글리콜의 수증기 개질 반응: 촉매 제조 방법과 환원온도의 영향
Steam Reforming of Ethylene Glycol over Ni/Al2O3 Catalysts: Effect of the Preparation Method and Reduction Temperature 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.53 no.3, 2015년, pp.372 - 381

최동혁 (아주대학교 에너지시스템학과, 화학공학과) , 박정은 (아주대학교 에너지시스템학과, 화학공학과) , 박은덕 (아주대학교 에너지시스템학과, 화학공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 $Ni/Al_2O_3$ 촉매를 사용한 에틸렌글리콜의 수증기 개질반응에서 제조 방법에 따른 영향을 알아보았다. 촉매들은 건식 함침법, 습식 함침법 그리고 공침법을 사용하여 제조하였다. 공침법을 사용하여 촉매 제조시 침전제를 KOH, $K_2CO_3$, $NH_4OH$를 각각 사용하여 침전제에 따른 영향 또한 알아보았다. 제조한 촉매들은 질소 물리흡착, 유도결합 플라즈마 질량분석법(ICP-AES), X선 회절법(XRD), 수소 승온 환원법(TPR), 수소 화학흡착, 승온 산화법(TPO), 주사전자현미경(SEM), 열분석법(TGA)을 사용하여 촉매의 물리화학적인 특성을 분석하였다. 773 K에서 환원한 촉매의 경우 KOH 혹은 $K_2CO_3$를 침전제로 사용하여 공침법으로 제조한 촉매가 가장 높은 활성을 보였다. 촉매 제조 방법은 Ni의 입자크기, Ni 산화물의 환원도, 반응에서의 활성과 안정성, 반응 중 탄소 침적의 형태 등에 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다. KOH를 침전제로 사용하여 공침법으로 제조한 촉매의 경우 환원온도를 773~1173 K까지 증가시켰을 때, Ni 입자크기의 증가에도 불구하고 Ni 산화물의 환원도가 증가하므로 반응활성이 증가하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of preparation method on the catalytic activities of the $Ni/Al_2O_3$ catalysts on steam reforming of ethylene glycol was investigated. The catalysts were prepared with various preparation methods such as an incipient wetness impregnation, wet impregnation, and coprecipitation method. In the case of coprecipitation method, various precipitants such as KOH, $K_2CO_3$, and $NH_4OH$ were compared. The prepared catalysts were characterized by using $N_2$ physisorption, inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, X-ray diffraction, temperatureprogrammed reduction, pulsed $H_2$ chemisorption, temperature-programmed oxidation, scanning electron microscopy, and thermogravimetric analysis. Among the catalysts reduced at 773 K, the $Ni/Al_2O_3$ catalyst prepared by a coprecipitation with KOH or $K_2CO_3$ as precipitants showed the best catalytic performance. The preparation method affected the particle size of Ni, reducibility of nickel oxides, catalytic performance (activity and stability), and types of coke formed during the reaction. The $Ni/Al_2O_3$ catalyst prepared by a coprecipitation with KOH showed the increasing catalytic activity with an increase in the reduction temperature from 773 to 1173 K because of an increase in the reduction degree of Ni oxide species even though the particle size of Ni increased with increasing reduction temperature.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에틸렌글리콜로부터 수소를 생성하는 반응은 반응 온도의 범위에 따라 어떻게 나뉘나요?	에틸렌글리콜로부터 수소를 생성하는 반응들은 반응온도의 범위에 따라 낮은 온도의 액상에서 진행되는 수상 개질반응과 높은 온도의 기상에서 진행되는 수증기 개질반응으로 구분할 수 있다. 수상 개질 반응은 비교적 낮은 온도(498~538 K)와 고압조건(29~65 bar)에서 진행되므로 높은 순도의 수소를 제조할 수 있다[6-8].
	에틸렌글리콜의 수증기 개질반응에서 Ni 기반의 촉매를 사용할 때 문제점은?	또한메탄[11], 바이오에탄올[12], 초산[13], 에탄올[14-17], 글리세롤[18], 바이오오일[19]의수증기개질반응에서도 C-C 결합을 효과적으로 끊어 내어[20] 높은 활성을 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 Ni 기반 촉매는 소결과 탄소 침적으로 인하여 비활성화되는 문제점을 가지고 있다 [21-24].
	수소 생성 반응 중 수증기 개질반응의 장점은 무엇인가요?	하지만 상대적으로 수소 생성량이 적고, 촉매의 비활성화를 억제하기 위해서는 반응물의 농도가 낮아야 하는 단점을 가지고 있다[8]. 반면에, 수증기 개질반응은 생성물에서의 높은 수소 농도와 낮은 가격의 촉매를 사용하는 장점을 가지고 있다. 에틸렌글리콜의 수증기 개질반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다[9].

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표제어: PCR

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