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구리복합산화물 촉매상에서 일산화탄소의 산화반응
CO oxidation Reaction over copper metal oxide catalysts 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.33 no.1, 2016년, pp.129 - 135  

이학범 (한경대학교 화학공학과) ,  고형림 (한경대학교 화학공학과)

초록
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Cu-Mn과 Cu-Zn 촉매를 침전제로 다르게 하거나, 금속의 몰비율, 소성온도를 다르게 하여 공침법으로 제조하였고 CO산화반응을 수행하여 혼합산화물 촉매에서 Cu, Mn 과 Zn의 영향 및 소성온도가 미치는 영향을 조사하였다. 촉매의 물리 화학적 특성을 알아보기 위하여 XRD, $N_2$ 흡착 및 SEM의 분석을 수행하였다. $Na_2CO_3$로 침전시켜 $270^{\circ}C$로 소성하여 제조한 2Cu-1Mn 산화물 촉매가 저온에서 CO 산화반응 활성이 가장 좋았으며 2Cu-1Mn 산화물 촉매는 $43m^2/g$으로 가장 높은 비표면적과 촉매 활성을 나타내었다. XRD로 촉매의 결정구조를 분석하였을 때 $Cu_{0.5}Mn_{2.5}O_4$의 결정구조를 갖는 촉매는 낮은 활성을 보였다. $270^{\circ}C$에서 소성한 촉매가 좋은 활성을 나타냈으며 Pt 촉매와 비교하여도 저온에서 CO산화반응이 더욱 우수함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

CO oxidation was performed with Cu-Mn and Cu-Zn co-precipitated catalysts as differential precipitant, metal ratio and calcination temperature. The effects of differential metal mole ratio and calcination temperature in mixed metal oxide catalyst were investigated with CO oxidation reaction. Physioc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 공침법을 이용하여 각각 다른 침전제 및 소성온도를 달리하여 Cu-Mn 계 및 Cu-Zn계 금속 복합산화물 촉매를 제조하였다. Cu와 Mn/Zn으로 제조된 촉매를 이용하여 일산화탄소의 완전산화 반응을 실시하여 촉매 활성에 Cu/Mn 및 Cu/Zn의 비율, 침전제 및 소성온도가 미치는 영향을 조사하였다. 또한 제조한 촉매의 표면 상태 및 특성 분석을 하여 활성점과 그 상태에 대해 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일산화탄소 산화반응은 어떤 분야에 적용되는가? [1] 이러한 일산화탄소 산화반응은 CO + 1/2O2 → CO2, ᐃHo = -283 kJ/mol의 간단한 반응이고 저온에서 CO산화반응 촉매의 발전은 산업, 환경 및 국내시장에서 잠재적인 발전 가능성을 보여주고 있다.[2] 일산화탄소 산화반응은 공기정화장치, 환경 또는 산업적 배기 조절, 자동차 배가스 조절, PEMFCs에서 CO제거, 일산화탄소 가스 센서 등 다양한 분야에 적용되는 반응이다.[3] 저온 일산화탄소 산화 반응에서는 석유화학산업의 수소화 또는 탈수소화에 쓰이는 Pt, Pd, Rh와 같은 귀금속 촉매들이 우수한 활성을 보이고 배가스에 포함된 황 및 염소계 피독물질에 대한 내구성이 높아 상업용으로 많이 쓰인다.
자동차의 배출가스의 대부분을 차지하는 것은? 고도의 산업화에 의한 에너지 사용량 증가, 인구 및 산업시설 집중화에 따른 대기오염이 더욱이 심화되고 있다. 그 중 자동차의 배출가스의 대부분이 일산화탄소이다. 일산화탄소는 매우 독성이 강하며 대기중 600ppm 이상의 농도에서 사람에게 치명적이다.
귀금속 촉매의 단점은? [3] 저온 일산화탄소 산화 반응에서는 석유화학산업의 수소화 또는 탈수소화에 쓰이는 Pt, Pd, Rh와 같은 귀금속 촉매들이 우수한 활성을 보이고 배가스에 포함된 황 및 염소계 피독물질에 대한 내구성이 높아 상업용으로 많이 쓰인다.[4,5] 하지만 높은 가격, 고온에서의 소결현상 등의 문제를 가지고 있어 대체 활성물질로 전이금속으로의 관심이 높아지고 있다.[6] 예로 base metal 한가지만으로는 귀금속과 같은 성능을 나타내지는 못하나 여러 가지가 혼합되어 협동 메커니즘에 의해 반응성이 향상된다는 점에서 base metal을 이용한 혼합촉매에 관한 연구가 진행되었다.
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참고문헌 (16)

  1. Ardita Mele, Ilo Mele, Altin Mele, Preparation-Properties Relation of Mn-Cu Hopcalite Catalyst, Am. J. Appl. Sci., 9, 265-270 (2012). 

  2. Eric C. Njagi, Chun-Hu Chen, Homer Genuino, Hugo Galindo, Hui Huang, Steven L. Suib, Total oxidation of CO at ambient temperature using copper manganese oxide catalysts prepared by a redox method, Appl. Catal., B: Environmental 99, 103-10 (2010). 

  3. Eui Sik Kim, Jung-Hyun Park, Kyung-Ho Cho, Chae-Ho Shin, CO oxidation over CuO catalysts: Effect of calcination temperature, J. Ind Sci Technol. Institute, 24, No.1, 71-78 (2010). 

  4. Jung-Hyun Park, Kyung Ho Cho, Yun Jung Kim, and Chae-Ho Shin,CO oxidation Over Pt Supported on Al-Ce Mixed Oxide Catalysts with Different Mole Ratios of Al/(Al+Ce), Clean Tech., 17, No.2, 166-174 (2011). 

  5. Hye-Jin Kim, Sung-Woo Choi and Chang-Seop Lee, Activity and Characteristics of Cu-Mn Oxide Catalysts Supported on ${\gamma}$ Al2O3, Korean Chem. Eng. Res, 44, No.2, 193-199 (2006). 

  6. Ming Li, Dong-Hui Wang, Xi-Cheng Shi, Ze-Ting Zhang, Tong-Xin Dong, Kinetics of catalytic oxidation of CO over copper-manganese oxide catalyst, Sep. Purif. Technol., 57, 147-51 (2007). 

  7. Jong Soo Park, Sung chang hong and Dong Sup Doh, Activity of MeO/NMD Catalysts for CO Oxidation, Korea Chem. Eng. Res., 34, No6, 694-699 (1996). 

  8. Kyong Ho Cho, Jung-Hyun Park, and Chae-Ho Shin, Low Temperature CO Oxidation over Cu-Mn Mixed Oxides, Clean Tech., 16, No.2, 132-139, (2010) 

  9. Maria Wojciechowska, Wiesław Przystajko, Michal Zielin'ski, CO oxidation catalysts based on copper and manganese or cobalt oxides supported on MgF2 and Al2O3, Catal. Today 119, 338-341 (2007). 

  10. Hong Chen, Xinli Tong, Yongdan Li, Mesoporous Cu-n Hopcalite catalyst and its performance in low temperature ethylene combustion in a carbon dioxide stream, Appl. Catal., A: General 370, 59-65 (2009). 

  11. M. Kramer, T. Schmidt, K. Stowe, W.F. Maier, Structural and catalytic aspects of sol-gel derived copper manganese oxides as low-temperature CO oxidation catalyst, Appl. Catal., A: General, 302, 257-263, (2006). 

  12. Christopher Jones, Kieran J. Cole, Stuart H. Taylor, Mandy J. Crudace, Graham J. Hutchings, Copper Manganese oxide catalysts for ambient temperature carbon monoxide oxidation: Effect of calcination on activity, J. Mol. Catal. A: Chemical, 305, 121-124, (2009) 

  13. Ali A. Mirzaei, Hamid R. Shaterian, Richard W. Joyner, Michael Stockenhuber, Stuart H. Taylor, Graham J. Hutchings, Ambient temperature carbon monoxide oxidation using copper mangnese oxide catalysts: Effect of residual Na+ acting as catalyst poison, Catal. Commun., 4, 17-20, (2003). 

  14. G.J. Hutchings, A.A. Mirzaei, R.W. Joyner, M.R.H. Siddiqui, S.H. Taylor, Effect of preparation conditions on the catalytic performance of copper manganese oxide catalysts for CO oxidation, Appl. Catal., A: General 166, 143-152, (1998). 

  15. H. Hecht, "The Laser Guidebook", McGraw-Hill Book Company Press, Chpt 10 (1986). 

  16. Jung-Hyun Park, Yun Jung Kim, Kyung Ho Cho, Eui Sik Kim, Chae-Ho shin, CO Oxidation Over Manganese Oxide Catalysts: Effect of Calcination Temperatures, Clean Tech., 17, 41-47, (2011). 

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