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온도조절 화학기상증착법을 활용한 대용량 허니컴 구조촉매 제조 연구
Study on the Simple Preparation Method of Honeycomb-structured Catalysts by Temperature-regulated Chemical Vapor Deposition 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.1, 2018년, pp.18 - 21  

서민혜 (고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터) ,  김숭연 (고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터) ,  김영독 (성균관대학교 화학과) ,  엄성현 (고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터)

초록
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본 연구에서는 대용량 구조 촉매의 제조 및 활용 가능성을 확인하고자 셀 밀도가 높은 세라믹 허니컴 구조체와 온도조절 화학기상증착법을 활용하여 촉매를 제조하고 건식 개질 반응에 대한 촉매 활성을 평가하였다. 셀 밀도 600 cpsi 코디어라이트 허니컴(CDR)을 대상으로 니켈을 코팅한 NiO/CDR 촉매는 코팅 조건과 시간을 조절함으로써 허니컴 구조체 셀 내부까지 충분한 균일 증착이 가능하였다, $800^{\circ}C$, 공간속도 $10,000h^{-1}$과 $CH_4$와 $CO_2$를 1 : 1로 주입한 조건에서 $CH_4$는 약 83%, $CO_2$는 약 90% 이상의 우수한 전환율을 보여 건식 개질 반응에 효과적으로 적용이 가능하다는 것을 확인하였다. 이 결과를 토대로 대면적, 대용량 촉매 제조 시 온도조절 화학기상증착법이 매우 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We report on the simple preparation method of large-scale structured catalysts by temperature-regulated chemical vapor deposition with a high cell-density ceramic honeycomb monolith. And the feasibility for dry reforming of methane catalysts was evaluated. The NiO/Cordierite (CDR) catalyst was prepa...

주제어

#temperature regulated-chemical vapor deposition (TR-CVD)   #structured catalyst   #honeycomb monolith   #Ni based catalyst   #dry reforming of methane  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 대용량 구조 촉매의 제조 및 활용 가능성을 평가하기 위해 가열공기 순환식 온도조절 화학기상증착법을 적용하여 대면적 허니컴 구조체 표면에 나노촉매를 효과적으로 증착시키고자 하였으며, 제조한 촉매는 건식 개질 반응을 대상으로 활성을 평가하였다. 특히 세라믹 허니컴 구조체처럼 소재 자체의 열전도성이 낮고, 더욱이 얇은 벽 두께로 인해 균일한 온도 유지가 어려운 대형 코팅 대상 소재에 대하여 균일한 코팅 품질을 확보하고자 하였다. 셀밀도 600cpsi의 코디어라이트 구조체를 활용하여 구조체 중앙부까지 균일한 코팅 함량을 확보한 NiO/CDR 촉매를 제조할 수 있었으며, 건식 개질반응에 적용하였을 경우 열역학적 평형 값에 가까운 전환율을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조촉매가 요구되는 조건은 무엇인가? 높은 비표면적을 보유한 알루미나, 실리카 및 제올라이트 등의 다공성 고체물질이 사용되고 있으며,효과적으로 공정에 적용하기 위해서는 미세분말 촉매를 대용량 혹은 대면적 구조촉매로 성형하는 단계가 필수적이다. 특히 구조촉매는 충분한 물리적, 화학적 안정성과 내마모도가 요구되며 유체흐름을 원활히 하여 압력손실을 감소시킴과 동시에 접촉 면적을 증가시키기 위한 구조설계가 필요하다[1,2]. 이러한 이유로 펠렛(pellets), 트라이로브(trilobe), 폼(foams), 허니컴(honeycombs), 모노리스(monoliths) 등의 복잡한 기하학적 구조 촉매를 이용한 연구가 진행되고 있다[3,4].
코디어라이트 세라믹 허니컴 구조의 한계는 무엇인가? 모노리스 구조 성형체로 사용되고 있는 가장 범용적인 물질은 코디어라이트(cordierite)로써 Mg, Si, Al 산화물이 일정 비율로 구성된 세라믹 허니컴 구조로 활용된다. 코디어라이트 세라믹 허니컴 구조는 열적 안정성과 내화학성 및 뛰어난 열충격성을 보유하고 있으나 비표면 적이 1.0 m2/g 이하로 매우 작기 때문에 촉매 구조체로써 한계점이 있다. 이 때문에 비표면적이 상대적으로 큰 알루미나 등을 허니컴 내벽에 워시코트(washcoat) 박막형태로 코팅하여 비표면적을 향상 시키는 방법을 활용한다[5].
코디어라이트 세라믹 허니컴 구조의 한계를 극복하기 위한 방법은 무엇인가? 0 m2/g 이하로 매우 작기 때문에 촉매 구조체로써 한계점이 있다. 이 때문에 비표면적이 상대적으로 큰 알루미나 등을 허니컴 내벽에 워시코트(washcoat) 박막형태로 코팅하여 비표면적을 향상 시키는 방법을 활용한다[5]. 워시코트 박막은 일반적으로 다공성 분말 촉매를 분산제를 첨가하여 점도를 낮춘 슬러리 형태로 제조하고 함침법(impregnation)으로 구조체 위에 코팅하며, 건조와 열처리를 거쳐 제조한다.
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