[논문]폐촉매에서 추출한 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐의 특성 연구

강웅일

doi:10.5762/kais.2018.19.10.598

초록
AI-Helper

석유정제공장에서 사용된 폐촉매의 특성을 조사하여 바나듐 레독스 흐름전지용 소재인 전해액의 제조에 대하여 연구하였다. 석유정제공정에서 사용된 폐촉매의 총공극 부피, 비표면적 및 평균 기공크기는 BET법과 BJH법으로 계산하여 각각 3.96cc/g, 13.81m2/g, 1.15A 구하여 폐촉매에서 바나듐을 회수하여 전해액으로 제조 할 수 있음을 확인하였다. 폐촉매를 TG-DTA분석결과, $25^{\circ}C$부터 $700^{\circ}C$ 범위에서 중량손실이 약 23wt%였다. 폐촉매의 성분을 ICP 장비를 분석하여 황, 바나듐, 니켈, 알루미늄, 망간 철 구리 등의 원소를 확인하였다. 또한 TEM 장비로 측정한 결과 바나듐 외 다른 원소들이 결정성 클러스터가 밝은 점으로 명백하게 드러남을 알 수 있었다. 액액 추출법을 사용하여 폐촉매로 부터 바나듐을 99.25%로 분리하여 추출한 바나듐용액의 전기화학적 특성분석을 위해 CV(cyclic votammetry)측정한 결과, 산화/환원피크가 나타남으로서 전해질 용액으로서의 가능성을 보여주고 있다. 또한 폐촉매로 부터 추출된 바나듐 용액의 순도를 더욱 높여 전해질 용액을 제조하면 기존 상용화된 전해질 성능과 같은 것을 제조 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the characteristics of the waste catalyst used in the petroleum refinery operations. The total pore volume, specific surface area, and average pore size of the spent catalyst used in the petroleum refinery operations were 3.96cc/g, 13.81m2/g, and 1.15A, respectively. The weight l...

This study examined the characteristics of the waste catalyst used in the petroleum refinery operations. The total pore volume, specific surface area, and average pore size of the spent catalyst used in the petroleum refinery operations were 3.96cc/g, 13.81m2/g, and 1.15A, respectively. The weight loss observed in the range from $25^{\circ}C-700^{\circ}C$ for the spent catalysts using TG and DTA was approximately 23 wt. %. EDS analysis of the waste catalyst sample showed that the five major components were vanadium, nickel, manganese, iron, and copper. The extraction system is attractive for liquid-liquid extraction. In this study, Cynex 272 was used to extract vanadium from waste catalyst. The electrochemical characteristics of the extracted vanadium solution were measured by cyclic voltammetry (CV). As a result, an oxidation / reduction peak appeared, indicating the potential of an electrolytic solution.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Adsorption and desorption isotherm of N2 andporesize distribution on waste catalyst
그림 Fig. 2. TG and DTG curve of the waste catalyst
표 Table 1. Characterization of the waste catalyst used in this study
표 Table 2. ICP analysis for the waste catalyst
표 Table 3. Chemical composition of stripping solution
그림 Fig. 3. overlaid EDS elements mapping (a) and distribution of individual elements indicated (b~g)
그림 Fig. 4. CV of VOSO4 electrolyte solution and recycled electrolyte solution from waste catalyst.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 폐촉매로부터 액액추출법을 이용하여 바나듐원소만 추출 후 소성을 통해 저가인 V₂O₅을 생산하고 이것을 이용하여 바나듐 레독스 흐름전지용 전해액을 제조하고자 한다.
본 연구에서는 폐촉매를 가지고 바나듐 레독스 흐름전지용 소재인 전해액의 제조에 대한 특성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

, Cat No. 002233)을 사용하였고, 작동전극은 Graphite 전극(AT Frontier Part No C120)을 사용하였으며, 표준전극은 Ag/AgCl 전극(BAS Inc., Cat No.013503)을 사용하였다. 백금전극의 길이는 5 cm, 작동전극의 직경은 2 mm를 사용하여 측정하였다.
실험에 이용된 폐촉매는 GS caltex Company에서 공급받았으며 침출효율을 향상시키기 위해 샘플을 미립자로 분쇄하고 건조하였고 성분을 분석하기 위해 ICP장비로 원소를 확인하였다. 사용된 황산 및 수산화나트륨은 시약용 등급을 사용하였다.
폐촉매용액은 15%황산(Samchun Pure Chem Co.Korea)에 용해시켜 제조하였다. 침출시험은 환류응축기가 부착된 1000m³ 삼구플라스크에서 수행하였다.

이론/모형

의 흡착으로부터 얻었다. Brunauer-Emmett-Teller(BET) 법과 Barrett-Joyner-Hallender 법 (BJH)으로 각각 비 표면적과 공극 크기 및 부피 분포를 계산 하였다[5].
침적된 유기상의 금속 이온 농도는 물질 수지에 의해 계산되었다. 추출된 바나듐 용액의 전기화학적 특성 분석은 CV(cyclic voltammetry)를 이용하였다. CV (BioLogic Science Instrument) SP-150측정시 스캔 속도는 20mV/s로 측정하였다.

성능/효과

1. 폐촉매의 총공극 부피, 비표면적 및 평균 기공크기는 각각 3.96cc/g, 13.81m2/g, 1.15A 나타내어 폐촉매에서 바나듐을 회수하여 전해액으로 제조 할 수 있을 것으로 확인하였다.
2. 폐촉매를 TG와 DTA분석결과, 25℃~700℃ 범위에서 중량손실이 약 23wt%였다.
3. TEM 장비로 측정한 결과 바나듐 외 다른 원소들이 결정성 클러스터가 밝은 점으로 명백하게 드러남을 알 수 있었다.
4. 액액 추출법을 사용하여 폐촉매로 부터 바나듐을 99.25%로 분리하여 추출한 바나듐용액의 전기화학적 특성분석을 위해 CV측정한 결과, 산화/환원피크가 나타남으로서 전해질 용액으로서의 가능성을 보여주고 있다. 또한 폐촉매로 부터 추출된 바나듐 용액의 순도를 더욱 높여 전해질 용액을 제조하면 기존 상용화된 전해질 성능과 같은 것을 제조할 것으로 사료된다.

후속연구

25%로 분리하여 추출한 바나듐용액의 전기화학적 특성분석을 위해 CV측정한 결과, 산화/환원피크가 나타남으로서 전해질 용액으로서의 가능성을 보여주고 있다. 또한 폐촉매로 부터 추출된 바나듐 용액의 순도를 더욱 높여 전해질 용액을 제조하면 기존 상용화된 전해질 성능과 같은 것을 제조할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정제공정에서 사용되는 촉매의 특징은?	촉매는 선택성이 높은 탄화수소로 전환을 용이하게 하고 정제기를 통해 깨끗한 수송연료와 석유제품 및 잔여물이 원하는 사양으로 화학물질로 생산하도록 도와주는 역할을 한다. 정제공정에서 사용되는 촉매는 구조변화, 중독 또는 코크스 및 금속과 같은 외부물질의 침적으로 시간이 흐르면서 불활성화 된다 [2, 3].
	액액 추출법을 통해 얻은 바나듐용액이 낮은 피크를 보인 이유는 무엇인가?	순수 VOSO4로부터 제조된 전해액의 산화/환원피크는 분명하게 나타났는데 추출한 전해액은 낮은 피크를 보였다. 이는 분리된 용액의 농도가 낮아 전기적 특성이 낮게 나타난 결과로 보여진다. 그러나 추출된 용액은 전해액으로의 가능성을 보여주고 있다.
	촉매의 역할은 무엇인가?	촉매에는 화학물질을 포함하고 있는데 예를 들면 금속, 금속산화물, 금속 황화물, 무기물 지지체 등이 있다. 촉매는 선택성이 높은 탄화수소로 전환을 용이하게 하고 정제기를 통해 깨끗한 수송연료와 석유제품 및 잔여물이 원하는 사양으로 화학물질로 생산하도록 도와주는 역할을 한다. 정제공정에서 사용되는 촉매는 구조변화, 중독 또는 코크스 및 금속과 같은 외부물질의 침적으로 시간이 흐르면서 불활성화 된다 [2, 3].

참고문헌 (7)

J.C. Lee, "Recycling white paper" Korea institute od Geoscience and mineral Resources, 2001.
Chiranjeevi T, Pragya R, Gupta S. Gokak DT, Bhargava S Minimization of Waste Spent Catalyst in Refineries Procedia Environmental Sciences 35 610 - 617, 2016.

상세보기
B.W. Jong, S.C. Rhoads, A.M. Stubbs, T.R. Recovery of principal metal values from waste hydroprocessing catalysts. US Bureau of Mines. US department of interior, p31, 1989.
J.H. Park, Separation and recovery of high purity $V_{2}O_{5}$ and $MoO_{3}$ from petrochemical waste catalysts containing V and Mo, Patent 10-2008-0026448, 2008.
N Vijya Ganesh, Alexei Demchenko, Keith J Stine, Surface area and pore size characteristics of nanoporous gold subjected to thermal, mechanical, or surface modification studied using gas adsorption isotherms, cyclic voltammetry, thermogravimetric analysis, and scanning electron microscopy, J. Master. Chem 22(14), 6733-6745, 2012.

상세보기
Seon Ah Roh, Dae Sung Jung, Sang Done Kim & Christophe Combustion Characteristics of Spent Catalyst and Paper Sludge in an Internally Circulating Fluidized Bed Combustor" Journal of the Air & Waste Management Association Vo 55 1269-1276 2005.

상세보기
C. L. Miyazaki, I. S. Medeiros, L. E. R. Filho, "Thermal characterization of dental composites by TG/DTG and DSC", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol.102, No.1, pp.361-367, 2010. DOI: https://dx.doi.org/10.1007/s10973-010-0739-3

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

폐촉매에서 추출한 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐의 특성 연구
The study of characterization of extracted vanadium in waste catalyst for vanadium redox flow battery 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

폐촉매에서 추출한 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐의 특성 연구 The study of characterization of extracted vanadium in waste catalyst for vanadium redox flow battery 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7) 모든 표/그림 보기

표/그림 (7) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강웅일 (1)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

폐촉매에서 추출한 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐의 특성 연구
The study of characterization of extracted vanadium in waste catalyst for vanadium redox flow battery 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper