초록 ▼

광촉매 반응의 메탄 전환 반응으로의 적용 가능성 여부를 알아보고자 하여, 메탄의 에틸렌, 에탄 및 프로판화 반응을 전이 금속 계열 촉매를 이용하여 실시해 보았다. 광담체 선별 과정에서는 TiO/sub 2/(anatase type)가 가장 우수한 결과를 보였는데, 이는 TiO/sub 2/가 거의 모든 인조 광의 파장 범위를 흡수하는데 그 원인이 있는 것으로 생각되었다. 여러 금속 성분을 활성 금속으로 담지한 후 부분 산화시켜 메탄의 전환 반응을 실시해 보았을 때 \, Pd>Pt>Cd>Ir>Cu>Ru=Ag의 순으로 활성을 보였으며, 이

광촉매 반응의 메탄 전환 반응으로의 적용 가능성 여부를 알아보고자 하여, 메탄의 에틸렌, 에탄 및 프로판화 반응을 전이 금속 계열 촉매를 이용하여 실시해 보았다. 광담체 선별 과정에서는 TiO/sub 2/(anatase type)가 가장 우수한 결과를 보였는데, 이는 TiO/sub 2/가 거의 모든 인조 광의 파장 범위를 흡수하는데 그 원인이 있는 것으로 생각되었다. 여러 금속 성분을 활성 금속으로 담지한 후 부분 산화시켜 메탄의 전환 반응을 실시해 보았을 때 \, Pd>Pt>Cd>Ir>Cu>Ru=Ag의 순으로 활성을 보였으며, 이 대 예상되는 메카니즘은 4CH/sub 4/ + O/sub 2/ → 2C/sub 2/H/sub 6/ + 2H/sub 2/O 였다. 에틸렌의 경우에는 Pd>Cu>Ag>Pt>ru>Ir>Cd의 순으로 활성을 보였으며, 반응 메카니즘은 2CH/sub 4/ + O/sub 2/ → C/sub 2/H/sub 4/ + 2H/sub 2/O로 예상되었다. 한편 프로판의 경우에는 Pd>Pt>Ir>Cd>Ag>Cu>Ru의 순으로 활성을 보였으며, 예상되는 반응 메카니즘은 3CH/sub 4/ + O/sub 2/ → C/sub 3/H/sub 3/ + ZH/sub 2/O였다. 이상의 결과로부터 Pd의 경우에는 생성물의 대상이 무엇이든지 모두 우수한 결과를 보이고 있으나, 그 외의 금속에서는 금속의 종류에 따라 메탄이 금속 상에서 polymerize되는 경향이 모두 틀린 것을 알 수 있었다. 따라서, 각 금속의 산화 및 환원 처리를 통한 원자가 변화를 이용하여 원하는 금속 담지 광촉매를 제조할 필요가 있을 것으로 사료되었다. 금속 성분을 환원시켜 메탄 전환 반응을 비교해 보았을 때, 본 연구에서 채택된 광반응에 의한 메탄의 에틸렌화 반응은 에틸렌의 생성이 촉매 활성점의 원자가 변화에 매우 민감하게 반응하여 변화하기 때문에 이의 정밀한 조절이 필요하다는 것으로 사료되었으며, 그러기 위해서는 금속 성분의 종류에 상관없이 산화물의 형태가 가장 유리하다는 환원 금속의 공존으로 valence compensation 현상이 일어나 에틸렌 생성 활성점으로 작용한다는 것을 알 수 있었으며, Pt의 경우에는 C/sub 3/ 이상의 고급 탄화수소를 생성하는 것을 볼 수 있었다. Pd은 에틸렌의 생성량이나 선택도에 있어 가장 높은 값을 보였으며, 이로부터 완전 산화된 Pd/TiO/sub 2/ 촉매가 메탄올 광반응에 의해 반응시켰을 때 에틸렌 및 에탄, 프로판을 만드는데 가장 최적의 촉매임을 알 수 있었다.

Abstract ▼

In order to investigate the possibility of methane conversion reaction by photocatalysis, methane to ethane, athylene and propane reaction was progressed with the transition metal catalytic system. The most effective support was TiO₂(anatase type) because it absorbed all the ranges of wave length of

In order to investigate the possibility of methane conversion reaction by photocatalysis, methane to ethane, athylene and propane reaction was progressed with the transition metal catalytic system. The most effective support was TiO₂(anatase type) because it absorbed all the ranges of wave length of Hg high pressure lamp. Various transition metals were impregnated on TiO₂, and partially oxidized.(at 500℃ for 2hrs with limited air) When they were used in methane conversion reaction, only some metals such as Cu, Ru, Ag, Ir, Cd, Pt and Pd showed activity above 0.2%. The results are as follows ; ethane yield activity - Pd > Pt> Cd > Ir> Cu > Ru ≡ Ag mechanism - 4CH₄+O₂→ 2C₂H6 + 2H₂O ethylene yield activity - Pd > Cu > Ag > Pt > Ru > Ir> Cd mechanism - 2CH₄+ O₂→ C₂H₄+ 2H₂O propane yield activity - Pd > Pt > Ir> Cd > Ag > Cu > Ru mechanism - 3CH₄+ O₂→ C₃H8 + 2H₂O Though it showed the different results in polymerization of methane on various metals, Pd was the most effective one for methane to ethane, ethylene and propane reaction. When the methane conversion activity was tested after reduction(at 300℃ for 2hrs with H₂) of each metal, it was found that ethylene yield and selectivity were very sensitive with the valence of metal. Therefore, it was concluded that valence of metal must be controlled precisely. When each metal was perfectly oxidized(at 500℃ for 2hrs with air), it was found that Cu and Ag were very effective on producing ethylene with the valence compensation between oxidized and reduced metals. Pt/TiO₂produced hydrocarbons over C₃. And Pd/TiO₂ was the most effective catalyst for methane to ethylene reaction, and it also showed the highst ethylene selectivity. Finally, it was known that Pd/TiO₂was the optimum catalyst for the methane conversion reaction by photoreaction when it was oxidized perfectly.

목차 Contents

• 제1장 서론...15
• 제2장 실험...17
• 2-1절. 시약 및 재료...17
• 2-2절. 촉매 제조...17
• 2-3절. 반응 장치...17
• 2-4절. 반응 실험...21
• 제3장 결과 및 고찰...25
• 3-1절. 담체 성분에 따른 메탄 전환반응의 활성 비교...25
• 3-2절. 부분산화된 촉매의 활성금속 종류에 따른 메탄의 전환반응 활성 비교...25
• 3-2-1. 메탄 전환 활성의 비교...28
• 3-2-2. 에탄의 생성량 비교...28
• 3-2-3. 에틸렌의 생성량 비교...31
• 3-2-4. 프로판의 생성량 비교...31
• 3-2-5. 에탄의 선택도 비교...34
• 3-2-6. 에틸렌의 선택도 비교...34
• 3-2-7. 프로판의 선택도 비교...37
• 3-3절. 금속의 환원 효과...37
• 3-4절. 금속 성분의 산화 효과...52
• 3-4-1. $Cu/TiO_2$ 촉매의 산화효과...52
• 3-4-2. $Pt/TiO_2$ 촉매의 산화효과...55
• 3-4-3. $Pd/TiO_2$ 촉매의 산화효과...66
• 3-4-4. $Ag/TiO_2$ 촉매의 산화효과...75
• 제4장 결론...93
• 참고문헌...95