초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 FT-ICR MS를 활용한 중질유의 분석기법을 확립(1차년도)하고, 수소화성능이 향상된 새로운 형태의 페로브스카이트를 성공적으로 제조(2차년도)후, 제조된 촉매상에서 중질유의 수소화 반응을 진행 및 분자 수준의 빅데이터를 기반으로 기존 대비 더 면밀한 중질유 수소화분해 반응 메카니즘을 제공(3차년도)하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도(2019-2020년도): 고감도 질량분석기를 이용한 중질유의 분자정보 확립
- 1종 헤테로원자(Hetero-atom; H) 화

□ 연구개요
본 연구는 FT-ICR MS를 활용한 중질유의 분석기법을 확립(1차년도)하고, 수소화성능이 향상된 새로운 형태의 페로브스카이트를 성공적으로 제조(2차년도)후, 제조된 촉매상에서 중질유의 수소화 반응을 진행 및 분자 수준의 빅데이터를 기반으로 기존 대비 더 면밀한 중질유 수소화분해 반응 메카니즘을 제공(3차년도)하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도(2019-2020년도): 고감도 질량분석기를 이용한 중질유의 분자정보 확립
- 1종 헤테로원자(Hetero-atom; H) 화합물 (Mono-H: C_cH_h-S₁, S₂, S₃, N₁, N₂, O₁, O₂, O₃), 2종 헤테로원자 화합물 (Di-H: C_cH_h-O_oS_s, N_nS_s, N_sO_o), 3종 헤테로원자 화합물 (Tri-H: N_nO_oS_s) 및 헤테로원자없는 탄화수소 (C_cH_h)확인 및 그룹핑
- Mono-H중 황화합물이 주된 성분임: 각 25% 이상의 구성비
- Di-H의 경우 산소와 결합 된 황화합물의 비중이 높음: 10~20%의 구성비
(2) 2차년도(2020-2021년도): 중질유 수소화 반응을 위한 In-situ exsolution 페로브 스카이트 촉매 개발
- Pt, Rh, Ru이 Exsolution된 페로브스카이 물질 합성
: La_0.4Sr_0.4Ti_0.95Pt_0.05 O₃, La_0.4Sr_0.4Ti_0.99Rh_0.01O₃, La_0.4Sr_0.4Ti_0.99Ru_0.01O₃
- 귀금속이 도핑 및 Exsolution된 페로브스카이트의 H₂ 흡착등온선 확인
: 모든 Exsolution 페로브스카이트에 5 vol% H₂S/H₂ (360℃, 6시간)를 처리하더라도, 환원전 촉매의 Spillover 성능대비 우수
- 귀금속이 Exsolution된 페로브스카이트의 수소화 반응 기초자료 확보
: 귀금속 Exsolution 페로브스카이트가 혼합된 촉매의 경우, 단독으로 사용할 때 대비 탈황-탈질 성능이 우수하였고, 촉매상의 카본, 황 및 질소 성분의 침적이 덜함
(3) 3차년도(2021-2022년도): 개발된 촉매상에서 중질유 업그레이드에 대한 분자수준의 거동 특성 고찰
- 촉매의 기본 성상 조사
: 글로벌 촉매 회사로부터 합성된 상용촉매 및 Pt Exsolution 페로브스카이트 촉매의 혼성화 기반으로, 원소분석, 라만, SEM, HR-TEM 및 NH3-TPD분석
- 반응 온도 및 압력에 따른 생성물의 벌크 거동 조사
: 반응시간별 결과를 볼 때, 모든 촉매 공히 황 성분 제거에 대한 선택성으로 인해 질소 성분의 제거가 상대적으로 어려워 보이나, 반응압력별 시험시, 압력이 높을수록 질소 제거에 대한 반응성이 커지는 것을 확인하였으며, 모든 촉매 공히 6MPa에서 수소화 반응 시 질소 성분이 0.942까지 감소
- FT-ICR MS를 통한 분자 수준의 촉매 거동 고찰
: 모든 촉매 공히, 단원자-헤터로 화합물의 선택도가 낮으며, 다원자(2종 및 3종)-헤테로 화합물의 선택도가 높음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
(1) 중질유에 대한 분자수준의 빅데이터 확보는 기존 화석연료 업그레이드용 촉매 공정에 새로운 연구 패러다임 제공 가능
(2) 콜타르로부터 프리미엄급 인조흑연을 제조하기 위해 원료의 탈질이 매우 중요하며, 본 혼합촉매에 대해 포스코케미컬 및 포항산업과학연구원이 매우 큰 관심을 보이고 있고, 함께 공동연구 기획 중에 있음.
(3) 페로브스카이트의 활성금속을 Exsolution하는 방법은, 스피넬 구조를 갖는 촉매의 활성금속에도 동일하게 적용할 수 있으며, 기존 화석연료 업그레이드 공정을 포함한 전 에너지 분야의 촉매(재료) 공정 및 환경 촉매 공정에 도입이 가능하므로 연구의 다양화는 물론 신규 연구 분야 개척 유도 가능.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 개요 ... 4
• 1.2. 연구의 필요성 ... 4
• 1.3. 연구의 목표 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 시료확보 및 시료의 빅데이터(FT-ICR MS) 분석 ... 5
• 2.2. 귀금속이 Exsolution된 페로브스카이트 촉매 합성 및 특성분석 ... 7
• 2.3. 상용촉매 및 Exsolution된 페로브스카이트 촉매의 혼성화를 통한 탈황/탈질 반응 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 16
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 21