메탄올 수증기 개질 반응에서의 금과 구리 기반 촉매에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 메탄올 수증기 개질 반응에서의 금 나노 입자 크기에 따른 영향과 Cu 기반의 촉매 제조 조건이 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 금 촉매는 상용 지지체인 CeO2-ZrO2 위에 3 wt.% Au를 DPU 방법으로 담지하여 제조하였으며, 환원 방식을 달리하여 평균 금 입자 크기를 조절하였다. Cu 기반의 촉매는 함침법 및 공침법으로 제조하였으며, 지지체 및 담지 방식의 변화와 Cu의 함량 및 Aging time, 침전 방식의 변화에 따른 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 촉매의 활성 실험은 고정층 연속 흐름식 반응기에서 수행하였으며, 제조된 각 촉매들의 특성 파악을 위하여 질소 물리 흡착, MAS/NMR, NH3 승온 탈착 분석, 수소-승온 환원분석과 N2O 및 CO 화학 흡착 실험, ICP-AES, X-선 회절 분석, TEM, UV 가시 분광 측정, In-situ DRIFTS을 수행하였다. 실험 결과, 2-12 nm 내에서 평균 금 입자 크기가 증가할수록 메탄올 수증기 개질 반응에 대한 촉매 활성도는 현저하게 감소하였다. 금 입자와 지지체 간의 경계를 기반으로 한 전환빈도는 2-5 nm 내의 금 입자 크기와는 관계 없는 것으로 나타났으나, 5 nm 이상에서는 금 입자 크기가 증가할수록 전환빈도는 현저하게 감소하였다. Cu기반의 촉매에서는 Cu의 함량보다는 Cu의 분산도 및 표면적이 증가할수록 촉매 활성도가 증가하였으며, Pt과 Cu을 모두 함유하는 촉매에서는 Cu의 분산도 뿐만 아니라 Pt의 분산도 역시 메탄올 수증기 개질 반응에서 주요한 변수임을 확인하였다.