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A Comparative study on the Ru-ReOx catalyst supported on biochar derived from rice straw for production of value-added compounds from furan
- Author(s)
- 이영현
- Advisor
- 이제찬
- Department
- 일반대학원 환경공학과
- Publisher
- The Graduate School, Ajou University
- Publication Year
- 2021-02
- Language
- eng
- Keyword
- engineered biochar
- Abstract
- 이번 연구에서는 폐기물 기반의 바이오매스의 헤미셀룰로오스 성분에서 파생된 퓨란의 고부가가치화를 위해 두가지 다른 대기 하에서 생성된 바이오차를 촉매로 이용하였습니다. 바이오차는 볏짚(RSB)을 원료로 표면적와 다공성을 수정시키기 위해 N2와 CO2에서 열분해 하에 생성되었습니다. 그 이후에 바이오차를 촉매 지지체로 사용하여 이원기능성 Ru-ReOx 촉매에 담지시켜 제조하였습니다. 바이오차에 담지된 Ru-ReOx 촉매 (Ru-ReOx /RSB)는 기존의 활성탄이 담지된 촉매 (Ru-ReOx /AC)와 비교되었습니다. 바이오차가 담지된 촉매(Ru-ReOx /RSB)는 활성탄에 담지된 촉매 (Ru-ReOx /AC)와 비교하였을 경우, 환원성 차이를 보였으며 다른 형태의 Re 종이 함유되었는데, 이는 바이오차 내에 알칼리 금속 (K) 존재하기 때문입니다. 지지체의 환원성과 금속 분산은 바이오차의 생성 대기와 밀접하게 관련되었습니다. 특히, Ru–ReOx /RSB-CO2 촉매는 250~560 °C의 온도 범위에서 Ru–ReOx /RSB-N2¬ 촉매보다 24 % 더 많은 수소를 소비했습니다. 바이오차가 담지된 촉매(Ru-ReOx /RSB)의 경우, 활성탄이 담지된 촉매 (Ru-ReOx /AC)와 비교하였을 때 낮은 표면적을 형성하고 있는데, 이는 표면 금속 활성점이 12배 더 적은 것에 기인합니다. 퓨란에서 THF 및 1,4 부탄다이올의 전환에 대한 촉매들에 대한 활성점 당 반응속도(Reaction rate)도 측정되었습니다. 측정 결과를 살펴보면, Ru-ReOx / RSB-N2 촉매는 Ru-ReOx / RSB-CO2 촉매보다 2 배 더 활성이 높았으며 Ru-ReOx / AC 촉매보다 3 배 더 활성이 높은 것을 확인할 수 있었습니다. 따라서 이 연구는 바이오차 촉매의 촉매 특성을 수정하기 위한 간단한 전략을 제시하며 바이오매스 및 폐기물로부터 고부가가치 화학 물질 생산의 바이오차를 촉매로 사용하는 새로운 적용 가능성을 제안합니다. 그러므로, 이 결과는 또한 바이오리파이너리 분야인 폐기물 바이오매스의 전환에 따른 친환경공정 개발에 도움이 되며 고부가가치 화합물 생산에 있어 기존 촉매를 대체 가능한 바이오차의 잠재력을 강조하고자 합니다.
- Alternative Abstract
- Engineered biochar under different environment was used as the catalytic material for the valorization of furan that can be derived from hemicellulosic portion of biomass generated from waste in this study. The biochar was made from pyrolysis using rice straw in N2 or CO2 atmosphere (RSB-N2 or RSB-CO2) to modify its properties including porosity and surface area. The biochars were employed as catalyst support for bifunctional Ru–ReOx catalyst. The biochar-supported Ru–ReOx catalysts (Ru–ReOx /RSB) were compared to a typical activated charcoal (AC)-supported Ru–ReOx catalyst (Ru–ReOx /AC). The biochar-supported catalysts had different reducibility and contained a different form of Re species from the AC-supported catalyst due to the existence of alkali metal (e.g., potassium) in the biochar catalysts. The reducibility and metal dispersion on the support were also highly associated with the atmosphere under which the biochar was made. The Ru–ReOx /RSB-CO2 consumed 24% more hydrogen than the Ru–ReOx /RSB-N2 at a comparable temperature range from 250 to 560 °C. The Ru–ReOx /RSB catalysts had 12 times the smaller number of surface metal sites than the Ru–ReOx /AC catalyst, attributed to their lower surface area. Reaction rate on a per site basis for the conversion of furan into tetrahydrofuran and 1, 4-butanediol was measured over the catalysts. In addition, the Ru–ReOx /RSB-N2 was 2 times more active than the Ru–ReOx /RSB-CO2 and 3 times more active than the Ru–ReO¬x /AC. This result shows not only a straightforward method to modify catalytic properties of biochar catalyst but also a new way using biochar to the production of value-added compounds from waste biomass. Thus, it shows potential of engineered biochar for replacing conventional catalysts used in biorefinery.
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- Graduate School of Ajou University > Department of Environmental Engineering > 3. Theses(Master)
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