담지된 Pt 촉매를 이용한 프로판의 연소반응

Abstract

최근 고유가 시대에 따른 에너지 자원의 효율적 활용에 대한 관심이 고조되고 있으며 기존의 에너지 소비형 간접 건조방식을 대체하기 위한 직접 건조기의 개발이 진행중이다. 본 연구에서는 직접 건조방식의 핵심 기술인 연소촉매를 개발하였으며 특히 프로판을 연료로 사용하여 저온 반응성 및 내열성이 개선된 촉매를 얻기 위한 다양한 촉매 후보군을 탐색하였다. 즉 백금을 주 촉매로 하여 다양한 금속 산화물과 높은 비표면적을 갖는 제올라이트에 백금질화물과 백금염화물을 담지하여 촉매를 제조한 후 연소반응을 수행하였다. 금속산화물로는 실리카, 세리아, 지르코니아, 이트륨으로 안정화된 지르코니아, 실리카-알루미나, 세리아-지르코니아, 타이타니아 그리고 다양한 결정상을 갖는 알루미나를 담지체로 사용하여 습식함침법으로 제조하였으며, 제올라이트는 베타, 페리어라이트, 모데나이트, Y-제올라이트, 그리고 ZSM-5를 담지체로 사용하여 건식함침법으로 촉매를 제조하였다. 금속산화물의 경우 각각의 지지체의 종류와 비표면적의 변화에 따른 반응특성을 살펴보았으며, 제올라이트의 경우 실리카 대비 알루미나의 비 및 제올라이트의 구조 그리고 이온 교환된 양이온에 따른 반응특성을 살펴보았다. 촉매의 비표면적은 질소의 물리흡착을 통하여 측정하였으며 표면 활성점의 농도는 일산화탄소의 화학흡착을 통하여 측정하였다. 추가로 투과전자현미경과 X-선 회절분석을 수행하였다. 금속산화물을 담체로 사용한 경우 지르코니아, 실리카 그리고 세리아를 담체로 사용한 경우가 비교적 저온 연소반응활성이 우수하였으며, 동일한 담체의 조성에서는 담체의 비표면적이 낮을수록 저온에서 높은 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 제올라이트는 베타 제올라이트가 저온에서 가장 높은 연소반응성을 나타내었으며, 동일한 구조를 갖는 제올라이트의 경우는 백금분산도가 연소 반응성과 직접적으로 연결됨을 확인할 수 있었으며 백금분산도는 실리카 대비 알루미나의 비 및 이온교환된 양이온에 의해서 영향을 받음을 확인할 수 있었다.