니켈 혹은 로듐 촉매를 이용한 LPG 개질반응용 촉매개발

Abstract

수증기 개질 반응은 탄화수소 화합물로부터 연료전지의 연료인 수소를 생산하는 주요 반응중의 하나로서 많은 관심을 끌고 있는데 현재까지 다양한 촉매가 연구되고 있다. 알려진 촉매계는 크게 귀금속 촉매와 니켈로 대표되는 전이금속 촉매로 나눌 수 있는데 귀금속 촉매는 높은 활성과 낮은 탄소 침적을 가지고 있으나 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있으며 니켈 촉매는 가격이 저렴하고 높은 활성을 가지고 있으나 탄소 침적이 잘 되는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 액화 석유가스를 대상으로 수증기 개질 반응을 니켈과 로듐 촉매상에서 수행하였으며 각각 탄소 침적의 억제와 수소 생성량 증가에 초점을 맞추어 촉매를 개발하였다. 반응물 조성으로서 탄소대비 수증기의 몰비를 3으로 고정하고 873 K 에서 32000h-1 Rh 촉매에 조촉매인 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속을 첨가 한 결과 탄소 침적은 감소 되나 반응 활성도 감소 되었다. 반면에 란탄계열 금속을 첨가 한 경우에는 탄소 침적이 감소될 뿐만 아니라 반응 활성 또한 증가 되었다. 반응 활성은 Rh / Sm / γ-Al의 공간속도에서 반응을 진행하였다. 제조된 촉매는 질소물리흡착, 일산화탄소 화학흡착, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)로 분석하였다. 니켈 촉매에 망간을 첨가하였을 때 탄소 침적이 감소 되었으며 추가로 조촉매로 포타슘을 첨가하여 반응을 확인 해 본 결과 탄소침적이 확연하게 감소 되는 것을 확인 할 수 있었다. 2O3 > Rh / La / γ−Al2O3 > Rh / Ce / γ−Al2O3 > Rh / γ−Al2O3 > Rh / Yb / γ−Al2O3의 순서대로 감소하였으며 탄소 침적은 Rh / γ−Al2O3 > Rh / La / γ−Al2O3 > Rh / Yb / γ−Al2O3 > Rh / Sm /γ−Al2O3 > Rh / Ce / γ−Al2O3의 순서대로 감소하였다.