폐기물에서 수소를 생산하는 친환경 촉매 개발
폐기물에서 수소를 생산하는 친환경 촉매 개발 벌집형 구조체를 이용한 촉매의 활성 및 안정성 향상
연구결과 개요
2. 연구내용
고순도 수소를 생산하는 수성가스전이반응에 구리(Cu)-철(Fe)-다공성 알루미나(MA) 촉매(이하 CFO-MA)를 적용하여 폐기물가스화부터 생산된 합성가스를 고순도 수소로 전환하는 연구를 수행하였다. CFO-MA촉매의 성능을 비교 평가하기 위해서 함침법으로 제조된 구리(Cu)-철(Fe)/알루미나(Al) 촉매(이하 I-CFO-A)와 순수한 구리(Cu)-철(Fe) 촉매(이하 CFO), 상업용 철(Fe)-크롬(Cr) 촉매를 수성가스전이반응에 적용하여 성능을 비교하였다. 수성가스전이반응 수행 결과, CFO-MA촉매는 모든 온도 영역에서 높은 활성을 나타내고 매우 안정적인 촉매 성능을 보여주었다.
개발된 CFO-MA촉매의 높은 성능은 다음 특성 분석을 통해 설명이 가능하다. 첫째, 고분해능투과전자현미경 분석을 통해 전체 구조에서 다공성의 육각형(벌집형 구조)구조를 확인할 수 있었으며 구리, 철 성분이 고르게 분포되어있음을 확인하였다. 둘째, 촉매 특성 분석을 통해 개발된 촉매가 반응 가스를 고르게 확산시킬 수 있는 메조 세공의 다공성 구조임을 확인하였다. 이를 통해 물질 전달 한계를 완화시켜 촉매의 활성을 증진시키고 벌집형 구조가 가진 특유의 구조적 안정성으로 인해 구리의 소결현상을 감소시켜 높은 활성 및 안정성을 나타낸 것을 알 수 있었다.
셋째, 승온환원분석을 통해 개발된 촉매의 구리-철간의 상호작용을 나타내는 환원 피크가 고온으로 이동하여 구리-철간의 상호작용이 강화된 것을 확인하였다. 그 결과, 개발된 촉매는 고온에서 소결현상을 억제하여 안정적인 활성을 나타낼 수 있었다.
CFO-MA촉매는 반응 가스를 고르게 확산시킬 수 있는 무슨 구조임이 확인되었지 CFO-MA촉매는 무슨 구조이기 때문에 반응 가스를 일정하게 확산시킨다는 것을 알아냈어