에틸렌 올리고머화 반응을 위한Ni 담지 촉매에 대한 연구

Abstract

석유계 항공유 대비 50% 이상의 온실가스 저감 효과가 있는 바이오항공유는 항공산업과 관련된 온실가스 배출량을 감축할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 이에 에너지 밀도가 낮고 부식성이 높은 기존의 바이오에탄올을 탈수화 반응, 올리고머화 반응, 최종적으로 수소화 반응을 통해 바이오항공유로 업그레이딩하는 공정에서 가장 핵심적인 올리고머화 반응에 대한 이해를 목표로 삼았다. 에틸렌 올리고머화 반응을 이해하기 위해 니켈이 담지된 제올라이트 촉매를 선정하였고 활성 산화수로 알려진 +1가로 니켈을 활성화하기 위해 고온 질소 처리법을 선택하였다. 하지만 올리고머화 활성이 기존 문헌보다 현저히 낮은 것을 확인하였다. 이로부터 에틸렌 올리고머화 활성 증진을 위해 활성 금속의 산화수를 조절하는 방법이 요구되어 촉매 시스템에 환원제를 도입하였다. 그 결과, 여러 환원제 중에서 lithium aluminum hydride(LAH)가 핵심적인 증진제임을 확인하였다. LAH의 증진 효과를 이해하기 위해 I-2Ni/HY(30) 촉매와 LAH, 니켈이 담지 되지 않은 HY(30)와 LAH, 그리고 LAH 단독을 이용하는 실험을 실시하였다. 그 결과, LAH는 증진제이면서 동시에 조촉매 역할을 수행함을 관찰하였고 니켈이 0가와 +2가 사이의 특정(최적) 산화수를 가질 때 최고의 에틸렌 올리고머화 활성을 보였다. 또한 니켈 담지량, 지지체의 Si/Al 비가 각각 LAH와 함께 에틸렌 올리고머화 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 최고 에틸렌 올리고머화 활성을 보이는 LAH/니켈 비율 및 LAH/(Si/Al) 비율의 최적값이 변화함을 알았다.