Activated Charcoal에 담지된 Mo 촉매의 환원온도가 촉매의 특성 및 합성가스 직접 메탄화 반응에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

직접 메탄화 반응에서 AC(Activated Charcoal)을 담체로 하여 합성된 molybdenum 촉매의 H2 환원온도가 합성된 촉매의 특성과 반응성에 미치는 영향을 조사하였다. 합성된 촉매는 BET, SEM, XRD 등의 방법으로 특성을 조사하였다. H2 환원조건은 온도가 350, 550, 710 ℃였으며, H2(99,999 %)의 유량은 90 cc/min 이었다. 반응성은 1 cc의 촉매를 실린더형 반응기에 넣고 H2/CO 비가 1인 모사합성가스를 사용하여 SV 5,400을 유지하며 조사하였다. 반응가스의 조성은 GC를 사용하여 조사하였다. XRD 분석결과 H2 환원온도가 550 ℃ 이하에서는 Mo가 MoO3와 MoO2의 형태로 존재하였으며, 710 ℃에서는 Mo2C의 생성이 확인되었다. 이러한 결과는 TEM 분석으로도 확인되었다. H2 환원 온도가 550 ℃ 이하에서는 입자의 크기가 감소하였으나, 710 ℃에서는 입자의 크기가 오히려 증가하고, BET 비표면적이 감소하였으며, 이는 입자의 Mo2C생성으로 인한 입자의 Agglomeration 현상과 관련이 있는 것으로 보인다. 촉매의 Mo 농도가 낮은 경우(2 wt%), H2 환원온도가 증가할수록 CO 전화율이 증가하였으며, 이러한 현상은 Mo 화합물의 반응성이 MoO3 < MoO2 < Mo2C 임을 보여주었다. 촉매의 Mo 농도가 높은 경우(7 wt%), 710 ℃에서 CO 전화율이 오히려 감소하였으며 이러한 현상은 고온에서 입자의 Agglomeration으로 인한 비표면적 감소가 원인으로 보인다. CO 전화율은 메탄화 반응온도(300-400 ℃)가 증가하거나, SV가 작을수록 증가하였다.