귀금속이 아닌 전이상태 금속 촉매연소의 효과를 높이는 박막 귀금속이 아닌 전이상태 금속 촉매연소의 효과를 높이는 박막 정대상 기자 2015-07-06 09:49:21

 

 

환경오염문제는 세계적으로 큰 주목을 받는 문제이고 촉매연소는 미래 가장 큰 발전성을 가진 오염처리 기술 중 하나이다. 현재 촉매연소에 일반적으로 사용되는 촉매제는 주요하게 금, 백금과 로듐(Rh) 등과 같은 귀금속이다. 비록 귀금속의 촉매성능이 비교적 우수하지만 원가가 높고 쉽게 중독되며 활성을 잃어버린다. 

최근 몇 년간, 전이상태(transition state) 금속산화물을 촉매제로 하여 휘발성 유기화합물(VOCs)을 전환하는 기술에 대해 연구자들은 보편적인 관심을 일으켰다. 전이상태 금속산화물은 활성화정도가 높고 제조가 쉬우며 열안정성이 우수하고 원가가 저렴한 등 장점으로 인해 이미 귀금속 촉매제의 중요한 대체품으로 되었다. 활성이 높고 열안정성이 높은 촉매제를 얻으려면 전이상태 금속산화물의 제어 가능한 제조방법과 촉매작용 메커니즘에 대한 연구를 진행해야 한다.

최근, 중국과학원 공정열물리연구소 순환유동층실험실 연구원들은 전이상태 산화물 촉매제에 대한 제조와 원위치 테스트시스템을 개발하였다. 예를 들면, 그림 1에서 표시한 바와 같이, 이 시스템은 화학기상증착방법으로 전이상태 금속 전구체용액을 펄스연료분사노즐을 사용하여 고온증착구멍에 주입하고 일련의 반응을 통하여 다양한 증착기질에서 균일한 촉매제 박막을 제조할 수 있다. 

XRD, XPS, SEM, 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 등 다양한 분석기술로 확인하고 제조된 촉매제 박막은 높은 순도와 양호한 결정형태(crystal morphology)를 가지고 있었다. 자주적으로 연구개발한 촉매제 특성 테스트시스템(그림2)으로 다양한 VOCs에 대해 촉매테스트를 진행한 결과 제조된 전이상태 금속산화물 촉매제는 VOCs 오염기체의 완전산화온도를 현저하게 감소시킨다. 

중복테스트 결과, 고도의 일관성을 나타냈는데 이는 촉매제의 중복이 가능한 사용성능을 나타낸다. 현재 이 기술을 이용하여 이미 Fe2O3, Co3O4, Cu2O, Cr2O3, Mn3O4와 코발트계 복합산화물 등과 같은 일련의 우수한 품질의 전이상태 금속산화물촉매제를 제조하였고 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbons), 알코올, 알데히드(aldehyde), 케톤(ketone)과 방향족 탄화수소의 촉매산화 과정에 대한 연구를 진행하였다. 

위의 연구사업은 중국조직부 청년“1,000인계획”의 지원을 받았고 관련연구성과는 국제 간행물과 저널에 발표되었다. 

 

출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑