철 촉매를 이용한 메탄 분해를 통한 수소 생산 (Hydrogen Production Through Methane Decomposition Over Iron Catalysts)

서지정보

· 발행기관 : 한국에너지학회
· 수록지 정보 : 에너지공학 / 31권 / 2호 / 1 ~ 9페이지
· 저자명 : 김한봄, 박은덕

초록

메탄의 직접 분해기술은 이산화탄소를 발생하지 않으면서 수소와 탄소를 제조할 수 있는 기술로 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 반응 온도를 낮추기 위하여 질산 철(Fe(NO3)3·9H2O)을 소성하여 제조한 철 산화물(Fe2O3) 촉매와 질산 철과 규산나트륨으로부터 침전법을 이용하여 제조한 FeOx-silica 촉매를 이용한 메탄 직접 분해연 구를 수행하였다. 제조한 촉매는 질소 물리흡/탈착, X-선 회절, 수소 승온 환원, 전계 방출형 주사전자현미경/에 너지 분산형 X-선 분광 실험을 통하여 분석하였다. 메탄 직접 분해 반응에서 900℃에서 확인한 수소 발생량은 FeOx-silica 촉매의 경우 시간에 따라서 감소하는 반면 Fe2O3 촉매는 유지되는 결과를 보였다. 반응 후 회수한 촉매를 분석한 결과 Fe2O3 촉매는 Fe와 Fe3C와 같은 철 화합물이 확인되었으며 FeOx-silica 촉매는 Fe2SiO4가 유일한 철 화합물로 관찰되었다. 상대적으로 저온 영역인 700℃에서 Fe2O3 촉매는 기존 문헌에서 보고된 침전법 으로 제조된 경우와 유사한 수소 생성 속도를 보임을 확인할 수 있었으며 X-선 회절 분석을 통하여 흑연 형태의 탄소가 생성되고 주사전자현미경을 이용한 표면 분석을 통해 탄소가 표면에 골고루 분포함을 확인할 수 있었다.

영어초록

Direct methane decomposition has attracted much attention as a method to produce hydrogen and carbon without generating carbon dioxide. In this work, Fe2O3, which was prepared through decomposition directly from Fe(NO3)3·9H2O, and FeOx/silica, which was prepared with a precipitation method from Fe(NO3)3·9H2O and Na2SiO3, were used to lower the reaction temperature for the direct methane decomposition. Various techniques such as N2 physisorption, X-ray diffraction(XRD), tem- perature-programmed reduction with H2 (H2-TPR), and Field emission-scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy(FE-SEM/EDS) were used to characterize the fresh and used catalysts. The H2 production rate decreased as a function of a reaction time over FeOx-silica during methane decomposition at 900℃. On the other hand, a rather stable H2 production rate was observed over Fe2O3 under the same reaction conditions. Its H2 formation rate at 700°C is comparable with those over Fe2O3 catalysts prepared with a precipitation method in the previous reports. After a methane decomposition reaction, the phase transformation from Fe2O3 to Fe and Fe3C was observed for Fe2O3 catalyst, whereas Fe2SiO4 appears to be a dominant Fe compounds for FeOx-silica. The formation of graphite was confirmed after a reaction over Fe2O3 and FE-SEM/EDS analysis reveals that this graphite is well dispersed on the catalyst surface.

참고자료

· 없음