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Clean Technology, Vol.13, No.1, 54-63, March, 2007
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일산화탄소의 선택적 산화반응을 위한 Cu/CexZr1-xO2 촉매의 합성과 특성분석
Preparation and Characterization of Cu/CexZrx-1O2 Catalysts for Preferential Oxidation of Carbon Monoxide
이소연, 이석희, 천재기, 우희철†
  • 부경대학교 응용화학공학부, 608-739 부산시 남구 용당동 산 100
So-Yeon Lee, Suk-Hee Lee, Jae-Kee Cheon, and Hee-Chul Woo†
  • Division of Applied Chemical Engineering, Pukyong National University, San 100, Yongdang=dong, Nam-gu, Busan 608-739, Korea
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초록
고분자 전해질 연료전지에 사용되는 개질 수소 속에는 미량의 일산화탄소가 존재할 수 있으며, 이는 연료전지의 백금 성분의 양극 전극을 비활성화로 이끌며, 그로 인하여 전기 출력이 급격히 떨어지게 된다. 본 연구는 담체의 조성을 달리한 여려 가지 Cu/CexZr1-xO2 (x=0.0-1.0) 촉매들을 합성하고 그들 특성이 분석되었으며, 또한 일산화탄소의 산화반응과 수소 분위기에서의 일산화탄소에 대한 선택적 산화반응을 수행하였다. 이들 촉매들은 수열합성법과 침적-침전법을 조합하여 제조되었으며, XRD, XRF, SEM, TEM, BET, N2O 분해실험, 산소저장능력 측정 기법 등에 의해 그들의 물리화학적 성질들이 분석되었다. 담체의 조성과 반응물 산소의 과잉정도에 따른 영향들이 여러 반응온도에서 반응활성과 이산화탄소 선택도 등에 의해 조사되어졌다. 합성된 여러 조성을 달리한 Cu/CexZr1-xO2 촉매들 가운데 Cu/Ce0.9Zr0.1O2 와 Cu/Ce0.7Zr0.3O2 두 가지 촉매는 170℃ 반응온도 부근의 PROX 반응에서 99% 이상의 CO 전환율과 50% 내외의 선택도를 나타내었다. 이와 같은 비교적 완화된 조건에서의 우수한 활성은 높은 산소저장능력을 지닌 CexZr1-xO2 담체를 사용함으로서 구리촉매의 산호-환원 활성이 증가한 것에 기인하며, 결국 수소분위기에서의 일산화탄소의 산화 반응에 대한 높은 활성과 선택도를 이끌었다.
Even traces of CO in the hydrogen-rich feed gas to proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) poison the platimun anode electrode and dramatically decrease the power output. In this work, a variety of catalytic materials consisting of Cu/CexZr1-xO2 (x=0.0-1.0) were synthesised, characterized and tested for CO oxidation and preferential oxidation of CO (PROX). These catalysts prepared by hydrothermal and deposition-precipitation methods. The catalysts were characterized by XRD, XRF, SEM, BET, N2O titration and oxygen storage capacity (OSC) measurement. The effects of composition of the support and degree of excess oxygen were investigated for activity and CO2 selectivity with different temperatures. The composition of the support markedly influenced the PROX activity. Among the various Cu/CexZr1-xO2 catalysts having different composition, Cu/Ce0.9Zr0.1O2 and Cu/Ce0.7Zr0.3O2 showed the highest activities (>99%) and selectivities (ca.50%) in the temperature range of 150~160℃. It was found that by using of Cexzr1-xO2 mixed oxide support which possesses a high oxygen storage capacity, oxidation-reduction activity of Cu-based catalyst was improved, which resulted in the increase of catalytic activity and selectivity of CO oxidation in excess H2 environments.
Keywords:일산화탄소 산화반응;담지 Cu 촉매;산소 저장능력;세리아-지르코니아;수소정제
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