KR101468208B1 - Nano-sized Mesoporous Carbon Supported Catalyst by Dry-Gel Method for Aqueous Phase Reforming Reaction and Preparing Method Thereof - Google Patents

Nano-sized Mesoporous Carbon Supported Catalyst by Dry-Gel Method for Aqueous Phase Reforming Reaction and Preparing Method Thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 건조-겔 법에 의해 제조된 수상개질 반응용 나노크기의 메조 다공성 탄소담지체 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 촉매는 상기 탄소 담지체의 형태가 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 것을 특징으로 하며, 이를 수상개질 반응에 촉매로 사용할 경우 종래 마이크로 크기의 메조 다공성 탄소 담지체에 비해 촉매 성능이 향상되어 수소 선택도 및 수소 생성량을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 본 발명에 따른 수상개질용 촉매의 제조방법은 주형합성법에 의해 탄소 담지체를 제조하기 위한 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 기존의 추가적인 첨가제 및 분산제를 사용하지 않는 대신 건조-겔(dry-gel, DGC) 방법을 적용하기 때문에, 기존의 용매 사용으로 인한 환경문제, 용매의 휘발 및 입자의 불규칙성의 문제점을 해소할 수 있으므로, 수상개질용 반응의 촉매의 제조방법으로 더욱 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a nano-sized mesoporous carbon support catalyst for an aquatic reforming reaction prepared by a dry-gel method and a method for producing the same, and the catalyst of the present invention is characterized in that the shape of the carbon support is a three- And has an average particle size of 300 to 600 nm. When the catalyst is used as a catalyst for an aqueous modification reaction, the catalytic performance is improved as compared with a conventional micro-sized mesoporous carbon support, thereby improving hydrogen selectivity and hydrogen production The present invention also provides a method for preparing a catalyst for modification of water by using a conventional method for preparing a nanoscale mesoporous silica template for producing a carbon carrier by a template synthesis method, Since the dry-gel (DGC) method is applied instead of the conventional method, the environmental problems due to the use of conventional solvents, It is possible to solve the problem of irregularity of the foot and the particles, and thus it can be more usefully used as a method for producing a catalyst for an aqueous reforming reaction.

Description

건조-겔 법에 의해 제조된 수상개질 반응용 나노크기의 메조 다공성 탄소담지체 촉매 및 이의 제조방법 {Nano-sized Mesoporous Carbon Supported Catalyst by Dry-Gel Method for Aqueous Phase Reforming Reaction and Preparing Method Thereof} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nano-sized mesoporous carbon support catalyst for a water-reforming reaction prepared by a dry-gel method, and a method for producing the same.

본 발명은 건조-겔 법 (Dry gel method, DGM)에 의해 제조된 실리카 주형을 이용하여 나노크기의 메조다공성 탄소담지체를 제조하고, 여기에 활성금속이 담지된 것을 특징으로 하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for preparing a mesoporous carbon support having a nanometer size by using a silica template prepared by a dry gel method (DGM) A process for preparing the same, and a process for producing hydrogen from an oxygen hydrocarbon through an aquatic reforming reaction.

수상개질 반응은 바이오매스로부터 유래한 글루코스 등의 당, 메탄올, 글리세롤, 에틸렌글리콜, 솔비톨, 당알코올 등의 다양한 종류의 폴리올 수용액인 함산소 탄화수소로부터 수소를 선택적으로 제조하는 기술을 말한다. 이러한 수상개질 반응은 미국 위스콘신대 듀메직 교수에 의해 최초로 제안된 반응으로 함산소 탄화수소를 반응원료로 사용하여 하나의 반응기 내에서 개질반응과 수성가스 전환(water-gas shift, WGS) 반응이 300℃ 미만의 낮은 온도에서 동시에 일어나며, 생성물로부터 얻어진 일산화탄소(CO) 농도는 100 ppm 이하로 매우 낮은 장점이 있다(G. W. Huber, J. W. Shabaker, J. A. Dumesic, Science, 300(27), (2003), 2075, J.W. Shabaker, G.W. Huber, R.R. Davda, R.D. Cortright, J.A. Dumesic, Catal. Lett. 88 (2003) 1). 특히, 이러한 수상개질 반응은 향후 원유의 고갈에 대비한 석유 대체원료인 바이오매스 유래 원료를 사용하는 장점이 있다.
The water reforming reaction refers to a technique for selectively producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon such as glucose derived from biomass, a variety of polyol aqueous solutions such as sugar, methanol, glycerol, ethylene glycol, sorbitol, sugar alcohol and the like. This water reforming reaction was first proposed by Professor Dymejic of Wisconsin, USA, and the reforming reaction and the water-gas shift (WGS) reaction in one reactor were carried out at 300 ° C JW Shabaker, JA Dumesic, Science, 300 (27), (2003), 2075, JW (2003)), the concentration of carbon monoxide (CO) Shabaker, GW Huber, RR Davda, RD Cortright, JA Dumesic, Catal. In particular, this water reforming reaction has the advantage of using raw materials derived from biomass, which is an alternative to petroleum, in preparation for depletion of crude oil in the future.

기존에 수소를 제조하는 대표적인 방법인 납사 혹은 천연가스를 원료로 사용한 스팀 개질 반응이 갖는 문제점을 해결할 수 있어 크게 주목받고 있다. 이러한 기존 반응은 900℃ 이상의 고온에서 반응이 일어나 에너지 소모비용이 매우 높고, 반응시 수소와 동등 이상의 양의 일산화탄소(CO)가 동시에 생성되는 문제점이 있다. 즉, 스팀개질 반응은 수소와 일산화탄소가 3 - 5 몰(mol)비로 생성되어 수소를 제조하기 위해선 이러한 일산화탄소를 100 ppm 이하로 줄이기 위한 별도의 수성가스 전환 반응과 메탄화 반응 단계가 필요한 한계가 알려져 있다.
The steam reforming reaction using naphtha or natural gas as a raw material, which is a typical method of producing hydrogen, has been attracting much attention. This conventional reaction has a problem that the reaction takes place at a high temperature of 900 ° C or higher, and the energy consumption cost is very high, and carbon monoxide (CO) equal to or more than hydrogen is generated at the same time. That is, in the steam reforming reaction, hydrogen and carbon monoxide are produced at a molar ratio of 3 to 5 mol, and therefore, there is a limitation that a separate water gas conversion reaction and a methanation reaction step are required to reduce the carbon monoxide to 100 ppm or less in order to produce hydrogen have.

이에 반해 본 발명에서 추구하는 수상개질 반응에 의한 수소의 제조방법은 수소만을 선택적으로 제조하며, 독성을 나타내는 일산화탄소 및 메탄 등과 같은 부산물이 거의 발생하지 않는 특징이 있다.
On the other hand, the method of producing hydrogen by the water reforming reaction pursuant to the present invention is characterized in that only hydrogen is selectively produced, and by-products such as carbon monoxide and methane, which exhibit toxicity, hardly occur.

따라서, 이러한 수상개질 반응에 관한 연구는 석유의 고갈 시대를 대비한 재생 가능한 에너지 자원인 바이오매스로부터 가수분해에 의해 유도되는 수용액상의 함산소 탄수화물 화합물로부터 수소를 선택적으로 제조하는 목적으로 다양하게 이루어지고 있다. 즉, 바이오매스로부터 다양한 화학제품 및 청정연료를 제조하기 위해선 각 단계 반응에 바이오매스 자체에 포함한 함산소화합물을 제거해야 하는데 이때 수소가 필수적으로 사용돼야 한다. 특히, 바이오매스는 기존의 석유화학 단지로부터 공급되는 수소를 사용할 수 없는 위치에서 주로 재배가 이루어지고 있는데, 바이오매스의 재배 현지에서 이러한 수소를 직접 제조하여 다양한 화학제품과 청정연료를 제조하려는 목적에는 매우 적합한 공정이다.
Therefore, studies on this aquatic reforming reaction are variously carried out for the purpose of selectively producing hydrogen from an oxygenated carbohydrate compound in aqueous solution induced by hydrolysis from biomass, which is a renewable energy resource in preparation for depletion of petroleum have. In other words, in order to produce various chemical products and clean fuel from biomass, it is necessary to remove oxygen-containing compounds contained in the biomass in each stage reaction, in which hydrogen must be used indispensably. In particular, biomass is mainly cultivated in a location where hydrogen supplied from existing petrochemical complexes can not be used. In order to produce such a variety of chemical products and clean fuel by directly producing such hydrogen in the cultivation area of biomass, It is a very suitable process.

한편, 수상개질 반응의 화학반응은 주로 활성금속 성분, 공급되는 원료(feed), 반응 조건, 촉매 담지체 등이 매우 중요한 요소이다. 따라서 수상개질 반응에 의해 함산소 탄화수소로부터 수소를 선택적으로 제조하기 위해선 액상으로 이루어진 반응물이 반응활성점으로 도달하는 물질전달 및 촉매 금속 표면에서 반응이 적절히 이루어져야 하는데, 촉매의 활성점에서 탄화수소로 이루어진 반응물의 탄소-탄소 분열 반응은 극대화시켜야 하며, 반면에 반응물의 탄소-산소 결합이 깨지는 분열 속도와 메탄화/피셔-트롭쉬 반응 등은 억제하는 것이 필요하다. 따라서, 이에 필요한 적절한 촉매의 선정 및 반응변수의 조절이 이루어져야 한다.
On the other hand, the chemical reaction of the aqueous reforming reaction is mainly an active metal component, a feedstock to be fed, a reaction condition, and a catalyst carrier. Therefore, in order to selectively produce hydrogen from deoxygenated hydrocarbons by the water reforming reaction, it is necessary to appropriately perform the mass transfer and the reaction on the surface of the catalytic metal, in which the reactant comprising the liquid phase reaches the reaction active site. The carbon-carbon cleavage reaction of the reactants should be maximized while the cleavage rate of the carbon-oxygen bonds of the reactants and the methanation / Fischer-Tropsch reaction should be suppressed. Therefore, it is necessary to select appropriate catalysts and control the reaction parameters.

특히, 다공성 구조를 가진 촉매 담지체는 액상물질의 물질전달이 이루어져야 하는 이러한 수상개질 반응에 크게 영향을 미치기 때문에 이에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 담지체의 제조방법으로 금속산화물을 사용하는 방법과 탄소담체를 사용하는 방법들이 알려져 있다. 그러나, 일반적으로 알려진 Al2O3, ZrO2, SiO2, CeO2, ZnO 또는 TiO2 와 같은 금속 산화물을 담지체로 사용하는 경우에는 수상개질이 통상 일어나는 반응조건인 200 - 300 ℃ 정도의 온도 및 이 온도에서 액상을 유지하는데 필요한 고압의 수용액 조건하에서 산화물이 소결(sintering)에 의해 기공이 무너지거나, 넓은 범위의 준안정상(meta stable phase)에서 담지체의 비표면적을 줄이는 형태로 상전이가 일어나는 문제점이 발견되었다.
Particularly, since the catalyst carrier having a porous structure greatly affects the water modification reaction in which the mass transfer of the liquid material must be performed, much research has been conducted on this. As a representative method of preparing a carrier, there are known a method using a metal oxide and a method using a carbon carrier. However, generally known Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , CeO 2 , ZnO or TiO 2 Is used as a support, the oxide is sintered at a temperature of about 200 - 300 ° C, which is a reaction condition under which aquatic modification usually occurs, and a high-pressure aqueous solution required for maintaining the liquid at this temperature, Phase transition occurs in a form that collapses or reduces the specific surface area of the carrier in a wide range of meta stable phases.

따라서, 상기 금속산화물을 사용하는 방법의 문제점을 해결하기 위해, 수열 안정성이 뛰어난 다공성 탄소 담지체가 주목받고 있으며 다양하게 연구되고 있다. 상기 다공성 탄소 담지체는 함침시킬 활성금속 성분을 잘 분산시키고 액상에서 반응을 촉진할 수 있는 넓은 표면적, 적절한 기공 부피, 기계적/화학적인 안정성을 가지는 장점이 있다.
Therefore, in order to solve the problems of the method using the metal oxide, a porous carbon support excellent in hydrothermal stability has been attracting attention and various studies have been made. The porous carbon support is advantageous in that it can disperse active metal components to be impregnated and has a large surface area, suitable pore volume, and mechanical / chemical stability that can promote the reaction in a liquid phase.

종래, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 탄소담지체로 벌칸 탄소(vulcan carbon)를 사용하여 VIIB족 전이금속 및 VIII족 전이금속을 함침한 촉매를 함산소 탄화수소의 수상개질 반응에 적용한 예가 개시되어 있다.
Conventionally, Patent Documents 1 and 2 disclose an example in which a catalyst in which a VIIB group transition metal and a VIII group transition metal are impregnated with vulcan carbon as a carbon support is applied to an aqueous reforming reaction of an oxygen-containing hydrocarbon.

또한, 비특허문헌 1에는 활성탄소(activated carbon), 비특허문헌 2에는 단일 벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube, SWCNT)를 담지체로 사용한 촉매를 함산소 탄화수소의 수상개질 반응에 적용한 예가 개시되어 있다.
In addition, an example in which a catalyst using activated carbon as a non-patent document 1 and a single wall carbon nanotube (SWCNT) as a support body in a non-patent document 2 is applied to an aqueous reforming reaction of an oxygen- have.

그러나, 활성탄소를 담지체로 사용하는 경우에는 높은 표면적과 수열안정성을 나타내지만, 불규칙적인 기공 배열, 넓은 기공분포, 특히 기공의 크기가 작은 마이크로 기공(micro pore)과 같은 활성탄소 자체의 성질로 인하여 액상반응에서 반응물들이 촉매 활성점(catalytic active site)으로 운반되는 것을 방해할 뿐만 아니라, 수상개질 반응에서 생성되는 가스성분의 생성물들이 쉽게 빠져나가지 않고, 상기 마이크로 기공을 채워 촉매 활성점과 반응물질과의 접촉을 방해하기 때문에 일반적인 수소의 선택도 및 생성속도를 저하시키는 원인이 된다.
However, when the activated carbon is used as the support, it exhibits high surface area and hydrothermal stability. However, due to the irregular pore arrangement, wide pore distribution, and particularly the properties of the activated carbon itself such as micro pores having a small pore size In addition to preventing the reactants from being transported to the catalytic active site in the liquid phase reaction, the products of the gas components generated in the aqueous reforming reaction are not easily released, Which is a cause of lowering the selectivity and production rate of hydrogen in general.

또한, 특허문헌 3에는 상기 언급한 문제를 해결하기 위해 세공구조가 규칙적이고 균일한 크기의 메조 기공(mesopores)을 가지며, 탄소 골격이 2차원 구조인 CMK-3 및 CMK-5 합성탄소를 수상개질 반응용 촉매의 담지체로 사용하였다. 그 결과, 종래 알려진 활성 탄소를 사용한 경우에 비해 함산소 탄화수소의 전환율과 수소 생성속도가 상당히 향상되는 효과가 나타났다, 특히, 규칙적인 메조다공성 탄소 담지체는 다양한 기공구조를 가짐으로써 기공크기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 표면적과 메조기공부피를 가지고 있고 담체의 크기 및 형태를 다양하게 조절할 수 있기 때문에 탄소나노튜브에 비해 촉매 활성이 높은 장점도 있었다.
Patent Document 3 discloses that CMK-3 and CMK-5 synthetic carbon having a mesopores of regular size and uniform size and a carbon skeleton of two-dimensional structure are treated with a water-modified Was used as the support of the reaction catalyst. As a result, the conversion efficiency and the hydrogen production rate of the hydrocarbons were significantly improved as compared with the case of using the known activated carbon. Particularly, since the regular mesoporous carbon support has various pore structures, the pore size can be controlled In addition, it has a high surface area and a mesopore volume, and can control the size and shape of the carrier variously, which is advantageous in catalytic activity compared to carbon nanotubes.

그러나, 상기 메조다공성 CMK-3 및 CMK-5의 합성탄소 담지체는 입자(aggregated particle)가 마이크로(μm) 크기이기 때문에, 상기 담지체에 활성금속인 백금을 함침시켜 촉매를 제조한 후, 고온, 고압의 수용액 상에서 수상개질 반응이 일어날 때 촉매의 활성점으로 반응물과 생성물의 물질전달 및 확산속도가 낮아 수상개질 반응에 사용할 경우, 반응활성을 증대시키기에는 어느 정도 한계가 있는 문제점이 있음을 발견하였다.
However, since the synthetic carbon carrier of the mesoporous CMK-3 and CMK-5 has a micro (μm) size of aggregated particles, the catalyst is prepared by impregnating the carrier with platinum, which is an active metal, , It is found that when the water modification reaction occurs in a high-pressure aqueous solution, the mass transfer and diffusion rate of the reactant and the product to the active site of the catalyst is low and thus there is a limit to increase the reaction activity when used in the water modification reaction Respectively.

이에, 본 발명자는 수상개질 반응에서 수소의 선택도와 수소의 생성량을 더욱 향상시키기 위한 탄소계 담지체를 개발하기 위한 연구를 계속해서 수행한 결과, 메조다공성 합성탄소를 촉매 담지체로 사용하되, 상기 탄소 담지체의 구조를 2차원 막대형 또는 튜브형으로, 상기 탄소 담지체의 입자 크기를 나노 크기로 한정하는 경우, 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매로서 향상된 촉매 성능을 나타냄을 대한민국 특허출원 제10-2012-0143346호에서 확인하였다.
As a result, the inventors of the present invention conducted a study to develop a carbon-based carrier for further improving the selectivity of hydrogen and the production of hydrogen in the aquatic reforming reaction. As a result, mesoporous synthetic carbon was used as a catalyst support, When the structure of the carrier is limited to a two-dimensional rod-like or tube-like shape and the particle size of the carbon support is limited to nano-size, it exhibits an improved catalytic performance as an aqueous reforming catalyst for producing hydrogen from oxygen- It is confirmed in Patent Application No. 10-2012-0143346.

그러나, 대한민국 특허출원 제10-2012-0143346호에 개시된 촉매는 나노 크기의 메조 다공성 합성 탄소를 제조하기 위한, 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형를 제조하기 위하여 암모니움플로라이드(NH4F)를 첨가제로 사용할 뿐만 아니라 나노 크기 입자를 만들기 위한 분산제로 사용하기 위해 탄소수 5 - 16의 노말-알칸(n-alkane) 용매를 많이 사용해야 하기 때문에 용매 사용에 따른 환경문제, 용매의 휘발 및 제조되는 촉매의 형태 및 크기가 불규칙한 문제점이 지적되었다.
However, the catalyst disclosed in the Korean Patent Application No. 10-2012-0143346 has a problem in that ammonia fluoride (NH 4 F) is used as an additive to prepare nanoscale mesoporous silica molds for producing nanoscale mesoporous synthetic carbon In order to use n-alkane as a dispersant for making nano-sized particles, it is necessary to use a large amount of n-alkane solvent having 5 to 16 carbon atoms. Therefore, environmental problems due to solvent use, volatilization of solvent, It is pointed out that the size is irregular.

이에, 본 발명자는 수상개질 반응에서 수소의 선택도, 수소의 생성량 및 생성속도를 향상시킬 수 있는 나노 크기의 메조 다공성 탄소 담지체를 용이하게 합성하기 위한 연구를 계속한 결과, 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 기존의 추가적인 첨가제 및 분산제를 사용하지 않는 대신, 건조-겔(dry-gel, DGC) 방법을 적용하고, 이를 이용하여 탄소 담지체를 주형 합성법으로 합성할 경우, 3차원 타원 또는 구형의 평균 입자크기가 300 - 600 nm인 비교적 일정한 크기를 갖는 메조 다공성 탄소 담지체를 제조할 수 있으며, 이에 활성 금속을 함침한 촉매를 이용하여 수상개질 반응을 수행한 경우 촉매 성능이 향상되어 수소 선택도, 수소 생성율 및 생성속도가 향상됨을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Thus, the present inventor has continued research on easily synthesizing a nano-sized mesoporous carbon support capable of improving hydrogen selectivity, hydrogen production amount and production rate in a water reforming reaction, and as a result, In the case of synthesizing a carbon carrier by a template synthesis method using a dry-gel (DGC) method instead of the conventional additives and dispersants for producing a silica template, A mesoporous carbon support having a relatively uniform size with an average particle size of 300 to 600 nm in an ellipse or a spherical shape can be prepared and the catalyst performance can be improved when a water reforming reaction is carried out using a catalyst impregnated with an active metal And the hydrogen selectivity, the hydrogen production rate and the production rate are improved, and the present invention has been completed.

특허문헌 1: 대한민국 특허공개번호 제2008-0078911호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 2008-0078911 특허문헌 2: 국제특허 WO 2007-075476호Patent Document 2: WO 2007-075476 특허문헌 3: 대한민국 특허공개번호 제2011-0109624호Patent Document 3: Korean Patent Publication No. 2011-0109624

비특허문헌 1: J.W. Shabaker, G.W. Huber, R.R. Davda, R.D. Cortright, J.A. Dumesic, Catal. Lett. 88 (2003) 1-8Non-Patent Document 1: J.W. Shabaker, G.W. Huber, R.R. Davda, R.D. Cortright, J.A. Dumesic, Catal. Lett. 88 (2003) 1-8 비특허문헌 2: X. Wang, N. Li, L.D. Pfefferle, G.L. Haller, Catal. Today. 146 (2009) 160-165Non-Patent Document 2: X. Wang, N. Li, L.D. Pfefferle, G.L. Haller, Catal. Today. 146 (2009) 160-165

본 발명의 목적은 수소 기체의 전환율, 생성수율 및 생성속도가 향상된 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매를 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a catalyst for an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from oxygen-containing hydrocarbons with improved conversion, production yield and production rate of hydrogen gas.

또한, 본 발명의 목적은 추가적인 용매를 사용하지 않으면서, 상기 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a process for preparing the catalyst without the use of additional solvents.

나아가, 본 발명의 목적은 상기 촉매를 이용하여 함산소 탄화수소의 수상개질 반응을 통해 수소를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for producing hydrogen through an aeration reforming reaction of an oxygen-containing hydrocarbon using the catalyst.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은In order to achieve the above object,

규칙적인 메조다공성 탄소(Ordered Mesoporous Carbon) 담지체에 촉매활성 금속이 담지되고, 상기 탄소 담지체의 형태는 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자 크기는 300 - 600 nm인 것을 특징으로 하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매를 제공한다.
Characterized in that a catalytically active metal is carried on a regular mesoporous carbon carrier, the shape of the carbon carrier is a three-dimensional ellipsoidal or spherical shape, and an average particle size is 300 to 600 nm. The present invention provides a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from hydrogen.

또한, 본 발명은In addition,

평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a mesoporous silica mold having a three-dimensional elliptical or spherical shape with an average particle size of 300 to 600 nm (step 1);

상기 단계 1의 주형의 기공 내에 탄수화물 수용액과 산의 혼합물 또는 탄소 고분자 전구체를 흡착시키고 건조 및 중합반응을 수행하는 단계(단계 2);(Step 2) of adsorbing a mixture of an aqueous carbohydrate solution and an acid or a carbon polymer precursor in the pores of the mold of step 1 and performing drying and polymerization reaction;

상기 단계 2의 주형의 기공 내에서 중합된 탄소 화합물을 열분해하여 탄화시키는 단계(단계 3);Pyrolyzing and carbonizing the carbon compound polymerized in the pores of the mold of step 2 (step 3);

상기 단계 3의 주형을 제거하여 메조 다공성 탄소 담지체를 제조하는 단계(단계 4); 및Removing the mold of step 3 to produce a mesoporous carbon support (step 4); And

상기 단계 4의 메조 다공성 탄소 담지체에 촉매활성 금속을 함침시키는 단계(단계 5);Impregnating the mesoporous carbon support of step 4 with a catalytically active metal (step 5);

를 포함하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for preparing a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon.

나아가, 본 발명은Further,

상기 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 1의 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계는, In the method for producing a catalyst for an aqueous reforming reaction, the step of preparing a mesoporous silica mold having a three-dimensional elliptic or spherical shape with an average particle size of 300 to 600 nm in Step 1,

공중합 유기주형제, 염산 및 물의 혼합 용액으로부터 실리카 주형을 위한 구조유도체를 제조하는 단계(단계 a);Preparing a structural derivative for a silica template from a mixed solution of a copolymerized organic solvent, hydrochloric acid and water (step a);

상기 단계 a의 혼합 용액에 실리카 전구체를 첨가하여 구조유도체/실리카 복합체를 형성하는 단계(단계 b);Adding a silica precursor to the mixed solution of step a) to form a structural derivative / silica complex (step b);

상기 단계 b의 복합체를 건조한 후 분쇄하여 분말화하는 단계(단계 c);Drying the composite of step b), pulverizing and pulverizing (step c);

상기 단계 c의 분말을 수증기와 접촉시켜 수열합성하는 단계(단계 d); 및Hydrothermally synthesizing the powder of step c by contacting it with water vapor (step d); And

상기 단계 d의 수열합성된 고형분을 건조한 후 소성하여 구조유도체를 제거하는 단계(단계 d);(D) removing the structural derivative by drying and then firing the hydrothermally synthesized solid of step d);

를 포함하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for preparing an aqueous phase reforming catalyst.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조되는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매를 제공한다.
The present invention also provides a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon produced by the above production method.

나아가, 본 발명은 상기 수상개질 반응용 촉매를 함산소 탄화수소와 접촉시키는 단계를 포함하는 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법을 제공한다.
Further, the present invention provides a process for preparing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon through an aquatic reforming reaction, comprising the step of contacting the catalyst for a water-reforming reaction with an oxygen-containing hydrocarbon.

본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매는 높은 표면적, 규칙적인 세공 구조, 균일한 메조기공을 갖는 메조 다공성 탄소(Ordered Mesoporous Carbon, OMC)를 촉매 담지체로 사용하되, 상기 탄소 담지체의 형태가 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 것을 특징으로 하여, 이를 수상개질 반응에 촉매로 사용할 경우 종래 마이크로 크기의 메조 다공성 탄소 담지체에 비해 촉매 성능이 향상되어 수소 선택도, 수소 생성량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from oxygen-containing hydrocarbons according to the present invention uses a mesoporous carbon (OMC) having a high surface area, regular pore structure and uniform mesopores as a catalyst support, When the carbon carrier is in the form of a three-dimensional ellipse or spherical shape and has an average particle size of 300 to 600 nm, when the catalyst is used as a catalyst for an aeration reforming reaction, catalytic performance The hydrogen selectivity and the hydrogen production amount can be improved.

나아가, 본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법은 주형합성법에 의해 탄소 담지체를 제조하기 위한 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 기존의 추가적인 첨가제 및 분산제를 사용하지 않는 대신 건조-겔법(dry-gel method)을 적용하기 때문에, 기존의 용매 사용으로 인한 환경문제, 용매의 휘발 및 입자의 불규칙성의 문제점을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 이로부터 제조된 탄소 담지체는 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자크기가 300 - 600 nm로 비교적 일정한 크기를 가지므로, 이에 활성 금속을 함침한 촉매를 이용하여 수상개질 반응을 수행한 경우 촉매 성능이 더욱 향상되어 수소 선택도 및 수소 생성율이 더욱 향상되는 효과가 있다.
The present invention also provides a method for preparing a catalyst for an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon according to the present invention, which comprises the steps of: preparing a nanoscale mesoporous silica template for producing a carbon carrier by a template synthesis method; Since the dry-gel method is applied instead of using additives and dispersants, it is possible to solve the problems of environmental problems caused by the use of conventional solvents, volatilization of solvents and particle irregularities, Since the prepared carbon carrier has a three-dimensional ellipsoidal shape or spherical shape and has an average particle size of 300-600 nm and a relatively constant size, when the aqueous reforming reaction is carried out using a catalyst impregnated with an active metal, And the hydrogen selectivity and the hydrogen production rate are further improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조-겔 방법에 의한 나노 크기의 메조다공성 SBA-15 실리카 주형의 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 -및 비교예 1 - 2의 촉매 담지체의 전계방출형 주사전자현미경(FE_SEM)사진이다:
(a)비교예 1: 마이크로 크기의 CMK-3 촉매
(b)실시예 1: DGC-나노-CMK3 촉매(건조-겔 법 사용).
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1(DGC-나노-CMK3) 및 실시예 2(DGC-나노-CMK5) 촉매의 질소흡착등온선을 나타낸 그래프이다; BET(Brunauer-Emmett-Teller)표면적, 총 세공 부피 및 세공 크기는 질소흡착으로부터 얻은 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1(DGC-나노-CMK-3) 및 실시예 2(DGC-나노-CMK-5) 촉매의 X선 회절 분석 결과 그래프이다; (a)Small Angle XRD, (b)Wide angle XRD.
FIG. 1 shows a method of preparing a nanoscale mesoporous SBA-15 silica mold by a dry-gel method according to an embodiment of the present invention.
2 is a field emission scanning electron microscope (FE_SEM) photograph of the catalyst carrier of Example 1 - and Comparative Example 1 - 2 according to the present invention:
(a) Comparative Example 1: Micro-sized CMK-3 catalyst
(b) Example 1: DGC-nano-CMK3 catalyst (using the dry-gel method).
3 is a graph showing the nitrogen adsorption isotherms of Example 1 (DGC-nano-CMK3) and Example 2 (DGC-nano-CMK5) catalysts according to the invention; The BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, total pore volume and pore size are the results from nitrogen adsorption.
4 is a graph of X-ray diffraction analysis results of Example 1 (DGC-nano-CMK-3) and Example 2 (DGC-nano-CMK-5) according to the present invention; (a) Small Angle XRD, (b) Wide angle XRD.

본 발명은 건조-겔 법 (Dry gel method, DGM)에 의해 제조된 실리카 주형을 이용하여 나노크기의 메조다공성 탄소담지체를 제조하고, 여기에 촉매활성 금속이 담지된 것을 특징으로 하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a nanoscale mesoporous carbon support by using a silica mold produced by a dry gel method (DGM) The present invention relates to a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from hydrogen peroxide, a process for preparing the same, and a process for producing hydrogen from an oxygen hydrocarbon through an aquatic reforming reaction.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 The present invention

규칙적인 메조다공성 탄소(Ordered Mesoporous Carbon) 담지체에 촉매활성 금속이 담지되고, 상기 탄소 담지체의 형태는 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자 크기는 300 - 600 nm인 것을 특징으로 하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매를 제공한다.
Characterized in that a catalytically active metal is carried on a regular mesoporous carbon carrier, the shape of the carbon carrier is a three-dimensional ellipsoidal or spherical shape, and an average particle size is 300 to 600 nm. The present invention provides a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from hydrogen.

구체적으로, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매는 높은 표면적, 규칙적인 세공 구조, 균일한 메조기공을 가지는 메조다공성 탄소를 담지체로 하며, 상기 탄소 담지체의 형태는 3차원 타원형 또는 구형이면서도, 상기 탄소 담지체의 평균 입자 크기는 300 - 600 nm의 나노 크기인 것을 특징으로 한다.
Specifically, the catalyst for aqueous phase reforming according to the present invention comprises mesoporous carbon having a high surface area, regular pore structure and uniform mesopores as a support, and the shape of the carbon support is a three-dimensional ellipsoidal or spherical shape, The average particle size of the carbon support is characterized by a nanoscale size of 300-600 nm.

나아가, 본 발명에 따른 촉매는 상기 특성에 기인하여 반응물과 가스 성분인 생성물이 좀 더 자유롭게 기공 내부와 외부로 이동할 수 있기 때문에 반응물이 촉매 활성점에서 반응하는 빈도를 높이고, 빠른 확산속도를 부여할 수 있으며, 구조적으로 안정하기 때문에 특히 수상개질 반응에 촉매로 적용시 높은 수열안정성을 가질 뿐만 아니라, 종래 마이크로크기의 메조다공성 탄소 담지체에 비해 더 넓어진 표면적으로 인해 활성금속의 분산을 용이하게 할 수 있으므로 수소의 선택도, 수율 및 수소의 생성속도등 촉매의 성능을 현저히 향상시키는 장점이 있다.
Furthermore, the catalyst according to the present invention can move the reactant and the product of the gas component more freely into and out of the pores due to the above characteristics, thereby increasing the frequency at which the reactant reacts at the catalytic active site, And because it is structurally stable, not only has high hydrothermal stability when applied as a catalyst in a water reforming reaction, but also facilitates the dispersion of the active metal due to the wider surface area compared with conventional micro sized mesoporous carbon supports Therefore, there is an advantage that the performance of the catalyst such as the selectivity of hydrogen, the yield and the production rate of hydrogen can be remarkably improved.

나아가, 본 발명에 따른 촉매는 상기 메조 다공성 탄소 담지체의 평균 세공 크기가 2 - 10 nm 이고, 평균 세공 부피가 1.0 - 2.5 cm3/g인 것을 특징으로 한다.
Further, the catalyst according to the present invention is characterized in that the mesoporous carbon support has an average pore size of 2 - 10 nm and an average pore volume of 1.0 - 2.5 cm 3 / g.

구체적으로, 상기 세공 크기와 세공 부피는 대응하는 마이크로크기 메조다공성 탄소 담지체의 세공 부피와 세공 크기에 비해 더 큰 크기를 가지므로 물질전달과 확산속도를 빠르게 할 수 있어 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응에 있어서 더욱 유용하게 사용할 수 있다.
Specifically, the pore size and the pore volume are larger than the pore volume and the pore size of the corresponding micro-sized mesoporous carbon support, so that mass transfer and diffusion speed can be accelerated. And thus can be more effectively used in an aqueous reforming reaction.

또한, 본 발명에 따른 촉매는 상기 촉매활성 금속으로 VIIB족 전이금속 및 VIII족 전이금속 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 특히 백금은 수상개질 반응에서 함산소 탄화수소 전환율과 수소선택도가 높아 수소 생성속도를 극대화하는 장점이 있어 더욱 바람직하다.
In addition, the catalyst according to the present invention can be selected from any one of transition metals of Group VIIB and transition metals of Group VIII as the catalytically active metal. Particularly, platinum has high oxygen conversion and hydrogen selectivity in the aqueous reforming reaction, It is more preferable because it has an advantage of maximizing the generation speed.

나아가, 본 발명에 따른 촉매는 상기 촉매활성 금속의 함량이 담지체 100 중량부에 대하여 1.0 내지 10 중량부인 것이 바람직하며, 1.0 내지 5.0 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 메조다공성 탄소 담지체에 대하여 활성금속의 함량이 1.0 중량부 미만이면 활성금속의 담지량이 적어 수상개질 반응의 촉매로서 활용도가 낮아지게 되며, 활성금속의 함량이 10 중량부 초과이면 담지된 활성금속의 뭉쳐짐 현상이 자주 일어나기 때문에 값비싼 귀금속 촉매의 양에 비해 촉매 활성이 높지 않게 되는 문제가 있어, 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.
Furthermore, the content of the catalytically active metal in the catalyst according to the present invention is preferably 1.0 to 10 parts by weight, more preferably 1.0 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the support. If the content of the active metal is less than 1.0 part by weight, the amount of the active metal supported is small and the utilization of the active metal as a catalyst for the aquatic reforming reaction is lowered. If the content of the active metal is more than 10 parts by weight, There is a problem that the catalytic activity is not higher than the amount of the expensive noble metal catalyst, and it is preferable to maintain the above range.

또한, 본 발명에 따른 촉매는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질반응에 사용될 수 있으며, 상기 함산소 탄화수소는 에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 솔비톨(sorbitol), 수크로스(sucros), 당(sugar), 당 알코올(alcohol) 또는 자일리톨(xylitol) 등을 사용할 수 있다.
In addition, the catalyst according to the present invention can be used in an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from oxygen-containing hydrocarbons, and the oxygen-containing hydrocarbons include ethylene glycol, glycerol, propylene glycol, sorbitol, sucros, sugars, sugar alcohols or xylitol may be used.

나아가, 본 발명은 Further,

평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a mesoporous silica mold having a three-dimensional elliptical or spherical shape with an average particle size of 300 to 600 nm (step 1);

상기 단계 1의 주형의 기공 내에 탄수화물 수용액과 산의 혼합물 또는 탄소 고분자 전구체를 흡착시키고 건조 및 중합반응을 수행하는 단계(단계 2);(Step 2) of adsorbing a mixture of an aqueous carbohydrate solution and an acid or a carbon polymer precursor in the pores of the mold of step 1 and performing drying and polymerization reaction;

상기 단계 2의 주형의 기공 내에서 중합된 탄소 화합물을 열분해하여 탄화시키는 단계(단계 3);Pyrolyzing and carbonizing the carbon compound polymerized in the pores of the mold of step 2 (step 3);

상기 단계 3의 주형을 제거하여 메조 다공성 탄소 담지체를 제조하는 단계(단계 4); 및Removing the mold of step 3 to produce a mesoporous carbon support (step 4); And

상기 단계 4의 메조 다공성 탄소 담지체에 촉매활성 금속을 함침시키는 단계(단계 5);Impregnating the mesoporous carbon support of step 4 with a catalytically active metal (step 5);

를 포함하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for preparing a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon.

이하, 본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법을 각 단계별로 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for preparing a catalyst for an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon according to the present invention will be described in more detail.

먼저, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서 단계 1은 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계이다.
First, in the method for preparing a catalyst for an aqueous reforming reaction according to the present invention, Step 1 is a step of preparing a mesoporous silica mold having a three-dimensional elliptic or spherical shape with an average particle size of 300 to 600 nm.

구체적으로, 상기 단계 1의 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계는, Specifically, the step of preparing the mesoporous silica mold having the average particle size of 300 to 600 nm in the step 1 as the three-dimensional ellipsoidal or spherical mesoporous silica mold,

공중합 유기주형제, 염산 및 물의 혼합 용액으로부터 실리카 주형을 위한 구조유도체를 제조하는 단계(단계 a);Preparing a structural derivative for a silica template from a mixed solution of a copolymerized organic solvent, hydrochloric acid and water (step a);

상기 단계 a의 혼합 용액에 실리카 전구체를 첨가하여 구조유도체/실리카 복합체를 형성하는 단계(단계 b);Adding a silica precursor to the mixed solution of step a) to form a structural derivative / silica complex (step b);

상기 단계 b의 복합체를 건조한 후 분쇄하여 분말화하는 단계(단계 c);Drying the composite of step b), pulverizing and pulverizing (step c);

상기 단계 c의 분말을 수증기와 접촉시켜 수열합성하는 단계(단계 d); 및Hydrothermally synthesizing the powder of step c by contacting it with water vapor (step d); And

상기 단계 d의 수열합성된 고형분을 건조한 후 소성하여 구조유도체를 제거하는 단계(단계 e); 를 포함하는 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
The step (e) of removing the structural derivative by drying and then firing the hydrothermally synthesized solid of step d); And the like.

본 발명자는 특허문헌 3(대한민국 특허공개번호 제2011-0109624호)에 마이크로 크기의 메조 다공성 탄소 담지체에 활성금속을 함침한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법이 제시한바 있으나, 이 방법과 본 발명의 차이점은 나노 크기의 수상개질 반응용 촉매를 제조하기 위하여, 나노 크기의 실리카 주형을 제조한다는 점이다.
The present inventors have proposed a method for preparing a catalyst for an aqueous reforming reaction in which a micro-sized mesoporous carbon support is impregnated with an active metal in Patent Document 3 (Korean Patent Publication No. 2011-0109624) Is that nano-sized silica molds are produced in order to prepare nano-sized catalysts for aqueous reforming reaction.

즉, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서, 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 추가적인 첨가제 및 분사제를 사용하지 않는 대신 건조-겔법(dry-gel method)을 적용한 것을 기술적 특징으로 하며, 기존의 나노 크기의 실리카 주형을 제조하기 위해 용매를 사용하는 경우의 환경문제, 용매의 휘발 및 입자의 불규칙성의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
That is, in the process for preparing a catalyst for an aqueous phase reforming reaction according to the present invention, in order to prepare a nano-sized mesoporous silica template, an additive agent and a spraying agent are not used but a dry-gel method is applied And has the advantage of solving the problems of environmental problems, volatilization of solvents and irregularity of particles when a solvent is used to manufacture a conventional nano-sized silica mold.

구체적으로, 상기 단계 (a)와 같이 유기주형제인 삼중블럭 공중합체로부터 실리카 주형 제조를 위한 구조유도체를 제조함에 있어서 추가적인 첨가제(암모니움플로라이드(NH4F))를 사용하지 않고 염산(HCl) 수용액만을 사용하고, 상기 단계 (b)와 같이 구조유도체/실리카 복합체를 제조함에 있어서도 추가적인 분산제 용매(탄소수 5 - 16의 노말-알칸(n-alkane))를 사용하지 않으며, 상기 단계 (c)에 따라 제조된 고형분의 구조유도체/실리카 복합체를, 상기 단계 (d)와 같이 고압 수열반응기에 내부용기에 넣고 외부 용기의 증류수를 증발시켜 내부 고형분과 접촉시켜 수열합성하고, 상기 단계 (e)와 같이 구조유도체를 제거하기 위해 소성함으로써, 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형이 제조되는 것에 기술적 특징이 있다.
Specifically, in the preparation of a structural derivative for the preparation of a silica template from a trifunctional block copolymer as an organic solvent, as in step (a), hydrochloric acid (HCl) is added without using an additional additive (ammonia fluoride (NH 4 F) (N-alkane having 5 to 16 carbon atoms) is not used in the preparation of the structural derivative / silica composite as in the step (b), and the step (c) The solid derivative / silica composite thus prepared is placed in an inner vessel in a high-pressure hydrothermal reactor as in step (d), distilled water of the outer vessel is evaporated, and the resultant is subjected to hydrothermal synthesis in contact with the internal solid component. There is a technical feature that nano-sized mesoporous silica molds are produced by firing to remove the structural derivatives.

또한, 상기 단계 d의 실리카 주형을 제조하기 위한 고압 수열 반응은 100 - 150 ℃ 도에서, 1 - 72 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 100 ℃ 미만인 경우 증류수가 증발하지 않는 문제가 있고, 150 ℃ 초과인 경우 주형으로 사용하는 삼중블록공중합체가 고열로 인하여 문제점이 있어, 상기 온도 범위를 유지하는 것이 좋다. 또한, 상기 반응 시간이 1시간 미만인 경우 고압수열 반응이 충분히 진행되지 않고, 72시간을 초과하는 경우 역시 주형으로 사용하는 삼중블록공중합체가 분해하는 문제점이 있어, 상기 시간 범위를 유지하는 것이 좋다.
The high-pressure hydrothermal reaction for preparing the silica mold of step d is preferably performed at 100 to 150 ° C. for 1 to 72 hours. If the reaction temperature is lower than 100 ° C, there is a problem that distilled water is not evaporated. If the reaction temperature is higher than 150 ° C, the triblock copolymer used as a template has a problem due to high temperature. When the reaction time is less than 1 hour, the high-pressure hydrothermal reaction does not proceed sufficiently, and when the reaction time exceeds 72 hours, the triple block copolymer used as a template decomposes.

또한, 단계 1의 상기 유기주형제는 계면활성제인 삼중블록공중합체를 사용할 수 있으며, 예를 들어 EO20PO70EO20, EO27PO61EO27, EO17PO85EO17, EO20PO30EO20, EO26PO39EO26, EO13PO70EO13 및 EO19PO33EO19 중에서 1종을 선택하여 사용할 수 있다(EO는 에틸렌 글리글리콜이고, PO는 프로필렌글리콜이다.).
Also, the organic sibling of step 1 may be a trifunctional block copolymer which is a surfactant. Examples thereof include EO 20 PO 70 EO 20 , EO 27 PO 61 EO 27 , EO 17 PO 85 EO 17 , EO 20 PO 30 EO 20 , EO 26 PO 39 EO 26 , EO 13 PO 70 EO 13 and EO 19 PO 33 EO 19 (EO is ethylene glycol, and PO is propylene glycol).

나아가, 단계 1의 상기 실리카 전구체는 주형 합성법에 의해 메조 다공성 탄소를 합성하기 위한 실리카 주형을 제조하는데 사용되는 실리카 전구체라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 실리카 전구체로 실리케이트를 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라에틸오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 선택하여 사용할 수 있다.
Further, the silica precursor of Step 1 is not particularly limited as long as it is a silica precursor used for preparing a silica template for synthesizing mesoporous carbon by a template synthesis method. For example, silicate may be used as a silica precursor, Tetraethyl orthosilicate (TEOS) can be selected and used.

또한, 단계 1에서 제조된 실리카 주형에 AlCl3 등을 함침시킨 후 실리카 표면에 산점을 생성시켜 실리카 표면의 산점에서 탄소 고분자 전구체의 중합이 시작되도록 할 수도 있다.
In addition, the silica template prepared in Step 1 was mixed with AlCl 3 And then the acid sites are formed on the silica surface so that the polymerization of the carbon polymer precursor starts at the acid sites on the surface of the silica.

다음으로, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 주형의 기공 내에 탄수화물 수용액과 산의 혼합물 또는 탄소 고분자 전구체를 흡착시키고 건조 및 중합반응을 수행하는 단계이다.
Next, in the method for preparing a catalyst for aqueous phase reforming according to the present invention, step 2 is a step of adsorbing a mixture of an aqueous solution of carbohydrate and an acid or a precursor of a carbon polymer in the pores of the template of step 1, .

구체적으로, 상기 단계 2의 탄소 고분자 전구체는 아세틸렌, 푸르푸릴 알콜, 다이비닐벤젠 등을 사용할 수 있고, 탄수화물 수용액은 수크로스 또는 자일로스 등의 수용액을 사용할 수 있고, 상기 산은 탄화를 위한 촉매로서 황산 등을 사용할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 촉매 담지체는 수크로스 또는 자일로스 등의 탄수화물 수용액으로부터 제조할 수 있어 친환경적이며 경제적인 장점도 존재한다.
Specifically, acetylene, furfuryl alcohol, and divinyl benzene may be used as the carbon polymer precursor in step 2, and an aqueous solution such as sucrose or xylose may be used as the carbohydrate aqueous solution. The acid may be sulfuric acid Etc. may be used. That is, the catalyst carrier according to the present invention can be produced from a carbohydrate aqueous solution such as sucrose or xylose, thus being environmentally friendly and economical.

다음으로, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서 단계 3은 상기 단계 2의 주형의 기공 내에서 중합된 탄소 화합물을 열분해하여 탄화시키는 단계이다. 구체적으로, 상기 열분해는 질소 또는 진공 조건에서 수행될 수 있으며, 이로 인하여 중합된 탄소 화합물을 탄화시킬 수 있다.
Next, in the method for producing the catalyst for water-reforming reaction according to the present invention, Step 3 is a step of pyrolyzing and carbonizing the carbon compound polymerized in the pores of the mold of Step 2 above. Specifically, the pyrolysis may be performed under nitrogen or vacuum conditions, thereby carbonizing the polymerized carbon compound.

다음으로, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서 단계 4는 상기 단계 3의 주형을 제거하여 메조 다공성 탄소 담지체를 제조하는 단계이다. 구체적으로 상기 주형의 제거는 예를 들어 HF이나 NaOH 수용액으로 실리카를 에칭하는 방법에 의하여 수행될 수 있다.
Next, in the method for producing a catalyst for an aquatic reforming reaction according to the present invention, Step 4 is a step of preparing a mesoporous carbon support by removing the template of Step 3 above. Specifically, removal of the template may be performed by, for example, a method of etching silica with HF or NaOH aqueous solution.

다음으로, 본 발명에 따른 수상개질 반응용 촉매의 제조방법에 있어서 단계 5는 상기 단계 4의 메조 다공성 탄소 담지체에 촉매활성 금속을 함침시키는 단계이다.
Next, in the method for preparing a catalyst for an aqueous reforming reaction according to the present invention, Step 5 is a step of impregnating the mesoporous carbon support of Step 4 with a catalytically active metal.

구체적으로, 상기 단계 6의 촉매활성 금속은 VIIB족 전이금속 및 VIII족 전이금속 중 1종을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 활성금속 중 특히 백금은 수상개질 반응에서 함산소 탄화수소 전환율과 수소선택도가 높아 수소 생성속도를 극대화하는 장점이 있어 더욱 바람직하다.
Specifically, the catalytically active metal in Step 6 may be selected from Group VIIB transition metals and Group VIII transition metals. Among the active metals, platinum is more preferable because it has an advantage of maximizing hydrogen production rate because of high oxygen conversion and hydrogen selectivity in the aquatic reforming reaction.

또한, 상기 단계 5의 함침은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 함침 방법에 의하여 수행될 수 있으나, 초기 습윤법(incipient wetness method)이 활성금속이 담체에 분산될 때 균일한 분산이 가능하므로 바람직하다. 상기 초기 습윤법은 활성금속의 전구체를 용매에 녹인 용액을 담지체에 가하는 방식으로 수행될 수 있다.
The impregnation of step 5 may be carried out by an impregnation method commonly used in the art, but the incipient wetness method is preferred because uniform dispersion is possible when the active metal is dispersed in the carrier. The initial wetting may be performed by adding a solution prepared by dissolving a precursor of an active metal in a solvent to a support.

한편, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매를 제공한다.
Meanwhile, the present invention provides a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from deoxygenated hydrocarbons produced by the above production method.

구체적으로, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 수상개질 반응용 촉매는 높은 표면적, 규칙적인 세공 구조, 균일한 메조기공을 가지는 메조다공성 탄소를 담지체로 하며, 상기 탄소 담지체 입자의 형태는 3차원의 타원형 또는 구형이고, 상기 탄소 담지체의 평균 입자 크기는 300 - 600 nm 범위의 비교적 일정한 나노 크기인 것을 특징으로 한다.
Specifically, the catalyst for an aquatic reforming reaction produced by the production method according to the present invention has mesoporous carbon having a high surface area, regular pore structure and uniform mesopores as a support, and the shape of the carbon support particles is 3 Dimensional elliptical or spherical shape, and the average particle size of the carbon support is a relatively constant nano size in the range of 300-600 nm.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 촉매는 상기 특성에 기인하여 반응물과 가스 성분인 생성물이 좀 더 자유롭게 기공 내부와 외부로 이동할 수 있기 때문에 반응물이 촉매 활성점에서 반응하는 빈도를 높이고, 빠른 확산속도를 부여할 수 있으며, 구조적으로 안정하기 때문에 특히 수상개질 반응에 촉매로 적용시 높은 수열안정성을 가질 뿐만 아니라, 종래 마이크로크기의 메조다공성 탄소 담지체에 비해 더 넓어진 표면적으로 인해 활성금속의 분산을 용이하게 할 수 있으므로 수소의 전환율, 수율, 생성속도를 현저히 향상시키는 장점이 있다.
The catalyst prepared by the process according to the present invention can increase the frequency at which the reactant reacts at the catalytic active site because the reactant and the product as a gas component can move more freely into and out of the pores due to the above characteristics, Speed and can be imparted with a high structural stability, so that it has a high hydrothermal stability particularly when applied as a catalyst in an aqueous reforming reaction, and also because of the wider surface area than conventional micro sized mesoporous carbon supports, So that the conversion, yield and production rate of hydrogen can be remarkably improved.

나아가, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 촉매는 메조다공성 탄소 담지체의 평균 세공 크기가 2 - 10 nm 이고, 평균 세공 부피가 1.0 - 2.5 cm3/g인 것을 특징으로 한다.
Furthermore, the catalyst prepared by the process according to the present invention is characterized in that the mesoporous carbon support has an average pore size of 2 - 10 nm and an average pore volume of 1.0 - 2.5 cm 3 / g.

상기 세공 크기와 세공 부피는 대응하는 마이크로 크기의 메조포러스 탄소 담지체의 세공 부피와 세공 크기에 비해 더 큰 크기를 가지므로 물질전달과 확산속도를 빠르게 할 수 있어 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응에 있어서 더욱 유용하게 사용할 수 있다.
The pore size and the pore volume are larger than the pore volume and the pore size of the corresponding micro-sized mesoporous carbon support, so that mass transfer and diffusion rate can be accelerated. In order to produce hydrogen from oxygen hydrocarbons It can be used more advantageously in an aqueous reforming reaction.

한편, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 촉매를 함산소 탄화수소와 접촉시키는 단계를 포함하는 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for preparing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon through an aquatic reforming reaction comprising contacting the catalyst according to the present invention with an oxygen-containing hydrocarbon.

이하, 본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for preparing hydrogen through the aquatic reforming reaction from the oxygen-containing hydrocarbon according to the present invention will be described in detail.

구체적으로, 본 발명에 따른 수소의 제조방법에 있어서 촉매를 함산소 탄화수소와 접촉시키는 단계는 수상개질 반응용 촉매가 충진된 고정층 반응기 안에 함산소 탄화수소를 주입함으로써 수행될 수 있다.
Specifically, in the method for producing hydrogen according to the present invention, the step of contacting the catalyst with the oxygen-containing hydrocarbon may be performed by injecting oxygen-containing hydrocarbon into the fixed-bed reactor filled with the catalyst for the aquatic reforming reaction.

또한, 본 발명에 따른 수소의 제조방법에 있어서, 수상개질 반응은 200 내지 300 ℃의 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 반응 온도가 200 ℃ 미만인 경우 반응활성이 너무 낮은 문제점이 있으며, 반응 온도가 300 ℃ 초과인 경우 수소기체 전환율이 낮아지는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.
Further, in the method for producing hydrogen according to the present invention, the water modification reaction is preferably carried out at a temperature in the range of 200 to 300 ° C. If the reaction temperature is lower than 200 ° C, there is a problem that the reaction activity is too low, and when the reaction temperature is higher than 300 ° C, the hydrogen gas conversion rate is lowered, which is not preferable.

나아가, 본 발명에 따른 수소의 제조방법에 있어서, 수상개질 반응은 함산소 탄화수소를 0.01 - 5.0 cc/gcat.min 범위의 중량공간속도(WHSV: Weight Hour Space Velocity)로 반응기에 공급하면서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 중량공간속도가 0.01 cc/gcat.min 미만인 경우에는 반응물 주입량이 너무 작아 반응기 내에서 한쪽 방향으로 흐르는 현상(채널링, channeling)이 발생하여 일정한 반응이 일어나지 않는 문제점이 있으며, 5.0 cc/gcat.min 초과인 경우에는 반응물의 전환율이 너무 낮은 문제점이 있다.
Further, in the method for producing hydrogen according to the present invention, the water reforming reaction is carried out while supplying the oxygen-containing hydrocarbon to the reactor at a weight hour space velocity (WHSV) in the range of 0.01 to 5.0 cc / g cat.min desirable. When the weight-space velocity is less than 0.01 cc / gcat.min, the reactant injection amount is too small to cause a phenomenon of channeling in one direction in the reactor, There is a problem that the conversion rate of the reactant is too low.

본 발명에 따른 촉매를 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응에 적응하는 경우, 반응물과 가스 성분인 생성물이 좀 더 자유롭게 기공 내부와 외부로 이동할 수 있기 때문에 반응물이 촉매 활성점에서 반응하는 빈도를 높이고, 빠른 확산속도를 부여할 수 있으며, 구조적으로 안정하기 때문에 특히 수상개질 반응에 촉매로 적용시 높은 수열안정성을 가질 뿐만 아니라, 종래 마이크로크기의 메조다공성 탄소 담지체에 비해 더 넓어진 표면적으로 인해 활성금속의 분산을 용이하게 할 수 있으므로 수소의 전환율, 수율 및 수소 생성속도를 현저히 향상시킬 수 있다.
When the catalyst according to the present invention is adapted to an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from an oxygenated hydrocarbon, the reaction product reacts at the catalytic active site because the reactant and the product of the gas component can move more freely into and out of the pore It is possible to increase the frequency, to give a fast diffusion rate, and because it is structurally stable, it has not only high hydrothermal stability when applied as a catalyst in a water reforming reaction, but also has a wider surface area than conventional micro sized mesoporous carbon supports The dispersion of the active metal can be facilitated, so that the hydrogen conversion rate, yield and hydrogen production rate can be remarkably improved.

나아가, 본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법은 주형합성법에 의해 탄소 담지체를 제조하기 위한 나노 사이즈의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 기존의 추가적인 첨가제 및 분산제를 사용하지 않는 대신 건조-겔(dry-gel, DGC) 방법을 적용하기 때문에, 기존의 용매 사용으로 인한 환경문제, 용매의 휘발 및 입자의 불규칙성의 문제점을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 이로부터 제조된 탄소 담지체는 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자크기가 300 - 600 nm로 비교적 일정한 크기를 가지므로, 이에 활성 금속을 함침한 촉매를 이용하여 수상개질 반응을 수행한 경우 촉매 성능이 더욱 향상되어 수소 선택도 및 수소 생성율이 더욱 향상되는 효과가 있다.
The present invention also provides a process for preparing a catalyst for an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon according to the present invention, which comprises the steps of: preparing a mesoporous silica template of nano size for preparing a carbon- Since the dry-gel (DGC) method is applied instead of using an additive and a dispersant, it is possible to solve problems of environmental problems, solvent volatilization and particle irregularity due to the use of conventional solvents, Since the carbon carrier prepared therefrom has a three-dimensional ellipsoidal shape or spherical shape and has an average particle size of 300-600 nm and a relatively constant size, when the aqueous reforming reaction is carried out using a catalyst impregnated with an active metal, Is further improved and the hydrogen selectivity and the hydrogen production rate are further improved.

이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, but are not limited thereto.

<< 실시예Example 1>  1> 건조겔Dry gel 법에 의한  By law 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK3CMK3 탄소담지체Carbon support 촉매  catalyst

제조예Manufacturing example 1:  One:

건조겔Dry gel 방법에 의한  By method 나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous SBASBA -15 실리카 주형의 제조-15 Preparation of silica mold

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조-겔 방법에 의한 나노 크기의 메조다공성 SBA-15 실리카 주형의 제조 방법을 나타낸다.
FIG. 1 shows a method of preparing a nanoscale mesoporous SBA-15 silica mold by a dry-gel method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 삼중블록 공중합체인 EO20PO70EO20(상표명: Pluronic P123, EO: 에틸렌글리콜, PO: 프로필렌글리콜) 2.0g, 37.2wt% 염산(HCl) 14.6g을 물 60.2g에 혼합하여 40℃에서 1시간 잘 교반한다. 다음으로 Pluronic P123이 완전히 녹으면 실리카원인 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 4.5g을 첨가한 후 동일한 온도에서 2분동안 강하게 교반시킨다. 다음으로 혼합용액이 에멀젼 형태가 되면 그 상태로 약 2 시간 동안 숙성을 시킨 후 여과한다.
First, 2.0 g of EO 20 PO 70 EO 20 (trade name: Pluronic P 123 , EO: ethylene glycol, PO: propylene glycol) as a triple block copolymer and 14.6 g of 37.2 wt% hydrochloric acid (HCl) were mixed in 60.2 g of water, For 1 hour. Next, when Pluronic P 123 is completely dissolved, 4.5 g of silica, tetraethyl orthosilicate (TEOS) is added, and the mixture is stirred at the same temperature for 2 minutes. Next, when the mixed solution becomes an emulsion form, it is aged for about 2 hours and filtered.

다음으로, 건조-겔(dry-gel) 방법에 의한 제조단계를 거치는데, 구체적으로 상기 구조유도체/실리카 복합체를 오븐에 넣어 55℃에서 3시간 동안 가열하여 물을 건조시켜 고형분 상태를 유지한 후, 이를 분쇄하여 분말 형태로 만들고, 고압 수열반응기를 사용하여 수열합성을 수행한다. 즉, 고압 반응기 내부에 상기 구조유도체/실리카 복합체 분말을 주입한 내부 용기를 넣고, 고압반응기에 분말의 무게를 기준으로 10배 정도에 해당하는 증류수를 주입하여 고압반응기 뚜껑을 닫고 고정시킨 후 100 ℃에서 24시간 유지시키다. 즉, 고압수열 반응기의 물이 증발하면서 내부용기의 고형분과 접촉하여 수열합성이 이루어지게 하는 방법으로 건조겔이 형성된다. 이어서 반응기를 해체하여 내부 젖은 고형 분을 빼내어 건조시킨 후 소성하여 구조유도체를 제거함으로써 나노크기의 SBA-15 실리카 주형을 제조하였다.
Next, the preparation step is carried out by a dry-gel method. Specifically, the structural derivative / silica composite is placed in an oven and heated at 55 ° C for 3 hours to dry the water to maintain the solid state , Pulverized into powder form, and subjected to hydrothermal synthesis using a high-pressure hydrothermal reactor. That is, an internal vessel into which the above-described structural derivative / silica composite powder was injected was placed in a high-pressure reactor, distilled water corresponding to about 10 times the weight of the powder was injected into the high pressure reactor, and the lid of the high pressure reactor was closed and fixed. For 24 hours. That is, a drying gel is formed by a method in which water in the high-pressure hydrothermal reactor is evaporated and the hydrothermal synthesis is performed by contacting the solid content of the inner vessel. Subsequently, the reactor was disassembled to remove the internal wet solid components, followed by drying and firing to remove the structural derivative, thereby preparing a nano-sized SBA-15 silica mold.

제조예Manufacturing example 2:  2:

나노 크기의 Nano-sized 메조다공성Mesoporous 알루미노실리케이트Aluminosilicate AlAl -- SBASBA -15의 제조Manufacture of -15

다음으로, 나노크기의 메조다공성알루미노실리케이트(Alumino silicate)형인 Al-SBA-15 주형을 만들기 위해서 상기 제조예 1의 SBA-15 실리카 주형 1g당 AlCl3 0.111g (Si/Al=20)에 에탄올 용액 50ml을 혼합하여, 약 30분 동안 잘 교반한 후, 에탄올을 증발 제거하고 건조시킨 후 다시 550℃에서 5시간 유지시키면서 소성시켜 나노크기의 메조다공성 알루미노실리케이트 Al-SBA-15를 제조하였다.
Next, 0.111 g (Si / Al = 20) of AlCl 3 per 1 g of the SBA-15 silica mold of Preparation Example 1 was added to ethanol (20 g) in order to make a nano-sized mesoporous Al- Was mixed and stirred well for about 30 minutes. Ethanol was evaporated off, dried, and then calcined at 550 ° C for 5 hours to prepare nano-sized mesoporous aluminosilicate Al-SBA-15.

제조예Manufacturing example 3:  3:

나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK3CMK3 탄소담지체의Carbon support 제조 Produce

다음으로, 상기 제조예 2의 Al-SBA-15 10 g에 푸르푸릴 알코올 8.5 g을 5회에 걸쳐 단계적으로 함침하여 35 ℃에서 1시간 동안 확산시키고, 온도를 100 ℃로 올려 1시간 동안 건조시킨 후 350 ℃에서 3시간 동안 유지시켜 초기 탄화시킨다. 이어서 메조다공성 실리카/탄소 합성물에 다시 푸르푸릴 알코올 5.5 g을 함침한 후 35 ℃에서 1시간 동안 확산시키고, 100 ℃에서 1시간 동안 건조를 수행하였다. 이어서 탄화는 350 ℃에서 3시간 초기 탄화시킨 후, 최종적으로 900 ℃에서 2시간 동안 탄화시킨다. 이렇게 제조된 실리카/탄소 복합합성물은 10% HF용액을 사용하여 2회에 걸쳐 실리카 물질을 에칭(etching)시켜 실리카를 녹이고 에탄올과 증류수를 사용하여 2회에 걸쳐 세척 및 여과를 실시한 후, 100 ℃에서 12시간 이상 건조시켜 나노크기 DGC-나노-CMK3 담지체를 제조하였다.
Next, 8.5 g of furfuryl alcohol was impregnated stepwise in 10 g of Al-SBA-15 of Production Example 2, spread at 35 ° C for 1 hour, heated to 100 ° C and dried for 1 hour And then maintained at 350 DEG C for 3 hours to carry out initial carbonization. Subsequently, the mesoporous silica / carbon composite was impregnated again with 5.5 g of furfuryl alcohol, spread at 35 DEG C for 1 hour, and dried at 100 DEG C for 1 hour. Subsequently, the carbonization is initially carbonized at 350 ° C for 3 hours, and finally carbonated at 900 ° C for 2 hours. The silica / carbon composite composite thus prepared was washed and filtered twice with ethanol and distilled water by dissolving silica by etching the silica material twice using a 10% HF solution, For 12 hours or longer to prepare a nano-sized DGC-nano-CMK3 carrier.

제조예Manufacturing example 4:  4:

백금 담지 Platinum bearing 나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK3CMK3 탄소담지체Carbon support 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

먼저, 백금의 전구체로 헥사클로로 플라티닉엑시드(Hexachloro platinic acid, H2PtCl6) 0.185 g, 아세톤 3.0 ml을 혼합하여 균일한 용액을 만든 후 초기 습윤법을 사용하여 상기 제조된 나노크기의 메조다공성 CMK3 탄소담지체에 백금을 함침시켰다. 즉, 1.0 g의 탄소담지체에 상기 제조한 백금 전구체 혼합 용액을 3회에 나누어서 주입한 후 혼합자치(voltex unit)를 이용하여 잘 혼합시킨 후, 상온에서 1시간 정도 정체시키고, 유리병의 뚜껑을 약간 연 상태에서 60 ℃에서 2시간 동안 건조시킨 후, 계속해서 유리병의 뚜껑을 완전히 연 상태에서 60 ℃에서 6시간 동안 더 건조하였다. 최종적으로 120 ℃에서 12시간 건조과정을 거침으로써 실시예 2의 촉매의 제조를 완성하였다. 제조된 촉매는 7wt% Pt/DGC-나노-CMK3으로 명명하였다.
First, 0.185 g of Hexachloro platinic acid (H 2 PtCl 6 ) as a precursor of platinum was mixed with 3.0 ml of acetone to prepare a homogeneous solution. Then, using the initial wetting method, the prepared nanosized mesoporous The CMK3 carbon support was impregnated with platinum. That is, 1.0 g of the carbon carrier was poured into the prepared platinum precursor mixture solution three times, mixed well using a voltex unit, stuck at room temperature for about 1 hour, Was dried at 60 DEG C for 2 hours in a slightly opened state, and then further dried at 60 DEG C for 6 hours with the lid of the glass bottle completely opened. Finally, the catalyst was dried at 120 ° C for 12 hours to complete the preparation of the catalyst of Example 2. The prepared catalyst was named 7 wt% Pt / DGC-nano-CMK3.

<< 실시예Example 2>  2> 건조겔Dry gel 법에 의한  By law 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK5CMK5 탄소담지체Carbon support 촉매  catalyst

제조예Manufacturing example 1:  One:

건조겔Dry gel 방법에 의한  By method 나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous SBASBA -15 실리카 주형의 제조-15 Preparation of silica mold

실시예 1의 제조예 1과 동일한 방법을 수행하여 나노크기의 메조다공성 SBA-15 실리카 주형을 제조하였다.
A mesoporous mesoporous SBA-15 silica template was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 of Example 1.

제조예Manufacturing example 2:  2:

나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous 알루미노실리케이트Aluminosilicate AlAl -- SBASBA -15의 제조Manufacture of -15

다음으로, 실시예 1의 제조예 2와 동일한 방법을 수행하여 나노크기의 메조다공성 SBA-15 실리카 주형을 제조하였다.
Next, a nano-sized mesoporous SBA-15 silica template was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 of Example 1.

제조예Manufacturing example 3:  3: 나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK5CMK5 탄소담지체의Carbon support 제조 Produce

다음으로, 실시예 1의 제조예 3에서 메조다공성 실리카/탄소합성물에 푸르푸릴 알코올을 한번 더 함침하는 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1의 제조예 3과 동일한 방법을 수행하여 나노크기의 메조다공성 DGC-나노-CMK5 탄소담지체를 제조하였다.
Next, the same procedure as in Production Example 3 of Example 1 was carried out, except that the process of impregnating the mesoporous silica / carbon composite with furfuryl alcohol was not performed in Production Example 3 of Example 1, Mesoporous DGC-nano-CMK5 carbon support.

제조예Manufacturing example 4:  4:

백금 담지 Platinum bearing 나노크기의Nano-sized 메조다공성Mesoporous DGCDGC -나노--Nano- CMK5CMK5 탄소담지체Carbon support 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

다음으로, 실시예 1의 제조예 4와 동일한 방법을 수행하여 나노크기의 메조다공성 CMK5 탄소담지체에 백금이 함침된 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매는 7 wt% Pt/DGC-나노-CMK5로 명명하였다.
Next, a catalyst impregnated with platinum in a nano-sized mesoporous CMK5 carbon support was prepared in the same manner as in Preparation Example 4 of Example 1, and the catalyst thus prepared was replaced with 7 wt% Pt / DGC-nano-CMK5 Respectively.

<< 비교예Comparative Example 1>  1> 메조다공성Mesoporous 마이크로- Micro- CMK3CMK3 탄소담지체Carbon support 촉매 catalyst

실시예 1의 제조예 1에서 건조겔 제조단계를 거치지 않고 곧바로 건조 (100 ℃, 24시간) 및 소성 (550 ℃, 5시간)을 시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 마이크로 크기의 CMK3 탄소담지체 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매는 7 wt% Pt/Micro-CMK3으로 명명하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the drying gel preparation step was not carried out in Production Example 1 of Example 1 and drying (100 ° C, 24 hours) and firing (550 ° C, 5 hours) A micro-sized CMK3 carbon support catalyst was prepared and the prepared catalyst was named 7 wt% Pt / Micro-CMK3.

<< 비교예Comparative Example 2>  2> 메조다공성Mesoporous 마이크로- Micro- CMK5CMK5 탄소담지체Carbon support 촉매 catalyst

실시예 2의 제조예 1에서 건조겔 제조단계를 거치지 않고 곧바로 건조 (100 ℃, 24시간) 및 소성 (550 ℃, 5시간)을 시키 것을 제외하고는, 실시예 2와동일한 방법을 수행하여 마이크로 입자크기의 CMK5 탄소담지체 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매는 7 wt% Pt/Micro-CMK5으로 명명하였다.
A method similar to that of Example 2 was carried out except that the drying gel preparation step was not carried out in Production Example 1 of Example 2 and the drying was immediately carried out (100 ° C., 24 hours) and firing (550 ° C., 5 hours) A microparticle size CMK5 carbon support catalyst was prepared and the catalyst was named 7 wt% Pt / Micro-CMK5.

<< 실험예Experimental Example 1> 촉매  1> catalyst 담지체의Carrier 물성 평가 Property evaluation

본 발명에 따른 실시예 1 - 2의 건조겔법에 의해 제조된 나노 입자크기의 메조다공성 DGC-나노-CMK3 및 DGC-나노-CMK5 탄소담지체와 비교예 1 - 2의 마이크로크기의 메조다공성 마이크로-CMK3 및 마이크로-CMK5 탄소담지체의 물성을 평가하기 위하여, 도 2에 상기 탄소담지체들의 전계방출형 주사전자현미경(SEM) 사진을, 도 4에는 질소흡탈착 등온선을 도 4에는 XRD 회절분석 결과를 나타내었다. 나아가, 탄소담지체의 입자 크기, 질소흡착으로부터 얻은 BET 표면적, 세공 부피 및 세공 크기를 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
The nanoparticle sized mesoporous DGC-nano-CMK3 and DGC-nano-CMK5 carbon supports prepared by the dry gel method of Example 1-2 of the present invention and the micro sized mesoporous micro- In order to evaluate the physical properties of the CMK3 and micro-CMK5 carbon carriers, field emission scanning electron microscope (SEM) photographs of the carbon carriers are shown in Fig. 2, nitrogen adsorption / desorption isotherms are shown in Fig. 4, XRD diffraction results Respectively. Further, the particle size of the carbon support, the BET surface area obtained from the nitrogen adsorption, the pore volume and the pore size are shown in Table 1 below.

촉매 catalyst 담지체의Carrier 물성 비교 Comparison of physical properties 평균 입자크기
(㎛)
Average particle size
(탆)
BET 표면적
(m2/g)
BET surface area
(m 2 / g)
세공 부피
(cm3/g)
Pore volume
(cm &lt; 3 &gt; / g)
세공 크기
(nm)
Pore Size
(nm)
마이크로 SBA-15Micro SBA-15 -- 807807 0.840.84 8.08.0 비교예 1:
마이크로-CMK3
Comparative Example 1:
Micro-CMK3
3.03.0 11241124 1.101.10 3.83.8
비교예 2:
마이크로-CMK5
Comparative Example 2:
Micro-CMK5
3.03.0 16301630 1.491.49 3.2, 4.43.2, 4.4
나노 SBA-15Nano SBA-15 -- 412412 0.900.90 10.910.9 실시예 1:
DGC-나노-CMK3
Example 1:
DGC-Nano-CMK3
0.50.5 1,0641,064 1.101.10 3.73.7
실시예 2:
DGC-나노-CMK5
Example 2:
DGC-Nano-CMK5
0.50.5 1,8571,857 1.801.80 3.0, 4.13.0, 4.1

그 결과, 도 1의 전계방출형 주사전자현미경 사진을 참조하면 본 발명에 따른 실시예 1 - 2의 나노크기의 메조다공성 CMK3 및 CMK5 탄소담지체의 평균 입자크기는 300 - 600 nm이고, 입자형태가 3차원 타원형 또는 구형을 형태를 가진 것을 확인할 수 있다.
As a result, referring to the field emission scanning electron microscope photograph of FIG. 1, the average particle size of the nano-sized mesoporous CMK3 and CMK5 carbon supports of Example 1 - 2 according to the present invention was 300 to 600 nm, Can be confirmed to have a three-dimensional elliptical or spherical shape.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 나노크기의 메조다공성 DGC-나노-CMK3 및 DGC-나노-CMK5 탄소담지체의 세공부피와 세공크기는 대응하는 비교예에 따른 마이크로 크기의 마이크로-CMK3 및 마이크로-CMK5 탄소담지체에 비해 더 증가하였음을 확인할 수 있다.
Further, the pore volume and pore size of the nano-sized mesoporous DGC-nano-CMK3 and DGC-nano-CMK5 carbon supports according to the embodiments of the present invention are determined by micro-size micro-CMK3 and micro- CMK5 carbon support was higher than that of CMK5.

또한, 건조 겔 과정을 거치지 않은 비교예의 경우 마이크로-CMK5가 3.2, 4.4 nn 크기의 이중 기공을 갖는 반면, 건조 겔 과정을 거친 실시예의 경우 DGC-나노-CMK5이 3.0, 4.1 nm 크기의 이중 기공을 갖는 것을 확인할 수 있다. In the comparative example not subjected to the drying gel process, the micro-CMK5 had double pores having a size of 3.2 and 4.4 nn, whereas in the case of the dried gel process, DGC-nano-CMK5 had double pores having sizes of 3.0 and 4.1 nm .

이는 탄소전구체로 사용되는 푸르푸릴 알코올(furfuryl alcohol)은 낮은 온도에서 중합되는 과정에서 친수성인 실리카 벽면에 잘 코팅되는 특성이 있고, 진공하에 탄화되는 과정에서 중합 및 탄화과정에서 생성되는 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 낮은 탄소개수를 가지는 포화된 카본(saturated carbons) 등의 부반응물(by-products) 이 실리카 기공의 중심으로부터 효과적으로 제거되기 때문에 탄소골격이 튜브형태(tubular type)로 만들어진다. 따라서, 불산 처리 후 탄소 기공은 튜브(tube)와 튜브사이의 기공과 튜브자체의 기공을 가지므로 2개의 메조 기공을 가지는 메조다공성 탄소가 얻어진다. 이에 반하여 CMK3인 경우에는 350도까지 한번 정도 탄소 전구체를 중합 및 탄화를 시킨 후, 빠져나간 부분을 채우기 위하여 한번 더 탄소 전구체를 넣어주는 과정을 거치므로 막대(rod) 형태의 탄소 골격이 만들어지며 불산처리 후 탄소 기공은 막대 사이의 기공 하나만 나타나게 된다.
This is because the furfuryl alcohol used as the carbon precursor has a property of being coated on the hydrophilic silica wall during the polymerization at a low temperature, and the water, carbon dioxide, and oxygen generated in the polymerization and carbonization process during the carbonization under vacuum, The carbon skeleton is made into a tubular type because by-products such as carbon monoxide, methane and saturated carbons having a low carbon number are effectively removed from the center of the silica pores. Therefore, after the hydrofluoric acid treatment, the carbon pores have pores between the tube and the tube and pores of the tube itself, so that mesoporous carbon having two mesopores is obtained. On the other hand, in the case of CMK3, a carbon precursor is polymerized and carbonized once to about 350 ° C., and then a carbon precursor is added once more to fill the exiting portion. Thus, a rod-shaped carbon skeleton is formed, After the treatment, the carbon pores show only one pore between the bars.

<< 실험예Experimental Example 2>  2> 수상개질Water reform 반응에 의한 촉매 성능 평가 Evaluation of Catalyst Performance by Reaction

본 발명의 실시예에 따른 촉매의 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응에 있어서 촉매 성능을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 - 2 및 비교예 1 - 2의 촉매를 이용하여 폴리올을 수상개질 반응시키고, 수소 기체 전환율, 수소의 수율 및 수소의 생성속도를 계산하여 그 결과를 하기 표 2 및 3에 나타냈다.
In order to confirm the catalyst performance in the aquatic reforming reaction for producing hydrogen from the deoxygenated hydrocarbon of the catalyst according to the embodiment of the present invention, the catalyst of Example 1 - 2 and Comparative Example 1 - The hydrogen gas conversion rate, the yield of hydrogen, and the rate of hydrogen generation were calculated, and the results are shown in Tables 2 and 3 below.

촉매를 이용한 에틸렌글리콜 및 글리세롤의 Catalyzed Ethylene Glycol and Glycerol 수상개질Water reform 반응 reaction

구체적으로 폴리올의 수상개질 반응에 의한 촉매의 성능 평가는 1/2인치 관형 고정층 촉매반응시스템을 이용하여 수행하였다. 사용된 촉매량은 0.3 g이었으며, 반응에 앞서 수소 흐름 하에서 260 ℃로 6시간 동안 환원 후 10 wt%의 폴리올 수용액(표 2: 에틸렌 글리콜 수용액, 표 3: 글리세롤 수용액) HPLC 펌프를 이용하여 0.1 cc/min의 속도로 반응기에 공급하였다. 다음으로 시간당 중량공간속도(WHSV: Weight Hour Space Velocity)는 0.1 cc/gcat.min으로 일정하게 고정하고, 온도와 압력을 250 ℃, 45 기압 조건으로 일정하게 유지시키고 폴리올 수용액으로부터 수상개질 반응을 통해 수소를 제조하였다.
Specifically, the performance evaluation of the catalyst by the aqueous reforming reaction of the polyol was carried out using a 1/2 inch tubular fixed bed catalytic reaction system. The amount of the catalyst used was 0.3 g. After the reaction was reduced to 260 ° C under hydrogen flow for 6 hours before the reaction, a 0.1 wt% polyol aqueous solution (Table 2: aqueous ethylene glycol solution, Table 3: glycerol aqueous solution) min. &lt; / RTI &gt; Next, the weight hour space velocity (WHSV) was fixed to 0.1 cc / gcat.min, and the temperature and pressure were kept constant at 250 ° C. and 45 atm. Hydrogen was produced.

수소 기체 전환율, 수소의 수율 및 수소의 생성속도 계산Calculation of hydrogen gas conversion rate, hydrogen yield and hydrogen production rate

수상개질 반응 후 생성된 가스상 생성물은 내부 표준물질(internal standard)로 질소를 사용하여 carboxen 1000 충진컬럼(packed column)과 GS-GASPRO 캐필러리 컬럼(capillary column)이 각각 장착된 GC-TCD와 FID를 통해 정량 분석하였다. 반응원료 중 탄소 성분을 기준으로 한 폴리올로부터 수소 기체로의 전환율, 수소의 수율, 수소의 생성속도는 하기 수학식 1 - 3을 이용하여 계산하였다. 나아가, 상기 반응원료 중 탄소 성분을 기준으로 한 기체 전환율이 높을수록 수소의 생산량이 높아짐을 의미한다.
The gaseous products produced after the water reforming reaction were analyzed using GC-TCD equipped with a carboxen 1000 packed column and a GS-GASPRO capillary column using nitrogen as an internal standard and FID . The conversion rate of the polyol to the hydrogen gas, the yield of hydrogen, and the production rate of hydrogen based on the carbon component in the reaction raw materials were calculated using the following Equation 1 - 3. Further, the higher the gas conversion rate based on the carbon content in the reaction raw material, the higher the production amount of hydrogen is.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013036745609-pat00001

Figure 112013036745609-pat00001

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure 112013036745609-pat00002
Figure 112013036745609-pat00002

(에틸렌글리콜인 경우 반응식:(CH2)2(OH)2 + 2H2O → 2CO2 + 5H2 (In the case of ethylene glycol: (CH 2 ) 2 (OH) 2 + 2H 2 O → 2CO 2 + 5H 2

글리세롤인 경우 반응식: C3H5(OH)3+3H2O → 3CO2 + 7H2
Glycerol Reaction formula: C 3 H 5 (OH) 3 + 3H 2 O → 3CO 2 + 7H 2

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

수소의 생성속도(cc/gcat.min) = 질소의 내부표준물질을 기준으로 GC의 TCD에서 검출되는 수소의 양을 정량한 후 촉매의 그램당 분당 수소의 생성속도.
The rate of hydrogen production (cc / gcat.min) = the rate of hydrogen production per minute per gram of catalyst after quantifying the amount of hydrogen detected in the TCD of the GC, based on the internal standard of nitrogen.

에틸렌글리콜의 Of ethylene glycol 수상개질Water reform 반응에서 촉매의 성능 평가 Evaluation of catalyst performance in reaction 구 분division 사용한 촉매의 종류Type of catalyst used 수소 기체의 전환율
(%)
Conversion of hydrogen gas
(%)
수소의 수율
(%)
The yield of hydrogen
(%)
수소의 생성속도
(cc/gcat.min)
Hydrogen production rate
(cc / gcat.min)
실시예 1Example 1 7 wt% Pt/DGC-나노-CMK37 wt% Pt / DGC-nano-CMK3 84.384.3 76.476.4 52.452.4 실시예 2Example 2 7 wt% Pt/DGC-나노-CMK57 wt% Pt / DGC-nano-CMK5 82.082.0 83.183.1 53.353.3 비교예 1Comparative Example 1 7 wt% Pt/마이크로-CMK37 wt% Pt / micro-CMK3 70.470.4 72.672.6 45.145.1 비교예 2Comparative Example 2 7 wt% Pt/마이크로-CMK57 wt% Pt / micro-CMK5 79.579.5 77.077.0 53.353.3

글리세롤의 Glycerol 수상개질Water reform 반응에서 촉매의 성능 평가 Evaluation of catalyst performance in reaction 구 분division 사용한 촉매의 종류 Type of catalyst used 수소 기체의 전환율 (%)Conversion of hydrogen gas (%) 수소의 수율
(%)
The yield of hydrogen
(%)
수소의 생성속도
(cc/gcat.min)
Hydrogen production rate
(cc / gcat.min)
실시예 1Example 1 7 wt% Pt/DGC-나노-CMK37 wt% Pt / DGC-nano-CMK3 62.262.2 55.455.4 42.142.1 실시예 2Example 2 7 wt% Pt/DGC-나노-CMK57 wt% Pt / DGC-nano-CMK5 68.568.5 52.152.1 46.746.7 비교예 1Comparative Example 1 7 wt% Pt/마이크로-CMK37 wt% Pt / micro-CMK3 47.847.8 38.138.1 27.127.1 비교예 2Comparative Example 2 7 wt% Pt/마이크로-CMK57 wt% Pt / micro-CMK5 56.056.0 53.953.9 38.338.3

그 결과 상기 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 동일한 함량의 백금 촉매활성금속을 담지시켰음에도 불구하고 담지체의 종류에 따라 수소 기체의 전환율, 수소의 수율 및 수소의 생성속도가 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
As a result, as shown in Tables 2 and 3, although the same amount of the platinum catalytically active metal was loaded, the conversion rate of hydrogen gas, the yield of hydrogen, and the rate of hydrogen generation differ depending on the type of the carrier Can be confirmed.

구체적으로, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2의 나노크기의 메조다공성 DGC-나노-CMK3 및 DGC-나노-CMK5 탄소담지체 촉매의 경우 대응하는 마이크로 크기의 탄소담지체 촉매인 비교예 1 및 비교예 2에 비해 수소기체의 전환율, 수소의 수율 및 수소의 생성속도가 높음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2의 촉매 담지체의 마이크로가 아닌 나노사이즈의 입자크기로 인한 표면적 증가 및 담지체의 메조포러스 구조가 마이크로크기의 담지체에 비해 더 잘 발달 되어 있는 특성에 기인하여, 활성금속의 분산정도를 향상시키고, 물질이동 및 확산속도가 더 빨라질 뿐만 아니라 높은 수열안정성을 가지기 때문인 것으로 사료된다.
Specifically, in the case of the nano-sized mesoporous DGC-nano-CMK3 and DGC-nano-CMK5 carbon support catalysts of Examples 1 and 2 according to the present invention, a comparative micro-sized carbon- And Comparative Example 2, the conversion rate of hydrogen gas, the yield of hydrogen, and the production rate of hydrogen are high. This is because the surface area increase due to the nano-sized particle size of the microcavities of the catalyst carrier of Examples 1 and 2 according to the present invention and the mesoporous structure of the carrier are more developed than the micro-sized carrier It is believed that this is because the degree of dispersion of the active metal is improved and the material migration and diffusion rate is not only faster but also has high hydrothermal stability.

상기 실험결과로부터 본 발명에 따른 나노크기의 메조다공성 탄소 담지체 촉매는 종래 마이크로크기의 메조다공성 탄소 담지체 촉매에 비해 수소기체의 전환율, 수소의 수율 및 수소의 생성속도가 더 향상되는 효과가 있으므로, 함산소탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매로서 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
From the above experimental results, the nanosized mesoporous carbon support catalyst according to the present invention has the effect of further improving the conversion rate of hydrogen gas, the yield of hydrogen and the production rate of hydrogen, compared with the conventional mesoporous mesoporous carbon catalyst , It can be used as a catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from oxygen-containing hydrocarbons.

나아가, 본 발명에 따른 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매의 제조방법은 주형합성법에 의해 탄소 담지체를 제조하기 위한 나노 크기의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하기 위해, 기존의 추가적인 첨가제 및 분산제를 사용하지 않는 대신 건조-겔(dry-gel, DGC) 방법을 적용하기 때문에, 기존의 용매 사용으로 인한 환경문제, 용매의 휘발 및 입자의 불규칙성의 문제점을 해소할 수 있으므로, 수상개질 반응용 촉매의 제조방법으로 더욱 유용하게 사용될 수 있다.The present invention also provides a process for preparing a catalyst for an aquatic reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon according to the present invention, in order to prepare a nanoscale mesoporous silica template for producing a carbon carrier by a template synthesis method, Since the dry-gel (DGC) method is applied instead of using an additive and a dispersant, problems of environmental problems, solvent volatilization and particle irregularity due to the use of conventional solvents can be solved, Can be more usefully used as a method for producing a catalyst for reaction.

Claims (10)

규칙적인 메조다공성 탄소(Ordered Mesoporous Carbon) 담지체에 촉매활성 금속이 담지되고, 상기 탄소 담지체의 형태는 3차원 타원형 또는 구형이고, 평균 입자 크기는 300 - 600 nm인 것을 특징으로 하는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매.
Characterized in that a catalytically active metal is carried on a regular mesoporous carbon carrier, the shape of the carbon carrier is a three-dimensional ellipsoidal or spherical shape, and an average particle size is 300 to 600 nm. For producing hydrogen from hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 메조다공성 탄소 담지체는 평균 세공 크기가 2 - 10 nm 인 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the mesoporous carbon support has an average pore size of 2 - 10 nm.
제1항에 있어서,
상기 메조다공성 탄소 담지체는 평균 세공 부피가 1.0 - 2.5 cm3/g 인 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the mesoporous carbon support has an average pore volume of 1.0 - 2.5 cm &lt; 3 &gt; / g.
제1항에 있어서,
상기 촉매활성 금속의 함량은 상기 탄소 담지체 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the catalytically active metal is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon support.
제1항에 있어서,
상기 촉매활성 금속은 VIIB족 전이금속 및 VIII족 전이금속로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, 상기 함산소 탄화수소는 에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 솔비톨, 수크로스, 당, 당 알코올 및 자일리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the catalytically active metal is one selected from the group consisting of a transition metal of group VIIB and a transition metal of group VIII and the oxygen-containing hydrocarbon is selected from the group consisting of ethylene glycol, glycerol, propylene glycol, sorbitol, sucrose, sugar, sugar alcohol and xylitol Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt;
평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 주형의 기공 내에 탄수화물 수용액과 산의 혼합물 또는 탄소 고분자 전구체를 흡착시키고 건조 및 중합반응을 수행하는 단계(단계 2);
상기 단계 2의 주형의 기공 내에서 중합된 탄소 화합물을 열분해하여 탄화시키는 단계(단계 3);
상기 단계 3의 주형을 제거하여 메조 다공성 탄소 담지체를 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 메조 다공성 탄소 담지체에 촉매활성 금속을 함침시키는 단계(단계 5);를 포함하되,
상기 단계 1의 평균 입자 크기가 300 - 600 nm인 3차원 타원형 또는 구형의 메조 다공성 실리카 주형을 제조하는 단계는,
공중합 유기주형제, 염산 및 물의 혼합 용액으로부터 실리카 주형을 위한 구조유도체를 제조하는 단계(단계 a);
상기 단계 a의 혼합 용액에 실리카 전구체를 첨가하여 구조유도체/실리카 복합체를 형성하는 단계(단계 b);
상기 단계 b의 복합체를 건조한 후 분쇄하여 분말화하는 단계(단계 c);
상기 단계 c의 분말을 수증기와 접촉시켜 수열합성하는 단계(단계 d); 및
상기 단계 d의 수열합성된 고형분을 건조한 후 소성하여 구조유도체를 제거하는 단계(단계 d);를 포함하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매의 제조방법.
Preparing a mesoporous silica mold having a three-dimensional elliptical or spherical shape with an average particle size of 300 to 600 nm (step 1);
(Step 2) of adsorbing a mixture of an aqueous carbohydrate solution and an acid or a carbon polymer precursor in the pores of the mold of step 1 and performing drying and polymerization reaction;
Pyrolyzing and carbonizing the carbon compound polymerized in the pores of the mold of step 2 (step 3);
Removing the mold of step 3 to produce a mesoporous carbon support (step 4); And
Impregnating the mesoporous carbon support of step 4 with a catalytically active metal (step 5)
The step of preparing the mesoporous silica mold of the three-dimensional elliptic or spherical shape having the average particle size of 300 to 600 nm in the step 1,
Preparing a structural derivative for a silica template from a mixed solution of a copolymerized organic solvent, hydrochloric acid and water (step a);
Adding a silica precursor to the mixed solution of step a) to form a structural derivative / silica complex (step b);
Drying the composite of step b), pulverizing and pulverizing (step c);
Hydrothermally synthesizing the powder of step c by contacting it with water vapor (step d); And
(D) drying and then firing the hydrothermally synthesized solid component of step (d) to remove the structural derivative (step d).
삭제delete 제6항에 있어서, 상기 단계 d의 수열합성은 100 - 150 ℃ 온도에서 1 - 72 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 수상개질 반응용 촉매의 제조방법.
[7] The method of claim 6, wherein the hydrothermal synthesis of step d) is performed at a temperature of 100 to 150 ° C for 1 to 72 hours.
제6항의 제조방법에 의하여 제조되는 함산소 탄화수소로부터 수소를 제조하기 위한 수상개질 반응용 촉매.
A catalyst for an aqueous reforming reaction for producing hydrogen from an oxygen-containing hydrocarbon produced by the production method of claim 6.
제1항 또는 제9항의 수상개질 반응용 촉매를 함산소 탄화수소와 접촉시키는 단계를 포함하는 함산소 탄화수소로부터 수상개질 반응을 통한 수소의 제조방법.
A process for the production of hydrogen via an aquatic reforming reaction from an oxygen-containing hydrocarbon comprising the step of contacting the catalyst for aqueous phase reforming according to claim 1 or 9 with an oxygen-containing hydrocarbon.
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