KR102446283B1 - 유체의 채널링 현상이 억제된 촉매 반응기 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 N개(N≥2)의 연질폼 지지층이 적층되어 있는 촉매 반응기에 있어서, 적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 유체의 채널링 현상을 억제하기 위해, 각 연질폼 지지층이 스패이서와 스패이서 사이에 장입시 압착에 의해 각 연질폼 지지층 외각부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 N+1개의 스패이서들을 구비한 촉매 반응기에 관한 것이다.

Description

유체의 채널링 현상이 억제된 촉매 반응기 및 이의 용도 {Catalytic reactor with suppressed fluid channeling phenomenon and use thereof}

본 발명은 유체의 채널링 현상을 억제하도록 촉매 반응기를 설계하는 것에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 N개(N≥2)의 연질폼 지지층이 적층되어 있는 촉매 반응기에 있어서, 적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 유체의 채널링 현상을 억제하기 위해, 각 연질폼 지지층이 스패이서와 스패이서 사이에 장입시 압착에 의해 각 연질폼 지지층 외각부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 N+1개의 스패이서들을 구비한 촉매 반응기에 관한 것이다.

최근, 지구 온난화에 대한 대책으로서, 태양광 발전, 풍력 발전이라는 신 에너지의 도입이 세계적으로 추진되고 있다. 이들 발전 출력은, 날씨에 영향을 받기 때문에, 대량으로 도입이 진행되면, 주파수나 전압의 유지가 곤란해진다고 하는 전력 계통의 운용에 있어서의 문제가 예측되고 있다. 현재의 전력 시스템에서 가장 중요한 사안은 정확하게 수요를 예측하고, 적시에 발전기를 가동하는 일이라고 할 수 있다. 하지만 발전량을 조절하기가 쉽지 않다. 그에 따라 발전능력과 소비 및 수요 사이의 완충장치 역할을 할 전력 저장장치의 도입이 필요해질 전망이다.

이러한 문제의 대책의 하나로서, 레독스 플로우 전지 (redox flow battery, RFB)가 주목을 받고 있다. 레독스 플로우 전지는 전해액의 양을 늘리는 단순한 방법을 통해 전력을 저장하는 양을 늘릴 수 있어 전력저장에 있어서 매우 효율적인 기술이다.

레독스 플로우 전지는 양극 전극과 음극 전극 사이에 격막을 개재시킨 전지셀에 양극 전해액 및 음극 전해액을 각각 공급하여 충방전을 행한다. 상기 전해액은, 대표적으로 산화환원에 의해 가 수가 변화되는 수용성 금속 이온을 함유하는 수용액이 이용되며, 이 금속 이온이 활물질에 이용된다.

이러한 레독스 플로우 전지는 레독스 커플에 따라 Cr/Cr, V/Sn, V/Fe, 및 V/V 등과 같은 종류가 있다.

레독스 플로우 전지는 다른 전지와 동일하게 간헐적인 에너지 수급을 저장하는 능력을 가지고 있으면서도, 시간이 지나도 에너지를 저장할 수 있는 용량의 변화가 적고, 필요할 때 바로 반응하여 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다. 지금까지 레독스 플로우 전지는 크기가 크고, 비싸고, 적당한 온도에서 제어하기 힘들다는 점이 단점이었으나, 바나듐 레독스-흐름 전지(All-vanadium redox flow battery, VRB)를 통해, 수명, 반응시간 및 충 방전 효율 문제를 해결하고 있다.

바나듐 레독스 흐름전지 (Vanadium redox flow battery, VRFB)는 전해액이 전지요소부품 중 가장 높은 비중을 차지한다(1MW/8MWh 시스템 전해질 가격비중: 52%). 따라서, 전해액 저가격화는 VRFB의 가격경쟁력 확보에 필수적이다.

현재 상용되는 VRFB 시스템에서는 3.5가 (VO²⁺/V³⁺=1/1)의 전해액을 VRFB 셀의 양극과 음극에 주입하여 운전되고 있어, 상업적으로 저가의 고순도 3.5가 전해액의 개발이 필요하다.

VRFB용 전해액은 여러 바나듐 산화물 전구체 (V₂O₅, V₂O₃, VOSO₄) 중 가장 가격이 낮은 V₂O₅를 이용하여 제조된다. V₂O₅를 황산용액에 용해시켜 5가 전해액 (VO₂ ⁺)을 제조하고, 이를 옥살산을 이용하여 4가 전해액 (VO²⁺)으로 환원시킨다. 그러나, 추가로 옥살산을 넣는 경우 3가 (V³⁺)로의 환원이 진행되지 않고, 과량 옥살산 첨가시 전해액 침전의 문제가 발생한다.

4가 전해액을 환원시켜 3.5가 전해액을 제조하는데 두 가지의 기술이 이용되고 있다. 첫 번째는 electrolysis 방식으로 4가의 전해액을 스택을 이용, 충전시켜 3가와 5가의 전해액을 제조하는 것이나, 이는 excess의 5가 전해액을 제조하여 전해액의 1/3을 낭비하는 문제가 발생하며, 또한 스택 설치, 전력소모, 운전 및 보수비용이 발생하여 전해액 제조비용 상승을 야기한다. 두 번째는 환원제를 사용한 화학적 환원방식으로 같이 Zn 등의 환원력이 강한 금속을 넣어 4가 전해액을 3가로 환원시키는 방식이다. 그러나 이는 Zn²⁺　불순물이 전해액에 다량 함유되는 문제를 발생시켜, 불순물 제거를 위한 공정비용의 증가 혹은 Zn deposition에 의한 VRFB 효율저하 문제를 야기시킨다.

따라서, 바나듐 레독스 흐름전지의 가격저감을 위해서 V₂O₅　전구체를 이용하여 불순물을 형성시키지 않고 electrolysis법을 탈피할 수 있는 3.5가 바나듐 전해액 제조기술이 필요하다.

본 발명은 환원제 및 촉매 존재 하 4가 바나듐 전해액을 환원시켜 3가 내지 3.5가 바나듐 전해액 제조 시, 탄소펠트와 같은 다공성 연질 지지체를 사용하는 연질 촉매 반응기는 도 1에 도시한 바와 같이, 촉매 반응기 내 유속이 빨라질 수록 촉매 외각부위 채널링 현상 증가로 인한 반응효율 감소 문제점을 발견하고 이를 해결하고자 한다.

본 발명의 제1양태는 N개(N≥2)의 연질폼 지지층이 적층되어 있는 촉매 반응기에 있어서, 적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 유체의 채널링 현상을 억제하기 위해, 각 연질폼 지지층이 스패이서와 스패이서 사이에 장입시 압착에 의해 각 연질폼 지지층 외각부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 N+1개의 스패이서들을 구비한 것이 특징인 촉매 반응기를 제공한다.

본 발명의 제2양태는 제1양태의 촉매반응기에서, 반응물 유체로부터 촉매반응에 의해 생성물 유체를 제조하는 방법을 제공한다.

예컨대, 제2양태는 환원제 및 촉매 존재 하 4가 바나듐 전해액을 환원시켜 3가 내지 3.5가 바나듐 전해액을 제조하는 방법일 수 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매를 담지한 탄소펠트가 적층된 기존 연질 촉매 반응기 구조에서는 유속이 빨라질 수록 촉매 외각부위에서 채널링 현상이 증가되고, 이로 인해 반응물이 촉매와 접촉하지 못해 반응효율이 감소하는 문제점을 발견하였다.

이를 해결하기 위해, 본 발명은 여러 개의 연질폼 지지층(예, carbon felt)이 적층되어 있는 촉매 반응기에서, 적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 채널링 현상(밀도가 낮은 쪽으로 유체가 흐르는 편류현상)을 제어하기 위해, ① 스패이서 (Spacer) 및/또는 ② O-링(O-ring)을 사용하여, 촉매-반응기 간 밀봉 구조를 제공하는 것이 특징이다.

본 발명에 따라 N개(N≥2)의 연질폼 지지층이 적층되어 있는 촉매 반응기는,

적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 유체의 채널링 현상을 억제하기 위해, 각 연질폼 지지층이 스패이서와 스패이서 사이에 장입시 압착에 의해 각 연질폼 지지층 외각부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 N+1개의 스패이서들을 구비한다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 촉매반응기는 각 연질폼 지지층 외각부위 상하를 누르도록 스패이서 (Spacer)를 설계하여, 해당부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 것이 특징이다.

반응기 내부 벽면에는 상부 스패이서, N-1개(N≥2)의 중간 스패이서 및 하부 스패이서가 설치되며, 적층된 스패이서 사이에 연질폼 지지층이 고정되어 있을 수 있다.

스패이서 외형은 스패이서와 스패이서 사이에 연질폼 지지층 장입 후 압착하여 조립할 때 연질폼 지지층 외각이 눌려지도록 바깥쪽에서 안쪽으로 갈 수록 두께가 얇아지는 링 형태일 수 있다.

본 발명에서 연질폼 지지층은 스패이서와 스패이서 사이에 폼형 연질 지지체를 장입 후 상하 압착하여 스패이서와 지지체 사이에 틈이 없게 할 수 있는 한 그 재질 및 기공도는 제한이 없다.

연질폼 지지층의 비제한적인 예로, 탄소펠트가 있으며, 탄소펠트는 단섬유상 원사를 카딩, 적층, 니들펀칭 가공에 의하여 시트상으로 만들거나, 유기질 바인더로 매트화 한 것으로, 단열재, 성형 단열재 기재, 내열보호재, 필터의 기재로 사용되고 있다.

탄소펠트에 사용되는 탄소섬유는 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소재료를 의미하며, PAN계와 핏치계 및 셀룰로오스계 등으로 분류된다. 또한, 탄소섬유의 처리공정에 따라 안정화 섬유, 탄화섬유, 크라파이트섬유 및 활성화 섬유 등을 포함한다. 탄소섬유는 고강도, 고탄성, 내열성, 내염성, 전기전도성 등 다양한 특성을 활용하여, 최종 용도에 적합한 형태로 중간재를 만들어 사용한다. 특히 탄소섬유 부직포는 매트, 펠트, 페이퍼를 의미하며, 탄소섬유 분포의 등방성과 기공 및 성형이 자유롭다.

본 발명의 촉매반응기는 촉매가 연질폼 지지층에 담지되어 있거나 반응물 함유 유체에 함유되어, 연질폼 지지층의 기공 안에서 촉매와 반응물간 반응이 일어나는 것일 수 있다.

본 발명의 촉매반응기는 반응물 함유 유체가 반응기 내부에 도입되는 방향이 적층된 연질폼 지지층의 적층면과 수직인 것일 수 있다(도 1 참조).

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일구체예는 적층된 스패이서 사이에 O-ring을 설치하여, 촉매-반응기 간 밀봉을 통해 스패이서 외각으로의 채널링을 억제할 수 있는 것이 다른 특징이다.

이때, 스패이서 외형은 스패이서와 스패이서 사이에 연질폼 지지층을 장입 후 상하 압착하여 조립할 때 연질폼 지지층 외각이 눌려지도록 바깥쪽에서 안쪽으로 갈 수록 두께가 얇아지는 링 형태일 수 있고, 촉매와 반응기 밀봉이 가능하도록 O-ring 장착을 위한 홈이 구성되어 있을 수 있다.

예컨대, O-ring 장착용 홈 위치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부스패이서의 경우 스패이서 측면, 중간 스패이서의 경우 스패이서 상부, 하부스패이서의 경우 스패이서 측면과 상부일 수 있다.

도 2 및 도 3의 반응기 구조 특징이 결합된 반응기 조립도가 도 4에 예시되어 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일구체예는 적층된 스패이서 각 측면와 반응기 벽면 밀착부 사이에 O-ring 을 설치하여, 촉매-반응기 간 밀봉을 통해 스패이서 외각으로의 채널링을 억제할 수 있는 것이 또다른 특징이다.

이때, 스패이서 외형은 스패이서와 스패이서 사이에 연질폼 지지층을 장입 후 상하 압착하여 조립할 때 연질폼 지지층 외각이 눌려지도록 바깥쪽에서 안쪽으로 갈 수록 두께가 얇아지는 링 형태일 수 있고, 촉매와 반응기 밀봉이 가능하도록 O-ring 장착을 위한 홈이 구성되어 있을 수 있다.

예컨대, O-ring 장착용 홈 위치는, 상부/중간/하부 스패이서에서 동일한 형태로 측면에 구성될 수 있다.

촉매반응의 효율을 증대하기 위하여 촉매 반응기는 튜브형 고정층 반응기뿐만 아니라, 미세유로반응기를 사용할 수도 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 촉매반응기는 반응물 유체로부터 촉매반응에 의해 생성물 유체를 제조하는데 응용될 수 있다.

본 발명의 촉매반응기는 바나듐 레독스 흐름전지용 액상 전해액의 제조 장치일 수 있으며, 예컨대 환원제 존재 하 촉매 반응으로 4가 바나듐 용액으로부터 3가 내지 3.5가 바나듐 용액을 제조하는 촉매 반응기에 적용할 수 있다. 도 8에는 바나듐 전해액 제조 공정도가 예시되어 있다.

바나듐 레독스 흐름전지용 전해액은 바나듐 화학흐름전지에 사용되는 에너지저장 물질로서, 바나듐이온의 산화/환원반응에 의해 전력을 저장, 방출하는 이차전지용 전해액이다.

통상, 레독스 플로우 전지는 양극 전극을 포함하는 양극 셀; 음극 전극을 포함하는 음극 셀; 상기 양극 셀과 음극 셀을 분리 하는 분리막; 및 상기 양극 셀 및 음극 셀에 각각 공급되는 양극 전해액 및 음극 전해액을 포함한다.

전해액은 물 또는 유기 용매를 용매로 사용한 용액일 수 있다. 유기 용매의 비제한적인 예로는 아세톤, 이소프로필알콜(IPA), 에탄올, 메탄올 등이 있다.

본 발명에서 전해액에 사용되는 활물질은 바나듐계 화합물을 사용할 수 있다.

레독스 플로우 전지가 V/V 레독스 커플을 사용하는 경우, 음극 전해액은 +3 산화수를 갖는 바나듐 이온을 갖고, 양극 전해액은 +4 의 산화수를 갖는 바나듐 이온을 갖도록 하여, 충/방전 효율이 높은 레독스 플로우 전지를 제공할 수 있다.

전해액은 바나듐 금속 성분 이외의 다른 금속 이온을 추가로 포함시켜, 바나듐 이온의 이용률을 향상시킬 수 있다.

양극 활물질 용액의 농도 및 음극 활물질 용액의 농도는 각각 독립적으로 1M 내지 10M일 수 있다. 활물질 용액의 농도가 상기 범위에 포함될 때, 높은 에너지 밀도와 높은 출력밀도의 장점이 있을 수 있다. 활물질 용액의 농도가 1M 보다 낮은 경우에는 단위 부피당 활물질의 양이 낮아 에너지 밀도가 낮아지는 반면, 10M 보다 높은 경우에는 활물질 용액의 점도가 급격히 증가하여 산화/환원 반응속도가 현저히 감소하여 출력밀도가 낮아지게 된다.

바나듐 전구체는 수용액에서 V(II), V(III), VO²⁺　(IV), VO₂ ⁺　(V) 등의 산화상태가 가능하다. 일반적으로 사용되는 바나듐 전구체는 VCl₃, V₂O₅, 그리고 VOSO₄　등이 있다.

4가 바나듐 이온을 형성할 수 있는 바나듐 전구체는 물에 용해시 4가 바나듐 이온을 형성하는 것으로서, 예컨대 VOSO₄가 사용될 수 있다. 예컨대, 4가 바나듐 용액은 VO²⁺를 함유할 수 있다.

본 발명에 따라 환원제 존재하 4가 바나듐 용액으로부터 3가 내지 3.5가 바나듐 용액을 제조하는 방법은, 반응 후 불순물/residue를 남기지 않는 환원제인 oxalic acid, formic acid, methanol, hydrogen등을 이용하여 V⁴⁺에서 V³⁺로의 환원반응을 일으키는 것일 수 있다. 이들 환원제는 Gibbs Free Energy 변화가 음의 값을 가지므로 열역학적으로 타당한 반응에도 불구하고, 높은 활성화 에너지(activation energy)로 인해 바나듐 3가로의 환원을 일으키지 못한다.

따라서, 본 발명은 4가 바나듐 용액으로부터 3가 내지 3.5가 바나듐 용액 제조 시 바나듐 환원반응의 활성화 에너지를 낮추기 위해 촉매를 사용한다. 활성화 에너지를 낮춤으로써 3가 반응을 촉진시키는 촉매의 비제한적인 예로 연료전지 분야의 음극 촉매가 있다. 메탄올 및 포름산 연료전지에서 증명된 바와 같이 백금 혹은 백금-루테늄 등 합금촉매는 메탄올, 포름산, 수소 등 여러 연료에 대한 우수한 산화 촉매이다.

본 발명의 일구체예에 따라 바나듐 레독스 흐름전지용 액상 전해액을 제조하는 촉매반응기는 상기 촉매가 연질폼 지지층에 담지되어 있거나 반응물인 4가 바나듐 용액에 함유되어, 연질폼 지지층의 기공 안에서 촉매와 4가 바나듐 반응물간 반응이 일어난다.

촉매 존재 하 액상의 바나듐 용액에서 일어나는 환원제의 산화반응과 4가 바나듐에서 3가 바나듐으로의 환원반응이 상기 환원제의 산화시 발생하는 가스 생성물(ex, CO₂)의 제거반응과 동시에 병행되면, 촉매 존재 하 액상의 바나듐 용액에서 일어나는 환원제의 산화반응과 4가 바나듐에서 3가 바나듐으로의 환원반응은 상기 촉매반응의 가스 생성물이 제거됨으로써 평형파과에 의해 촉매 반응의 정반응 속도를 가속화시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 촉매 존재 하 환원제의 산화반응과 4가 바나듐에서 3가 바나듐으로의 환원반응이 일어나는 액상의 바나듐 용액을 수용하는 촉매 반응기에 운반가스인 불활성 가스를 도입하고 촉매 반응에서 형성된 가스 생성물을 불활성 가스 버블로 포집하여 촉매 반응의 반응액으로부터 기-액 상분리시켜 제거하는 것이 특징이다. 이때, 상기 불활성 가스는 촉매 반응기를 퍼징하여 촉매에 의해 3가 바나듐이 4가 바나듐으로 산화되는 부반응(side reaction)을 억제할 수 있다. 불활성 가스의 비제한적인 예로는 N₂, CO₂, 수증기 등이 있다.

평형파과에 의해 촉매 반응의 정반응 속도를 가속화시키는 효과를 발휘하기 위해, 본 발명에서 사용되는 환원제는 촉매 존재 하 산화시 가스 생성물(예, CO₂)을 발생하는 것이 바람직하다.

촉매 존재 하 환원제의 산화반응과 4가 바나듐에서 3가 바나듐으로의 환원반응의 비제한 적인 예로는 하기 반응식 1 및 2가 있다.

[반응식 1]

[반응식 2]

4가 바나듐 용액은 VO²⁺를 함유하는 것일 수 있으며, 예컨대 VOSO₄를 함유하는 것일 수 있다. VO²⁺를 함유하는 4가 바나듐 전해액은 바나듐 산화물 전구체 (V₂O₅, V₂O₃, VOSO₄) 중 가장 가격이 낮은 V₂O₅를 환원제로 환원시켜 준비한 것일 수 있다.

본 발명은 촉매 반응기를 이용하여, V₂O₅　전구체로부터 3.5가 전해액을 40L/h (1000L/day)의 생산속도로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 3.5가 바나듐 전해액은 상용 바나듐 전해액 대비 우수한 전기화학적 성능을 구현하여 상용 바나듐 레독스 전지에 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 연질 촉매 반응기 구조는 연질폼 지지층 외각부 채널링 방지를 통해, 반응효율 극대화뿐만아니라 반응기 컴팩트화가 가능하다.

도 1은 기존 연질 촉매 반응기 구조에서 유속이 빨라질 수록 촉매 외각부위 채널링 현상 증가 문제점을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 O-ring 스패이서 상부에 구성된 채널링제어구조를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 채널링제어구조의 분해사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 반응기 구조 특징이 결합된 반응기 조립도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 O-ring 스패이서 측부에 구성된 채널링제어구조를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 채널링제어구조의 분해사시도이다.
도 7는 카본 팰트 사진이다.
도 8은 바나듐 전해액 제조 공정도를 예시한 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

제조예 1: 연질촉매제조

도 4에 도시된 바와 같은 원통형 반응기에 사용하기 위해, 촉매 지지체로 탄소펠트(GFD4.6, SGL Carbon Group)를 직경 70mm가 되도록 원형으로 커팅한 후 친수성 표면을 형성시키기 위해 520℃에서 공기를 주입하면서 9시간 동안 열처리를 실시하였다.

이후, Pt/C 촉매를 코팅하기 위해 0.65 wt% Pt/C, 0.35 wt% Nafion, 49.49 wt% 물과 49.51 wt% n-propyl alcohol을 교반하여 코팅액을 제조하였고, 담금법을 통해 탄소펠트 표면에 Pt/C 촉매를 코팅하였다.

Pt/C 촉매 코팅층의 안정화를 위해 상온에서 12시간 동안 건조 후, 잔여물을 제거하기 위해 60℃의 온도에서 12시간 동안 추가 건조공정을 실시하였다.

실시예 1: 촉매반응을 통한 바나듐 3.5가 (V ^3.5+ ) 함유 전해액 제조

바나듐 4가 전해액으로부터 바나듐 3가 함유 전해액을 제조하기 위해, 바나듐 4가 수용액 (V : 1.55M, H₂SO₄ : 4.3M)에 포름산(95%)을 첨가한 후 도 2 및 제조예 1에 따라 스패이서를 장착한 촉매반응기를 통해 시간당 5리터의 생산속도로 촉매환원반응을 진행하였다.

촉매환원 반응을 1시간 동안 진행하면서 10분 간격으로 UV-VIS 분석기를 사용하여 전자가를 분석하여, 실험결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 1: 촉매반응을 통한 바나듐 3.5가 (V3.5+) 함유 전해액 제조

도 2 대신 도 1과 같이 촉매 간 삽입된 스패이서를 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매환원반응을 진행하여, 실험결과를 표 1에 비교하였다.

Type Time (min)	비교예 1 (without Spacer)	실시예 1 (with Spacer)
10	3.52	3.48
20	3.51	3.47
30	3.50	3.47
40	3.51	3.48
50	3.52	3.46
60	3.51	3.47

실시예 1 및 비교예 1에 따라 바나듐 3가 (V^3.5+) 함유 수용액 제조시 시간에 따라 채취한 시료들의 UV-VIS 분석 결과 (전자가)를 표 1에 나타내었다.

표 1로부터, 산화시 이산화탄소를 발생하는 환원제인 포름산을 사용하여 4가 바나듐으로부터 3.5가 바나듐으로 환원시키는 촉매반응은 촉매간 장착된 스패이서에 의해 촉매의 환원효율을 높일 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

1. N개(N≥2)의 연질폼 지지층이 접촉하여 적층되어 있는 촉매 반응기에 있어서,
   접촉하여 적층된 연질폼 지지층 측면과 반응기 벽면 사이에서 형성되는 유체의 채널링 현상을 억제하기 위해, 각 연질폼 지지층이 스패이서와 스패이서 사이에 장입시 압착에 의해 각 연질폼 지지층 외각부위의 기공이 조밀해져, 유체저항 증가로 인해 접촉하여 적층된 연질폼 지지층 외각부로의 채널링을 억제할 수 있는 N+1개의 스패이서들을 구비한 것이 특징인 촉매 반응기.
2. 제1항에 있어서, 스패이서 외형은 스패이서와 스패이서 사이에 연질폼 지지층 장입 후 압착하여 조립할 때 연질폼 지지층 외각이 눌려지도록 바깥쪽에서 안쪽으로 갈 수록 두께가 얇아지는 링 형태인 것이 특징인 촉매반응기.
3. 제1항에 있어서, 촉매는 연질폼 지지층에 담지되어 있거나 반응물 함유 유체에 함유되어, 연질폼 지지층의 기공 안에서 촉매와 반응물간 반응이 일어나는 것이 특징인 촉매반응기.
4. 제1항에 있어서, 반응물 함유 유체가 반응기 내부에 도입되는 방향은 적층된 연질폼 지지층의 적층면과 수직인 것이 특징인 촉매반응기.
5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스패이서는 추가로 스패이서 측면, 상부, 및 하부 중 적어도 하나 이상에 O-ring 장착을 위한 홈이 구성되어 있는 것이 특징인 촉매반응기.
6. 제5항에 있어서, 스패이서 내 O-ring 장착용 홈에 O-ring이 장착되어 있는 것이 특징인 촉매반응기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 바나듐 레독스 흐름전지용 액상 전해액의 제조 장치인 것이 특징인 촉매반응기.
8. 제7항에 있어서, 환원제 존재 하 촉매 반응으로 4가 바나듐 용액으로부터 3가 내지 3.5가 바나듐 용액을 제조하는 것이 특징인 촉매반응기.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 촉매반응기에서,
   반응물 유체로부터 촉매반응에 의해 생성물 유체를 제조하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 환원제 및 촉매 존재 하 4가 바나듐 전해액을 환원시켜 3가 내지 3.5가 바나듐 전해액을 제조하는 방법.

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