KR102472412B1 - 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents

액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102472412B1
KR102472412B1 KR1020200163686A KR20200163686A KR102472412B1 KR 102472412 B1 KR102472412 B1 KR 102472412B1 KR 1020200163686 A KR1020200163686 A KR 1020200163686A KR 20200163686 A KR20200163686 A KR 20200163686A KR 102472412 B1 KR102472412 B1 KR 102472412B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
dehydrogenation
support
lohc
liquid organic
Prior art date
Application number
KR1020200163686A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220075530A (ko
Inventor
손현태
윤창원
안창일
곽연수
조영석
정향수
김용민
최선희
남석우
윤성필
한종희
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020200163686A priority Critical patent/KR102472412B1/ko
Publication of KR20220075530A publication Critical patent/KR20220075530A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102472412B1 publication Critical patent/KR102472412B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • B01J35/1023
    • B01J35/1042
    • B01J35/1047
    • B01J35/1061
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/617500-1000 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/63Pore volume
    • B01J35/6350.5-1.0 ml/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/63Pore volume
    • B01J35/638Pore volume more than 1.0 ml/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64Pore diameter
    • B01J35/6472-50 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따라 제조된 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매는 분자량이 상대적으로 큰 액상유기수소운반체(LOHC)에 사용됨에도 불구하고, 상기 촉매에 포함되는 지지체는 내부기공인 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법{A Catalyst for dehydrogenation of liquid organic hydrogen carriers and method for producing the same}
본 발명은 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈 및 환경오염 문제로 인하여 화석 연료를 대체할 수 있는 신재생 대체 에너지에 대한 요구가 크며, 그러한 대체 에너지의 하나로서 수소가 주목받고 있다.
연료전지와 수소연소장치는 수소를 반응 가스로 사용하고 있는데, 연료전지와 수소연소장치를 예컨대 자동차나 각종 전자 제품 등에 응용하기 위하여 수소의 안정적이고 지속적인 공급 내지 저장 기술이 필요하다.
수소를 이용하는 장치에 수소를 공급하기 위하여 별도로 설치된 수소 공급소로부터 수소가 필요할 때마다 수소를 공급받는 방식을 사용할 수 있다. 이러한 방식에서는 수소 저장을 위하여 압축 수소나 액화 수소를 사용할 수 있다.
또는, 수소를 저장하고 발생시키는 물질을 수소 이용 장치에 탑재한 후 해당 물질의 반응을 통하여 수소를 발생시키고 이를 수소 이용 장치에 공급하는 방식을 사용할 수 있다. 이 방식에는 예컨대, 금속수소화물(metal hydride) 이용 방법, 흡착, 탈착/탄소(absorbents/carbon) 이용 방법, 화학적 방법(chemical hydrogen storage) 등이 제안되고 있다.
이러한 수소 발생 물질로서 예컨대 암모니아 보란, 실란화합물, 개미산, 암모니아 등과 같은 다양한 화학수소화물을 이용한 수소저장기술이 연구되고 있고, 최근에는 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC)를 이용하여 액상으로 수소를 저장하는 기술이 연구 되고 있다.
다만, 현재 위와 같은 수소를 저장할 수 있는 물질, 또는 이의 탈수소화 반응의 촉매로써 담지된 촉매금속은 연구되었지만, 촉매금속이 지지체 중에 잘 분산되지 않고, 촉매활성이 저조하는 등 개선의 여지가 많았다.
대한민국 공개특허10-2013-0062902호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체 상에 담지된 촉매금속을 포함하는 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매는 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체; 및 상기 지지체 상에 담지된 촉매금속;을 포함한다.
상기 지지체는 TiO2, SiO2, ZrO2, Al203, SnO2, Ta2O5, HfO2, La2O3, V2O5, CeO2, Fe2O3, Cr2O3, MoO3, ZnO, MgO, 및 WO3 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 지지체는 KIT(Korea Advanced Institute of Sience and Technology, KAIST) 계열, MCM(Mobil Composition of Matter) 계열, SBA(Santa Babara Amorphous) 계열, AMS (Anionic-surfactant-templated mesoporous silica)계열, FSM (Folded sheets mechanism) 계열, FDU (Fudan University) 계열, KSW (Kagami memorial lab, Materials Science and Technology, Waseda University) 계열, CMI (Chimie des Materiaux Inorganiques) 계열, IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) 계열, MSU (Michigan State University) 계열, TUD (Delft University of Technology) 계열, 및 HMS(Hexagonal Mesoporous Silica) 계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 계열일 수 있다.
상기 지지체는 KIT-6일 수 있다.
상기 메조기공의 직경은 4 ~ 11nm 일 수 있다.
상기 지지체의 표면적은 600~850m2/g일 수 있다.
상기 지지체에 포함된 복수의 메조기공의 기공부피는 0.5~1.5cm3/g일 수 있다.
상기 촉매금속은 레늄(Re), 주석(Sn), 망간(Mn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 세륨(Ce), 란다넘(La), 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs), 루비늄(Rb), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 촉매금속은 탈수소화용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.5~10중량%의 함량으로 담지될 수 있다.
상기 액상유기수소운반체(LOHC)는 메틸사이클로헥산(Methylcylohexane; MCH), 퍼하이드로-벤질톨루엔 (Perhydro-benzyltoluene), 퍼하이드로-디벤질톨루엔(Perhydro-dibenzyltoluene), 바이사이클로헥실-디사이클로헥실 메탄(Bicyclohexyl-Dicyclohexyl methane), 사이클로헥산(Cyclohexane), 데칼린(Decalin), 4-아미노-피퍼리딘(4-amino-piperidine), 2-메틸퍼하이드로린돌(2-methylperhydrolindole), N-메틸퍼하이드로린돌(N-methylperhydrolindole), 및 도데카하이드로-N-에틸카바졸(Dodecahydro-N-ethylcarbazole)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법은 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체에 촉매금속 전구체 용액을 함침시키는 단계; 및 함침된 결과물을 건조시켜 상기 지지체 상에 촉매금속이 담지된 촉매를 얻는 단계;를 포함한다.
상기 함침된 결과물을 80~120℃의 온도에서 12~24시간 동안 건조시킬 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매는 분자량이 상대적으로 큰 액상유기수소운반체(LOHC)에 사용됨에도 불구하고, 상기 촉매에 포함되는 지지체는 내부기공인 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 LOHC 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 반응온도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도(공간속도를 고정)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예 1에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도(반응온도를 300℃로 고정한 것은 도 2a, 반응온도를 340℃로 고정한 것은 도 2b)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 2에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 반응온도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도(공간속도를 고정)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도(반응온도를 300℃로 고정한 것은 도 2a, 반응온도를 340℃로 고정한 것은 도 2b)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매에서 공간속도와 반응온도를 고정한 채 촉매 사용시간을 늘려 촉매내구성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매에서 공간속도와 반응온도를 고정한 채 촉매 사용시간을 늘려 촉매내구성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 반응온도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율(공간속도를 고정)을 각각 측정한 결과를 비교한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따라 제조한 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율(반응온도를 300℃로 고정한 것은 도 8a, 340℃로 고정한 것은 도 8b)을 각각 측정한 결과를 비교한 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매는 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체, 및 상기 지지체 상에 담지된 촉매금속을 포함한다.
일반적으로, 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 나노기공 구조를 갖는 물질을 나노기공(nanoporous) 물질이라고 표현하는데, IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemictry)의 정의에 의하면, 기공의 직경에 따라 3가지로 나누어진다. 기공의 직경이 가장 작은 것을 마이크로기공(microporous), 중간 크기인 것을 메조기공(mesoporous), 마지막으로 가장 큰 직경을 갖는 것을 매크로기공(macroporous)로 분류한다.
그 중, 메조기공 물질은 일반적으로 2~50nm 정도의 나노미터 크기의 균일한 기공 및 큰 비표면적을 가진다. 이러한 물성은 유체의 침투성, 필터 효과, 열과 소리의 차단 능력과 같은 유용한 성질을 유도하게 된다. 낮은 밀도와 높은 표면적 특성을 이용하여 거대 분자들의 반응 촉매로써 이용이 가능하고, 전자 및 광학용 기반 재료, 수소저장 및 에너지 재료, 정밀화학용 재료, 의료용 재료 등의 용도로 활발히 응용되고 있으며, 전통적으로 촉매, 흡착제 또는 담체 물질로 응용되어 왔다.
본 발명에서 사용되는 지지체는 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공(mesoporous)을 복수로 포함하여 넓은 표면적을 가짐으로써 촉매가 상기 지지체 상에 엉김현상 없이 고르게 분포됨으로써 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
종래 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매에 사용되는 지지체는 주로 탄소로 구성되어 있었는데, 탄소로 구성된 지지체는 산업적인 조건하에서 수소첨가에 민감하고, 작동과정에서 메탄으로 서서히 변형되어 지지체의 점차적으로 손실되는 문제가 있었고, 또한, 공기/산소에 의해 고열에서 재생하는 것이 어려운 문제가 있었는 바, 결과적으로 작업의 어려움을 초래하는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체는 탄소로 구성되어 있지 않아 수소첨가에 민감하지 않으면서도 작동과정에서 지지체의 변형이 일어나지 않는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 지지체는 TiO2, SiO2, ZrO2, Al203, SnO2, Ta2O5, HfO2, La2O3, V2O5, CeO2, Fe2O3, Cr2O3, MoO3, ZnO, MgO, 및 WO3 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한하지 아니하나, 바람직하게는 상대적으로 적은 산점으로 인해 산점에 서 발생하는 부반응(Cracking, isomerization, coking 등)의 억제가 가능하고, 고도로 발달한 메조 기공의 상대적으로 넓은 표면적 및 기공에 의한 낮은 활성금속과의 상호작용에도 불구하고 반응 활성점으 의 고분산화 및 반응물의 물질 전달 강화에 이로운 SiO2을 포함할 수 있다.
상기 지지체는 KIT(Korea Advanced Institute of Sience and Technology, KAIST) 계열, MCM(Mobil Composition of Matter) 계열, SBA(Santa Babara Amorphous) 계열, AMS (Anionic-surfactant-templated mesoporous silica)계열, FSM (Folded sheets mechanism) 계열, FDU (Fudan University) 계열, KSW (Kagami memorial lab, Materials Science and Technology, Waseda University) 계열, CMI (Chimie des Materiaux Inorganiques) 계열, IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) 계열, MSU (Michigan State University) 계열, TUD (Delft University of Technology) 계열, 및 HMS(Hexagonal Mesoporous Silica) 계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 계열일 수 있고, 특정 계열로 한정되지 않으나, 바람직하게는 3차원의 bi-continuous cubic pore structure로 인해 한쪽의 pore(기공)이 coke deposition에 의해 막힌 경우에도 다른 쪽의 기공을 통해 반응물 및 생성물의 물질 전달이 용이하게 이뤄짐, 및 곡선형태의 cubic interconnected structure, 촉매 단위 질량당 큰 pore volume에 의한 반응물의 기공 내 체류시간이 길어짐에 의해 반응물과 활성점과의 contact time이 늘어나는 효과가 있는 KIT 계열의 KIT-6일 수 있다.
상기 지지체 내 메조기공의 직경은 4 ~ 11nm 일 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 메조기공의 직경이 작으면 촉매금속 전구체 용액이 깊이 침투하기 우려워 촉매금속이 지지체의 기공 내부에 위치하지 못하고 표면으로 나와서 뭉쳐질 가능성이 큰 단점이 있고, 직경이 크면 너무 많은 양의 촉매금속 전구체 용액이 기공으로 들어가거나 덜 발달된 기공구조로 인해 함침된 촉매금속이 조밀한 형태로 위치하여 서로 엉겨서 뭉침(aggregation)이 일어날수 있는 단점이 있다.
상기 지지체의 표면적은 600~850m2/g일 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 지지체의 표면적이 너무 작으면 메조다공성이 덜 발달된 상태이므로 촉매금속이 고르게 표면 및 기공 내부에 분산되기 어려운 단점이 있다.
상기 지지체에 포함된 복수의 메조기공의 기공부피는 0.5~1.5cm3/g일 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 메조기공의 기공부피가 너무 낮으면 메조다공성이 덜 발달된 상태이므로 반응물이나 반응 생성물이 위치할 수 있는 공간이 줄어드는 것이므로 반응물과 촉매 활성점 간의 contact time(촉매 기공 부피로 계산한 접촉시간)이 줄어들어서 활성이 줄어들 수 있다는 단점이 있고, 메조기공의 기공부피가 너무 크면 촉매 표면 및 기공에 발달된 활성점의 수가 감소할 수 있으므로 촉매 활성점 기준으로의 contact time은 오히려 감소하는 단점이 있다.
또한, 상기 지지체는 정렬된 메조포러스 실리카(Ordered mesoporous silica) 계열 물질로써, 특유의 독특한 다공성 구조 때문에, 메조 다공성 구조를 가진 전이금속 산화물 계열의 재료 합성을 위한 희생 물질(sacrificial agent)로 활용될 수 있다. 구체적으로, 정렬된 메조포러스 실리카(Ordered mesoporous silica)의 기공 내에 전이금속의 전구체를 침투시킨 후 건조 & 소성 과정을 거쳐 전이금속 산화물을 정렬된 메조포러스 실리카(Ordered mesoporous silica)의 기공 내에 형성시킨 후 단단한 템플릿(hard template) 으로 사용된 정렬된 메조포러스 실리카(Ordered mesoporous silica)를 강염기나 강산으로 녹여내면 정렬된 메조포러스 실리카(Ordered mesoporous silica)의 기공 형태를 골격으로 갖는 메조 다공성 전이금속 산화물을 합성할 수 있다. 특히, 이러한 메조 다공성 전이금속 촉매는 귀금속 계열 보다는 비교적 값이 저렴한 여타 전이금속 촉매를 메조 다공성의 특징을 가진 촉매로 합성하는데 활용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체는 상기 특징을 만족하는 성분, 및 상기 특징을 만족하는 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 LOHC 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 금속은 상기 지지체 상에 고르게 분포하여 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화 반응에 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 촉매금속은 레늄(Re), 주석(Sn), 망간(Mn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 세륨(Ce), 란다넘(La), 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs), 루비늄(Rb), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 않으나, 바람직하게는, 높은 C-H 결합 활성화(C-H bond activation) 능력, 낮은 C-C cleavage 능력으로 인한 선택적으로 매우 높은 탈수소화 반응 선택도를 갖는 백금(Pt)을 포함할 수 있다.
상기 촉매금속은 넓은 지지체의 표면적 상에 고르게 분포하여 담지할 수 있고, 그 함량은 탈수소화용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.5~10중량%으로 지지체 상에 담지될 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 촉매금속의 담지량이 너무 적으면 LOHC 탈수소화능 능력을 발휘하기 어려운 단점이 있고, 상기 촉매금속의 담지량이 너무 많으면 촉매금속이 분산되지 못하고 뭉쳐질 가능성이 높고 비용단가가 비싸지는 단점이 있다.
상기 촉매금속은 구형(sphere or truncated cube)에 근접한 나노입자 형태로써, 그 크기는 대부분 1~2 nm 수준으로 비교적 고르게 분포할 수 있다. 구체적으로, 열처리 전에는 금속에 리간드가 붙은 복합체(complex) 형태의 금속 전구체로 용매에 용해되어 지지체의 기공 내부 혹은 표면에 추가되지만, 건조 이후 고온의 공기중 열처리(소성) 단계에서 Pt 산화물 혹은 Pt의 나노입자 형태로 변화하여, 대부분 1-2 nm 정도의 입자 크기를 갖을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매와 함께 사용할 수 있는 액상유기수소운반체(LOHC)는 수소생산 및 수소 정제/저장 방법들에게서 필요로 하는 정제공정을 배제할 수 있고, 액상으로 수소를 저장할 수 있어 최종 소비자에게 대량으로 안전하게 수소를 공급할 수 있는 특징이 있다.
이에 따라, 본 발명의 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매와 함께 사용할 수 있는 액상유기수소운반체(LOHC)는 예를 들어, 상기 액상유기수소운반체(LOHC)는 메틸사이클로헥산(Methylcylohexane; MCH), 퍼하이드로-벤질톨루엔 (Perhydro-benzyltoluene), 퍼하이드로-디벤질톨루엔(Perhydro-dibenzyltoluene), 바이사이클로헥실-디사이클로헥실 메탄(Bicyclohexyl-Dicyclohexyl methane), 사이클로헥산(Cyclohexane), 데칼린(Decalin), 4-아미노-피퍼리딘(4-amino-piperidine), 2-메틸퍼하이드로린돌(2-methylperhydrolindole), N-메틸퍼하이드로린돌(N-methylperhydrolindole), 및 도데카하이드로-N-에틸카바졸(Dodecahydro-N-ethylcarbazole) 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법은 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체에 촉매금속 전구체 용액을 함침시키는 단계; 및 함침된 결과물을 건조시켜 상기 지지체 상에 촉매금속이 담지된 촉매를 얻는 단계;를 포함한다. 상기 촉매의 제조방법은 전술한 촉매에 관한 내용과 실질적으로 중복되는 내용을 포함할 수 있고, 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.
먼저, 상기 특징을 만족하는 지지체 상에 촉매금속 전구체 용액을 함침시킨다. 예시적인 구현예서, 상기 촉매금속이 백금인 경우, 상기 촉매금속 전구체는 Tetraammineplatinum(II) nitrate (Pt(NH3)4(NO3)2), Tetraammineplatinum(II) hydroxide hydrate (Pt(NH2)4(OH)2·xH2O), Tetraammineplatinum(II) chloride hydrate (Pt(NH3)4Cl2·xH2O), Tetraammineplatinum(II) chloride monohydrate (Pt(NH3)4Cl2·H2O), Chloroplatinic acid hexahydrate (H2PtCl6·6H2O), Platinum(II) acetylacetonate (Pt(C 5 H 7 O 2 ) 2 ), Platinum(II) chloride (PtCl 2 ), Platinum(IV) chloride (PtCl 4 ), Potassium hexachloroplatinate(IV) (K 2 PtCl 6 ), Potassium tetrachloroplatinate(II) (K 2 PtCl 4 ), Sodium hexachloroplatinate(IV) hexahydrate (Na 2 PtCl 6 ·6H 2 O), Sodium tetrachloroplatinate(II) hydrate (Na 2 PtCl 4 ·xH 2 O), Ammonium hexachloroplatinate(IV) ((NH 4 ) 2 PtCl 6 ), 및 Ammonium tetrachloroplatinate(II) ((NH 4 ) 2 PtCl 4 )로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 않는다.
이어서, 함침된 결과물을 건조할 수 있다. 예시적인 구현 예에서 공기 분위기에서 80~120℃의 온도에서 12~24시간 동안 건조시킬 수 있고, 바람직하게는 80℃의 온도에서 12시간 동안 건조시킬 수 있다. 또한, 상기 함침된 결과물을 진공 건조할 수도 있다. 상기 범위를 벗어나, 건조시간이 짧거나 건조 온도가 낮을 경우 용매가 충분히 증발하지 못해 잔여 용매가 촉매 소성시에 증발하며 촉매의 활성 물질 분포에 영향을 주는 또 하나의 변수로 작용할 수 있는 단점이 있고, 건조시간이 너무 길면 지지체 물성에 영향을 줄 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법은 간단한 용액 함침법만으로도 넓은 표면적을 갖는 지지체 상에 촉매금속을 고르게 분포시킬 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
지지체는 SiO2계열의 산화물을 포함하는 KIT 계열 중에서도 복수의 메조기공을포함하는 KIT-6의 준비과정은 하기와 같다.
구체적으로, 수용액 내부에서 마이셀을 형성시켜 3차원 메조포러스 실리카 구조체를 만들어주는 구조 유도제로 플루로닉 p123 공중합체 16.0g을 약 150mL의 증류수에 섞은 후 증류수에 완전히 녹을 때까지 교반하였다. 이어서 37% 염산 수용액 25mL를 428mL의 증류수와 섞은 후 내부 온도를 35
Figure 112020128823987-pat00001
로 맞춰서 교반하였다. 상기 제조한 플루로닉 p123 공중합체 수용액이 증류수에 완전히 녹은 것을 확인 후 교반중인 염산 용액에 한 번에 부어 혼합하였다. 이후 약 10분 동안 혼합 용액을 교반한 후 16.0 g의 n-Butanol을 혼합용액에 추가로 교반하면서 첨가하였다. 35
Figure 112020128823987-pat00002
의 반응 온도를 유지하면서 1시간 추가 교반 후 34.4 g의 TEOS(Tetraethoxysilane)를 교반 중인 반응 용액에 한 번에 투입하였고 반응온도 35
Figure 112020128823987-pat00003
의 온도 하에서 24시간 동안 교반하면서 반응을 수행하였다. 24시간의 교반이 완료된 후 반응 용액에 흰색의 실리카 침전이 생성된 것을 확인한 후 테프론 용기가 내장된 오토클레이브(autoclave)에 반응 용액을 옮겨 담고 교반 없이 약 100
Figure 112020128823987-pat00004
에서 하루 동안 자연적으로 발생하는 압력을 이용해 수열 합성 반응을 진행하였다. 수열 합성이 종료된 반응 용액은 완전히 냉각되기 전에 세척과정 없이 여과만 진행하였고, 여과 과정을 통해 잔여 용매를 충분히 제거 후 오븐에서 100~110℃의 온도에서 약 1시간 동안 건조하였다. 37% 염산 수용액 30 mL와 300 ml 에탄올의 혼합 용액을 제조하여 건조가 완료된 흰색 분말을 염산 용액과 섞은 후 약 2시간 동안 교반하여 구조형성제로 사용된 플루로닉 p123 공중합체 제거, 즉 surfactant extraction 과정을 수행하였다. 교반을 마친 후 여과 및 증류수를 이용한 세척 과정을 거치고 오븐에서 100~110℃의 온도에서 약 1 내지 2시간 동안 건조하였다. 건조 종료된 흰색 분말은 1/min의 승온 속도로 550
Figure 112020128823987-pat00005
까지 승온 후 6시간 유지하며 소성 과정을 수행하였고, 최종적으로 매우 미세한 흰색 분말 형태의 KIT-6 메조다공성 실리카를 제조하였으며, 제조된 KIT-6의 비표면적은 600-850m2/g이었고, 평균 기공 크기는 대략 3~8.0nm 인 것으로 확인되었다.
상기 제조된 지지체로부터 촉매금속 전구체 용액을 함침하는 과정은 하기와 같다.
구체적으로, 제조된 지지체 KIT-6 5g을 80도 오븐에서 일정시간 건조 후, 촉매금속 전구체로써 Pt 전구체인 Chloroplatinic acid hexahydrate (H2PtCl6·6H2O) 약 0.1g을 50 mL정도의 탈이온수(Deionized water)에 녹인 후 일구 플라스크에 건조된 KIT-6 분말과 함께 섞어 슬러리를 제조하였다. 상기의 슬러리는 Rotary evaporator에서 약 2시간 동안 약한 진공상태에서 상온 교반하여 지지체 분말과 백금 전구체의 균일하게 섞일 수 있도록 함. 2시간 이후 고진공 상태로 높여주어 약 10~30분 동안 용매를 완전히 증발시켰다. 용매가 증발되어 촉매금속이 담지된 지지체 분말은 건조용 오븐에서 추가로 80℃로 12시간 이상 건조 시켰다. 건조가 완료된 촉매금속이 담지된 지지체 분말은 1℃/분의 승온 속도로 450도에서 3시간 동안 소성하여 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 합성 완료하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 비교하였을 때, 촉매금속 전구체로써 Pt 전구체인 Tetraammineplatinum(II) nitrate ([Pt(NH3)4](NO3)2)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 제조하였다.
비교예
종래 사용되는 알루미나 기반 탈수소화 촉매인 Pt(1)/ γ-Al2O3 를 사용하였다.
실험예 1 - 반응속도 및 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 전환율과 수소생성속도 비교
상기 실시예 1에 따라 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 제조하고, 공간속도를 고정한 반응온도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도를 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 또한, 반응 온도를 고정한 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율 및 이에 따른 수소생성속도를 측정하고, 그 결과를 도 2a 와 도 2b에 나타내었다.
상기 도 1을 참고하면, 반응속도가 증가함에 따라, 수소생성속도는 조금씩 꾸준히 증가함에 따라 전환율 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 2a와 도 2b를 참고하면, 반응온도가 300℃ 또는 340℃가 고정되었을 때, 공간속도가 증가함에 따라 수소생성속도는 증가하는 반면, 전환율은 대체적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 경향을 검토해보면, 반응 온도가 증가함에 따라 전환율이 증가하고, 공간속도는 대체적으로 낮을 때 전환율이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 실시예 2에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 상기 실시예 1과 동일하게 상기 전환율과 수소생성속도를 측정한 결과(도 3, 도 4a, 및 도 4b), 상기 실시예 1의 경향과 유사한 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매는 내부기공인 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2 - 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 내구성 평가
상기 실시예 1에 따라 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 제조하고, 공간속도와 반응온도를 고정한 채 촉매 사용시간을 늘려 촉매내구성을 평가하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.
이를 참고하면, 실시예 1에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 긴 시간동안 사용하더라도 전환율이 95% 이상을 유지하고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 실시예 2에 따른 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 상기 실시예 1과 동일하게 상기 촉매 내구성을 평가한 결과(도 6), 상기 실시예 1의 경향과 유사하다는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매는 내부기공인 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있으면서도 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 오랫동안 유지된다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3 - 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매의 전환률 비교
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따라 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매를 제조하고, 공간속도를 고정한 반응온도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율을 각각 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 또한, 반응 온도를 고정한 공간속도에 따른 액상유기수소운반체(LOHC)의 전환율을 각각 측정하고, 그 결과를 도 8a 와 도 8b에 나타내었다.
상기 도 7을 참고하면, 실시예 1은 온도가 증가함에도 전환율을 85% 이상 유지, 실시예 2는 300℃ 이상의 온도 조건부터 전환율이 85% 이상 유지된다는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 기존 알루미나 기반 촉매인 비교예는 전환율이 대부분의 온도 조건에서 70% 미만인 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 8a와 도 8b를 참고하면, 반응온도가 300℃ 또는 340℃가 고정되었을 때, 공간속도가 증가함에 따라 어느 공간속도 조건에서도 실시예 1 및 실시예 2의 전환율이 비교예보다 높았고, 그 중에서도, 실시예 2의 전환율이 실시예 1의 전환율보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매는 내부기공인 메조기공을 복수로 포함하고 있어 지지체의 표면적이 매우 넓어 촉매금속이 상기 지지체 상에 고르게 분포할 수 있으므로, 촉매금속 간에 엉김현상(sintering)이 억제되는 바, 기존 촉매에 비해 적은 양의 활성금속으로도 우수한 촉매 활성이 안정적으로 유지되면서도 수소 전환율이 높아 수소 생산의 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (17)

  1. 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체; 및
    상기 지지체 상에 담지된 촉매금속;을 포함하며,
    상기 메조기공의 직경은 4 ~ 11nm 이며, 상기 지지체의 표면적은 600~850m2/g이고, 상기 지지체에 포함된 복수의 메조기공의 기공부피는 0.5~1.5cm3/g인 것이고,
    상기 촉매금속은 탈수소화용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.5~10중량%의 함량으로 담지된 것인 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 TiO2, SiO2, ZrO2, Al203, SnO2, Ta2O5, HfO2, La2O3, V2O5, CeO2, Fe2O3, Cr2O3, MoO3, ZnO, MgO, 및 WO3 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물을 포함하는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 KIT(Korea Advanced Institute of Sience and Technology, KAIST) 계열, MCM(Mobil Composition of Matter) 계열, SBA(Santa Babara Amorphous) 계열, AMS (Anionic-surfactant-templated mesoporous silica)계열, FSM (Folded sheets mechanism) 계열, FDU (Fudan University) 계열, KSW (Kagami memorial lab, Materials Science and Technology, Waseda University) 계열, CMI (Chimie des Materiaux Inorganiques) 계열, IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) 계열, MSU (Michigan State University) 계열, TUD (Delft University of Technology) 계열, 및 HMS(Hexagonal Mesoporous Silica) 계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 계열인 것인 액상유기수소운반체(LOHC)탈수소화용 촉매.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지체는 KIT-6인 것인 액상유기수소운반체(LOHC)탈수소화용 촉매.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매금속은 레늄(Re), 주석(Sn), 망간(Mn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 세륨(Ce), 란다넘(La), 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs), 루비늄(Rb), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액상유기수소운반체(LOHC)는 메틸사이클로헥산(Methylcylohexane; MCH), 퍼하이드로-벤질톨루엔 (Perhydro-benzyltoluene), 퍼하이드로-디벤질톨루엔(Perhydro-dibenzyltoluene), 바이사이클로헥실-디사이클로헥실 메탄(Bicyclohexyl-Dicyclohexyl methane), 사이클로헥산(Cyclohexane), 데칼린(Decalin), 4-아미노-피퍼리딘(4-amino-piperidine), 2-메틸퍼하이드로린돌(2-methylperhydrolindole), N-메틸퍼하이드로린돌(N-methylperhydrolindole), 및 도데카하이드로-N-에틸카바졸(Dodecahydro-N-ethylcarbazole)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매.
  11. 3차원 골격을 갖고, 상기 골격에 의해 형성된 메조기공을 복수로 포함하는 지지체에 촉매금속 전구체 용액을 함침시키는 단계; 및
    함침된 결과물을 건조시켜 상기 지지체 상에 촉매금속이 담지된 촉매를 얻는 단계;를 포함하며,
    상기 메조기공의 직경은 4 ~ 11nm 이며, 상기 지지체의 표면적은 600~850m2/g이고, 상기 지지체에 포함된 복수의 메조기공의 기공부피는 0.5~1.5cm3/g인 것이고,
    상기 촉매금속은 탈수소화용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.5~10중량%의 함량으로 담지된 것인 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier; LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지체는 TiO2, SiO2, ZrO2, Al203, SnO2, Ta2O5, HfO2, La2O3, V2O5, CeO2, Fe2O3, Cr2O3, MoO3, ZnO, MgO, 및 WO3 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물을 포함하는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 지지체는 KIT(Korea Advanced Institute of Sience and Technology, KAIST) 계열, MCM(Mobil Composition of Matter) 계열, SBA(Santa Babara Amorphous) 계열, AMS (Anionic-surfactant-templated mesoporous silica)계열, FSM (Folded sheets mechanism) 계열, FDU (Fudan University) 계열, KSW (Kagami memorial lab, Materials Science and Technology, Waseda University) 계열, CMI (Chimie des Materiaux Inorganiques) 계열, IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) 계열, MSU (Michigan State University) 계열, TUD (Delft University of Technology) 계열, 및 HMS(Hexagonal Mesoporous Silica) 계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지체는 KIT-6인 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 촉매금속은 레늄(Re), 주석(Sn), 망간(Mn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 바나듐(V), 세륨(Ce), 란다넘(La), 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs), 루비늄(Rb), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 함침된 결과물을 80~120℃의 온도에서 12~24시간 동안 건조시키는 것인 액상유기수소운반체(LOHC) 탈수소화용 촉매 제조방법.
KR1020200163686A 2020-11-30 2020-11-30 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법 KR102472412B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200163686A KR102472412B1 (ko) 2020-11-30 2020-11-30 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200163686A KR102472412B1 (ko) 2020-11-30 2020-11-30 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220075530A KR20220075530A (ko) 2022-06-08
KR102472412B1 true KR102472412B1 (ko) 2022-12-01

Family

ID=81980659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200163686A KR102472412B1 (ko) 2020-11-30 2020-11-30 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102472412B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102642228B1 (ko) * 2021-09-17 2024-02-28 고려대학교 산학협력단 란타넘-알루미나 담체 기반의 수소 제조용 백금 촉매 및 이를 이용한 수소의 제조방법
CN115869969B (zh) * 2022-12-29 2024-09-06 中安浩源(上海)氢能科技有限公司 一种脱氢催化剂、其制备方法及脱氢方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005152708A (ja) 2003-11-21 2005-06-16 Ichiro Abe 流体の浄化装置
JP2011000532A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Daicel Chemical Industries Ltd アルコール脱水素反応用触媒、及びこれを用いたアルデヒドの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6372738A (ja) * 1986-09-17 1988-04-02 Nippon Steel Chem Co Ltd 発泡体の製造方法
JPH09202904A (ja) * 1995-11-20 1997-08-05 Mitsubishi Materials Corp 多孔質焼結金属板の製造装置
KR20130062902A (ko) 2010-03-31 2013-06-13 가부시기가이샤 닛뽕쇼꾸바이 암모니아 분해용 촉매 및 그 촉매의 제조방법, 및, 그 촉매를 사용한 수소 제조방법
WO2018107239A1 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 University Of Technology, Sydney Hydrogen storage and delivery material
US11406971B2 (en) * 2018-03-26 2022-08-09 Research Triangle Institute Method of making confined nanocatalysts within mesoporous materials and uses thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005152708A (ja) 2003-11-21 2005-06-16 Ichiro Abe 流体の浄化装置
JP2011000532A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Daicel Chemical Industries Ltd アルコール脱水素反応用触媒、及びこれを用いたアルデヒドの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220075530A (ko) 2022-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. M x O y–ZrO2 (M= Zn, Co, Cu) solid solutions derived from schiff base-bridged UiO-66 composites as high-performance catalysts for CO2 hydrogenation
KR101405518B1 (ko) 피셔-트롭시 합성반응용 코발트계 촉매의 제조방법
Ungureanu et al. Composition-dependent morphostructural properties of Ni–Cu oxide nanoparticles confined within the channels of ordered mesoporous SBA-15 silica
CN115485233B (zh) 用于氨分解的催化剂组合物
US20050176580A1 (en) Catalyst for partial oxidation of hydrocarbon, process for producing the same, process for producing hydrogen-containing gas with the use of the catalyst and method of using hydrogen-containing gas produced with the use of the catalyst
CN110327933B (zh) 二氧化碳加氢制备甲醇的催化剂及其制备方法和应用
JP5531615B2 (ja) 炭化水素を分解する触媒
CN101314128A (zh) 一种自热重整制氢催化剂及其制备方法
KR101829917B1 (ko) 피셔-트롭쉬 합성 반응용 메조 기공 구조의 주골격을 갖는 코발트계 촉매 및 이의 제조방법
JP2023539511A (ja) アンモニア分解反応用触媒及びこれを用いた水素生産方法
JPWO2006137358A1 (ja) 均一型高分散金属触媒及びその製造方法
WO2009110241A1 (ja) 炭化水素を分解する多孔質触媒体及びその製造方法、炭化水素から水素を含む混合改質ガスを製造する方法、並びに燃料電池システム
JP3882044B2 (ja) Fischer−Tropsch合成用触媒の調製方法
KR102472412B1 (ko) 액상유기수소운반체 탈수소화용 촉매 및 이의 제조방법
Feng et al. Copper oxide hollow spheres: synthesis and catalytic application in hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane
Rooke et al. Hierarchically nanostructured porous group Vb metal oxides from alkoxide precursors and their role in the catalytic remediation of VOCs
CN103347605A (zh) 催化剂
JP2007252989A (ja) 一酸化炭素メタネーション用触媒および該触媒を用いた一酸化炭素のメタネーション方法
CN108620079B (zh) 加压二氧化碳重整甲烷制合成气的镍基复合催化剂
EP4378582A1 (en) Method for preparing catalyst for ammonia decomposition using cation-anion double hydrolysis
Herwig et al. Hierarchically Structured porous spinels via an epoxide-mediated sol–gel process accompanied by polymerization-induced phase separation
US9079164B2 (en) Single reaction synthesis of texturized catalysts
RU2532924C1 (ru) Катализатор окислительной конверсии углеводородных газов с получением оксида углерода и водорода
Xue et al. Constructing Ni-based confinement catalysts with advanced performances toward the CO 2 reforming of CH 4: state-of-the-art review and perspectives
JP6684669B2 (ja) アンモニア分解用触媒およびこの触媒を用いた水素含有ガスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right