KR20100093823A - Method for catalysts coating on microchannels - Google Patents

Method for catalysts coating on microchannels Download PDF

Info

Publication number
KR20100093823A
KR20100093823A KR1020090012927A KR20090012927A KR20100093823A KR 20100093823 A KR20100093823 A KR 20100093823A KR 1020090012927 A KR1020090012927 A KR 1020090012927A KR 20090012927 A KR20090012927 A KR 20090012927A KR 20100093823 A KR20100093823 A KR 20100093823A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
nickel
mixed
ratio
based catalyst
Prior art date
Application number
KR1020090012927A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이관영
김재정
권오중
안상현
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020090012927A priority Critical patent/KR20100093823A/en
Publication of KR20100093823A publication Critical patent/KR20100093823A/en

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
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • 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
    • B01J37/0215Coating
    • 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
    • B01J37/04Mixing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819Materials of construction

Abstract

PURPOSE: The coating layer can be formed uniformly in comparison with the catalyst layer using only the nickel-based catalyst on the micro channel. In the point of the coating solution, adjustment easies. It has no the phenomenon that the catalyst layer is cracked after the case of reacting methanol-reformate or chafing. CONSTITUTION: The catalyst-coating method at the micro channel of micro reactor comprises next steps. The step forming oxide layer in the top of the substrate having micro channel. With step of filling the micro channel it spills and it puts the catalyst-coating liquid in the micro channel of substrate. Step forming the catalyst layer in the inner wall of the micro channel by the surface tension of the solvent in which substrate is desiccated and which is included in the catalyst-coating liquid.

Description

미세 유로에서의 촉매 코팅방법{Method for catalysts coating on microchannels}Method for catalysts coating on microchannels

본 발명은 실리콘으로 제작된 마이크로 반응기의 미세 유로의 내벽에 액화천연가스 수증 개질 반응에 사용되는 니켈계 촉매에 아크릴산 또는 아크릴산/아세틱산의 혼합물을 첨가하여 촉매 코팅액을 형성함으로써 니겔계 촉매만을 사용한 촉매층에 비하여 미세 유로에 균일하게 코팅층을 형성할 수 있는 마이크로 반응기의 미세 유로 촉매 코팅방법에 관한 것이다.The present invention is a catalyst layer using only a Nigel-based catalyst by forming a catalyst coating solution by adding a mixture of acrylic acid or acrylic acid / acetic acid to a nickel-based catalyst used for liquefied natural gas steam reforming reaction on the inner wall of a microchannel made of silicon. Compared to the micro-channel catalyst coating method of the micro reactor capable of uniformly forming a coating layer in the micro-channel as compared.

미래의 대체 에너지원으로서 각광받고 있는 연료 전지 중에서 고분자 전해질 연료 전지 (polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 는 수소를 직접적으로 연료로 사용하기 때문에 에너지 밀도가 높다. 이러한 PEMFC에 수소를 공급하기 위해서는 탄화수소로부터 수소를 발생시키고 이에 따라 동시에 발생하는 일산화탄소를 제거할 수 있는 연료 처리 장치가 필수적이다. 특히 여러 탄화수소들 중에서 액화천연가스는 가정에 공급되는 기반 시설이 잘 구축되어 있으므로 가정용 PEMFC 연료로 장점을 가지고 있으며, 이러한 가정용 PEMFC 전원의 실제 적용을 위해서는 연료 처리 장치의 소형화가 필수적이라 하겠다.Among the fuel cells that are in the spotlight as an alternative energy source of the future, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have high energy density because they directly use hydrogen as a fuel. In order to supply hydrogen to the PEMFC, a fuel processing apparatus capable of generating hydrogen from hydrocarbons and thus removing carbon monoxide generated at the same time is essential. In particular, liquefied natural gas has a merit as a home PEMFC fuel because of the well-established infrastructure provided to the home, and the miniaturization of the fuel processing device is essential for the practical application of the home PEMFC power supply.

MEMS (micro electro mechanical system) 기술, 반도체 가공 공정 기술 및 마이크로 공정 기술의 발전을 바탕으로 하여 실리콘 (silicon), 세라믹 (ceramic) 및 스테인리스 스틸 (stainless steel) 과 같은 재료를 이용한 마이크로 반응기가 제작되고 있다. 이러한 마이크로 반응기는 기존의 반응기에 비해 표면적 대 부피비가 크기 때문에 동일한 부피에서 높은 에너지 밀도를 보인다. 하지만 마이크로 반응기의 제작에 있어서 문제점 중 하나는 촉매를 적재하는 것이다. 미세 유로를 갖는 마이크로 반응기에 충전식으로 촉매를 적재하였을 경우 반응 가스의 압력 강하로 인한 촉매 활성 저하가 나타난다. 따라서 미세 유로에 촉매를 적재하는 방법은 유로 내벽에 촉매를 코팅하는 것이 가장 효율적이라 할 수 있다.Based on the development of MEMS (micro electro mechanical system) technology, semiconductor processing technology and micro process technology, micro reactors using materials such as silicon, ceramic and stainless steel have been manufactured. . These microreactors exhibit a high energy density at the same volume because of their greater surface area-to-volume ratio than conventional reactors. However, one of the problems in the fabrication of microreactors is the loading of catalysts. When the catalyst is loaded in a micro reactor having a micro flow path, the catalyst activity decreases due to the pressure drop of the reaction gas. Therefore, the method of loading the catalyst in the fine flow path may be said to be the most efficient coating the catalyst on the inner wall of the flow path.

이에 따라 본 출원인 및 발명자는 대한민국 등록특허 제10-0832040호를 통하여 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 금(Au), 망간(Mn), 크롬(Cr), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 및 이들의 합금 촉매를 채우기-건조법으로 미세유로에 촉매 층이 형성된 마이크로 반응기의 제조방법을 제시하였다. Accordingly, the present applicant and the inventor through the Republic of Korea Patent No. 10-0832040 through platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), gold (Au ), A micro-reactor formed with a catalyst layer in the microfluidic path by filling-drying manganese (Mn), chromium (Cr), iridium (Ir), copper (Cu), zinc (Zn), magnesium (Mg) and alloys thereof The preparation method of the present invention was presented.

그러나, 대한민국 등록특허 제10-0832040호의 마이크로 반응기 중에서 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기용으로 니켈계 촉매를 사용하는 경우에는 점도가 낮아 미세유로 내의 측면벽 약 25 ㎛, 위 아래 벽 약 10 ㎛의 코팅층이 균일하게 형성되도록 조절하기 어려운 문제가 여전히 남아 있다. However, in the case of using a nickel-based catalyst for the microreactor for liquefied natural gas steam reforming reaction in the microreactor of the Republic of Korea Patent No. 10-0832040, the viscosity is low, and the side wall in the microchannel is about 25 μm, and the upper and lower walls are about 10 μm. There remains a problem that is difficult to control so that the coating layer of μm is uniformly formed.

이에 따라 본 발명자는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기용으로 니켈계 촉매를 이용하면서도 점도 조절이 용이하며 균일하게 코팅할 수 있는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법을 발명하였다.Accordingly, the present inventors have invented a method for coating a catalyst in a micro flow path that can be uniformly coated with a viscosity control using a nickel-based catalyst for a micro reactor for liquefied natural gas steam reforming reaction.

따라서, 본 발명은 실리콘으로 제작된 마이크로 반응기의 미세 유로의 내벽에 액화천연가스 수증 개질 반응에 사용되는 니켈계 촉매에 아크릴산 또는 아크릴산/아세틱산의 혼합물을 첨가하여 촉매 코팅액을 형성함으로써 니겔계 촉매만을 사용한 촉매층에 비하여 미세 유로에 균일하게 코팅층을 형성할 수 있는 마이크로 반응기의 미세 유로 촉매 코팅방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention forms a catalyst coating solution by adding a mixture of acrylic acid or acrylic acid / acetic acid to a nickel-based catalyst used for liquefied natural gas steam reforming reaction on the inner wall of a micro-channel of a micro reactor made of silicon. It is to provide a micro channel catalyst coating method of a micro reactor capable of uniformly forming a coating layer in the micro channel compared to the used catalyst layer.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 미세 유로를 가지는 기판 상에 산화물 층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 미세 유로에 촉매 코팅액을 흘려 넣어 상기 미세 유로를 채우는 단계와, 상기 기판을 건조시켜 상기 촉매 코팅액에 포함된 용매의 표면 장력에 의해 미세 유로의 내벽에만 촉매 층을 형성하는 단계를 구비하는 통상의 마이크로 반응기 제조방법에 있어서, According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming an oxide layer on a substrate having a microchannel, filling the microchannel by pouring a catalyst coating solution into the microchannel of the substrate, and drying the substrate. In the conventional micro-reactor manufacturing method comprising the step of forming a catalyst layer only on the inner wall of the fine flow path by the surface tension of the solvent contained in the catalyst coating liquid,

상기 촉매 코팅액은 분쇄된 니켈 계열의 촉매, 증류수에 아크릴산 또는 아크릴산과 아세틱산의 혼합물을 첨가한 것을 특징으로 한다.The catalyst coating solution is characterized by adding a mixture of acrylic acid or acrylic acid and acetic acid to the pulverized nickel-based catalyst, distilled water.

바람직하게, 상기 니켈 계열의 촉매는 니켈-알루미나 혼성 촉매인 것을 특징으로 한다.Preferably, the nickel-based catalyst is characterized in that the nickel-alumina hybrid catalyst.

바람직하게, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:10 내지 1:2의 비율로 혼합되고, 아크릴산은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.05 내지 1:0.2의 비율로 혼합 한 것을 특징으로 한다.Preferably, the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1:10 to 1: 2, and the acrylic acid is mixed at a ratio of 1: 0.05 to 1: 0.2 with respect to the nickel-based catalyst.

바람직하게, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:4의 비율로 혼합되고, 아크릴산은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.Preferably, the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1: 4, and the acrylic acid is mixed at a ratio of 1: 0.1 with respect to the nickel-based catalyst.

바람직하게, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:10 내지 1:2의 비율로 혼합되고, 아크릴산/아세틱산의 혼합물은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.1 내지 1:0.3의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1:10 to 1: 2, and the acrylic acid / acetic acid mixture is mixed at a ratio of 1: 0.1 to 1: 0.3 with respect to the nickel-based catalyst. It features.

바람직하게, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:4의 비율로 혼합되고, 아크릴산/아세틱산의 혼합물은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.2의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1: 4, and the acrylic acid / acetic acid mixture is mixed at a ratio of 1: 0.2 with respect to the nickel-based catalyst.

본 발명의 마이크로 반응기의 미세 유로 촉매 코팅방법은 니켈계 촉매와 아크릴산 또는 아크릴산/아세틱산의 혼합물을 혼합하기 때문에 니켈계 촉매만을 사용한 촉매층에 비하여 미세 유로에 균일하게 코팅층을 형성할 수 있으며, 코팅액의 점도조절이 용이한 장점이 있다.Since the micro channel catalyst coating method of the microreactor of the present invention mixes a nickel-based catalyst and a mixture of acrylic acid or acrylic acid / acetic acid, the coating layer may be uniformly formed in the micro channel as compared with the catalyst layer using only the nickel-based catalyst. It has the advantage of easy viscosity control.

또한, 촉매 층을 가진 마이크로 반응기를 이용하여 메탄올 개질 반응을 한 경우, 이러한 반응 후에도 촉매 층이 균열되거나 벗겨지는 현상 없이 미세 유로의 벽에 대한 촉매 층의 접착력이 우수함을 확인할 수 있다.In addition, in the case of methanol reforming reaction using a micro reactor having a catalyst layer, it can be seen that the adhesion of the catalyst layer to the walls of the micro-channel is excellent even after the reaction without cracking or peeling off the catalyst layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in detail.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기로서 우선 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 마이크로 반응기를 제작한다. First, as shown in Figure 1 as a micro reactor for the liquefied natural gas steam reforming reaction, a micro reactor having a width of 600 μm, a depth of 240 μm, and a length of 37.5 cm is manufactured.

이러한 마이크로 반응기의 제작방법은 본 발명자에 의해 선등록된 대한민국 등록특허 제10-0832040호에 자세히 나타나 있어 구체적인 기재는 생략한다.The method of manufacturing such a micro-reactor is shown in detail in Korean Patent No. 10-0832040 registered in advance by the present inventors, and thus a detailed description thereof is omitted.

액화천연가스 수증 개질 반응에 사용되는 마이크로 반응기는 미세 유로에 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되고, 실리콘 산화막에 촉매 층이 형성된다. 실리콘 산화막은 제작된 마이크로 반응기를 고로(furnace)에 넣고 300℃에서 3시간 동안 열처리하여 형성할 수 있다.In the micro reactor used for the liquefied natural gas steam reforming reaction, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed in a fine flow path, and a catalyst layer is formed in the silicon oxide film. The silicon oxide film may be formed by placing the manufactured micro reactor in a blast furnace (furnace) by heat treatment at 300 ℃ for 3 hours.

한편, 촉매 층은 고상의 촉매를 액상의 슬러리 형태의 코팅액으로 제조되며 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 형성된다. 이때, 촉매 층은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition), 양극 산화법(anodic oxidation method), 충전법(packing), 졸겔법(sol-gel method), 딥코팅(dip coating) 및 워시코팅(wash coating)등으로도 형성할 수 있다.On the other hand, the catalyst layer is made of a solid slurry of the coating liquid in the form of a liquid coating and formed by a fill-dry method (fill and dry coating). At this time, the catalyst layer is physical vapor deposition (chemical vapor deposition), chemical vapor deposition (chemical vapor deposition), anodic oxidation method (anodic oxidation method), packing (sol-gel method), dip coating (dip) It can also be formed by coating and wash coating.

코팅액은 니켈 계열의 촉매와 증류수 및 결합제로서 아크릴산 또는 아크릴산/아세틱산의 혼합물이 첨가된다. 코팅액은 니켈 계열의 촉매는 니켈-알루미나 혼성 촉매가 바람직하며, 가루(powder)형태로 사용된다. 또한, 촉매와 증류수 및 결합제 를 혼합한 후에 볼 분쇄 통에 넣은 후 볼분쇄기(ball miller)를 사용하여 약 5일 동안 볼분쇄를 통하여 슬러리 형태의 촉매 코팅액을 제조한다. The coating solution is a nickel-based catalyst, distilled water and acrylic acid or a mixture of acrylic acid / acetic acid as a binder is added. The coating liquid is a nickel-based catalyst is preferably a nickel-alumina hybrid catalyst, and is used in powder form. In addition, after mixing the catalyst, distilled water and the binder and put in a ball mill to prepare a catalyst coating liquid in the form of slurry through ball milling for about 5 days using a ball mill (ball miller).

니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:10 내지 1:2 바람직하게는 1:4의 비율로 혼합되고, 아크릴산은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.05 내지 1:0.2 바람직하게는 1:0.1의 비율로 혼합되며, 아크릴산/아세틱산의 혼합물은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.1 내지 1:0.3 바람직하게는 1:0.2의 비율로 혼합된다. 이때, 증류수의 혼합량이 작거나 또는 아크릴산, 아크릴산/아세틱산의 혼합물의 첨가량이 많으면 코팅액의 점도가 높아저 촉매 층이 두꺼워지면서 불균일하게 되는 문제가 있고, 증류수의 혼합량이 많거나 또는 아크릴산, 아크릴산/아세틱산의 혼합물의 첨가량이 적으면 코팅층의 농도가 낮아져 촉매 층이 작은 문제가 있다.The nickel-based catalyst and distilled water are mixed in a ratio of 1:10 to 1: 2, preferably 1: 4, and acrylic acid is 1: 0.05 to 1: 0.2, preferably 1: 0.1, in proportion to the nickel-based catalyst. The mixture of acrylic acid / acetic acid is mixed in a ratio of 1: 0.1 to 1: 0.3, preferably 1: 0.2, with respect to the nickel-based catalyst. At this time, if the mixed amount of distilled water is small or the addition amount of the mixture of acrylic acid and acrylic acid / acetic acid is high, the viscosity of the coating liquid becomes high, and the catalyst layer becomes thick and nonuniform. If the addition amount of the mixture of acetic acid is low, the concentration of the coating layer is low, there is a problem that the catalyst layer is small.

한편, 본 실시예에서는 촉매 코팅액을 만들기 위한 용매로서 증류수만을 사용하였으나, 필요에 따라 증류수에 알루미나 졸, 실리카 졸, 이소프로필알코올(IPA), 아세트산 및 폴리비닐알코올(PVA)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 첨가할 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, only distilled water was used as a solvent for preparing the catalyst coating liquid, but if necessary, any one selected from the group consisting of alumina sol, silica sol, isopropyl alcohol (IPA), acetic acid, and polyvinyl alcohol (PVA) was used. One may be added.

이렇게 제조된 촉매 코팅액을 마이크로 반응기의 미세 유로 내부로 흘려 넣어, 유로 안을 촉매 코팅액으로 가득 채워준다.The catalyst coating liquid thus prepared is poured into the microchannel of the micro reactor, thereby filling the channel with the catalyst coating liquid.

이어서, 미세 유로 내부의 촉매 코팅액이 서서히 건조될 수 있도록 상온에서 2~5일 동안 건조시켜 촉매 층을 형성한다. 그리고, 완전 건조 및 촉매 층과 접착층과의 접착력 증대를 위하여 300℃에서 3시간 동안 열처리 과정을 수행하여 미세 유로의 내벽 상의 접착층인 실리콘 산화막 상에만 촉매 층을 형성할 수 있다.Subsequently, the catalyst coating liquid inside the microchannel is dried for 2 to 5 days at room temperature so as to slowly dry to form a catalyst layer. In order to completely dry and increase adhesion between the catalyst layer and the adhesive layer, a heat treatment process may be performed at 300 ° C. for 3 hours to form the catalyst layer only on the silicon oxide film, which is an adhesive layer on the inner wall of the microchannel.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

니켈 계열의 촉매와 증류수 및 아크릴산을 각각 1:4:0.1의 비율로 혼합된 촉매 코팅액을 제조하였으며, 이에 대한 전단율과 점도를 도 2에 나타내었다. 또한, 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기의 유로의 내부에 촉매 코팅액을 흘러 넣은 후 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 촉매 층을 형성하여 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰하여 3a에 나타내었다.Nickel-based catalyst, distilled water and acrylic acid were prepared in a catalyst coating solution mixed with a ratio of 1: 4: 0.1, respectively, and the shear rate and viscosity thereof are shown in FIG. 2. In addition, after filling the catalyst coating liquid into the inside of the flow path of the liquefied natural gas steam reforming reaction having a micro-flow path having a width of 600㎛, 240㎛ depth and a length of 37.5cm (fill and dry) The catalyst layer was formed by coating), and the cross section of the catalyst coating layer was observed by electron scanning microscope (FESEM), and is shown in 3a.

<실시예 2><Example 2>

니켈 계열의 촉매와 증류수 및 아크릴산/아세틱산을 각각 1:4:0.2의 비율로 혼합된 촉매 코팅액을 제조하였으며, 이에 대한 전단율과 점도를 도 2에 함께 나타내었다. 또한, 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기의 유로의 내부에 촉매 코팅액을 흘러 넣은 후 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 촉매 층을 형성하여 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰하여 3b에 나타내었다.Nickel-based catalysts, distilled water and acrylic acid / acetic acid were prepared in a catalyst coating solution mixed at a ratio of 1: 4: 0.2, respectively, and the shear rates and the viscosity thereof are shown together in FIG. 2. In addition, after filling the catalyst coating liquid into the inside of the flow path of the liquefied natural gas steam reforming reaction having a micro-flow path having a width of 600㎛, 240㎛ depth and a length of 37.5cm (fill and dry) The cross section of the catalyst coating layer was observed with an electron scanning microscope (FESEM) and shown in 3b.

<비교예1>Comparative Example 1

니켈 계열의 촉매와 증류수만을 1:4의 비율로 혼합된 촉매 코팅액을 제조하였으며, 이에 대한 전단율과 점도를 도 2에 함께 나타내었다.A catalyst coating solution was prepared in which only a nickel-based catalyst and distilled water were mixed at a ratio of 1: 4. The shear rate and viscosity thereof were also shown in FIG. 2.

<비교예2>Comparative Example 2

니켈 계열의 촉매와 증류수 및 아세틱산을 각각 1:4:0.1의 비율로 혼합하여 촉매 코팅액을 제조하였으며, 이에 대한 전단율과 점도를 도 2에 함께 나타내었다. 또한, 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기의 유로의 내부에 촉매 코팅액을 흘러 넣은 후 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 촉매 층을 형성하여 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰하여 3c에 나타내었다.A nickel-based catalyst, distilled water, and acetic acid were mixed at a ratio of 1: 4: 0.1, respectively, to prepare a catalyst coating solution, and the shear rate and viscosity thereof were also shown in FIG. 2. In addition, after filling the catalyst coating liquid into the inside of the flow path of the liquefied natural gas steam reforming reaction having a micro-flow path having a width of 600㎛, 240㎛ depth and a length of 37.5cm (fill and dry) The catalyst layer was formed by coating), and the cross section of the catalyst coating layer was observed with an electron scanning microscope (FESEM), and is shown in 3c.

<비교예3>Comparative Example 3

니켈 계열의 촉매와 증류수만을 1:2의 비율로 혼합된 촉매 코팅액을 제조하였으며, 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기의 유로의 내부에 촉매 코팅액을 흘러 넣은 후 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 촉매 층을 형성하여 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰하여 3d에 나타내었다.A catalyst coating solution was prepared in which only a nickel-based catalyst and distilled water were mixed in a ratio of 1: 2. The micro-coupling for liquefied natural gas steam reforming having a microchannel having a width of 600 μm, a depth of 240 μm, and a length of 37.5 cm After the catalyst coating liquid was introduced into the flow path of the reactor, the catalyst layer was formed by fill and dry coating, and the cross section of the catalyst coating layer was observed by electron scanning microscope (FESEM) and shown in 3d.

<비교예4>Comparative Example 4

니켈 계열의 촉매와 증류수만을 3:4의 비율로 혼합된 촉매 코팅액을 제조하였으며, 600㎛의 너비와 240㎛의 깊이 및 37.5cm의 길이를 갖는 미세 유로를 갖는 액화천연가스 수증 개질 반응을 위한 마이크로 반응기의 유로의 내부에 촉매 코팅액을 흘러 넣은 후 채우기-건조법(fill and dry coating)으로 촉매 층을 형성하여 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰하여 3e에 나타내었다.A catalyst coating solution was prepared in which only a nickel-based catalyst and distilled water were mixed at a ratio of 3: 4. After the catalyst coating liquid was flowed into the reactor passage, a catalyst layer was formed by fill and dry coating, and the cross section of the catalyst coating layer was observed in an electron scanning microscope (FESEM), and is shown in 3e.

<실험결과><Experiment Result>

도 2에 나타난 바와 같이, 실시예1 및 실시예2의 아세트산 또는 아세트산/아세틱산이 혼합된 촉매 코팅액은 비교예1의 증류수만 혼합된 촉매 코팅액 및 비교예2의 니켈 계열의 촉매와 증류수 및 아세틱산을 혼합한 촉 매코팅액과 비교하여 점도가 증가하였음을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, the catalyst coating solution mixed with acetic acid or acetic acid / acetic acid of Example 1 and Example 2 is a catalyst coating solution containing only distilled water of Comparative Example 1 and a nickel-based catalyst of distilled water and ace It can be seen that the viscosity is increased compared to the catalyst coating liquid mixed with the tic acid.

특히, 아세트산/아세틱산이 혼합된 촉매 코팅액은 첨가량이 증가했음에도 불구하고 코팅 층을 형성하기 가장 좋은 점도를 일정간격으로 유지하는 것을 알 수 있다. In particular, it can be seen that the catalyst coating liquid mixed with acetic acid / acetic acid maintains the best viscosity at regular intervals to form the coating layer despite the increased amount.

또한, 도 3a 내지 도 3e에 나타난 바와 같이, 실시예1 및 실시예2의 아세트산 또는 아세트산/아세틱산이 혼합된 촉매 코팅액은 일정한 두께의 코팅층을 형성하였으나, 비교예2의 니켈 계열의 촉매와 증류수 및 아세틱산을 혼합한 촉매 코팅액은 점도가 약하여 코팅층의 두께가 거의 형성되지 않았다. 그리고, 비교예 3 및 비교예 4의 니켈 계열의 촉매와 증류수의 혼합비가 1:2, 3:4인 경우와 같이 슬러리에 니켈 계열의 촉매 파우더양이 증가할수록 점도가 증가하며 이에 따라 촉매층의 두께가 두꺼워지고 더 증가하게 되면 유로가 막히는 것을 알 수 있다.In addition, as shown in Figures 3a to 3e, the catalyst coating solution mixed with acetic acid or acetic acid / acetic acid of Examples 1 and 2 formed a coating layer of a constant thickness, but the nickel-based catalyst and distilled water of Comparative Example 2 And the catalyst coating liquid mixed with acetic acid has a weak viscosity almost no thickness of the coating layer. In addition, as in the case where the mixing ratio of the nickel-based catalyst and distilled water of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 is 1: 2, 3: 4, the viscosity increases as the amount of the nickel-based catalyst powder increases in the slurry, and accordingly, the thickness of the catalyst layer Thickens and increases further, it can be seen that the flow is blocked.

본 발명의 실시예에 대해 상기와 같이 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않고, 이와 관련된 모든 분야에서의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상적 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical spirit of all the related fields. Do.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 마이크로 반응기 미세 유로의 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.1 is a cross-sectional photograph of a cross section of a micro-reactor microchannel according to the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

도 2은 본 발명에 따른 실시예1,2와 비교예1,2의 슬러리 점도를 측정한 그래프이다.2 is a graph measuring the slurry viscosity of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 according to the present invention.

도 3a는 본 발명의 실시예1에 따라 니켈 계열의 슬러리에 아크릴산이 첨가된 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.3A is a cross-sectional photograph of a cross section of a catalyst coating layer in which acrylic acid is added to a nickel-based slurry according to Example 1 of the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

도 3b는 본 발명의 실시예2에 따라 니켈 계열의 슬러리에 아크릴산/아세틱산이 첨가된 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.Figure 3b is a cross-sectional photograph of a cross section of the catalyst coating layer added acrylic acid / acetic acid to the nickel-based slurry in accordance with Example 2 of the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

도 3c는 본 발명의 비교예2에 따라 니켈 계열의 슬러리에 아세틱산이 첨가된 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.3c is a cross-sectional photograph of a cross section of a catalyst coating layer in which acetic acid is added to a nickel-based slurry in accordance with Comparative Example 2 of the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

도 3d는 본 발명의 비교예2에 따라 니켈 계열의 슬러리에 아세틱산이 첨가된 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.3d is a cross-sectional photograph of a cross section of a catalyst coating layer in which acetic acid is added to a nickel-based slurry in accordance with Comparative Example 2 of the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

도 3e는 본 발명의 비교예2에 따라 니켈 계열의 슬러리에 아세틱산이 첨가된 촉매 코팅층에 대한 단면을 전자주사현미경(FESEM)으로 관찰한 단면 사진이다.3E is a cross-sectional photograph of a cross section of a catalyst coating layer in which acetic acid is added to a nickel-based slurry according to Comparative Example 2 of the present invention with an electron scanning microscope (FESEM).

Claims (7)

미세 유로를 가지는 기판 상에 산화물 층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 미세 유로에 촉매 코팅액을 흘려 넣어 상기 미세 유로를 채우는 단계와, 상기 기판을 건조시켜 상기 촉매 코팅액에 포함된 용매의 표면 장력에 의해 미세 유로의 내벽에만 촉매 층을 형성하는 단계를 구비하는 통상의 마이크로 반응기 제조방법에 있어서, Forming an oxide layer on a substrate having a microchannel, filling the microchannel by pouring a catalyst coating solution into the microchannel of the substrate, and drying the substrate to reduce the surface tension of the solvent contained in the catalyst coating solution. In the conventional micro-reactor manufacturing method comprising the step of forming a catalyst layer only on the inner wall of the fine flow path, 상기 촉매 코팅액은 분쇄된 니켈 계열의 촉매, 증류수에 아크릴산 또는 아크릴산과 아세틱산의 혼합물를 첨가한 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The catalyst coating solution is a catalyst coating method in a fine flow path, characterized in that the addition of a mixture of acrylic acid or acrylic acid and acetic acid to the crushed nickel-based catalyst, distilled water. 제1항에 있어서, 상기 니켈 계열의 촉매는 니켈-알루미나 혼성 촉매인 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 1, wherein the nickel-based catalyst is a nickel-alumina hybrid catalyst. 제1항에 있어서, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:10 내지 1:2의 비율로 혼합되고, 아크릴산은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.05 내지 1:0.2의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 1, wherein the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1:10 to 1: 2, and acrylic acid is mixed at a ratio of 1: 0.05 to 1: 0.2 with respect to the nickel-based catalyst. Catalyst coating method in a fine flow path. 제3항에 있어서, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:4의 비율로 혼합되고, 아크릴산은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 3, wherein the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1: 4, and acrylic acid is mixed at a ratio of 1: 0.1 with respect to the nickel-based catalyst. . 제1항에 있어서, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:10 내지 1:2의 비율로 혼합되고, 아크릴산/아세틱산의 혼합물은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.1 내지 1:0.3의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 1, wherein the nickel-based catalyst and distilled water are mixed at a ratio of 1:10 to 1: 2, and the acrylic acid / acetic acid mixture is at a ratio of 1: 0.1 to 1: 0.3 with respect to the nickel-based catalyst. Catalyst coating method in a fine flow path, characterized in that mixed. 제5항에 있어서, 상기 니켈 계열의 촉매와 증류수는 1:4의 비율로 혼합되고, 아크릴산/아세틱산의 혼합물은 니켈 계열의 촉매에 대하여 1:0.2의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 5, wherein the nickel-based catalyst and distilled water is mixed in a ratio of 1: 4, acrylic acid / acetic acid mixture is mixed in a ratio of 1: 0.2 with respect to the nickel-based catalyst fine passage Catalyst coating method in 제1항에 있어서, 상기 촉매 층은 채우기-건조법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 유로에서의 촉매 코팅방법.The method of claim 1, wherein the catalyst layer is formed by a fill-drying method.
KR1020090012927A 2009-02-17 2009-02-17 Method for catalysts coating on microchannels KR20100093823A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090012927A KR20100093823A (en) 2009-02-17 2009-02-17 Method for catalysts coating on microchannels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090012927A KR20100093823A (en) 2009-02-17 2009-02-17 Method for catalysts coating on microchannels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100093823A true KR20100093823A (en) 2010-08-26

Family

ID=42758082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090012927A KR20100093823A (en) 2009-02-17 2009-02-17 Method for catalysts coating on microchannels

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100093823A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019117382A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-20 한국생산기술연구원 Metal structure-based denitrification catalyst, for selective catalytic reduction, using coating slurry and method for preparing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019117382A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-20 한국생산기술연구원 Metal structure-based denitrification catalyst, for selective catalytic reduction, using coating slurry and method for preparing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Effect of the metal foam materials on the performance of methanol steam micro-reformer for fuel cells
US7404936B2 (en) Catalysts, in microchannel apparatus, and reactions using same
Sanz et al. Intensification of hydrogen production by methanol steam reforming
Kim et al. Design, fabrication and testing of a catalytic microreactor for hydrogen production
Cai et al. Hydrogen production from ethanol steam reforming in a micro-channel reactor
JP6006237B2 (en) Method for producing metal structure catalyst
Wang et al. A low-temperature partial-oxidation-methanol micro reformer with high fuel conversion rate and hydrogen production yield
US20100221667A1 (en) Catalyst For Microelectromechanical Systems Microreactors
Laguna et al. Catalysts on metallic surfaces: Monoliths and microreactors
Hou et al. Hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol over Ir/CeO2 catalysts in a micro-channel reactor
Violi et al. Gold nanoparticles supported in zirconia–ceria mesoporous thin films: a highly active reusable heterogeneous nanocatalyst
Hwang et al. Method of catalyst coating in micro-reactors for methanol steam reforming
US20120149548A1 (en) Process for the preparation of a catalytic specie using electro-deposition
JP2008528265A (en) Ceramic microreactor composed of layers and having at least three internal spaces and a buffer
Hiramatsu et al. Stacked etched aluminum flow-through membranes for methanol steam reforming
Liao et al. In situ reduction of a CuO/ZnO/CeO2/ZrO2 catalyst washcoat supported on Al2O3 foam ceramic by glycerol for methanol steam reforming in a microreactor
KR20100093823A (en) Method for catalysts coating on microchannels
KR100832040B1 (en) Method for fabricating micro-reactor
US6670305B2 (en) Free-standing monolithic catalyst with micro-scale channel dimensions
Yin et al. Asymmetric tubular oxygen-permeable ceramic membrane reactor for partial oxidation of methane
Bazdar et al. Performance study on microchannel coated catalytic plate reactor using electrophoresis technique for medium temperature shift (MTS) reaction
Ha et al. Poly-dimethylsiloxane (PDMS) based micro-reactors for steam reforming of methanol
Zhao et al. Nanocatalysis in microreactor for fuels
US9461324B2 (en) Autothermal reforming catalyst for monolithic fuel cell
Bianchini et al. Standalone micro-reformer for on-demand hydrogen production from dimethyl ether

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application