HC-SCR 반응중 hydrocarbon의 종류가 NOx 저감에 미치는 영향 연구
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학공학
- 식별자(기타) 000000103459
- 본문언어 한국어
초록/요약
촉매의 대량생산이 가능한 건식함침 방법으로 Fe/ZSM-5와 Co-Pt/ZSM-5 촉매를 합성후 200 cpi cordierite honeycomb에 코팅하여 CH4, C2H6, C3H8, i-C4H10 등의 alkane과 C2H4, C3H6 등의 alkene을 환원제로 사용하여 탄화수소의 종류와 탄화수소/NOx 비가 HC-SCR 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 두 촉매 모두에 대하여, alkane계 환원제의 반응성은 i-C4H10>C3H8>C2H6CH4의 순서였고 이러한 순서는 탄화수소의 C-H 결합에너지 크기 순서와 일치하며 alkane으로부터의 H 제거가 속도지배 단계일 가능성을 나타냈다. alkene계 환원제는 Fe/ZSM-5가 촉매로 사용된 경우, C2H4의 C-H 결합에너지가 C3H6의 C-H 결합에너지보다 더 큼에도 C2H4가 C3H6보다 반응성이 더 우수하였으며 이러한 현상은 alkene의 경우 C-H 결합에너지만으로는 환원제의 반응성을 예측할 수 없다는 것을 나타냈다. 이러한 현상에 대한 가능한 이유중의 하나는 C3H6가 C2H4보다 탄소류 침전물을 더 많이 생성하였거나 C3H6의 분자크기가 C2H4보다 더 커서 탄소류 침전물 층을 지나 촉매상의 활성점과 접촉하기가 더 어려웠기 때문으로 추정되었다. 반면에 alkene계 환원제는Co-Pt/ZSM-5가 촉매로 사용된 경우, Fe/ZSM-5가 촉매로 사용된 경우와는 반대의 양상을 보여 C3H6가 C2H4보다 반응성이 더 우수하였다. 이러한 현상은 촉매표면에 생성된 탄소류 침전물이 Co-Pt/ZSM-5 촉매에 포함된 Pt에 의하여 산화되어 C2H4와 C3H6 모두 촉매 활성점과 접촉이 용이하여 반응성이 주로 C-H 결합에너지의 크기에 의하여 좌우되었기 때문으로 생각되었다. CH4가 환원제로 사용될때 Fe/ZSM-5 촉매의 경우 NOx 전환율이 0에 가깝고 Co-Pt/ZSM-5 촉매의 경우 NOx 전환율이 비교적 높았으며 이러한 현상은 Co-Pt/ZSM-5 촉매상에 형성된 반응 중간체는 CH4와 쉽게 반응하였으나 Fe/ZSM-5 촉매상에 형성된 반응 중간체는 CH4와 반응을 하지 않기 때문으로 추정되었다.
more초록/요약
Fe/ZSM-5 and Co-Pt/ZSM-5 catalysts were synthesized by the dry impregnation method and coated on 200 cpi cordierite honeycombs. Using the catalysts coated on the honeycombs, the effects of the types of reducing agents and reducing agent/NOx ratio on the HC-SCR reaction were investigated. The reducing agents used were alkanes including CH4, C2H6, C3H8 and i-C4H10, and alkenes including C2H4 and C3H6. Over both Fe/ZSM-5 and Co-Pt/ZSM-5, the magnitudes of the reactivities of alkanes were in the decreasing order of i-C4H10>C3H8>C2H6CH4. This order was in accordance with the order of magnitudes of C-H bond dissociation energy, indicating that the hydrogen abstraction from alkanes may be the rate-controlling step in the HC-SCR reactions over both catalysts. In case of alkenes, the reactivity of C2H4 was superior to that of C3H6 over Fe/ZSM-5 although the C-H bond dissociation energy of C2H4 was greater. This fact indicated that the reactivity of alkenes cannot be simply related to the C-H bond dissociation energy. One of the possible reasons for this phenomenon was that C3H6 might have produced more carbonaceous deposits on the surface of Fe/ZSM-5 catalyst than C2H4 or C3H6 molecules had more difficulties passing through the carbonaceous deposit layer to contact the active points on the catalyst surface because the size of C3H6 molecules was greater. On the other hand, over Co-Pt/ZSM-5, the reactivity of C3H6 was superior to that of C2H4. This trend was in contrast to that with Fe/ZSM-5. The reason for this might be that the carbonaceous deposits on the surface of Co-Pt/ZSM-5 catalyst could be readily oxidized by Pt in this catalyst and the reducing agents had no difficulties contacting the active points on the catalyst surface and as results, the reactivity of the reducing agents were mainly dependent on the C-H bond dissociation energy. With CH4 as the reducing agent, NOx conversion was negligible over Fe/ZSM-5, but relatively high over Co-Pt/ZSM-5. This phenomenon was probably because the reaction intermediates over Co-Pt/ZSM-5 readily reacted with CH4, but those over Fe/ZSM-5 did not.
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