활성탄을 지지체로 쓴 철 촉매 내에서 칼륨이 철 카바이드 형성과 피셔-트롭시합성 반응 활성에 미치는 영향
Effect of potassium on iron carbide formation and its catalytic performance of activated carbon-supported Fe catalysts for Fischer-Tropsch synthesis
- 주제어 (키워드) 철 카바이드 , ε-Fe2C , 뫼스바우어 분석 , 활성탄 , 피셔-트롭시 합성 , Iron carbide , ε-Fe2C , Mossbauer spectroscopy , Activated acrbon , Fischer-Tropsch synthesis
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 하경수
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066919
- UCI I804:11029-000000066919
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
피셔-트롭시 반응에서 ε-Fe2C는 활성종 중 하나로 알려져 있으며, ε-Fe2C는 높은 반응 안정성과 낮은 이산화탄소 선택도를 보인다. 하지만 다른 활성종인 χ-Fe5C2에 비해 조촉매의 영향에 대해 알려진 것이 적다. 이 연구에서 활성탄을 지지체로 사용한 철 촉매의 피셔-트롭시 반응 활성을 높이기 위해 칼륨이 화학적 조촉매로 사용되었다. ε-Fe2C 형성을 위해 칼륨의 조성을 달리하여 합성한 촉매에 신가스를 이용한 전처리 과정을 동일하게 진행하였다. XRD와 SAED 분석을 통하여 ε-Fe2C이 주로 형성되었음을 확인했으며, 칼륨의 함량이 높을수록 카바이드화가 더 많이 일어났음을 확인했다. 전처리 과정 후, 250도, 10바의 피셔-트롭시 반응을 진행했다. 칼륨의 함량이 증가할수록 활성, C5+ 선택도, 경질 올레핀이 증가하였다. 반응에 사용된 촉매는 XRD와 SAED 분석을 통해 철 종을 확인했다. 또한 뫼스바우어 분석을 진행하여 반응 전후 촉매 내의 철 종의 상대적인 비를 확인했다.
more초록
In iron-based Fischer-Tropsch synthesis (FTS), various iron carbides are known to be the active phases. Among them, ε-Fe2C has high stability and low CO2 selectivity in FTS. For preparation of ε-Fe2C, at least 12 h of reduction to α-Fe with H2 is necessary. In this study, activated carbon (AC) was used as support of the catalyst as well as sacrificial reductant. This makes synthesis of carbon supported pure α-Fe metal phase facile. Pretreatment of the pure α-Fe metal phase with syngas at 250 ℃ can lead to the formation of ε-Fe2C. The ε-Fe2C phase was identified by XRD and TEM analyses. After the pretreatment step, FTS activity test was conducted with the catalyst. Fresh and spent catalysts were also analyzed by XRD, TEM, SAED methods. Also, relative areas of iron species in the catalysts were identified by MES spectroscopy.
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