Mesoporous 촉매 지지체를 활용한 온화조건의 수첨탈산소반응

( Pouya Sirous Rezaei ),김지희,정재훈,박영권 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

바이오매스 열분해 공정을 통해 얻어지는 바이오오일은 현재 액체 연료로의 전환을 통해 에너지 공급 문제를 완화할 수 있는 잠재력이 높은 물질로서 이에 대한 upgrading 공정을 연구하였다. 기존 원료 feedstock 내에 기본적으로 수분 및 구조적으로 산소가 포함되어있어 바이오오일의 화학산업으로의 적용을 위해서는 필수적으로 이러한 산소 함량을 낮추기위한 upgrading 공정이 요구된다. 따라서 바이오오일의 성능 향상을 위해 수첨탈산소(Hydrodeoxygenation) 반응을 적용하였으며, 그 결과 높은 산소함량으로 인한 낮은 발열량, 산화로 인한 안정성 약화 및 유기산에 대한 높은 함량으로 인한 부식성이 높다는 문제점을 해결할 뿐 아니라 고부가가치 물질에 대한 선택도가 향상됨을 확인하였다. 본 반응을 위한 촉매로는 Mesoporous 촉매에 금속활성종을 담지하여 반응효율을 향상시키고자 하였다. ^** This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(2017R1D1A1B03028818).

배기가스 상에서 산화제를 이용한 SOx, NOx 동시 제거

( Pouya Sirous Rezaei ),황유진,정재훈,김지희,박영권 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

SOx, NOx는 대기중의 2차 생성 미세먼지를 발생시키는 전구물질이며 도색 공장, 유리 공장 등과 같은 중소형 연소시설에서 1차 미세먼지와 함께 다량 배출되고 있다. 중소형 연소시설은 주거지역과 인접하고 영세 사업장이 많아 오염 체감도가 크지만 현재 SOx, NOx의 처리는 각각 단일 설비로 되어있어 운전상, 경제상의 문제 등을 가지고 있다. 최근에 한 개의 시스템에 SOx, NOx를 동시에 처리하고자 하는 연구가 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 배기가스 분위기인 SOx, NOx에 산화제(O3 등)를 이용하여 동시에 제거하는 실험을 진행하였고 실험조건(산화제 농도, 반응기 수 등)의 변화에 따른 SOx, NOx 제거율을 확인하였다. ^** 본 연구는 2017년도 정부(과학기술정보통신부, 환경부, 보건복지부)의 재원으로 한국연구재단-미세먼지 국가전략프로젝트사업의 지원을 받아 수행된 기초연구 사업임(No. 2017M3D8A1092029).

Mild hydrodeoxygenation of phenolic lignin model compounds over a FeReO_x/ZrO₂ catalyst: zirconia and rhenium oxide as efficient dehydration promoters

Sirous-Rezaei, Pouya,Jae, Jungho,Ha, Jeong-Myeong,Ko, Chang Hyun,Kim, Ji Man,Jeon, Jong-Ki,Park, Young-Kwon The Royal Society of Chemistry 2018 GREEN CHEMISTRY Vol.20 No.7

<P>Strong adsorption of phenolics on zeolite acid sites causes high trapping inside zeolite channels and low catalytic activity of zeolite-supported catalysts in atmospheric pressure hydrodeoxygenation (HDO) of lignin-derived phenolics. This adsorption is more severe at low temperatures, and restricts the atmospheric HDO of phenolics to high reaction temperatures. The purpose of this research was to develop a catalyst with low phenolic trapping potential and high HDO efficiency under mild reaction conditions. Among the tested catalysts (Fe/HBeta, FeReOx/HBeta, Fe/MCM-41, ReOx/MCM-41, FeReOx/MCM-41, Fe/ZrO2 and FeReOx/ZrO2), the novel catalyst of FeReOx/ZrO2 exhibited the highest catalytic efficiency for mild-condition (pressure: 1 atm and temperature <350 °C) HDO of phenolics (guaiacol, <I>m</I>-cresol and anisole), and led to the selective production of BTX aromatics. Compared to Fe/HBeta(38) as a zeolite-supported catalyst, FeReOx/ZrO2 displayed remarkably enhanced performance, and its catalytic activity for the HDO of <I>m</I>-cresol at 350 °C was almost twice higher than that of Fe/HBeta(38) at 500 °C. Importantly, FeReOx/ZrO2 revealed a high HDO efficiency (BTX yield of 50.5 wt% with phenolic trapping below 5 wt%) at a low temperature of 250 °C, while Fe/HBeta(38) almost lost its entire catalytic activity at this temperature, and gave a low BTX yield of 3.0 wt% with a high trapped phenolic yield of 83.1 wt%. The remarkable catalytic activity of FeReOx/ZrO2 in the HDO of phenolics at atmospheric pressure and temperatures as low as 250 °C is a result of its mesoporosity and oxophilicity as well as its well-balanced acidity induced by both rhenium oxide and zirconia support causing a high dehydration efficiency.</P>

<i>In-situ</i> catalytic co-pyrolysis of yellow poplar and high-density polyethylene over mesoporous catalysts

Rezaei, Pouya Sirous,Oh, Daejun,Hong, Yeojin,Kim, Young-Min,Jae, Jungho,Jung, Sang-Chul,Jeon, Jong-Ki,Park, Young-Kwon Pergamon 2017 Energy Conversion and Management Vol. No.

<P><B>Abstract</B></P> <P>Catalytic co-pyrolysis of biomass and hydrogen-rich materials is an effective approach for enhancing the production of bio-based hydrocarbons. In this work, mesoporous solid acid materials, such as hierarchical mesoporous MFI (meso MFI), hierarchical mesoporous Y (meso Y) and Al-SBA-15, were used as the catalysts for the catalytic co-pyrolysis of yellow poplar (YP) and high-density polyethylene (HDPE). Among three catalysts, meso MFI revealed the highest catalytic efficiency for the production of aromatic hydrocarbons from catalytic pyrolysis of YP or HDPE due to its effective pore structure, large channels, and high acidity. Moreover, meso MFI showed the highest synergistic formation of aromatic hydrocarbons during the catalytic co-pyrolysis of YP and HDPE as a result of hydrogen donating effect of HDPE and catalytic interactions between YP- and HDPE-derived pyrolyzates. The amounts of solid residue obtained from the catalytic co-pyrolysis of YP and HDPE over meso MFI were also much lower than their theoretical yields.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Meso-MFI catalyzed pyrolysis of yellow poplar gave high aromatic hydrocarbon yield. </LI> <LI> MFI pore structure, large pore size and strong acidity cause high aromatization. </LI> <LI> Significant synergy occurred between yellow poplar and HDPE over meso-MFI catalyst. </LI> <LI> Catalytic pyrolysis efficiency is a strong function of H/C<SUB>eff</SUB> ratio of feedstock. </LI> </UL> </P>

In-situ catalytic pyrolysis of lignin in a bench-scale fixed bed pyrolyzer

호다,Pouya Sirous Rezaei,노동훈,제정호,김범식,정상철,성봉현,박영권 한국공업화학회 2017 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.54 No.-

Thermal and in-situ catalytic pyrolysis of lignin were carried out in a bench-scale pyrolyzer. The yield and composition of the bio-oil produced were influenced largely by the type of lignin samples, pyrolysis temperature, and nitrogen carrier gas flow rate. The highest bio-oil yield of 35.95 wt.% was achieved using kraft lignin at 500 C and a carrier gas flow rate of 600 ml/min. In-situ catalytic pyrolysis resulted in a decrease of the bio-oil yield, but the aromatic product distribution was altered greatly depending on the types of catalysts. In-situ catalytic pyrolysis also showed enhanced selectivity to valuable aromatic hydrocarbons.

Catalytic hydrodeoxygenation of simulated phenolic bio-oil to cycloalkanes and aromatic hydrocarbons over bifunctional metal/acid catalysts of Ni/HBeta, Fe/HBeta and NiFe/Hbeta

호다,Pouya Sirous Rezaei,Wan Mohd Ashri Wan Daud 한국공업화학회 2016 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.35 No.-

Bifunctional metal/acid catalysts of 5 wt% Ni/HBeta, 5 wt% Fe/HBeta, 2.5 wt% Ni-2.5 wt% Fe/HBeta (NiFe-5/HBeta) and 5 wt% Ni-5 wt% Fe/HBeta (NiFe-10/HBeta) were used for hydrodeoxygenation (HDO) of asimulated phenolic bio-oil consisting of phenol (50 wt%), o-cresol (25 wt%) and guaiacol (25 wt%). Nickeland iron metals were supported on hydrogen form Beta zeolite (HBeta) under similar ion-exchangeconditions. BET surface area and acid sites density of Ni/HBeta, Fe/HBeta, NiFe-5/HBeta and NiFe-10/HBeta were 463, 445, 455, 417 m2/g and 0.53, 0.48, 0.50, 0.38 mmol/g, respectively. Cycloalkanes(21.39 wt%) and aromatic hydrocarbons (20.21 wt%) were the dominant hydrocarbons obtained overmonometallic catalysts of Ni/HBeta and Fe/HBeta through reactions of hydrogenation and hydro-genolysis, respectively. It was revealed that both hydrogenation and hydrogenolysis mechanisms wereeffectively proceeded over the bimetallic catalyst of NiFe/HBeta which showed enhanced HDO efficiencycompared to monometallic catalysts of Ni/HBeta and Fe/HBeta due to the synergistic effect between thetwo metals. The effect of reaction temperature on HDO efficiency of NiFe-10/HBeta catalyst wasinvestigated at 220, 260, 300 and 340 8C. Maximum catalytic activity and hydrocarbons selectivity wasobserved at 300 8C. Replacement of water with methanol as solvent in HDO of the simulated phenolicbio-oil over NiFe-10/HBeta remarkably reduced the selectivity towards hydrocarbons.

<i>In-situ</i> catalytic pyrolysis of lignin in a bench-scale fixed bed pyrolyzer

Shafaghat, Hoda,Rezaei, Pouya Sirous,Ro, Donghoon,Jae, Jungho,Kim, Beom-Sik,Jung, Sang-Chul,Sung, Bong Hyun,Park, Young-Kwon Elsevier 2017 Journal of industrial and engineering chemistry Vol.54 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Thermal and <I>in-situ</I> catalytic pyrolysis of lignin were carried out in a bench-scale pyrolyzer. The yield and composition of the bio-oil produced were influenced largely by the type of lignin samples, pyrolysis temperature, and nitrogen carrier gas flow rate. The highest bio-oil yield of 35.95wt.% was achieved using kraft lignin at 500°C and a carrier gas flow rate of 600ml/min. <I>In-situ</I> catalytic pyrolysis resulted in a decrease of the bio-oil yield, but the aromatic product distribution was altered greatly depending on the types of catalysts. <I>In-situ</I> catalytic pyrolysis also showed enhanced selectivity to valuable aromatic hydrocarbons.</P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

SAPO 촉매를 사용한 바이오매스 구성성분의 촉매열분해

노동훈,이형원,( Pouya Sirous Rezaei ),( Hoda Shafaghat ),박영권 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1

바이오매스는 풍부한 탄소원으로 화석연료를 대체하여 환경친화적 에너지로 사용이 가능하며 화학원료 물질 생산을 위한 중요한 자원이다. 바이오매스를 전환하는 열적 전환 방법 중 열분해는 무산소 조건에서 바이오매스를 열적으로 분해하여 바이오오일을 생산하는 방법이다. 그러나 열분해를 통해 얻어진 바이오오일은 산소의 함유량이 높고 낮은 pH 등 불안정한 특성을 지니고 있으므로 고품질화가 필요 하다. 바이오오일의 고품질화를 위한 촉매열분해에는 auminosilicate 계열의 제올라이트 촉매가 주로 사용되었으나 화학물질 전환 및 개질에 효과적이라고 알려진 SAPO-11 (silicoaluminophosphate)는 거의 보고되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 micro reactor인 pyrolyzer-GC/MS를 이용한 SAPO-11에서의 바이오매스 구성성분 (리그닌, 헤미셀룰로오스)의 촉매열분해를 수행하였다. 바이오매스 구성성분의 촉매열분해에서 촉매/바이오매스의 비율을 최적화하였다. ^**본 연구는 2015년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다. (No. 20153030101580)

고체산 촉매를 사용한 크라프트 리그닌의 촉매열분해

노동훈,이형원,( Pouya Sirous Rezaei ),( Hoda Shafaghat ),박영권 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1

리그닌은 두번째로 풍부한 바이오매스 구성성분이며 지구상에서 non-fossil organic carbon 중 약 30%를 차지한다. 또한 coniferyl, coumaryl, sinapyl alcohol로 이루어져있는 리그닌은 자연에서 얻을 수 있는 우수한 aromatic resource로 연료나 chemicals을 생산할 수 있다. 바이오매스의 전환 방법 중 열분해를 통해 얻은 바이오오일은 낮은 발열량, 산도 등의 문제로 그대로 사용이 어렵기 때문에 촉매열분해를 통한 바이오오일의 개질이 필요하다. 촉매열분해를 통한 바이오오일의 개질에서 촉매의 개질 능력과 함께 비활성화도 중요한 요소이다. 특히 리그닌의 촉매열분해에서 촉매의 비활성화가 활발한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 fixed bed reactor에서 ZSM-5를 이용한 리그닌의 촉매열분해를 수행하였으며 상대적으로 저가의 산촉매인 natural zeolite 및 폐 FCC를 additive로 사용하여 coke 저감 및 aromatics 생성에 미치는 효과를 확인하였다. ^**본 연구는 2015년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행안 연구 과제입니다. (No. 20153030101580)

벤치 규모 고정층 반응기를 이용한 다양한 리그닌의 열분해 공정 최적화

황유진,정재훈,박영권,( Pouya Sirous Rezaei ) 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

현대 사회의 지구 온난화 문제를 해결하기 위해 제시된 다양한 방법 중 하나는 대체 에너지원의 개발이다. 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 주목 받고 있는 lignocellulosic biomass는 열화학적 전환 공정 중 열분해를 통해 대체 연료인 바이오 오일을 생산할 수 있다. Lignocellulosic biomass를 구성하는 요소 중 하나인 리그닌은 구조적 특징에 의한 낮은 반응성과 열분해 시 agglomeration 현상 때문에 연구가 많이 진행되지 않고 있다. 본 연구에서는 리그닌 열분해를 통해 효과적으로 고부가가치 물질을 추출하기 위해 다양한 방식으로 만들어진 리그닌들을 사용하여 다양한 조건들로 실험하여 벤치 규모 고정층 반응기에서 최적의 열분해 조건을 찾는 연구를 진행하였다. ^** 이 성과는 2017년도 정부(과학기술통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2017M1A2A2087674).