카드뮴 첨가된 α형 산화철에 의한 일산화탄소의 촉매산화 반응연구 = Oxidation Kinetics and Mechanisms for Carbon Monoxide over α-Ferric Oxide doped with Cadmium

국문 초록 (Abstract)

α형 산화철에 카드뮴을 4mol%, 8mol% 및 12mol%로 각각 첨가시켜 외성영역의 특성을 갖는 산화물들을 제조하였다. 이 산화물들을 촉매로한 일산화탄소의 산화반응 속도론적 연구를 통하여 본산화물의 결함구조, CO 산화반응에 대한 촉매성 및 불순물 첨가효과등을 조사하였다. 또한 450℃에서 O_2 및 CO를 여러압력으로 도입시켜 Cd-doped α-Fe_2O_3의 전기전도도를 측정하고 이를 반응속도론적 데이타와 결부시켜 본산화물상에서 CO 의 산화반응 메카니즘과 율속단계를 제안하였다. 반응온도범위 350~460℃에서 산출된 활성화에너지는 10.1~11.3kcal.mol^-1이었다.
CO_2흡착에 의한 CO산화반응의 억제효과는 본실험의 반응온도 영역인 350~460℃에서는 나타나지 않았으며 CO 산화반응의 전반응속도 차수는 1.5차로서 일산화탄소에 대해서는 1차, 산소에 대해서는 0.5차임이 밝혀졌다. 반응속도론적 데이타와 전기전도도 데이타에 의해 본촉매의 활성은 카드뮴도프로 인해 생성된 산소공위(Vo"-2e^-)에 기인한 것이었다. 카드뮴의 첨가량이 증가할수록 반응속도는 증가하였으나 12mol% 이상의 카드뮴이 첨가된 산화철상에서는 반응속도가 크게 증가하지 않는 것으로 나타났다. CO와 O_2는 근본적으로 화학흡착하며 CO의 흡착자리는 격자산소(O^-2_(latt))와 기흡착원산소 (O^-_(ads)), 그리고 O_2의 흡착자리는 산소공위(Vo"-2e^-)로 밝혀졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The α-Ferric oxide containing 4, 8, and 12mol% with cadmium were prepared. The oxidation rates of carbon monoxide in the presence of these oxide systems were measured to investigate the defect structure, the catalytic activity for the oxidation of carbon monoxide, and the impurity effect. The conductivity was also measured at 450℃ under the various pressures of oxygen and carbon monoxide. From the agreement between the kinetic and conductivity data, the oxidation mechanism of carbon monoxide and the rate determining step on this oxide catalyst were suggested. In the temperature range from 350 to 460℃, the calculated activation energy for the CO oxidation over Cd-doped α-Fe_2O_3 systems were 10.1∼11.3kcal·mol^-1. The inhibition by an adsorbed CO_2 during the CO oxidation was not observed in the above temperature range. The overall reaction order for the CO oxidation is 1.5; the first order with respect to CO and the one-half order with respect to O_2. The catalytic activity of this oxide system is due to oxygen vacancies induced by Cd-doping. The oxidation rates increase with increasing the amount of dopant and above 12mol%, however, don't highly increased. CO and O_2 are essentially chemisorbed as ions and the adsorption sites for CO are the lattice oxygens (O^2-_(latt)) and prechemisorbed oxygens (O^-_(ads)), the adsorption site for O_2 is the oxygen vacancies (Vo¨-2e^-).