Mn-Ce계/TiO₂ 촉매에 의한 아세트산의 습식산화 반응특성 = Catalytic Wet Air Oxidation by TiO₂ Supported Mn-Ce Based Catalysts

국문 초록 (Abstract)

희분식 고온/고압 미분반응기를 이용하여 습식산화 반응시 대표적 난분해성 중간 산화물질로 알려진 아세트산을 산화반응 기질로 하여 여러 가지 담체 및 촉매의 조합에 대한 산화반응성을 실험하였다. 사용된 담체는 다공성 실리카($SiO_2$), 티타니아($TiO_2$), 지르코니아($ZrO_2$), $ZrSiO_4$, $ZrO_2(10wt%)/TiO_2$ 등이었으며 촉매활성성분온 크게 Ru, Mn, Ce의 세 가지로서 단독 혹은 조합사용(2성분계 및 3성분계)시의 산화활성에 대하여 조사하였다. 이를 통하여 일차척인 활성이 우수한 것으로 나타난 $Mn(2.8)-Ce(7.2wt%)/TiO_2$ 혹은 $Ru(0.5)-Mn(2.7)-Ce(6.8wt%)/TiO_2$ 기준촉매의 활성증진을 위하여 p-type 반도체 물질(CoO, SnO 및 $Ag_2O$)를 첨가제로 소량 사용함으로써 이에 따른 습식산화 반응 상대 활성실험을 수행하였다. 우선, $Mn-Ce/TiO_2$ 기준촉매에 있어서, p-type 반도체 물질(CO, Sn Ag)을 첨가한 경우, 모두 활성증진효과를 보이며 크기 정도는 Co> Ag >Sn순이었다. 특히, $Mn(2.7)-Ce(6.8)-Co(0.5wt%) /TiO_2$에 있어서는 약 2.6배의 높은 활성상승이 나타났다. 이의 가시적인 주원인은 표면적 증가 및 시너지 효과에 기인하는 것으로 판단되었다. $Ru-Mn-Ce/TiO_2$ 기준 촉매에 있어서는 $Ru(O.5)-Mn(2.4)-Ce(6.1)-Co(1.0wt%)/TiO_2$에서만 활성증진효과를 보였으며 그 이외의 다른 경우에 있어서는 표면적 및 활성감소가 일어났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Catalytic wet air oxidation of acetic acid over Mn-Ce based catalysts deposited on various supports ($SiO_2$, $TiO_2$, $ZrO_2$), $ZrSiO_4$, $ZrO_2(10wt%)/TiO_2$) have been carried out in high pressure microreactors. Also, promotional effects by small addition(O.5~1.0 wt%) of p-type semiconductors (CoO, $Ag_2O$, SnO) have been investigated. From the screening tests for initial activity ranking, both Mn(2.8)-Ce(7.2 wt%) and Ru(O.4)Mn(2.7)-Ce(6.9 wt%) supported on $TiO_2$ were selected as the promising reference candidates. In $Mn-Ce/TiO_2$ reference catalyst, addition of small amount of each p-type semiconductor (Co, Sn and Ag) resulted in activity promotional effect and the degree of the increase was in the following order: Co> Ag > Sn. Especially, $Mn-Ce/TiO_2$ promoted with 0.5 wt% Co gave the 2.6 folds activity increase compared to the reference case attributing to the surface area increase as well as synergy effect. In $Ru-Mn-Ce/TiO_2$ reference catalyst, only Co(1.0 wt%) promoted case showed a little reaction rate increase.