4.4.2 함침법으로 제조한 촉매의 활성과 특성분석

함침법과 졸-겔법으로 제조한 Cat. A, D 촉매의 CO 전환율과 O2 소비율, 선택도를 Fig. 19, 20, 21에 나타내었다. 실험은 앞 절에서 언급된 조건에서 동일하게 수행하였다.

Fig. 19에서 반응온도 150℃이상에서 함침법으로 제조한 Cat. A는 약 80%의 가장 높은 CO 전환율을 보였고, 졸-겔법으로 제조한 Cat. D는 약 90%의 가장 높은 CO 전환율을 보임을 확인하였고, Fig. 21의 선택도는 큰 차이를 보이지 않았지만 함침법으로 제조한 Cat. A에 비해 졸-겔법으로 제조한 Cat. D가 비교적 높았다. Fig. 20에서 함침법으로 제조한 Cat. A가 O2 소비율이 졸-겔법으로 제조한 Cat. D보다 더 많음을 볼 수 있는데 이는 CO 산화반응 후 남은 O2가 기타 반응에 사용된 것으로 생각되어진다.

Cat. A와 Cat. D의 SEM을 통한 촉매의 표면 상태를 Fig. 22에 나타내었다. 졸-겔법으로 제조한 촉매는 함침법으로 제조한 촉매보다 입자 크기는 더 큰 것을 확인할 수 있었지만 촉매에 많은 기공들을 확인할 수 있었다. 이에 따른BET를 통한 비표면적을 Table 8에 나타내었다. Cat. A의 비표면적은 197 m2/g이고, Cat. D는 292 m2/g로서 SEM사진에 확인 할 수 있듯이 함침법으로 제조된 촉매가 결정크기는 졸-겔법으로 제조된 촉매에 비해 작았지만 SEM사진으로 확인된 Cat. D의 많은 기공에 의해 비표면적이 더 넓음을 확인 할 수 있었다.

제조방법에 따른 촉매들의 담지상태에 따른 흡착과 탈착능을 알아보기 위해서 승온 탈착 실험(temperature programmed desorption)을 수행하였다. Fig. 23에서 보면 졸-겔법으로 제조한 촉매는 140℃ 부근에 탈착피크가 보이고 함침법으로 제조한 170℃에서 탈착피크를 보여 함침법으로 제조된 촉매보다 30℃에서 먼저 탈착피크를 보인 졸-겔법으로 제조된 촉매가 더 좋은 활성을 보였으므로 촉매의 약한 CO 흡착세기가 CO의 산화반응에서 유리함을 확인 할 수 있었다.[33]

XRD를 통한 Cat. D의 결정구조 차이를 Fig. 24에 나타내었다. 분석결과 CeO2의 특성피크만 보이고, Cu에 해당하는 피크, 즉 금속상태의 Cu나 Cu 산화물의 피크는 전혀 나타나지 않았다. Cu에 해당하는 피크가 XRD분석결과 나타나지 않은 것은 CuO와 CeO2가 고용체를 이루거나, Cu가 CeO2에 아주 미세하게 고분산 됨으로써 XRD피크에 나타나지 않은 것으로 생각된다[16,17].

 

Fig. 19. CO conversions for catalysts prepared by different methods.

 

 

Fig. 20. O2 consumptions for catalysts prepared by different methods.

 

 

 

 

Fig. 21. Selectivities for catalysts prepared by different methods.

 

 

Fig. 22. Comparison of SEM images of Cu-Ce oxide catalysts prepared by impregnation and sol-gel methods. (calcined at 500℃ for 5 hr)

 

Table. 9. Comparison of surface areas of mixed oxide catalysts prepared by impregnation and sol-gel methods. (Catalyst calcined at 500℃ for 5 hr)

 

BET Surface Area	Cu-Ce/ɤ-Al2O3	Cu-Ce oxide catalyst (Sol-Gel method)
㎡/g	197	292

 

 

Fig. 23. CO-TPD curves of Cu-Ce oxide catalysts prepared by impregnation and sol-gel methods. (calcination temp.= 500°C)

 

Fig. 24. XRD patterns of Cu-Ce oxide catalysts prepared by sol-gel methods. (calcination temp.= 500°C).