철 촉매를 이용한 메탄 분해를 통한 수소 생산 - 김한봄; 박은덕 (에너지공학, 2022)
메탄의 직접 분해기술은 이산화탄소를 발생하지 않으면서 수소와 탄소를 제조할 수 있는 기술로 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 반응 온도를 낮추기 위하여 질산 철(Fe(NO3)3·9H2O)을 소성하여 제조한 철 산화물(Fe2O3) 촉매와 질산 철과 규산나트륨으로부터 침전법을 이용하여 제조한 FeOx-silica 촉매를 이용한 메탄 직접 분해연 구를 수행하였다. 제조한 촉매는 질소 물리흡/탈착, X-선 회절, 수소 승온 환원, 전계 방출형 주사전자현미경/에 너지 분산형 X-선 분광 실험을 통하여 분석하였다. 메탄 직접 분해 반응에서 900℃에서 확인한 수소 발생량은 FeOx-silica 촉매의 경우 시간에 따라서 감소하는 반면 Fe2O3 촉매는 유지되는 결과를 보였다. 반응 후 회수한 촉매를 분석한 결과 Fe2O3 촉매는 Fe와 Fe3C와 같은 철 화합물이 확인되었으며 FeOx-silica 촉매는 Fe2SiO4가 유일한 철 화합물로 관찰되었다. 상대적으로 저온 영역인 700℃에서 Fe2O3 촉매는 기존 문헌에서 보고된 침전법 으로 제조된 경우와 유사한 수소 생성 속도를 보임을 확인할 수 있었으며 X-선 회절 분석을 통하여 흑연 형태의 탄소가 생성되고 주사전자현미경을 이용한 표면 분석을 통해 탄소가 표면에 골고루 분포함을 확인할 수 있었다.
Keywords: 메탄 분해; 수소; 촉매; 철; Methane decomposition; Hydrogen; Catalyst; Iron