위계다공성 제올라이트 기반 방향족화 촉매에 대한 연구

Abstract

방향족화는 정유 산업에서 가장 중요한 공정 중 하나이다. 방향족화에는 금속 단일기능성 촉매와 금속-산 이중기능성 촉매가 사용된다. Pt/KL은 금속 단일기능성 촉매 중 가장 유명한 촉매이다. Pt/KL은 1차원 기공 구조를 가지기 때문에 채널 내에서 분자 확산 제약이 일어날 수 있다. 이 점은 촉매의 활성과 선택성에서 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 경질 납사의 방향족화 반응에 효과적인 촉매인 GaOx/ZSM-5는 매우 짧은 촉매수명을 가진다. 산업적인 측면에서 촉매의 수명을 연장시키는 것은 굉장히 중요하다. 마이크로기공과 메조기공을 동시에 갖는 위계다공성 제올라이트는 촉매의 성능을 증진시킬 수 있는 좋은 방법 중 하나이다. 위계다공성 제올라이트는 짧은 확산 경로를 갖기 때문에 분자의 확산이 증가한다. 탈알루미늄화와 탈실리카 공법과 같은 합성후 처리법은 위계다공성 제올라이트를 합성하는 경제적인 방법이다. 하지만, KL 제올라이트 같은 경우에는 탈알루미늄화와 탈실리카가 2차 메조기공을 형성시키지 못한다. 또한 탈실리카된 ZSM-5 제올라이트는 코크 형성에 취약한 외피 산점을 많이 함유하게 된다. 이 논문에서는 합성 후 처리법으로 2차 메조기공이 형성된 Pt/KL과 GaOx/ZSM-5 촉매를 합성하였다. 촉매의 특성을 분석하기 위하여 XRD, ICP, 질소 물리흡착, TEM, 수소 화학흡착, 증기 흡착, pyridine과 2,6-ditertbutylpyridine IR과 촉매 반응 실험을 수행하였다. 결과적으로, 2차 메조기공이 형성된 Pt/KL 촉매는 통상적인 Pt/KL 촉매보다 방향족 수율이 높았으며 2차 수첨분해반응을 더 억제하였다. 2차 메조기공이 형성되고 외피 산점이 적은 GaOx/ZSM-5는 보다 긴 촉매수명을 갖는다. 이 결과로부터 위계다공성 제올라이트의 촉매적 성질이 마이크로기공만을 갖는 제올라이트와는 다르다는 것을 확인하였다.