Ni 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12928(2023) 이 기사 인용

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바이오가스는 유망한 재생에너지원으로 널리 알려져 왔습니다. 최근 합성가스와 탄소나노튜브의 동시 생산을 위해 이종 촉매를 통한 바이오가스의 직접 전환은 큰 이점과 함께 바이오가스의 완전한 활용 가능성을 보여줍니다. 메탄의 건식 개질과 메탄의 촉매 분해가 결합된 공정의 효율성은 주로 탄소 침적에 의해 발생하는 촉매 활성/안정성에 크게 좌우됩니다. 본 연구에서 Ni-Mo 촉매는 평생 성능을 제공하고 결합 공정에서 높은 활성을 수행하도록 설계되었습니다. 바이오가스의 직접 전환을 위한 반응성 및 촉매 안정성을 향상시키면서 탄화물 촉매를 생산하기 위해 제어된 침탄 전처리에 의한 촉매의 표면 개질이 처음으로 제안되었습니다. 준비된 탄화물 촉매의 성능을 산화물 및 금속 촉매와 비교하여 조사합니다. 그 결과, Ni-Mo2C 촉매는 응축된 나노카본이 크게 성장하여 표면을 덮었음에도 불구하고 다른 촉매에 비해 우수한 활성과 안정성을 나타냈다. 또한, 최대 82%의 CH4 전환과 93%의 CO2 전환이 48,000 cm3 g−1 h−1의 순수 바이오가스의 고유량 유입 흐름 하에서 3시간의 전체 테스트 기간 동안 800°C에서 거의 일정하게 유지될 수 있었습니다. . 촉매의 XPS 스펙트럼은 촉매 표면에 Mo2C 종의 존재가 촉매의 안정성과 반응성을 촉진하여 장기간에 걸쳐 탄소나노튜브의 생산성을 높일 수 있음을 확인했습니다.

세계 인구의 급격한 증가와 급격한 산업 변화는 총 에너지 수요가 기하급수적으로 증가하는 주요 원인으로 간주됩니다. 실제로 전 세계 에너지 공급의 상당 부분이 화석 연료 연소에 의해 지배되고 있으며, 이는 CO2 배출의 중요한 원인 중 하나이며 환경 문제로 이어질 것으로 예상됩니다. 한편, 수소는 에너지 운반체이자 기존 화석 연료의 소비를 줄일 수 있는 잠재적인 연료로서 전 세계적으로 더욱 인정을 받고 있습니다. 또한 연료 전지 기술의 지속 가능한 개발을 위한 무공해 솔루션을 제공합니다1,2,3. 현재 증기 개질, 부분 산화, 석탄 가스화, 탄화수소 열분해 등과 같은 수소 생산을 위해 제안된 실현 가능한 경로가 많이 있습니다4,5,6,7. 전통적인 재생에너지 생산과는 별개로, Eq.에서 메탄의 건식 개질(DRM)이 있습니다. (1)은 점점 더 많은 연구가 진행되고 있으며 바이오가스를 활용하고 합성가스 혼합물(H2 + CO)을 생산하는 가장 매력적인 방법입니다. 이는 특히 두 가지 주요 온실가스 감소로 인해 H2/CO 비율이 1.0에 가까운 합성가스를 제공할 수 있기 때문입니다8,9.

Ru, Rh, Ir, Pd 및 Pt와 같은 그룹의 활성 금속은 DRM에서 코크스 형성에 대한 높은 저항성과 함께 우수한 반응성과 안정적인 성능을 수행하는 것으로 밝혀졌습니다. 한편으로, 이러한 귀금속 촉매의 비경제적인 비용과 제한된 가용성으로 인해 상업용 확장 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 반면, 지원되는 Ni 기반 촉매는 저렴한 가격과 귀금속 촉매에 필적하는 활성으로 인해 훨씬 ​​바람직하게 제안됩니다. 그럼에도 불구하고 주로 개질 공정에서 발생하는 탄소 중독에 의해 영향을 받는 활성상의 비활성화는 이러한 개질 촉매의 주요 단점입니다. 이와 관련하여 대부분의 연구는 촉매 표면에 원치 않는 탄소질 침전물을 방지하는 방법에 중점을 두고 수행되었습니다. 이전 연구에서 우리는 증착된 탄소를 탄소 나노튜브(CNT)와 같은 귀중한 나노물질로 변환함으로써 이러한 중대한 우려를 극복하기 위한 효과적인 접근 방식을 성공적으로 제안했습니다. 이는 그림과 같이 메탄의 촉매 분해(CDM) 반응과 함께 동시에 촉진될 수 있습니다. 방정식에서. (2). 결과는 바이메탈 Ni-Mo/MgO 촉매의 사용이 메탄의 건식 개질 사이의 통합 공정을 통해 바이오가스를 H2가 풍부한 합성가스 및 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)로 전환하는 데 있어 800°C에서 촉매적으로 뛰어난 성능을 나타냄을 보여주었습니다. 그리고 메탄의 촉매 분해. 그럼에도 불구하고 장기적인 실용적인 관점에서 볼 때 CH4 및 CO2 반응률의 큰 하락은 분명해 보였습니다. 이러한 분해 거동은 20시간 동안 수행하는 동안 촉매 비활성화로 설명할 수 있습니다. 따라서, 가격이 저렴하고, 품질이 우수하며, 장기간 견딜 수 있는 촉매를 더욱 개발하고자 하는 요구가 있다.