중형기공성 알루미나-란타나 복합 산화물 제로젤 담체에 담지된 니켈-코발트 이종금속 촉매, 그 제조 방법 및 상기 촉매를 이용한 에탄올의 수증기 개질 반응에 의한 수소 가스 제조 방법
A nickel-cobalt bimetallic catalyst supported on mesoporous alumina-lanthana mixed oxide xerogel support, preparation method thereof, and production method of hydrogen gas by steam reforming of ethanol using said catalyst
특허 요약
본 발명은 중형기공성 니켈-코발트/알루미나-란타나 제로젤(xerogel) 촉매, 그 제조 방법 및 상기 촉매를 이용한 에탄올의 수증기 개질 반응에 의한 수소 가스 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에탄올의 수증기 개질 반응에 의한 수소 가스 제조에 사용되고, 수계 용액 상에서 에폭사이드(epoxide) 계 화합물을 이용하여 알루미늄 및 란탄 전구체의 겔(gel)화 반응을 유도한 뒤 건조 및 열처리 과정을 통해 얻어진 중형기공성 알루미나-란타나 제로젤 담체에 니켈 및 코발트를 습윤 함침하는 방법으로 제조되며, 기공이 2 내지 50 nm 범위이고, 상기 촉매의 란탄/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위이며, 니켈의 담지량이 담체 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 50 중량% 범위이며, 코발트의 함량이 알루미나-란타나 담체 상의 니켈 중량을 기준으로 하여 코발트/니켈의 중량비가 0.1 내지 2인인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-코발트/알루미나-란타나 제로젤 촉매, 그 제조 방법 및 상기 촉매를 이용한 에탄올의 수증기 개질 반응에 의한 수소 가스 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 종래의 니켈계 촉매에 비해 높은 에탄올 흡착량을 가지는 촉매를 제조할 수 있으며, 본 촉매를 에탄올의 수증기 개질 반응에 적용하여 고순도의 수소 가스를 장시간 동안 효율적으로 제조할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

에탄올의 수증기 개질 반응에 의한 수소 가스 제조에 사용되며, 기공이 2 내지 50 nm 범위이고, 알루미늄-란탄 복합 산화물 제로젤 담체에 담체 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 50 중량% 범위로 니켈이 담지된 형태이며, 담체를 구성하는 란탄과 알루미늄의 경우 란탄/알루미늄 원자비가 0.01 내지 0.5 범위이고, 코발트의 담지량은 알루미나-란타나 담체 상의 니켈 중량을 기준으로 하여 코발트/니켈의 중량비가 0.1 내지 2인인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-코발트/알루미나-란타나 제로젤 촉매.

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에탄올 수증기 개질 반응에 사용되는 상기 제1항의 촉매 제조방법에 있어서, ⅰ) 수계 용매에 알루미늄 및 란탄 전구체를 용해시키고 교반시킴으로써 알루미늄 및 란탄 이온을 수화시키는 단계;ⅱ) 상기 용액에 에폭사이드(epoxide)계 화합물을 주입하여 수화된 알루미늄 및 란탄 이온에 수산화기(hydroxyl group)가 생기게 함과 동시에 이들 간의 축합 반응을 진행하여 알루미늄과 란탄을 포함한 습윤 겔을 얻는 단계;ⅲ) 상기 습윤 겔을 상온에서 숙성시키고 건조 및 열처리하여 중형기공성 알루미나-란타나 복합 산화물 제로젤 담체를 제조하는 단계;ⅳ) 상기 중형기공성 알루미나-란타나 제로젤 담체에 니켈 및 코발트 전구체 용액을 함침하는 단계 및;v) 상기 니켈 및 코발트가 함침된 중형기공성 알루미나-란타나 제로젤 담체를 열처리하는 단계를 포함한 중형기공성 니켈-코발트/알루미나-란타나 제어로젤 촉매의 제조 방법.

3

제 2항에 있어서,상기 알루미늄 전구체로는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(aluminum nitrate nonahydrate), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(aluminum chloride hexahydrate), 알루미늄 플루오라이드 트리하이드레이트(aluminum fluoride trihydrate), 알루미늄 포스페이트 하이드레이트(aluminum phosphate hydrate) 및 알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이고,상기 란탄 전구체로는 란탄 나이트레이트 헥사하이드레이트(lanthanum nitrate hexahydrate), 란탄 클로라이드 헵타하이드레이트(lanthanum chloride heptahydrate) 및 란탄 아세테이트 하이드레이트(lanthanum acetate hydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이며,상기 니켈 전구체로는 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(nickel nitrate hexahydrate), 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트(nickel chloride hexahydrate), 니켈 아세테이트 테트라하이드레이트(nickel acetate tetrahydrate) 및 니켈 브로마이드 하이드레이트(nickel bromide hydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이며,상기 코발트 전구체로는 코발트 나이트레이트 헥사하이드레이트(cobalt nitrate hexahydrate), 코발트 아세테이트 테트라하이드레이트(cobalt acetate tetrahydrate) 및 코발트 클로라이드 헥사하이드레이트(cobalt chloride hexahydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이며,상기 에폭사이드계 화합물로는 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide) 및 1,2-에폭시부탄(1,2-epoxybutane) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-코발트/알루미나-란타나 제어로젤 촉매의 제조 방법.

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제 1항의 촉매 존재 하에 300-900 oC의 반응 온도에서 에탄올/수증기의 몰 비가 1/15 내지 1/3 범위인 혼합가스를 공간속도 1,000-500,000 ml/hg-촉매로 흘려주면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 에탄올 수증기 개질 반응을 통한 수소 가스 제조 방법.