펜타실형 제올라이트의 합성기구 및 촉매성능에 관한 연구

Abstract

펜타실형 제올라이트 의 결정형성 기구와 반응특성에 관하여 연구 하였다. 기존의 합성방법이 아닌 100℃ 이하 상압합성 조건에서 결정형성 초기의 진화과정을 잘 관찰할 수 있었는데, 지금까지 알려진 바가없는 Clean Amorphous Lamellae 로 형성되는 고체상 내에서 Solid-Solid 변환에 의해 핵화 및 결정화가 진행되었다. 고체상에서 형성된 이들 결정은 대단히 Siliceous 하였다. Al 은 나중에 Al-rich amorphous 상으로부터 용액으로 용해되어 제올라이트 결정표면에서 결정성장에 참여하였다. 반응특성 분석을 위해 n-펜탄을 반응물로 하여 HZSM5 및 (H,Ni)ZSM5 상에서 반응시켰다. 두 촉매 모두 Bronsted 산점이 기여해서 만들어지는 것으로 보이는 $CH_4$ 및 $H_2$ 를 초기반응 생성물로 생성하였다. (H,Ni)ZSM5 촉매는 Lewis 산점이 기여하기 때문으로 생각되어 지는, 상대적으로 높은 활성과 높은 Aromatics (특히 BTX 및 $C_9$ aromatics) 선택성을 보였다. 또한, (H,Ni)ZSM5 가 HZSM5 보다 많은 $H_2$를 생성하는데 이는 Ni 이온의 환원 작용에 의한 "Reverse Spillover" 작용때문으로 사료되며, 상기 두 촉매들에 대한 반응 네트워크, 초기반응 선택도, OPE curves, Kinetics 를 연구하였다. 기존의 합성법이 아닌 상압합성 조건에서도 Nickelosilicate 의 합성은 가능하였으나 Si/Ni 비 가 적을수록 일부 결정 격자내에 참여하지못한 Ni 가 존재함을 분해반응 및 수첨분해 반응을 통해서 알 수 있었다. Nickelosilicate 의 결정구조, 열 분석, 결정 Morphology 등의 분석등은 ZSM5 제올라이트와 거의 유사한 특성을 보였다.