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SUMMARY
CONTENTS
목차
I. 복합금속을 이용한 고밀도 수소 저장재 개발 30
제1장 서론 32
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질 32
제2절 수소 저장 합금 33
제2장 국내외 기술개발 현황 34
제1절 국내현황 34
제2절 국외현황 34
제3장 이론적 고찰 36
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질 36
제2절 수소 저장 합금 40
1. AB5형(이미지참조) 41
2. AB₂형 41
3. A₂B형 41
4. AB 형 42
5. BCC 고용체 42
6. 합금의 수소 저장 반응 42
제4장 실험 44
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질 44
1. 합성 원료 및 합성 방법 44
2. 수소 방출량 측정 및 특성 분석 45
제2절 수소 저장 합금 46
1. 수소 저장 합금의 제조 46
2. 수소 저장량 측정 및 특성 분석 47
제5장 결과 및 고찰 49
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질의 합성 및 수소 방출 결과 49
1. Alanate 계 수소 저장 물질 합성 방법에 따른 합성 결과 49
2. Alanate 계 수소 저장 물질의 수소 방출 특성 51
3. Alanate 계 수소 저장 물질의 수소 저장 가역성 실험 56
제2절 수소 저장 합금의 합성 및 수소 방출 결과 57
1. 제조 방법에 따른 영향 57
2. 합금 조성에 따른 영향 61
3. 수소 저장 합금의 수소 저장 특성 결과 62
제6장 결론 66
참고문헌 67
II. 일산화탄소 수성반응(WGS)용 기능성 금속 필터시스템 개발 68
제1장 연구개발 목적 70
제1절 연구개발 목적 및 필요성 70
제2장 연구개발 목표 및 연구내용 72
제1절 연구개발 목표 72
제2절 연구내용 및 추진전략 73
1. 연구개발 내용 73
2. 연구개발 추진전략 74
제3장 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 76
제1절 연구개발 결과 76
1. WGS용 촉매 제조 76
가. 문헌 조사 76
나. 실험 결과 77
1) Pt-Ru/TiO₂촉매 77
2) Pt/CeOx 촉매 81
2. 금속필터 85
가. 문헌 조사 85
나. 실험결과 86
1) 니켈 나노필터 특성 86
2) 니켈 나노필터의 공기 투과도 88
3) 니켈 나노필터의 필터링 특성 88
4) 니켈 나노필터의 고온 안정성 확보 89
제2절 연구결과의 활용 92
참고문헌 93
III. CO 선택산화용 막반응기 기술 개발 94
제1장 서론 96
제1절 개요 96
제2절 연구목표 및 내용 98
제2장 국내외 기술개발 현황 100
제1절 국외 CO 선택산화 막반응 기술 현황 100
제2절 국내 CO 선택산화 막반응 기술 현황 103
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 104
제1절 제올라이트 분리막 합성 104
제2절 제올라이트 분리막 분리성능 108
제4장 결론 112
참고문헌 113
IV. 경질탄화수소 탈황기술 개발 116
제1장 경질탄화수소 탈황기술 소개 118
제1절 기존 탈황기술 소개 118
1. 경질탄화수소 탈황의 필요성 118
2. 경유 및 가솔린에 포함된 황화합물 제거 120
3. 도시가스에 포함된 황화합물 제거 122
제2절 본 연구 목표 및 연구 추진 체계 123
제2장 니켈담지 중형다공성 실리카를 이용한 경유 탈황 124
제1절 서론 124
제2절 실험방법 124
1. 니켈담지 흡착제 제조 124
2. 황화합물 파과실험 조건 125
3. 흡착제 특성분석법 127
제3절 실험 결과 및 토의 127
1. 담체 특성 조사 127
2. 제조법에 따른 황화합물의 흡착 특성 변화 128
제4절 결론 139
제3장 흡착제를 이용한 도시가스 내 황화합물 제거 140
제1절 서론 140
제2절 실험 방법 140
1. 흡착제 제조 140
2. 파과실험을 통한 황화합물 흡착량 측정 140
제3절 실험 결과 및 토의 142
1. 철이온이 교환된 BEA의 도시가스 흡착 탈황 142
2. 활성탄의 도시가스내 황화합물 제거 144
제4절 결론 145
제4장 결론 및 향후 계획 146
제1절 결론 146
제2절 향후계획 146
참고문헌 147
서지정보양식 149
〈표 2-1〉 각국의 수소에너지 제조, 저장 및 이용 기술 개발 동향 및 연구비 투자 계획 35
〈표 3-1〉 여러 가지 alanate 물질의 이론적 수소 저장량 39
〈표 3-2〉 수소 저장 합금으로 사용되는 금속간 화합물 40
〈표 4-1〉 합금제조에 사용되는 금속의 특성 46
〈표 5-1〉 제조 방법에 따른 질량비 및 원자비 60
〈표 5-2〉 Ti-V-Cr계 합금에 Mn을 치환한 4원계 합금의 조성 65
〈표 3-1〉 Pt-Ru/TiO₂catalysts의 표면적 및 금속입자 크기 77
〈표 3-2〉 합성된 CeOx 지지체의 표면적 81
〈표 3-3〉 합성된 ceria 지지체의 XRD 데이터로부터 계산된 Primary crystallite size 82
〈표 3-4〉 CO 제거에 대한 전환율, WGS/MTN 선택도 85
〈표 3-5〉 니켈 나노필터의 제조 조건 및 특성 87
〈표 3-6〉 니켈 및 알루미나로 코팅된 나노필터의 제조 조건 및 공극특성 89
〈표 3-1〉 합성된 faujasite 제올라이트 분리막의 기체 투과도 109
[그림 3-1] 금속ㆍ수소계의 PCT 특성 곡선 43
[그림 4-1] Electric furnace 장치 46
[그림 5-1] Ball milling 법으로 제조된 Mg-alanate의 시간에 따른 XRD patterns 49
[그림 5-2] Metathesis 법으로 제조된 Mg-alanate의 XRD patterns 50
[그림 5-3] Ball milling 법으로 제조된 Mg-alanate의 수소 방출 특성 52
[그림 5-4] Metathesis 법으로 제조된 Mg-alanate의 수소 방출 특성 53
[그림 5-5] 수소 방출 후의 Mg-alanate의 XRD pattern 53
[그림 5-6] Ball milling 법으로 제조된 Mg-alanate의 Ti doping에 따른 수소 방출 특성 54
[그림 5-7] Metathesis 법으로 제조된 Mg-alanate의 Ti doping에 따른 수소 방출 특성 55
[그림 5-8] Mg-alanate의 재생 실험 57
[그림 5-9] 제조 방법에 따른 Ti-V 계 합금의 XRD Patterns 58
[그림 5-10] Ball milling 법으로 제조된 Ti-V 계 합금의 SEM image 및 EDAX pattern 59
[그림 5-11] furnace 법으로 제조된 Ti-V 계 합금의 SEM image 및 EDAX pattern 60
[그림 5-12] 아크 용해법으로 제조된 Ti-V 계 합금의 SEM image 및 EDAX pattern 60
[그림 5-13] Cr의 원자비에 따른 Ti-V-Cr 계 합금의 XRD patterns 61
[그림 5-14] V의 원자비에 따른 Ti-V-Cr 계 합금의 XRD patterns 62
[그림 5-15] 제조 방법에 따른 Ti-V 계 수소 저장 합금의 수소 저장 특성 63
[그림 5-16] Cr의 원자비에 따른 Ti-V-Cr 수소 저장 합금의 수소 저장 특성 64
[그림 5-17] V의 원자비에 따른 Ti-V-Cr 수소 저장 합금의 수소 저장 특성 64
[그림 5-18] Ti-V-Cr 계 합금에 Mn을 치환한 시료의 수소 저장 특성 65
[그림 2-1] 기능성 금속 필터의 구성도 72
[그림 3-1] Scanning Transmission Electron Microscope 이미지 77
[그림 3-2] Pt[2]/TiO2 촉매의 DRIFTS(a,b,c,d ; 건조조건,e,f,g,h ;습윤조건) 78
[그림 3-3] 150 ℃에서 Pt-Ru/TiO₂촉매들의 DRIFTS(a,b,c,d ; 건조조건,a,‘b‘,c,‘d‘ ;습윤조건) 79
[그림 3-4] Pt-Ru/TiO₂촉매에서의 CO 전환율 비교 80
[그림 3-5] pt[2]/TiO₂와 Pt[1.5]-Ru[0.5]/TiO₂촉매에서 Steam/CO ratio에 따른 CO 전환율 비교 80
[그림 3-6] Pt-Ru/TiO₂ 촉매에서의 CO 전환율 비교 80
[그림 3-7] CeOx 파우더의 XRD 패턴 82
[그림 3-8] Pt/ceok 촉매의 XRD 패턴 82
[그림 3-9] CeOx 파우더의 H₂-TPR 83
[그림 3-10] Pt/ceox 파우더의 H₂-TPR 83
[그림 3-11] Pt/ceria 촉매에 대한 온도에 따른 전환율 84
[그림 3-12] 제조된 니켈 나노필터 87
[그림 3-13] 니켈 나노필터 및 Mott사의 SS316(0.2㎛)의 표면 SEM 분석사진 87
[그림 3-14] 니켈 나노필터 및 Mott사의 SS316L (0.2㎛)의 압력강하에 따른 공기투과도 88
[그림 3-15] CN02445 및 CN04245 나노필터의 필터링 효과 88
[그림 3-16] 니켈 및 알루미나로 코팅된 니켈나노필터 열처리에 따른 SEM분석사진 90
[그림 3-17]니켈(a)및 알루미나로 코팅된(b)니켈 나노필터의 압력강하에 따른 공기 투과 특성 91
[그림 3-18]니켈(a)및 알루미나로 코팅된 (b)니켈 나노필터의 열처리에 따른 공기 투과 특성 91
[그림 1-1] CO 선택산화 막반응 기술의 개념도 98
[그림 2-1] NaY 제올라이트 막의 기체 투과도 온도 의존성[20] 101
[그림 2-2] 촉매 bed식 반응기와 막반응기의 CO 산화속도 비교[20] 102
[그림 3-1] Faujasite 제올라이트 분리막 제조 공정도 104
[그림 3-2] 본 연구에서 사용된 수열용기 사진 106
[그림 3-3] 합성된 faujasite 제올라이트 분리막의 SEM 사진들 107
[그림 3-4] a-알루미나지지체, 종결정 원료, 종결정 코팅된 a-알루미나지지체, 합성된 제올라이트 분리막의 X-선 회절무늬들 107
[그림 3-5] 형성된 Faulasite 제올라이트 분리층의 EDS 스펙트럼 108
[그림 3-6] 분리막 평가용 셀 사진 108
[그림 3-7] 분리막 기체투과 평가장치 사진 109
[그림 3-8] 현재 구축중인 CO 선택산화 막반응 장치 사진 110
[그림 3-9] 금속 지지체 사진 111
[그림 1-1] 수소 가스에 포함된 H₂S 농도에 따른 PEMFC voltage의 변화:전류밀도 0.4 A/cm2, 음극 0.4 mg/cm² PtRu, 양극:0.4 mg/cm² PtHaS 노출은 24시간부터 시작됨[4] 119
[그림 1-2] Cu(I)과 황화합물인 thiophene간의 π-결합 착합체 개념도 [8] 121
[그림 1-3] S-Zorb 공정의 흡착원리[20] 121
[그림 2-1] 황화합물 파과흡착실험을 위한 장치도 126
[그림 2-2] 중형다공성 실리카인 KIT-6와 SBA-15의 X선 회절도 128
[그림 2-3] 니켈 담지량 및 니켈 전구체 함침시 사용된 용매에 따른 니켈담지 중형다공성 실리카 SBA-15 흡착제의 황화합물 파과곡선 (황농도 240 PPmw인 경유 사용):(■) 10 wt% Ni/SBA-15 H20 용매, (●) 20 wt% Ni/SBA-15 H2O 용매, (▲) 10 wt% Ni/SBA-15 THF 용매, ( 129
[그림 2-4] 흡착온도에 따른 니켈담지 중형다공성 실리카 SBA-15 흡착제의 황화합물 파과곡선 (황농도 240 PPmw인 경유 사용):(■) 298 K, (●) 373 K, (▲) 423 K, (▼) 473 K 130
[그림 2-5] 니켈 담지량이 20 wt%로 동일한 경우 니켈입자 담체의 종류에 따른 황농도 240 ppmw인 경유에 대한 황화합물 파과곡선 변화 131
[그림 2-6] 니켈 담지량에 따른 Ni/SBA-15의 투과전자현미경 사진 을 나타낸다(좌:30 wt% Ni/SBA-15, 우:40 wt% Ni/SEA-15] 132
[그림 2-7] 니켈 담지량에 따른 Ni/SBA-15의 X선 회절도 (위:Ni/SBA-15, 아래:Ni/KIT-6) 133
[그림 2-8] 니켈 담지량에 따른 Ni/SBA-15 흡착제의 황농도 240 ppmw 경유에 대한 황화합물 파과곡선 변화 134
[그림 2-9] 니젤 담지량에 따른 Ni/KIT-6 흡착제의 황농도 240 ppmw 경유에 대한 황화합물 파과곡선 변화 135
[그림 2-10] 30 wt% Ni/SBA-15를 흡착제와 황농도가 240 ppmw인 경유를 이용한 제과실험에서 배출 경유의 부피 증가에 따른 황화합물 조성 변화를 확인한 가스크로마토그램 137
[그림 2-11] 30 wt% Ni/SBa-15인 흡착제와 황농도가 11.7 ppmwdls 경유를 이용한 황화합물 파과곡선 138
[그림 3-1] 도시가스 모사가스를 이용한 황화합물 파과흡착실험 장치도 141
[그림 3-2] 황농도가 80ppm인 도시가스 모사가스에 대한 철이온이 교환된 BEA의 황화합물 파과곡선 142
[그림 3-3] 황농도가 80ppm인 도시가스 모사가스에 대한 상용흡착제 TDS-02의 황화합물 파과곡선 143
[그림 3-4] 여러 가지 활성탄들에 대한 표면적과 황화합물 흡착량간의 상관관계 144