신규 Ni에 의한 열분해 가솔린의 수소화

May 02, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19428(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

열분해 가솔린은 방향족 함량이 높은 올레핀 장치에서 중유 부분의 열분해로 인한 귀중한 부산물입니다. 이러한 방향족 성분을 분리하려면 먼저 본 제품을 수소화시켜야 합니다. 이 기여에서는 제올라이트 금속-유기 골격, 즉 ZIF-8 및 ZIF-67에서 파생된 새로운 나노구조 촉매를 사용하여 수소화 능력을 조사했습니다. Nickle의 뛰어난 수소화 능력으로 인해 ZIF-8 및 ZIF-67의 구조는 현장 합성을 통해 Nickle에 의해 개선되었습니다. 또한, 촉매의 기공 크기와 전자적 특성을 향상시키기 위해 합성된 촉매를 450 °C의 질소 매질에서 열분해했으며, 5가지 촉매 즉 Co/NC, ZnCo/NC, ZnNi/NC, CoNi/NC 및 ZnCoNi /NC가 생성되었습니다. 결과는 CoNi/NC가 다른 것보다 우수한 수소화 성능(총 올레핀 전환율 69.5%)을 나타냄을 나타냅니다. 또한, 탄화 공정을 거치지 않고 합성된 촉매는 이러한 구조에 활성 부위가 없기 때문에 수소화 공정에서 전환이 일어나지 않았다. 현재 합성된 촉매는 높은 표면적과 우수한 전자 특성으로 인해 값비싼 Pt 또는 Pd 기반 수소화 촉매와 경쟁할 수 있습니다.

올레핀 장치에서 중유 부분의 열분해로 인한 귀중한 부산물인 열분해 가솔린(PyGas)에는 여러 가지 용도가 있습니다. 여기에는 BTX와 같은 방향족 탄화수소, 모노 및 디올레핀을 포함한 유도체 및 불포화 성분이 포함되어 있습니다. 또한 PyGas는 일반적으로 옥탄가가 높기 때문에 방향족 생산을 위한 잠재적인 공급원료로 간주될 수 있으며 따라서 가솔린 혼합 원료로 간주될 수 있습니다1,2,3. 그러나 공정에서 PyGas를 계속 사용하려면 검제인 불포화 화학 물질을 안정화하는 것이 필수적입니다. 즉, PyGas의 촉매 수소화는 이러한 화합물을 안정화하는 전통적인 방법이었습니다4,5. 이는 다른 불포화 탄화수소로 포화시키지 않고 저온에서 선택적으로 디올레핀과 알케닐 방향족을 수소화하는 것으로 시작됩니다. 결과 제품은 가솔린 연료 혼합물의 기초로 활용될 수 있습니다. 그 후, 고온에서 남아 있는 황이나 올레핀을 제거하기 위해 방향족 화합물을 완전히 수소화하는데, 이는 공정의 두 번째 단계입니다3,6.

PyGas 수소화는 최근 저렴한 비용, 최소한의 독성 및 지지된 니켈 촉매의 강력한 검 저항성으로 인해 많은 관심을 끌었습니다7,8,9. 그러나 거대한 Ni 집합체로 인해 Ni 단일금속 촉매는 종종 촉매 효율이 떨어지는 문제를 겪고 있습니다. PyGas 수소화 공정은 NiPt10, NiZn11, NiMo12 및 NiCo12를 포함한 다양한 Ni 기반 바이메탈 촉매를 사용합니다. 다양한 산업 공정에서 바이메탈 촉매가 단일 금속 촉매보다 성능이 뛰어날 수 있다는 것이 입증되었습니다13,14,15. Ni 또는 Ru 단일금속 촉매와 비교할 때 NiRu 이중금속 촉매는 다양한 촉매 공정에서 시너지 효과를 갖는 것으로 나타났습니다. 이러한 클러스터 또는 합금은 바이메탈 원자 간의 긴밀한 접촉의 결과입니다.

특히, 최근 몇 년간 MOF(금속-유기 구조) 수소 저장 특성의 발전으로 인해 수소화 촉매 작용이 MOF의 가장 유리한 용도 중 하나가 되었습니다. 화학 산업에서는 수소화 반응이 널리 적용되며, 이러한 공정에서는 효과적인 수소화 촉매가 중요합니다. MOF 재료는 뚜렷한 이점으로 인해 다양한 수소화 공정에 사용될 수 있습니다. 또한, MOF는 고도로 분산되고 중요한 수소 저장 물질에 대한 지지체로 사용될 수 있습니다. 결과적으로, 수소화 촉매작용에서 MOF는 다른 촉매에 비해 이점을 갖습니다. 그러나 모든 MOF 재료가 촉매 수소화에 적합한 것은 아니라는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 연구자들이 그럴듯한 디자인을 제시하려면 모든 MOF 재료의 고유한 특성과 발생하는 다양한 수소화 공정을 고려해야 합니다.