메탄올의 촉매연소에 대한 금속-프탈로시아닌의 특성

Characteristics of Metal-Phthalocyanine for Catalytic Combustion of Methanol

본 연구는 상압유통식 반응장치를 이용하여 석유화학공단에서 주로 발생되는 휘발성 유기화합물(volatile organic compound: VOC) 인 methanol의 연소에 대한 다양한 금속-프탈로시아닌의 촉매활성에 관하여 연구하였다. Co-PC의 촉매활성은 air+methanol의 혼합물을 이용하여 전처리한 경우가 air만으로 전처리한 경우보다 더 높았으며, 금속-PC의 촉매활성은 metal free-PC < Zn-PC < Fe-PC < Cu($\alpha$)-PC < Co-PC의 순서 였다. TG/DTA 분석 결과, 금속-PC 의 열분해 용이 성은 metal free-PC < Zn-PC < Cu($\alpha$)-PC < Co-PC < Fe-PC의 순서로 나타었으며, 금속과 프탈로시아닌의 결합특성에 따른 차이로 판단된다. XRD 및 EA 분석결과, 전처리한 후의 Zn-PCS와 metal free-PC는 원래의 결정구조가 거의 유지되었지만, Co-PC, Cu($\alpha$)PC 및 Fe-PC는 원래의 결정구조가 파괴되는 것으로 나타났다. 전처리한 후의 Co-PC는 금속산화물인 $Co_3O_4$의 형태로 존재하였으며, Co-PC의 촉매활성이 가장 우수하였다. Co-PC 상에서 methanol의 촉매연소는 반응물의 농도가 높거나 접촉시간(W/F)이 짧을 경우, 중간생성물로서 HCHO 및 $HCOOCH_3$가 관찰되었다.

The catalytic combustion of methanol as a model volatile organic compound(VOC) was been investigated over metal-phthalocyanine(PC) in a fixed bed flow reactor system. The catalytic activity of Co-PC pretreated with air and methanol mixture at $450^{\circ}C$ and 60 cc/min for 1 hr was very excellent. The order of catalytic activity on methanol combustion was summarized as follows: metal free-PC < Zn-PC < Fe-PC < Cu($\alpha$)-PC < Co-PC. By TG/DTA analysis, the tendency of thermal decomposition was increased as follows: metal free-PC < Zn-PC < Cu($\alpha$)-PC < Co-PC < Fe-PC. Under this pretreatment condition, the basic structures of Co-PC, Cu($\alpha$)-PC and Fe-PC were destroyed, and the new metal oxide such as $Co_3O_4$ from Co-PC was confirmed by EA and XRD analysis. But Zn-PC and metal free-PC were retained its basic structure under this pretreatment condition. On the combustion of methanol over Co-PC, HCHO and $HCOOCH_3$ were observed as an intermediate products in the high concentration of reactant or the short contact time(W/F).