전이금속 산화물 촉매를 이용한 톨루엔 분해

Decomposition of Toluene over Transition Metal Oxide Catalysts

톨루엔은 섬유산업 공정에서 발생하는 주요한 유해성 대기 오염원으로 간주된다. 본 연구에서는 ${\gamma}-Al_2O_3$를 지지체로 한 전이 금속 산화물 촉매(Cu, Mn, V, Cr, Co, Ni, Ce, Sn, Fe, Sr, Cs, Mo, La, W, Zn)를 제조하여 톨루엔 완전 산화 반응을 조사하였다. XRD, FE-SEM, BET와 TPR 기법을 사용하여 금속 촉매의 특성을 조사하였다. 촉매 가운데 Cu/${\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 가장 우수한 활성을 보여주었다. BET결과 촉매 활성의 증가는 비표면적과는 관련이 적은 것으로 나타났으며, X선 회절 분석에서 대부분의 촉매들이 무정형으로 존재함이 관찰되었다. FE-SEM을 관찰한 결과, 전이금속 산화물 촉매 중 구리산화물 촉매가 지지체 표면에 고르게 분산되어 있음을 확인할 수 있었다. 톨루엔 산화반응에 따른 촉매활성 효과는 ${\gamma}-Al_2O_3$ 지지체 위에 전이금속 산화물 촉매가 고르게 분산된 점과 촉매 표면의 우수한 환원 특성에 기인하는 것으로 설명할 수 있었다.

Toluene, which is emitted from textile process, is considered as an important hazardous air pollutant. In this study, the catalytic activity of transition metal oxides(Cu, Mn, V, Cr, Co, Ni, Ce, Sn, Fe, Sr, Cs, Mo, La, W, Zn)/${\gamma}-Al_2O_3$ catalysts was investigated to carry out the complete oxidation of toluene. The metal catalysts were characterized by XRD-ray diffraction), FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Micrograph), BET(Brunauer Emmett Teller) method and TPR(Temperature Programmed Reduction). Among the catalysts, Cu/${\gamma}-Al_2O_3$ was highly promising catalyst for the oxidation of toluene. From the BET results, it seems that the catalytic activity is not correlated to the specific surface area. XRD results indicated that most of catalysts exist as amorphous phase. From the FE-SEM results, it was observed that copper on ${\gamma}-Al_2O_3$ surface was well dispersed among catalysts. The catalytic activity for the toluene oxidation could be explained with that metal oxide catalyst was dispersed well over supports and was attributed to reduction activity in surface of catalysts.