| 초록 |
석유 자원의 고갈에 대비해 여러 가지 대체 자원 개발이 활발히 진행되고 있는데 대체에너지원으로 천연가스를 이용, 저급 탄화수소로 전환시키는 연구가 활발히 진행되고 있다[1]. 천연가스는 메탄이 주성분으로 석유나 석탄에 비견할 정도로 많은 양이 세계 도처에매장되어 있어 값이 싸고 풍부한 에너지원이다[2]. 그러나 유용한 자원인 천연가스의 문제점은 생산지와 소비지가 다르다는 점으로 수송과 저장에 어려움이 많아 산지에서 생산되는천연가스중 다량이 지하로 되돌려 보내거나 태워 버리는 실정이다. 이러한 사실에 천연가스를 보다 용이한 탄화수소화합물로 전환시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.Keller와 Bhasin[3]은 산소로 촉매를 산화시킨 후, 반응물인 메탄을 주입시켜서 반응물이 산화 환원과정을 통해 OCM반응이 일어나는 순환식 방식을 사용하였는데 여기서 촉매는 메탄이 도입되기 전까지 산소를 보유할 수 있는 능력이 있어야 하며, 2개의 전자이동에 의해 두가지 양의 산화상태를 가지며, 격자 내의 산소와 함께 메탄 활성화 과정에 참여한다고 하였다. Lunsford[4]는 MgO, CaO 등 알칼리 토금속 산화물을 Li, Na, K 등 알칼리 금속으로doping하여 제조하여 실험하였으며 Mg2+ lattice site에 Li+ 이온이 치환됨에 의해paramagnetic O-가 형성되며, 이것이 메탄으로부터 H를 제거하여 methyl radical을 생성하고 이 radical이 기상에서 반응하여 C2탄화수소를 생성한다고 보고하였다. 이 후 다른 연구자들에 의해 연구가 진행되었으며, 특히 Otuska[5]은 희토류 금속중 Sm2O3, Dy2O3가 가장활성이 좋고 선택성이 우수하며 La2O3, Nd2O3도 좋은 촉매능을 보인다고 보고하였다.최근에는 물리적 에너지를 사용한 메탄변환이 시도되고 있다. Arc, glow discharge, plasma,photo energy 등의 물리적인 에너지를 가하여 고온에서 메탄을 분해한 후 기상상태로coupling하는 방법을 사용한다. 그러나 이러한 방법들은 모두 energy intensive한 문제를 해결해야 하는 어려움이 있다. 초기 연구자 Kawahara[6]은 고온, 고출력의 플라즈마 변환시스템을 이용하여 이를 실험하였고, 이는 에너지 사용의 문제가 계속 남아있다는 사실을 의미한다. 따라서 최근에 시도되고 있는 방법이 저출력의 플라즈마 시스템을 이용하는 것이다.플라즈마는 전기전도성의 가스로 고온에서 이온, 전자, 그리고 바닥, 여기 상태의 여러 화학종들이 기상에 공존해 있는 상태를 이룬다. 화학적 목적의 플라즈마 이용은 다이아몬드 코팅, 세라믹의 제조 등에 널리 사용되어 왔다.본 연구에서는 Pt, Ni, 활성이 뛰어난 Sm2O3에 Li2CO3를 도입하여 촉매를 제조하고 비교적 저출력의 Radio Frequency plasma 시스템에 적용하여 C2 탄화수소의 최대 수율을 얻을수 있는 최적 반응 조건을 찾아내고 플라즈마 발생지역과 촉매의 상관 관계를 고찰하였다.
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