HWAHAK KONGHAK, Vol.25, No.5, 486-496, October, 1987
칼륨이 첨가된 알루미나 담지 니켈 촉매의 특성
Properties of Potassium-Added Nickel Catalysts Supported on γ-Alumina
초록
알루미나에 담지된 니켈촉매에 칼륨을 2.0무게%까지 첨가했을 때에 니켈의 표면 흡착특성 및 일산화탄소의 수소화반응 특성이 변화하는 것을 관찰하였다. 칼륨은 니켈의 환원도, 표면 분산도, 니켈 입자크기와 같은 구조적인 특성만이 아니라 수소와 일산화탄소에 대한 흡착강도도 변화시키는 것이 밝혀졌다. 칼륨이 첨가된 니켈은 수소의 흡착이 약해지는 반면에 일산화탄소의 흡착은 강해진다. 한편 흡착된 일산화탄소는 쉽게 분해가 되어 촉매 표면에 탄소를 누적시킨다. 칼륨이 첨가된 니켈 촉매를 일산화탄소의 수소화반응에 사용하면 칼륨이 첨가되지 않는 경우에 비하여 촉매의 반응활성은 감소하고 탄소수가 큰 탄화수소나 불포화탄화수소의 선택도는 증가하는 것이 관찰되었다. 한편 메탄화반응의 속도를 반응물 분압에 대한 지수 속도식으로 표시했을 때에 촉매에 칼륨을 첨가하면 수소 분압에 대한 반응차수는 다소 증가하는 반면에 일산화탄소 분압에 대한 반응차수는 감소하고 또한 반응의 활성화에너지는 증가하는 것으로 나타났다. 이 연구의 결과들은 칼륨 첨가에 따른 니켈 표면의 수소 및 일산화탄소에 대한 흡착특성 변화로 설명할 수 있다.
Nickel catalysts supported on alumina have been studied about their adsorption properties and kinetic behavior of CO hydrogenation as potassium is added up to 2 wt%. Potassium changes not only the structural properties of the nickel catalyst such as the extent of reduction, dispersion and particle size, but also its adsorption strength to hydrogen and carbon monoxide. With potassium addition, nickel adsorbs hydrogen more weakly and carbon monoxide more strongly. Adsorbed carbon monoxide dissociates easily on the potassium-promoted catalyst to accumulate surface carbon.
Supported nickel catalysts lose their initial CO hydrogenation activity and show enhanced selectivity for higher hydrocarbons and olefins as potassium is added to them. When the reaction rate is expressed by a power law for the reactant partial pressures, its pressure dependency on carbon monoxide decreases, that on hydrogen increases, and the activation energy of methanation increases with potassium addition to nickel. The above results may be explained from the adsorption properties of potassium-added nickel catalysts for hydrogen and carbon monoxide.
Supported nickel catalysts lose their initial CO hydrogenation activity and show enhanced selectivity for higher hydrocarbons and olefins as potassium is added to them. When the reaction rate is expressed by a power law for the reactant partial pressures, its pressure dependency on carbon monoxide decreases, that on hydrogen increases, and the activation energy of methanation increases with potassium addition to nickel. The above results may be explained from the adsorption properties of potassium-added nickel catalysts for hydrogen and carbon monoxide.