연구원들은 티타늄을 제안합니다

Sep 01, 2023

2023년 2월 14일

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중국과학원 장난난(Zhang Nannan)

지난 1월 11일 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 연구에 따르면, 중국과학원(UCAS) 하오정핑(Hao Zhengping) 교수 연구팀은 티타늄 기반 페로브스카이트에 대한 용이한 산소공극(VO) 공학을 제안했다. 물(H2O) 활성화를 촉진하여 낮은 온도에서 향상된 유기 황 가수분해 및 효율적인 황 회수를 달성합니다.

물 활성화는 많은 반응과 과정에 관여합니다. 유기 황(COS 및 CS2) 가수분해는 H2O 분자를 반응물로 사용하는 일반적인 반응 중 하나입니다. 산업용 황 회수 공정에서는 추가 가수분해 촉매가 클라우스 반응기의 첫 번째 단계에 설치되어 COS와 CS2를 변환합니다. 물의 효과적인 활성화로 인해 제한되는 복잡한 환경에서 CS2의 가수분해에는 상대적으로 더 높은 온도가 필요하며 이는 황 회수 반응에 도움이 되지 않으며 따라서 Claus 공정의 황 회수 효율 및 오염 배출 제어에 심각한 영향을 미칩니다.

이번 연구에서 연구진은 VO 함량이 서로 다른 티타늄 기반 페로브스카이트를 제작했으며, VO 함량과 H2O 해리 정도 및 가수분해 성능 사이에 선형 상관관계가 있음을 발견했습니다. VO에 인접한 저배위 Ti 이온은 H2O 활성화를 위한 활성 사이트였습니다.

연구진에 따르면 VO, 특히 VO 클러스터의 도입으로 인해 H2O 해리에 대한 에너지 장벽이 감소하여 H2O 활성화 및 해리에 기여했다고 합니다.

또한, 심층적인 메커니즘 연구를 통해 CS2 가수분해는 해리적으로 흡착된 -OH와 기체 CS2(Eley-Rideal 메커니즘) 사이의 반응에서 시작되었으며, 이는 VO에 의한 향상된 H2O 활성화로 인해 향상된 가수분해 활성의 기원인 것으로 나타났습니다.

결과적으로, Claus 전환에 유리한 온도인 225°C에서 H2 환원 처리 후 SrTiO3를 통해 COS와 CS2의 완전한 전환이 달성되었습니다. 놀랍게도 이 촉매는 우수한 클라우스(Claus) 촉매 활성도 나타내었다.

따라서 효율적인 유기 황 가수분해 성능과 향상된 황 회수 효율을 동시에 달성할 수 있습니다. 이 이중 기능성 촉매를 적용하면 유황 회수 효율을 크게 향상시키고 운영 프로세스를 단순화하며 투자 및 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

하오 교수 팀은 오랫동안 산성가스 오염 제어와 자원 회수 및 활용 분야의 연구 개발에 참여해 왔습니다. 그들은 산성 가스 배출 감소 및 제어에 대해 깊이 이해하고 있습니다. 결과의 생산 및 출판은 수년에 걸친 팀의 작업을 기반으로 하며 배출 감소 제어, 자원 회수 및 산성 가스 활용에 큰 의미가 있습니다.

추가 정보: Zheng Wei 외, H 2 O 활성화 및 유기 황의 저온 가수분해를 촉진하기 위한 산소 공공 공학 티타늄 기반 페로브스카이트, 미국 국립과학원 회보(2023). DOI: 10.1073/pnas.2217148120

저널 정보:국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물