Low-temperature oxidation of PM by Ce-Pr mixed oxide catalyst with fibrous morphology :

정은진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정은진 (고려대학교, 고려대학교 대학원)

지도교수: 이관영

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

Low-temperature oxidation of PM by Ce-Pr mixed oxide catalyst with fibrous morphology

정은진 화공생명공학과 2019.01 학위논문

2017

디젤 PM 연소 활성 향상을 위한 fiber 구조의 Ce-Pr mixed oxide 촉매 연구

정은진 , 이성호 , 이재환 외 2명 한국에너지기후변화학회 학술대회 2017.05 학술대회자료

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최근 PM의 환경에 대한 위험성이 커지고 있으며, 이에 따라 PM을 제거하기 위한 촉매를 개발하는 것이 시급해졌다. 본 반응의 특성에 따라 적합한 촉매가 다양한 접근 방법을 통해 개발되고 있다. 실제 제거 공정에 귀금속 촉매가 사용되고 있으며, 보다 경제적인 촉매를 개발하기 위해 세리아 촉매에 대한 연구가 진행되고 있다.
세리아(CeO2)는 산소를 활용할 수 있는 능력이 뛰어나며, 스스로도 산화·환원 능력을 가지고 있다. 본 연구에서 이러한 우수한 특성을 극대화하는 방향으로 세리아 기반의 촉매를 합성하였다. 촉매 개발을 위해 나노섬유 형상의 세륨(Ce)-프라세오디뮴(Pr) 복합 산화물 촉매를 다양한 Ce-Pr 비율로 합성했다. 촉매의 형태 그리고 Ce-Pr 비율, 두 가지 요소에서 세리아 촉매와 활성을 비교하고 특성화 분석을 실행했다. 이 요소들은 세리아 촉매보다 더 발전된 활성을 보이게 하는 공동 상승 효과를 보이게 했다.
PM 산화에 적합한 형태를 분석 결과를 통해 섬유 구조가 가장 우수한 저온 산화 능력을 보였다. 나노 크기의 섬유, 정육면체, 그리고 정육면체와 막대 구조의 세 촉매를 합성했고 활성을 분석했다. 그 결과, 나노 섬유 구조에서의 활성이 가장 우수했다. 섬유 모양의 촉매는 표면적이 세 촉매 중 가장 작음에도 불구하고 촉매-PM 접촉 형태가 유리하기 때문에 저온 산화 능력이 우수하다. 이러한 섬유 형태의 촉매에서, 세리아 격자에 프라세오디뮴이 첨가되면 산소 저장 능력이 향상되고 산소 결핍이 생성되어 산화 반응에 쓰이는 성질이 개선된다. 촉매를 이용한 PM 산화 테스트는 Ce-Pr 복합 산화물 촉매를 이용함으로써 산화 반응 속도가 개선된 결과를 보여준다. 또한 특성화 분석을 통해 Pr이 도핑된 효과를 증명했다. 이러한 두 가지 요소로 인해 뛰어난 산화 활성을 가진 촉매를 합성했다. 이 촉매들 중에 Ce0.5Pr0.5O2-NF는 가장 효율적이며 유망한 PM 산화 촉매이다.

Recently, risk of PM to the environment is emerging, and the development of catalysts for removing PM became more urgent. Suitable catalysts have been applied in various directions according to the characteristics of reaction. Noble metals catalysts were used in actual processes, and research based on ceria material has been actively conducted in recent years to develop a more economical catalyst.
Ceria (CeO2) has outstanding ability to utilize oxygen and is advantageous to redox itself. In this study, we synthesized ceria-based catalysts and maximized these excellent properties. To make promising samples, cerium (Ce)-praseodymium (Pr) mixed oxide catalysts with various Ce-Pr ratios were prepared in nanofiber morphology and characterized compared to ceria catalyst in terms of morphology and Ce-Pr ratio. Both of two factors showed synergistic effects in synthesizing catalysts that exhibit better activity than ceria catalysts.
As the result of analyzing morphology useful for PM oxidation, nanofiber showed the best low-temperature oxidation capability. In ceria, three catalysts having nanofiber, nanocube, and nanorod with cube morphologies were synthesized and activity of nanofiber catalyst was the highest. The reason for the results is that the contact point between catalysts and PM is favorable in fiber structure despite the smallest surface area in it. Furthermore, incorporation Pr into the ceria lattice improves intrinsic properties by enhancing oxygen storage capacity and ability to form oxygen vacancies. The results of PM oxidation tests showed the improved oxidation rate by using the Ce-Pr mixed oxide catalysts, and the analysis of characterization proved Pr-doped effect. With these properties, the catalyst with excellent oxidation activity was synthesized through two factors: nanofiber-morphology and Ce-Pr mixed oxide material. Among them, Ce0.5Pr0.5O2-NF catalyst was shown to be effective and promising for PM oxidation.

#PM oxidation #Ce-Pr mixed oxide #catalyst #nanofiber

Abstract ⅰ
Abstract (in Korean; 국문 요약) ⅲ
Contents ⅳ
List of Figures ⅵ
List of Tables ⅷ
Chapter 1. Introduction 1
1.1. Particulate matter, PM 1
1.2. Hazards of PM 3
1.3. Ceria-based catalysts to reduce PM 7
Chapter 2. Experimental 11
2.1. Preparation of catalysts 11
2.2. Characterization of catalysts 13
2.3. Activity test: Soot oxidation 16
Chapter 3. Results and discussion 18
3.1. Structural properties of catalysts 18
3.2. Activity test of ceria catalysts according to morphology 23
3.3. Oxygen storage and supply capacity 26
3.4. Oxygen state of the catalyst surface 33
3.5. Oxygen availability of catalysts by CO 40
3.6. Soot oxidation activity test 44
Chapter 4. Conclusion 53
Reference 55
Appendix 64
A.1. Reuse analysis of the reaction 64
Acknowledgement 66

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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