활성탄에 담지된 팔라듐의 HCFC-142b의 탈염소분해반응

이경훈, 서경원, 목영일, 박건유*, 안병성*

아주대학교 화학·생물공학부

*한국과학기술연구원 CFC대체연구센터

Dechlorination of HCFC-142b over supported Pd on carbon

K. H. Lee, K. W. Seo, Y. I. Mok, K. Y. Park*, B. S. Ahn*

School of Chemical Engineering and Biotechnology, Ajou University

* CFC Alternatives Research Center, KIST

서론

촉매를 이용한  CFCs와 HCFCs의 수소첨가분해반응에는 8족의 전이금속촉매가 활성이 좋은 것으로 알려져 있다[1]. 금속 촉매의 지지체로는 여러 가지 고체산이 사용되고 있다. 그 중 활성탄은 표면적과 다공성이 크고 미세 세공구조를 갖으며 흡착력이 상당히 크기 때문에 촉매의 지지체로서 사용되기도 한다[2]. 금속 촉매로는 니켈, 백금, 팔라듐이 사용되고 있는데 이는 8족의 전이금속촉매 표면에 수소가 잘 흡착되기 때문이다. Wiersma[3,4]등은 활성탄에 담지된 팔라듐촉매를 이용하여 CFC-12의 선택적 수소화반응을 한 결과 금속촉매를 담지하기 전의 활성탄의 전처리를 한 경우가 전처리를 하지 않은 경우보다 전환율과 생성물의 선택도가 향상된 것을 밝혔다.

본 연구에서는 활성탄에 담지된 팔라듐 촉매를 이용하여 HCFC-142b에 대해 수소첨가분해반응을 수행함으로써 나타나는 촉매의 활성 변화를 조사하고, 활성탄을 여러 산 또는 염기로 전처리하여 제조한 촉매와 그렇지 않은 경우에 대해 반응물의 전환율과 생성물의 선택도 변화를 조사하는데 목적을 두었다.

실험

HCFC-142b(1-chloro-1,1-difluoroethane)의 수소첨가분해반응을 수행하기 위하여 금속촉매로 Pd(PdCl2, Aldrich)을 지지체로는 Activated carbon(G 60, -100mesh, Aldrich)을 사용하였으며 2wt%의 Pd/C 촉매를 흡착 담지법(adsorption and preciptation)을 이용하여 제조하였다. 금속촉매를 담지하기 전에 활성탄은 NaOH로 처리한 후 HCl과 HF로 각각 전처리하여 활성탄내에 존재하는 불순물을 씻어낸 후 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매의 반응 조건은 Table 1.에 제시한 것과 같다. HCFC-142b, 수소 및 질소의 유량을 조절하기 위하여 유량조절기(Matheson Mode 8270l, Bronkhorst Type E-5533- FA)를 사용하였다. 반응기를 통과한 생성가스는 중화트랩으로 HCl과 HF를 제거하고 실리카겔을 통과시켜 수분을 제거한 후 기체크로마토그래피( HP Co., 5890 Series Ⅱ plus)에 연결시켜 정량적, 정성적으로 분석하여 자료를 얻었다. 조사된 자료를 토대로 HCFC-142b의 전환율과 생성물의 선택도 등을 평가하였다.

결과 및 토론

1. 결과

HCFC-142b의 수소첨가분해반응은 반응 온도에 따라 전환율과 생성물의 선택도가 어떻게 나타나는 지를 조사하였다. Fig.1에서 보는 바와 같이 전환율은 3%미만으로 촉매 활성이 상당히 낮게 나타났으나 반응온도가 증가할수록 증가하였다. 또한 반응생성물인 HFC-134a와 에탄에 대한 선택도는 반응온도가 증가할수록 증가한 반면 HFC-143a, HFC-152a등과 같은 생성물의 선택도는 감소하는 것을 볼 수 있다. 반응온도 250℃에서는 에탄에 대한 선택도가 300℃에서는 HFC-134a의 선택도가 각각 다른 생성물의 선택도보다 훨씬 높게 나타났다.

2. 결론 및 향후 연구방향

2 wt%의 Pd/C 촉매로 HCFC-142b의 수소첨가분해반응을 실시한 결과 전환율이 상당히 낮게 나타났다. 현재의 성능을 다양한 방법으로 촉매를 제조하여 HFC-152a에 대한 선택도를 높이기 위한 연구를 계속하고 있으며, 촉매의 반응전·후의 상태가 어떠한 변화를 나타내는가를 밝히기 위하여 촉매의 특성분석도 조사하고자 한다. 또한 반응변수들이 생성물의 종류와 선택도에 미치는 영향과 촉매활성변화에 관한 실험을 진행중에 있다.

참고문헌

1.	Bernard COQ, Jean Marie Cognion, Francois Figueras, and Didier	Tournigant, J. Catal. 141, pp.21∼33, (1993).

2. Brigitte Stohr, H. P. Boehm, Carbon, 29(6), pp.707∼720, (1991).

3.	A. Wiersma, E. J. A. X. vam de Sandt, M, Makkee, C. P. Luteijn,	H. van Bekkum, J. A. Moulijn, Catal. Today, 27, pp.257∼264, (1996).

4. E. J. A. X. van de Sandt, A. Wiersma, M. Makkee, H. van Bekkum,	J. A. Moulijn, Catal. Today, 35, pp.163∼170, (1997).

Table. 1. Reaction conditions for dechlorination of HCFC-142b

Reactor	Fixed-bed reactor (inconel pipe, 0.3m×1/2in)
Preparation of catalyst	Asorption and Impregnation
Size of catalyst	35∼50□
Reduction condition	4.5h at 300℃
Amount of catalyst used	0.5g
Mole ratio of H2 to HCFC-142b	2
Reaction temperature	250℃, 280℃, 300℃
Reaction pressure	101.3kPa
Carrier gas	N2
GC column	Porapak N (2.5m×1/4in)
Product detector	TCD

Fig. 1. The effects of reaction temperature on             conversion and selectivity over Pd/C              catalysts at H2/HCFC-142b=2.