Carbon supported molybdenum sulfide catalysts and molybdenum carbide-carbon catalyst were prepared and their activities for thiophene hydrodesulfurization (HDS) were tested. Ordered mesoporous carbons synthesized via a templating method were used as carbon supports. Two types of templates were made out of mesoporous silica materials. The mesoporous carbon supports were characterized by X-ray diffraction and nitrogen adsorption measurements to see their structural orders and pore characteristics, respectively. Catalysts supported on these mesoporous carbons with Mo loadings with 5 and 10 wt% were prepared and their thiophene HDS activities were compared to those of molybdenum sulfide catalysts supported on activated carbon with the same Mo loading. Molybdenum carbide-carbon ($Mo_2C-C$) catalyst was synthesized via the template mediated method. Mo was loaded with 10 and 15 wt% to prepare the $Mo_2C-C$ catalysts. X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and nitrogen adsorption were used to characterize the resulting $Mo_2C-C$ catalysts. X-ray diffraction analysis of the $Mo_2C-C$ catalyst with 15 wt% Mo loading and X-ray photoelectron spectroscopy of the $Mo_2C-C$ catalyst with 10 wt% Mo loading showed that molybdenum carbide was formed through high temperature carbonization. The activity of Thiophene HDS for $Mo_2C-C$ catalyst with 10 wt% Mo loading was measured and compared to the carbon-supported molybdenum sulfide catalysts with the same Mo loadings. It showed that the $Mo_2C-C$ catalyst had about 1.5 times better activity than that of the $MoS_2/C$ catalysts and also showed an evidence that the molybdenum carbide-carbon catalyst synthesized via templating method have a potential to replace $MoS_2$ catalysts used in HDS reactors.
규칙성 메조포러스 탄소를 담체로 한 몰리브데늄 황화물(MoS2) 촉매와 주형합성법을 이용하여 제조한 몰리브테늄 카바이드($Mo_2C$) 촉매를 제조, 수첨탈황용 촉매로서의 활성을 평가하였다. 메조포러스 탄소들은 실리카 물질들을 주형으로 하여 합성하였는데, 사용된 실리카 주형은 MCM-48과 SBA-15가 사용되었다. MCM-48으로부터 CMK-1이라는 메조포러스 탄소물질을, SBA-15로부터 CMK-3라는 메조포러스 탄소물질을 합성하였고, 이렇게 준비된 탄소들을 담체로 하여 몰리브데늄을 10wt% 만큼 incipient wetness방법으로 담지 하여 몰리브데늄 황화물 촉매로 이용하기 위한 준비과정을 거쳤다. 메조포러스 탄소물질에 담지된 몰리브데늄은 반응기 내에서 황화수소에 의해 몰리브데늄 황화물 촉매로 전환되었고 이렇게 전환된 몰리브데늄 황화물 촉매의 티오펜 수첨탈황반응에 대한 활성이 평가되었다. CMK-1, CMK-3, 두 메조포러스 탄소에 담지된 황화물 촉매의 활성은 활성탄을 담체로 한 몰리브데늄 황화물 촉매의 활성과 비교되었다. CMK-3에 담지된 촉매는 활성탄에 담지된 촉매보다 높은 활성을 나타내는데 비해, CMK-1에 담지된 촉매는 활성탄에 담지된 촉매보다 낮은 활성을 보여주었다. 메조포러스 물질을 합성하는 방법에 사용되었던 주형합성법의 응용으로 몰리브데늄 카바이드 촉매의 합성을 시도하였다. 몰리브데늄 카바이드 합성을 위한 주형으로는 큰 기공크기와 3차원적인 기공 구조를 가지고 있는 SBA-15를 사용하였고, 기공 내에 몰리브데늄 원과 탄소 원을 채워서 진공 고온처리하여 몰리브데늄 카바이드를 제조하였다. 이렇게 얻어진 몰리브데늄 카바이드는 공기중으로 꺼내기 전에 0.5% $O_2$/He으로 처리하였다. 합성된 몰리브데늄 카바이드의 분석을 위해 XRD와 XPS, 그리고 질소흡착 실험이 행해졌다. XRD의 검출한계로 인해, 15wt%의 몰리브데늄 담지를 사용하였고, 그 결과 몰리브데늄 카바이드 피크가 확연히 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 10wt%의 몰리브데늄이 담지된 촉매의 경우는 XRD로 검출이 불가능해서 XPS가 사용되었다. XPS분석 결과, 몰리브데늄 카바이드 피크가 검출되었으나 몰리브데늄 산화물 피크도 동시에 검출되었고, 이는 산소처리에 의해 표면에 산화물이 형성된 것으로 사료되었다. 질소 흡착 실험결과, 합성된 몰리브데늄 카바이드 촉매는 3.7 nm 크기의 중기공을 가지는 것이 확인 되었으며, 균일한 크기의 중기공 외에도 다수의 미세기공이 존재함이 밝혀졌다. 이렇게 준비된 몰리브데늄 카바이드의 수첨탈황공정에의 반응성 실험이 행해졌다. 반응조건은 메조포러스 탄소 및 활성탄에 담지된 촉매와 동일하게 진행되었다. 반응 결과, 주형합성법으로 만들어진 몰리브데늄 카바이드 촉매의 활성이 메조포러스 탄소 및 활성탄에 담지된 몰리브데늄 황화물 촉매의 최소 1.5배 이상의 활성을 보여, 주형합성법을 이용한 몰리브데늄 카바이드의 가능성을 확인할 수가 있었다.
