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Understanding coke formation and deactivation mechanism on zeolite based acid catalysts = 제올라이트 산촉매의 코크 생성 및 비활성화 메커니즘에 관한 연구
서명 / 저자 Understanding coke formation and deactivation mechanism on zeolite based acid catalysts = 제올라이트 산촉매의 코크 생성 및 비활성화 메커니즘에 관한 연구 / Songhyun Lee.
저자명 Lee, Songhyun ; 이송현
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2020].
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8036456

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DCBE 20043

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초록정보

Zeolite, a crystalline microporous aluminosilicate, is one of the most important solid acid catalysts applied in oil refinery, petrochemistry, and fine chemical synthesis due to its shape selectivity, strong acidity, and high thermochemical stabilities. Like other solid acid catalysts, zeolites suffer from deactivation resulting from coke formation during various hydrocarbon conversions. It serves as a major drawback in the application of the zeolite materials in high-demand catalytic processes. In this study, coke formation and deactivation mechanism of zeolite were rigorously investigated in the various acid-catalyzed reactions by analyzing the amount, composition, chemical nature, and location of coke generated on the zeolites having different crystallite sizes, secondary mesoporosity, and defect sites. Regardless of the types of the reaction or the reaction conditions, mass transfer of hydrocarbons within the zeolite crystals significantly affected the location of coke, whereas the amount of defect sites determined the total amount of coke deposited on the zeolite catalyst. By combining a variety of complementary analytic techniques, it is possible to propose that the internal coke (i.e. coke deposited within the zeolite micropore) is likely to have the polymeric structures of the methylated acenes connected via methylene bridges. On the other hand, the external coke (i.e. coke deposited on the external surface of the zeolite) is highly polyaromatic with many fused rings. In terms of catalyst deactivation, the internal coke proved to be more detrimental than the external coke. Overall, zeolite having a thin zeolite framework and minimized defect sites can hinder deposition of both internal and total coke amount, thus can serve as a long-lived solid acid catalyst. The present work would provide an important insights for understanding the deactivation behaviors of the zeolite catalysts and improving the eÿciency in various zeolite-based acid-catalyzed reactions.

제올라이트는 마이크로기공을 지닌 결정성 알루미노실리케이트로 높은 열적 안정성과 형상 선택성, 강한 산점 등의 장점으로 인해 정유, 석유화학, 정밀화학 산업 전반에서 고체 산촉매로 널리이용되고 있다. 하지만 제올라이트 산촉매의 가장 큰 단점은 코크 침적으로 인한 빠른 비활성화이다. 본 연구에서는 제올라이트의 결정 크기, 2차 메조기공, 결함 정도를 조절하여 다양한 산촉매반응을 진행함에 따라 촉매에 침적되는 코크의 양, 위치, 화학적 특성을 면밀하게 분석하여 제올라이트에서의 코크 생성 및 비활성화 메커니즘을 연구하였다. 연구 결과 반응 종류 및 조건과 상관없이 제올라이트 결정 내부에서의 탄화수소의 확산은 코크의 위치를 결정하고, 제올라이트의 결함 정도는 제올라이트에 침적되는 전체 코크의 양을 결정 짓는다는것을 확인하였다. 다양한 분석결과들을 종합한 결과 내부코크(제올라이트 마이크로 기공 내부에 위치한 코크)는 알킬화가된 mono-, di-aromatic 화합물 이 연결된 고분자 형태를 가질 것으로 예상되며, 외부코크(제올라이트 외표면적에 위치한 코크)는 흑연과 같은 polyaromatic 형태의 화합물일 것으로 예상되었다. 제올라이트의 비활성화 측면에서는 내부코크가 외부코크에 비해 촉매 비활성화에 더 치명적인 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 종합적으로, 골격이 얇고 결함 정도가 적은 제올라이트를 산촉매로 이용하게 되면 생성되는 내부코크 및 전체코크의 양을 줄일 수 있으며, 이에 따라 제올라이트의 비활성화를 효과적으로 늦출 수 있는 것을 확인하였다. 본 연구결과는 MFI를 비롯한 제올라이트 촉매를 사용하는 다양한 공정에서의 촉매 재생 및 교쳬 주기를 증진시켜 공정의 효율성을 올릴 수 있는데 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 20043
형태사항 vi, 95 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이송현
지도교수의 영문표기 : Minkee Choi
지도교수의 한글표기 : 최민기
수록잡지명 : "Unveiling coke formation mechanism in MFI zeolites during methanol-to-hydrocarbons conversion". Journal of Catalysis, v. 375, pp. 183-192(2019)
수록잡지명 : "Cooperative effects of zeolite mesoporosity and defect sites on the amount and location of coke formation and its consequence in deactivation". Journal of Catalysis, v. 347, pp. 222-230(2017)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 84-92
주제 zeolite
deactivation
coke
mesoporosity
defect site
제올라이트
비활성화
코크
메조기공
구조결함
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