목 차1. 촉매의 개요(1) 촉매의 정의(2) 촉매의 역사(3) 촉매공업 기술의 특징(4) 촉매의 용도별 적용 현황2. 촉매의 분류 / 종류 / 제조법(1) 촉매의 분류(2) 촉매의 종류3. 촉매의 제조법(1) 촉매의제조 목차(2) 촉매의 제조(3) 벌크촉매의 제조(4) 담지촉매의 제조(5) 후처리 과정4. 세계 시장에 있어서의 촉매시장의 현황과 미래(1) 촉매 공업의 성장 배경과 그 유용성(2) 세계 촉매공업 현황 / 연구동향(3) 촉매의 세계시장(미국, 일본, 서유럽)(4) 촉매의 세계시장의 전망5. 한국 시장에 있어서의 촉매산업의 현황과 미래(1) 발전배경(2) 시장현황(3) 우리나라의 촉매회사(4) 국내 분야별 촉매연구 현황(5) 우리나라 촉매산업의 전망3. 결론1. 촉매의 개요1-1. 촉매의 정의촉매(catalyst)란 화학반응에 소량 첨가하여 열역학적으로 가능한 화학반응을 가속시켜 주면서 그 자신은 변하지 않는 물질을 말하는 것으로 촉매에 의한 이와 같은 작용을 “촉매작용” 또는 “촉매현상” 이라고 하며 영어로는 “catalyst”라고 한다. 이 말은 1836년 스웨덴의 화학자 Berzelius에 의해 처음으로 사용되었는데 “catalysis”란 그리스어로 ‘놓아 주다’의 뜻인 kata와 ‘분해하다’의 뜻인 lusis를 합친 뜻으로 그 때까지의 촉매반응이 주로 전분의 분해와 같은 분해반응인 것으로부터 유래된 것으로 추측된다.현대적 촉매의 개념은 “촉매란 최종 생성물 중에 나타나지 않고 화학반응의 속도를 변화시키면서 화학반응의 열역학은 변화시키지 않는 물질이다.”라고 정의하고 있다. 1916년에 Langmuir는 유명한 단분자 흡착이론을 발표하여 모든 촉매반응은 화학흡착으로부터 시작된다고 하였다. 즉 촉매반응은 표면에 흡착되어 활성화된 분자나 원자들 또는 흡착분자와 기상분자 사이에서 진행한다고 생각하였다. 그는 표면과 결합한 흡착종의 중요성을 지적하고 활성화가 금속표면의 화학적 성질에 지배되며 표면이 불균일하다고 추론하였다. 이러한 생각이 발전하여 1는 최근 무연하이오크 수요증가에 따라 우수한 옥탄가 특성을 부여하는 가솔린기제로 관심이 높아지고 있고 설비능력이 증가세를 보이고 있다.스위트닝용 촉매는 가솔린, 제트연료유 등에 포함되어 있는 멜카푸탄을 처리하고 브롬냄새가 나지 않도록 하는 즉, 스위트닝을 목적으로 하는 촉매장치다. 예를 들면, UOP社의 마로크법이 있다. 사용촉매는 鐵族 금속의 킬레이트 화합물이지만 스위트닝 장치는 LPG, 직유나프타, 접촉분해가솔린 및 등유 등에 적용된다.촉매수요량은 기존설비의 교환에 사용되는 분량과 접촉분해장치 등의 신·증설에 영향을 미친다. MTBE용 촉매의 경우, 미국이나 유럽을 중심으로 고옥탄가 가솔린기제로 MTBE 수요가 신장하고 있다. 가솔린으로의 MTBE 혼합률은 종전에 7%였으나 지구환경보호의 의식고취로 방향족화합물이나 알킬연에 대신해 옥탄가 향상제로 점차 혼합률이 증가하고 있다.중유탈황용 촉매중유탈황용 촉매는 상압·감압잔사유(AR,VR)의 직접탈황법과 감압경유(VGO)를 탈황하고 중유와 조합해 제품중유를 제조하는 간접탈황법으로 분류된다. 지금까지 일본의 경우에는 저유황중유가 주 에너지원이었기 때문에 특히, AR탈황장치가 빠르게 설치돼 일시적으로 생산능력은 세계시장의 50%를 차지하게 되었다. 그러나 그 후 에너지원이 전환됨에 따라 저유황중유 판매량이 줄어들어 96년말 기준 세계시장의 25%를 차지하고 있는 것으로 조사됐다. AR, VR탈황장치용 촉매는 최근, 경질·중간유분 수요가 증가하고 있고 FCC장치원료유의 전처리장치로 운전되고 있다. 또한 중간유분 증산을 위해 분산형을 지향하고 있는 것으로 알려졌다.석유화학제품 제조용 촉매석유화학용 촉매는 합성시간의 단축, 원료의 수급변화, 신물질 개발 등으로 촉매의 연구개발이 지속될 전망이다. 특히, 산화촉매는 AN의 제조촉매나 수율향상을 겨냥한 EO나 MMA합성용 촉매 개발이 진행되고 있다. 동남아 지역은 폴리에스터 및 나일론 등의 섬유관련용 촉매 수요 증가가 예상되고 있으며, 폴리머부문에서는 메탈로센 촉매의 실용화가주류를 보이고 있는 백색-로듐(Pt/Ph)계 촉매에 대해 저비용의 파라듐-로듐(Pd/Rh)계 촉매나 파라듐 단독 촉매가 성능향상에 사용되고 있다. 촉매에 이용되는 담체는 세라믹제인 하니컴담체가 고성능 자동차에 사용되고 있다.세계적으로 자동차 배기가스규제가 강화되고 있는 가운데 미국·유럽, 호주, 대만, 브라질 등도 규제가 실시되고 있다. 특히, 미국에서는 HC 및 NOx에 대한 규제가 단계적으로 강화되고 있는 것으로 알려졌다. 또 지구온난화 및 석유자원보호를 위한 연비규제(CAFE규제) 강화가 예상된다. 따라서 세계적으로 촉매수요는 더욱 증가할 것으로 전망된다. 촉매의 활성성분으로 이용되는 백금, 파라듐, 로듐의 생산지역이 편중돼 있고 공급은 타이트한 상태다. 이러한 상황에서 성능향상과 귀금속의 저감을 목표로 한 개발이 진행되고 있고 산소저장능력이 높은 희토류금속을 다량으로 사용하는 촉매가 주류를 보이고 있다. 또한 귀금속을 사용하지 않은 기초금속계의 촉매개발이 시작되고 있는 가운데, 가솔린 이외의 연료를 사용하는 차에 대해 규제강화가 예상된다.기타 공해방지용 촉매공해방지용 촉매는 질소산화물 제거, 유황회수, 유기화합물 함유 폐가스처리, 탈취, 일산화탄소 산화용에 사용된다. 유황회수용 촉매로는 보크사이트와 알루미나 등이 사용되고 있다. 탈초산 촉매의 경우, 고정발생원에 의해 배출된 NOx를 제거하는 배연탈초산은 암모니아를 환원제로 하는 건식선택적 접촉환원법이 주류를 보이고 있다. z촉매는 TiO2-V2O5계로 형태는 일체성형의 하니컴타입과 금속 또는 세라믹박판상태에 촉매를 코팅한 플레이트가 대표적이다. 주로 화력발전 보일러에 사용된다. 이밖에 산업용보일러, 소각로, 디젤엔진, 가스터빈에서 나오는 배기가스에 탈초산설비를 채용하는 경우가 늘어나고 있다. 세계적으로 독일의 경우는 수요가 감소하고 있지만 이태리는 화력발전소용으로 탈초산설비가 도입되고 있어 수요증가가 예상된다.유기화합물 제거용 촉매의 경우, 촉매식접촉연소법은 에너지비용을 절감할 수 있고 NOx가 발생하성분이 있는 금속염의 수용액에 침적시켜 담체표면에 활성성분을 담지시키는 방법(1)과 담체를 침적시키고 용액을 교반하면서 침전제를 가해, 담체표면에 활성성분의 침전을 생성시켜 활성성분을 담지시키는 방법(2)이 있다. 방법(1)에도 두 가지가 있다. 하나는 담체의 세공 속에 주변의 공기가 들어 있는 경우이고 다른 하나는 세공 속에 미리 용매(대개의 경우에는 물)가 들어있는 경우이다. 전자의 경우 공기가 있는 상태에서 활성성분이 용해되어 있는 용액을 넣게 되면 모세관 힘에 의해 용액이 세공 속으로 들어가기 때문에 이것을 모세관함침이라고 한다. 그러나 대개는 용액을 넣기 전에 감압해서 세공 속의 공기를 배내고 용액을 넣는 것이 보통이다. 후자의 경우에는 미리 용매가 세공 속에 들어 있기 때문에 용액 속에 있는 활성성분이 세공 속으로 들어가기 위해서는 확산에 의해 들어가야 하기 때문에 이것을 확산함침이라고 한다.방법(2)는 일반적으로, 함침에 사용하는 염류가 건조, 소성과정만으로는 제거될 수 없는 유해 음이온을 포함하고 있어 세척을 필요로 하든가, 또는 만들어진 촉매가 저온에서 사용되기 때문에 소성할 수 없는 경우에 보통 사용된다.(1)반복함침법담체의 성질과 함침되는 염의 용해도에 따라 1회의 함침으로 원하는 촉매농도를 얻을 수 없는 경우에는 1회 함침 조작 후 건조 및 소성과정을 거쳐 함침된 물질을 산화물과 같이 물에 녹지 않는 물질로 만든 다음 2회의 함침을 시킨다.(2)다단함침법두 가지 성분 이상의 활성물질을 담지시키는 경우에, 각 성분이 용해된 혼합용액에 담체를 1회 침적시키면 1성분이 보다 우선적으로 침착해서 담지된 성분의 조성비가 혼합용액의 조성비와 일치하지 않아 원하는 농도의 조성비를 얻을 수 없는 경우가 있다. 이런 경우에는 1개의 성분을 먼저 담지시켜 건조, 소성을 행한 다음 제2성분을 함침시키는 방법이다.(3)담지량함침법에서는 가장 먼저, 담체에 담지될 양을 결정해야한다. 한가지 성분인 경우에는 담체에 흡수된 물의 양을 조사하여 필요로하는 농도의 성분화촉매로 많이 이용되고 있는 CuO-Cr2O3촉매도 질산동 수용애과 크롬산암모니움 수용액으로부터 CuCrO4로 침전시켜 만들며 조촉매로 BaO를 첨가하는 방법도 질산바륨 수용액을 질산동 수용액에 미리 넣어 혼합한 다음 크롬산암모니움 수용액을 넣어 만든다. 암모니아 산화용 Fe2O3+Bi2O3촉매는 질산철 수용액에 2% 가량의 질산비스마스 수용약울 혼합하고 암모니아수를 침전제로 넣어 공침시키는 방법으로 만든다.침전물의 성질은 생성조건에 따라 변화시키는 것이 가능하지만 최종조건은 촉매의 활성이나 불순물의 제거, 재현성 등을 고려하여 결정해야 한다. 침전물은 세척과정을 거쳐 건조한 후 소성하는 단계를 밟아 최종 촉매로 사용된다.용액의 증발건고법혼합은 앞의 방법과 마찬가지로 용액으로 혼합하며 침전시키는 대신 배소(roastting)에 의해 고체를 만드는 것이 다를 뿐이다. 수성가스 전화용 촉매인 Fe2O3-Cr2O3는 85%의 질산철과 15%의 질산크롬의 수용액을 혼합하고 이것을 증발건고해서 얻은 혼합질산염을 600 에서 NO2의 발생이 멈출 때까지 배소시켜 만든다.용액의 침윤법대부분 주촉매 분말을 조촉매성분의 수용액에 넣어서 조촉매 성분을 첨가하는 방법으로 이용된다. 일반적으로 주촉매 분말의 비표면적이나 기공률이 크고, 첨가성분 수용액의 점도나 표면장력은 작은 편이 좋다. 이러한 예로서는 수성가스 전화용 촉매인 Fe2O3-Cr2O3에서 주촉매인 Fe2O3를 CrO3수용액에 침윤시켜 첨가 목적을 달성한다.분말의 기계적 혼합법ball mill(구 미분쇄기)등을 사용하여 분말들을 기계적으로 혼합해서 소성하는 방법이다.화염가수분해법(Flame hydrolysis)화염가수분해법이란 염화금속과 같은 기체상태의 촉매원료와 수소 및 공기로 이루어지는 혼합물이 화염반응시 속에서 연속적으로 반응하여 촉매를 제조하는 공정이다. 이 과정에서 촉매원료화합물은 반응기에서 생성된 물증기에 의해 가수분해된다. 화염가수분해와는 달리 반응기에서 촉매원료가 산화되는 경우에는 화염산화(flame ox.
{산 값 측 정. 목 적알코올과 페놀프탈렌 용액을 가하여 용해시킨후 KOH-에탄올 표준용액으로적정한후 산값을 계산하는데 그 목적을 둔다.. 원 리산값은 유지중에 함유되어 있는 자유 지방산의 함유도를 알수 있으며 유지시료 1g 중에 함유한 자유 지방산을 중화하는데 필요한 KOH용액으로중화 적정하고 함유도를 구한다. 적용범위는 동물유 및 식물유 일반에 적용된다.산값은 식용유의 신선도의 기준이 된다.RCOOH + KOH → RCOOK + H2O. 주의 및 준비사항. 시 약- 0.1N alcoholic KOH-에탄올 표준 용액,(KOH 28.05g를 iso-propylalcohol에 녹여 1L로 한다), potassium biphthalate 0.2g를 중류수50mL녹여 ph.pht를 몇방울 넣고 위용액으로 적정한다.{Factor =204.22×potassium biphthalate g수alcoholic KOH ml1%페놀프탈레인, 유지(시료). 기 구- 삼각 플라스크, 뷰렛. 실 험 과 정(1) 시료 유지 약 0.5g 달아서 삼각플라스크에 넣는다.(2) 여기세 중성 알코올 50mL를 가하고 페놀프탈렌 용액 몇 방울을 가한다.(3) 시료가 완전히 용해할 때 까지 충분히 흔들어 녹인다.(4) 0.5N KOH-에탄올 표준 용액으로 적적한 후 계산 한다.{산 값 =56.11 × A × B × FA =KOH의 소비량, mLB =KOH용액의 규정도C =시료 채취량, gCF =KOH용액의 농도계수. 결 과{Factor =204.22×potassium biphthalate g수alcoholic KOH ml☞ potassium biphthalate g수 = 0.2g☞ alcoholic KOH ml = 23.5ml{Factor =204.22 × 0.2= 1.7423.5{산 값 =56.11 × A × B × FA =KOH의 소비량, mLB =KOH용액의 규정도C =시료 채취량, gCF =KOH용액의 농도계수{A =KOH의 소비량, mLA =B =KOH용액의 규정도B =C =시료 채취량, gC =F =KOH용액의 농도계수F ={산 값 =. 참고사항 / 고 찰산값은 유지중에 함유되어 있는 자유 지방산의 함유도를 알수 있으며산값은 식용유의 신선도의 기준이 된다.식용유는 산값이 1 이하이어야 하며. 신선한 정제유의 산값은 작으며산값이 클수록 품질이 떨어진다.이번 실험은 의외로 애로사항이 많이 있었던 것 같아 고생을 조금 했지만,
{점 도 측 정. 목 적점도계를 사용하여 모세관을 통해서 용액이 흐르는 시간을 측정함으로서 점도를 구하고 점도를 구하는데 있어 점도가 온도의 변화에 따라 어떻게 변하는지 알아본다.. 준비물Ostwald 점도계, 스톱워치, 메탄올 또는 기타 시료액체, 버니어 캘리퍼, 에탄올,항온조,. 실험과정. Ostwald 점도계법(1) Ostwald 점도계법를 뜨거운 세척 용액 (크롬산 용액) 또는 좋은 세제로 철저하게 잘 닦는다.(2) 증류수로 최소한도 다섯 번 이상 헹군다.(3) 증류수와 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 메탄올(에탄올) 용액을 준비한다.(4) 피펫으로 증류수를 a와 b사이 및 아래쪽 큰공을 1/3정도 채울 수 있을 만큼점도계에 넣는다.※ 이 큰공에 들어 있는 물의 부피는 a와 b 사이에 들어있는 양보다 훨씬 많다는{점을 주의해 둔다.(5) 점도계를 항온조 속에 넣고 열 평형이이루어질 때까지 기다린다.(6) 점도계의 오른쪽 상부에 고무관을 장착하여액체를 Mark1까지 흡입 한다.(7) 초시계를 이용하여 Δh (a-b) 만큼 유체가하강하는데 소요되는 시간을 측정한다.(8) 각각의 시료에 대해 (4)의 방법부터시작하여 측정한다.{(9) 측정된 data를 가지고 식에 대입하여각 시료의 점도를 구한다. 실험결과(1) 피크노미터 50㎖의 무게(A) : 32.78g(2) 피크노미터 50㎖의 무게(A) + 액체의 무게(B) = 전체의 무게(C){농도(%)온도(℃)Water20%40%60%80%100%(EtOH)25℃85.43g84.12g82.45g80.57g78.22g75.44g35℃85.33g84.36g83.14g81.58g78.19g74.95g{: 전체의 무게(C)(3) 액체의 무게(B) = 전체의 무게(C) - 피크노미터 50㎖의 무게(A) : 32.78g{농도(%)온도(℃)Water20%40%60%80%100%(EtOH)25℃52.65g51.34g49.67g47.79g45.44g42.66g35℃52.55g51.58g50.36g48.80g45.41g42.17g{: 액체의 무게(B). 용액의 밀도. 용액의 밀도 밀도(g/ml) = 질량(g) / 부피(ml)※ 피크로미터의 부피 : 50ml{농도(%)온도(℃)Water20%40%60%80%100%(EtOH)25℃1.053(g/ml)1.0268(g/ml)0.9934(g/ml)0.9558(g/ml)0.9988(g/ml)0.8532(g/ml)35℃1.051(g/ml)1.0316(g/ml)1.0072(g/ml)0.9760(g/ml)0.9082(g/ml)0.8434(g/ml){: 용액의 밀도(g/ml)☞ 용액의 밀도를 측정한 결과 순수한 물(증류수)의 밀도가 25℃에서는 1.053(g/ml),35℃에서는 1.051(g/ml)가 나왔다. 100%의 에탄올은 25℃에서 0.8532(g/ml)가나왔고, 35℃0.8434(g/ml)가 나왔다. 25℃와 35℃에서의 측정결과를 비교해 보면물(증류수)의 밀도가 100%에탄올의 밀도보다 높다는 것을 알 수 있다. 이는 물(중류수)이 에탄올 보다 무겁다는 것을 증명한다.온도가 올라감에 따라 그에대한 밀도는 내려가는 것을 확인 할수 있는데 이는 압력이일정하다고 할 때 온도를 변화시키면 부피가 늘어나 밀도는 줄어드는 것이다.. 용액의 점도. 흐름에 소요된 시간(s){농도(%)온도(℃)Water20%40%60%80%100%(EtOH)25℃22.45(s)39.25(s)59.51(s)60.00(s)55.54(s)43.68(s)35℃19.07(s)30.22(s)40.40(s)42.05(s)42.41(s)34.49(s){: 흐름에 소요된 시간(s). 각농도의 상대점도(주어진 온도에서 어떤 기준물질과 비교하여 얻은 상대점도){n1=d1 t1n2d2 t2{농도(%)온도(℃)Water20%40%60%80%100%(EtOH)25℃11.70482.50082.42602.13511.576435℃11.55542.03022.04771.92171.4513{: 각농도의 상대점도. 각농도의 절대점도※ 각농도도의 절대점도 = 상대점도 × 각 온도에 해당하는 물의 점성계수. 25℃ 물의 점성계수 : 0.8904(cp). 35℃ 물의 점성계수 : 0.7194(cp){절대점도(cp)농 도(%)25℃ 절대점도(cp)35℃ 절대점도(cp)Water0.8904(cp)0.7194(cp)20%1.5179(cp)1.1190(cp)40%2.2267(cp)1.4605(cp)60%2.1601(cp)1.4731(cp)80%1.9011(cp)1.3825(cp)100%(EtOH)1.4036(cp)1.0441(cp){. 실험에서 주의할 사항(1) 측정된 시간들은 서로 1% 범위 내에서 일치해야 한다.(2) 항온조의 온도가 ±0.2℃ 이상 변해서는 안 된다.(3) 시료액체의 부피와 기준액체의 부피는 같아야 한다.. 고 찰실험에 있어서 가장 먼저 실시하는 농도별 용액 제조 과정에서 실험자들의 정확하지못한 육안과 실험기구를 이용한 용액 제조에 의해, 정확히 원하고자 하는 농도의용액을 얻지 못했을 것이다. 처음 농도를 만들 때 정확한 농도의 용액을 만들어정확한 실험을 해야 한다. 또한 대상액체의 점도는 여러번 관찰해 평균값으로 오차를
{액체의 굴절률 측정. 목 적굴절률(屈折率) 측정에 의해서 ethanol을 판정해 본다.. 이 론빛이 진공 중에서 물질 중으로 진행하면 그 진로는 굴절한다. 입사각율 i, 굴절각을r 이라 하면 다음과 같은 관계가 성립한다.{sin i= nsin r여기서 n을 굴절률 이라고 하는데 물질의 종류, 압력, 온도, 빛의 파장이 전해지면결정되는 물질 특유의 정수로서 물질의 판정에 사용된다.굴절률 측정에는 여러 가지 방법이 있으나 이 실험에서는 액체의 굴절률 측정에널리 사용되고 있는 Abbe의 굴절계에 의한 측정법을 사용한다.Abbe의 굴절계는 굴절률이 다른 두 상 사이에서의 전반사를 이용한 것이다.기초 prism에서의 굴절각 β는 망원경을 이동하여 시야가 명과 암 두 부분으로나누어지는 위치에서 구해진다. 이 때 액체의 굴절률 n은 다음과 같이 된다.{n = sinψ n20 - sin2β-cosψsinβAbbe의 굴절계에서는 망원경에 표시된 눈금이 β가 아니고 직접 Na의 D선에대한 값 nD가 구해진다.. 준 비 물Abbe의 굴절계, 광원, 항온조, 시료. 조 작항온조로부터 펌프로 일정한 온도(약 30℃)의 물을 보내어 측정부의 온도를 일정하게 한다.항온조의 온도는 측정온도보다 1∼2℃높게 해 둔 다음 나트륨등을 켠다.시료실의 clamp를 늦추어서 보조 prism이 수평이 되도록 열고 시료액체를 및 방울적하한다. 장치의 상부를 움직여 액이 흐르지 않게 하면서 기초prism을 움직여clamp로서 고정한다. 새어나온 액은 gauze로 닦는다.망원경을 보면서 처음에는 크게 움직여서 광원에서 빛이 입사되도록 반사경을조절하여 가장 시야가 밝게 보이는 점을 구한다. 측정바퀴를 천천히 움직여서 명암의경계가 시야의 교차선의 교점에 맞도록 조절한다. 이 때 눈금에 나타나는 값을 구하는 nD 이다.측정이 끝난 뒤에는 시료실은 열고 acetone 등으로 시료를 잘 닦아서 청결하게 해 둔다.. 결 과{굴절률농 도굴 절 률(30℃)굴 절 률(40℃)0%(water)1.31881.318120%1.32991.328140%1.33991.338560%1.34581.343980%1.34871.3462100%(EtOH)1.34821.3461{. 고 찰실험에 있어서 가장 먼저 실시하는 농도별 용액 제조 과정에서 실험자들의 정확하지못한 육안과 실험기구를 이용한 용액 제조에 의해, 정확히 원하고자 하는 농도의용액을 얻지 못했을 것이다. 그러므로 처음 농도를 만들 때 정확한 농도의 용액을만들어 정확한 실험을 해야 된다.. 참고사항(아베(ABBE) 굴절계 사용법)1. 프리즘을 알코올에 적신 솜으로 가볍게 닦아서 깨끗하게 한다.2. 항온조의 물을 순환시킬 수 있도록 항온조와 프리즘 덮개를 고무관으로 연결한다.3. 빛이 프리즘에 잘 쪼이도록 반사경을 조절한다.4. 프리즘을 들어서 바닥에 액체를 2∼3방울 떨어뜨린 다음 프리즘을 덮어서 고정시킨다.