GDC/MnCo2O4 나노복합 멤브레인의 메탄전환 특성

초록

천연가스의 주성분인 메탄은 화학공정을 통하여 고부가가치이면서 운송이 용이한 화학물질로 전환 시킬 수 있어 많은 연구가 행해지고 있다. 혼합전도성 (Mixed ionic and electronic conducting) 산화물은 메탄의 부분산화반응에 필요한 산소를 공급하는 장치로 사용될 수 있다. 혼합전도성 멤브레인을 이용하면 산소분리공정과 합성가스 생성반응이 동시에 일어나게 되므로, 간단한 장치로서 경제적으로 합성가스(H2+CO)를 생산할 수 있게 된다. 혼합전도성 멤브레인은 금속과 이온전도성재료를 복합화하는 dual-phase 멤브레인과 perovskite계 세라믹을 이용한 멤브레인이 있다. dual-phase 멤브레인은 재료를 복합화하여 생성된 interconnected pathway를 통해 산소이온과 전자가 이동하게 되며, 고온에서의 상 안정성이 비교적 뛰어나고 높은 산소투과도를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 고온에서의 금속/세라믹 계면반응 및 금속입자의 입성장 등으로 인하여 산소투과도 및 메탄 전환율이 시간에 따라 감소하는 단점을 가지고 있어 새로운 멤브레인 재료의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 GNP법으로 합성한 MnCo2O4과 상용의 Ce0.9Gd0.1O2-δ (GDC) 분말을 유성밀을 이용하여 혼합한 후 1300℃에서 5시간동안 상압 소결하여 dual-phase 멤브레인을 제조하였고, 제조한 멤브레인의 산소투과율 및 메탄 부분산화특성을 조사하였다. 멤브레인 특성은 cathode compartment에는 순산소를, anode compartment에는 10%CH4/Ar 혼합가스를 공급한 뒤 Micro GC를 이용하여 anode 출구가스의 농도를 측정하여 멤브레인의 산소투과도, CH4 전환율, CO 및 H2 선택도 등을 평가하였다. 또한 dual-phase 멤브레인의 anode 표면에 Pt를 코팅한 후 멤브레인의 부분산화특성에 미치는 Pt의 효과에 대하여 조사하였다.