나노구조제어에 의한 고성능 멤브레인리액터의 설계

초록

세라믹 멤브레인 리액터 (ceramic membrane reactor)는 에너지변환, 오염물질정화 및 분리, 신물질 합성 등과 같은 다양한 용도를 가지는 차세대 재료로서 주목 받고 있다. 멤브레인 리액터의 성능은 구성성분의 미세구조를 제어함으로써 크게 향상시키기는 것이 가능하다고 알려져 있으며, 최근에는 나노구조화 또는 나노복합화 개념을 멤브레인 리액터에 적용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 나노복합축매전극과 저온가동형 세라믹전해질로 구성된 고성능 멤브레인 리액터를 제조하여 리액터의 성능을 평가하였다. 전해질로서는 가돌리니아(Gd2O3)안정화 세리아(GDC) 또는 스칸디아(Sc2O3)안정화 지르코니아(ScSZ)를 사용하였고, 산화물촉매전극으로 나노입자 및 나노기공이 균일하게 분산된 산화니켈 및 페롭스카이트 결정구조를 갖는 촉매재료를 사용하였다. 미세구조관찰결과 산화물 촉매전극에는 한방향으로 배향된 나노기공 channel이 존재함을 알 수 있었고, 나노복합촉매전극의 경우 나노입자의 균일분산이 확인되었다. 제조된 멤브레인 리액터를 이용해 자동차배기가스 정화기능을 시험해 본 결과, 전술한 나노구조의 형성이 멤브레인 리액터의 효율에 큰 영향을 미치고 있다는 것을 알 수 있었다.