철강 제조 및 석유화학과 같은 산업 부문에서 산업용 가스 처리 분야는 특히 황화카르보닐(COS)의 존재로 인해 상당한 어려움에 직면해 있습니다. COS는 황화수소(H2S)보다 반응성이 낮지만, 장비 부식을 유발하고 후단 촉매를 비활성화시킬 수 있는 황 함유 화합물입니다. 따라서 COS의 효율적인 제거는 공정 무결성을 유지하고, 제품 순도를 보장하며, 엄격한 환경 규제를 준수하는 데 매우 중요합니다. 여기서 첨단 가수분해 촉매가 중요한 역할을 합니다.

COS의 가수분해는 물과 반응시켜 황화수소(H2S)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정을 포함합니다. 이 반응은 화학적으로 가능하지만, 특히 평형에 유리한 저온에서 높은 전환율을 달성하기 위해서는 특수 촉매 물질이 필요합니다. 저희의 연구 개발 노력은 이러한 문제를 해결하는 고효율 촉매를 만드는 데 집중되어 왔습니다. 특히, 사마륨(Sm) 도핑으로 강화된 세리아 지르코니아 기반 촉매는 COS 가수분해에서 탁월한 성능을 보여주었습니다. 최근 과학 연구에서 자세히 설명된 Sm-doped CeOx@ZrO2 촉매는 산업 응용 분야에 이상적인 독특한 특성 조합을 제공합니다.

이러한 촉매의 우수한 성능의 핵심은 최적화된 표면 화학에 있습니다. 세리아-지르코니아 매트릭스에 사마륨을 통합하는 것은 촉매의 산성 및 염기성 부위에 상당한 영향을 미칩니다. 약산성 부위 수를 줄이고 약염기성 부위 수를 늘림으로써, 촉매는 COS 분자의 흡착 및 활성화를 더 효과적으로 촉진합니다. 이 향상된 상호 작용은 특히 COS 가수분해의 화학적 평형이 가장 유리한 낮은 작동 온도에서 가수분해 반응을 진행시키는 데 중요합니다. 또한, 도핑 전략은 표면 화학 흡착된 산소를 더 안정한 격자 산소로 전환하도록 촉진하며, 이는 결과적으로 중간 생성물의 산화를 최소화하고 촉매의 전반적인 안정성을 향상시킵니다. 이는 까다로운 산업 환경에서 더 긴 수명과 일관된 성능으로 이어집니다.

이러한 첨단 가수분해 촉매 사용의 실질적인 의미는 산업 운영자에게 매우 중요합니다. 예를 들어, 철강 산업에서 용광로 가스의 COS를 효율적으로 제거하는 것은 가스 정화의 중요한 단계입니다. COS를 H2S 및 CO2로 전환하면, 일반적으로 후단의 산성 가스 제거(AGR) 장치에서 관리하기 더 쉬워지므로, 이러한 촉매는 상당한 비용 절감과 가스 처리 시스템의 전반적인 크기 및 복잡성 감소로 이어질 수 있습니다. 또한, 이러한 촉매의 높은 선택성은 원하는 생성물(H2S 및 CO2)이 최소한의 원치 않는 부산물로 형성되도록 보장하여 후단 처리를 더욱 단순화합니다.

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