Korean Chemical Engineering Research

The Korean Institute of Chemical Engineers (한국화학공학회)
권호 표지

Characterisitics of Redox Reaction of the Magnetite Powder Prepared by Hydrothermal Synthesis

수열합성법으로 합성된 마그네타이트 분말에 대한 산화.환원 특성

  • Park, Sung Youl (Fossil Energy & Environment Research Department, Korea Institute of Energy Research) ;
  • Kang, Min Pil (Department of Chemical Engineering, Chungnam National University) ;
  • Rhee, Young Woo (Department of Chemical Engineering, Chungnam National University) ;
  • Nam, Sung Chan (Fossil Energy & Environment Research Department, Korea Institute of Energy Research)
  • 박성열 (한국에너지기술연구원 화석에너지환경연구부) ;
  • 강민필 (충남대학교 화학공학과) ;
  • 이영우 (충남대학교 화학공학과) ;
  • 남성찬 (한국에너지기술연구원 화석에너지환경연구부)
  • Received : 2005.04.29
  • Accepted : 2005.12.15
  • Published : 2005.12.31
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Abstract

Carbon dioxide, included in the flue gas from the combustion of fossil fuel, was known as a representative green house gas and various removal and utilization technologies of it has been studied for the prevention of global warming. This study was performed as an effort to find out a method to reuse carbon dioxide separated from flue gas by magnetite powder. Magnetite powder was synthesized using various oxidizers and alkalinity controlled aqueous solutions of $FeSO_4{\cdot}7H_2O$ and NaOH at 50, 80, 90, $100^{\circ}C$ and analyzed by XRD and SEM. The analysis results showed that magnetite powder synthesized at higher alkalinity and temperature had crystalline spinel and cubic structure. The reduction by hydrogen and the oxidation by carbon dioxide of synthesized powder were studied by TGA. The results showed that magnetite powder synthesized at low alkalinity and temperature was non-cubical amorphous but crystalline and cubical at high alkalinity and temperature. Comparing magnetite powders synthesized using oxidants(air and oxygen) and nitrogen, magnetite powder using more oxygen containing oxidant synthesized more crystalline magnetite powder. The experimental results of redox reaction of the synthesized magnetite powder showed that the reduction by hydrogen and the oxidation by carbon dioxide were seldom observed below $400^{\circ}C$ and observed well at $500^{\circ}C$. Magnetite powder synthesized at $100^{\circ}C$ and alkalinity(molal concentration ratio of $FeSO_4{\cdot}7H_2O$ to NaOH) of 2.0 using $O_2$ showed the highest reduction of 27.15 wt％ and oxidation of 26.73 wt％, especially at reaction temperature of $500^{\circ}C$.

화석연료의 연소에 의해 발생하는 연소배가스에 포함된 이산화탄소는 대표적인 온실 가스로 알려졌으며 지구 온난화를 방지하기 위하여 다양한 제거 및 활용 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 연소배가스에서 분리된 이산화탄소를 마그네타이트 분말을 이용하여 재활용하기 위한 방안을 찾기 위한 노력의 일환으로 수행하였다. $FeSO_4{\cdot}7H_2O$와 NaOH 수용액을 혼합하여 알칼리도를 달리하고 산화제를 달리한 다음 합성온도를 50, 80, 90, $100^{\circ}C$로 하여 마그네타이트 분말을 제조하였으며 XRD와 SEM을 이용하여 분석하였다. 산성 영역보다 염기성 영역 그리고 합성온도가 높을수록 높은 결정성을 갖는 입방정(cubic) 형태의 스핀넬 타입 마그네타이트 분말이 합성되었다. TGA를 이용하여 합성된 분말의 수소에 의한 환원 및 이산화탄소 흡수에 의한 산화특성을 연구하였다. 그 결과, 낮은 합성온도와 산성영역에서는 입방정 형태를 갖는 분말이 생성되지 않았으며 대부분 무정형의 상만이 존재하였다. 그러나 합성온도가 높고 염기성 영역으로 갈수록 높은 결정성과 입방정 형태를 갖는 입자가 나타났다. 또한, 반응 시 산화제로 산소와 공기를 사용한 경우와 질소를 사용한 경우를 비교하였을 때, 산소 함량이 높을수록 우수한 결정성을 갖는 분말이 합성되었다. 합성된 분말을 사용하여 Redox 반응을 수행한 결과, $400^{\circ}C$ 이하에서는 수소에 의한 환원과 이산화탄소 흡수에 의한 산화 반응이 거의 일어나지 않았으나, $500^{\circ}C$에서는 환원 및 산화 반응이 잘 이루어졌다. 특히, 산소를 산화제로 사용하고 염기성영역(NaOH에 대한 $FeSO_4{\cdot}7H_2O$의 몰랄농도비=2.0)에서 $100^{\circ}C$로 합성한 분말이 반응온도 $500^{\circ}C$에서 가장 높은 27.15 wt％의 환원량과 26.75 wt％의 산화량을 보였다.

Keywords

References

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