실제 폐플라스틱에서 수소와 탄소 나노튜브의 공동 생산: 촉매 조성과 운영 매개변수의 영향

실제 폐플라스틱의 촉매 열분해를 위해 Ni-Fe 촉매를 사용하여 수소와 고부가가치 탄소 나노튜브(CNT)를 생산하는 방법과 촉매 조성 및 지지 물질의 영향을 조사하였다. 플라스틱이 첫 번째 단계에서 열분해되고 두 번째 단계에서 생성된 휘발성 물질이 촉매 위에서 반응하도록 고정층 반응기의 두 단계에서 실험을 수행하였다. 수소 생산량 및 촉매에 침착된 탄소 나노튜브의 수율을 최적화하기 위해 다양한 촉매 온도(700, 800, 900 °C)와 증기 대 플라스틱 비율(0, 0.3, 1, 2.6)을 탐색하였다. 결과는 탄소 나노튜브의 성장과 수소 생산이 촉매 유형 및 운영 매개변수에 따라 크게 달라진다는 것을 보여주었다. Fe/γ-Al2O3는 단일 금속 촉매 중에서 가장 높은 수소 생산량(22.9 mmol H2/gplastic)과 탄소 나노튜브 수율(195 mg g−1plastic)을 기록하였고, 그 뒤를 Fe/α-Al2O3, Ni/γ-Al2O3 및 Ni/α-Al2O3가 이었다. 이변금속 Ni-Fe 촉매는 금속과 지지체 간의 최적 상호작용 덕분에 단일 금속 Ni 또는 Fe 촉매에 비해 H2 생산과 관련하여 더 높은 촉매 활성을 나타냈다. 제품 수율에 대한 증기 투입과 촉매 온도의 영향을 추가로 조사한 결과, CNT(287 mg g−1plastic)와 수소 생산(31.8 mmol H2/gplastic)을 동시에 최적으로 생산할 수 있는 조건은 800 °C에서 증기가 없고 이변금속 Ni-Fe/γ-Al2O3 촉매가 존재할 때 얻어졌다.