[논문자료]2-Chlorophenol의 아임계/초임계수 산화반응에서 금속 부식 및 반응 효율 연구

출처: 픽사베이

2-Chlorophenol의 아임계/초임계수 산화반응에서 금속 부식 및 반응 효율 연구

연속식 비부식성 SCWO 반응기를 이용하여 2-chloropehenol 의 초임계수 산화분해 시 금속의 부식현상이 반응 효율에 미치는 촉매적인 효과를 조사 하였다. 연속식 비부식성 SCWO 반응기 내부에 금속 합금 시편들을 위치 시킨 후 초임계수 산화반응을 시행하였으며 반응은 아임계 상태 (220 atm, 340 ℃)와 초임계 상태 (250 atm, 400 ℃)의 조건하에서 시행되었다. 실험으로 얻은 유출수의 분석을 통해 분해 효율을 측정하였으며, 이를 금속 시편의 투입 없이 시행된 2-chlorophenol의 초임계수 산화분해 반응의 분해 효율과 비교하였다. 6종의 부식에 강하다고 알려져 있는 합금들 (Stainless steel 316, Hastelloy C-276, Inconel 625, Monel K-500, Zirconium 702, Titanium Gr2)이 실험 재료로 선정 되었다. 분해 효율과 금속의 부식에 의한 유출수에 포함되어 있는 금속 성분의 함량은 각각TOC와 ICP-MS 분석기를 통해 이루어 졌으며 부식된 금속의 표면 화학적 분석을 위하여 AES-SAM이 이용되었다. 또한 유출수에 포함된 중간 생성체를 알아보기 위하여 GC-MS를 이용하였다. 반응 후 초임계 및 아임계 상태에 노출된 금속 표면에 색상 및 형상 변화가 일어남을 Microscopy analysis를 통하여 확인하였다. 특히 색상의 변화는 합금이 포함하는 주요 금속의 종류에 따라 달라짐을 알 수 있었다. ICP-MS 및 질량 감소량 측정 결과 Stainless steel 316과 Inconel 625의 경우 금속 성분의 depletion이 초임계상태에서 더욱 많아짐을 알 수 있었고 나머지 합금은 반대의 경향을 보임을 확인하였다. AES-SAM 분석 결과, 금속 표면으로의 산소의 침투가 아임계 조건 및 초임계 조건 모두에서 발견되었으며, 초임계 조건에서의 산소 침투 깊이가 더 큰 것으로 나타났다. 금속의 부식을 동반한 반응 효율을 측정하여 부식을 수반하지 않은 반응 효율과 비교하였다(아임계 상태: 94.43%, 초임계 상태: 95.92%). 아임계 상태와 초임계 상태 모두에서 금속 시편의 부식이 반응 효율을 1-3 %정도 향상시킨다는 사실을 확인할 수 있었으며, 반응 효율 향상에 대한 기여도는 아임계 상태에서의 금속 부식이 더 큰 것으로 나타났다. 금속 시편 별로 부식의 반응효율에 대한 기여도를 살펴본 결과, 반응 효율의 향상은 합금이 함유하고 있는 금속 성분 및 부식에 의하여 생성된 금속 산화물이나 금속 이온의 양과 큰 관계를 가지는 것으로 밝혀졌으며 조사된 6종의 금속 중 Monel K-500의 촉매적인 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. GC-MS 분석을 통하여 반응 중간 생성물을 확인해 본 결과, 금속의 촉매적인 활동은 2-chlorophenol의 초임계수 산화 분해시 염소의 제거에 기여함으로써 반응 효율을 향상시킴과 동시에 염소를 포함한 유독물질의 생성을 억제하는데 기여함을 알 수 있었다.

 

Catalytic effects of metal corrosion on the SCWO decomposition of 2-chlorophenol was investigated by using continuous type anti-corrosive SCWO system. After installing metal alloy coupons at the continuous type anti-corrosive SCWO reactor, the decomposition efficiencies were measured at both subcritical (220 atm, 340 ℃) and supercritical conditions (250 atm, 400 ℃). Then, the results were compared to the decomposition efficiencies without the corrosion of metal alloy. Stainless steel 316, Inconel 625, Monel K-500, Hastelloy C-276, Zirconium 702 and Titanium Gr2 were selected as corrosive metal alloys. It was notable that the decomposition efficiency of 2-chlorophenol with the corrosion of metal alloys were higher by 1-3% than that without the corrosion of metal alloys (subcritical condition: 94.43 % and supercritical condition: 95.92 %) and the degree of improvement of the decomposition efficiency at subcritical condition was higher than that at supercritical condition. It was suspected that the corrosion and depletion of metal components have certain role to elevate the decomposition efficiency. Then, corrosion phenomena of metal alloys at subcritical and supercritical condition were investigated by AES-SAM analysis. All metal alloys showed severer corrosion at supercritical condition than at subcritical condition and among them, Monel K-500 was the highest corrosive metal alloy. It was also found that the catalytic effect of Monel K-500 was the greatest because the amount of metal depletion contributing to the elevation of decomposition efficiency was the highest in Monel K-500 and the major constituents of Monel K-500, Cu and Mo are also promising catalyst for the decomposition of refractory hydrocarbons at subcritical and supercritical condition.

 

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0010833653

 

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