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촉매반응을 위한 미세구조반응기

전문가 제언: ○ MSR은 미세채널반응기로도 알려져 있고, 전통적인 반응기 설계보다 많은 장점이 알려져 최근에 상당한 관심을 끌고 있다. 일반적으로 MSR은 고유 안전성, 개선된 공정 제어 및 신속한 이행에 의한 이익을 준다고 말할 수 있다.

○ 소형 미세채널은 위험한 화학물질을 작은 농도로 바꾸어 주고, 미세구조 모양의 반응기 크기는 폭발반응에서 급랭(Quench) 거리보다 짧아 현장에서 안전하게 위험물질을 생성할 수 있어 비용 절감이 예상된다.

○ MSR은 반응시간이 신속하기 때문에 개선된 공정 제어가 실현 가능하며, 부피/표면적 비가 크기 때문에 효과적인 물질 및 열전달이 가능해 진다. MSR 기술은 실험실에서 파일럿 규모의 생산설비로 이전이 가능하리라고 예상되는데, 이는 유사한 반응채널 몇 개로 연간 액체 처리량이 100,000톤으로 규모 확대가 이루어진 경우가 있기 때문이다.

○ MSR 이용에 적합한 화학반응의 예로 부분 산화반응을 원할 때 완전 산화반응을 방지하기 위하여 반응속도가 빠른 반응은 급랭시켜야 하고, 다상반응(多相反應)에서 물질 전달은 제한해야 하나 효과적인 혼합이 필요할 경우, 반응이 높은 발열반응 또는 H2/O2 반응과 같은 폭발 혼합물을 포함하는 경우 및 독성물질(HCN 또는 Phosgene 등)을 포함한 반응 등에 유용하다.

○ 미세채널에 고체 촉매를 도입하는 데 어려움이 있기 때문에 이를 극복하기 위해서는 금속 촉매의 담체로 코팅이 필요하다. 일반적으로 사용되는 코팅방법으로 Al 웨이퍼 양극산화, sol-gel 기술, 화학증기증착 및 나노입자 침적 등이 있다. 이들은 모두 무기물 코팅이지만, MSR에 탄소 기초한 코팅은 무기물 코팅에 비하여 연구가 덜 되어 있는 상태이다. μm 범위의 웨이퍼에 탄소 필름을 형성할 때 영향하는 인자는 모노머 용액의 조성 및 기공 형성 액체의 존재에 의존한다. 예로 Acrolein의 수소화에서 웨이퍼의 활성은 하소시간에 영향을 받는 것으로 믿어진다. 이는 탄소 표면에서 기능기 수와 기공도가 하소에 관련 가능성이 많기 때문이다.

저자: Lioubov Kiwi-Minsker, Albert Renken
자료유형: 학술정보