안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
촉매의 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 이유는 반응이 진행되면서 반응물과 만나는 활성점이 막히거나 화학적, 구조적으로 파괴되기 때문입니다.
가장 흔한 비활성화 원인인 코킹은 탄화수소 반응 과정에서 생겨난 탄소 찌꺼기가 촉매 표면과 미세한 구멍을 막아버리는 현상으로 탄화수소가 존재하는 환경에서 자주 발생합니다. 반면, 소결은 고온 환경에 지속해서 노출될 때 미세한 금속 입자들이 서로 응집하여 덩어리가 되거나 촉매 지지대가 무너져 나타나는 현상으로 입자가 커지면서 반응물이 붙을 수 있는 유효 비표면적이 급격히 줄어듭니다. 이외에도 황이나 염소, 중금속 같은 불순물이 활성점과 강하게 화학 결합하여 반응 자리를 마비시키는 피독 현상 역시 촉매의 수명을 갉아먹는 주요 원인입니다.
촉매를 재사용할지, 아니면 새것으로 바꿀지 결정은 활성점의 손상이 복구 가능한 상태인지 여부를 파악하는 것이 중요합니다. 비활성화 원인인 코킹된 촉매는 공기나 수증기를 주입한 상태에서 고온으로 가열하여 탄소 찌꺼기를 이산화탄소로 태워 내면 초기 성능을 대부분 회복합니다. 또한 백금 촉매는 소결이 일어났더라도 특정 화학 기체를 투입해 뭉친 금속 입자를 다시 가늘게 쪼개어 넓게 펼치는 재분산 공정을 통해 재생할 수 있습니다. 하지만 심각한 소결로 인해 결정 구조가 너무 크게 변했거나, 활성점이 영구 피독된 경우에는 구조 복원이 불가능하므로 교체해야 합니다.