KR100239891B1 - 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치 및 이를 이용한 촉매 담체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치 및 이를 이용한 소수성 촉매 담체의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 기체상의 수소 흐름과 액체상의 물흐름 사이에서 일어나는 수소 동위원소 교환반응에 의해 중수(D₂O)를 승급 또는 제조하며, 삼중수소(T)를 제거하는 공정에 사용되는 백금족 촉매의 담체 등을 포함하는 소수성 촉매를 원하는 크기의 폘뎃 형태로 경제적이면서 효율적으로 대량 생산할 수 있는 우수한 제조방법이다.

Description

소수성 촉매 담체의 성형 제조장치 및 이를 이용한 촉매 담체의 제조방법

본 발명은 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치 및 이를 이용한 소수성 촉매담체의 제조방법에 관한 것이다.

중수소를 함유하는 수소와 물을 함께 반응기로 보내면 활성탄 등과 같은 불활성 담체 위에 담지된 촉매인 백금족 원소에 의해 중수소를 함유하는 수소 기체와 물 사이에서 수소 동위원소 교환반응이 일어나게 되고 그로 인하여 중수가 제조된다. 이 반응에서 촉매가 수소 및 수증기와 접촉함으로써 반응이 일어나지만 촉매가 액체상의 물과 접촉되면 그 활성도가 크게 감소하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 백금 담지 탄소촉매 등의 친수성 촉매에 소수성 막을 도포하거나(W. H. Stevens, 미국특허 제3,888,974호), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 등의 소수성 담체에 백금족 금속을 담지하여 사용하였다(J. H. Rolston, 미국특허 제4,025,560호).

이러한 소수성 촉매 담체는 그 비표면적이 크고, 다공성이어야 하며, 촉매층내의 유체흐름을 고려할 때, 그 직경이 3mm 상이 되어야 한다.

스티렌-디비닐 벤젠 공중합체를 이용하여 촉매 담체를 제조하는 경우 현탁 중합반응에 이용되는 반응액의 비중과 점도를 변화시킴으로써 촉매 담체의 입자경을 어느 정도 조절할 수 있었다(森下 諦三, 일본 특허출원 제59-27618호). 그러나, 제조된 구형 담체는 그 입자경이 일정하지 않으며, 입자경의 분포도가 커서 입자경이 3∼5mm인 입자만을 취할 경우 그 수율이 40% 이하로 매우 낮았다. 이를 개선하고자 단량체를 함유하는 혼합용액과 이를 감싸주는 제2의 용액을 이중관 노즐을 통하여 방울형태로 현탁액에 적하하면서 중합반응을 시키고, 껍질 부분을 제거하여 균일한 크기를 갖는 소수성 촉매 담체인 구형의 스티렌-디비닐벤젠 공중합체를 제조하였다(S. Matsumto, et al., A production process for uniform-size polymer particles, J. of Chem. Eng. of Japan, Vol. 22, 691-693, 1989). 그러나, 방울의 크기와 생성 속도를 제어할 수 있는 별도의 노즐과 진동장치가 필요하기 때문에 장치의 가격이 비싸지고, 또한, 제2의 용액을 사용해야 하므로 그 제조과정이 복잡해지는 문제점이 발생된다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 판상의 테플론(Teflon), 스테인레스 스틸(stainless-steel) 및 두랄루민 등을 가공하여 속이 빈 원기둥 형태의 성형틀을 만들고, 이를 이용하여 일정 크기의 펠렛형 스티렌-디비닐벤젠 공중합체를 높은 수율로 제조하였다(이한수 등, 대한민국 특허출원 제95-59737호). 그러나, 중합반응시 고분자 단량체와 용매가 누출되는 것을 막기 어렵고, 성형틀의 분해 및 조립작업이 어려우며, 성형틀의 제작비가 비싸고, 성형틀로부터 중합된 담체를 분리하기가 어려워서 촉매 담체를 대량으로 생산하기에는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자들은 전술한 문제점을 해결하고자 연구를 계속하여 오던 중, 각종 재질의 튜브를 이용한 촉매 담체의 제조·성형 장치 및 이를 이용한 촉매 담체의 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 소수성 촉매 담체를 경제적이면서 효율적으로 대량 생산할 수 있는 성형 제조장치 및 이를 이용한 촉매 담체의 제조방법을 제공하는 것이다.

도1은 튜브를 이용한 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜브 2 : 마개

3 : 지지판 4 : 지지대

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 소수성 촉매 담체를 경제적이면서 효율적으로 대량 생산할 수 있는 성형 제조장치를 제공하며, 그 일예를 도1에 도시하였는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시되어 있는 바와 같이, 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치는 고분자 단량체, 용매 및 중합개시제 등의 혼합용액이 주입되어 중합반응이 일어나는 튜브(1), 튜브 내에 담긴 반응용액이 새어나오는 것을 방지하기 위한 마개(2), 다수개의 튜브가 설치되는 지지판(3)과 중합반응시 설치된 튜브를 고정시키는 지지대(4)를 포함하고 있다.

먼저, 튜브(1)는 고분자 단량체 등의 혼합용액이 주입되어 중합반응이 일어나는 반응용기의 역할을 한다. 튜브에 사용될 수 있는 재질로는 중합반응시 불활성이며,85℃ 정도의 중합온도 이상에서도 내구성을 갖는 유리, 테플론, 폴리우레탄 및 스테인레스 스틸 등이 사용될 수 있는데, 이들 재질은 용이하게 구할 수 있으며, 값이 싸다는 장점이 있다. 이러한 튜브(1)는 중합반응 후 튜브(1)로부터 탈리되는 중합체의 이형성을 고려하여 그 길이가 적절히 조절될 수 있으며, 튜브의 내경은 제조되는 담체의 직경에 따라 조절될 수 있다.

마개(2)는 튜브내에 담긴 반응용액이 누출되는 것을 방지하기 위해 튜브의 상하부에 각각 장착되며, 스테인레스 스틸 및 합성수지 등의 재질이 사용될 수 있다.

다수개의 튜브를 항온조 내에 설치하여 중합반응을 반응시킴으로 촉매 담체를 대량으로 생산하는데, 수십개 내지 수백개의 튜브가 설치될 수 있도록 지지판(3)의 크기는 조절될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 튜브(1) 하부에 마개를 부착하여 지지판(3)에 고정시킨뒤 중합반응 혼합용액을 튜브(1)에 채우고, 튜브(1) 상부를 마개(2)로 밀봉한 다음, 중합 반응시켜 제조된 중합체를 튜브에서 분리하고 적당한 길이로 절단하여 펠렛형의 소수성 촉매 담체를 제조하는 과정으로 구성되는 상기와 같은 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치를 이용한 촉매 담체의 제조방법을 제공한다.

먼저, 다수개의 튜브(1) 하부에 마개(2)를 부착하여 지지대(4)에 고정시킨 뒤 고분자 단량체, 용매 및 중합개시제 등의 혼합용액을 튜브(1)에 채우고, 튜브(1) 상부를 마개(2)로 밀봉한다. 그런 다음, 이 성형장치를 온도 조절이 가능한 항온조에 설치하여 항온조의 온도를 중합 온도까지 서서히 상승시켜 중합반응시킨다. 반응이 완료되면 제조된 중합체를 튜브에서 꺼내어 적당한 길이로 절단하여 펠렛형의 소수성 촉매 담체를 제조한다.

이하, 실시에를 통하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

스티렌 단량체 225g, 디비닐벤젠 단량체 275g, o-디클로로벤젠 300g, 이소아밀알콜 700g 및 벤조일퍼옥사이드 5g을 혼합하여 튜브를 이용한 본 발명의 성형장치에서 스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 소수성 담체를 제조하였다. 이때 중합온도는 80℃였으며, 튜브의 길이는 18cm였으며, 튜브의 재질과 내경은 하기 표1과 같이 변화시켰다. 튜브의 재질과 내경에 따른 촉매 담체의 비표면적과 주 기공 반경과 같은 담체의 물성과 제조수율을 나타내었다.

[표 1]

상기 표1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 튜브를 이용한 성형장치를 통하여 제조된 촉매 담체는 튜브의 재질과 내경에 관계없이 그 물성이 우수하였다. 또한, 튜브의 재질에 따라 제조 수율에 차이가 크지 않았으며, 이는 튜브로부터 제조된 중합제를 탈리시킬 때 튜브와 중합체와의 이형성 때문이었다.

[실시예 2]

스티렌 단량체 225g, 디비닐벤젠 단량체 275g, 2-에틸헥산올 715g, 톨루엔 285g 및 벤조일퍼옥사이드 5g를 혼합하고, 상기 실시예 1과 같은 튜브를 이용한 성형장치를 이용하여 소수성 촉매 담체를 제조하였다. 이때 중합온도는 80℃였고, 튜브의 길이는 18㎝였으며, 튜브의 재질과 내경은 하기 표2와 같이 변화시켰다. 튜브의 재질과 내경에 따른 촉매 담체의 비표면적과 주 기공 반경과 같은 담체의 물성과 제조수율을 나타내었다.

[표 2]

상기 표2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 튜브를 이용한 성형장치를 통하여 제조된 촉매 담체는 튜브의 재질과 관계없이 그 물성이 우수하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 튜브를 이용한 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치는 원하는 크기의 펠렛을 경제적이고 효율적으로 대량생산할 수 있는 장치이며, 본 발명의 장치를 이용한 제조방법을 통하여 물성이 향상된 촉매 담체를 높은 수율로 제조할 수 있는 우수한 방법이다.

Claims (3)

1. 고분자 단량체, 용매 및 중합개시제로 이루어지는 혼합용액이 주입되어 중합반응이 일어나는 튜브(1), 튜브 내에 담긴 반응용액이 새어나오는 것을 방지하기 위한 마개(2), 다수개의 튜브가 설치되는 지지판(3)과 중합반응시 설치된 튜브를 고정시키는 지지대(4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 튜브(1)는 유리, 테플론, 폴리우레탄 및 스테인레스 스틸로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 소수성 촉매 담체의 성형 제조장치.
3. 튜브(1)를 부착하여 지지판(3)에 고정시킨 뒤 중합반응 혼합용액을 튜브(1)에 채우고, 튜브(1) 상부를 마개(2)로 밀봉한 다음 중합반응시켜 제조된 중합체를 튜브에서 분리하고 적당한 길이로 절단하여 펠렛형의 소수성 촉매 담체를 제조하는 과정으로 구성되는 제1항의 촉매 담체 성형 제조장치를 이용한 소수성 촉매 담체의 제조방법.