KR100785254B1 - Heteropoly acid catalyst supported on metal oxides and production method of dimethylcarbonate using said catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 합성하기 위한 헤테로폴리산 담지 촉매 및 상기 촉매를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되며, 산특성을 지니는 헤테로폴리산을 금속산화물에 담지하여 제조한 헤테로폴리산 담지 촉매 및 상기 촉매를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 헤테로폴리산 담지 촉매는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 합성하는데 적용하게 되면 반응성이 우수하여 높은 수율로 디메틸카보네이트를 수득할 수 있고, 부반응을 수반하지 않으며, 친환경적인 합성공정을 제공한다. The present invention relates to a heteropoly acid-supported catalyst for synthesizing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide, and to a method for preparing dimethyl carbonate using the catalyst. The present invention relates to a heteropoly acid supported catalyst prepared by supporting a metal oxide and a dimethyl carbonate production method using the catalyst. The heteropoly acid supported catalyst according to the present invention has high reactivity when applied to synthesize dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide. Dimethyl carbonate can be obtained, does not involve side reactions and provides an environmentally friendly synthesis process.

디메틸카보네이트, 헤테로폴리산, 금속산화물, 담지 촉매 Dimethyl carbonate, heteropoly acid, metal oxide, supported catalyst

Description

헤테로폴리산 담지 촉매 및 상기 촉매를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법{HETEROPOLY ACID CATALYST SUPPORTED ON METAL OXIDES AND PRODUCTION METHOD OF DIMETHYLCARBONATE USING SAID CATALYST} Heteropoly acid-supported catalyst and method for producing dimethyl carbonate using the above catalyst {{HETEROPOLY ACID CATALYST SUPPORTED ON METAL OXIDES AND PRODUCTION METHOD OF DIMETHYLCARBONATE USING SAID CATALYST}

본 발명은 헤테로폴리산 담지 촉매 및 상기 촉매를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되며, 산특성을 지니는 헤테로폴리산을 금속산화물에 담지하여 제조한 헤테로폴리산 담지 촉매 및 상기 촉매를 이용하여 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heteropoly acid-supported catalyst and a method for preparing dimethyl carbonate using the catalyst, and more particularly, to a dimethyl carbonate prepared from methanol and carbon dioxide, and to a heteropoly acid supported by preparing a heteropoly acid having acidic properties on a metal oxide It relates to a catalyst and a method for producing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide using the catalyst.

디메틸카보네이트는 정밀화학의 카르보닐화제 혹은 메틸화제로서 환경친화적인 화학제품으로 주목을 받고 있다. 더욱이 디메틸카보네이트는 독성이 강한 포스겐이나 염화메틸 및 디메틸황산 등을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용 연료의 옥탄가를 높이기 위한 첨가제 및 폴리카보네이트 수지 제조의 원료, 정밀화학 제품의 중간체로서도 그 응용범위가 매우 넓다. 종래의 디메틸카보네이트의 제조방법은 매우 다양하다. 예를 들면, 메탄올과 독성이 강한 포스겐을 반응시키는 포스겐법, 일산화탄소와 산소를 메탄올과 반응시키는 메탄올 산화법, 메틸나이트레이 트를 이용한 메틸나이트레이트법, 에틸렌옥사이드를 이용한 에스테르교환법 등이 있다. 메탄올 산화법은 액상법과 기상법 두 가지가 있다. 액상 메탄올 산화법의 촉매로는 Cu(Ⅰ) 혹은 Cu(Ⅱ)가 주로 이용되는데, 다른 조촉매와의 혼합물이 이용되기도 한다. 염화구리 촉매를 사용할 경우, 디메틸카보네이트의 선택도가 25% 정도로 아직은 만족스럽지 못하고, 부산물로 휘발성이 강한 메틸클로라이드가 형성되는데, 이 물질은 부식문제를 일으키는 원인이 되는 것으로 알려지고 있다 [미국특허 제 4,900,705호]. Cu(Ⅰ)촉매와 조촉매인 염화칼륨을 사용한 혼합촉매의 경우, 반응물 내의 수분함량을 제어하여 3중량% 이하로 유지하면 메탄올 전환율과 디메틸카보네이트 선택도가 향상되는 것으로 알려져 있다 [미국특허 제 5,599,965호 및 유럽특허 제 636,601호]. 상기에 보고된 액상 메탄올 산화법은 반응물로 일산화탄소를 사용해 안전성의 문제를 유발할 수 있고 부산물이 많이 생성되어 반응기의 부식이 문제가 된다. 반응기 크기에 제한을 받는 액상반응의 단점을 개선하기 위해 기상반응 기술이 제안되었으나 기상반응의 경우 반응이 진행되는 동안 촉매에서 염소가 제거되기 때문에 촉매가 비활성화 되는 단점이 있다. 메탄올 기상 산화법에 사용되는 촉매로는, 할로겐화 금속 및 이들의 복합체 [WO 87/7601], 다공성의 지지체에 담지시킨 할로겐화 구리와 알카리 토금속 수산화물 [미국특허 제 5,347,031호], 팔라듐계열 촉매 [미국특허 제 5,466,856호] 등이 있다. 비교적 높은 전환율을 보이는 것으로 알려진 에스테르교환반응용 촉매로 이용되는 불균일계 촉매로는 3급 아민, 4급 암모늄염, 술폰산, 카르복실산이 포함된 이온교환수지, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 규산염이 담지된 실리카, 또는 암모늄 이온이 교환된 제올라이 트 등이 있다 [미국특허 제 4,691,041호 및 일본공개특허 소64-31737호]. 또한 트리페닐포스핀이 치환된 스타이렌-디비닐벤젠 공중합체를 이용하는 방법 [미국특허 제 5,214,182] 및 납이 함유된 무기화합물을 불균일 촉매로서 사용하는 방법 [일본공개특허 평4-9356]이 제시된 바 있고, 최근에는 이트륨(Y), 란타늄(La), 세륨(Ce) 등 희토류 계열의 산화물 [미국특허 제 5,430,170호]이나, K, Na, Ca 등이 담지된 A형 제올라이트 [미국특허 제5,436,362호] 등의 무기화합물을 촉매로 사용하는 방법이 보고되고 있다. 상기 촉매를 사용하여 50~160℃의 범위에서 수십 시간 이상을 반응시켰을 때, 50~60%의 에틸렌카보네이트의 전환율과 약 30~50% 정도의 디메틸카보네이트 수율을 얻을 수 있는데, 전환율은 대체로 높은 편이나 부반응에 의해 디메틸카보네이트의 수율이 상당히 떨어지는 문제점을 지니고 있다. 상기에 보고된 디메틸카보네이트 합성반응은 대부분 유독물질인 일산화탄소를 사용하고 부식성이 크다는 단점을 가지고 있으며, 촉매에 의한 부반응의 진행으로 부산물이 생성되어 다단계 반응으로 제조공정이 이루어진다는 문제점을 가지고 있다. Dimethyl carbonate has attracted attention as an environmentally friendly chemical product as a carbonylating or methylating agent of fine chemicals. Furthermore, dimethyl carbonate can replace toxic phosgene, methyl chloride, dimethyl sulfate, etc., as well as additives to increase the octane number of automobile fuels, raw materials for the production of polycarbonate resins, and intermediates for fine chemical products. Very wide Conventional methods for preparing dimethyl carbonate are very diverse. For example, a phosgene method for reacting methanol and toxic phosgene, a methanol oxidation method for reacting carbon monoxide and oxygen with methanol, a methyl nitrate method using methyl nitrate, a transesterification method using ethylene oxide, and the like. There are two types of methanol oxidation methods: liquid phase method and gas phase method. Cu (I) or Cu (II) is mainly used as a catalyst of the liquid methanol oxidation method, and a mixture with another promoter may be used. When the copper chloride catalyst is used, the selectivity of dimethyl carbonate is still not satisfactory at around 25%, and a volatile methyl chloride is formed as a by-product, which is known to cause corrosion problems. 4,900,705]. In the case of a mixed catalyst using a Cu (I) catalyst and potassium chloride as a cocatalyst, it is known that the methanol conversion and the dimethyl carbonate selectivity are improved when the water content in the reactant is controlled to 3% by weight or less [US Patent No. 5,599,965]. And European Patent 636,601. The liquid methanol oxidation method reported above can cause safety problems by using carbon monoxide as a reactant, and a lot of by-products are generated, causing corrosion of the reactor. The gas phase reaction technique has been proposed to improve the disadvantage of the liquid phase reaction, which is limited by the reactor size. However, in the case of the gas phase reaction, the catalyst is deactivated because chlorine is removed from the catalyst during the reaction. Catalysts used in the methanol gas phase oxidation method include metal halides and their complexes [WO 87/7601], copper halides and alkaline earth metal hydroxides supported on porous supports [US Pat. No. 5,347,031], palladium-based catalysts [US Pat. 5,466,856]. Heterogeneous catalysts used as transesterification catalysts that are known to exhibit relatively high conversions include tertiary amines, quaternary ammonium salts, sulfonic acids, ion exchange resins containing carboxylic acids, alkali metals, alkaline earth metals, and silica supported silicates. Or zeolites in which ammonium ions have been exchanged. [US Pat. In addition, a method using a styrene-divinylbenzene copolymer substituted with triphenylphosphine [US Pat. No. 5,214,182] and a method of using an inorganic compound containing lead as a heterogeneous catalyst [JP-A-49356] Recently, rare earth-based oxides such as yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce) [US Pat. No. 5,430,170], or A-type zeolites carrying K, Na, Ca and the like [US Pat. No. 5,436,362] A method of using an inorganic compound such as Ho) as a catalyst has been reported. When the catalyst is reacted for at least tens of hours in the range of 50 to 160 ° C., a conversion rate of 50 to 60% of ethylene carbonate and a yield of about 30 to 50% of dimethyl carbonate can be obtained. However, there is a problem that the yield of dimethyl carbonate is considerably lowered by side reactions. The dimethyl carbonate synthesis reaction reported above has the disadvantage of using mostly carbon monoxide, which is a toxic substance, and having high corrosiveness, and has a problem in that a by-product is generated by the progress of a side reaction by a catalyst, thereby making a multi-step reaction.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 최근에는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 방법이 보고된 바 있다 [K. Tomishige, T. Sakaihori, Y. Ikeda, K. Fujimoto, Catal. Lett., 58권, 225쪽 (1999)/S. Fang, K. Fujimoto, Appl. Catal. A: Geneneral, 142권, L1쪽 (1996)]. 그러나, 아직 상기 방법에 적합한 촉매시스템 및 효율적인 합성방법이 제시되지는 못하고 있다. In order to overcome this problem, a method of directly synthesizing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide has recently been reported [K. Tomishige, T. Sakaihori, Y. Ikeda, K. Fujimoto, Catal. Lett., Vol. 58, p. 225 (1999) / S. Fang, K. Fujimoto, Appl. Catal. A: Geneneral, Vol. 142, L1 (1996)]. However, no suitable catalyst system and efficient synthesis method have been proposed.

한편, 지금까지 주로 인과 몰리브덴을 기본 성분으로 한 헤테로폴리산 촉매는 특유의 강한 산특성과 산화능 때문에 촉매로서 유용하게 이용되어 왔으나, 열안 정성이 나빠 열화를 입기 쉽고, 강한 산화능 때문에 쉽게 환원되기도 하며, 용액상태의 낮은 온도에서는 결정화하는 성질이 강한 반면, 150℃ 이상에서는 결정수가 유리되고 입자간 응집력이 극히 미약해져 쉽게 파쇄되기 때문에 성형성이 극히 나쁜 단점들이 있었다. 따라서, 여러 금속들을 사용하여 촉매의 전기·화학적 특성 및 물리·화학적 특성을 개량하거나 촉매 제조시 유기, 무기의 화합물을 첨가시켜 표면적, 기공용적, 기공분포 등 촉매의 물성을 조절하여 촉매성능을 높이면서 상기 단점들을 개선시키기 위한 부분적인 기술개발의 결과들이 아래의 특허 문헌들중에서 찾아 볼 수 있다. 예를 들어, 미국특허 4,042,625, 4,272,408, 일본 공개특허 공보 82-32734, 83-74142, 83-166938, 86-5043, 86-76436, 88-167152, 한국특허 36019, 36020 등은 촉매성분의 조합에 주안점을 두고 있으며, 일본공개특허공보 82-12830, 84-66349, 89-119942, 92-16242 등에서는 질소헤테로고리 화합물이나 요소, 유기환원성물질, 질산암모늄, 탄산암모늄, 황산암모늄 등의 유기, 무기 첨가물을 가하고, 이것들과 촉매성분의 첨가시기 및 숙성온도 등 촉매제조 조건과 방법등을 구제하여 촉매성능의 향상을 꾀하고 있었다. 그러나, 상기 문헌 어디에도 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 있어서, 상기 헤테로폴리산 담지촉매를 사용한 경우는 없었다.On the other hand, heteropolyacid catalysts based mainly on phosphorus and molybdenum have been used as catalysts because of their unique strong acid properties and oxidizing ability.However, due to their poor thermal stability, they are easily deteriorated and are easily reduced due to their strong oxidation ability. The crystallization property is very strong at low temperature, whereas the crystallization property is higher than 150 ° C, and the cohesion force between particles is extremely weak and easily crushed. Therefore, the catalyst performance is improved by improving the electrical, chemical and physical and chemical properties of the catalyst using various metals or by adding organic and inorganic compounds in the preparation of the catalyst to control the physical properties of the catalyst such as surface area, pore volume, and pore distribution. The results of partial technical development to remedy the above disadvantages can be found in the following patent documents. For example, U.S. Patents 4,042,625, 4,272,408, JP-A-82-32734, 83-74142, 83-166938, 86-5043, 86-76436, 88-167152, Korean Patent 36019, 36020, and the like, The Japanese Patent Application Laid-Open Publication Nos. 82-12830, 84-66349, 89-119942, 92-16242 and others disclose organic and inorganic compounds such as nitrogen heterocyclic compounds, urea, organic reducing substances, ammonium nitrate, ammonium carbonate, and ammonium sulfate. Additives were added, and the catalyst production conditions and methods such as addition time and aging temperature of the catalyst components were controlled to improve catalyst performance. However, none of the above documents used the above heteropolyacid supported catalyst in producing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 합성하는데 효과적인 촉매를 제공하는 것이다. Therefore, the present invention is to provide an effective catalyst for the direct synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 상기 촉매를 이용하여 환경친화적 원료인 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem of the present invention is to provide a method of directly synthesizing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide which are environmentally friendly raw materials using the catalyst.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되며, 산특성을 지니는 헤테로폴리산을 금속산화물에 담지하여 제조한 헤테로폴리산 담지 촉매를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is used to prepare dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide, and provides a heteropoly acid supported catalyst prepared by supporting a heteropoly acid having acidic properties on a metal oxide.

또한, 본 발명은 상기 헤테로폴리산이 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니오비움(Nb)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소가 배위원소가 되고, 인(P), 실리콘(Si) 및 코발트(Co)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소가 중심원소가 되는 무기축합산의 구조인 것을 특징으로 하는 헤테로폴리산 담지 촉매를 제공한다.In addition, in the present invention, the heteropolyacid is at least one element selected from the group consisting of tungsten (W), molybdenum (Mo), vanadium (V) and niobium (Nb), and the phosphorus (P), silicon ( Provided is a heteropolyacid-supported catalyst characterized in that the structure of the inorganic condensed acid wherein at least one element selected from the group consisting of Si) and cobalt (Co) is the central element.

또한, 본 발명은 상기 헤테로폴리산이 12-텅스토인산(H3PW12O40), 12-몰리브도인산(H3PMo12O40), 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40) 및 12-몰리브도텅스토인산(H3PMo12-xWxO40, x=0-12)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 헤테로폴리산 담지 촉매를 제공한다.In addition, the present invention is the heteropoly acid is 12- tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ), 12- molybdo phosphoric acid (H 3 PMo 12 O 40 ), 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) And 12- molybdo tungstophosphoric acid (H 3 PMo 12-x W x O 40 , x = 0-12) to provide a heteropolyacid-supported catalyst.

또한, 본 발명은 상기 담체로서의 금속산화물이 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 마그네슘 옥사이드(MgO), 세륨 옥사이드(CeO2), 티타늄 옥사이드(TiO2), 실리콘 옥사이드(SiO2) 및 알루미늄 옥사이드(Al2O3)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 헤테로폴리산 담지 촉매를 제공한다.In addition, in the present invention, the metal oxide as the carrier is zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2) It provides a heteropoly acid supported catalyst, characterized in that at least one member selected from the group consisting of O 3 ).

본 발명의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 헤테로폴리산 담지 촉매의 존재 하에 100 내지 200℃의 온도에서, 5 내지 70 기압의 이산화탄소와 메탄올과의 반응에 의해 디메틸카보네이트를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve another technical problem of the present invention, the present invention provides a method for producing dimethyl carbonate by reaction of 5 to 70 atm of carbon dioxide and methanol at a temperature of 100 to 200 ℃ in the presence of the heteropoly acid supported catalyst. to provide.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되며, 산특성을 지니는 헤테로폴리산을 금속산화물에 담지하여 제조한다. 전술한 바와 같이, 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 데 헤테로폴리산 담지 촉매를 사용한 예는 없으며, 본 발명자들은 상기 헤테로폴리산 담지 촉매가 상기 디메틸카보네이트의 제조에 매우 효과적임을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. The heteropolyacid supported catalyst of the present invention is used to prepare dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide, and is prepared by supporting heteropolyacid having acidic properties on a metal oxide. As described above, there is no example of using a heteropolyacid supported catalyst to prepare dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide, and the present inventors have found that the heteropoly acid supported catalyst is very effective in preparing the dimethyl carbonate and have completed the present invention.

전형적인 헤테로폴리산 촉매는 산화환원촉매로 작용할 뿐만 아니라 촉매가 가지는 산 특성으로 인해 산 촉매로써도 작용한다. 본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매가 금속산화물 촉매에 비해 우수한 촉매활성을 나타내는 이유는 아직 정확히 밝혀진 것은 아니지만, 본 발명자들의 연구결과 헤테로폴리산 촉매가 지니는 브뢴스테드 산점이 금속산화물의 산점을 강화시켜줌으로써 메탄올의 메틸기로의 전환을 증가시키는 효과가 유발되어 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 반응의 활성이 증가하는 것으로 추정된다. Typical heteropolyacid catalysts act not only as redox catalysts but also as acid catalysts due to the acid properties of the catalysts. The reason why the heteropolyacid-carrying catalyst of the present invention exhibits superior catalytic activity compared to the metal oxide catalyst is not known yet. However, the results of the present inventors have shown that the Bronsted acid point of the heteropolyacid catalyst enhances the acidity of the metal oxide, thereby enhancing the methyl group of methanol. It is estimated that the effect of increasing the conversion is induced to increase the activity of the reaction of synthesizing dimethyl carbonate directly from methanol and carbon dioxide.

본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매에 사용되는 상기 헤테로폴리산은 상업적으로 구입이 가능한 물질이거나 종래의 방법에 의해 제조된 촉매 물질일 수 있으 며, 촉매 물질은 300℃ 이상에서 재결정하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 헤테로폴리산은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니오비움(Nb)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이 배위원소가 되고, 인(P), 실리콘(Si) 및 코발트(Co)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이 중심원소가 되는 무기축합산인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 12-텅스토인산(H3PW12O40), 12-몰리브도인산(H3PMo12O40), 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40) 및 12-몰리브도텅스토인산(H3PMo12-xWxO40, x=0-12)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. The heteropolyacid used in the heteropolyacid supported catalyst of the present invention may be a commercially available material or a catalyst material prepared by a conventional method, and the catalyst material is preferably recrystallized at 300 ° C. or higher. The heteropolyacid is at least one member selected from the group consisting of tungsten (W), molybdenum (Mo), vanadium (V), and niobium (Nb), and phosphorus (P), silicon (Si), and cobalt (Co). It is preferable that at least one selected from the group consisting of C) is an inorganic condensed acid serving as a central element, more preferably 12 -tungstoic acid (H 3 PW 12 O 40 ), 12-molybdate phosphoric acid (H 3 PMo). 12 O 40 ), 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) and 12- molybdoung tungstophosphoric acid (H 3 PMo 12-x W x O 40 , x = 0-12) It is preferable that it is at least one selected.

상기 헤테로폴리산 담지 촉매는 이하의 방법으로 제조될 수 있다. 본 발명은 금속산화물에 산 특성을 더해 주기 위해 헤테로폴리산을 용매에 녹이고 이를 금속산화물에 담지시킨 후 열처리하여 담지촉매를 제조하고, 이 촉매를 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 이용하는 것을 특징으로 한다.The heteropolyacid supported catalyst may be prepared by the following method. The present invention is characterized by dissolving a heteropoly acid in a solvent in order to add an acid characteristic to a metal oxide, and then supporting it in a metal oxide, followed by heat treatment to prepare a supported catalyst, and using the catalyst to prepare dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide.

본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매를 제조함에 있어서, 헤테로폴리산은 용매에 녹여 용액의 형태로 사용되는 것이 사용상 용이하다. 용액의 그 농도에는 특별한 제한을 두지 않으며, 헤테로폴리산을 녹일 수 있는 최소한의 용매량을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 헤테로폴리산중에서 선택된 고체상의 촉매 1 내지 50중량%를 용매인 증류수, 에탄올, 메탄올 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합용매 99 내지 50중량%를 사용하여 상온에서 교반하여 녹여 담지촉매의 제조에 이용할 수 있다. In preparing the heteropolyacid supported catalyst of the present invention, it is easy to use the heteropolyacid to be dissolved in a solvent and used in the form of a solution. There is no particular restriction on the concentration of the solution, and a minimum amount of solvent capable of dissolving the heteropolyacid may be used. Preferably, 1 to 50% by weight of a solid catalyst selected from heteropolyacids is dissolved by stirring at room temperature using 99 to 50% by weight of one or two or more mixed solvents selected from distilled water, ethanol, methanol, and the like as a solvent to prepare a supported catalyst. Can be used for

본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매에서 담체로써 사용되는 금속산화물로는 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 마그네슘 옥사이드(MgO), 세륨 옥사이드(CeO2), 티타늄 옥사이드(TiO2), 실리콘 옥사이드(SiO2) 및 알루미늄 옥사이드(Al2O3)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에 있어서 상기 산화물 중 2종 이상의 복합 산화물의 사용시에도 그 구성 비율에는 제한을 두지 않는다. Metal oxides used as carriers in the heteropolyacid supported catalysts of the present invention include zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum At least one selected from the group consisting of oxides (Al 2 O 3 ) is preferred. In particular, in the present invention, even when using two or more kinds of complex oxides in the oxide, the composition ratio is not limited.

또한, 본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매는 헤테로폴리산과 금속전구체를 용액상태로 반응시키며 공침시킨 후 열처리를 하는 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 금속산화물의 전구체들, 예를 들면, 지르코닐 클로라이드(ZrOCl2), 마그네슘 나이트레이트(Mg(NO3)3), 티타늄 아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4) 및 세륨 나이트레이트(Ce(NO3)3) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 전구체를 증류수, 에탄올 혹은 메탄올 등의 용매 중에서 선택된 1종에 용해시켜 이를 10분 내지 30분 동안 교반하여 하이드록사이드 형태의 금속염을 얻게 되며, 여기에 헤테로폴리산이 분산된 용액을 첨가하고 100℃ 내지 400℃에서 열처리함으로써 헤테로폴리산/금속산화물 담지촉매가 제조된다. 이때 선택된 금속산화물 전구체 중에서 2종 이상의 전구체로 구성된 복합산화물의 경우에도 그 구성 비율에 특별히 제한을 두지 않는다. In addition, the heteropoly acid-carrying catalyst of the present invention may be prepared by a method in which a heteropoly acid and a metal precursor are reacted in a solution state and co-precipitated, followed by heat treatment. That is, precursors of metal oxides such as zirconyl chloride (ZrOCl 2 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 3 ), titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ) and One or two or more precursors selected from cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ) are dissolved in one selected from a solvent such as distilled water, ethanol or methanol, and stirred for 10 to 30 minutes to form a hydroxide form. A metal salt is obtained, and a heteropolyacid / metal oxide supported catalyst is prepared by adding a solution in which the heteropolyacid is dispersed and heat treatment at 100 ° C to 400 ° C. At this time, even in the case of a composite oxide composed of two or more kinds of precursors among the selected metal oxide precursors, the composition ratio is not particularly limited.

본 발명에서는 상기와 같이 제조된 촉매를 이용하여 환경친화적인 원료인 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 합성하였으며, 담지 촉매의 반응성을 헤테로폴리산이 담지되지 않은 금속산화물 촉매의 반응성과 동일한 반응조건하에서 서로 비교하였다. 반응을 위해 회분식 고압반응기가 사용되었으며, 100℃~300℃의 온도와 10기압~60기압의 이산화탄소 압력하에서 5시간 내지 12시간 동안 반응을 수행하였다. In the present invention, dimethyl carbonate was synthesized from the environmentally friendly methanol and carbon dioxide using the catalyst prepared as described above, and the supported catalysts were compared with each other under the same reaction conditions as those of the metal oxide catalyst without heteropoly acid. . A batch high pressure reactor was used for the reaction, and the reaction was performed for 5 to 12 hours at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. and a carbon dioxide pressure of 10 to 60 atmospheres.

이하에서는 본 발명의 구체적인 태양인 실시예를 통해 본 발명에 대해 더욱 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples which are specific embodiments of the present invention.

(제조)(Produce) 실시예Example 1-1(금속전구체를 사용하여  1-1 (using metal precursors 지르코늄옥사이드에On zirconium oxide 담지한Supported 12- 12- 텅스토인산Tungstoic acid 담지 촉매 제조) Supported catalyst production)

일정량의 12-텅스토인산(H3PW12O40)을 300oC에서 열처리하여 결정수를 제거한 후 0.6그램을 취하여 3cc의 메탄올에 녹였다. 이렇게 생성된 균일상의 용액을 상온에서 30분 정도 방치하였다. 한편, 지르코닐 클로라이드 4.83g을 증류수 30cc에 녹여 30분 정도 수화시켰다. 상기 지르코닐 클로라이드 수용액에 상기 12-텅스토인산 용액을 첨가하여 함께 분산시킨 후 암모니아수로 침전시키고 1시간 동안 자력교반기로 교반하였다. 교반 후 감압여과기를 이용해 침전물을 거르고 세척한 후 상온에서 20시간 동안 건조하고 100℃ 이상에서 24시간 더 건조하였다. 완전히 건조된 시료를 분쇄한 후 300℃에서 열처리함으로써 지르코늄 옥사이드에 20중량% 담지된 12-텅스토인산 촉매를 제조하였다.A predetermined amount of 12- tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ) was heat-treated at 300 ° C to remove the crystal water, 0.6 grams was taken and dissolved in 3 cc of methanol. The homogeneous solution thus produced was left at room temperature for about 30 minutes. On the other hand, 4.83 g of zirconyl chloride was dissolved in 30 cc of distilled water and hydrated for about 30 minutes. The 12-tungstophosphoric acid solution was added to the zirconyl chloride solution, dispersed together, precipitated with ammonia water, and stirred with a magnetic stirrer for 1 hour. After stirring, the precipitate was filtered and washed with a vacuum filter, dried at room temperature for 20 hours, and further dried at 100 ° C. for 24 hours. A 12-tungstophosphoric acid catalyst supported on zirconium oxide was prepared by pulverizing the completely dried sample and heat treatment at 300 ° C.

상기 헤테로폴리산 촉매로 12-텅스토인산(H3PW12O40)을 선택하고, 금속산화물 담체로 지르코늄 옥사이드를 선택한 후, 최종적으로 300℃에서 열처리하여 제조된 담지촉매의 특성변화를 살펴보기 위해 적외선분광분석(IR)을 수행하였다. 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다. 표 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 담지되지 않은 순수한 12-텅스토인산 촉매와 비교해 볼 때, 지르코늄 옥사이드에 담지된 12-텅스토인산의 경우 헤테로폴리산이 지니는 특징적인 4종의 결합 진동수가 보다 낮은 진동수에서 나타났다. 이는 금속산화물인 지르코늄 옥사이드에 12-텅스토인산이 물리화학적으로 강하게 결합하고 있음을 의미한다. 12- tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ) is selected as the heteropolyacid catalyst, zirconium oxide is selected as the metal oxide carrier, and finally infrared rays are examined to examine the characteristics of the supported catalyst prepared by heat treatment at 300 ° C. Spectroscopic analysis (IR) was performed. The results are summarized in Table 1 below. As can be seen in Table 1, the characteristic four bond frequencies of heteropolyacids are lower for the 12-tungstoic acid supported on zirconium oxide, compared to the unsupported pure 12-tungstoic acid catalyst. Appeared in. This means that 12- tungstophosphoric acid is strongly bonded to zirconium oxide as a metal oxide.

Figure 112006000018010-pat00001
Figure 112006000018010-pat00001

(제조)(Produce) 실시예Example 1-2(금속전구체를 사용하여  1-2 (using metal precursors 지르코늄옥사이드에On zirconium oxide 담지한Supported 12-텅스토인산 담지 촉매 제조) Preparation of 12-tungstoic acid supported catalyst)

12-텅스토인산(H3PW12O40)의 양을 절반(0.3g)으로 한 것을 제외하고는 상기 (제조)실시예 1-1과 동일하게 지르코늄 옥사이드에 담지된 12-텅스토인산 촉매를 제조하였다. 제조한 촉매 중 지르코늄 옥사이드에 담지된 12-텅스토인산 촉매의 양은 10중량%이다.A 12-tungstophosphate catalyst supported on zirconium oxide in the same manner as in Example 1-1, except that the amount of 12 -tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ) was half (0.3 g). Was prepared. The amount of the 12- tungstophosphoric acid catalyst supported on zirconium oxide in the prepared catalyst is 10% by weight.

(제조)(Produce) 실시예Example 2(금속전구체를 사용하여 마그네슘  2 (Magnesium using metal precursors 옥사이드에In oxide 담지된Supported 12- 12- 텅스토실리콘산Tungstosilic acid 촉매) catalyst)

일정량의 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40)을 300oC에서 열처리하여 결정수를 제거한 후 0.6그램을 취하여 3cc의 메탄올에 녹였다. 이렇게 생성된 균일상의 용액을 상온에서 30분 정도 방치하였다. 마그네슘 나이트레이트 3.85g을 증류수 30cc에 녹여 30분 동안 수화시키고 여기에 상기의 12-텅스토실리콘산 용액을 첨가하여 함께 분산시킨 후 수산화나트륨 용액으로 침전시키고 1시간 동안 자력교반기로 교반하였다. 교반 후 감압여과기를 이용해 침전물을 거르고 세척한 후 상온에서 24시간 건조하고 100℃이상에서 24시간 더 건조하였다. 완전히 건조된 시료를 분쇄한 후 300℃에서 열처리함으로써 마그네슘 옥사이드에 20중량% 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매를 제조하였다.A predetermined amount of 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) was heat-treated at 300 ° C. to remove crystal water, and 0.6 grams was taken and dissolved in 3 cc of methanol. The homogeneous solution thus produced was left at room temperature for about 30 minutes. 3.85 g of magnesium nitrate was dissolved in 30 cc of distilled water, and hydrated for 30 minutes. The 12-tungstosilic acid solution was added thereto, dispersed together, precipitated with sodium hydroxide solution, and stirred with a magnetic stirrer for 1 hour. After stirring, the precipitate was filtered and washed with a vacuum filter, dried at room temperature for 24 hours, and further dried at 100 ° C. for 24 hours. The fully dried sample was pulverized and then heat-treated at 300 ° C. to prepare a 12-tungstosilic acid catalyst supported by 20% by weight in magnesium oxide.

(제조)(Produce) 실시예Example 3(세륨  3 (CE 옥사이드Oxide -티타늄 -titanium 옥사이드Oxide 복합산화물에  On composite oxides 담지된Supported 12- 12- 텅스토실리콘산Tungstosilic acid 촉매) catalyst)

일정량의 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40)을 300oC에서 열처리하여 결정수를 제거한 후 0.6그램을 취하여 3cc의 증류수에 녹였다. 이렇게 생성된 균일상의 용액을 상온에서 30분 동안 방치하였다. 에탄올 30cc에 녹인 세륨 나이트레이트 3.47g과 티타늄 아이소프로폭사이드는 2.27g을 1:1 몰비로 준비하였고, 여기에 상기의 12-텅스토실리콘산 용액을 첨가하여 함께 분산시킨 후 암모니아수로 침전시키고 30분 내지 1시간 동안 자력교반기로 교반하였다. 교반 후 감압여과기를 이용해 침전물을 거르고 세척한 후 상온에서 24시간 건조하고 100℃이상에서 24시간 더 건조하였다. 완전히 건조된 시료를 분쇄한 후 300℃에서 열처리함으로써 세륨 옥사이드-티타늄 옥사이드 복합산화물에 20중량% 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매를 제조하였다.A predetermined amount of 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) was heat-treated at 300 ° C. to remove crystal water, and then 0.6 grams of the resultant was dissolved in 3 cc of distilled water. The homogeneous solution thus produced was left at room temperature for 30 minutes. 3.47 g of cerium nitrate and 2.27 g of titanium isopropoxide dissolved in 30 cc of ethanol were prepared in a 1: 1 molar ratio. The 12-tungstosilic acid solution was added thereto, dispersed together, and precipitated with ammonia water. Stir with a magnetic stirrer for minutes to 1 hour. After stirring, the precipitate was filtered and washed with a vacuum filter, dried at room temperature for 24 hours, and further dried at 100 ° C. for 24 hours. A 12-tungstosilic acid catalyst supported on a cerium oxide-titanium oxide composite oxide was prepared by pulverizing a completely dried sample and heat-treating at 300 ° C.

(제조)(Produce) 실시예Example 4(지르코늄  4 (zirconium 옥사이드에In oxide 담지된Supported 12- 12- 텅스토인산Tungstoic acid 촉매 제조) Catalyst production)

일정량의 12-텅스토인산(H3PW12O40)을 300oC에서 열처리하여 결정수를 제거한 후 0.6그램을 취하여 1.5cc의 메탄올에 녹였다. 이렇게 생성된 균일상의 용액을 상온에서 30분 정도 방치하였다. 시판되는 지르코늄 옥사이드 분말(Aldrich, 99.99%) 1.0g에 상기의 12-텅스토인산 용액을 첨가하여 100℃에서 24시간 건조하였다. 완전히 건조된 시료를 분쇄한 후 300℃에서 열처리함으로써 지르코늄 옥사이드에 20중량% 담지된 12-텅스토인산 촉매를 제조하였다. A predetermined amount of 12- tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ) was heat-treated at 300 ° C to remove the crystal water, 0.6 grams taken and dissolved in 1.5cc of methanol. The homogeneous solution thus produced was left at room temperature for about 30 minutes. 1.0 g of a commercially available zirconium oxide powder (Aldrich, 99.99%) was added to the 12-tungstophosphoric acid solution and dried at 100 ° C. for 24 hours. A 12-tungstophosphoric acid catalyst supported on zirconium oxide was prepared by pulverizing the completely dried sample and heat treatment at 300 ° C.

(사용)(use) 실시예Example 1( One( 디메틸카보네이트Dimethyl carbonate 제조반응) Manufacturing reaction)

각각 상기 (제조)실시예 1-1 및 1-2에서 제조한 20중량% 및 10중량%의 12-텅스토인산이 담지된 12-텅스토인산/지르코늄 옥사이드 촉매를 이용하여 디메틸카보네이트를 제조하였다. 디메틸카보네이트 제조반응은 회분식 고압반응기에서 수행되었다. 반응을 위해 메탄올 200 m-mole에 고체상의 담지촉매 0.5그램을 첨가하고 이산화탄소로 퍼지(purge)하여 고압반응기 내부를 이산화탄소 분위기로 전환한 후 이산화탄소를 10기압 정도로 가압하였다. 이후 반응온도를 170℃로 승온시키고 이산화탄소를 50기압까지 가압한 후 400rpm에서 반응을 진행시켰다. Dimethyl carbonate was prepared by using a 12-tungstoic acid / zirconium oxide catalyst carrying 20% by weight and 10% by weight of 12-tungstophosphoric acid, prepared in Examples 1-1 and 1-2, respectively. . Dimethyl carbonate production was carried out in a batch high pressure reactor. For reaction, 0.5 g of a solid supported catalyst was added to 200 m-mole of methanol and purged with carbon dioxide to convert the inside of the high pressure reactor into a carbon dioxide atmosphere, and then pressurized to about 10 atm. After the reaction temperature was raised to 170 ℃ and pressurized carbon dioxide to 50 atm and the reaction was carried out at 400rpm.

이들 촉매의 디메틸카보네이트 제조반응에 대한 촉매 활성을 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.  The catalytic activity of the dimethyl carbonate production of these catalysts was measured and summarized in Table 2 below.

Figure 112006000018010-pat00002
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반응온도=170oC, 반응시간=8시간, 이산화탄소 압력=50기압, 메탄올=200 m-moleReaction temperature = 170 o C, reaction time = 8 hours, carbon dioxide pressure = 50 atmospheres, methanol = 200 m-mole

상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 헤테로폴리산 담지 촉매는 일반적인 금속산화물에 비해 3배 내지 7배 정도의 활성이 높은 것을 알 수 있다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 지르코늄 옥사이드에 담지된 12-텅스토인산 촉매는 수순한 지르코늄 옥사이드보다 더 높은 디메틸카보네이트 생산성을 보였다. 특히, 10중량%의 12-텅스토인산이 담지된 촉매보다 20중량%의 12-텅스토인산이 담지된 촉매가 더 높은 촉매활성을 보였다. 이는 12-텅스토인산이 가지는 브뢴스테드 산점에 의해 메탄올의 메틸기로의 전환이 활성화 되어 상대적으로 반응성이 증가하였기 때문이라 보인다. As can be seen in Table 2, the heteropoly acid-carrying catalyst of the present invention can be seen that the activity of about 3 to 7 times higher than the general metal oxide. As shown in Table 2, the 12-tungstophosphoric acid catalyst supported on zirconium oxide showed higher dimethyl carbonate productivity than pure zirconium oxide. In particular, the catalyst supported by 20% by weight of 12- tungstophosphoric acid showed higher catalytic activity than the catalyst supported by 10% by weight of 12-tungstoic acid. This is because the conversion of methanol to the methyl group was activated by the Bronsted acid point of 12- tungstophosphoric acid, which increased the reactivity.

(사용)(use) 실시예Example 2(촉매제조방법에 따른  2 (According to the catalyst production method 디메틸카보네이트Dimethyl carbonate 제조반응)  Manufacturing reaction)

헤테로폴리산 촉매로 12-텅스토인산(H3PW12O40)을 선택하고, 각각 (제조)실시예 1 및 (제조)실시예 4의 제조 방법에 의해 제조한 각각 20중량% 담지된 12-텅스토인산/지르코늄 옥사이드 촉매를 제조하였다. 디메틸카보네이트 제조반응은 회분식 고압반응기에서 수행되었다. 반응을 위해 메탄올 200 m-mole에 고체상의 담지촉매 0.5그램을 첨가하고 이산화탄소로 퍼지하여 고압반응기 내부를 이산화탄소 분위기로 전환한 후 이산화탄소를 10기압 정도로 가압하였다. 이후 반응온도를 170℃로 승온시키고 이산화탄소를 50기압까지 가압한 후 400rpm에서 반응을 진행시켰다. 이들 촉매의 디메틸카보네이트 제조반응에 대한 촉매 활성은 하기 표 3와 같다. 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, (제조)실시예 1에 의해 제조된 담지촉매(금속전구체를 이용한 제조)의 활성이 제조예 4에 의해 제조된 담지촉매(금속산화물을 이용한 제조)의 활성보다 큰 것으로 나타났다. 이는 (제조)실시예 1에서와 같이 공침에 의해 담지촉매를 제조할 경우 12-텅스토인산이 지르코늄 옥사이드의 표면과 좀더 강한 상호작용을 하여 브뢴스테드 산점을 더욱 잘 제공하기 때문이다. 12-tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ) was selected as a heteropolyacid catalyst, and each 20 wt% supported 12-tung prepared by the preparation methods of (Preparation) Example 1 and (Preparation) Example 4, respectively. Styroic acid / zirconium oxide catalysts were prepared. Dimethyl carbonate production was carried out in a batch high pressure reactor. For the reaction, 0.5 g of a solid supported catalyst was added to 200 m-mole of methanol and purged with carbon dioxide to convert the inside of the high pressure reactor into a carbon dioxide atmosphere, and then pressurized to about 10 atm. After the reaction temperature was raised to 170 ℃ and pressurized carbon dioxide to 50 atm and the reaction was carried out at 400rpm. The catalytic activity of the dimethyl carbonate production of these catalysts is shown in Table 3 below. As shown in Table 3 below, the activity of the supported catalyst prepared by Production Example 1 (preparation using a metal precursor) was greater than that of the supported catalyst prepared according to Preparation Example 4 (preparation using a metal oxide). Appeared. This is because when the supported catalyst is prepared by coprecipitation as in Example 1, 12-tungstoic acid has a stronger interaction with the surface of the zirconium oxide to better provide Bronsted acid point.

Figure 112006000018010-pat00003
Figure 112006000018010-pat00003

반응온도=170oC, 반응시간=8시간, 이산화탄소 압력=50기압, 메탄올=200 m-moleReaction temperature = 170 o C, reaction time = 8 hours, carbon dioxide pressure = 50 atmospheres, methanol = 200 m-mole

(사용)(use) 실시예Example 3( 3 ( 디메틸카보네이트Dimethyl carbonate 제조반응) Manufacturing reaction)

헤테로폴리산 촉매로 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40)을 선택하고, 제조예 2의 제조방법과 제조예 3의 제조 방법에 의해, 마그네슘 옥사이드에 20중량% 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매와 세륨 옥사이드-티타늄 옥사이드 복합산화물에 20중량% 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매를 제조하였다. 디메틸카보네이트 제조반응은 회분식 고압반응기에서 수행되었다. 반응을 위해 메탄올 200 m-mole에 고체상의 담지촉매 0.6그램을 첨가하고 이산화탄소로 퍼지하여 고압반응기 내부를 이산화탄소 분위기로 전환한 후 이산화탄소를 10기압 정도로 가압하였다. 이후 반응온도를 110℃로 승온시키고 이산화탄소를 40기압까지 가압한 후 400rpm에서 반응을 진행시켰다. 이들 촉매의 디메틸카보네이트 제조반응에 대한 촉매 활성은 하기 표 4와 같다. 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 마그네슘 옥사이드에 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매(제조예 2)보다는 세륨 옥사이드-티타늄 옥사이드 복합산화물에 담지된 12-텅스토실리콘산 촉매(제조예 3)의 활성이 보다 우수한 것으로 나타났다. 이는 복합금속산화물의 상호작용에 의해 12-텅스토실리콘산의 산점이 보다 효율적으로 작용했기 때문이다. 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) is selected as a heteropoly acid catalyst, By the preparation method of Preparation Example 2 and the preparation method of Preparation Example 3, 12- tungstosilic acid catalyst supported by 20% by weight in magnesium oxide and 12-tungstosilicon supported by 20% by weight in cerium oxide-titanium oxide composite oxide Acid catalysts were prepared. Dimethyl carbonate production was carried out in a batch high pressure reactor. For the reaction, 0.6 g of a supported catalyst in a solid phase was added to 200 m-mole of methanol and purged with carbon dioxide to convert the inside of the high pressure reactor into a carbon dioxide atmosphere and pressurized to about 10 atm. After the reaction temperature was raised to 110 ℃ and pressurized carbon dioxide to 40 atm and the reaction was carried out at 400rpm. The catalytic activity of the dimethyl carbonate production of these catalysts is shown in Table 4 below. As shown in Table 4, the activity of the 12- tungstosilonic acid catalyst (Preparation Example 3) supported on the cerium oxide-titanium oxide composite oxide rather than the 12- tungstosilic acid catalyst supported on the magnesium oxide (Preparation Example 2) It was found to be superior to this. This is because the acid point of 12- tungstosilonic acid acted more efficiently by the interaction of the composite metal oxide.

Figure 112006000018010-pat00004
Figure 112006000018010-pat00004

반응온도=110oC, 반응시간=8시간, 이산화탄소 압력=40기압, 메탄올=200 m-moleReaction temperature = 110 o C, reaction time = 8 hours, carbon dioxide pressure = 40 atmospheres, methanol = 200 m-mole

상기한 바와 같이, 헤테로폴리산을 금속산화물에 담지하여 제조된 촉매는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 반응에 있어서 헤테로폴리산을 담지하지 않은 금속산화물 촉매에 보다 우수한 반응성을 나타내는 장점이 있다.As described above, the catalyst prepared by supporting heteropolyacid on a metal oxide has an advantage of exhibiting better reactivity with a metal oxide catalyst not supporting heteropolyacid in a reaction for directly synthesizing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술 적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다. The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되며, Used to make dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide, 12-텅스토인산(H3PW12O40), 12-몰리브도인산(H3PMo12O40), 12-텅스토실리콘산(H4SiW12O40) 및 12-몰리브도텅스토인산(H3PMo12-xWxO40, x=0-12)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로폴리산을 마그네슘 옥사이드(MgO), 세륨 옥사이드(CeO2), 티타늄 옥사이드(TiO2), 실리콘 옥사이드(SiO2) 및 알루미늄 옥사이드(Al2O3)로 구성된 군으로부터 선택된 2종 이상의 금속산화물 담체에 담지한 헤테로폴리산 담지 촉매.12- tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ), 12-molybdate phosphoric acid (H 3 PMo 12 O 40 ), 12- tungstosilonic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) and 12-molybdate One or more heteropolyacids selected from the group consisting of stalk acid (H 3 PMo 12-x W x O 40 , x = 0-12) may include magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), A heteropolyacid supported catalyst supported on at least two metal oxide carriers selected from the group consisting of silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
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