KR100904298B1 - Method for producing tetralone by catalytic oxidation of tetralin over transition metal containing molecular sieves - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미노포스페이트 분자체(HMA), 실리카 분자체(MCM-41) 및 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 등의 분자체와, 전이금속을 함유하여 이루어진 불균일계 촉매의 합성방법과, 이를 소성한 후 특정의 세척과정을 수행하여 제조된 불균일계 촉매하에서, 최적의 반응조건으로 테트랄린의 액상 부분산화반응을 수행하여, 테트랄론의 전환율 및 선택성이 향상되고, 특히 상기 세척과정에 의해 촉매의 재사용에도 촉매의 내구성 및 활성이 유지되는 테트랄론의 제조방법에 관한 것이다.Synthesis methods of the present invention aluminophosphate molecular sieve (HMA), silica molecular sieve (MCM-41), and aluminophosphate molecular sieve (AlPO 4 -5) made non-uniform by the molecular sieve containing the transition metal-containing catalyst, such as And, under the heterogeneous catalyst prepared by performing a specific washing process after firing it, liquid partial oxidation of tetralin under the optimum reaction conditions, thereby improving the conversion and selectivity of tetralin, especially The present invention relates to a method for preparing tetralon, in which the durability and activity of the catalyst are maintained even when the catalyst is reused by the washing process.

알루미노포스페이트 분자체, 실리카 분자체 및 알루미노포스페이트 분자체, 테트랄린, 테트랄론, 액상 부분산화반응 Aluminophosphate molecular sieves, silica molecular sieves and aluminophosphate molecular sieves, tetralin, tetraral, liquid phase partial oxidation

Description

불균일계 촉매를 이용한 테트랄린의 액상 부분산화반응으로 테트랄론의 제조방법{Method for producing tetralone by catalytic oxidation of tetralin over transition metal containing molecular sieves}Method for producing tetralone by catalytic oxidation of tetralin over transition metal containing molecular sieves

본 발명은 특정의 분자체와 전이금속이 일정성분비로 혼합된 불균일계 촉매와 최적의 반응조건하에서 테트랄린을 액상 부분산화반응하여 테트랄론을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing tetraral by liquid phase partial oxidation of tetralin under optimum reaction conditions with heterogeneous catalysts in which specific molecular sieves and transition metals are mixed in a certain component ratio.

수송유는 황 화합물과 더불어 질소산화물(NOx) 및 입자상물질(particulate, PM)의 규제가 강화되고 있으며 유럽의 경우 PM은 1998년도 0.25 g/kWh에서 2006년도에 0.02 g/kwh로 규제치가 강화되었고(Euro V), NOx의 경우에도 2002년도에 6 g/kWh에서 2006년도에 3 g/kWh로 환경규제가 강화되었다(Euro IV). 한국의 경우 2002년도에 Euro III이 발효되다가 2006년도에는 Euro IV가 발효되었으며 이 기준은 점점 강화되고 있는 실정이다. In addition to sulfur compounds, transport oils are increasingly regulated by nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM). In Europe, the PM has been tightened from 0.25 g / kWh in 1998 to 0.02 g / kwh in 2006. (Euro V), NOx also strengthened environmental regulations from 6 g / kWh in 2002 to 3 g / kWh in 2006 (Euro IV). In Korea, Euro III went into effect in 2002 and Euro IV went into effect in 2006.

이와 같이 수송유의 PM에 대한 규제가 강화되면서 이의 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 방법으로 수송유에 함산소유분(oxygenate)을 첨가함으로써 자동차 엔진에서 수송유의 완전연소를 유도하여 PM을 최소화하는 방법 등으로 문제를 해결하려고 하고 있다. As the regulation on PM of transport oil is strengthened, it is possible to drastically reduce its emission. By adding oxygenate to transport oil, it is possible to minimize PM by inducing complete combustion of transport oil in automobile engine. Is trying to solve.

함산소유분(oxygenates) 합성 기술은 원유의 유분 중 모노-방향족 화합물이 많은 유분을 이용하여 선택산화반응에 의해 방향족 케톤, 방향족 에테르 등으로 변환시키는 기술은 말한다. 예를 들면 테트랄린을 선택산화시켜 테트랄론을 합성하게 되면 세탄가가 증진되고 연소 시 완전 산화를 유도하여 PM 발생량을 현저하게 저감시킬 수는 있는 장점을 가지고 있다. Oxygenates synthesis technology refers to a technology that converts an aromatic ketone, an aromatic ether, etc. by selective oxidation using a large amount of mono-aromatic compounds in the crude oil fraction. For example, the synthesis of tetralin by selective oxidation of tetralin has the advantage that cetane number is enhanced and PM can be significantly reduced by inducing complete oxidation during combustion.

테트랄린의 부분 산화 경로를 통한 테트랄론 제조 연구 결과는 극히 한정되어 있고, 그나마 일반적인 탄화수소의 액상 산화반응 중 일부로서 언급되어 있는 경우가 대부분이다. 균일계 촉매시스템이 논문의 대부분으로서 산소를 산화제로 사용한 바나듐계 VO(acac)2 촉매[J. Mol. Catal. A : Chemical 179 (2002) 65]와 망간계 Mn(III)-porphyrine 촉매[Tetrahedron Letters 43 (2002) 1881, J. Mol. Catal. A : Chemical 113 (1996) 3], 과산화수소를 산화제로 이용한 망간 촉매[J. Mol. Catal. A : Chemical 232 (2005) 135]가 있고 유기상/수상 두 개의 상에서 반응을 연구한 상 이동(phase transfer) 촉매로서, 구리계 촉매와 산소를 산화제로 이용한 경우[Tetrahedron Letters 37 (1996) 2063], 바나듐 촉매와 산소를 이용한 경우[J. Mol. Catal. A : Chemical 164 (2000) 109], 4가 암모늄염과 산소 산화제[J. Mol. Catal. A : Chemical 120 (1997) 125]가 있으나 대부분의 연구가 순수 학문적 견지(화학)에서 반응의 메카니즘 내지 촉매능의 확인에 그치고 있다. The results of tetralon production through the partial oxidation pathway of tetralin are very limited and are often mentioned as part of the normal liquid phase oxidation of hydrocarbons. Homogeneous catalyst systems are the majority of thesis, vanadium-based VO (acac) 2 catalysts using oxygen as the oxidant [J. Mol. Catal. A: Chemical 179 (2002) 65] and manganese Mn (III) -porphyrine catalysts [Tetrahedron Letters 43 (2002) 1881, J. Mol. Catal. A: Chemical 113 (1996) 3], Manganese catalyst using hydrogen peroxide as oxidant [J. Mol. Catal. A: Chemical 232 (2005) 135], a phase transfer catalyst that studied the reaction of two organic / aqueous phases, using a copper catalyst and oxygen as an oxidant [Tetrahedron Letters 37 (1996) 2063], Using vanadium catalyst and oxygen [J. Mol. Catal. A: Chemical 164 (2000) 109], tetravalent ammonium salts and oxygen oxidizers [J. Mol. Catal. A: Chemical 120 (1997) 125], but most of the research has only been carried out to confirm the mechanism or catalytic ability of the reaction from a purely scientific point of view (chemistry).

Yamaguchi 등의 미국특허 제4,283, 352호 (1981)는 먼저 테트랄린을 산소로 산화시키고 생성된 테트랄린과산화수소(tetralin hydroperoxide)를 철과 구리와 같은 금속염을 첨가해서 분해시켜 테트랄론을 얻는 2단계 방법을 보고하였다. Robert 등은 미국특허 제4,960,944호 (1990)에서는 과산화수소를 산화제로 구리와 철 산화물을 촉매로 사용하여 7 ∼ 14 기압에서 산화반응을 수행하였다. 그러나, 이러한 균일계 촉매를 이용한 선택산화공정은 촉매의 분리 및 제거가 문제 시 되고 있다. US Pat. No. 4,283,352 (1981) to Yamaguchi et al. First oxidizes tetralin with oxygen and decomposes the resulting tetralin hydroperoxide by adding metal salts such as iron and copper to obtain tetraralone. A two step method was reported. Robert et al., US Pat. No. 4,960,944 (1990), performed oxidation at 7-14 atm using hydrogen peroxide as an oxidant and copper and iron oxide as catalysts. However, in the selective oxidation process using such a homogeneous catalyst, the separation and removal of the catalyst is a problem.

이외에, 불균일 촉매로서는 세계적 부분산화 촉매 전문가인 네덜란드의 Sheldon 그룹에서 크롬-알루미노포스페이트(Cr-APO) 분자체 촉매를 테트랄린 부분산화 반응 촉매로 소개하였으나, 테트라론 보다는 중간체인 테트랄린-과산화수소(tetralin-hydroperoxide)에 대한 선택도가 높았다고 보고하였다[J. Catal. 153 (1995) 1]. 또한 이의 연장선상에서 영국 Thomas 그룹은 일반적으로 전이금속이 치환된 알루미노포스페이트(APO) 촉매가 산소를 산화제로 불활성의 알칸 활성화에 우수한 성능을 보인다고 보고하였다[Acc. Chem. Res. 34 (2001) 191]. Union Cabide사에서 Coon은 크롬 이온을 교환시킨 고분자 촉매를 이용하였으나 전환율 및 선택도가 낮은 결과를 보고하였다[미국특허 제4,473,711호 (1984)]. In addition, as a heterogeneous catalyst, the chromium-aluminophosphate (Cr-APO) molecular sieve catalyst was introduced as a tetralin partial oxidation reaction catalyst by the Sheldon group of the Netherlands, a global partial oxidation catalyst expert, but it was an intermediate of tetraron. It was reported that the selectivity for tetralin-hydroperoxide was high [J. Catal. 153 (1995) 1]. In addition to this, the British Thomas group reported that aluminophosphate (APO) catalysts, which are generally transition metal-substituted, showed superior performance in inactivating alkane with oxygen as an oxidant [Acc. Chem. Res. 34 (2001) 191. Coon at Union Cabide used a polymer catalyst exchanged with chromium ions, but reported low conversion and selectivity (US Pat. No. 4,473,711 (1984)).

이상에서 살펴본 바 같이, 테트랄린의 부분 산화 경로를 통한 테트랄론 제조 연구 결과는 극히 한정되어 있고, 그나마 일반적인 탄화수소의 액상 산화반응 중 일부로서 언급되어 있는 경우가 대부분이다. 또한, 종래의 테트랄린으로부터 테트랄론 제조에 관련된 논문 및 특허는 주로 균일계 촉매에 대해 이루어져 왔으며, 불균일계 촉매의 경우 테트랄린을 반응 전구체로 사용한 경우는 거의 없으며, 소수의 특허에서도 그 반응 활성 및 선택도가 상업화에 이르기에는 부족한 상황이다. As described above, the results of the tetralin production through the partial oxidation pathway of tetralin are extremely limited, and most of them are mentioned as part of the liquid phase oxidation of general hydrocarbons. In addition, the papers and patents related to the production of tetralon from conventional tetralin have been mainly made for homogeneous catalysts, and in the case of heterogeneous catalysts, tetralin is rarely used as a reaction precursor, and a few patents Reaction activity and selectivity are insufficient for commercialization.

테트랄린을 이용하여 액상 부분산화반응에 의해 경유의 세탄가 향상과 PM 발생량 저감 효과를 얻을 수 있는 함산소 유분인 테트랄론으로 변환시키기 위한 방법을 연구하였다. 그 결과, 육방형의 메조포러스 알루미노포스페이트 분자체, 육방형의 메조포러스 실리카 분자체 및 마이크로포러스 알루미노포스페이트 분자체 중에서 선택된 분자체와, 전이금속을 일정비로 함유한 불균일계 촉매를 사용하고, 반응온도, 시간 및 산화제의 농도 등을 특정 범위로 최적화하여 테트랄린의 액상 부분 산화 반응을 수행하면, 테트랄론의 전환율 및 선택성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.A method for the conversion of petroleum to tetrachloric acid, which is an oxygen-containing fraction, can be obtained by the liquid partial oxidation reaction using tetralin. As a result, a heterogeneous catalyst containing a molecular sieve selected from hexagonal mesoporous aluminophosphate molecular sieves, hexagonal mesoporous silica molecular sieves and microporous aluminophosphate molecular sieves, and a transition metal at a constant ratio, When the liquid partial oxidation of tetralin was performed by optimizing the reaction temperature, the time and the concentration of the oxidizing agent in a specific range, it was confirmed that the conversion and selectivity of tetralin were excellent.

특히, 상기 불균일계 촉매의 제조 시 소성 후 암모늄 아세테이트를 이용하여 촉매의 격자 구조 외부에 존재하는 전이금속을 제거하여 사용하면, 상기 활성성분인 전이금속의 용출에 의한 촉매의 비활성화가 최소화된다는 것을 확인할 수 있었 다.In particular, when the heterogeneous catalyst is used to remove the transition metal existing outside the lattice structure of the catalyst by using ammonium acetate after firing, it is confirmed that the deactivation of the catalyst by the elution of the transition metal as the active ingredient is minimized. Could.

본 발명의 불균일계 촉매는 모노-방향족 유분 중의 대표성분인 테트랄린을 유기 과산화물(organic peroxide)을 산화제로 사용하여 세탄가 증진 효과가 높고 연소시 완전산화를 유발하여 입자상 물질의(particulate) 배출량 저감효과가 높은 테트랄론과 같은 함산소유분을 생성하는 선택적 부분산화반응 활성과 선택성 및 안정성이 높아 경제적이다. The heterogeneous catalyst of the present invention uses tetralin, which is a representative component in the mono-aromatic fraction, as an oxidant, and has a high cetane number-promoting effect and causes complete oxidation during combustion, thereby reducing particulate emissions. It is economical because it has high selective partial oxidation reaction activity and high selectivity and stability to produce oxygen-containing oil such as tetralone with high effect.

본 발명은 촉매계 및 산화제 존재하에서 테트랄린을 액상 부분산화반응을 수행하여 테트랄론을 제조하는 방법에 있어서, 상기 촉매계는 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚이고, 육방형의 알루미노포스페이트 분자체(HMA); 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚이고, 육방형의 실리카 분자체(MCM-41); 및 입자크기가 0.2 ∼ 2 ㎚인 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 중에서 선택된 분자체 99.5 ∼ 95 몰%와, 전이금속 0.5 ∼ 5.0 몰%가 함유되어 이루어진 불균일계 촉매이고, 20 ∼ 150 ℃ 온도에서 2 ∼ 12 시간동안, 50 ∼1000 rpm 범위의 교반속도로 반응을 수행하는 테트랄론의 제조방법에 그 특징이 있다.The present invention is a method for producing tetraral by performing liquid partial oxidation of tetralin in the presence of a catalyst system and an oxidizing agent, wherein the catalyst system has a pore size of 2 to 20 nm and a hexagonal aluminophosphate molecular sieve ( HMA); A pore size of 2 to 20 nm and hexagonal silica molecular sieve (MCM-41); And a particle size of 0.2 ~ 2 ㎚ the aluminophosphate molecular sieve (AlPO 4 -5) minutes selected from themselves and 99.5 - 95 mol%, the transition metal is contained 0.5 to 5.0 mol%, consisting of a heterogeneous catalyst, of 20 to 150 It is characterized by a method for producing tetraralone which is carried out at a stirring temperature in the range of 50 to 1000 rpm for 2 to 12 hours at a temperature of ℃.

즉, 본 발명은 특정의 불균일계 촉매와 특정의 반응조건하에서 테트랄린을 액상 부분산화반응하여 테트랄론을 제조하는 방법에 관한 것이다.That is, the present invention relates to a method for producing tetraral by liquid partial oxidation of tetralin under specific reaction conditions with specific heterogeneous catalysts.

본 발명의 테트랄린을 액상 부분산화반응하여 테트랄론을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.When the tetralin of the present invention in a liquid partial oxidation reaction to explain the method for producing tetralin in more detail as follows.

먼저, 본 발명의 불균일계 촉매는 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚ 이고, 육방형의 알루미노포스페이트 분자체(HMA), 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚이고, 육방형의 실리카 분자체(MCM-41) 및 기공크기가 0.2 ∼ 2 ㎚인 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 중에서 선택된 분자체와, 전이금속을 함유한다.First, the heterogeneous catalyst of the present invention has a pore size of 2 to 20 nm, a hexagonal aluminophosphate molecular sieve (HMA), a pore size of 2 to 20 nm, and a hexagonal silica molecular sieve (MCM-41). minutes and selected from the group consisting of a pore size of 0.2 ~ 2 ㎚ the aluminophosphate molecular sieve (AlPO 4 -5) contains its own, and a transition metal.

상기 알루미노포스페이트 분자체(HMA), 실리카 분자체(MCM-41) 및 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 등의 분자체와 전이금속은 촉매 분야에서 일반적으로 사용되는 성분으로 이들 자체는 기술구성상의 특징이 없다. 그러나, 본 발명은 액상 산화제를 이용한 테트랄린의 부분산화 반응의 효율적인 수행 및 상기 반응을 위한 활성 전이금속 성분을 분자체 격자구조 내에 효과적으로 도입하기 위하여 촉매에 적용되는 다양한 분자체 중에서도 특정 기공 크기 및 결정 구조를 갖는 분자체와, 전이금속을 혼합한 불균일계 촉매를 특정의 세척과정을 수행한 후 사용하여 테트랄린의 액상 부분산화반응에 적용한 것에 기술구성상의 특징이 있는 것이다. 즉, 테트랄린의 액상 부분산화반응에서 최적의 활성을 보이는 불균일계 촉매를 선택 사용한 것이다. Molecular sieves and transition metals, such as the aluminophosphate molecular sieve (HMA), silica molecular sieve (MCM-41) and aluminophosphate molecular sieve (AlPO 4 -5), are commonly used components in the field of catalysts. No technical configuration features However, the present invention is effective in the partial oxidation of tetralin using liquid oxidizing agent and the specific pore size among various molecular sieves applied to the catalyst to effectively introduce the active transition metal component for the reaction into the molecular sieve lattice structure. The molecular sieve having a crystalline structure and a heterogeneous catalyst in which a transition metal is mixed are used after performing a specific washing process to apply the liquid partial oxidation of tetralin. In other words, a heterogeneous catalyst having optimal activity in the liquid phase partial oxidation of tetralin is selected and used.

본 발명의 분자체는 액상 산화제를 이용한 테트랄린의 부분산화 반응을 위하여 활성성분인 전이금속을 분자체 격자 구조 내에 도입이 가능한 것으로, 구체적으 로 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚인 메조포러스이고, 육방형의 알루미노포스페이트 분자체(HMA), 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚인 메조포러스이고, 육방형의 실리카 분자체(MCM-41) 및 기공크기가 0.2 ∼ 2 ㎚인 마이크로포러스 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 등을 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 분자체는 육방형 실리카 또는 제올라이트 결정구조 내에 전이금속을 도입할 수 있는 바, 구조 내에 전이금속이 도입되면 원자단위의 전이금속 수와 분산도가 증가하여 촉매의 활성이 우수하게 된다.The molecular sieve of the present invention is capable of introducing a transition metal, which is an active ingredient, into the molecular sieve lattice structure for the partial oxidation of tetralin using a liquid oxidizing agent, specifically, a mesoporous having a pore size of 2 to 20 nm, Hexagonal aluminophosphate molecular sieve (HMA), pore size mesoporous 2-20 nm, hexagonal silica molecular sieve (MCM-41) and pore size 0.2-2 nm microporous aluminophosphate powder You can use your own (AlPO 4 -5), etc. That is, the molecular sieve of the present invention can introduce a transition metal into the hexagonal silica or zeolite crystal structure. When the transition metal is introduced into the structure, the number and dispersibility of the transition metal in atomic units increases, so that the catalyst activity is excellent. do.

또한, 전이금속은 통상적으로 액상 부분산화반응 분야에 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 크롬, 철, 코발트, 망간 및 니켈 중에서 선택된 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 금속 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 크롬을 사용하는 것이 좋다.In addition, the transition metal is typically used in the field of liquid partial oxidation, but is not particularly limited. Specifically, a single metal or a mixture of two or more metals selected from chromium, iron, cobalt, manganese, and nickel may be used. Preferably, chromium is used.

이러한 불균일계 촉매는 분자체 95 ∼ 99.5 몰%, 바람직하기로는 97 ∼ 99 몰%와, 전이금속 0.5 ∼ 5 몰%, 바람직하기로는 1 ∼ 3 몰%가 함유되는 바, 상기 전이금속의 사용량이 0.5 중량% 미만이면 그 양이 너무 미미하여 촉매의 활성이 나타나지 않으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 활성의 향상을 기대할 수 없으며, 오히려 분자체내 구조를 이루고 있지 못하는 전이금속의 경우, 반응 시 용출되어 촉매의 안정성이 저하되고 용매 안에 포함되어 있는 전이금속을 제거해야 하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The heterogeneous catalyst contains 95 to 99.5 mol% of molecular sieves, preferably 97 to 99 mol%, 0.5 to 5 mol% of transition metals, and preferably 1 to 3 mol%, and thus the amount of the transition metal used is If the amount is less than 0.5 wt%, the amount is too small to show the activity of the catalyst. If it exceeds 5 wt%, the activity cannot be expected to be improved. It is preferable to maintain the above range because the stability of the catalyst is lowered and the transition metal contained in the solvent must be removed.

이러한 본 발명의 불균일계 촉매는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으 로 분자체를 졸-겔법으로 제조하기 위한 합성젤 성분에 전이금속을 혼합하여 제조한다. 이때, 본 발명은 제조된 촉매의 격자 구조에 존재하지 않거나, 과량으로 도입된 전이금속을 이온교환 또는 세척하기 위하여 암모늄아세테이트(ammonium acetate), 질산, 황산 및 아세트산 등의 이온성 화합물을 사용하여 전이금속을 제거하는 단계를 반드시 포함한다. 이때, 상기 이온성 화합물은 분자량이 작은 이온성 유기물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.The heterogeneous catalyst of the present invention is prepared by mixing a transition metal with a synthetic gel component for preparing a molecular sieve by a sol-gel method by a method generally used in the art. In this case, the present invention uses a ionic compound such as ammonium acetate, nitric acid, sulfuric acid and acetic acid to ion exchange or wash the transition metal that is not present in the lattice structure of the prepared catalyst or is introduced in excess. Necessarily including removing the metal. At this time, it is more preferable that the ionic compound uses an ionic organic substance having a small molecular weight.

일반적으로 불균일계 촉매는 그 격자구조에 전이금속 등의 활성성분이 존재하게 되는 바, 본 발명은 상기 구조에 존재하는 전이금속이 액상 부분산화반응의 결과물인 테트랄론의 전환율 및 선택성에 영향을 미치는 인자로 작용하게 된다. 또한, 촉매를 재사용하는 경우에 격자 구조에 존재하는 전이금속이 촉매 활성에 영향을 미치며, 분자체의 격자 구조 외부에 존재하는 전이금속의 경우 생성물 중에 지속적으로 포함되어 테트랄론의 선택성이 저하되는 문제를 발생시키고, 부반응에 의한 촉매활성의 저하를 가져오게 되므로 촉매의 장기 안정성을 유지하기 위하여 세척과정을 반드시 수행해야 한다.In general, heterogeneous catalysts have active components such as transition metals in the lattice structure, and the present invention affects the conversion and selectivity of tetranal, which is a result of the liquid partial oxidation of the transition metals in the structure. Mitch acts as a factor. In addition, when the catalyst is reused, the transition metal present in the lattice structure affects the catalytic activity, and in the case of the transition metal existing outside the lattice structure of the molecular sieve, the transition metal is continuously included in the product to decrease the selectivity of tetralon. Since the problem is caused and the catalytic activity is reduced by side reactions, the washing process must be performed to maintain the long-term stability of the catalyst.

본 발명의 불균일계 촉매는 분자체 전구체가 함유된 합성젤과, 전이금속 전구체를 혼합하여 25 ∼ 100 ℃에서 24 ∼ 72 시간동안 숙성하여 촉매 전구체를 제조하는 단계와, 상기 촉매 전구체를 450 ∼ 650 ℃에서 6 ∼ 10 시간동안 소성하고, 0.2 ∼ 3 몰% 농도의 암모늄 아세테이트 용액에 세척하여 불균일계 촉매를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.The heterogeneous catalyst of the present invention comprises the steps of preparing a catalyst precursor by mixing a synthetic gel containing a molecular sieve precursor and a transition metal precursor for 24 to 72 hours at 25 to 100 ℃, and the catalyst precursor 450 to 650 Firing at 6 ° C. for 6 to 10 hours, and washing in an ammonium acetate solution at a concentration of 0.2 to 3 mol% to prepare a heterogeneous catalyst.

상기 분자체 전구체가 함유된 합성젤은 당 분야에서 일반적으로 졸-겔법으로 분자체 제조 시 사용되는 성분 및 함량으로 특별히 한정하지는 않는다. 상기 졸-겔법으로 분자체를 제조하는 방법과 관련된 문헌으로는 구체적으로 Synthesis, characterization and catalytic performance of Mg and Co substituted mesoporous aluminophosphates[Mesopor. Micropor. Mater. 70 (2004) 15], Selective oxidation of hydrocarbons with O2 over chromium aluminophosphate-5 molecular sieve[J. Catal. 153 (1995) 1], Synthesis of mesostructured aluminophosphates using cationic templating[Phys. Chem. Chem. Phys. 2 (2000) 5275], Recent advances in processing and characterization of periodic mesoporous MCM-41 silicate molecular sieves[Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001) 3237], Synthesis of thermally stable mesoporous hexagonal aluminophosphate molecular sieves[Chem. Commun. (1997) 1009] 및 Nanosized metal oxides in the mesopores of MCM-41 and MCM-48 silicates[Catal. Today 68 (2001) 63] 등이 있으며, 본 발명은 이러한 방법을 적용하여 제조할 수 있다. Synthetic gel containing the molecular sieve precursor is not particularly limited in the art to the components and contents used in the manufacture of molecular sieves generally by the sol-gel method. Literature related to the method of preparing the molecular sieve by the sol-gel method is specifically described in Synthesis, characterization and catalytic performance of Mg and Co substituted mesoporous aluminophosphates [Mesopor. Micropor. Mater. 70 (2004) 15], Selective oxidation of hydrocarbons with O 2 over chromium aluminophosphate-5 molecular sieve [J. Catal. 153 (1995) 1], Synthesis of mesostructured aluminophosphates using cationic templating [Phys. Chem. Chem. Phys. 2 (2000) 5275], Recent advances in processing and characterization of periodic mesoporous MCM-41 silicate molecular sieves [Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001) 3237, Synthesis of thermally stable mesoporous hexagonal aluminophosphate molecular sieves [Chem. Commun. (1997) 1009 and Nanosized metal oxides in the mesopores of MCM-41 and MCM-48 silicates [Catal. Today 68 (2001) 63], and the present invention can be produced by applying this method.

상기 숙성은 25 ∼ 100 ℃에서 24 ∼ 72 시간동안 수행하는 바, 상기 온도가 각각의 특정영역에 도달하지 않는다면 젤을 형성하지 않으며, 시간이 충분하지 않는다면 젤의 형성 및 입자의 크기와 구조의 형성에 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The aging is carried out at 25 ~ 100 ℃ for 24 to 72 hours, if the temperature does not reach each specific region does not form a gel, if not enough time to form a gel and the size and structure of particles It is preferable to maintain the above range because there is a problem.

또한, 소성은 450 ∼ 650 ℃에서 6 ∼ 10 시간동안 수행하는 바, 상기 소성온도가 450 ℃ 미만이면 분자체 내에 존재하고 있는 계면활성제가 완전히 제거되지 않으며 650 ℃를 초과하는 경우에는 촉매의 구조가 붕괴될 수 있으며, 시간이 6시간 미만이면 계면활성제 및 구조 배향제를 충분히 제거하기 힘들며, 10 시간을 초과하는 경우에는 촉매의 안정성에 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.  In addition, firing is carried out at 450 to 650 ° C. for 6 to 10 hours. If the firing temperature is less than 450 ° C., the surfactants present in the molecular sieve are not completely removed. It may collapse, and if the time is less than 6 hours, it is difficult to sufficiently remove the surfactant and the structural alignment agent, and if it exceeds 10 hours, it is preferable to maintain the above range because there is a problem in the stability of the catalyst.

상기 제조된 촉매의 세척을 위하여 사용되는 암모늄 아세테이트 용액은 농도가 0.2 ∼ 3 몰% 범위, 바람직하기로는 0.5 ∼ 1.5 몰%를 유지하는 것으로, 상기 농도가 0.2 몰% 범위 미만이면 격자 외부에 존재하는 전이금속의 제거능이 미미하고 3 몰%를 초과하는 경우에는 더 이상의 개선 효과가 없고 처리비용이 증가하는 문제가 있다. 이러한 세척은 1 ∼ 3회 반복 시행이 가능하다.The ammonium acetate solution used for washing the prepared catalyst has a concentration in the range of 0.2 to 3 mol%, preferably 0.5 to 1.5 mol%, and when the concentration is less than 0.2 mol%, If the removal ability of the transition metal is insignificant and exceeds 3 mol%, there is a problem that there is no further improvement effect and the treatment cost increases. This washing can be repeated one to three times.

한편 본 발명의 액상 부분산화반응은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 산화제 존재하에서 수행되는 바, 상기 산화제는 t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 공기 및 산소 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 이러한 산화제는 반응물인 테트랄린 1 몰에 대하여 0.1 ∼ 2.5 몰비, 바람직하기로는 1.0 ∼ 2.5, 보다 바람직하기로는 1.6 ∼ 2.5 범위로 사용하는 바, 상기 사용량이 0.1 몰비 미만이면 그 양이 너무 미미하여 산화반응이 수행되지 않으며, 2.5 몰을 초과하는 경우에도 실질적으로 산화반응이 증가하지 않으며 산화제의 자체 분해문제도 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the liquid partial oxidation reaction of the present invention is performed in the presence of an oxidizing agent generally used in the art, and the oxidizing agent may be selected from t-butyl hydroperoxide, air, and oxygen. Such an oxidizing agent is used in the range of 0.1 to 2.5 molar ratio, preferably 1.0 to 2.5, more preferably 1.6 to 2.5 with respect to 1 mole of tetralin as a reactant. If the amount is less than 0.1 molar ratio, the amount is too small to oxidize. It is preferable to maintain the above range because the reaction is not carried out, and even when it exceeds 2.5 moles, the oxidation reaction does not substantially increase and self decomposition of the oxidant occurs.

본 발명의 액상 부분산화반응은 20 ∼ 150 ℃, 바람직하기로는 80 ∼ 150 ℃온도범위에서 2 ∼ 12 시간, 바람직하기로는 8 ∼ 12 시간동안 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 종래의 액상 부분산화반응은 균일계 촉매에 의해 수행되었으나, 통상적으로 균일계 촉매에 비해 활성이 현저히 낮은 불균일계 촉매를 이용하여 액상 부분산화반응을 수행하여 균일계 촉매를 사용하는 경우와 동등 이상의 촉매 활성을 갖는다. 또한, 불균일계 촉매의 분리회수 및 재사용이 우수하여 저장안정성 및 공정상의 편의성을 얻을 수 있다.The liquid partial oxidation reaction of the present invention is preferably carried out for 2 to 12 hours, preferably 8 to 12 hours in the temperature range of 20 to 150 ℃, preferably 80 to 150 ℃. That is, the conventional liquid phase partial oxidation reaction was performed by a homogeneous catalyst, but in general, the liquid phase partial oxidation reaction was performed using a heterogeneous catalyst having a significantly lower activity than that of the homogeneous catalyst. It has the above catalytic activity. In addition, the separation and reuse of the heterogeneous catalyst is excellent, and thus storage stability and process convenience can be obtained.

상기 반응온도가 20 ℃ 미만이면 전환율이 낮고, 비교할 만한 전환율을 얻기 위해 반응시간이 24 시간을 초과해야하며, 150 ℃를 초과하는 경우에는 전이 금속촉매의 안정성 문제뿐 아니라 산화제의 자체 분해 및 반응 생성물의 선택성이 감소하는 문제가 있다. 또한, 반응시간이 4시간 미만이면 하고 반응온도와 마찬가지로 낮은 전환율과 높은 부생성물의 선택도를 가지며, 12 시간을 초과하는 경우에는 반응의 평형에 도달하여 전환율의 증가를 기대하기 어려우며 불필요한 반응 생성물이 생성되는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.If the reaction temperature is less than 20 ℃ conversion rate is low, the reaction time should be more than 24 hours in order to obtain a comparable conversion rate, if it exceeds 150 ℃, not only the stability of the transition metal catalyst, but also the decomposition of the oxidizing agent and the reaction product There is a problem that the selectivity of is reduced. In addition, if the reaction time is less than 4 hours and has a low conversion rate and a high selectivity of the by-products similar to the reaction temperature, if it exceeds 12 hours, it is difficult to expect the increase of the conversion rate to reach the equilibrium of the reaction and unnecessary reaction products It is desirable to maintain this range because problems that arise are generated.

이러한 액상 부분산화반응은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 회분식 반응기, 연속회분식 반응기 및 고정층 반응기하에서 수행할 수 있다.This liquid partial oxidation reaction can be carried out in a batch reactor, a continuous batch reactor and a fixed bed reactor generally used in the art.

상기와 같이 제조된 불균일계 촉매를 이용하여 테트랄린의 액상 부분산화반응을 수행하면 촉매의 활성이 우수하여 테트랄론의 전환율 및 선택성이 우수하며, 특히, 촉매를 재사용하는 경우에도 촉매의 안정성이 유지된다. When the liquid partial oxidation of tetralin is carried out using the heterogeneous catalyst prepared as described above, the catalytic activity is excellent, and thus, the conversion and selectivity of the tetralin is excellent, and in particular, the stability of the catalyst even when the catalyst is reused. Is maintained.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.Although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to a following example.

촉매 제조Catalyst manufacturing

실시예 1 : 메조포러스 알루미노포스페이트(M-HMA) 분자체 촉매Example 1 Mesoporous Aluminophosphate (M-HMA) Molecular Sieve Catalyst

알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide) 3.5 g을 25 g의 증류수와 2.5 ml의 인산용액(85 중량% sol in water)에 혼합한 후 1시간동안 교반하였다. 별도의 비이커에 증류수 30 g을 취하여 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드 (cetyltrimetylammoniumbromide) 4 g을 녹인 후 상기용액에 첨가한 다음 3시간 동안 교반하였다. 여기에 전이금속 전구체 2 몰%(전이금속 기준)를 15 g의 증류수에 녹여 첨가하는 바, 이때 상기 전이금속 전구체로 0.32g 의 크롬 아세테이트 하이드록사이드(cromium acetate (III) hydroxide), 0.47g 의 코발트 나이트레이트 헥사나이트레이트 (cobalt (II) nitrate hexahydrate) 그리고 0.65g 의 철 나이트레이트 나노하이드레이트를 (iron (III) nitrate nanohydrate) 사용하였다.3.5 g of aluminum hydroxide was mixed with 25 g of distilled water and 2.5 ml of a phosphate solution (85 wt% sol in water), followed by stirring for 1 hour. 30 g of distilled water was taken in a separate beaker to dissolve 4 g of cetyltrimetylammonium bromide, added to the solution, and stirred for 3 hours. 2 mol% of the transition metal precursor (based on the transition metal) is added to 15 g of distilled water, and 0.32 g of chromium acetate (III) hydroxide, 0.47 g, is used as the transition metal precursor. Cobalt (II) nitrate hexahydrate and 0.65 g of iron nitrate nanohydrate were used.

다음으로 상기 혼합물의 pH를 9.5로 조절하기 위하여 25 중량% 농도의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide; TMAOH) 25 ml를 가하고 상온(25 ℃)에서 72시간 동안 숙성시켰다. 이후에 여과하여 침전을 회수한 후 증류수로 충분히 세척하고, 80 ℃의 오븐에서 건조하였다. 건조한 분말을 500 ℃에서 10시간 동안 소성하였다. Next, 25 ml of tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) at 25 wt% was added to adjust the pH of the mixture to 9.5, and aged at room temperature (25 ° C.) for 72 hours. Thereafter, the precipitate was collected by filtration, washed sufficiently with distilled water, and dried in an oven at 80 ° C. The dry powder was calcined at 500 ° C. for 10 hours.

실시예 1 -1 Example 1-1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 전이금속 전구체로 크롬 아세테이트하이드록사이드(크롬기준)를 각각 1, 2, 3 및 5 몰%(0.16 g, 0.32 g, 0.49 g, 0.81 g)범위로 변화시키면서 수행하였다.In the same manner as in Example 1, the chromium acetate hydroxide (based on chromium) was changed to 1, 2, 3, and 5 mol% (0.16 g, 0.32 g, 0.49 g, 0.81 g) as transition metal precursors, respectively. It was carried out while.

실시예 2 : 메조포러스 실리카(M-MCM-41) 분자체 촉매Example 2 Mesoporous Silica (M-MCM-41) Molecular Sieve Catalyst

증류수 115 g에 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimetylammoniumbromide) 32 g을 녹인 용액에 물유리(sodium water glass) 37.4 g과 전이금속 전구체(전이금속 기준) 2 몰%를 첨가한 후 30 분 동안 교반하였다. 이때, 전이금속 전구체로 0.62 g의 크롬 아세테이트 0.89 g의 코발트 나이트레이트 헥사하이드레이트 및 1.24g 의 철 나이트레이트 나노하이드레이트를 사용하였다. 다음으로 2.4 g의 황산(H2SO4, 98%) 10 g에 물로 희석시킨 후, 상기 혼합물에 첨가하였다. 이후 형성되는 젤을 100 ℃에서 24시간 동안 숙성시키고 여과하여 침전물을 회수한 후 증류수로 충분히 세척하였다. 다음으로 100 ℃에서 침전물을 24 시간동안 건조시킨 후, 540 ℃에서 10시간 동안 소성하였다. To a solution of 32 g of cetyltrimetylammonium bromide dissolved in 115 g of distilled water, 37.4 g of sodium water glass and 2 mol% of a transition metal precursor (based on a transition metal) were added, followed by stirring for 30 minutes. At this time, 0.62 g of chromium acetate 0.89 g of cobalt nitrate hexahydrate and 1.24 g of iron nitrate nanohydrate were used as the transition metal precursors. Next, 10 g of 2.4 g sulfuric acid (H 2 SO 4 , 98%) was diluted with water, and then added to the mixture. Thereafter, the gel formed was aged at 100 ° C. for 24 hours, filtered to recover the precipitate, and then sufficiently washed with distilled water. Next, the precipitate was dried at 100 ° C. for 24 hours and then calcined at 540 ° C. for 10 hours.

실시예 3 : 마이크로포러스 알루미노포스페이트(M-AlPO4-5) 분자체 촉매Example 3 Microporous Aluminophosphate (M-AlPO4-5) Molecular Sieve Catalyst

증류수 20 g에 슈도보헤마이트(pseudobohemite) 4.0 g을 녹였다. 이후에 전이금속 전구체(크롬, 코발트 및 철 기준) 2 몰%를 첨가한 후 2시간 동안 교반하였다. 이때, 사용된 전이금속 전구체의 양은 각각 크롬 아세테이트의 경우 1.75 g, 코발트 나이트레이트의 경우 0.6 g, 철(III) 설페이트의 경우 0.98 g 이었 다. 별도로 증류수 20 g에 알루미늄 아이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide) 7.4 g을 첨가한 후 2시간 동안 교반하였다. In 20 g of distilled water, 4.0 g of pseudobohemite was dissolved. Thereafter, 2 mol% of a transition metal precursor (based on chromium, cobalt, and iron) was added, followed by stirring for 2 hours. At this time, the amount of the transition metal precursor used was 1.75 g for chromium acetate, 0.6 g for cobalt nitrate, and 0.98 g for iron (III) sulfate, respectively. Separately, 7.4 g of aluminum isopropoxide was added to 20 g of distilled water, followed by stirring for 2 hours.

상기 전이금속이 함유된 슈도보헤마이트 용액과, 알루미늄 아이소프로폭사이드 용액은 2시간동안 교반한 후에 85% 인산(phosphoric acid)을 첨가한 후 1시간 동안 숙성하였다. 상기 혼합물에 트리프로필아민(tripropylamine) 7.16 g을 첨가한 후 오토클레이브(autoclave)로 합성젤을 옮겨 175 ℃에서 24시간 동안 수열 합성하였다. 이후에, 여과하여 침전을 회수한 후 증류수로 충분히 세척한 다음 100 ℃에서 건조한 분말은 500 ℃에서 10시간 동안 소성하였다. The pseudoboehmite solution and the aluminum isopropoxide solution containing the transition metal were stirred for 2 hours and then aged for 1 hour after adding 85% phosphoric acid. After adding 7.16 g of tripropylamine to the mixture, the synthetic gel was transferred to an autoclave and hydrothermally synthesized at 175 ° C. for 24 hours. Thereafter, the precipitate was collected by filtration, washed sufficiently with distilled water, and then dried at 100 ° C. and calcined at 500 ° C. for 10 hours.

실시예 3 -1 Example 3-1

상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 전이금속 전구체로 크롬 아세테이트 하이드록사이드(크롬기준)를 각각 1, 2, 3 및 5 몰%(0.85 g, 1.75 g, 2.65 g 및 4.5 g)범위로 변화시키면서 수행하였다.In the same manner as in Example 3, the chromium acetate hydroxide (based on chromium) was changed to 1, 2, 3 and 5 mol% (0.85 g, 1.75 g, 2.65 g and 4.5 g), respectively, as the transition metal precursor. It was carried out while.

테드랄린의 액상 부분산화반응Liquid Partial Oxidation of Tedralline

실시예Example 4 4

상기 실시예 1 ∼ 3에서 제조한 각각의 촉매 50 mg를 정확히 측량하여 온도조절장치와 기계식 교반기 및 컨덴서가 장착된 100 ml 유리 회분식 반응기(Chemistation PPS-2510)에 투입하였다. 반응물로는 테트랄린 8 mmol을 용매인 클로로벤젠(chlorobenzene) 5 ml에 혼합하여 균일한 용액을 만들어 사용하였다. 반응온도가 120 ℃에 도달한 후 셉텀(septum)을 통하여 산화제로 t-부틸 하이드로퍼옥사이드(Aldrich, 5.5M, decane balance) 16 mmol을 반응물에 넣어 반응을 수행하였다.50 mg of each catalyst prepared in Examples 1 to 3 was accurately weighed and placed in a 100 ml glass batch reactor (Chemistation PPS-2510) equipped with a thermostat, a mechanical stirrer and a condenser. As a reactant, 8 mmol of tetralin was mixed with 5 ml of chlorobenzene as a solvent to make a uniform solution. After the reaction temperature reached 120 ° C., 16 mmol of t-butyl hydroperoxide (Aldrich, 5.5M, decane balance) was added to the reaction product through an septum as an oxidant.

상기 반응물 및 생성물은 불꽃이온화검출기(FID)가 장착된 가스크로마토크래피(HP-5 capillary column)를 이용하여 분석하였고, 상세한 반응물 분석은 GC-MS를 사용하였다. The reactants and products were analyzed using a gas chromatograph (HP-5 capillary column) equipped with a flame ionization detector (FID), and detailed reactant analysis was performed using GC-MS.

상기 촉매들의 테트랄린 부분산화반응 활성을 표 1에 나타내었다. 이때, 반응활성은 12시간 경과 후에 측정하였다. The tetralin partial oxidation activity of the catalysts is shown in Table 1. At this time, the reaction activity was measured after 12 hours.

Figure 112007055601569-pat00001
Figure 112007055601569-pat00001

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 전이금속 중에서는 크롬이 도입된 경우가 모든 분자체 상에서 가장 높은 테트랄린 전환율 및 목적 생성물인 테트랄론으로의 선택도를 나타내었다. 구체적으로, 크롬이 도입된 경우 분자체에 따른 활성 및 선택성은 메조포러스 알루미노포스페이트(HMA) ≥ 알루미노포스페이트(AlPO4-5) 》 메조포러스 실리카(MCM-41) 순으로 나타냄을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, among the transition metals, the introduction of chromium showed the highest tetralin conversion and selectivity to tetralin as the target product on all molecular sieves. Specifically, when chromium is introduced, it can be seen that activity and selectivity according to molecular sieves are shown in the order of mesoporous aluminophosphate (HMA) ≥ aluminophosphate (AlPO4-5) >> mesoporous silica (MCM-41).

실시예 5 : 크롬 함유량(Cr-HMA 촉매)에 따른 액상 부분산화반응 Example 5 Liquid Partial Oxidation with Chromium Content (Cr-HMA Catalyst)

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 실시예 1-1에서 제조한 Cr-HMA 촉매에서 크롬 함량에 따른 테트랄린 부분산화반응 활성 및 선택도를 표 2에 나타내었다. In the same manner as in Example 4, the tetralin partial oxidation activity and selectivity according to the chromium content in the Cr-HMA catalyst prepared in Example 1-1 is shown in Table 2.

Figure 112007055601569-pat00002
Figure 112007055601569-pat00002

상기 표 2에서 살펴본 바와 같이, 크롬 도입량이 1.0 몰%인 경우보다 2 몰%인 경우 전환율 및 테트랄론 선택도가 증가하였으나 2.0 몰% 이상에서는 전환율이 65% 정도로 거의 일정한 성능을 보여주었으며 테트랄론 선택도 한 80% 정도를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, when the amount of chromium introduced was 2 mol% than the 1.0 mol%, the conversion rate and the tetralin selectivity were increased, but at 2.0 mol% or more, the conversion rate was almost constant, about 65%. The loan selection was also maintained at about 80%.

실시예 6 : 촉매(Cr-HMA)의 반응시간에 따른 액상 부분산화반응Example 6 Liquid Partial Oxidation Reaction According to Reaction Time of Catalyst (Cr-HMA)

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 Cr-HMA 촉매(크롬 함량 2 몰%)에서 반응시간에 따른 테트랄린 액상 부분산화반응 활성 및 선택도를 표 3에 나타내었다. In the same manner as in Example 4, in the Cr-HMA catalyst prepared in Example 1 (chromium content 2 mol%), the tetralin liquid phase partial oxidation reaction activity and selectivity according to reaction time are shown in Table 3.

Figure 112007055601569-pat00003
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상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 반응 개시 후 2시간 경과한 경우 테트랄린 전환율은 23% 정도이었으며, 이때 테트랄론 선택도는 51%를 나타내었다. 반응시간에 따라 전환율이 점차 증가하다가 12시간 경과 후 전환율은 65%에서 평형을 이루었으며 테트랄론 선택도는 80%로 나타났음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 3, when 2 hours after the start of the reaction, the tetralin conversion was about 23%, and the tetralin selectivity was 51%. The conversion rate gradually increased with the reaction time, and after 12 hours, the conversion rate was equilibrated at 65% and the tetranal selectivity was 80%.

실시예 7 : 촉매(Cr-HMA)의 반응온도에 따른 액상 부분산화반응Example 7 Liquid Phase Partial Oxidation According to Reaction Temperature of Catalyst (Cr-HMA)

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 실시예 1에서 제조한 Cr-HMA 촉매(크롬 함량 2 몰%)에서 반응온도에 따른 테트랄린 부분산화반응 활성 및 선택도를 표 4에 나타내었다. 이때, 반응온도를 20 ∼ 120 ℃로 조절하였고 8시간 경과 후의 전환율 및 선택도를 비교하였다.In the same manner as in Example 4, the tetralin partial oxidation activity and selectivity according to the reaction temperature in the Cr-HMA catalyst (chromium content 2 mol%) prepared in Example 1 is shown in Table 4. At this time, the reaction temperature was adjusted to 20 ~ 120 ℃ and compared with the conversion and selectivity after 8 hours.

Figure 112007055601569-pat00004
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상기 표 4에서 나타낸 바와 같이, 반응온도가 증가함에 따라 테트랄린 전환율은 증가하는 경향을 나타내었으나 테트랄론 선택도는 80 ℃에서 80% 정도로 그 이상의 온도 증가에도 큰 변화가 없었다. 따라서 테트랄린 부분산화반응은 최소 80℃ 이상의 반응온도에서 수행되어야 함을 확인할 수 있었다. As shown in Table 4, as the reaction temperature increases, the tetralin conversion was increased, but the tetralin selectivity did not change significantly even at an increase in temperature above 80% at 80 ° C. Therefore, it was confirmed that the tetralin partial oxidation reaction should be carried out at a reaction temperature of at least 80 ℃.

실시예 8 : 산화제 농도에 따른 액상 부분산화반응Example 8 Liquid Partial Oxidation According to Oxidizer Concentration

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 실시예 1의 Cr-HMA 촉매(크롬 함량 2몰%)에서 산화제(tert-butyl hydroperoxide; TBHP)와 테트랄린 몰비에 따른 테트랄린 부분산화반응 활성 및 선택도를 표 5에 나타내었다. 이때, 반응온도는 120 ℃이고, 전환율 및 선택도는 반응 8시간 경과 후에 측정하였다.In the same manner as in Example 4, the tetralin partial oxidation activity according to the molar ratio of tert-butyl hydroperoxide (TBHP) and tetralin in the Cr-HMA catalyst (chromium content 2 mol%) of Example 1 and Selectivity is shown in Table 5. At this time, the reaction temperature was 120 ℃, conversion and selectivity were measured after 8 hours of reaction.

Figure 112007055601569-pat00005
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상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 산화제/테트랄린 몰비가 증가함에 따라 테트랄린 전환율은 증가하다 몰비가 2.0에서 평형값을 나타내고 있으며, 테트랄론 선택도는 전환율과 반대의 경향을 보여주고 있다. 따라서 테트랄린 부분산화반응은 산화제/테트랄린 몰비는 최소 1.6 이상에서 수행되어야 함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 5, as the oxidizer / tetralin molar ratio increases, the tetralin conversion increases. The molar ratio shows an equilibrium value at 2.0, and the tetralin selectivity shows the opposite trend to the conversion. . Therefore, the tetralin partial oxidation reaction was confirmed that the oxidizing agent / tetralin molar ratio should be carried out at least 1.6.

실시예 9 : 암모늄 아세테이트 처리에 의한 촉매 재사용시의 안정성 Example 9 Stability in Catalyst Reuse by Ammonium Acetate Treatment

상기 실시예 1에서 제조한 촉매 Cr-HMA(Cr-AlPO4-5)의 격자 구조 외부에 존재하는 폴리크로메이트를 제거하기 위하여 암모늄 아세테이트로 세척 처리하였다. 100 mg의 촉매를 1M의 암모늄 아세테이트 용액과 혼합한 후 12시간 동안 상온에서 교반하였다. 그 후 원심분리기를 사용하여 암모늄 아세테이트 용액과 촉매를 분리하고 증류수로 충분히 세척하였다. 이때, 촉매의 양이 많을 경우 여과지를 이용하여 분리 및 세척을 수행하는 것이 좋다. 상기 분리 및 세척된 촉매를 100 ℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시킨 후 잔류물의 제거를 위해 500 ℃에서 6 시간동안 소성하였다. In order to remove the poly-chromates present in outer lattice structure of the first embodiment of the catalyst Cr-HMA (Cr-AlPO 4 -5) produced in treated and washed with the ammonium acetate. 100 mg of the catalyst was mixed with 1M ammonium acetate solution and stirred at room temperature for 12 hours. After that, the ammonium acetate solution and the catalyst were separated using a centrifuge and washed well with distilled water. In this case, when the amount of the catalyst is large, it is good to perform separation and washing using filter paper. The separated and washed catalyst was dried in an oven at 100 ° C. for 12 hours and then calcined at 500 ° C. for 6 hours to remove the residue.

별도로, 반응에 참여한 촉매를 원심분리기를 이용하여 회수하였다. 이때, 촉매의 양이 많을 경우 여과지를 이용하여 분리하며, 아세톤 용액을 사용하여 회수된 촉매를 충분히 세척하고 80 ℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시킨다. 잔류물의 제거를 위해 500 ℃에서 6시간 동안 소성하였다. Separately, the catalyst participating in the reaction was recovered using a centrifuge. At this time, if the amount of the catalyst is separated by using a filter paper, the recovered catalyst using acetone solution is sufficiently washed and dried in an oven at 80 ℃ for 12 hours. It was calcined at 500 ° C. for 6 hours to remove the residue.

이후에 반응은 상기 실시예 4와 동일하게 수행하여 8시간 경과 후의 전환율 및 선택도를 표 6에 나타내었다. Thereafter, the reaction was performed in the same manner as in Example 4, and the conversion and selectivity after 8 hours were shown in Table 6.

Figure 112007055601569-pat00006
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상기 표 6에 나타낸 바와 같이, Cr-HMA(Cr-AlPO4-5) 촉매의 경우 암모늄 아세테이트 처리를 하지 않았을 때는 최초 57.6%의 전환율이 2번 재사용 하면 48.5%로 약 15.8%의 활성이 감소하였다. Cr-AlPO4-5 촉매를 암모늄 아세테이트로 처리를 한 경우에는 격자구조 외부에 존재하는 폴리크로메이트의 제거로 인해 전환율이 57.6%에서 52.9%로 감소하였으나, 촉매를 2회 재 사용하는 경우에도 전환율이 50.8%로, 약 2.1%의 활성이 감소하는 것으로 보아, 암모늄 아세테이트 처리를 한 촉매가 하지 않은 촉매에 비해 높은 촉매 활성 안정성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 6, in the case of Cr-HMA (Cr-AlPO4-5) catalyst, when the ammonium acetate treatment was not performed, the conversion rate of the first 57.6% was 48.5% when the second reuse was decreased by about 15.8%. When the Cr-AlPO4-5 catalyst was treated with ammonium acetate, the conversion was reduced from 57.6% to 52.9% due to the removal of polychromates outside the lattice structure, but the conversion was 50.8 even when the catalyst was reused twice. In%, the activity of about 2.1% was reduced, indicating that the catalyst treated with ammonium acetate showed higher catalytic activity stability than the catalyst without.

따라서, 테트랄린의 액상 부분산화반응에 적용할 경우 소성 후 암모늄 아세테이트로 세척한 촉매의 활성이 처리하지 않은 촉매와 유사하며, 특히 재사용하는 경우에 활성이 안정적으로 유지된다는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, when applied to the liquid partial oxidation of tetralin, the activity of the catalyst washed with ammonium acetate after firing was similar to that of the untreated catalyst, and it was confirmed that the activity was maintained stably, especially when reused.

Claims (5)

촉매와 산화제 존재하에서 테트랄린을 액상 부분산화반응하여 테트랄론을 제조하는 방법에 있어서,In a method for producing tetraral by liquid partial oxidation of tetralin in the presence of a catalyst and an oxidizing agent, 상기 촉매로는, 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚이고 육방형인 알루미노포스페이트 분자체(HMA), 기공크기가 2 ∼ 20 ㎚이고 육방형인 실리카 분자체(MCM-41), 및 입자크기가 0.2 ∼ 2 ㎚인 알루미노포스페이트 분자체(AlPO4-5) 중에서 선택된 분자체 전구체가 함유된 합성젤과, 전이금속 전구체를 상기 분자체 95 ∼ 99.5 몰%와 상기 전이금속 0.5 ∼ 5.0 몰%의 함량비로 혼합하여 25 ∼ 100 ℃에서 숙성하여 촉매 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 촉매 전구체를 450 ∼ 650 ℃에서 소성하고 0.2 ∼ 3 몰% 농도의 암모늄아세테이트 용액으로 세척하여 불균일계 촉매를 제조하는 단계; 를 수행하여 제조된 불균일계 촉매를 사용하여,Examples of the catalyst include aluminophosphate molecular sieves (HMA) having a pore size of 2 to 20 nm, hexagonal silica molecular sieves (MCM-41) having a pore size of 2 to 20 nm, and 0.2 to 2 particle sizes. A synthetic gel containing a molecular sieve precursor selected from nm aluminophosphate molecular sieves (AlPO 4 -5) and a transition metal precursor are mixed in an amount ratio of 95 to 99.5 mol% of the molecular sieve and 0.5 to 5.0 mol% of the transition metal. To mature at 25 to 100 ℃ to prepare a catalyst precursor; And calcining the catalyst precursor at 450 to 650 ° C. and washing the catalyst precursor with an ammonium acetate solution at a concentration of 0.2 to 3 mol% to prepare a heterogeneous catalyst. By using a heterogeneous catalyst prepared by 테트랄린을 20 ∼ 150 ℃ 온도에서 2 ∼ 12 시간동안, 50 ∼1000 rpm 범위의 교반속도로 액상 부분산화반응을 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 테트랄론의 제조방법.Tetraline is prepared by performing a liquid partial oxidation reaction at a stirring speed in the range of 50 to 1000 rpm for 2 to 12 hours at a temperature of 20 to 150 ℃. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속은 크롬, 철, 코발트, 망간 및 니켈 중에서 선택된 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 금속 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the transition metal is a single metal or a mixture of two or more metals selected from chromium, iron, cobalt, manganese, and nickel. 제 1 항에 있어서, 상기 산화제는 t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 공기 및 산소 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로, 테트랄린 1몰에 대하여 0.1 ∼ 2.5 몰비로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the oxidizing agent is one or a mixture of two or more selected from t-butyl hydroperoxide, air, and oxygen, and is used in a molar ratio of 0.1 to 2.5 with respect to 1 mole of tetralin. . 제 1 항에 있어서, 상기 반응은 회분식 반응기, 연속회분식 반응기, 또는 고정층 반응기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the reaction is carried out in a batch reactor, a continuous batch reactor, or a fixed bed reactor.
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