KR100905655B1 - A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same - Google Patents
A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100905655B1 KR100905655B1 KR1020070052670A KR20070052670A KR100905655B1 KR 100905655 B1 KR100905655 B1 KR 100905655B1 KR 1020070052670 A KR1020070052670 A KR 1020070052670A KR 20070052670 A KR20070052670 A KR 20070052670A KR 100905655 B1 KR100905655 B1 KR 100905655B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- butene
- cyclodextrin
- isomerization
- group
- catalyst
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
- C07C11/02—Alkenes
- C07C11/08—Alkenes with four carbon atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2305/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2301/00 or C08J2303/00
- C08J2305/16—Cyclodextrin; Derivatives thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명은 나노입자형 유기물과 계면 활성제 혼합물을 나노기공 주형물질로 사용한 메조포로스 물질 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 높은 표면적과 규칙적인 메조포어를 갖는 실리케이트 분자체의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 메조포로스 물질을 촉매로 사용하여 2-부텐을 이성화하면 고수율과 고 선택도로 1-부텐으로 전환시킬 수 있다. The present invention relates to a method for producing a mesoporous material using a nanoparticulate organic compound and a surfactant mixture as a nanoporous template, and more particularly, to a method for producing a silicate molecular sieve having a high surface area and regular mesopores. . Isomerization of 2-butene using this mesoporous material as a catalyst can be converted to 1-butene with high yield and high selectivity.
사이클로덱스트린, 실리케이트, 분자체, 촉매, 2-부텐, 1-부텐, 이성화반응 Cyclodextrins, silicates, molecular sieves, catalysts, 2-butene, 1-butene, isomerization
Description
본 발명은 나노입자형 유기물과 계면 활성제 혼합물을 나노기공 주형물질로 사용한 메조포로스 물질 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 사이클로덱스트린과 같은 나노입자형 유기물과 계면활성제의 혼합물을 사용하여 2 내지 10 ㎚의 메조포어를 갖는 실리케이트 분자체를 제조하는 것이다. 또한, 이러한 메조포로스 물질의 촉매 존재하에서 2-부텐을 이성화 반응시켜서 고 수율과 고선택도로 2-부텐을 1-부텐으로 전환시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a mesoporous material using a nanoparticulate organic material and a surfactant mixture as a nanoporous template material, and more specifically, to a mixture of a nanoparticulate organic material such as cyclodextrin and a surfactant using 2 to Silicate molecular sieves with mesopores of 10 nm are prepared. In addition, the present invention relates to a method for converting 2-butene to 1-butene with high yield and high selectivity by isomerizing 2-butene in the presence of a catalyst of such mesoporous material.
Kresge 등의 미국특허 제5,098,684호와 미국특허 제5,102,643호에서 공지된 것처럼, 모빌사의 연구자들에 의해서 M41S 군 (M41S family)라고 명명된 일련의 메조포로스 물질들, 예를 들어, MCM-41, MCM-48이 개발되었다. 이들 물질은 기공의 크기가 나노미터 수준에서 매우 균일하며, 그 배열이 마치 벌집을 보듯 일정한 구조를 가지고 있다. 미국특허 제5,958,368호 미국특허 제6,541,539호 등에서 공지된 것처럼 나노기공의 크기가 1 nm에서 30 nm까지 조절할 수 있고, 500∼1000 m2/g에 달하는 비교적 넓은 비 표면적을 가지는 다양한 기공구조를 가지는 메조포로스 물질들이 소개되어 오고 있다. 이러한 메조포로스 물질의 메조 포어를 이용하여 촉매 및 기타 다양한 응용에 대한 연구도 진행 중이다. 일반적으로 흡착제 또는 촉매의 응용으로 다공성 물질을 사용할 경우에는 가능하면 넓은 비표면적을 가지는 것은 매우 중요하다. 하지만 이러한 MCM-41계열의 물질을 최대 약 1000 m2/g의 표면적을 가지는 한계를 지니고 있다. As known from U.S. Pat.No. 5,098,684 to Kresge et al. And U.S. Pat.No.5,102,643, a series of mesoporous materials, named M41S family by the researchers of Mobil, for example MCM-41, MCM -48 was developed. These materials have very uniform pore sizes at the nanometer level, and their arrays have a uniform structure as if they were honeycombs. As known from U.S. Patent No. 5,958,368 and U.S. Patent No. 6,541,539, the mesos having various pore structures having a relatively large specific surface area ranging from 500 nm to 1000 m 2 / g can be controlled in the nanopore size from 1 nm to 30 nm. Poros materials have been introduced. Studies on catalysts and various other applications are also underway using mesopores of these mesoporous materials. In general, when using porous materials for the application of adsorbents or catalysts, it is very important to have as large a specific surface area as possible. However, these MCM-41 series have a limit of up to about 1000 m 2 / g surface area.
한편, C4 잔사유(부타디엔, 이소부텐, 1-부텐, 2-부텐, 노르말부탄 혼합물)는 납사 분해공장으로부터 나오는 C4 유분 중에서 부타디엔을 분리해낸 다음, 이소부텐을 메탄올과 반응시켜 MTBE(methyl tertiary buthyl ether)를 제조하고 난 후에 남는 C4 잔사유 Ⅱ (1-부텐, 2-부텐, 노르말부탄 혼합물), 또는 여기에서 1-부텐을 추출하고 남는 C4 잔사유 Ⅲ(2-부텐, 노르말부탄 혼합물)의 상태로 다량 발생한다. 현재까지 이들 대부분이 연료로서 사용되고 있는 실정이다. 이처럼 저가의 연료로서 사용되고 있는 이들 C4 잔사유 Ⅱ 또는 잔사유 Ⅲ에 약 13 중량% 이상 포함된 2-부텐을 이성화시키면 화학품의 원료로 사용 가능한 1-부텐을 제조할 수 있게 되어 그 부가가치를 높일 수 있다. On the other hand, the C 4 residue (butadiene, isobutene, 1-butene, 2-butene, normal butane mixture) separates butadiene from the C 4 fraction from the naphtha cracking plant, and then reacts isobutene with methanol to make MTBE (methyl C 4 residue oil II (1-butene, 2-butene, normalbutane mixture) remaining after preparation of tertiary buthyl ether), or C 4 residue oil III (2-butene, normal) remaining after extracting 1-butene Butane mixture). To date, most of them are used as fuels. The isomerization of 2-butene contained in at least about 13% by weight of these C 4 residue oil II or residue oil III, which is used as a low-cost fuel, enables the production of 1-butene, which can be used as a raw material for chemicals, to increase its added value. Can be.
이러한 2-부텐 이성화에 의한 1-부텐 제조기술은 많이 알려져 있으며 특히 고체촉매를 이용한 기술을 살펴보면 미국특허 제4,289,919호에는 산화 망간을 알루 미나에 담지시킨 촉매를 사용하여 고정층 반응기에서 순수한 2-부텐을 이성화 반응시켜서 1-부텐을 제조하는 방법을 기술하였고, 미국특허 제4,409,418호에는 지르코늄 포스페이트를 필수 성분으로 하고 크롬 또는 토륨을 첨가한 산화물 촉매를 사용하여 고정층 반응기에서 2-부텐을 이성화 반응시켜 1-부텐을 제조하는 방법이 기술되어있다. 미국특허 제5,955,640호에는 부타디엔 수소화, 1-부텐 회수, 부탄 분리 공정을 거친 C4 유분중의 2-부텐을 실리케이트화 알루미나를 산화나트륨으로 변형시킨 촉매를 사용하여 이성화 반응시켜서 1-부텐의 수율을 증가시키는 방법이 기술되어있는데, 1-부텐의 수율 및 선택도가 낮은 편이다. 한편, 미국특허 제6,242,662호에는 2-부텐의 이성화반응의 열역학적 제한을 극복하여 1-부텐의 수율을 높이기 위하여 팔라듐 촉매를 사용하는 하이드로-이성화(hydro-isomerization) 공정과 증류 공정으로 구성된 공정에 대하여 기술하고 있는데, 저온에서 반응이 일어나기 때문에 1-부텐의 수율이 매우 낮은 문제가 있었다. There are many known techniques for producing 1-butene by isomerization of 2-butene. In particular, US Pat. No. 4,289,919 discloses pure 2-butene in a fixed bed reactor using a catalyst in which manganese oxide is supported on alumina. A method for producing 1-butene by isomerization has been described. US Pat. No. 4,409,418 describes isomerization of 2-butene in a fixed bed reactor using an oxide catalyst containing zirconium phosphate as an essential component and addition of chromium or thorium. A method for preparing butenes is described. U.S. Patent No. 5,955,640 discloses the yield of 1-butene by isomerization of 2-butene in a C 4 fraction through butadiene hydrogenation, 1-butene recovery and butane separation using a catalyst in which silicate alumina is modified with sodium oxide. Methods of increasing are described, with low yield and selectivity of 1-butene. On the other hand, U.S. Patent No. 6,242,662 describes a process consisting of a hydro-isomerization process using a palladium catalyst and a distillation process to increase the yield of 1-butene by overcoming the thermodynamic limitation of the isomerization of 2-butene. Although the reaction occurs at a low temperature, the yield of 1-butene was very low.
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행한 결과, 종래 메조포로스 물질을 제조함에 있어서 전통적으로 사용해오던 계면활성제와 함께 나노입자형 유기물을 기공형성물질로 사용하여 메조포로스 물질을 만들면, 보다 개선된 구조의 실리케이트 분자체를 제조할 수 있으며, 이러한 메조포로스 물질을 2-부텐을 이성화 반응에 적용시켜 1-부텐의 선택도 및 반응 활성을 높여서 고수율로 1-부텐 을 제조하여 생산성을 높힐 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다. As a result of the research to solve the problems of the prior art, when the mesoporous material is made by using nanoparticulate organic material as a pore-forming material together with a surfactant that has been traditionally used in the manufacture of the conventional mesoporous material, Silicate molecular sieve of the structure can be prepared, and this mesoporose material can be applied to the isomerization reaction to increase the selectivity and reaction activity of 1-butene to produce 1-butene in high yield to increase productivity. The present invention was completed based on this.
따라서 본 발명의 목적은 보다 규칙적인 기공구조를 유지하면서 고표면적을 가지는 메조포로스 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing a mesoporous material having a high surface area while maintaining a more regular pore structure.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 메조포로스 물질을 이성화 반응의 촉매로 사용하여 고수율 및 고 선택도로 1-부텐을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing 1-butene with high yield and high selectivity by using mesoporous material prepared by the above method as a catalyst for isomerization reaction.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 메조포로스 물질의 제조방법은, Method for producing a mesoporous material according to the present invention for achieving the above object,
기공형성물질로 이온형 또는 비이온형 계면활성제 및 하기 화학식 1의 사이클로덱스트린 유도체가 1 : 0.01∼10 의 질량비로 혼합된 것을 사용한다. As the pore-forming substance, an ionic or nonionic surfactant and a cyclodextrin derivative represented by the following Chemical Formula 1 are mixed at a mass ratio of 1: 0.01 to 10.
상기 화학식 1에서 q=3∼12이고, 상기 R1, R2, R3은 서로 같거나 또는 다르게, 수소원자(hydrogen), C2~C30의 아실기(acyl group), C1~C20의 알킬기(alkyl group), C3~C10의 알켄기(alkene group), C3~C20의 알킨기(alkyne group), 히드록시 알킬기(hydroxy alkyl group), 카르복시기(carboxyl group), 또는 카르복시알킬 기(carboxy alkyl group)이다. In Formula 1, q = 3 to 12, and R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other, a hydrogen atom, an acyl group of C 2 to C 30 , and C 1 to C 20 alkyl groups, C 3 -C 10 alkene groups, C 3 -C 20 alkyne groups, hydroxy alkyl groups, carboxyl groups, or Carboxy alkyl group.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 1-부텐의 제조방법은, Method for producing 1-butene for achieving another object of the present invention,
a) 반응기에 상기 제조 방법에 따른 메조포로스 분자체를 고정 촉매상으로 충진시키는 단계; b) C4 잔사유 Ⅱ 또는 C4 잔사유 Ⅲ에 포함된 2-부텐을 반응물로 제공하여 상기 촉매층을 통과시키면서 이성화 반응을 실시하는 단계; 및 c) 1-부텐을 수득하는 단계를 포함한다. a) filling the reactor with a mesoporos molecular sieve according to the above production method on a fixed catalyst bed; b) providing a 2-butene-containing C 4 to C 4 residue or residues Ⅱ Ⅲ as a reactant was passed through the catalyst layer to the step of performing isomerization; And c) obtaining 1-butene.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
전술한 바와 같이, 본 발명은 첫 번째로 계면활성제와 함께 나노입자형 유기물을 기공형성물질로 사용하여 메조포로스 물질을 만들어 규칙적인 기공구조를 유지하면서도, 고 표면적을 가지는 새로운 실리케이트 분자체를 제조하는 것이며, 두 번째는 이러한 메조포어를 가지는 실리케이트 분자체 촉매 존재 하에서 2-부텐을 선택적으로 이성화 반응을 수행하여 종래 촉매에 비해 1-부텐의 수율 및 선택도를 향상시킨 1-부텐의 제조방법에 관한 것이다.As described above, the present invention is to prepare a new silicate molecular sieve having a high surface area while maintaining a regular pore structure by making a mesoporous material by using nanoparticulate organic material as a pore-forming material with a surfactant. The second method relates to a method for preparing 1-butene which improves the yield and selectivity of 1-butene by performing isomerization of 2-butene selectively in the presence of a silicate molecular sieve catalyst having such mesopores compared to the conventional catalyst. will be.
본 발명에 따른 실리케이트 분자체는 기공크기가 2∼10㎚인 메조포어를 갖는 실리케이트로서, 제조 시 사용된 기공형성물질로는, 종래의 계면활성제와 함께, 나노입자형 유기물을 혼합하여 사용하였다. 종래의 계면활성제는 이온형 계면활성제로서 CTAB(Cetyltrimethylammonium bromide)를 사용할 수 있고, 비이온형 계면활성 제로써 하이드로카본과 폴리에틸렌 옥사이드 블록공중합체 (Brij 계열)나 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 블록공중합체 (P123 계열)의 고분자를 사용할 수 있다. CTAB을 사용하여 만들어지는 대표적인 메조포로스 물질은 MCM-41로써, SiO2로 구성되며 세공의 크기가 2∼4㎚(20∼40 Å)인 중세공 분자체(mesoporous molecular sieve)로서, 제조된 그 자체로는 산점을 거의 포함하지 않는 촉매이며, 기공의 형태는 직선형의 세공이 육각형 배열로 늘어선 구조를 가지고 있다. The silicate molecular sieve according to the present invention is a silicate having mesopores having a pore size of 2 to 10 nm. As a pore forming material used in the preparation, a nanoparticulate organic material was mixed with a conventional surfactant. Conventional surfactants may use CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide) as an ionic surfactant, and hydrocarbon and polyethylene oxide block copolymers (Brij series) or polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide blocks as nonionic surfactants. Polymers of a copolymer (P123 series) can be used. A representative mesoporous material made using CTAB is MCM-41, a mesoporous molecular sieve composed of SiO 2 and having a pore size of 2 to 4 nm (20 to 40 microns). It is a catalyst which contains almost no acid point by itself, and has a structure in which the pores are arranged in a hexagonal arrangement of linear pores.
본 발명에서는 기공형성물질로 CTAB와 같은 계면활성제와 함께 나노입자형 유기물을 혼합하여 사용하였는데, 상기 나노입자형 유기물의 대표적인 물질은 사이클로덱스트린 (Cyclodextrin: CD)계 유도체이다. 사이클로덱스트린계 화합물은 글루코오스피라노제 (glucopyranose) 기 6∼8개가 α (1→4) 형태로 연결된 환형구조를 지닌 화합물로 각각 α, β, γ형으로 나눌 수 있다. β형 사이클로덱스트린 화합물은 최대반경이 약 15.4 Å을 가지는 3차원 구조를 가진다. 이러한 사이클로덱스트린 화합물은 실리케이트 기벽이 가지고 있는 Si-OH기와의 수소결합이 강하게 일어날 수 있어 기벽 내에서 나노 입자(nano particle) 형태로 균일하게 분산된 다음, 메조포로스 물질의 제조과정의 마지막 단계인 소성(calcianation)과정에서 메조포로스 물질의 기벽에 2 nm 이내의 매우 작은 나노기공을 형성시켜 물질의 표면적을 극대화 할 수 있다. 참고로 β 형 사이클로덱스트린은 7개의 글루코피라노제(glucopyranose)로 구성되어 있으며, 이로 인해 총 21개의 히드록실기(hydroxyl group)를 가질 수 있다. In the present invention, as a pore forming material, a nanoparticulate organic material was mixed with a surfactant such as CTAB, and a representative material of the nanoparticulate organic material is a cyclodextrin (CD) derivative. Cyclodextrin compound is a compound having a cyclic structure in which 6 to 8 glucopyranose groups are connected in the form of α (1 → 4), and can be divided into α, β, and γ types, respectively. β-type cyclodextrin compound has a three-dimensional structure with a maximum radius of about 15.4 mm 3. These cyclodextrin compounds may have strong hydrogen bonding with Si-OH groups in the silicate base walls, which are uniformly dispersed in the form of nano particles in the base walls, and then firing, which is the final step in the preparation of the mesoporous material. In the calculation process, very small nanopores within 2 nm can be formed on the base wall of mesoporous material to maximize the surface area of the material. For reference, β-type cyclodextrin is composed of seven glucopyranose, which may have a total of 21 hydroxyl groups (hydroxyl groups).
본 발명에 따른 기공형성 물질은 이온성 또는 비이온성 계면활성제 및 상기 사이클로 덱스트린 유도체가 1 : 0.01 ∼ 10 의 질량비로 혼합된 물질이 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 1 : 0.1 ∼ 1로 혼합된 물질이 사용된다. 여기서, 0.01미만으로 사이클로 덱스트린 유도체가 혼합되는 경우, 사이클로덱스트린에 의한 표면적 향상 효과가 거의 나타나지 않아서 바람직하지 않고, 10을 초과하여 혼입되는 경우에는 기공의 구조규칙성이 무너지는 문제점으로 인하여 바람직하지 않게 된다. The pore-forming material according to the present invention may be preferably a material in which an ionic or nonionic surfactant and the cyclodextrin derivative are mixed in a mass ratio of 1: 0.01-10, more preferably 1: 0.1-1. Mixed materials are used. Here, when the cyclodextrin derivative is mixed at less than 0.01, the surface area improvement effect by the cyclodextrin is hardly exhibited, which is not preferable, and when it is mixed in excess of 10, it is undesirably due to the problem that the structural regularity of the pores collapses. do.
하기 화학식1은 사이클로덱스트린 유도체를 나타내고 있다. Formula 1 below represents a cyclodextrin derivative.
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식1에서 q=3∼12이고 R1, R2, R3은 서로 같거나 또는 다르게, 수소원자(hydrogen), C2~C30의 아실기(acyl group), C1~C20의 알킬기(alkyl group), C3~C10의 알켄기(alkene group), C3~C20의 알킨기(alkyne group), 히드록시 알킬기(hydroxy alkyl group), 카르복시기(carboxyl group), 또는 카르복시알킬 기(carboxy alkyl group)이다. In Formula 1, q = 3-12 and R 1 , R 2 , and R 3 are the same as or different from each other, a hydrogen atom, an acyl group of C 2 to C 30 , and a C 1 to C 20 group. Alkyl group, C 3 ~ C 10 alkene group, C 3 ~ C 20 alkyne group, hydroxy alkyl group, carboxyl group, or carboxyalkyl Carboxy alkyl group.
본 발명을 구현하기 위한 더욱 바람직한 나노입자형 사이클로덱스트린계 유기물은 화학식 2, 3 및 4에서 나타낸 바와 같은 3차원 구조로 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린을 들 수 있으며 화합물의 크기는 13∼17Å 정도의 제한된 3차원 구조를 가지는 물질이다. More preferred nanoparticulate cyclodextrin-based organic materials for implementing the present invention include α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin in a three-dimensional structure as shown in Formulas 2, 3, and 4. The size is a material having a limited three-dimensional structure of about 13 ~ 17Å.
상기 화학식 2, 3 및 4에서 R1, R2, R3은 서로 같거나 다르게, 수소원자(hydrogen), C2~C30의 아실기(acyl group), C1~C20의 알킬기(alkyl group), C3~C10의 알켄기(alkene group), C3~C20의 알킨기(alkyne group), 히드록시 알킬기(hydroxy alkyl group), 카르복시기(carboxyl group), 또는 카르복시알킬기(carboxy alkyl group)이다. R 1 , R 2 , and R 3 in Formulas 2, 3, and 4 are the same as or different from each other, a hydrogen atom, an acyl group of C 2 to C 30 , and an alkyl group of C 1 to C 20 group, C 3 ~ C 10 alkene group (alkene group), C 3 ~ C 20 alkyne group (alkyne group), hydroxy alkyl group (hydroxy alkyl group, carboxyl group, or carboxy alkyl group (carboxy alkyl group) group).
본 발명을 구현하기 위한 더욱 더 구체적인 사이클로덱스트린은 다음에서 열거하는 화합물중 1종 이상의 것을 사용하는 것이 가능하며, 이러한 화합물들의 종류가 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 알파-사이클로덱스트린, 베타-사이클로덱스트린, 감마 사이클로덱스트린과 같은 히드록시(hydroxy) 사이클로덱스트린, 헥사키스(2,3,6-트리-오-아세틸)-알파-사이클로덱스트린[hexakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-α-cyclodextrin], 헵타키스(2,3,6-트리-오-아세틸)-베타-사이클로덱스트린[heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-cyclodextrin], 옥타키스(2,3,6-트리-오-아세틸)-감마-사이클로덱스트린[octakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-γ-cyclodextrin]과 같은 아세틸(acetyl) 사이클로 덱스트린 계열, 또는 헥사키스(2,3,6-트리-오-메틸)-알파-사이클로덱스트린[hexakis(2,3,6-tri-O-metyl)-α-cyclodextrin], 헵타키스(2,3,6-트리-오-메틸)-베타-사이클로덱스트린[heptakis(2,3,6-tri-O-metyl)-β-cyclodextrin]과 같은 알킬(alkyl) 사이클로덱스트린 계열과 같은 사이클로 덱스트린을 사용할 수 있다.More specific cyclodextrins for implementing the present invention can use one or more of the compounds listed below, and the kind of such compounds does not limit the present invention. Hydroxy cyclodextrins such as alpha-cyclodextrin, beta-cyclodextrin, gamma cyclodextrin, hexakis (2,3,6-tri-o-acetyl) -alpha-cyclodextrin [hexakis (2,3, 6-tri-O-acetyl) -α-cyclodextrin], heptakis (2,3,6-tri-o-acetyl) -beta-cyclodextrin [heptakis (2,3,6-tri-O-acetyl)- acetyl, such as β-cyclodextrin, octakis (2,3,6-tri-o-acetyl) -gamma-cyclodextrin, and octakis (2,3,6-tri-O-acetyl) -γ-cyclodextrin. ) Cyclodextrin series, or hexakis (2,3,6-tri-o-methyl) -alpha-cyclodextrin [hexakis (2,3,6-tri-O-metyl) -α-cyclodextrin], heptakis ( Cyclodextrins, such as the alkyl cyclodextrin family such as 2,3,6-tri-o-methyl) -beta-cyclodextrin [heptakis (2,3,6-tri-O-metyl) -β-cyclodextrin] Can be used.
본 발명에서 제조되어진 계면활성제/나노입자형 유기물의 혼합체를 기공형성물질로 사용하여 제조한 변형된 MCM-41 물질은 메조포어를 갖는 실리케이트 분자체는 당 분야에서 알려진 통상적인 방법을 통해 제조할 수 있는 데, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(Cetyltrimethylammonium bromide)(CTAB)와 사이클로덱스트린 유도체의 혼합물 및 소듐 실리케이트를 반응시켜 얻을 수 있다. 이렇게 제조되어진 CD 변성 MCM-41 물질은, 순수한 2-부텐이거나, 2-부텐이 적어도 13중량% 포함된 C4 잔사유 Ⅱ, 및/또는 여기에서 1-부텐을 추출하고 남은 C4 잔사유 Ⅲ를 반응물로 이용한 이성화 반응에 다음과 같은 반응조건에서 적용할 수 있다.The modified MCM-41 material prepared by using the mixture of the surfactant / nanoparticulate organic material prepared in the present invention as a pore-forming material may be prepared by conventional methods known in the art for silicate molecular sieves having mesopores. In one embodiment of the present invention, a mixture of Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), a cyclodextrin derivative, and sodium silicate may be obtained. The CD modified MCM-41 material thus prepared is either pure 2-butene or C 4 residue II containing at least 13% by weight of 2-butene, and / or C 4 residue III remaining after extracting 1-butene from it. Isomerization reaction using as a reactant can be applied under the following reaction conditions.
본 발명에서 2-부텐의 이성화 반응은 350℃∼550℃, 바람직하게는 450℃∼500℃의 반응온도에서 수행되는 데, 상기 반응온도가 350℃ 미만이면 반응활성이 낮아지고, 550℃를 초과하면 CD 변성 MCM 촉매 구조에 변화가 와서 반응 활성이 낮아 질 수 있다. 또한, 2-부텐의 유량과 촉매의 비는 WHSV(weigh hour space velocity)로 10hr-1∼100hr-1, 더욱 바람직하게는 WHSV 18hr-1∼70hr-1이며, 10hr-1 미 만에서는 부반응으로 인하여 선택도가 감소할 수 있고, 100hr-1 를 초과하면 접촉시간이 너무 짧아서 활성이 낮아질 수 있다.Isomerization of 2-butene in the present invention is carried out at a reaction temperature of 350 ℃ to 550 ℃, preferably 450 ℃ to 500 ℃, if the reaction temperature is less than 350 ℃ the reaction activity is lowered, exceeding 550 ℃ This can lead to a change in the structure of the CD-modified MCM catalyst, thereby lowering the reaction activity. Incidentally, the ratio of the 2-butene flow rate and catalyst WHSV (weigh hour space velocity) to 10hr -1 ~100hr -1, and more preferably a WHSV 18hr -1 ~70hr -1, a side reaction in the US only 10hr -1 Selectivity may decrease due to this, and if it exceeds 100hr −1 , the contact time may be too short, resulting in low activity.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1. Example 1.
CD 변형된 MCM-41 계열의 메조포로스 물질의 제조 (10 wt%)Preparation of CD Modified MCM-41 Family of Mesoporous Materials (10 wt%)
NaOH 66g과 H2O 443g의 물중탕으로 70∼80℃로 녹인 다음 500g의 Ludox HS40을 첨가하여 용액이 투명해질 때까지 교반하여 Na/Si=0.5 인 소듐 실리케이트 용액을 완성하였다. 여기에, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(Cetyltrimethylammonium bromide) 12.15 g과 베타-사이클로덱스트린 1.215 g을 혼합하여 넣은 다음 증류수 140g에 교반하여 녹인 후 소듐 실리케이트 용액 50g을 한 방울씩 첨가하면서 저어준 후 100℃ 오븐에서 24시간 반응시켰다. 24시간 후 50%의 초산으로 pH 10으로 맞추는 것을 2번 반복하여 증류수로 세척, 여과 및 건조과정을 거친 후, 에탄올로 세척, 여과 및 건조시킨 다음 550℃에서 소성하여 CD 변성 MCM-41 10 wt%를 완성하였다NaOH 66 g and H 2 O 443 g were dissolved in a water bath at 70-80 ° C., and 500 g of Ludox HS40 was added thereto, followed by stirring until the solution became clear to complete a sodium silicate solution of Na / Si = 0.5. Here, 12.15 g of Cetyltrimethylammonium bromide and 1.215 g of beta-cyclodextrin were mixed, stirred, and dissolved in 140 g of distilled water, followed by stirring while adding 50 g of sodium silicate solution dropwise, and then stirring in a 100 ° C. oven. The reaction was time. After 24 hours, the mixture was adjusted to pH 10 with 50% acetic acid twice, washed with distilled water, filtered and dried, then washed with ethanol, filtered and dried, and then calcined at 550 ° C. for 10 wt% of CD-modified MCM-41. Completed%
실시예 2Example 2
CDCD 변형된 Deformed MCMMCM -41 계열의 -41 series 메조포로스Mesoporos 물질의 제조 (20 Preparation of materials (20 wtwt %)%)
실시예 1에서 베타-사이클로덱스트린 2.430 g을 사용한 것 이외에는 같은 조건에서 CD 변성 MCM-41 20 wt%를 완성하였다.20 wt% of CD-modified MCM-41 was completed under the same conditions except that 2.430 g of beta-cyclodextrin was used in Example 1.
비교예 1Comparative Example 1
MCMMCM -41 -41 메조포로스Mesoporos 물질의 제조 Manufacture of substances
실시예 1에서 베타-사이클로덱스트린을 사용하지 않고 메조포로스 물질을 제조하여 MCM-41을 완성하였다.In Example 1 mesoporose material was prepared without using beta-cyclodextrin to complete MCM-41.
VCR 핏팅을 구입, 제작하여 사용하였다. 2-부텐 저장탱크와 반응기 사이에 질량 유량 조절기를 설치하여 유량을 조절하였다. 반응기의 온도는 주문 제작한 관상로를 사용하여 조절하였으며, 액상 생성물을 받아 낸 후에 기상 생성물은 가스 크로마토그래피에 직접 연결하여 분석하였다. 하기의 수학식 1 내지 3에 의해 전환율, 선택도 및 수율을 계산하였다. VCR fittings were purchased, fabricated and used. The flow rate was controlled by installing a mass flow regulator between the 2-butene storage tank and the reactor. The temperature of the reactor was controlled using a custom-made tubular furnace, and after taking out the liquid product, the gaseous product was analyzed by direct connection with gas chromatography. Conversion rates, selectivity, and yields were calculated by the following equations (1) to (3).
실시예 3Example 3
고정층 연속식 반응기에 실시예 1에서 제조한 0.5g의 CD 변성 MCM-41 10 wt% 촉매를 충진하고 순수한 2-부텐 60 ㎖/min을 투입하여 2-부텐 이성화반응 실험을 실시하였다. 반응 시작 2시간 후에 가스크로마토그래피를 사용하여 생성물을 분석한 결과 2-부텐 전환율은 28.5 %, 1-부텐의 선택도는 99.6 %, 1-부텐의 수율은 28.3 %이었다. In a fixed bed continuous reactor, 0.5 g of the CD-modified MCM-41 10 wt% catalyst prepared in Example 1 was charged and pure 2-butene 60 ml / min was added to conduct a 2-butene isomerization experiment. Two hours after the start of the reaction, the product was analyzed using gas chromatography. The 2-butene conversion was 28.5%, the selectivity of 1-butene was 99.6%, and the yield of 1-butene was 28.3%.
실시예 4Example 4
고정층 연속식반응기에 실시예 2에서 제조한 0.5g의 CD 변성 MCM-41 20 wt% 촉매를 충진하고, 순수한 2-부텐 60 ㎖/min을 투입하여 2-부텐 이성화반응 실험을 실시하였다. 반응 시작 2시간 후에 가스크로마토그래피를 사용하여 생성물을 분석한 결과 2-부텐 전환율은 28.7 %, 1-부텐의 선택도는 99.2 %, 1-부텐의 수율은 28.5 %이었다.In a fixed bed continuous reactor, 0.5 g of the CD-modified MCM-41 20 wt% catalyst prepared in Example 2 was charged, and pure 2-butene 60 ml / min was added to conduct a 2-butene isomerization experiment. Two hours after the start of the reaction, the product was analyzed using gas chromatography. The 2-butene conversion was 28.7%, the selectivity of 1-butene was 99.2%, and the yield of 1-butene was 28.5%.
비교예 2Comparative Example 2
고정층 연속식반응기에 비교예 1에서 제조한 0.5g의 MCM-41촉매를 충진하고 순수한 2-부텐 60 ㎖/min을 투입하여 2-부텐 이성화반응 실험을 실시하였다. 반응 시작 2시간 후에 가스크로마토그래피를 사용하여 생성물을 분석한 결과 2-부텐 전환율은 26.7 %, 1-부텐의 선택도는 98.0 %, 1-부텐의 수율은 26.2 %이었다.In a fixed bed continuous reactor, 0.5 g of the MCM-41 catalyst prepared in Comparative Example 1 was charged and pure 2-butene 60 ml / min was added to conduct a 2-butene isomerization experiment. Two hours after the start of the reaction, the product was analyzed using gas chromatography. The 2-butene conversion was 26.7%, the selectivity of 1-butene was 98.0%, and the yield of 1-butene was 26.2%.
본 발명에 따르면, 상기 비교예 및 실시예에 나타낸 바와 같이, 종래 나노입자형 기공형성물질을 첨가한 경우, 메조포로스 물질의 표면적이 효과적으로 증가하였고, 이를 2-부텐의 이성화반응에 적용해본 결과 기존 MCM-41 촉매에 비해서 본 발명에 따른 촉매를 사용할 경우, 2-부텐의 전환율이 향상되어, 1-부텐의 선택도 및 수율이 향상됨을 확인할 수 있어 이를 실제 공정에 응용할 경우, 산업적으로 유용할 것으로 기대된다. According to the present invention, as shown in the comparative examples and examples, when the conventional nano-particulate pore-forming material was added, the surface area of the mesoporous material was effectively increased, and as a result of applying this to the isomerization reaction of 2-butene, When the catalyst according to the present invention is used as compared to the MCM-41 catalyst, the conversion of 2-butene is improved, so that the selectivity and yield of 1-butene are improved, and thus it may be industrially useful when applied to the actual process. It is expected.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070052670A KR100905655B1 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070052670A KR100905655B1 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20080105285A KR20080105285A (en) | 2008-12-04 |
KR100905655B1 true KR100905655B1 (en) | 2009-06-30 |
Family
ID=40366601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070052670A KR100905655B1 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100905655B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BRPI1102638B1 (en) * | 2011-06-16 | 2020-10-20 | Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul | zeolite and mesoporous materials organized as filler for the formulation of rubber compounds, thermoplastic rubber, plastic and product manufacturing |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57131729A (en) | 1981-02-09 | 1982-08-14 | Nippon Oil Co Ltd | Selective preparation of 1-butene by hydroisomerization of 2-butene |
US6242662B1 (en) | 1998-01-14 | 2001-06-05 | Institut Francais Du Petrole | Process for obtaining butene-1 |
US6696258B1 (en) * | 1998-01-20 | 2004-02-24 | Drexel University | Mesoporous materials and methods of making the same |
KR20040030627A (en) * | 2001-05-23 | 2004-04-09 | 에이비비 루머스 글러벌 인코포레이티드 | Olefin isomerization process |
-
2007
- 2007-05-30 KR KR1020070052670A patent/KR100905655B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57131729A (en) | 1981-02-09 | 1982-08-14 | Nippon Oil Co Ltd | Selective preparation of 1-butene by hydroisomerization of 2-butene |
US6242662B1 (en) | 1998-01-14 | 2001-06-05 | Institut Francais Du Petrole | Process for obtaining butene-1 |
US6696258B1 (en) * | 1998-01-20 | 2004-02-24 | Drexel University | Mesoporous materials and methods of making the same |
KR20040030627A (en) * | 2001-05-23 | 2004-04-09 | 에이비비 루머스 글러벌 인코포레이티드 | Olefin isomerization process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20080105285A (en) | 2008-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2007288012B2 (en) | SAPO-34 molecular sieves having both micropores and mesopores and synthesis process thereof | |
CN109790040B (en) | Hierarchical structure hierarchical porous zeolite and preparation method thereof | |
CN103635258A (en) | Hybrid catalyst for olefin metathesis | |
CN101224432A (en) | Integral supported carbon molecular sieve catalyst, preparing method and applications thereof | |
Gómez et al. | Synthesis of mesoporous X zeolite using an anionic surfactant as templating agent for thermo-catalytic deoxygenation | |
EP2928827B1 (en) | Process for preparing zeolite beta | |
KR20150046398A (en) | Activated EU-2 Zeolite and Use Thereof | |
KR100905655B1 (en) | A preparing method for modified mesoporous materials and a selective isomerization of 2-butene by using the same | |
Trzpit et al. | Water intrusion in mesoporous silicalite-1: An increase of the stored energy | |
Ekou et al. | Catalytic performances of large pore Ti-SBA15 supported Pt nanocomposites for the citral hydrogenation reaction | |
Hradsky et al. | Catalytic performance of micro-mesoporous zirconosilicates prepared by non-hydrolytic sol-gel in ethanol-acetaldehyde conversion to butadiene and related reactions | |
CN103028435B (en) | Propylene catalyst from methanol conversion and preparation method thereof | |
CN107020145B (en) | Mesoporous IM-5 molecular sieve and preparation method thereof | |
WO2014129248A1 (en) | Method for producing 1,3-butadiene from ethanol in selective manner | |
TWI556866B (en) | Mixed oxide compositions and process for preparing isoolefins | |
CN101372342A (en) | Method for preparing mesoporous alumina molecular sieve by taking ionic liquid as template agent | |
KR101442698B1 (en) | Nano-sized Mesoporous Carbon supported Catalyst for Aqueous Phase Reforming reaction and preparing method thereof | |
EP3998231A1 (en) | Novel zeolite, and catalyst for use in production of aromatic hydrocarbon which comprises same | |
JP5766067B2 (en) | Method for synthesizing alumina-containing mesoporous material and alumina-containing mesoporous material | |
Landau et al. | Silica-supported small crystals of ZSM-5 zeolite | |
KR101603610B1 (en) | Nano-porous sponge or sheet type zeolite catalyst for synthesis of p-xylene from 2.5-dimethylfuran and ethylene | |
KR20140091703A (en) | Isobutene catalyst prepared by splitting methyl tert-butyl ether, preparation method and use thereof | |
WO2016086781A1 (en) | Catalyst and preparation method thereof, and method for preparing isobutylene by applying the same | |
CN114471674A (en) | Carbon nano tube/ZSM-5 molecular sieve compound and synthesis method and application thereof | |
CN103030502B (en) | The method of propylene preparation through methanol conversion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130312 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140312 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |