KR101436429B1 - The method of cyclic-hydrocarbon production using supported noble metal catalysts from lignin-derivatives - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 고리모양 탄화수소 생성용 촉매 및 이를 이용하여 수첨탈산소화 및 수소화 반응을 통해 리그닌 전환 물질로부터 고리모양 탄화수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
M/MoOx/γ-Al2O3
[화학식2]
M/WOx/γ-Al2O3
상기 M은 Pd, Pt, Ru 또는 Rh이다.The present invention relates to a catalyst for the production of cyclic hydrocarbons represented by the following general formula (1) or (2), and a process for producing cyclic hydrocarbons from a lignin conversion material through hydrogen deoxygenation and hydrogenation using the same.
[Chemical Formula 1]
M / MoO x / y-Al 2 O 3
(2)
M / WO x / y-Al 2 O 3
M is Pd, Pt, Ru or Rh.
Description
본 발명은 귀금속이 담지된 촉매를 사용하여 리그닌 전환 물질로부터 고리모양 탄화수소를 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of cyclic hydrocarbons from a lignin conversion material using a noble metal-supported catalyst.
최근 화석연료의 제한적인 매장량으로 인하여 연료뿐만 아니라 유기 화학물질의 공급 원료(feedstock)로 바이오매스(biomass)가 각광받고 있다. 그 중에서도 리그닌(lignin)은 현재 펄프 공정에서 생성되는 부산물로서, 다시 태워서 저급 연료로 사용하고 있다. 대개 리그닌은 열분해(pyrolysis)를 통해 기상이나 액상으로 전환시켜 연료나 공급 원료로 이용되는데, 액상의 경우 “바이오 오일(bio-oil)”이라고 하며 산소가 많이 포함된(약 40%) 방향족 화합물로 이루어져 있다.In recent years, due to the limited reserves of fossil fuels, biomass has attracted attention as a feedstock for not only fuels but also organic chemicals. Among them, lignin is a by-product produced in the pulp process and is used again as a low-grade fuel. Lignin is usually converted to gas or liquid by pyrolysis and used as fuel or feedstock. Liquid phase is called "bio-oil" and is an aromatic compound containing about 40% oxygen. consist of.
따라서, 바이오오일을 화학물질의 공급 원료 물질로 이용하기 위해서는 바이오 오일에 함유된 산소를 적절히 제거하는 것이 중요하다. 최근, 촉매를 이용한 수첨탈산소화 반응(hydrodeoxygenation)은 리그닌 전환물질의 산소를 적절히 제거하여 높은 수율의 방향족 화학물질로 변환시킬 수 있기 때문에 그 이용 가치가 높아 많은 연구가 진행되고 있다.Therefore, in order to use bio oil as a raw material for supplying a chemical, it is important to properly remove oxygen contained in bio oil. In recent years, hydrodeoxygenation using a catalyst has been carried out because of its high utilization value because the oxygen of the lignin converting material can be appropriately removed and converted into an aromatic chemical having a high yield.
미국특허 US 4,647,704는 수첨탈산소화반응을 통하여 리그닌을 방향족 물질인 페놀로 전환시키는 방법을 기술하고 있다. 여기서 촉매는 0가 또는 설피드텅스텐계 촉매이며, 첨가제로 니켈을 사용하였으며, 실리카-알루미나 또는 실리카-알루미나-포스페이트를 담체로 하여 반응을 수행하였다. 또한, 대한민국 등록 특허 10-0587248호는 텅스텐 또는 몰리브덴계 촉매가 인, 니켈, 코발트, 철, 루테늄 등을 포함하거나 코발트, 팔라듐, 니켈, 백금 촉매가 아연, 레늄, 셀렌, 주석, 게르마늄, 납 등을 포함하는 촉매를 사용하여 벤젠 디올로부터 페놀을 수득하는 방법을 기술하였다.U.S. Patent No. 4,647,704 describes a method of converting lignin to an aromatic phenol through a hydrogen deoxygenation reaction. Here, the catalyst is a zerovalent or sulfide tungsten-based catalyst, nickel is used as an additive, and silica-alumina or silica-alumina-phosphate is used as a carrier. Korean Patent Registration No. 10-0587248 discloses that tungsten or molybdenum catalysts include phosphorus, nickel, cobalt, iron, ruthenium and the like, or cobalt, palladium, nickel and platinum catalysts include zinc, rhenium, selenium, tin, germanium, Lt; RTI ID = 0.0 > benzene < / RTI >
탈산소화 반응에서 수소를 첨가하면 설피드 촉매는 활성을 띄게 된다. 따라서, 종래 기술에서는 리그닌 모델 물질인 구아이아콜(Guaiacol)을 반응물로 사용하고, 설피드 촉매를 사용하여 구아이아콜을 페놀 및 벤젠 등의 방향족 화합물로 전환시키는 방법을 다루었다. 특히 설피드몰리브덴계 촉매를 사용하면 수첨탈산소화 반응을 통하여 페놀 및 벤젠 등 방향족 화학 물질을 제조 할 수 있으므로, 황이 첨가된 촉매인 CoMo 또는 NiMo/Al2O3 존재 하에서 구아이아콜의 방향족 물질로의 전환반응을 연구하였다. The addition of hydrogen in the deoxygenation reaction causes the sulfide catalyst to become active. Therefore, in the prior art, a method of converting a guaiacol to an aromatic compound such as phenol and benzene by using a lignin model material, Guaiacol, as a reactant, and a sulfide catalyst, was discussed. In particular, sulfide molybdenum-based catalysts can produce aromatic compounds such as phenol and benzene through hydrogenation deoxygenation reaction. Therefore, it is possible to produce aromatic compounds such as CoMo or NiMo / Al 2 O 3 , Were investigated.
구아이아콜은 수소 및 설피드 촉매 존재 하에서 하기 반응식 1과 같이 연속적인 반응을 통하여 방향족 화학물질로 전환되고, 벤젠 고리가 수소화 되면서 시클로헥산으로 전환된다.The guaiacol is converted into an aromatic chemical through successive reactions in the presence of hydrogen and a sulfide catalyst as shown in the following reaction scheme 1, and the benzene ring is hydrogenated and converted to cyclohexane.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
그러나 최근 연구 결과에 의하면 설피드 촉매로부터 나온 황은 촉매의 비활성화뿐만 아니라 생성물을 오염시키며, 높은 온도와 압력 조건을 필요로 하기 때문에, 이와 같은 문제를 해결하고자 비교적 단순한 조건에서 황처리가 필요 없는 촉매로 귀금속 촉매가 연구되고 있다. 설피드 촉매와는 달리 귀금속 촉매는 하기 반응식 2와 같이 구아이아콜의 벤젠 고리를 먼저 수소화시키고 수첨탈산소화 반응을 통하여 시클로헥산으로 전환시킨다.However, recent studies have shown that sulfur from the sulfide catalysts not only deactivates the catalyst but also contaminates the product and requires high temperature and pressure conditions. Therefore, in order to solve this problem, a catalyst which does not require sulfur treatment under relatively simple conditions Precious metal catalysts are being studied. Unlike the sulfide catalyst, the noble metal catalyst first hydrogenates the benzene ring of the guaiacol and converts it into cyclohexane through the hydrogen deoxygenation reaction as shown in the following reaction formula (2).
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
본 발명은 방향족 탄화수소를 포함하고 있는 리그닌 전환물질로부터 수첨탈산소화 및 수소화 반응 후 생성되는 고리모양 탄화수소를 높은 수율로 얻기 위하여 감마상 알루미나를 담체로 하는 Ⅷ족 귀금속(Pd, Pt, Ru 또는 Rh)이 포함된 산화 텅스텐 또는 산화 몰리브덴계 촉매를 사용하는 것을 목적으로 한다.(Pd, Pt, Ru, or Rh) containing gamma-alumina as a carrier to obtain cyclic hydrocarbons produced by hydrogen deoxidation and hydrogenation from a lignin conversion material containing an aromatic hydrocarbon in high yield, Containing tungsten oxide or molybdenum oxide-based catalyst.
또한, 본 발명은 상기 촉매를 사용하여 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing cyclic hydrocarbons from a lignin conversion material using the catalyst.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 고리모양 탄화수소 생성용 촉매를 제공한다.The present invention provides a cyclic hydrocarbon-producing catalyst represented by the following general formula (1) or (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
M/MoOx/γ-Al2O3 M / MoO x / y-Al 2 O 3
[화학식 2](2)
M/WOx/γ-Al2O3 M / WO x / y-Al 2 O 3
상기 M은 Pd, Pt, Ru 또는 Rh이다.M is Pd, Pt, Ru or Rh.
또한, 본 발명은 상기 촉매를 이용하여 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an annular hydrocarbon from a lignin converting material using the catalyst.
본 발명의 촉매는 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소를 높은 수율로 제조될 수 있게 하며, 황 처리 없이 사용할 수 있어 생성물을 오염시키지 않고, 비교적 단순한 조건에서 고리모양 탄화수소를 제조할 수 있다.The catalyst of the present invention makes it possible to produce cyclic hydrocarbons from lignin conversion materials in high yields and can be used without sulfur treatment to produce cyclic hydrocarbons under relatively simple conditions without contamination of the product.
도 1은 촉매 종류에 따른 구아이아콜의 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 첨가된 텅스텐의 양에 따라 구아이아콜로부터 전환되는 고리모양 탄화수소의 생성율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 촉매의 내구성을 알아보기 위하여 10회 반복하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 리그닌 전환물질인 구아이아콜, 애니졸, 카테콜 및 페놀을 반응물질로 하여 본 발명의 촉매를 사용했을 때의 고리모양 탄화수소의 생성율을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the conversion of guaiacol according to the type of catalyst.
2 is a graph showing the production rate of cyclic hydrocarbons converted from guaiacol according to the amount of tungsten added.
FIG. 3 is a graph showing the results of repeated measurements ten times in order to examine the durability of the catalyst of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the production rates of cyclic hydrocarbons when the catalyst of the present invention is used with lignin conversion materials, guaiacol, anisole, catechol, and phenol as reactants.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 고리모양 탄화수소 생성용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for producing cyclic hydrocarbons represented by the following general formula (1) or (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
M/MoOx/γ-Al2O3 M / MoO x / y-Al 2 O 3
[화학식 2](2)
M/WOx/γ-Al2O3 M / WO x / y-Al 2 O 3
상기 M은 Pd, Pt, Ru 또는 Rh이다.
M is Pd, Pt, Ru or Rh.
본 발명의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매는 감마상 알루미나를 담체로하는 Ⅷ족 귀금속(Pd, Pt, Ru 또는 Rh)이 포함된 산화 몰리브덴 또는 산화 텅스텐 촉매이다. 상기 촉매는 리그닌 전환물질을 반응물로 사용하여 고리모양 탄화수소를 생성한다.The catalyst for producing cyclic hydrocarbons according to the present invention is a molybdenum oxide or tungsten oxide catalyst containing a Group VIII noble metal (Pd, Pt, Ru or Rh) containing gamma-alumina as a carrier. The catalyst uses an lignin conversion material as a reactant to produce cyclic hydrocarbons.
본 발명의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매는 담체로 감마상 구조의 알루미나를 사용하며, 상기 알루미나 담체에 산화 몰리브덴(MoOx) 또는 산화 텅스텐(WOx)이 바람직하게는 상기 알루미나 담체 중량 대비 10 내지 45 중량%로 포함되어 있다. 산화 몰리브덴 또는 산화 텅스텐이 알루미나 담체에 포함되어 있는 것을 산화 몰리브덴 알루미나 또는 산화 텅스텐 알루미나라고 하며, 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 나타낸다.The catalyst for producing cyclic hydrocarbons according to the present invention uses alumina having a gamma phase as a carrier and molybdenum oxide (MoO x ) or tungsten oxide (WO x ) is preferably added to the alumina support in an amount of 10 to 45 By weight. The molybdenum oxide or tungsten oxide contained in the alumina support is referred to as molybdenum oxide alumina or tungsten oxide alumina, and is represented by the following formula (3) or (4).
[화학식 3](3)
MoOx/γ-Al2O3 MoO x / y-Al 2 O 3
[화학식 4][Chemical Formula 4]
WOx/γ-Al2O3 WO x / y-Al 2 O 3
또한, Ⅷ족 귀금속(Pd, Pt, Ru 또는 Rh)은 상기 화학식 3 또는 화학식 4 중량 대비 1 내지 5 중량%로 포함된다.
In addition, the Group VIII noble metal (Pd, Pt, Ru or Rh) is contained in an amount of 1 to 5% by weight based on the weight of the formula (3) or (4).
본 발명은 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매를 이용하여 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소를 제조하는 제조방법에 관한 것이다. 상기 리그닌 전환물질은 수첨탈산소 및 수소화 반응을 통하여 고리모양 탄화수소로 전환된다.The present invention relates to a process for producing cyclic hydrocarbons from a lignin conversion material using a cyclic hydrocarbon-forming catalyst represented by the above formula (1) or (2). The lignin conversion material is converted to cyclic hydrocarbons through hydrocracking and hydrogenation.
상기 리그닌 전환물질로는 구아이아콜, 애니졸, 카테콜 및 페놀 등이 있으며, 바람직하게는 구아이아콜이 가장 많이 사용된다. 상기 구아이아콜은 유기용매에 용해시킬 수 있으며, 헥산(n-hexane), 데칸(n-decane) 및 파라자일렌(p-xylene) 등이 바람직하다.Examples of the lignin-converting material include guaiacol, anisole, catechol and phenol, and most preferably guaiacol. The guaiacol may be dissolved in an organic solvent, and n-hexane, n-decane and para-xylene are preferable.
구아이아콜을 반응물로 하여 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매를 회분식 반응기에 충전시키고, 200 내지 400℃의 온도 및 5 내지 10 MPa의 압력으로 1 내지 3시간 동안 반응을 진행한다. 상기 반응을 통하여 구아이아콜은 주로 시클로헥산으로 전환되며, 시클로헥산올 및 메톡시시클로헥산올 등으로도 전환된다.
The cyclic hydrocarbon-forming catalyst of Formula 1 or Formula 2 is charged into a batch reactor using guaiacol as a reactant, and the reaction is carried out at a temperature of 200 to 400 ° C. and a pressure of 5 to 10 MPa for 1 to 3 hours . Through the above reaction, guaiacol is mainly converted to cyclohexane, and also converted to cyclohexanol and methoxycyclohexanol.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 설명하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are presented to explain the present invention more clearly, and are not intended to limit the scope of the present invention.
< < PdPd // WOWO xx /γ-/ γ- AlAl 22 OO 33 ( ( PdWAPdWA )촉매 제조 >) Catalyst Preparation>
실시예Example 1. One. Pd10WAPd10WA 촉매 제조 Catalyst preparation
알루미나 담체 중량 대비 10 중량%의 암모늄 메타텅스테이트(ammonium metatungstate, Sigma Aldrich)를 초기 젖음법(Incipient Wetness method)으로 알루미나 담체에 첨가한 후 80℃에서 12시간 동안 건조하였다. 건조된 물질을 500℃에서 소성하여 가루 형태의 텅스텐 알루미나(WOx/γ-Al2O3, 10WA)를 얻었다. 그 후 텅스텐 알루미나의 기공 부피를 측정하여 초기 젖음법으로 상기 텅스텐 알루미나 중량 대비 2 중량%의 팔라듐을 첨가하였다. 이때 팔라듐은 팔라듐나이트레이트 수용액상태로 첨가한다. 그 후, 500℃에서 소성하여 Pd/WOx/γ-Al2O3(Pd10WA) 촉매를 제조하였다.
Ammonium metatungstate (Sigma Aldrich) of 10 wt% based on the weight of the alumina carrier was added to the alumina support by an incipient wetness method and then dried at 80 DEG C for 12 hours. Firing the dried material at 500 ℃ to obtain a tungsten-alumina in powder form (WO x / γ-Al 2 O 3, 10WA). Thereafter, the pore volume of tungsten alumina was measured and 2 wt% of palladium was added to the tungsten alumina weight by an initial wetting method. At this time, palladium is added in the form of an aqueous solution of palladium nitrate. After that, by firing at 500 ℃ to prepare a Pd / WO x / γ-Al 2 O 3 (Pd10WA) catalyst.
실시예Example 2. 2. Pd20WAPd20WA 촉매 제조 Catalyst preparation
알루미나 담체 중량 대비 20 중량%의 암모늄 메타텅스테이트를 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 Pd/WOx/γ-Al2O3(Pd20WA) 촉매를 제조하였다.
A Pd / WO x / y-Al 2 O 3 (Pd 20WA) catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20 wt% of ammonium metatungstate was added to the alumina support.
실시예Example 3. 3. Pd35WAPd35WA 촉매 제조 Catalyst preparation
알루미나 담체 중량 대비 35 중량%의 암모늄 메타텅스테이트를 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 Pd/WOx/γ-Al2O3(Pd35WA) 촉매를 제조하였다.
Pd / WO x / y-Al 2 O 3 (Pd 35WA) catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 35 wt% ammonium metatungstate was added to the alumina support.
비교예Comparative Example 1. One. WOWO xx /γ- / γ- AlAl 22 OO 33 (35(35 WAWA )촉매 제조) Catalyst preparation
알루미나 담체 중량 대비 35 중량%의 암모늄 메타텅스테이트(ammonium metatungstate, Sigma Aldrich)를 초기 젖음법(Incipient Wetness method)으로 알루미나 담체에 첨가한 후 80℃에서 12시간 동안 건조하였다. 건조된 물질을 500℃에서 소성하여 가루 형태의 텅스텐 알루미나(WOx/γ-Al2O3, 35WA)를 얻었다.
Ammonium metatungstate (Sigma Aldrich) at 35 wt% based on the weight of alumina carrier was added to the alumina support by an incipient wetness method and then dried at 80 캜 for 12 hours. The dried material was calcined at 500 캜 to obtain powdery tungsten alumina (WO x / y-Al 2 O 3 , 35WA).
비교예Comparative Example 2. 2. PdPd /γ-/ γ- AlAl 22 OO 33 (( PdAlPdAl )촉매 제조 ) Catalyst preparation
알루미나 담체 중량 대비 2 중량%의 팔라듐나이트레이트 수용액을 초기젖음법으로 첨가하고, 500℃에서 소성하여 Pd/γ-Al2O3(PdAl) 촉매를 제조하였다.
A Pd / γ-Al 2 O 3 (PdAl) catalyst was prepared by adding an aqueous solution of palladium nitrate of 2 wt% based on the weight of alumina carrier by an initial wetting method and calcining at 500 ° C.
비교예Comparative Example 3. 3. CoMoCoMo -S 촉매 제조-S catalyst production
CoMo(Criterion 社) 촉매의 5 부피%를 H2S/H2 가스를 주입하여 400℃에서 3시간 반응시켜 CoMo-S 촉매를 제조하였다.
5% by volume of CoMo (Criterion) catalyst was injected with H 2 S / H 2 gas and reacted at 400 ° C for 3 hours to prepare a CoMo-S catalyst.
비교예Comparative Example 4. 4. SiOSiO 22 -- AlAl 22 OO 33 ( ( SiSi -- AlAl )촉매 제조) Catalyst preparation
실리콘 전구체인 테트라에틸오쏘실리케이트(Si(OC2H5)4, Sigma Aldrich)와 3차 증류수를 혼합한 뒤 질산 용액을 이용하여 pH를 2.0으로 맞춘 용액을 제조하였다. 또한, 알루미늄 전구체(Al(NO3)3?9H2O, Sigma Aldrich)와 3차 증류수를 혼합하여 용액을 제조하였다. 상기 두 용액을 혼합하여 40℃에서 1시간 교반 하였다. 상기 용액에 암모늄 하이드록사이드(NH4OH)를 한 방울씩 첨가하여 pH를 8.5로 맞춘 후 40℃에서 1 시간 동안 aging 시켰다. 고체 생성물을 여과 시킨 후 남아있는 질산 암모늄을 3차 증류수로 씻어내었다. 포어(pore) 구조를 가지는 고체를 형성하기 위하여 에탄올로 한번 더 씻어내었다. 여과시킨 고체를 80℃에서 10 시간 동안 건조시키고, 550℃에서 3시간 동안 소성하여 SiO2-Al2O3 (Si-Al) 촉매를 제조하였다.
Silicon precursor tetraethyl ortho silicate (Si (OC 2 H 5) 4, Sigma Aldrich) was prepared with a solution tailored to pH 2.0 using a nitric acid solution after mixing the deionized water. Further, a solution was prepared by mixing aluminum precursor (Al (NO 3 ) 3 ? 9H 2 O, Sigma Aldrich) and tertiary distilled water. The two solutions were mixed and stirred at 40 占 폚 for 1 hour. To this solution was added ammonium hydroxide (NH 4 OH) dropwise to adjust the pH to 8.5 and aging at 40 ° C for 1 hour. The solid product was filtered and the remaining ammonium nitrate was washed away with tertiary distilled water. And washed once more with ethanol to form a solid having a pore structure. And to the filtered solid was dried at 80 ℃ for 10 hours, calcined at 550 ℃ for 3 hours to prepare a SiO 2 -Al 2 O 3 (Si -Al) catalyst.
실험예Experimental Example 1. One. 구아이아콜의Gui Aicol's 전환율 및 고리모양 탄화수소의 수율 Conversion and yield of cyclic hydrocarbons
데칸(n-decane)용매에 구아이아콜 3 중량%를 첨가한 용액에 상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4, 알루미나 촉매(γ-Al2O3, Al) 및 CoMo 촉매를 각각 0.5g씩 첨가하여 전체 부피를 50mL로 하여 각각의 용액을 제조하였다. 상기 각각의 용액을 300℃, 수소기체를 충전하여 전체기압을 7MPa을 유지하면서 3시간 동안 반응을 진행하여 수첨탈산소 및 수소화 반응을 통하여 구아이아콜로부터 시클로헥산을 제조하였다.Alumina catalysts (? -Al 2 O 3 , Al) and CoMo catalysts were added to a solution of 3 wt% of guaiacol in an n-decane solvent and 0.5 wt% g to make the total volume to 50 mL to prepare each solution. Each solution was charged with hydrogen gas at 300 ° C. and maintained at a total pressure of 7 MPa for 3 hours to produce cyclohexane from guaiacol through hydrocracking and hydrogenation.
구아이아콜의 전환율은 하기 수학식 1로부터 구하였으며, 구아이아콜의 시클로헥산 수율은 하기 수학식 2로부터 구하였다.The conversion of guaiacol was calculated from the following equation (1), and the yield of cyclohexane of guaiacol was calculated from the following equation (2).
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
본 발명의 촉매인 실시예 3(Pd35WA)과 비교예 2(PdAl) 내지 3(CoMo-S)의 촉매는 구아이아콜이 다른 물질로 90% 이상 전환되었다. 또한, 비교예 1의 촉매(35WA), 알루미나 촉매(Al) 및 CoMo 촉매는 50% 이상의 전환율을 보였으며, 촉매를 첨가하지 않은 반응에서는 5% 미만의 전환율을 보였다.The catalysts of Example 3 (Pd35WA) and Comparative Examples 2 (PdAl) to 3 (CoMo-S) of the present invention were converted to other materials by 90% or more. In addition, the catalyst (35WA), alumina catalyst (Al), and CoMo catalyst of Comparative Example 1 showed a conversion rate of 50% or more and a conversion of less than 5% when the catalyst was not added.
그러나, 고리모양 탄화수소인 시클로헥산으로의 전환은 본 발명의 촉매인 실시예 3(Pd35WA)에서 약 90%로 가장 높게 나타났으며, 비교예 2의 촉매(PdAl)에서는 약 60%의 낮은 전환율을 보였다. 또한, 다른 촉매(비교예 1, 비교예 3, 알루미나 촉매 및 CoMo 촉매)에서는 시클로헥산으로의 전환이 나타나지 않았으며, 구아이아콜이 카테콜, 애니졸, 페놀 및 크레졸 등의 방향족 탄화수소로 전환된 것을 확인할 수 있었다(도 1).However, the conversion to cyclic hydrocarbon cyclohexane was highest at about 90% in Example 3 (Pd35WA), which is the catalyst of the present invention, and was about 60% lower in the catalyst of Comparative Example 2 (PdAl) It looked. Further, no conversion to cyclohexane was observed in other catalysts (Comparative Example 1, Comparative Example 3, alumina catalyst and CoMo catalyst), and the conversion of the guaiacol to aromatic hydrocarbons such as catechol, anisole, phenol and cresol (Fig. 1).
또한, 본 발명의 촉매에 포함된 텅스텐의 양에 따라 구아이아콜로부터 전환되는 고리모양 탄화수소의 생성율을 알아보기 위하여 텅스텐을 포함한 실시예 1 내지 3(Pd10WA, Pd20WA 및 Pd35WA)의 촉매와 비교예 2(PdAl) 및 비교예 4의 촉매(Si-Al)를 사용하여 실험을 진행하였다. Further, in order to investigate the production rates of cyclic hydrocarbons converted from guaiacol according to the amount of tungsten contained in the catalyst of the present invention, the catalysts of Examples 1 to 3 (Pd10WA, Pd20WA and Pd35WA) containing tungsten and Comparative Example 2 (PdAl) and the catalyst of Comparative Example 4 (Si-Al).
본 실험에서 구아이아콜은 100% 전환되는 것을 확인할 수 있었다. 그 중에서도 텅스텐을 35 중량% 포함한 실시예 3의 촉매(Pd35WA)는 고리모양 탄화수소인 시클로헥산을 가장 많이 생성하였으며, 텅스텐을 10 및 20 중량% 포함한 실시예 1(Pd10WA) 및 2(Pd20WA)의 촉매도 60% 이상의 수율을 보였다. 그러나 비교예 4의 촉매(Si-Al)는 시클로헥산의 수율이 낮게 나타났으며, 텅스텐을 포함하지 않은 비교예 2의 촉매(PdAl)는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 촉매보다 낮은 수율을 보였다(도 2).
In this experiment, it was confirmed that 100% conversion of guaiacol was observed. Among them, the catalyst (Pd35WA) of Example 3 containing 35 wt% of tungsten most produced cyclohexane, which is a cyclic hydrocarbon, and the catalysts of Example 1 (Pd10WA) and 2 (Pd20WA) containing tungsten in an amount of 10 and 20 wt% Showed a yield of 60% or more. However, the yield of cyclohexane was low in the catalyst of Comparative Example 4 (Si-Al), and the catalyst (PdAl) of Comparative Example 2 not containing tungsten had a lower yield than the catalyst of Examples 1 to 3 of the present invention (Fig. 2).
실험예Experimental Example 2. 고리모양 탄화수소 생성용 촉매의 내구성 측정 2. Measurement of durability of cyclic hydrocarbon-forming catalyst
상기 실시예 3에서 제조한 촉매(Pd35WA)를 사용하여 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 반응 용액을 제조하였다. 본 발명의 촉매의 내구성을 측정하기 위하여 상기 촉매를 10회 재사용하여 구아이아콜로부터 전환되는 시클로헥산의 수율을 측정하였다. Using the catalyst (Pd35WA) prepared in Example 3, a reaction solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 above. In order to measure the durability of the catalyst of the present invention, the yield of cyclohexane converted from guaiacol was measured by reusing the
10회에 걸친 반복실험 결과 시클로헥산의 수율은 약 5% 미만의 감소를 보였다(도 3). 따라서, 본 발명의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매의 내구성을 실험을 통하여 확인할 수 있었다.
As a result of repeated ten experiments, the yield of cyclohexane was reduced by less than about 5% (FIG. 3). Therefore, the durability of the cyclic hydrocarbon-producing catalyst of the present invention can be confirmed through experiments.
실험예Experimental Example 3. 다양한 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소의 수율 3. Yield of cyclic hydrocarbons from various lignin conversion materials
리그닌 전환물질인 구아이아콜 이외에, 구아이아콜의 분해 과정의 중간 생성물인 애니졸(anisole), 카테콜(catechol) 및 페놀(phenol)을 이용하여 고리모양 탄화수소인 시클로헥산의 수율을 관찰하였다.In addition to the lignin conversion substance guaiacol, the yields of cyclohexane, an annular hydrocarbon, were observed using anisole, catechol, and phenol, which are intermediates in the decomposition process of guaiacol.
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 용액을 제조하되, 반응 물질을 애니졸, 카테콜 및 페놀로 하였으며, 촉매는 본 발명의 실시예 3의 촉매(Pd35WA)를 사용하여 각각의 반응용액을 제조하고, 시클로헥산의 수율을 관찰하였다.A solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the reaction materials were anisole, catechol and phenol. The catalysts were prepared by using the catalyst (Pd35WA) of Example 3 of the present invention, The yield of cyclohexane was observed.
애니졸을 사용한 실험에서는 애니졸이 100% 전환되지 않았고, 나머지 물질들은 모두 100% 전환이 되었다. 또한, 상기 네 가지 물질 모두 70% 이상의 시클로헥산의 높은 수율을 보인 것을 확인할 수 있었다(도 4). In the experiment using anisol, the anisole was not 100% converted, and all the other substances were 100% converted. In addition, it was confirmed that all of the four materials showed a high yield of cyclohexane of 70% or more (FIG. 4).
따라서, 본 발명의 고리모양 탄화수소 생성용 촉매는 구아이아콜 이외에 다양한 리그닌 전환물질로부터 고리모양 탄화수소를 높은 수율로 생성한다는 것을 알 수 있었다.Accordingly, it was found that the cyclic hydrocarbon-producing catalyst of the present invention produced cyclic hydrocarbons in a high yield from various lignin conversion materials in addition to guaiacol.
Claims (6)
[화학식 1]
M/MoOx/γ-Al2O3
[화학식 2]
M/WOx/γ-Al2O3
상기 M은 Pd, Pt, Ru 또는 Rh이며,
상기 x는 3이다.A catalyst for the production of cyclic hydrocarbons represented by the following general formula (1) or (2), characterized by using a lignin converting material as a reactant.
[Chemical Formula 1]
M / MoO x / y-Al 2 O 3
(2)
M / WO x / y-Al 2 O 3
M is Pd, Pt, Ru or Rh,
Wherein x is 3.
[화학식 3]
MoOx/γ-Al2O3
[화학식 4]
WOx/γ-Al2O3
상기 x는 3이다.The cyclic hydrocarbon-producing catalyst according to claim 1, wherein M is 1 to 5% by weight based on the weight of the following formula (3) or (4).
(3)
MoO x / y-Al 2 O 3
[Chemical Formula 4]
WO x / y-Al 2 O 3
Wherein x is 3.
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