KR101477203B1 - Mixed metal oxide supported alkali or alkaline-earth metal catalyst, syntheric method thereof and production method of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using said catalyst - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composite metal oxide catalyst, a method for preparing the same, and a method for synthesizing dimethyl carbonate by using the catalyst. More particularly, the present invention relates to a composite metal oxide-supported catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate by using the catalyst, wherein the catalyst used to prepare dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate is characterized by supporting 1-20 wt% of an oxide of one or more kinds of alkalis selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium, and strontium or an alkaline earth metal based on a total weight of the catalyst to a composite metal oxide, which is prepared by mixing a cerium oxide (CeO_2) precursor and a magnesium oxide precursor at a molar ratio of 0.01 to 100 and oxidizing the resultant through a coprecipitation method using an acid as a precipitating agent. When dimethyl carbonate is prepared from methanol and ethylene carbonate by using the catalyst of the present invention, dimethyl carbonate can be prepared at high yield.

Description

복합 금속 산화물 담지 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 방법{MIXED METAL OXIDE SUPPORTED ALKALI OR ALKALINE-EARTH METAL CATALYST, SYNTHERIC METHOD THEREOF AND PRODUCTION METHOD OF DIMETHYL CARBONATE FROM METHANOL AND ETHYLENE CARBONATE USING SAID CATALYST}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using the catalyst, AND ETHYLENE CARBONATE USING SAID CATALYST}

본 발명은 복합 금속 산화물 담지 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되는 촉매로서, 산화세륨(CeO2) 전구체 및 산화 마그네슘 전구체를 몰비로 0.01 내지 100 범위로 혼합하고 산을 침전제로 하여 공침법으로 산화시켜 제조한 복합 금속 산화물에 리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 산화물을 촉매의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 범위로 담지한 것을 특징으로 하는 복합 금속산화물 담지 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite metal oxide supported catalyst, a process for producing the catalyst, and a process for producing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using the catalyst, and more particularly, to a catalyst for the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate (CeO 2 ) precursor and a magnesium oxide precursor in a molar ratio ranging from 0.01 to 100, and oxidizing the mixture by coprecipitation using an acid as a precipitant, wherein the composite metal oxide comprises lithium, potassium, cesium, barium and strontium By weight of an alkali metal or an alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst, a process for producing the same, From ethylene carbonate, dimethyl carbonate is added And the like.

디메틸카보네이트는 친환경적인 물질로 최근 화학 산업에서 중요한 물질로 각광받고 있다. 디메틸카보네이트는 독성이 매우 강한 디메틸설페이트나 디메틸할라이드를 대신해 메틸레이션 반응물로 사용되거나 포스겐을 대신해 카보닐레이션 반응물로 사용되고 있으며, 휴대폰, 노트북 등 정보통신 소재 및 안전창 등에 사용되는 엔지니어링 플라스틱인 폴리카보네이트 (Polycarbonate (PC))의 주원료로 이용되고 있다. 일반적으로 폴리카보네이트는 비스페놀 A (Bisphenol A (BPA))와 포스겐을 반응시켜 합성하지만 이 반응에서 사용되는 포스겐은 심각한 독성을 가지고 있어, 환경 안전 면에서 문제가 제기되고 있다. 따라서 포스겐을 대체하기 위한 공정으로 이산화탄소와 에폭사이드로부터 디메틸카보네이트와 디페닐카보네이트를 거쳐 폴리카보네이트를 제조하는 공정이 제안되었다. 폴리카보네이트의 수요가 증가함에 따라 디메틸카보네이트의 수요 또한 점차적으로 증가할 것으로 예상된다. 또한, 디메틸카보네이트는 많은 산소를 포함하고 있어 메틸 터셔리 부틸 에테르 (Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE))를 대신할 연료 첨가제로 각광을 받고 있으며, 최근에는 2차 전지의 전해질로 사용되면서 그 수요가 지속적으로 증가되고 있는 실정이다.Dimethyl carbonate is an environmentally friendly material and has recently attracted attention as an important material in the chemical industry. Dimethyl carbonate is used as a methylation reaction instead of dimethyl sulfate or dimethyl halide, which is very toxic, or as a carbonylation reaction instead of phosgene. Polycarbonate, an engineering plastic used for information and communication materials such as mobile phones and notebooks, Polycarbonate (PC) is used as the main raw material. Generally, polycarbonate is synthesized by reacting bisphenol A (BPA) with phosgene. However, phosgene used in this reaction is seriously toxic and poses a problem in terms of environmental safety. Therefore, a process for replacing phosgene is proposed in which polycarbonate is produced from carbon dioxide and epoxide via dimethyl carbonate and diphenyl carbonate. Demand for dimethyl carbonate is expected to increase gradually as demand for polycarbonate increases. Also, since dimethyl carbonate contains a lot of oxygen, it is widely used as a fuel additive to replace methyl tertiary butyl ether (MTBE). Recently, it has been used as an electrolyte of a secondary battery, As well.

디메틸카보네이트를 제조하는 공정으로는 현재 여러 공정들이 알려져 있으며, 대표적으로는 메탄올과 유독성 물질로 알려진 포스겐을 이용하여 디메틸카보네이트를 제조하는 포스겐법이 있다 (비특허 문헌 1 및 특허 문헌 1~2). 하지만 이 방법은 유독성의 포스겐의 사용과 고농도의 가성소다 용액으로 인해 산업계에서는 위험성이 높아 사용을 기피하고 있는 실정이다. 메탄올 산화법 (EniChem 공정, Italy)은 포스겐 공법을 대체하기 위해 개발되었으며 일산화탄소와 메탄올을 염화구리 촉매를 이용하여 공기 중에 산화시켜 제조하는 방법으로 유독한 일산화탄소를 원료로 사용하며 전환율이 낮으며 에너지 비용이 많이 드는 단점이 있는 것으로 알려져 있다 (비특허 문헌 2 및 특허 문헌 3~4). 메틸나이트라이트법 (Ube 공정, Japan) 또한 포스겐 대체 공정으로 개발되었으며 총 2 단계 공정으로 이루어져 있다 (비특허 문헌 3~5 및 특허 문헌 5). 이 공정의 첫 번째 단계에서 메탄올을 이산화질소를 이용하여 산화시켜 메틸나이트라이트를 생성하고, 두 번째 단계에서 팔라듐 촉매를 이용하여 첫 번째 단계에서 생성된 메틸나이트라이트와 일산화탄소를 반응시켜 디메틸카보네이트를 생성한다. 이 공정에서 부산물로 생성되는 일산화질소는 반응물인 이산화질소로 다시 산화되어 첫 번째 공정 단계에서 재사용된다는 이점이 있다. 하지만, 이 공정 또한 유독하고 부식성이 강한 일산화탄소 및 산화질소를 사용함으로써 부식방지를 위한 반응장치, 폭발방지를 위한 안전장치와 정밀한 농도조절장치 등이 필요하며 반응물의 누출위험 등의 문제점이 있다. 위의 공정들은 각기 포스겐, 일산화질소, 일산화탄소와 같은 유독한 반응물을 사용하거나 반응기의 부식 문제, 다단계 공정으로 인한 높은 공정 비용 그리고 부산물 생성으로 인한 분리정제의 어려움 등의 문제점들을 가지고 있다. Various processes are currently known as processes for producing dimethyl carbonate. Typically, there is a phosgene process for producing dimethyl carbonate using phosgene known as methanol and toxic substances (Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2). However, this method is avoiding the use of poisonous phosgene and high concentration of caustic soda solution due to high risk in industry. The methanol oxidation method (EniChem process, Italy) was developed to replace the phosgene process. It is a method of oxidizing carbon monoxide and methanol in the air using a copper chloride catalyst, using toxic carbon monoxide as a raw material. (Non-Patent Document 2 and Patent Documents 3 to 4). The methyl nitrite method (Ube process, Japan) has also been developed as a phosgene replacement process and consists of a total of two steps (Non-Patent Documents 3 to 5 and Patent Document 5). In the first step of this process, methanol is oxidized with nitrogen dioxide to produce methyl nitrite. In the second step, dimethyl carbonate produced by the reaction of methyl nitrite and carbon monoxide generated in the first step using a palladium catalyst . In this process, the nitrogen monoxide produced as a by-product is reoxidized to the reactant nitrogen dioxide and reused in the first process step. However, this process also requires a reaction device for preventing corrosion, a safety device for preventing explosion and a precise concentration adjusting device by using carbon monoxide and nitrogen oxide, which are toxic and corrosive, and there is a risk of leakage of reactant. The above processes have problems such as the use of toxic reactants such as phosgene, nitrogen monoxide, carbon monoxide, corrosion problems of reactors, high process cost due to multi-stage process, and difficulty of separation and purification due to the production of byproducts.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 최근에는 에스테르교환법에 의한 디메틸카보네이트의 제조 방법이 연구되고 있다 (비특허 문헌 6~7 및 특허 문헌 6~8). 상기 공정은 이산화탄소와 에틸렌옥사이드가 반응하여 에틸렌카보네이트를 합성하는 단계와 생성된 에틸렌카보네이트와 메탄올이 반응하여 디메틸카보네이트를 제조하는 다단계 공정으로 이루어져 있다. 이 공정은 앞선 공정과 비교하여 반응기의 부식 문제가 적고 값싸고 독성이 적은 원료를 사용하며 반응 부산물로 생성되는 에틸렌 글리콜은 적절한 화학 반응을 통하여 반응물인 에틸렌 옥사이드로 재순환이 가능하다는 장점이 있다. 에스테르교환법에 의한 디메틸카보네이트 제조에 적합한 여러 가지 우수한 촉매 및 촉매 공정들이 발표되고 있으나, 지금까지는 통상적으로 균일계 촉매 공정이 적용되고 있는 실정이다 (비특허 문헌 8~9). 그러나 균일계 촉매공정을 적용할 경우 촉매 분리문제 이외에도, 실제 반응공정에서 균일계 촉매가 연속적으로 함유됨으로서 생길 수 있는 여러가지 단점들이 제기 되는 실정이며, 점차 불균일계 반응공정이 보다 현실성있는 반응시스템으로 인식되고 있다. 불균일계 반응공정을 위해서는 우선 불균일계 촉매의 개발이 중요하며 실질적으로도 유용한 반응속도와 디메틸카보네이트 합성 수율을 나타내어야 한다. 또한, 오랜 기간 지속되는 여러가지 화학약품에 그 형상을 유지할 수 있는 내구성, 내약품성이 있는 견고한 촉매개발이 필요한 실정이다. In order to overcome such problems, recently, a method for producing dimethyl carbonate by the ester exchange method has been studied (Non-patent Documents 6 to 7 and Patent Documents 6 to 8). The process comprises a step of synthesizing ethylene carbonate by the reaction of carbon dioxide and ethylene oxide, and a multi-step process of reacting the produced ethylene carbonate with methanol to produce dimethyl carbonate. This process is advantageous in that it uses low cost and less toxic raw materials, less corrosion problem of the reactor, and ethylene glycol which is produced as a byproduct of the reaction, can be recycled to ethylene oxide as reactant through appropriate chemical reaction. Various excellent catalysts and catalyst processes suitable for the production of dimethyl carbonate by the ester exchange method have been disclosed, but up to now, homogeneous catalyst processes have conventionally been applied (Non-patent Documents 8 to 9). However, in the case of homogeneous catalytic process, there are various disadvantages that can be caused by the continuous inclusion of homogeneous catalysts in the actual reaction process in addition to the problem of catalyst separation, and gradually the heterogeneous reaction process is recognized as a more realistic reaction system . For the heterogeneous reaction process, the development of heterogeneous catalysts is important, and the reaction rate and the yield of dimethyl carbonate synthesis should be shown to be practically useful. In addition, it is necessary to develop a durable catalyst having durability and chemical resistance that can maintain its shape in various chemical agents that last for a long time.

메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는 공정에 사용 가능한 촉매 후보군으로는 산 촉매 및 염기 촉매가 활용 가능한 것으로 보고되고 있다 (비특허 문헌 10 및 특허 문헌 9~11). 그러나 염기 촉매를 사용한 반응이 디메틸카보네이트의 합성에 보다 효과적인 것으로 알려져 있다 (비특허 문헌 7 및 특허 문헌 12). 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트의 제조에 적용하기 위한 다양한 염기 촉매군이 연구되고 있으나 아직까지 적합한 촉매 시스템 및 효율적인 제조방법이 제시되지 못하고 있는 실정이다.It has been reported that acid catalysts and base catalysts can be utilized as catalyst candidate groups that can be used in the process of producing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate (Non-Patent Document 10 and Patent Documents 9 to 11). However, it is known that the reaction using a base catalyst is more effective for the synthesis of dimethyl carbonate (Non-Patent Document 7 and Patent Document 12). A variety of base catalysts have been studied for use in the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate. However, a suitable catalyst system and an efficient production method have not yet been proposed.

한편, 2종 이상의 금속으로 구성된 산화물인 복합 금속 산화물 촉매는 그 몰 비에 따라 염기 특성이 달라지며 단일 금속 산화물보다 더 좋은 염기 특성을 나타낸다고 알려져 있다 (비특허 문헌 11). 일반적으로 금속 복합 산화물 촉매를 제조하는 방법으로 졸-겔법이나 공침법이 사용된다. 졸-겔법의 경우 촉매의 비표면적이 크고 비교적 균일하게 제조되는 장점이 있지만 그 과정이 매우 복잡하고 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다. 공침법의 경우, 금속 전구체를 용매에 녹인 후 용액의 pH를 조절하여 침전시키는 방법으로 졸-겔법에 비해 균일하지 못하다는 단점이 있으나 제조 방법이 비교적 간단하고 침전 시 용매나 온도를 변화시킴으로써 촉매의 입자 크기, 결정상의 크기 등을 조절할 수 있다는 장점이 있다 (비특허 문헌 12~13). On the other hand, it is known that the composite metal oxide catalyst, which is an oxide composed of two or more metals, has different base characteristics depending on its molar ratio and exhibits better base properties than a single metal oxide (Non-Patent Document 11). Generally, a sol-gel method or coprecipitation method is used as a method for preparing a metal composite oxide catalyst. The sol-gel method has the advantage that the specific surface area of the catalyst is large and relatively uniform, but the process is complicated and takes a long time. In the coprecipitation method, the metal precursor is dissolved in a solvent and the pH of the solution is adjusted to precipitate the solution, which is not uniform compared to the sol-gel method. However, the preparation method is relatively simple and the solvent and temperature are changed during the precipitation, Particle size, and crystal phase size (Non-Patent Documents 12 to 13).

한편, 금속 산화물 담체에 제 3의 금속 산화물을 담지한 경우 그 촉매의 물리화학적 특성, 산 및 염기 특성, 그리고 열적 특성 등이 변한다고 알려져 있다 (비특허 문헌 14). 그리고 이러한 특성 변화를 이용하여 금속 산화물 담체에 또 다른 금속 산화물을 담지해 촉매를 만들어 반응에 적용하였다는 보고가 있다. 특히, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 금속 산화물 담체에 담지되었을 때 촉매의 염기 특성을 향상시킨다는 보고가 있다 (비특허 문헌 15~16). On the other hand, it is known that when the third metal oxide is supported on the metal oxide support, the physical and chemical properties, acid and base properties, and thermal properties of the catalyst are changed (Non-Patent Document 14). It has been reported that another metal oxide is supported on a metal oxide carrier by using this characteristic change to form a catalyst and applied to the reaction. In particular, there is a report that when the alkali metal or alkaline earth metal is supported on the metal oxide carrier, the base properties of the catalyst are improved (Non-Patent Documents 15 to 16).

H. Zimmermann, K. Brenner, H-J. Scheiper, W. Sauer, H. Hartmann, US Patent 5,319,111 (1994).H. Zimmermann, K. Brenner, H-J. Scheiper, W. Sauer, H. Hartmann, U.S. Patent 5,319,111 (1994). J-A. T. Schwartz, US Patent 5,478,952 (1995).J-A. T. Schwartz, U.S. Patent 5,478,952 (1995). U. Romano, R. Tesel, G. Cipriani, L. Micucci, US Patent 4,218,391 (1980).U. Romano, R. Tesel, G. Cipriani, L. Micucci, U.S. Patent 4,218,391 (1980). G. Paret, G. Donati, M. Ghirardini, EP 460,735 (1991).G. Paret, G. Donati, M. Ghirardini, EP 460, 735 (1991). K. Nishimura, K. Fujii, K Nishihira, S. Uchiumi, US Patent 4,229,589 (1980).K. Nishimura, K. Fujii, K. Nishihira, S. Uchiumi, US Patent 4,229,589 (1980). C.D. Chang, L.E. Hoglen, Z. Jiang, R.B. LaPierre, US Patent 6,162,940 (2000).CD. Chang, L.E. Hoglen, Z. Jiang, R.B. LaPierre, US Patent 6,162, 940 (2000). Z. Jiang, R.B. LaPierre, J.G. Santiesteban, H.K.C. Timken, W.A. Weber, US Pantent 6,207,850 (2001).Z. Jiang, R.B. LaPierre, J.G. Santiesteban, H.K.C. Timken, W.A. Weber, US Pantent 6,207,850 (2001). Y. Urano, M. Kirishiki, Y. Onda, H. Tsuneki, US Patent 5,430,170 (1995).Y. Urano, M. Kirishiki, Y. Onda, H. Tsuneki, US Patent 5,430,170 (1995). T. Kondoh, Y. Okada, F. Tanaka, S. Asaoka, S. Yamanoto, US Patent 5,436,362 (1995).T. Kondoh, Y. Okada, F. Tanaka, S. Asaoka, S. Yamanoto, US Patent 5,436,362 (1995). R.G. Duranlean, E.C.Y. Nieh, J.F. Knifton US Patent 4,611,609 (1987).R.G. Duranlean, E.C.Y. Nieh, J.F. Knifton US Patent 4,611,609 (1987). C.D. Chang, L.E. Hoglen, Z. Jiang, R.B. LaPierre, US Patent 6,166,240 (2000).CD. Chang, L.E. Hoglen, Z. Jiang, R.B. LaPierre, US Patent 6,166, 240 (2000). S.S. Shih, M.M. Wu, T.Y. Yan, US Pantent 5,430,170 (1996).S.S. Shih, M.M. Wu, T.Y. Yan, US Pantent 5,430,170 (1996).

H. Babad, A.G. Zeiler, Chem. Rev., 73권, 75쪽 (1973). H. Babad, A.G. Zeiler, Chem. Rev., Vol. 73, pp. 75 (1973). D. Delldonne, F. Rivetti, U. Romano, Appl. Catal. A, 221권, 241쪽 (2001). D. Delldonne, F. Rivetti, U. Romano, Appl. Catal. A, Vol. 221, p. 241 (2001). (비특허 문헌 3) J. Kizlink, Collect. Czech. Chem. Comm., 58권, 1399쪽 (1993). (Non-Patent Document 3) J. Kizlink, Collect. Czech. Chem. Comm., 58, 1399 (1993). (비특허 문헌 4) S.T. King, J. Catal., 161권, 530쪽 (1996). (Non-Patent Document 4) S.T. King, J. Catal., 161, 530 (1996). (비특허 문헌 5) S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. 576권, 279쪽 (1999).(Non-Patent Document 5) S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuki, J. Organomet. Chem. 576, 279 (1999). (비특허 문헌 6) J.F. Knifton, R.G. Duranleau, J. Mol. Catal., 67권, 389쪽 (1991). (Non-Patent Document 6) J. F. Knifton, R.G. Duranleau, J. Mol. Catal., 67, 389 (1991). (비특허 문헌 7) T. Tatsumi, Y. Watanabe, K.A. Koyano, Chem. Commn., 2281쪽 (1996). (Non-Patent Document 7) T. Tatsumi, Y. Watanabe, K.A. Koyano, Chem. Commn., 2281 (1996). (비특허 문헌 8) C.E. Song, W.H. Shim, E.J. Roh, J.H. Choi, Chem. Commun., 1695쪽 (2000).(Non-Patent Document 8) C.E. Song, W.H. Shim, E.J. Roh, J.H. Choi, Chem. Commun., 1695 (2000). (비특허 문헌 9) S. Zhang, Y. Chem. F. Li, X. Lu, W. Dai, R. Mori, Catal. Today, 115권, 61쪽 (2006).(Non-Patent Document 9) S. Zhang, Y. Chem. F. Li, X. Lu, W. Dai, R. Mori, Catal. Today, vol. 115, p. 61 (2006). (비특허 문헌 10) C. De, Bin. Lu, He. Lv, Y. Yu, Y. Bai, Q. Cai, Catal. Lett. 128권, 459쪽 (2009).(Non-Patent Document 10) C. De, Bin. Lu, He. Lv, Y. Yu, Y. Bai, Q. Cai, Catal. Lett. 128, 459 (2009). J. F. Knifton, R.G. Duranleau. J. Mol. Catal., 67권, 389쪽 (1991).J. F. Knifton, R.G. Duranleau. J. Mol. Catal., 67, 389 (1991). (비특허 문헌 11) K.W. La, J.C. Jiung, H. Kim, S.-H Baeck, I.K. Song, J. Mol. Catal. A, 269권, 41쪽 (2007).(Non-Patent Document 11) K.W. La, J.C. Jiung, H. Kim, S.-H. Baeck, I.K. Song, J. Mol. Catal. A, Vol. 269, p. 41 (2007). (비특허 문헌 12) H.-I. Chen, H.-Y. Chang, Ceram. Int., 31권, 795쪽 (2005).(Non-Patent Document 12) H.-I. Chen, H.-Y. Chang, Ceram. Int., 31, 795 (2005). (비특허 문헌 13) M.J. Godinho, R.F. Goncalves, L.P. Santos, J.A. Varela, E. Longo, E.R Leite, Mater. Lett., 61권, 1904쪽 (2007).(Non-Patent Document 13) M.J. Godinho, R.F. Goncalves, L.P. Santos, J.A. Varela, E. Longo, E.R Leite, Mater. Lett., 61, 1904 (2007). (비특허 문헌 14) I. Nowak, M. Misiewicz, M. Ziolek, A. Kkubacka, V.C. Corberan, B. Sulikowski, Appl. Catal. A, 325권, 328쪽 (2007).(Non-Patent Document 14) I. Nowak, M. Misiewicz, M. Ziolek, A. Kkubacka, V.C. Corberan, B. Sulikowski, Appl. Catal. A, Vol. 325, p. 328 (2007). (비특허 문헌 15) S. Goodarznia, K.J. Smith, J. Mol. Catal. A, 320권, 1 쪽 (2010).(Non-Patent Document 15) S. Goodarznia, K.J. Smith, J. Mol. Catal. A, Vol. 320, p. 1 (2010). (비특허 문헌 16) B.M. Reddy, E. Ruckenstein, Appl. Catal. A, 121권, 159쪽 (1995).(Non-Patent Document 16) B.M. Reddy, E. Ruckenstein, Appl. Catal. A, Vol. 121, p. 159 (1995).

따라서, 본 발명의 목적은 촉매의 염기 특성을 조절할 목적으로 복합 금속 산화물의 몰비를 변화하여 촉매를 제조하고, 여기에 추가적으로 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물을 담지하여 촉매의 물리화학적 특성이 향상된 디메틸카보네이트 제조용 촉매를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst for the production of dimethyl carbonate having improved physical and chemical properties of the catalyst by further comprising an alkali and an alkaline earth metal oxide supported on the catalyst by changing the molar ratio of the complex metal oxide for the purpose of controlling the base property of the catalyst, And a method for producing the same.

본 발명의 다른 목적은 개발된 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물이 담지된 복합 금속 산화물 촉매를 이용해 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트의 제조시 효율을 극대화한 디메틸카보네이트의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a process for producing dimethyl carbonate which maximizes efficiency in the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using the developed composite metal oxide catalyst supported with alkali and alkaline earth metal oxide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되는 촉매로서, 산화세륨(CeO2) 전구체 및 산화 마그네슘 전구체를 몰비로 0.01 내지 100 범위로 혼합하고 산을 침전제로 하여 공침법으로 산화시켜 제조한 복합 금속 산화물에 리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 산화물을 촉매의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 범위로 담지한 것을 특징으로 하는 복합 금속산화물 담지 촉매를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst for use in the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate, wherein a cerium oxide (CeO 2 ) precursor and a magnesium oxide precursor are mixed in a molar ratio ranging from 0.01 to 100, And at least one alkali or alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium and strontium is added to the composite metal oxide prepared by the coprecipitation method in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst And a supported catalyst supported on the support.

또한, 본 발명은 상기 산이 옥살산인 것을 특징으로 하는 복합 금속산화물 담지 촉매를 제공한다. The present invention also provides a composite metal oxide supported catalyst characterized in that the acid is oxalic acid.

또한, 본 발명은 ⅰ)산화세륨 전구체 및 산화 마그네슘 전구체 용액에 산을 첨가하여 침전물을 형성하는 단계; ⅱ)결정 성장을 위하여 침전물을 5 내지 24 시간 동안 숙성하는 단계; ⅲ)상기 침전물을 여과, 세척 및 건조한 후 300 내지 800 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하여 복합 금속 산화물을 제조하는 단계; ⅳ)리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체를 증류수에 용해한 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체 용액에 상기 복합 금속 산화물을 함침하는 단계 및; ⅴ)알칼리 또는 알칼리 토금속이 담지된 복합 금속 산화물 촉매를 70 내지 120 ℃에서 건조한 후 300 내지 700 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하는 단계를 포함한 복합 금속산화물 담지 촉매 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a precipitate comprising the steps of: i) adding an acid to a cerium oxide precursor and a magnesium oxide precursor solution to form a precipitate; Ii) aging the precipitate for crystal growth for 5 to 24 hours; Iii) filtering, washing and drying the precipitate, and calcining the precipitate at a temperature of 300 to 800 ° C. for 3 to 12 hours to produce a composite metal oxide; Iv) impregnating the composite metal oxide with an alkali or alkaline earth metal precursor solution in which one or more alkali or alkaline earth metal precursors selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium and strontium are dissolved in distilled water; And v) calcining the composite metal oxide catalyst having alkali or alkaline earth metal supported thereon by drying at 70 to 120 ° C and then at a temperature of 300 to 700 ° C for 3 to 12 hours.

또한, 본 발명은 상기 금속 산화물 전구체 또는 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 전구체가 나이트레이트계, 클로라이드계, 브로마이드계, 아세테이트계, 및 아세틸아세토네이트계로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 금속산화물 담지 촉매 제조방법을 제공한다.The metal oxide precursor or the alkali or alkaline earth metal oxide precursor is at least one selected from the group consisting of nitrate, chloride, bromide, acetate, and acetylacetonate. A method for producing a catalyst is provided.

또한, 본 발명은 상기 촉매 존재 하에서 80 내지 150 ℃의 온도 범위, 3 내지 25 bar의 압력조건, 300 내지 1000 rpm의 교반 속도 및 1 내지 24 시간의 반응시간의 조건하에서 메탄올과 에틸렌카보네이트를 반응시켜 디메틸카보네이트를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the production of a catalyst, which comprises reacting methanol and ethylene carbonate in the presence of the catalyst under the conditions of a temperature of 80 to 150 ° C, a pressure of 3 to 25 bar, a stirring speed of 300 to 1000 rpm and a reaction time of 1 to 24 hours Dimethyl carbonate. ≪ / RTI >

본 발명에 따라 제조된 복합 금속 산화물 담지 촉매를 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조할 경우 높은 디메틸카보네이트 수율을 보였다. The dimethyl carbonate produced from methanol and ethylene carbonate showed a high yield of dimethyl carbonate when the composite metal oxide supported catalyst prepared according to the present invention was produced.

도 1은 본 발명에 따른 제조예 2에 의해 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물의 X-선 회절 분석결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조예 2에 의해 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물의 이산화탄소 승온 탈착 실험(CO2-TPD) 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조예 1에 의해 제조된 MO-MgO (MO = Y2O3, CeO2, ZrO2 및 ZnO) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트의 제조 반응실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조예 2에 의해 제조된 다양한 몰비를 갖는 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물을 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제조예 2에 의해 제조된 다양한 몰비를 갖는 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물의 염기양와 반응활성과의 관계를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제조예 3에 의해 제조된 다양한 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물이 담지된 M/CeO2(0.25)-MgO(0.75) (M = Li2O, K2O, Cs2O, BaO 및 SrO) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제조예 4에 의해 제조된 다양한 함량의 리튬 옥사이드가 담지된 Li2O(X)/CeO2(0.25)-MgO(0.75) (X = 0, 3, 5, 7 및 9 중량%) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
1 shows the X-ray diffraction analysis results of CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxides prepared according to Production Example 2 of the present invention .
FIG. 2 is a graph showing a carbon dioxide temperature desorption experiment (CO 2 ) of the CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxide produced by Production Example 2 according to the present invention -TPD).
FIG. 3 is a graph showing the results of experiments for preparing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using MO-MgO (MO = Y 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 and ZnO) catalysts prepared in Production Example 1 according to the present invention .
4 is a CeO 2 (X) -MgO (1 -X) having a different mole ratio prepared by the Preparation Example 2 in accordance with the present invention (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75, and 1.0) composite metal oxide was used as a catalyst for the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate.
FIG. 5 is a graph showing the results of measurement of CeO 2 (X) -MgO (1-X) having various molar ratios prepared according to Production Example 2 of the present invention. (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxide and the reaction activity.
6 is M / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) a variety of alkali and alkaline earth metal oxides prepared by the preparation 3 of the present invention, the supported (M = Li 2 O, K 2 O, Cs 2 O, BaO And SrO) catalysts were used to perform dimethyl carbonate production reaction experiments from methanol and ethylene carbonate.
FIG. 7 is a graph showing the results of a comparison between Li 2 O (X) / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) (X = 0, 3, 5, 7 and 9 Wt.%) Catalyst prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction was carried out in the presence of methanol and ethylene carbonate.

이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

본 발명의 복합 금속 산화물 담지 촉매는 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트를 제조하는데 사용되는 촉매로서, 산화세륨(CeO2) 전구체 및 산화 마그네슘 전구체를 몰비로 0.01 내지 100 범위로 혼합하고 산을 침전제로 하여 공침법으로 산화시켜 제조한 복합 금속 산화물에 리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 산화물을 촉매의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 범위로 담지한 것을 특징으로 한다. The composite metal oxide supporting catalyst of the present invention is a catalyst used for producing dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate. The cerium oxide (CeO 2 ) precursor and the magnesium oxide precursor are mixed in the molar ratio of 0.01 to 100, An oxide of one or more alkali or alkaline earth metals selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium and strontium is added to the composite metal oxide prepared by the coprecipitation method in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the catalyst .

본 발명의 복합 금속산화물 담지 촉매는 산화마그네슘과 또 다른 금속 산화물인 산화세륨의 각각의 전구체를 공침법으로 동시에 산화 및 침전시켜 컴플렉스 형태로 제조하고, 상기 컴플렉스 형태의 복합 금속산화물에 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물을 담지하여 제조한다. 상기 복합 금속산화물의 경우 산화마그네슘과 산화세륨의 복합체인 것이 바람직하다. 실시예에서 보는 바와 같이, 산화세륨 외 다른 금속산화물( Y2O3, ZrO2 및 ZnO)을 산화마그네슘과 컴플렉스를 형성하는 경우 오히려 산화마그네슘 단독사용시보다 촉매활성이 못한 것으로 나타나고 산화세륨을 사용한 경우만이 산화마그네슘보다 우수한 촉매활성을 보임을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 금속산화물 담지 촉매에 있어서 상기 산화마그네슘과 산화세륨은 몰비로 0.01 내지 100 범위로 조절되는데, 이를 통해 촉매의 염기도를 조절하고 디메틸카보네이트의 제조에 가장 적합한 조성을 갖는 복합 금속 산화물 촉매를 선정할 수 있다. 본 발명의 복합 금속 산화물 담지 촉매에 있어서, 상기 산화마그네슘과 산화세륨의 몰비는 0.01 내지 100 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 몰비가 0.1 내지 10 범위인 것이 바람직하다. 상기 산화마그네슘과 산화세륨의 몰비가 0.01 미만이면 촉매 제조 과정에서 산화마그네슘의 결정 형성이 억제되어 복합 금속 산화물의 제조가 힘들다는 문제가 있고, 반면 산화마그네슘과 산화세륨의 몰비가 100을 초과하는 경우 산화세륨의 합성을 위한 전구체의 양이 매우 작기 때문에 산화마그네슘 단일 금속 산화물과 동일한 형상을 보이는 촉매가 제조되는 문제가 발생하게 된다. The composite metal oxide supporting catalyst of the present invention is produced by simultaneously oxidizing and precipitating the respective precursors of magnesium oxide and cerium oxide, which is another metal oxide, by a coprecipitation method to produce a complex type composite metal oxide having an alkali or alkaline earth metal Oxide. In the case of the composite metal oxide, it is preferably a composite of magnesium oxide and cerium oxide. As shown in the examples, when a metal oxide other than cerium oxide (Y 2 O 3 , ZrO 2, and ZnO) was formed with magnesium oxide, the catalytic activity was lower than that when magnesium oxide alone was used. In the case of using cerium oxide It shows that the catalyst exhibits better catalytic activity than magnesium oxide. Also, in the composite metal oxide supported catalyst of the present invention, the magnesium oxide and cerium oxide are controlled in a molar ratio ranging from 0.01 to 100, whereby the basicity of the catalyst is controlled and a composite metal oxide catalyst having a composition most suitable for the production of dimethyl carbonate Can be selected. In the composite metal oxide supported catalyst of the present invention, the molar ratio of the magnesium oxide to the cerium oxide is preferably in the range of 0.01 to 100, and more preferably the molar ratio is in the range of 0.1 to 10. When the molar ratio of magnesium oxide to cerium oxide is less than 0.01, there is a problem that crystal formation of magnesium oxide is inhibited in the catalyst preparation process and the production of the composite metal oxide is difficult. On the other hand, when the molar ratio of magnesium oxide and cerium oxide exceeds 100 Since the amount of the precursor for synthesis of cerium oxide is very small, a catalyst having the same shape as the magnesium oxide single metal oxide is produced.

또한, 본 발명의 복합 금속 산화물 담지 촉매에 있어서, 복합 금속 산화물에 담지되는 알칼리 또는 알칼리 토금속은 리튬 옥사이드(Li2O), 칼륨 옥사이드(K2O), 세슘 옥사이드(Cs2O), 바륨 옥사이드(BaO) 및 스트론튬 옥사이드(SrO)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것이 바람직하며, 담지량은 전체 촉매의 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 범위인 것이 바람직하다. 상기 담지량이 1중량% 미만인 경우 담지량이 미비하여 촉매 활성을 향상시키기에 한계가 있으며, 반면 20중량%를 초과하는 경우에는 담지되는 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물들이 담체인 복합 금속 산화물과 적절하게 결합하지 못하고 금속들끼리 큰 덩어리를 형성하게 되어 활성점으로 작용하기 어렵다. 이렇게 제조된 담지 촉매는 종래 메탄올과 에틸렌카보네이트를 반응하여 디메틸카보네이트를 제조하는 반응에 적용되었던 촉매에 비해 제조 방법이 간단하면서도 높은 수율로 디메틸카보네이트를 얻을 수 있다.In the composite metal oxide supported catalyst of the present invention, the alkali or alkaline earth metal supported on the composite metal oxide may be lithium oxide (Li 2 O), potassium oxide (K 2 O), cesium oxide (Cs 2 O), barium oxide (BaO) and strontium oxide (SrO), and the supported amount is preferably in the range of 1 to 20% by weight based on the weight of the total catalyst. When the amount is less than 1% by weight, the supported amount is insufficient to improve the catalytic activity. On the other hand, when the supported amount is more than 20% by weight, the supported alkali and alkaline earth metal oxides do not adequately bond with the composite metal oxide It is difficult for the metal to act as an active point since it forms a large mass between the metals. The thus-prepared supported catalyst can produce dimethyl carbonate in a simple and high yield compared to the catalyst which was conventionally used in the reaction of methanol and ethylene carbonate to produce dimethyl carbonate.

본 발명에 따른 복합 금속 담지 촉매는 구체적으로 ⅰ)산화세륨 전구체 및 산화 마그네슘 전구체 용액에 산을 첨가하여 침전물을 형성하는 단계; ⅱ)결정 성장을 위하여 침전물을 5 내지 24 시간 동안 숙성하는 단계; ⅲ)상기 침전물을 여과, 세척 및 건조한 후 300 내지 800 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하여 복합 금속 산화물을 제조하는 단계; ⅳ)리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체를 증류수에 용해한 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체 용액에 상기 복합 금속 산화물을 함침하는 단계 및; ⅴ)알칼리 또는 알칼리 토금속이 담지된 복합 금속 산화물 촉매를 70 내지 120 ℃에서 건조한 후 300 내지 700 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.The composite metal supported catalyst according to the present invention specifically comprises: i) adding an acid to a cerium oxide precursor and a magnesium oxide precursor solution to form a precipitate; Ii) aging the precipitate for crystal growth for 5 to 24 hours; Iii) filtering, washing and drying the precipitate, and calcining the precipitate at a temperature of 300 to 800 ° C. for 3 to 12 hours to produce a composite metal oxide; Iv) impregnating the composite metal oxide with an alkali or alkaline earth metal precursor solution in which one or more alkali or alkaline earth metal precursors selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium and strontium are dissolved in distilled water; And v) drying the composite metal oxide catalyst carrying the alkali or alkaline earth metal at 70 to 120 ° C and then calcining at a temperature of 300 to 700 ° C for 3 to 12 hours.

본 발명에 있어서, 상기 복합 금속 산화물 제조를 위한 금속 전구체 및 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 전구체는 나이트레이트계, 클로라이드계, 브로마이드계, 아세테이트계, 및 아세틸아세토네이트계로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것이 바람직하다. In the present invention, the metal precursor and the alkali metal or alkaline earth metal precursor for preparing the composite metal oxide are preferably at least one selected from the group consisting of nitrate, chloride, bromide, acetate, and acetylacetonate .

또한, 본 발명의 침전제로 사용되는 산은 옥살산인 것이 바람직하며, 첨가시 농도는 수용액 기준으로 50 내지 100%인 것이 바람직하다. 또한, 결정성장을 위한 숙성 시간은 5 내지 24 시간인 것이 바람직하다.In addition, the acid used as the precipitant of the present invention is preferably oxalic acid, and the concentration is preferably 50 to 100% based on the aqueous solution. The aging time for crystal growth is preferably 5 to 24 hours.

또한, 본 발명의 상기 침전물을 여과하고 70 내지 120 ℃의 온도에서 건조한 후300 내지 800 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트 제조용 촉매 제조 방법을 제공한다. Also, the present invention provides a process for preparing a catalyst for the production of dimethyl carbonate, characterized in that the precipitate is filtered, dried at a temperature of 70 to 120 ° C and then calcined at a temperature of 300 to 800 ° C for 3 to 12 hours.

또한, 본 발명의 알칼리 및 알킬리 토금속 산화물이 담지된 복합 금속 산화물 촉매를 70 내지 120 ℃에서 건조 한 후 300 내지 700 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트 제조용 촉매 제조 방법을 제공한다.Further, the catalyst for preparing dimethyl carbonate, which is characterized in that the composite metal oxide catalyst carrying the alkali and alkyllithium oxide of the present invention is dried at 70 to 120 ° C and then calcined at a temperature of 300 to 700 ° C for 3 to 12 hours ≪ / RTI >

본 발명의 복합 금속 산화물 담지 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트를 반응하여 디메틸카보네이트를 제조하게 된다. 복합 금속 산화물과 알칼리 및 알칼리 토금속이 담지된 복합 금속 산화물 촉매 존재 하에 반응을 수행하는데, 반응은 회분식 반응기를 이용하여 80 내지 150 ℃의 온도 범위, 3 내지 25 bar의 압력조건, 300 내지 1000 rpm의 교반 속도 및 1 내지 24 시간의 반응시간의 조건하에서 수행되는 것이 바람직하다. Dimethyl carbonate is produced by reacting methanol and ethylene carbonate using the composite metal oxide supported catalyst of the present invention. The reaction is carried out in the presence of a composite metal oxide and a composite metal oxide catalyst supported with an alkali and alkaline earth metal using a batch reactor at a temperature in the range of 80 to 150 캜, a pressure of 3 to 25 bar, a pressure of 300 to 1000 rpm A stirring speed and a reaction time of 1 to 24 hours.

이하에서 본 발명의 제조예, 분석예 및 실시예를 통해 본 발명에 대해 더 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Preparation Examples, Analysis Examples and Examples of the present invention.

제조예 1 : 공침법에 의한 메탈 옥사이드-마그네슘 옥사이드 (MO-MgO (MO = YPreparation Example 1: Preparation of metal oxide-magnesium oxide (MO-MgO (MO = Y 22 OO 33 , CeO, CeO 22 , ZrO, ZrO 22 및 ZnO)) 복합 금속 산화물 촉매 제조 And ZnO)) composite metal oxide catalysts

마그네슘 옥사이드를 기반으로 2가지 이상의 금속 산화물이 포함된 메탈 옥사이드-마그네슘 옥사이드 복합 금속 산화물 촉매는 공침법에 의해 제조 하였으며 그 제조 방법은 다음과 같다. 전구체로는 세륨 나이트레이트 하이드레이트(Ce(NO3)6H2O), 징크 나이트레이트 하이드레이트(Zn(NO3)6H2O), 이트륨 나이트레이트 하이드레이트(Y(NO3)6H2O), 지르코늄 나이트레이트 하이드레이트(ZrO(NO3)XH2O), 그리고 마그네슘 나이트레이트 하이드레이트(Mg(NO3)6H2O)를 사용하였다. 촉매 제조는 Mg(NO3)6H2O와 결합시킬 금속 전구체를 임의로 설정한 1 대 1의 몰수비로 정량한 다음 하나의 비커에 담아 일정량의 에탄올에 용해시킨다. 전구체가 완전히 용해되면 미리 준비해둔 옥살산 용액(99%)을 100 ml/h 속도로 주입한다. 옥살산 수용액을 주입한 후 상온에서 약 2 시간 정도 추가적으로 교반시킨다. 추가적인 결정성장을 위해 숙성을 12시간 한 뒤 생성된 침전물을 감압여과하면서 증류수로 먼저 세척하여 남아있는 불순물을 제거하고, 건조 시 금속 산화물을 형성하며 크게 수축되는 현상을 막기 위해 에탄올로 다시 세척한다. 세척된 침전물은 80 ℃의 오븐에서 24 시간 동안 건조한다. 건조 후 남은 생성물은 가루형태로 만들어 주고 공기 분위기 하에 550 ℃까지 분당 5 ℃로 승온한 뒤 3 시간 동안 유지하여 소성한다. 제조된 촉매를 MO-MgO (MO = Y2O3, CeO2, ZrO2 및 ZnO)라 명명하였으며, 여기서 MO (Metal Oxide)는 MgO와 결합하는 제 2의 금속 산화물로 표기하였다.
A metal oxide-magnesium oxide composite metal oxide catalyst containing two or more metal oxides based on magnesium oxide was prepared by coprecipitation. The preparation method is as follows. Precursor is cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3) 3 · 6H 2 O), zinc nitrate hydrate (Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O), yttrium nitrate hydrate (Y (NO 3) 3 · 6H 2 O), zirconium nitrate hydrate (ZrO (NO 3 ) 2 .XH 2 O), and magnesium nitrate hydrate (Mg (NO 3 ) 3 .6H 2 O) were used. The catalyst is prepared by quantitatively determining the metal precursor to be bound to Mg (NO 3 ) 3 .6H 2 O in a molar ratio of 1: 1, and then dissolving the metal precursor in a predetermined amount of ethanol in a single beaker. When the precursor is completely dissolved, the oxalic acid solution (99%) prepared in advance is injected at a rate of 100 ml / h. Oxalic acid aqueous solution is injected, and the mixture is further stirred at room temperature for about 2 hours. After 12 hours of aging for further crystal growth, the resulting precipitate is first washed with distilled water under reduced pressure to remove any remaining impurities and to form a metal oxide upon drying, and then washed again with ethanol to prevent shrinkage. The washed precipitate is dried in an oven at 80 DEG C for 24 hours. The product after drying is made into a powder form, heated to 5 ° C per minute up to 550 ° C in an air atmosphere, and then baked for 3 hours. The prepared catalysts were named MO-MgO (MO = Y 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 and ZnO), where MO (Metal Oxide) was designated as a second metal oxide binding to MgO.

제조예 2 : 다양한 몰비를 갖는 세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드 (CeOPreparation Example 2: Cerium oxide-magnesium oxide (CeO 22 (X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0)) 복합 금속 산화물 촉매의 제조 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0)

세륨 옥사이드와 마그네슘 옥사이드의 몰비가 다른 세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드(CeO2-MgO) 복합 금속 산화물 촉매의 제조법은 다음과 같다. 전구체는 세륨 나이트레이트 하이드레이트(Ce(NO3)6H2O)와 마그네슘 나이트레이트 하이드레이트(Mg(NO3)6H2O)를 사용하였다. 촉매 제조는 CeO2와 MgO의 몰비가 각각 1.0:0, 0.75:0.25, 0.5:0.5, 0.25:0.75 및 0:1.0이 되도록 금속 전구체를 정량한 다음 하나의 비커에 담아 일정량의 에탄올에 용해시킨다. 전구체가 완전히 용해되면 미리 준비해둔 옥살산 용액(99%)을 100 ml/h 속도로 주입한다. 옥살산 수용액을 주입한 후 상온에서 약 2 시간 정도 추가적으로 교반시킨다. 추가적인 결정성장을 위해 숙성을 12시간한 뒤 생성된 침전물을 감압여과 하면서 증류수로 먼저 세척하여 남아있는 불순물을 제거하고, 건조 시 금속 산화물을 형성하며 크게 수축되는 현상을 막기 위해 에탄올로 다시 세척한다. 세척된 침전물은 80 ℃의 오븐에서 24 시간동안 건조시킨다. 건조 후 남은 생성물은 가루형태로 만들어 주고 공기 분위기 하에 550 ℃까지 분당 5 ℃로 승온한 뒤 3 시간동안 유지하여 소성한다. 제조된 촉매를 CeO2(X)-MgO(1-X) 촉매라 명명하였으며, 이때 X는 두 성분 내 CeO2의 몰 분율을 나타낸다.
A process for producing a cerium oxide-magnesium oxide (CeO 2 -MgO) composite metal oxide catalyst having a different molar ratio of cerium oxide to magnesium oxide is as follows. The precursor was cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O) and magnesium nitrate hydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O). The metal precursor was quantified so that the molar ratios of CeO 2 and MgO were 1.0: 0, 0.75: 0.25, 0.5: 0.5, 0.25: 0.75 and 0: 1.0, respectively, and then dissolved in a predetermined amount of ethanol in a single beaker. When the precursor is completely dissolved, the oxalic acid solution (99%) prepared in advance is injected at a rate of 100 ml / h. Oxalic acid aqueous solution is injected, and the mixture is further stirred at room temperature for about 2 hours. After 12 hours of aging for further crystal growth, the resulting precipitate is first washed with distilled water under reduced pressure to remove any remaining impurities and to form a metal oxide upon drying, and then washed again with ethanol to prevent shrinkage. The washed precipitate is dried in an oven at 80 DEG C for 24 hours. The product after drying is made into a powder form, heated to 5 ° C per minute up to 550 ° C in an air atmosphere, and then baked for 3 hours. The prepared catalyst was named CeO 2 (X) -MgO (1-X) catalyst, where X represents the mole fraction of CeO 2 in the two components.

분석예 1: 제조된 CeOAnalytical Example 1: Preparation of CeO 2 22 (X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 촉매의 특성 분석(X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0)

표 1은 제조예 2에 의해 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물 촉매의 조성확인 및 촉매의 비표면적을 확인하기 위해 ICP-AES 분석 및 BET 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다. ICP-AES 분석결과 제조된 촉매의 이론적인 조성과 실제 분석 결과가 거의 일치하는 것을 알 수 있었으며, 이로부터 촉매가 원하는 조성으로 성공적으로 제조되었음을 알 수 있었다. 제조촉매의 비표면적을 확인하기 위해 BET 실험을 수행하였다. CeO2(X)-MgO(1-X) 촉매가 순수한 CeO2에 비해 큰 비표면적을 갖는 것으로 나타났지만 순수한 MgO 촉매에 비해서는 작은 비표면적을 보였다. 하지만 디메틸카보네이트의 생성량과 비표면적 사이의 주시할 만한 상관관계는 발견되지 않았다. Table 1 shows the composition of the CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxide catalyst prepared in Production Example 2 and the specific surface area The results of ICP-AES analysis and BET analysis are shown in Fig. From the results of ICP-AES analysis, it was found that the theoretical composition and the actual analytical result of the prepared catalyst were almost the same, and it was found that the catalyst was successfully produced with the desired composition. BET experiments were conducted to determine the specific surface area of the prepared catalyst. The CeO 2 (X) -MgO (1-X) catalyst showed a larger specific surface area than that of pure CeO 2 , but showed a smaller specific surface area than the pure MgO catalyst. However, no significant correlation was found between the amount of dimethyl carbonate and the specific surface area.

촉매catalyst CeO2 : MgO 몰비CeO 2 : MgO mole ratio 비표면적
(m2/g)
Specific surface area
(m 2 / g)
이론값Theoretical value 실제값Actual value CeO2 CeO 2 1:01: 0 1:01: 0 20.620.6 CeO2(0.75)-MgO(0.25) CeO 2 (0.75) -MgO (0.25 ) 0.75:0.250.75: 0.25 0.76:0.240.76: 0.24 33.033.0 CeO2(0.5)-MgO(0.5) CeO 2 (0.5) -MgO (0.5 ) 0.5:0.50.5: 0.5 0.51:0.490.51: 0.49 38.238.2 CeO2(0.25)-MgO(0.75) CeO 2 (0.25) -MgO (0.75 ) 0.25:0.750.25: 0.75 0.26:0.740.26: 0.74 54.254.2 MgOMgO 0:10: 1 0:10: 1 54.354.3

도 1은 본 발명의 제조예 2에 의해 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물 촉매의 X-선 회절 분석결과를 나타낸 것이다. X-선 회절 분석 장치(Rigaku, D-MAX2500-PC)를 사용하여 50 kV와 100 mA로 작동되는 Cu-Ka 방사선을 이용하여 측정하였다. X-선 회절 분석결과, 각 조성에 상관없이 CeO2와 MgO의 결정상이 나타났으며 피크의 이동이나 새로운 결정상의 형성은 관찰되지 않았다. 이를 통해 CeO2와 MgO가 서로 혼합되어 새로운 고용체를 형성하지 않고 CeO2와 MgO 고유의 결정상을 유지하면서 각각의 상이 골고루 분산된 형태의 촉매가 제조되었다는 것을 확인 할 수 있었다. 특이한 점은 CeO2와 MgO가 1:1의 몰비로 제조된 CeO2(0.5)-MgO(0.5) 촉매의 경우 CeO2의 특성피크가 MgO의 특성피크에 비해 월등히 높은 피크 세기를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 CeO2와 MgO가 혼재된 용액에서 CeO2의 결정 성장 속도가 MgO의 결정속도에 비해 월등히 빠르기 때문이다. 따라서 MgO는 무정형의 형태 혹은 매우 작은 결정크기로 생성되었을 것으로 판단할 수 있다. 1 shows X-ray diffraction analysis results of CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxide catalysts prepared according to Production Example 2 of the present invention . K- a radiation operating at 50 kV and 100 mA using an X-ray diffractometer (Rigaku, D-MAX2500-PC). As a result of X-ray diffraction analysis, crystal phases of CeO 2 and MgO were observed irrespective of each composition, and no peak shift or formation of a new crystal phase was observed. As a result, it was confirmed that CeO 2 and MgO were mixed with each other to form a catalyst in which phases of CeO 2 and MgO were uniformly dispersed without forming a new solid solution, and each phase was uniformly dispersed. In particular, the CeO 2 (0.5) -MgO (0.5) catalyst, which was prepared at a molar ratio of CeO 2 to MgO of 1: 1, showed that the characteristic peak of CeO 2 had a much higher peak intensity than the characteristic peak of MgO have. This is because the crystal growth rate of CeO 2 is much faster than the crystallization rate of MgO in a solution containing CeO 2 and MgO. Therefore, it can be concluded that MgO was formed in amorphous form or very small crystal size.

도 2는 제조예 2에 의해 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물 촉매의 염기특성을 확인하기 위해 이산화탄소 승온 탈착 실험(CO2-TPD) 결과를 나타낸 것이다. CeO2(X)-MgO(1-X) 촉매의 몰비에 따라 CO2-TPD 탈착 곡선의 형태가 상이하였으며, 순수한 CeO2 촉매와 CeO2(0.75)-MgO(0.25) 촉매는 탈착 곡선이 잘 발달하지 않은 것으로 나타났다. 표 2는 도 2의 피크면적으로부터 계산된 촉매의 염기양(Basicity)를 나타낸 것이다. CO2-TPD 탈착 곡선으로부터 확인한 결과와 마찬가지로 계산된 염기양은 CeO2(0.5)-MgO(0.5) 촉매 및 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매의 경우 순수한 CeO2 및 MgO 촉매에 비해 큰 염기양을 가지는 것을 알 수 있다. 2 is a graph showing the results of a carbon dioxide elevation desorption experiment to determine the base characteristics of CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) (CO 2 -TPD) results. CeO 2 (X) -MgO (1 -X) was in the form of CO 2 -TPD desorption curve differs depending on the molar ratio of the catalyst, pure CeO 2 catalyst with CeO 2 (0.75) -MgO (0.25 ) the catalyst is well-desorption curve But not developed. Table 2 shows the basicity of the catalyst calculated from the peak area in FIG. Similar to the results of the CO 2 -TPD desorption curve, the calculated amounts of base were larger than those of pure CeO 2 and MgO catalysts for CeO 2 (0.5) -MgO (0.5) and CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) It can be seen that it has an amount.

촉매catalyst 염기양(Basicity)
(μmol-CO2/g-catalyst)
Basicity
(μmol-CO 2 / g-catalyst)
CeO2 CeO 2 14.2 14.2 CeO2(0.75)-MgO(0.25) CeO 2 (0.75) -MgO (0.25 ) 15.1 15.1 CeO2(0.5)-MgO(0.5) CeO 2 (0.5) -MgO (0.5 ) 33.5 33.5 CeO2(0.25)-MgO(0.75) CeO 2 (0.25) -MgO (0.75 ) 42.5 42.5 MgOMgO 27.9 27.9

제조예 3 : 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물이 담지된 세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드 (M/CeOPreparation Example 3 Preparation of Cerium Oxide-Magnesium Oxide Supported with Alkali or Alkaline Earth Metal Oxide (M / CeO 22 (0.25)-MgO(0.75) (M = Li(0.25) -MgO (0.75) (M = Li 22 O, KO, K 22 O, CsO, Cs 22 O, BaO 및 SrO) 촉매의 제조O, BaO and SrO) catalysts

제조예 2에 의해 제조된 세륨 옥사이드와 마그네슘 옥사이드의 몰비가 1:3인 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물을 담체로 다양한 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 (Li2O, K2O, Cs2O, BaO 및 SrO)이 담지된 촉매의 제조법은 다음과 같다.Preparation Example 2 with a molar ratio of cerium oxide and magnesium oxide, 1 prepared by: 3 or CeO 2 (0.25) -MgO (0.75 ) different alkali or alkaline earth metal oxide to the composite metal oxide as a support (Li 2 O, K 2 O , Cs 2 O, BaO, and SrO) is carried as follows.

알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물의 전구체로는 리튬 나이트레이트(LiNO3), 칼륨 나이트레이트(KNO3), 스트론튬 나이트레이트(Sr(NO3)2), 세슘 나이트레이트(CsNO3), 및 바륨 나이트레이트(Ba(NO3)2)를 사용하였다. 촉매 제조는 담지되는 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물이 담체인 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물에 대해 3 중량%(중량%)가 담지 될 수 있도록 해당하는 양만큼 적정하여 증류수에 용해시킨다. 전구체가 완전히 용해되면 미리 제조한 적정량의 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물을 해당 비커에 넣은 후 단순 함침법에 의해 함침하였다. 이후, 100 ℃에서 12시간 동안 건조시킨뒤, 500 ℃의 온도까지 분당 5 ℃로 승온한 뒤 3 시간동안 유지하여 소성한다. 이렇게 제조된 촉매를 M/CeO2(0.25)-MgO(0.75)라 명명 하였으며, 여기서 M은 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물에 담지되는 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 (Li2O, K2O, Cs2O, BaO 및 SrO)로 표기하였다.
As the alkali or alkaline earth metal oxide precursors include lithium nitrate (LiNO 3), potassium nitrate (KNO 3), strontium nitrate (Sr (NO 3) 2) , cesium nitrate (CsNO 3), and barium nitrate ( Ba (NO 3 ) 2 ) was used. The preparation of the catalyst is carried out by dissolving the supported alkali or alkaline earth metal oxide in the distilled water in an amount corresponding to 3 wt% (wt%) so that the supported CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) composite metal oxide is supported on the carrier . When the precursor was completely dissolved, a predetermined amount of CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) composite metal oxide prepared in advance was placed in the beaker and impregnated by a simple impregnation method. Thereafter, after drying at 100 ° C for 12 hours, the temperature is raised to 5 ° C per minute to 500 ° C, and the mixture is maintained for 3 hours. The catalyst thus prepared was named M / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75), where M is an alkali or alkaline earth metal oxide (Li 2 O) supported on a CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) K 2 O, Cs 2 O, BaO and SrO).

제조예 4 : 다양한 함량의 리튬 옥사이드가 담지된 세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드 (LiPREPARATION EXAMPLE 4 Preparation of Lithium Oxide-loaded Cerium Oxide-Magnesium Oxide (Li 22 O(X)/CeOO (X) / CeO 22 (0.25)-MgO(0.75) (X = 0, 3, 5, 7 및 9 중량%(wt%)) 촉매의 제조 (0.25) -MgO (0.75) (X = 0, 3, 5, 7 and 9 wt%

상기 제조예 2에 의해 제조된 세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드 촉매에 다양한 중량비의 리튬 옥사이드가 담지된 촉매 제조 방법은 다음과 같다.A method for preparing a catalyst in which various oxides of lithium oxide are supported on the cerium oxide-magnesium oxide catalyst prepared in Preparation Example 2 is as follows.

먼저 리튬 전구체인 리튬 나이트레이트(LiNO3)를 리튬 옥사이드(Li2O):세륨 옥사이드-마그네슘 옥사이드(CeO2(0.25)-MgO(0.75)) 복합 금속 산화물 담체의 중량비가 0, 3, 5, 7 및 9 중량%가 되도록 비커에 정량하여 증류수에 용해시켰다. 전구체가 완전히 용해되면 상기 전구체 용액에 미리 제조된 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물 담체를 넣어 함침하였다. 이후, 100 ℃에서 12시간 동안 건조시킨뒤, 500 ℃의 온도까지 분당 5 ℃로 승온한 뒤 3 시간동안 유지하여 소성한다. 이렇게 제조된 촉매를 Li2O(X)/CeO2(0.25)-MgO(0.75)라 명명 하였으며, 여기서 X는 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물에 담지되는 리튬 옥사이드(Li2O)의 중량비로 표기하였다.
Lithium nitrate (LiNO 3 ), a lithium precursor, is mixed with lithium oxide (Li 2 O): cerium oxide-magnesium oxide (CeO 2 (0.25) -MgO (0.75)) composite metal oxide carrier at weight ratios of 0, 7 and 9% by weight, and dissolved in distilled water. When the precursor was completely dissolved, a CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) composite metal oxide carrier prepared in advance was impregnated into the precursor solution. Thereafter, after drying at 100 ° C for 12 hours, the temperature is raised to 5 ° C per minute to 500 ° C, and the mixture is maintained for 3 hours. The catalyst thus prepared was named Li 2 O (X) / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) where X is lithium oxide (Li 2 O) supported on a CeO 2 (0.25) O).

실시예 1: MO-MgO (MO = YExample 1: Preparation of MO-MgO (MO = Y 22 OO 33 , CeO, CeO 22 , ZrO, ZrO 22 및 ZnO) 촉매의 반응 실험 And ZnO) catalyst

상기 제조예 1에 의해 제조된 다양한 복합 금속 산화물을 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응을 수행하였다.Dimethyl carbonate production reaction was carried out from methanol and ethylene carbonate using various composite metal oxides prepared in Preparation Example 1.

반응장치는 회분식 반응장치를 사용하였으며, 반응조건은 110 ℃, 10 bar에서 3 시간동안 400 rpm으로 교반하면서 진행하였다. 반응기내 촉매는 제조예 1에 의해 제조된 복합 금속 산화물 촉매를 1g 넣어주었으며, 반응물인 메탄올과 에틸렌카보네이트의 몰비는 6:1로 메탄올을 과량 넣어주었다. 기체크로마트그래피를 이용하여 내부표준법으로 생성물을 검출하기 위해 내부표준물질인 에틸벤젠을 1ml 주입하였다. 반응압력은 이산화탄소 가스를 통해 조절하였으며, 반응전 이산화탄소를 통해 여러차례 반응기 내부 가스를 퍼지시켜 주었다. 반응 후 생성되는 생성물은 필터링을 거쳐 촉매를 제거한 후 기체크로마토그래피 장비(HP 5890 II, FID)를 통하여 분석하였다. 반응 후 반응물의 전환율 및 디메틸카보네이트의 수율은 아래의 식을 통해 계산하였다.
The reactor was a batch reactor, and the reaction was carried out at 110 ° C and 10 bar for 3 hours with stirring at 400 rpm. The catalyst in the reaction vessel was charged with 1 g of the composite metal oxide catalyst prepared in Preparation Example 1, and methanol was added in an excess amount of methanol and ethylene carbonate at a molar ratio of 6: 1 as a reactant. In order to detect the product by internal standard method using gas chromatography, 1 ml of ethylbenzene as an internal standard was injected. The reaction pressure was controlled by carbon dioxide gas, and the gas inside the reactor was purged several times through the carbon dioxide before the reaction. After the reaction, the product was filtered and the catalyst was removed and analyzed by gas chromatography equipment (HP 5890 II, FID). The conversion of the reaction product and the yield of dimethyl carbonate after the reaction were calculated by the following formula.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013074262188-pat00001
Figure 112013074262188-pat00001

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112013074262188-pat00002
Figure 112013074262188-pat00002

도 3은 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 MO-MgO (MO = Y2O3, CeO2, ZrO2 및 ZnO) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트의 제조 반응실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다. 비교를 위해 단일 금속 산화물인 마그네슘 옥사이드(MgO)를 또한 제조하여 반응실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. ZnO-MgO, ZrO2-MgO 및 Y2O3-MgO 복합 금속 산화물의 경우 단일 금속 산화물인 MgO에 비해 촉매의 성능향상이 나타나지 않았던 반면에 CeO2-MgO 촉매의 경우 9.87 %의 디메틸 카보네이트 수율을 보이면서 MgO를 사용한 반응실험에 비해 우수한 활성을 보였다.
FIG. 3 is a graph showing the results of experiments for the production of dimethyl carbonate from methanol and ethylene carbonate using MO-MgO (MO = Y 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 and ZnO) catalysts prepared in Production Example 1 of the present invention The results are shown. For comparison, a single metal oxide, magnesium oxide (MgO), was also prepared and a reaction experiment was conducted. The results are shown in FIG. In the case of ZnO-MgO, ZrO 2 -MgO and Y 2 O 3 -MgO composite metal oxides, the catalyst performance was not improved as compared with MgO, which is a single metal oxide, whereas the yield of dimethyl carbonate was 9.87% for CeO 2 -MgO catalyst And showed excellent activity compared to the reaction experiment using MgO.

실시예 2: CeOExample 2: Preparation of CeO 22 (X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 촉매의 반응 실험(X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0)

상기 제조예 2에 의해 제조된 다양한 몰비를 갖는 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응을 수행하였다. 실험 방법 및 반응 조건은 실시예 1과 동일하게 진행하였으며 반응 결과를 도 4에 나타내었다.CeO 2 (X) -MgO (1-X) having various molar ratios prepared according to Preparation Example 2, (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) composite metal oxide catalyst was used to carry out a dimethyl carbonate production reaction from methanol and ethylene carbonate. The experimental method and reaction conditions were the same as in Example 1, and the reaction results are shown in FIG.

제조된 복합 금속 산화물 촉매 중 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매가 10.15 %의 디메틸카보네이트 수율을 보여 가장 우수한 활성을 나타냈으며, 이는 실시예 1에 의해 제조된 세륨 옥사이드와 마그네슘 옥사이드의 몰비가 1:1인 CeO2(0.5)-MgO(0.5) 촉매보다도 우수한 반응 활성을 보였다. 위 결과로부터 다양한 몰비를 갖는 CeO2(X)-MgO(1-X) 촉매에서 가장 적합한 세륨 옥사이드와 마그네슘 옥사이드의 몰비를 선정할 수 있었다. The CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) catalyst among the prepared composite metal oxide catalysts exhibited the most excellent activity with a yield of dimethyl carbonate of 10.15%, indicating that the molar ratio of cerium oxide and magnesium oxide prepared in Example 1 was 1: 1 CeO 2 (0.5) showed -MgO excellent reaction activity than the (0.5) catalyst. From the above results, it was possible to select the most suitable cerium oxide and magnesium oxide molar ratio in CeO 2 (X) -MgO (1-X) catalysts with various molar ratios.

촉매의 염기특성이 반응활성에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 CO2-TPD를 통해 얻은 촉매 염기특성과 반응활성과의 관계를 도 5에 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 촉매의 염기특성이 증가함에 따라 반응활성도 함께 증가하는 경향을 관찰할 수 있었다. 에틸렌카보네이트와 메탄올로부터 디메틸카보네이트 제조 메커니즘에서 촉매의 루이스 염기점에 의해 메탄올이 메톡사이드 이온을 형성하며, 이후 연쇄 반응에 의해 디메틸카보네이트와 에틸렌글리콜이 생성된다. 따라서, 촉매의 염기양이 증가함에 따라 더 많은 메톡사이드 이온이 형성되고, 이로부터 디메틸카보네이트의 수율이 향상된다. 따라서 촉매의 염기 특성이 반응활성에 매우 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있으며 제조된 CeO2(X)-MgO(1-X) (X = 0, 0.25, 0.5, 0.75 및 1.0) 복합 금속 산화물 촉매 중 염기양이 가장 큰 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매가 가장 우수한 반응활성을 보이는 것을 알 수 있었다.
FIG. 5 shows the relationship between the catalytic base characteristics obtained through CO 2 -TPD and the reaction activity in order to examine the effect of the base characteristics of the catalyst on the reaction activity. As can be seen from the figure, the reaction activity tends to increase with the increase of the basicity of the catalyst. In the mechanism of the production of dimethyl carbonate from ethylene carbonate and methanol, the methanol forms methoxide ions by the Lewis base point of the catalyst, and then dimethyl carbonate and ethylene glycol are produced by the chain reaction. Thus, as the amount of base in the catalyst is increased, more methoxide ions are formed, thereby improving the yield of dimethyl carbonate. Therefore, it can be seen that the base properties of the catalyst have a very important effect on the reaction activity. The prepared CeO 2 (X) -MgO (1-X) (X = 0, 0.25, 0.5 , 0.75 and 1.0), complex metal oxide catalysts of the base amount is the largest CeO 2 (0.25) -MgO (0.75 ) the catalyst was found to exhibit the most excellent catalytic activity.

실시예 3: M/CeOExample 3: M / CeO 22 (0.25)-MgO(0.75) (M = Li(0.25) -MgO (0.75) (M = Li 22 O, KO, K 22 O, CsO, Cs 22 O, BaO 및 SrO) 촉매의 반응 실험O, BaO and SrO) catalysts

상기 제조예 3에 의해 제조된 다양한 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물이 담지된 M/CeO2(0.25)-MgO(0.75) (M = Li2O, K2O, Cs2O, BaO 및 SrO) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응을 수행하였다. 실험 방법 및 반응 조건은 실시예 1과 동일하게 진행하였으며 반응 결과를 도 6에 나타내었다. The various alkali and alkaline earth metal oxide prepared by the Preparation Example 3 carrying the M / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) (M = Li 2 O, K 2 O, Cs 2 O, BaO , and SrO) catalyst Dimethylcarbonate production reaction was carried out from methanol and ethylene carbonate. The experimental method and reaction conditions were the same as in Example 1, and the reaction results are shown in FIG.

제조된 촉매 중 Li2O/CeO2(0.25)-MgO(0.75) 및 K2O/CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매는 CeO2(0.25)-MgO(0.75)에 비해서 우수한 활성을 보였다. 특히 Li2O/CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매는 디메틸카보네이트 수율이 10.68 %로 가장 우수한 반응 활성을 보였다. 상기 결과를 토대로 CeO2(0.25)-MgO(0.75) 복합 금속 산화물에 담지할 알칼리 및 알칼리 토금속으로 리튬 옥사이드(Li2O)를 선정하였다.
Among the prepared catalysts, Li 2 O / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) and K 2 O / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) catalysts exhibited superior activity compared to CeO 2 (0.25) -MgO It looked. In particular, the Li 2 O / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) catalyst showed the most excellent reaction activity with a yield of dimethyl carbonate of 10.68%. Based on the above results, lithium oxide (Li 2 O) was selected as an alkali and alkaline earth metal to be supported on CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) composite metal oxide.

실시예 4: LiExample 4: Preparation of Li 22 O(X)/CeOO (X) / CeO 22 (0.25)-MgO(0.75) (X = 0, 3, 5, 7 및 9 중량%(wt%)) 촉매의 반응 실험(0.25) -MgO (0.75) (X = 0, 3, 5, 7 and 9 wt%

상기 제조예 4에 의해 제조된 다양한 함량의 리튬 옥사이드가 담지된 Li2O(X)/CeO2(0.25)-MgO(0.75) (X = 0, 3, 5, 7 및 9 중량%) 촉매를 이용하여 메탄올과 에틸렌카보네이트로부터 디메틸카보네이트 제조 반응을 수행하였다. 실험 방법 및 반응 조건은 실시예 1과 동일하게 진행하였으며 반응 결과를 도 7에 나타내었다.(X = 0, 3, 5, 7 and 9% by weight) catalysts prepared by the preparation example 4 and having various contents of lithium oxide supported thereon Li 2 O (X) / CeO 2 (0.25) Dimethylcarbonate production reaction was carried out from methanol and ethylene carbonate. The experimental method and reaction conditions were the same as in Example 1, and the results of the reaction are shown in FIG.

제조된 촉매에 리튬 옥사이드의 함량이 7 중량%까지 증가함에 따라 반응활성이 점차 증가하는 경향을 보이다가 9 중량%상의 리튬 옥사이드가 담지되면 오히려 반응활성이 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 이는 적정량의 리튬 옥사이드가 도입되었을 경우, 리튬 옥사이드가 활성점으로 작용하여 촉매의 반응활성을 향상시키는 역할을 하나, 과량의 리튬 옥사이드가 도입될 경우에는 리튬 옥사이드 금속간의 소결현상으로 인해 더 이상 활성을 향상시키지 못하고 오히려 담체의 활성점에 자리하여 활성을 억제하기 때문으로 판단된다. 따라서 제조된 촉매 중 적정량의 리튬 옥사이드가 담지된 Li2O(7)/CeO2(0.25)-MgO(0.75) 촉매에서 반응활성이 가장 우수한 것으로 나타났다. As the content of lithium oxide increases to 7 wt% in the prepared catalyst, the reaction activity tends to gradually increase. On the other hand, when 9 wt% of lithium oxide is supported, the reaction activity decreases. When an adequate amount of lithium oxide is introduced, lithium oxide acts as an active site to improve the reaction activity of the catalyst. However, when excess lithium oxide is introduced, it is no longer active due to sintering between the lithium metal oxides But rather is located at the active site of the carrier and inhibits its activity. Therefore, Li 2 O (7) / CeO 2 (0.25) -MgO (0.75) catalyst with the optimum amount of lithium oxide supported catalyst showed the best reaction activity.

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

Claims (5)

삭제delete 삭제delete ⅰ)산화세륨 전구체 및 산화 마그네슘 전구체 용액에 옥살산을 첨가하여 침전물을 형성하는 단계;
ⅱ)결정 성장을 위하여 침전물을 5 내지 24 시간 동안 숙성하는 단계;
ⅲ)상기 침전물을 여과, 세척 및 건조한 후 300 내지 800 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하여 복합 금속 산화물을 제조하는 단계;
ⅳ)리튬, 칼륨, 세슘, 바륨 및 스트론튬으로 이루어진 군에서 선택된 1 종이상의 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체를 증류수에 용해한 알칼리 또는 알칼리 토금속 전구체 용액에 상기 복합 금속 산화물을 함침하는 단계 및;
ⅴ)알칼리 또는 알칼리 토금속이 담지된 복합 금속 산화물 촉매를 70 내지 120 ℃에서 건조한 후 300 내지 700 ℃의 온도에서 3 내지 12 시간 동안 소성하는 단계를 포함한 복합 금속산화물 담지 촉매 제조방법.
I) adding oxalic acid to a cerium oxide precursor and a magnesium oxide precursor solution to form a precipitate;
Ii) aging the precipitate for crystal growth for 5 to 24 hours;
Iii) filtering, washing and drying the precipitate, and calcining the precipitate at a temperature of 300 to 800 ° C. for 3 to 12 hours to produce a composite metal oxide;
Iv) impregnating the composite metal oxide with an alkali or alkaline earth metal precursor solution in which one or more alkali or alkaline earth metal precursors selected from the group consisting of lithium, potassium, cesium, barium and strontium are dissolved in distilled water;
And (v) drying the composite metal oxide catalyst having an alkali or alkaline earth metal supported thereon at 70 to 120 ° C. and then calcining the catalyst at a temperature of 300 to 700 ° C. for 3 to 12 hours.
제3항에 있어서,
상기 금속 산화물 전구체 또는 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 전구체는 나이트레이트계, 클로라이드계, 브로마이드계, 아세테이트계, 및 아세틸아세토네이트계로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 금속산화물 담지 촉매 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the metal oxide precursor or the alkaline or alkaline earth metal oxide precursor is at least one selected from the group consisting of nitrate, chloride, bromide, acetate, and acetylacetonate.
삭제delete
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