KR101821182B1 - Catalyst for hydrodeoxygenation and method for preparing biofuel using the same - Google Patents

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Abstract

본 명세서에는 함산소 탄화수소 화합물을 포함하는 바이오매스로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하기 위한 수첨탈산소 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오연료의 제조방법이 개시된다. 상기 수첨탈산소 반응용 촉매는 루테늄(Ru) 및 레늄(Re) 이원금속이 담지된 담체를 포함하고, 바이오매스 유래 함산소 탄화수소 화합물로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 고수율로 제조할 수 있는 효과가 있다.Disclosed herein is a catalyst for hydrocracking reaction for producing a deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass containing an oxygen-containing hydrocarbon compound, a process for producing the catalyst, and a process for producing a biofuel using the same. The catalyst for hydrocracking reaction includes a carrier on which ruthenium (Ru) and rhenium (Re) bimetallic metals are supported, and is capable of producing a deoxygenated hydrocarbon compound from the biomass-derived oxygen-oxygen hydrocarbon compound in a high yield .

Description

수첨탈산소 반응용 촉매 및 이를 이용한 바이오연료의 제조방법{CATALYST FOR HYDRODEOXYGENATION AND METHOD FOR PREPARING BIOFUEL USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a catalyst for hydrothermal reaction and a method for producing biofuel using the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 명세서에는 수첨탈산소 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오연료의 제조방법이 개시된다.The present invention discloses a catalyst for hydrocracking, a method for producing the same, and a method for producing a biofuel using the same.

최근 화석연료의 고갈과 기후변화협약 이행 강화 등으로 인해 지속가능한 에너지원인 바이오매스를 탄소자원으로 활용하는 기술에 대한 관심이 급증하고 있다. 기존의 1세대 바이오연료인 바이오에탄올의 경우, 식용작물인 옥수수, 사탕수수 등을 원료로 사용하여 곡물 가격을 상승시키는 부작용을 가져와, 최근에는 이런 문제점을 해결하기 위해 폐목재, 생물 부산물 등의 비식용 바이오매스를 활용하는 기술에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. Recently, there is a growing interest in technologies that utilize biomass as sustainable energy source as a carbon resource due to the depletion of fossil fuels and the implementation of the Convention on Climate Change. In the case of bioethanol, the first-generation biofuel, corn and sugar cane, which are edible crops, are used as raw materials to raise the price of grain. In recent years, in order to solve these problems, R & D on technologies utilizing edible biomass is actively under way.

주로 셀룰로오스로 구성된 식용 바이오매스와 구별되는 목질계 바이오매스는 셀룰로오스(40-80%)와 더불어 헤미셀룰로오스(15-30%), 리그닌(10-25%)으로 구성되어 있다. 이 중 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스는 생물 공정을 통한 바이오에탄올 등의 연료 생산을 위한 원료로 활용이 가능하나 리그닌은 무작위 페놀고분자로서 바이오에탄올 생산 공정 후 부산물로 폐기되고 있어 목질계 바이오에탄올 생산 공정의 경제성 향상을 위해 이를 활용할 방법을 찾는 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.The woody biomass, which is distinguished from edible biomass mainly composed of cellulose, is composed of cellulose (40-80%), hemicellulose (15-30%) and lignin (10-25%). Among them, cellulose and hemicellulose can be used as raw materials for fuel production such as bioethanol through biological processes, but since lignin is a random phenol polymer, it is discarded as a by-product after the production process of bioethanol, thereby improving economical efficiency of production process of woody bioethanol Research and development are being actively pursued to find ways to utilize this technology.

리그닌은 산소를 함유한 방향족 고리의 다양한 탄소-탄소 혹은 탄소-산소 결합으로 구성된 복잡한 3차원 고분자체 구조를 가지고 있으며, 리그닌의 고분자 구조를 깨드려 다양한 연료 및 화학제품으로 활용될 수 있는 방향족 단량체로 전환하는 기술이 전세계적으로 연구되고 있다. 이러한 리그닌 분해 기술로는 열분해, 초임계 유체 액화, 화학촉매 분해, 가스화 등이 있으며, 이러한 화학 분해 기술로 획득되어지는 리그닌 유래 액체 화합물의 경우, 산소를 함유한 방향족 탄화수소 화합물로 구성되어 있다. 이러한 리그닌 분해 산물의 함산소 탄화수소 화합물들을 가솔린, 디젤, 항공유 등의 수송용 연료로 활용하기 위해 수첨탈산소 반응을 통해 선택적으로 산소를 제거해 탈산소 방향족 탄화수소 혹은 고리형 탄화수소로 업그레이딩하는 수첨탈산소 공정이 많은 각광을 받고 있다. 이에 리그닌 유래 함산소 탄화수소 화합물을 고수율로 안정적으로 탈산소 탄화수소 화합물로 전환하는 수첨탈산소 반응용 촉매의 개발을 필요로 하고 있다.Lignin has a complex three-dimensional structure of a three-dimensional polymer structure composed of various carbon-carbon or carbon-oxygen bonds of oxygen-containing aromatic rings. It is an aromatic monomer that can break the polymer structure of lignin and be used as various fuels and chemicals. The technology of switching is being studied all over the world. Such lignin decomposition techniques include pyrolysis, supercritical fluid liquefaction, chemical catalytic cracking, and gasification. In the case of a lignin-derived liquid compound obtained by such a chemical decomposition technique, it is composed of an aromatic hydrocarbon compound containing oxygen. In order to utilize the oxygenated hydrocarbon compounds of the lignin decomposition product as a fuel for transporting gasoline, diesel, and aviation oil, oxygen is selectively removed through a hydrocracking reaction, and oxygen is removed from the oxygen-containing aromatic hydrocarbon or cyclic hydrocarbon, The process is receiving much attention. Therefore, there is a need to develop a catalyst for hydrocracking reaction in which a lignin-derived oxygen hydrocarbon compound is stably converted into a deoxygenated hydrocarbon compound at a high yield.

한국 공개특허공보 제10-2014-0095005호Korean Patent Publication No. 10-2014-0095005

일 측면에서, 본 명세서는 바이오매스 유래 함산소 탄화수소 화합물로부터 고수율의 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하기 위한 수첨탈산소 반응용 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.In one aspect, the present invention aims to provide a catalyst for hydrocracking oxygen reaction for producing a high-yield deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass-derived oxygen-oxygen hydrocarbon compound.

다른 측면에서, 본 명세서는 높은 탈산소 활성과 고안정성을 갖는 상기 수첨탈산소 반응용 촉매를 이용하여 바이오매스에서 유래한 함산소 탄화수소 화합물로부터 수첨탈산소 반응을 통해 고수율의 무산소 탄화수소 화합물을 제조하는 바이오연료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In another aspect, the present invention relates to a process for producing a high-yield oxygen-free hydrocarbon compound from a hydrogen-oxygen hydrocarbon compound derived from biomass using a catalyst for hydrocracking oxygen reaction having a high deoxidization activity and a high stability, And a method for producing the biofuel.

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 담체; 및 상기 담체에 담지된 루테늄(Ru) 및 레늄(Re) 이원금속을 포함하는 수첨탈산소 반응용 촉매를 제공한다.In one aspect, the techniques disclosed herein include a carrier; And ruthenium (Ru) and rhenium (Re) bimetallic metals supported on the carrier.

예시적인 일 구현예에서, 상기 담체는 카본, 타이타니아, 지르코니아, 알루미나, 또는 실리카 담체인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the carrier may be carbon, titania, zirconia, alumina, or a silica carrier.

예시적인 일 구현예에서, 상기 루테늄 금속 함량은 담체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 담지된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the ruthenium metal content may be 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier.

예시적인 일 구현예에서, 상기 레늄 금속 함량은 루테늄 금속 대비 0.1 내지 0.7의 몰비로 담지된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the rhenium metal content may be supported at a molar ratio of 0.1 to 0.7 relative to the ruthenium metal.

다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 수첨탈산소 반응용 촉매의 제조방법으로서, 담체에 루테늄 및 레늄 이원금속을 담지시킨 촉매를 수소 흐름 하에서 150 내지 350 ℃에서 환원시키는 단계를 포함하는 수첨탈산소 반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the technique disclosed in the present specification is a method for producing the catalyst for hydrocracking oxygen reaction, comprising the step of reducing a catalyst having ruthenium and rhenium binary metal supported on a carrier at 150 to 350 DEG C under a hydrogen flow, A method for producing a catalyst for an oxygen reaction is provided.

다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 수첨탈산소 반응용 촉매를 이용하여 함산소 탄화수소 화합물을 포함하는 바이오매스로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 바이오연료의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the technique disclosed in this specification provides a method for producing a biofuel comprising the step of producing a deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass containing an oxygen-containing hydrocarbon compound using the catalyst for hydrocracking reaction.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물은 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound may include at least one selected from the group consisting of a guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether.

예시적인 일 구현예에서, 상기 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르는 목질계 바이오매스의 열분해 오일에서 얻어진 리그닌 단량체인 것일 수 있다.In one exemplary embodiment, the guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether may be lignin monomers obtained from pyrolysis oils of woody biomass.

예시적인 일 구현예에서, 상기 탈산소 탄화수소 화합물은 사이클로헥산(C6H12) 및 알킬화된 사이클로헥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the deoxygenated hydrocarbon compound may be at least one selected from the group consisting of cyclohexane (C 6 H 12 ) and alkylated cyclohexane.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응은 200 내지 350 ℃의 온도에서 진행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydropathic oxygenation reaction may be conducted at a temperature of 200 to 350 < 0 > C.

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 바이오매스 유래 함산소 탄화수소 화합물로부터 고수율의 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하기 위한 수첨탈산소 반응용 촉매를 제공하는 효과가 있다.In one aspect, the technique disclosed in this specification has an effect of providing a catalyst for hydrocracking oxygen reaction for producing a deoxidized hydrocarbon compound in high yield from a biomass-derived oxygen-hydrocarbon compound.

다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 높은 탈산소 활성과 고안정성을 갖는 상기 수첨탈산소 반응용 촉매를 이용하여 바이오매스에서 유래한 함산소 탄화수소 화합물로부터 수첨탈산소 반응을 통해 고수율의 무산소 탄화수소 화합물을 제조하는 바이오연료의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.In another aspect, the technique disclosed in the present specification uses a catalyst for hydrocracking oxygen reaction having high deoxidizing activity and high stability to produce a high yield of oxygen-free hydrocarbons from hydrocarbons derived from biomass, There is an effect of providing a method for producing a biofuel for producing a compound.

도 1은 본 명세서의 일 실험예에 따른 루테늄-레늄 이원금속 수첨탈산소 반응용 촉매의 TEM 및 STEM-EDX 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실험예에 따른 루테늄-레늄 이원금속 수첨탈산소 반응용 촉매의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
FIG. 1 shows the results of TEM and STEM-EDX analysis of a catalyst for hydrogenation of ruthenium-rhenium binary metal according to an experimental example of the present invention.
FIG. 2 shows the results of XPS analysis of a catalyst for hydrogenation of ruthenium-rhenium binary metal according to an experimental example of the present invention.

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

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 바이오매스 유래 함산소 탄화수소 화합물로부터 고수율의 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하기 위한 수첨탈산소 반응용 촉매로서, 담체; 및 상기 담체에 담지된 루테늄(Ru) 및 레늄(Re) 이원금속을 포함하는 수첨탈산소 반응용 촉매를 제공한다. In one aspect, the technology disclosed herein is a catalyst for hydrocracking oxygenation reaction for producing a high yield deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass-derived oxygen-hydrocarbon compound, comprising: a carrier; And ruthenium (Ru) and rhenium (Re) bimetallic metals supported on the carrier.

상기 촉매는 바이오매스의 수첨탈산소 반응 공정을 촉진시키는 역할을 하여 고수율의 바이오연료를 제조할 수 있는 효과가 있다.The catalyst promotes the hydrocracking of the biomass, thereby producing a high yield biofuel.

예시적인 일 구현예에서, 상기 담체는 카본 담체 또는 금속산화물 담체인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the carrier may be a carbon carrier or a metal oxide carrier.

예시적인 일 구현예에서, 상기 카본 담체는 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 그라핀(Graphene), 활성탄(Activated charcoal), 다공성 카본(Mesoporous Carbon), 카본 섬유(Carbon fiber) 및 카본 나노 와이어(Carbon nano wire)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbon carrier is selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes (CNT), graphite, graphene, activated charcoal, porous carbon, ) And a carbon nanowire (Carbon nano wire).

예시적인 일 구현예에서, 상기 금속산화물 담체는 단일 금속산화물 담체로서, 예컨대 타이타니아, 지르코니아, 알루미나, 또는 실리카의 단일 금속산화물 담체인 것일 수 있다. In an exemplary embodiment, the metal oxide support may be a single metal oxide support, for example a single metal oxide support of titania, zirconia, alumina, or silica.

바람직한 일 구현예에서, 상기 담체는 바이오매스 유래 화합물들이 다량의 수분을 포함하고 있으므로 수분 저항이 강한 고내구성 카본 담체 또는 타이타니아 담체를 사용하는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, it is preferable that the carrier contains a high durable carbon carrier or a titania carrier having high water resistance because the biomass-derived compounds contain a large amount of water.

예시적인 일 구현예에서, 상기 루테늄 금속 함량은 담체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 담지된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 루테늄 금속 함량은 담체 100 중량부를 기준으로 1 내지 8 중량부, 2 내지 6 중량부, 3 내지 5 중량부, 또는 4 내지 5 중량부로 담지된 것이 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율 면에서 우수한 효과를 나타낸다.In an exemplary embodiment, the ruthenium metal content may be 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier. Specifically, the content of the ruthenium metal is 1 to 8 parts by weight, 2 to 6 parts by weight, 3 to 5 parts by weight, or 4 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, And exhibits excellent effects in terms of yield.

예시적인 일 구현예에서, 상기 레늄 금속 함량은 루테늄 금속 대비 0.1 내지 0.7의 몰비로 담지된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 레늄 금속 함량은 루테늄 금속 대비 0.1 내지 0.5의 몰비, 0.2 내지 0.5의 몰비, 또는 0.3 내지 0.5의 몰비로 담지된 것이 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율 면에서 우수한 효과를 나타낸다.In an exemplary embodiment, the rhenium metal content may be supported at a molar ratio of 0.1 to 0.7 relative to the ruthenium metal. Specifically, the content of the rhenium metal is in the range of 0.1 to 0.5 molar ratios, 0.2 to 0.5 molar ratios, or 0.3 to 0.5 molar ratios to the ruthenium metal, showing excellent effects in terms of conversion of guaiacol and yield of completely deoxygenated compounds.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응용 촉매는 수소 흐름 하에서 150 내지 350 ℃에서 환원된 것일 수 있다. 촉매 활성화를 위해 환원 온도는 150 내지 350 ℃, 구체적으로 150 내지 320 ℃, 더욱 구체적으로 150 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 180 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 200 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 220 내지 280 ℃인 것이 높은 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율 면에서 바람직하다.In an exemplary embodiment, the catalyst for hydrocracking reaction may be reduced at 150 to 350 占 폚 under a hydrogen flow. For catalytic activation, the reduction temperature is in the range of 150 to 350 캜, specifically 150 to 320 캜, more specifically 150 to 300 캜, more specifically 180 to 300 캜, more specifically 200 to 300 캜, more specifically 220 to 280 캜 Is preferable from the viewpoints of high conversion of guaiacol and yield of fully deoxygenated compound.

본 명세서에 따른 수첨탈산소 반응용 촉매는, 루테늄 전구체의 수용액을 담체에 함침시키는 단계; 상기 루테늄 금속이 함침된 담체를 소성시키는 단계; 상기 소성시킨 담체에 레늄 전구체의 수용액을 함침시켜 루테늄 및 레늄 이원금속이 담지된 촉매를 제조하는 단계; 및 상기 촉매를 소성시키고 수소 기체 하에서 환원시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. The catalyst for hydrocracking reaction according to the present invention comprises: impregnating a carrier with an aqueous solution of a ruthenium precursor; Calcining the carrier impregnated with the ruthenium metal; Impregnating the sintered carrier with an aqueous solution of a rhenium precursor to prepare a catalyst carrying ruthenium and rhenium binary metal; And calcining the catalyst and reducing it under hydrogen gas.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응용 촉매는, 루테늄 전구체의 수용액을 담체에 함침시키고, 루테늄 금속이 함침된 담체를 100 내지 500 ℃에서 3 내지 8 시간 동안 소성시킨 다음 레늄 전구체의 수용액을 함침시키고, 100 내지 500 ℃에서 3 내지 8 시간 동안 소성시킨 후 수소 기체 하에서 150 내지 350 ℃에서 2 내지 5 시간 동안 환원시키는 단계를 통해 제조될 수 있다. 촉매 활성화를 위해 환원 온도는 150 내지 350 ℃, 구체적으로 150 내지 320 ℃, 더욱 구체적으로 150 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 180 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 200 내지 300 ℃, 더욱 구체적으로 220 내지 280 ℃인 것이 높은 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율 면에서 바람직하다.In an exemplary embodiment, the catalyst for hydrocracking is formed by impregnating a carrier with an aqueous solution of a ruthenium precursor, firing the carrier impregnated with the ruthenium metal at 100 to 500 ° C for 3 to 8 hours, Followed by calcination at 100 to 500 ° C for 3 to 8 hours, and reduction at 150 to 350 ° C for 2 to 5 hours under hydrogen gas. For catalytic activation, the reduction temperature is in the range of 150 to 350 캜, specifically 150 to 320 캜, more specifically 150 to 300 캜, more specifically 180 to 300 캜, more specifically 200 to 300 캜, more specifically 220 to 280 캜 Is preferable from the viewpoints of high conversion of guaiacol and yield of fully deoxygenated compound.

다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 수첨탈산소 반응용 촉매를 이용하여 함산소 탄화수소 화합물을 포함하는 바이오매스로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 바이오연료의 제조방법을 제공한다. 상기 바이오연료의 제조방법은 알코올, 예컨대 에탄올, 부탄올, 프로판올을 수소 공여체로 이용하여 수첨탈산소 반응을 통해 함산소 탄화수소 화합물로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 고수율로 제조할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 공정 경제성이 낮은 고압의 수소 가스 대신 알코올을 수소 공여체로 사용하여 효율성과 더불어 경제성이 높은 이점을 제공한다.In another aspect, the technique disclosed in this specification provides a method for producing a biofuel comprising the step of producing a deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass containing an oxygen-containing hydrocarbon compound using the catalyst for hydrocracking reaction. The method for producing the biofuel has the effect of producing a deoxygenated hydrocarbon compound from a deoxygenated hydrocarbon compound through a hydrocracking reaction using alcohols such as ethanol, butanol, and propanol as a hydrogen donor at a high yield. Therefore, the use of alcohol as a hydrogen donor instead of high-pressure hydrogen gas having low process economy provides an advantage in terms of efficiency as well as economy.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물은 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound may include at least one selected from the group consisting of a guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether.

예시적인 일 구현예에서, 상기 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르는 목질계 바이오매스의 열분해 오일에서 얻어진 리그닌 단량체인 것일 수 있다.In one exemplary embodiment, the guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether may be lignin monomers obtained from pyrolysis oils of woody biomass.

예시적인 일 구현예에서, 상기 탈산소 탄화수소 화합물은 사이클로헥산(C6H12) 및 알킬화된 사이클로헥산(예컨대, 메틸사이클로헥산(CH3C6H11))으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the deoxygenated hydrocarbon compound is one or more selected from the group consisting of cyclohexane (C 6 H 12 ) and alkylated cyclohexane (eg, methylcyclohexane (CH 3 C 6 H 11 )) .

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응은 200 내지 350 ℃의 온도에서 진행되는 것일 수 있다. 상기 반응 온도는 220 내지 350 ℃, 구체적으로 240 내지 350 ℃, 더욱 구체적으로 240 내지 300 ℃인 것이 높은 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율 면에서 바람직하다.In an exemplary embodiment, the hydropathic oxygenation reaction may be conducted at a temperature of 200 to 350 < 0 > C. The reaction temperature is preferably from 220 to 350 ° C, specifically from 240 to 350 ° C, more specifically from 240 to 300 ° C, from the viewpoints of high guaiacol conversion and a complete deoxygenated compound yield.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응은 20 내지 80 bar의 압력에서 진행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydropathic oxygenation reaction may be conducted at a pressure of 20 to 80 bar.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1.Example 1.

활성탄(Activated charcoal) 카본 담체를 오븐에서 120 ℃에서 4 시간 동안 건조한 후, 루테늄 염화물(Ruthenium chloride, RuCl3)의 수용액을 함침시켰다. 루테늄 금속 담지량은 카본 담체에 대하여 4 중량부였다. 루테늄 금속이 함침된 카본 촉매(Ru/C)를 다시 오븐에서 120 ℃에서 4 시간 동안 건조한 후, 과레늄산암모늄(NH4ReO4)의 수용액을 함침시켰다. 레늄 금속 담지량은 루테늄 금속 대비 몰비(Re/Ru)가 0.25가 되도록 조절하였다. 루테늄 금속과 레늄 금속이 함침된 카본 촉매(RuRe/C)를 오븐에서 120 ℃에서 4 시간 동안 건조한 후, 다시 수소 흐름 속에서 250 ℃에서 3 시간 동안 환원시켜 촉매를 제조하였다.Activated charcoal Carbon carrier was dried in an oven at 120 ° C for 4 hours and impregnated with an aqueous solution of ruthenium chloride (RuCl 3 ). The amount of ruthenium metal supported was 4 parts by weight with respect to the carbon carrier. The ruthenium metal-impregnated carbon catalyst (Ru / C) was again dried in an oven at 120 ° C. for 4 hours and then impregnated with an aqueous solution of ammonium perrhenate (NH 4 ReO 4 ). The rhenium metal loading was adjusted so that the molar ratio (Re / Ru) to ruthenium metal was 0.25. The carbon catalyst (RuRe / C) impregnated with a ruthenium metal and a rhenium metal was dried in an oven at 120 ° C. for 4 hours and then reduced again in a hydrogen stream at 250 ° C. for 3 hours to prepare a catalyst.

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 레늄 금속 담지량을 루테늄 금속 대비 몰비(Re/Ru)가 0.5가 되도록 조절하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the molar ratio (Re / Ru) of rhenium metal loaded to ruthenium metal was adjusted to be 0.5.

실시예 3. Example 3.

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 레늄 금속 담지량을 루테늄 금속 대비 몰비(Re/Ru)가 0.75가 되도록 조절하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio (Re / Ru) of the rhenium metal loaded to the ruthenium metal was adjusted to be 0.75.

실시예 4. Example 4.

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 촉매 환원 시 수소 흐름 속에서 150 ℃에서 3 시간 동안 환원시켜 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 2, except that the catalyst was reduced in a hydrogen stream at 150 ° C for 3 hours during the reduction of the catalyst.

실시예 5. Example 5.

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 촉매 환원 시 수소 흐름 속에서 400 ℃에서 3 시간 동안 환원시켜 촉매를 제조하였다.The catalyst was prepared in the same manner as in Example 2 except that the catalyst was reduced in a hydrogen stream at 400 ° C. for 3 hours during the reduction of the catalyst.

실시예 6. Example 6.

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 카본 담체 대신 타이타니아(TiO2) 담체를 사용하였고, 타이타니아 담체는 루테늄 금속 함침 전에 공기 분위기 하에서 500 ℃에서 4 시간 동안 소성시켰다. 또한, 레늄 금속 함침 후에도 공기 분위기 하에서 300 ℃에서 4 시간 동안 소성시킨 후, 수소 흐름 속에서 250 ℃에서 3 시간 동안 환원시켜 촉매(RuRe/TiO2)를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 2 except that a titania carrier (TiO 2 ) was used in place of the carbon carrier, and the titania carrier was calcined at 500 ° C. for 4 hours in an air atmosphere before ruthenium metal impregnation. After rhenium metal impregnation, the catalyst was calcined at 300 ° C for 4 hours in an air atmosphere, and then reduced at 250 ° C for 3 hours in a hydrogen stream to prepare a catalyst (RuRe / TiO 2 ).

비교예Comparative Example 1 내지 5.  1 to 5.

카본 담체에 담지된 루테늄 촉매(Ru/C, Sigma Aldrich사 제품)를 비교예 1의 촉매로 사용하였다.A ruthenium catalyst (Ru / C, manufactured by Sigma Aldrich) supported on a carbon carrier was used as the catalyst of Comparative Example 1.

또한, 알루미나 담체에 담지된 루테늄 촉매(Ru/Al2O3, Sigma Aldrich사 제품)를 비교예 2의 촉매로 사용하였다.Further, a ruthenium catalyst (Ru / Al 2 O 3 , manufactured by Sigma Aldrich) supported on an alumina support was used as a catalyst of Comparative Example 2.

또한, 제올라이트 H-Beta(Zeolyst사 제품, CP814C)에 루테늄 염화물(Ruthenium chloride, RuCl3)의 수용액을 함침시켜 촉매(Ru/H-Beta)를 제조하여 비교예 3의 촉매로 사용하였다.The catalyst (Ru / H-Beta) was prepared by impregnating an aqueous solution of ruthenium chloride (RuCl 3 ) with zeolite H-Beta (CP814C manufactured by Zeolyst)

또한, 다른 귀금속 촉매로 카본 담체에 담지된 팔라듐 촉매(Pd/C, Sigma Aldrich사 제품)를 비교예 4의 촉매로 사용하였다.In addition, a palladium catalyst (Pd / C, manufactured by Sigma Aldrich) supported on a carbon carrier with another noble metal catalyst was used as the catalyst of Comparative Example 4.

또한, 비귀금속 촉매로 카본 담체에 니켈 염화물(Nickel chloride, NiCl2)의 수용액을 함침시켜 촉매(Ni/C)를 제조하여 비교예 5의 촉매로 사용하였다.Also, a catalyst (Ni / C) was prepared by impregnating a carbon carrier with an aqueous solution of nickel chloride (NiCl 2 ) as a non-noble metal catalyst, and used as a catalyst of Comparative Example 5.

상기 비교예 1 내지 5의 각 촉매의 금속의 담지량은 담체에 대하여 5 중량부였다. 비교예 1 내지 4의 촉매의 경우, 수소 흐름 속에서 300 ℃에서 3 시간 동안 환원시킨 후 반응을 위해 사용하였으며, 비교예 5의 촉매의 경우, 수소 흐름 속에서 450 ℃에서 3 시간 동안 환원시킨 후 반응을 위해 사용하였다.The amount of metal supported on each catalyst of Comparative Examples 1 to 5 was 5 parts by weight based on the carrier. In the case of the catalysts of Comparative Examples 1 to 4, the catalysts were reduced in a hydrogen stream at 300 ° C for 3 hours and used for the reaction. In the case of the catalyst of Comparative Example 5, the catalysts were reduced in a hydrogen stream at 450 ° C for 3 hours Were used for the reaction.

비교예 6. Comparative Example 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 4 중량부의 루테늄이 카본 담체에 담지된 촉매(Ru/C)를 제조하였다. 이후, 건조된 Ru/C 촉매에 몰리브데넘산암모늄((NH4)6Mo7O24)의 수용액을 함침시켰다. 몰리브덴 금속의 담지량은 루테늄 금속 대비 몰비(Mo/Ru)가 0.1이 되도록 조절하였다. 루테늄과 몰리브덴이 담지된 카본 촉매(RuMo/C)를 오븐에서 120 ℃에서 4 시간 동안 건조한 후, 다시 수소 흐름 속에서 250 ℃에서 3 시간 동안 환원시킨 후 수첨탈산소 반응을 위해 사용하였다.A catalyst (Ru / C) in which 4 parts by weight of ruthenium was supported on a carbon support was prepared in the same manner as in Example 1 above. Thereafter, the dried Ru / C catalyst was impregnated with an aqueous solution of ammonium molybdate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ). The amount of molybdenum metal supported was controlled so that the molar ratio (Mo / Ru) to the ruthenium metal was 0.1. The ruthenium-molybdenum-loaded carbon catalyst (RuMo / C) was dried in an oven at 120 ° C for 4 hours, then reduced again in a hydrogen stream at 250 ° C for 3 hours and then used for hydrocracking.

비교예 7. Comparative Example 7

상기 비교예 6과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 건조된 Ru/C 촉매에 텅스텐산암모늄((NH4)10W12O42)의 수용액을 함침시켰다. 텅스텐 금속의 담지량은 루테늄 금속 대비 몰비(W/Ru)가 0.1이 되도록 조절하여 루테늄과 텅스텐이 담지된 카본 촉매(RuW/C)를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 6 except that the dried Ru / C catalyst was impregnated with an aqueous solution of ammonium tungstate ((NH 4 ) 10 W 12 O 42 ). The ruthenium-tungsten-loaded carbon catalyst (RuW / C) was prepared by adjusting the molar ratio (W / Ru) of tungsten metal to ruthenium metal to 0.1.

비교예Comparative Example 8.  8.

상기 비교예 7과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 텅스텐 금속의 담지량은 루테늄 금속 대비 몰비(W/Ru)가 0.5가 되도록 조절하여 루테늄과 텅스텐이 담지된 카본 촉매(RuW/C)를 제조하였다.The catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 7 except that the amount of tungsten metal supported was adjusted to 0.5 (W / Ru) relative to that of ruthenium metal to prepare a ruthenium-tungsten supported carbon catalyst (RuW / C).

실험예 1. 다양한 촉매에 따른 수첨탈산소 반응Experimental Example 1. Hydrophobic Oxygen Reaction with Various Catalysts

구아이아콜의 수첨탈산소 반응을 수행하기 위하여, 160 mL 크기의 회분식 반응기를 사용하였다. 상기 실시예 2와 비교예 1 내지 7에서 제조된 촉매 각각(0.1 g)을 반응기에 투입하고, 2-프로판올(24 mL)과 혼합된 0.1 M의 구아이아콜을 반응기에 투입하였다. 이후 질소 기체를 20 bar까지 채우고 반응기에 부착된 임펠러를 500 rpm으로 작동시켜 교반시키면서 200 ℃까지 반응 온도를 높였다. 반응 온도에 도달한 후 5 시간 동안 반응을 유지하고, 반응 생성물을 GC로 분석하였다. 탈산소를 위해 필요한 수소는 반응 중 2-프로판올이 탈수소화되면서 생기는 수소로부터 공급되었다. 상기 실험 결과는 하기 표 1에 나타내었다.A 160 mL batch reactor was used to carry out the hydrocracking reaction of guaiacol. Each of the catalysts prepared in Example 2 and Comparative Examples 1 to 7 (0.1 g) was charged into a reactor, and 0.1 M of guanacrole mixed with 2-propanol (24 mL) was added to the reactor. Then, the nitrogen gas was filled up to 20 bar and the impeller attached to the reactor was operated at 500 rpm and stirred to raise the reaction temperature to 200 ° C. After reaching the reaction temperature, the reaction was maintained for 5 hours and the reaction products were analyzed by GC. The hydrogen required for deoxygenation was fed from the hydrogen produced by the dehydrogenation of 2-propanol during the reaction. The experimental results are shown in Table 1 below.


실시
예2
practice
Example 2
비교
예1
compare
Example 1
비교
예2
compare
Example 2
비교
예3
compare
Example 3
비교
예4
compare
Example 4
비교
예5
compare
Example 5
비교
예6
compare
Example 6
비교
예 7
compare
Example 7
비교
예 8
compare
Example 8
RuRe/CRuRe / C Ru/CRu / C Ru/Al2O3 Ru / Al 2 O 3 Ru/H-BetaRu / H-Beta Pd/CPd / C Ni/CNi / C RuMo/CRuMo / C RuW/CRuW / C RuW/CRuW / C 구아이아콜 전환율 (%)Gui Icool Conversion Rate (%) 99.1 99.1 99.3 99.3 99.3 99.3 9.9 9.9 89.3 89.3 17.5 17.5 94.4 94.4 85.0 85.0 56.956.9 완전탈산소 화합물 수율 (%)Total Deoxygenated Compound Yield (%) 37.9 37.9 0.8 0.8 2.2 2.2 0.0 0.0 8.8 8.8 0.3 0.3 24.5 24.5 27.9 27.9 4.54.5 산소1개함유 화합물 수율 (%)Compound yield (%) containing one oxygen 51.1 51.1 73.7 73.7 70.3 70.3 0.0 0.0 27.4 27.4 10.9 10.9 64.3 64.3 53.0 53.0 43.543.5 산소2개함유 화합물 수율 (%)Yield of compound containing two oxygen (%) 2.2 2.2 13.1 13.1 16.1 16.1 77.5 77.5 44.6 44.6 4.1 4.1 4.6 4.6 3.0 3.0 45.0745.07 사이클로헥산 수율 (%)Cyclohexane yield (%) 37.9 37.9 0.8 0.8 2.2 2.2 0.0 0.0 8.8 8.8 0.3 0.3 24.5 24.5 27.9 27.9 4.54.5

표 1에 의하면, 카본 담체에 담지된 RuRe 이원금속 촉매(실시예 2)가 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율에서 가장 높은 활성을 나타냄을 알 수 있었다. 이와 비교하여, 카본 혹은 알루미나 담체에 담지된 루테늄 단일 금속(비교예 1 및 2)은 높은 구아이아콜 전환율을 나타내었으나, 완전 탈산소 화합물은 거의 생산되지 않았다. 또한, 다른 전이금속 촉매인 팔라듐(비교예 4) 및 니켈(비교예 5) 담지 카본 촉매 역시 현저하게 낮은 탈산소 활성을 나타내었다. 루테늄에 레늄이 아닌 몰리브덴(비교예 6) 혹은 텅스텐(비교예 7)이 담지된 카본 촉매의 경우, 루테늄 단일 금속이 담지된 카본 촉매(비교예 1)에 비해 높은 탈산소 활성을 나타내었으나 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율은 실시예 2와 대비하여 여전히 낮은 것으로 나타났으며, 텅스텐 금속이 증가된 함량으로 담지된 촉매(비교예 8)의 경우, 현저하게 낮은 활성을 나타내었다. 이에 따라, RuRe 이원금속이 담지된 카본 담체는 매우 우수한 구아이아콜 전환율 및 완전 탈산소 화합물 수율을 나타내는 것을 알 수 있었다.According to Table 1, it can be seen that the RuRe binary metal catalyst (Example 2) supported on the carbon carrier exhibits the highest activity in the conversion of the guaiacol and the yield of the completely deoxygenated compound. Compared with this, ruthenium single metals (Comparative Examples 1 and 2) supported on a carbon or alumina support exhibited a high conversion of guaiacol, but a completely deoxygenated compound was hardly produced. In addition, palladium (Comparative Example 4) and nickel (Comparative Example 5) supported carbon catalysts, which are other transition metal catalysts, also exhibited remarkably low deoxygenation activity. In the case of the carbon catalyst carrying molybdenum (Comparative Example 6) or tungsten (Comparative Example 7) instead of rhenium in ruthenium, it exhibited higher deoxygenation activity than the ruthenium single metal-loaded carbon catalyst (Comparative Example 1) The alcohol conversion and the total deoxygenated compound yield were still lower than in Example 2, and the catalysts loaded with increasing amounts of tungsten metal (Comparative Example 8) showed significantly lower activity. As a result, it was found that the carbon carrier on which the RuRe binary metal was supported exhibited a very high conversion of the guaiacol and the complete deoxygenated compound yield.

실험예 2. 다양한 Re/Ru 몰비, 촉매 환원 온도 및 수첨탈산소 반응 온도에 따른 수첨탈산소 반응Experimental Example 2. Various Re / Ru molar ratios, catalytic reduction temperature and hydrocracking oxygenation reaction

상기 실시예 1 내지 5에서 제조한 촉매 각각(0.1g)을 반응기에 투입하고, 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 200 ℃의 반응 온도에서 5 시간 동안 구아이아콜의 수첨탈산소 반응을 수행하였다. 다만 실시예 1 및 2 촉매의 경우, 240 ℃의 수첨탈산소 반응 온도에서도 테스트하였다. 상기 실험 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Each of the catalysts prepared in Examples 1 to 5 (0.1 g) was introduced into a reactor, and the hydrocracking reaction of guaiacol was carried out at a reaction temperature of 200 ° C. for 5 hours in the same manner as in Experimental Example 1. However, in the case of the catalysts of Examples 1 and 2, it was also tested at a hydrocracking reaction temperature of 240 ° C. The experimental results are shown in Table 2 below.

촉매catalyst 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 실시예1Example 1 실시예2Example 2 RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C RuRe/CRuRe / C Re/Ru 비Re / Ru ratio 0.250.25 0.50.5 0.750.75 0.50.5 0.50.5 0.250.25 0.50.5 촉매환원온도(℃)Catalyst reduction temperature (캜) 250250 250250 250250 150150 400400 250250 250250 반응온도(℃)Reaction temperature (캜) 200200 200200 200200 200200 200200 240240 240240 구아이아콜 전환율(%)Gui Icool Conversion Rate (%) 94.694.6 99.199.1 70.970.9 97.297.2 67.667.6 98.998.9 99.099.0 완전 탈산소 화합물 수율(%)Total Deoxygenated Compound Yield (%) 30.730.7 37.937.9 21.621.6 29.929.9 13.113.1 46.146.1 56.456.4 산소1개함유 화합물 수율(%)Compound yield (%) containing one oxygen 59.159.1 51.151.1 43.643.6 61.261.2 46.946.9 41.441.4 30.530.5 산소2개함유 화합물 수율(%)Yield of compound containing two oxygen (%) 3.63.6 2.22.2 2.52.5 3.53.5 3.13.1 2.02.0 1.11.1 사이클로헥산 수율(%)Cyclohexane yield (%) 30.730.7 37.937.9 21.621.6 29.929.9 13.113.1 46.146.1 56.456.4

표 2에 의하면, 다양한 Re/Ru 몰비로 제조된 RuRe/C 촉매 중에서 Re/Ru 비가 0.5인 촉매(실시예 2)가 가장 높은 구아이콜 전환율과 높은 완전 탈산소 화합물 수율을 나타냄을 알 수 있었다. Re/Ru 비가 0.75인 높은 함량의 레늄을 가진 촉매(실시예 3)의 경우, 구아이아콜 전환율과 완전 탈산소 화합물 수율이 급격하게 낮아졌다. According to Table 2, it can be seen that among the RuRe / C catalysts prepared with various Re / Ru molar ratios, the catalyst having the Re / Ru ratio of 0.5 (Example 2) exhibited the highest spherical ion conversion and the total yield of the completely deoxygenated compound . In the case of the catalyst having a high content of rhenium having Re / Ru ratio of 0.75 (Example 3), the conversion of guaiacol and the yield of completely deoxygenated compound were drastically lowered.

아울러 촉매 제조 시의 촉매 환원 온도 역시 탈산소 활성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 구체적으로, 촉매를 150 ℃ 및 250 ℃의 온도에서 환원하였을 경우(실시예 4 및 2) 우수한 탈산소 활성을 나타내는 반면, 400 ℃와 같은 높은 온도에서 환원하였을 경우(실시예 5) 탈산소 활성이 현저하게 감소하였다. Also, it was confirmed that the catalyst reduction temperature during the catalyst production also had a great effect on the deoxygenation activity. Specifically, when the catalyst was reduced at temperatures of 150 ° C. and 250 ° C. (Examples 4 and 2), excellent deoxidizing activity was exhibited. On the other hand, when the catalyst was reduced at a high temperature such as 400 ° C. (Example 5) Lt; / RTI >

또한, 수첨탈산소 반응 온도를 240 ℃로 증가시켜 촉매 반응을 수행할 경우, 탈산소 효율이 급격히 증가함을 확인하였다. 구체적으로, RuRe/C(Re/Ru=0.5, 실시예 2) 촉매의 경우, 99%의 구아이아콜 전환율 및 56.4%의 완전 탈산소 화합물 수율을 나타내었다.Also, it was confirmed that when the catalytic reaction was carried out by increasing the hydrogenation reaction temperature to 240 ° C, the deoxygenation efficiency increased sharply. Specifically, in the case of RuRe / C (Re / Ru = 0.5, Example 2) catalyst, 99% conversion of guaiacol and yield of complete deoxygenated compound of 56.4% were shown.

실험예 3. 루테늄-레늄 촉매의 TEM 및 HExperimental Example 3 TEM and H of ruthenium-rhenium catalyst 22 -TPR 분석-TPR analysis

카본에 담지된 루테늄-레늄 촉매(RuRe/C, 실시예 2)의 TEM 및 STEM-EDX 분석 결과를 도 1에 나타내었다. TEM 분석 결과를 보면 1~2 nm 크기의 나노 금속 입자들이 카본 담체에 잘 분산되어 있는 것을 알 수 있었으며, STEM-EDX 분석 결과를 보면 촉매 표면에 루테늄과 레늄이 잘 섞여서 고르게 분포되어 있는 것을 알 수 있었다.The TEM and STEM-EDX analysis results of the ruthenium-rhenium catalyst (RuRe / C, Example 2) supported on carbon are shown in FIG. TEM analysis showed that the nanometer-sized particles of 1 to 2 nm in size were well dispersed in the carbon carrier. From the STEM-EDX analysis, it was found that ruthenium and rhenium were uniformly distributed on the catalyst surface. there was.

아울러 RuRe/C 촉매(실시예 2)의 XPS 분석을 통해 촉매 표면에서 레늄 금속의 산화 상태를 측정하였고, Re4f의 XPS 스펙트라를 도 2에 나타내었다. XPS 분석 결과를 보면, 반응 전 및 후의 레늄의 산화 상태는 거의 변화하지 않았으며, ReO2와 ReO3의 산화 레늄 형태로 존재하는 것을 확인하였다. 따라서 산화 레늄이 촉매 활성점으로 작용하므로 적절한 환원 온도를 적용하여 레늄을 산화된 형태로 유지하는 것이 촉매 활성화를 위해 중요하다는 것을 알 수 있었다.The oxidation state of the rhenium metal was measured on the surface of the catalyst by XPS analysis of the RuRe / C catalyst (Example 2), and the XPS spectrum of Re4f is shown in FIG. The XPS analysis showed that the oxidation state of rhenium before and after the reaction was almost unchanged and was present in the form of rhenium oxide of ReO 2 and ReO 3 . Therefore, it was found that maintaining the oxidized form of rhenium by applying an appropriate reducing temperature is important for catalyst activation since rhenium oxide acts as a catalytic active site.

실험예 4. 수소 압력 하에서 루테늄-레늄 촉매의 수첨탈산소 반응Experimental Example 4 Hydrodensitivity of ruthenium-rhenium catalyst under hydrogen pressure

상기 실시예 2 및 6에서 제조한 촉매 각각(0.1g)을 반응기에 투입하고, n-헵탄(24mL)과 혼합된 0.1 M의 반응물을 반응기에 투입하였다. 반응물로는 리그닌 분해 산물 유래 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르를 사용하였다. 이후 수소 기체를 20 bar까지 채우고 반응기에 부착된 임펠러를 500 rpm으로 작동시켜 교반시키면서 240 ℃까지 반응 온도를 높였다. 반응 온도에 도달한 후 2.5 시간 동안 반응을 유지하고, 반응 생성물을 GC로 분석하였다. 상기 실험 결과는 하기 표 3에 나타내었다.Each of the catalysts prepared in Examples 2 and 6 (0.1 g) was charged into a reactor, and 0.1 M of a reactant mixed with n-heptane (24 mL) was added to the reactor. As reactants, guaiacol, diphenyl ether and benzyl phenyl ether derived from lignin degradation products were used. Then, the hydrogen gas was filled up to 20 bar, and the impeller attached to the reactor was operated at 500 rpm and stirred to increase the reaction temperature to 240 ° C. After reaching the reaction temperature, the reaction was maintained for 2.5 hours and the reaction products were analyzed by GC. The experimental results are shown in Table 3 below.


실시예 2Example 2 실시예 6Example 6
RuRe/CRuRe / C RuRe/TiO2 RuRe / TiO 2 반응물Reactant 구아이아콜Guaiacol 벤질페닐에테르Benzyl phenyl ether 다이페닐에테르Diphenyl ether 구아이아콜Guaiacol 전환율 (%)Conversion Rate (%) 100100 100100 100100 100100 완전탈산소 화합물 수율 (C mol%)Total Deoxygenated Compound Yield (C mol%) 87.487.4 96.296.2 96.996.9 76.176.1 산소1개함유 화합물 수율 (C mol%)Compound yield (C mol%) containing one oxygen 1.21.2 22 00 00 산소2개함유 화합물 수율 (C mol%)Compound yield (C mol%) containing two oxygen atoms 00 00 00 00 사이클로헥산 수율 (C mol%)Cyclohexane yield (C mol%) 87.487.4 44.044.0 96.696.6 76.176.1 메틸사이클로헥산 수율 (C mol%)The yield of methylcyclohexane (C mol%) 00 50.650.6 00 00

표 3에 의하면, 수소 압력 하에서 루테늄-레늄의 이원금속 촉매가 다양한 리그닌 분해 산물들의 수첨탈산소 반응에 매우 뛰어난 활성을 보여준다는 것을 알 수 있었다. 구체적으로, 실시예 2의 촉매(RuRe/C)의 경우, 구아이아콜, 벤질페닐에테르, 다이페닐에테르의 반응 물질 모두에 대하여 100% 전환율과 87~97% 사이의 높은 완전 탈산소 화합물 수율을 나타내었다. 타이타니아 담체에 담지된 실시예 6의 촉매(RuRe/TiO2)의 경우에도, 구아이아콜에 대하여 100% 전환율과 76%의 높은 완전 탈산소 화합물 수율을 나타내었다. 이에 따라, 본 명세서에 개시된 루테늄-레늄 이원금속 촉매는 다양한 리그닌 분해 산물 유래 함산소 탄화수소 화합물로부터 높은 수율로 완전 탈산소 탄화수소를 생성하는 것을 확인하였다.Table 3 shows that bimetallic catalysts of ruthenium-rhenium under hydrogen pressure show very good activity on the hydrocracking reaction of various lignin degradation products. Specifically, in the case of the catalyst of Example 2 (RuRe / C), it was confirmed that 100% conversion and high total deoxygenated compound yields of 87 to 97% were obtained for all of the reactants of guaiacole, benzyl phenyl ether and diphenyl ether Respectively. In the case of the catalyst (RuRe / TiO 2 ) of Example 6 carried on the titania carrier, 100% conversion and a high yield of complete deoxygenated compound of 76% were obtained for guaiacol. Accordingly, it has been found that the ruthenium-rhenium binary metal catalysts disclosed herein produce fully deoxygenated hydrocarbons in high yields from various lignin degradation product-derived oxygenated hydrocarbon compounds.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that this specific description is only a preferred embodiment and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

담체; 및
상기 담체에 담지된 루테늄(Ru) 및 레늄(Re) 이원금속을 포함하고,
상기 담체는 카본, 타이타니아 또는 실리카 담체이고,
상기 레늄 금속 함량은 루테늄 금속 대비 0.1 내지 0.7의 몰비로 담지된 것인, 수첨탈산소 반응용 촉매.
carrier; And
A ruthenium (Ru) and a rhenium (Re) bimetal supported on the carrier,
The carrier is a carbon, titania or silica carrier,
Wherein the rhenium metal content is carried in a molar ratio of 0.1 to 0.7 based on the ruthenium metal.
제 1항에 있어서,
상기 담체는 카본 담체인, 수첨탈산소 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the carrier is a carbon carrier.
제 1항에 있어서,
상기 루테늄 금속 함량은 담체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 담지된 것인, 수첨탈산소 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the ruthenium metal is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carrier.
제 1항에 있어서,
상기 레늄 금속 함량은 루테늄 금속 대비 0.2 내지 0.5의 몰비로 담지된 것인, 수첨탈산소 반응용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the rhenium metal content is carried in a molar ratio of 0.2 to 0.5 based on the ruthenium metal.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 수첨탈산소 반응용 촉매의 제조방법으로서,
담체에 루테늄 및 레늄 이원금속을 담지시킨 촉매를 수소 흐름 하에서 150 내지 350 ℃에서 환원시키는 단계를 포함하는 수첨탈산소 반응용 촉매의 제조방법.
A process for producing a catalyst for hydrothermal reaction according to any one of claims 1 to 4,
And reducing the catalyst having ruthenium and rhenium binary metal supported on the carrier at 150 to 350 占 폚 under a hydrogen flow.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 수첨탈산소 반응용 촉매를 이용하여 함산소 탄화수소 화합물을 포함하는 바이오매스로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 바이오연료의 제조방법.
A method for producing a biofuel comprising the step of preparing a deoxygenated hydrocarbon compound from a biomass containing an oxygen-containing hydrocarbon compound using the catalyst for hydrocracking according to any one of claims 1 to 4.
제 6항에 있어서,
상기 함산소 탄화수소 화합물은 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는, 바이오연료의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the oxygen-containing hydrocarbon compound comprises at least one selected from the group consisting of guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether.
제 7항에 있어서,
상기 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르는 목질계 바이오매스의 열분해 오일에서 얻어진 리그닌 단량체인, 바이오연료의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein said guaiacol, diphenyl ether and benzyl phenyl ether are lignin monomers obtained from pyrolyzed oils of woody biomass.
제 6항에 있어서,
상기 탈산소 탄화수소 화합물은 사이클로헥산(C6H12) 및 알킬화된 사이클로헥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인, 바이오연료의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the deoxygenated hydrocarbon compound is at least one selected from the group consisting of cyclohexane (C 6 H 12 ) and alkylated cyclohexane.
제 6항에 있어서,
상기 수첨탈산소 반응은 200 내지 350 ℃의 온도에서 진행되는 것인, 바이오연료의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the hydrocracking reaction is carried out at a temperature of 200 to 350 占 폚.
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