KR102055284B1 - Heterogeneous catalyst for methanol carbonylation, synthesis method for heterogeneous catalyst, and method for producing acetic acid using heterogeneous catalyst - Google Patents

Heterogeneous catalyst for methanol carbonylation, synthesis method for heterogeneous catalyst, and method for producing acetic acid using heterogeneous catalyst Download PDF

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Abstract

본 발명의 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매, 이의 제조 방법, 및 초산의 제조 방법에서, 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매는 활성 물질인 로듐(Rh)과 루이스 산점을 제공하는 알루미늄(Al)이 메조기공성 질화탄소에 고정화되되, 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서, 로듐을 적어도 0.5 중량부 이상 포함하고 알루미늄을 1 내지 5 중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.In the heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol of the present invention, a method for preparing the same, and a method for preparing acetic acid, the heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol provides an active substance of rhodium (Rh) and Lewis acid point. Aluminum (Al) is fixed to the mesoporous carbon, characterized in that it contains at least 0.5 parts by weight or more of rhodium and 1 to 5 parts by weight of aluminum relative to 100 parts by weight of mesoporous carbon.

Description

메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매, 불균일계 촉매의 제조 방법 및 초산의 제조 방법{HETEROGENEOUS CATALYST FOR METHANOL CARBONYLATION, SYNTHESIS METHOD FOR HETEROGENEOUS CATALYST, AND METHOD FOR PRODUCING ACETIC ACID USING HETEROGENEOUS CATALYST}Heterogeneous catalysts for the carbonylation reaction of methanol, a method for preparing a heterogeneous catalyst and a method for preparing acetic acid

본 발명은 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매, 불균일계 촉매의 제조 방법 및 초산의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 메탄올의 카르보닐화 반응을 통해 초산의 생산성을 향상시킬 수 있는 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매, 불균일계 촉매의 제조 방법 및 초산의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol, a method for producing a heterogeneous catalyst, and a method for producing acetic acid. More specifically, the productivity of acetic acid can be improved through carbonylation of methanol. A heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol, a process for producing a heterogeneous catalyst and a process for producing acetic acid.

상업화된 초산을 제조 방법은 크게 메탄올의 카르보닐화 반응, 에틸렌 산화 반응 및 에탄 산화 반응을 이용하는 방법으로 구분할 수 있다. 이 중에 액상에서 메탄올의 카르보닐화 반응을 이용하는 방법이 상용화된 대표적인 방법이고, 전 세계의 초산 공급량의 60% 이상이 메탄올의 카르보닐화 반응을 이용하여 제조되고 있는 것으로 알려져 있다. 메탄올의 카르보닐화 반응은, 일산화탄소와 메탄올을 반응물로 사용하고, 사용하는 활성 금속 및 반응 상의 종류에 따라 특징적인 상용화 공정으로 구분될 수 있다.Commercially prepared acetic acid production methods can be broadly classified into methods using carbonylation reaction of methanol, ethylene oxidation reaction and ethane oxidation reaction. Among them, a method of using a carbonylation reaction of methanol in a liquid phase is a typical method, and it is known that 60% or more of acetic acid supply in the world is manufactured using a carbonylation reaction of methanol. The carbonylation reaction of methanol uses carbon monoxide and methanol as a reactant, and can be classified into a characteristic commercialization process according to the active metal and reaction phase used.

1960년대 초기에 발명된 몬산토 공정(Monsanto process)은 활성 금속으로서 로듐(Rhodium, Rh)을 이용하는데, 로듐에 작용기로서 카르보닐기(carbonyl group, -CO)와 요오드기(iodide, -I)를 갖는 촉매 전구체를 사용한다(미국등록특허 US3,769,329). 1990년대 발명된 캐티바 공정(Cativa process)은 몬산토 공정과 유사한 균질계 촉매 반응이지만 반응 활성 물질로 이리듐(Iridium, Ir)을 사용하고, 메틸의 생성을 억제하기 위해서 일정량 이상의 초산 메틸을 반응물로서 사용하며, 초산의 생산성이 기존의 공정보다 현저하게 향상된 장점이 있다(유럽등록특허 EP752406). 이와 같은 몬산토 공정이나 캐티바 공정은 모두 균일계 촉매 반응의 특성으로, 메탄올의 높은 전환율과 높은 초산의 선택도를 나타낸다는 장점이 있는 반면, Rh과 Ir이 생성물과 흡착되어 녹아나오는 리칭(leaching, 용탈) 현상이 발생함으로써 결과물과 촉매를 분리시키기 위한 공정에서 과다한 에너지 소비가 필요하기 때문에 초산의 생산성이 낮은 등의 기술적, 경제적 단점이 있다.The Monsanto process, which was invented in the early 1960s, uses rhodium (Rhodium, Rh) as the active metal, a catalyst having a carbonyl group (-CO) and an iodine group (-I) as a functional group on rhodium. Precursors are used (US Pat. No. 3,769,329). The Cativa process invented in the 1990s is a homogeneous catalytic reaction similar to the Monsanto process, but uses iridium (Iri) as a reaction active material, and at least a certain amount of methyl acetate as a reactant to suppress the production of methyl. In addition, there is an advantage that the productivity of acetic acid is significantly improved over the existing process (European Patent EP752406). Both the Monsanto process and the Cativa process have characteristics of homogeneous catalysis, which have the advantage of showing high conversion of methanol and high selectivity of acetic acid, whereas Rh and Ir are adsorbed and dissolved with the product. Due to the occurrence of leaching, there is a technical and economic disadvantage such as low productivity of acetic acid because excessive energy consumption is required in the process for separating the resultant and the catalyst.

이의 해결을 위해서, 최근에는 균질계 촉매의 비균일계화(Heterogenized-homogeneous catalysis) 시킨 액상의 초산 제조 공정이 개발되기 시작하였고, 대표적으로는 아세티카 공정(Acetica process)이 있다. 아세티카 공정은 촉매 반응의 활성 물질로서 Rh 이온을 이용하고, 불균일계 촉매를 제조하기 위해 지지체로서 고분자인 P4VP(poly 4-vinyl pyridine)을 사용하여 메탄올의 카르보닐화 반응을 진행한다(미국등록특허 US5,364,964, US 5,576,458).In order to solve this problem, recently, a liquid acetic acid production process that has been subjected to heterogenous catalysis of a homogeneous catalyst has begun to be developed, and an acetica process is representative. Acetica process uses Rh ions as the active material of the catalytic reaction, and carbonylation reaction of methanol using a poly 4-vinyl pyridine (P4VP) as a support to prepare a heterogeneous catalyst (US registration) Patent US5,364,964, US 5,576,458).

아세티카 공정의 경우에는 촉매의 재사용성, 결과물로부터의 촉매 회수성에 있어서 용이한 반면, 촉매당 반응 활성 성분인 로듐 함량이 적어 상대적으로 메탄올의 전환율과 초산의 선택도가 낮은 단점이 있는 것으로 보고되어 있다.In the case of the acetica process, it is easy to reuse the catalyst and recover the catalyst from the resultant product, but it has been reported that the conversion rate of methanol and the selectivity of acetic acid are relatively low due to the low content of rhodium which is a reactive active ingredient per catalyst. have.

또한, 메탄올의 카르보닐화 반응으로 메틸아세테이트를 부산물로 얻을 수 있다. 초기의 메틸아세테이트 가수분해 공정은 폴리비닐알콜 제조 공장에서 개발되었으나, 이 방법은 가수분해 시에 염산이나 황산 등의 액상의 강산 촉매를 사용하는 것으로, 설비의 부식의 문제와, 생성물 중의 액체 산 촉매를 분리하고 반응물을 분리하기 위한 다단계의 분리 정제 공정이 수반되어야 하므로 투자비나 운전비 등의 비용이 많이 드는 단점이 있다.In addition, methyl acetate may be obtained as a by-product by carbonylation of methanol. The initial methylacetate hydrolysis process was developed at a polyvinyl alcohol manufacturing plant, but this method uses a liquid strong acid catalyst such as hydrochloric acid or sulfuric acid during hydrolysis. Since it must be accompanied by a multi-stage separation and purification process for separating and separating the reactants, there are disadvantages in that the cost of investment or operating cost is high.

최근에는 반응 증류(Reactive Distillation) 기술을 이용하여 반응과 증류를 동일한 증류 탑 내에서 진행시키는 공정이 개발되었으나, 기상과 액상 상태에서 반응이 진행되므로 물질전달 효율이 낮아 상대적으로 반응부의 부피가 큰 단점이 있다. 또한, 촉매 패키징(packaging)의 난점으로 인해 설비 투자비가 높고, 값비싼 촉매가 쉽게 마모되는 단점이 있다(한국공개특허 10-2000-00397888).Recently, a process of proceeding the reaction and distillation in the same distillation column by using reactive distillation technology has been developed. However, the reaction proceeds in the gaseous phase and the liquid phase, so that the material transfer efficiency is low and the volume of the reaction part is relatively large. There is this. In addition, due to the difficulty of catalyst packaging (packaging) has a disadvantage of high equipment investment costs, expensive catalysts are easily worn (Korea Patent Publication No. 10-2000-00397888).

본 발명의 일 목적은 종래의 균질계 촉매의 단점을 해결하고 초산의 생산성을 향상시킬 수 있는, 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol, which can solve the disadvantage of the conventional homogeneous catalyst and improve the productivity of acetic acid.

본 발명의 다른 목적은 불균일계 촉매의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a heterogeneous catalyst.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 불균일계 촉매를 이용하여 생산성을 향상시킨 초산의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for preparing acetic acid using the heterogeneous catalyst to improve productivity.

본 발명의 일 목적을 위한 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매는 활성 물질인 로듐(Rh)과 루이스 산점을 제공하는 알루미늄(Al)이 메조기공성 질화탄소에 고정화되되, 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서, 로듐을 적어도 0.5 중량부 이상 포함하고 알루미늄을 1 내지 5 중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.Heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol for one purpose of the present invention is rhodium (Rh) and aluminum (Al) providing a Lewis acid point is immobilized in mesoporous carbon, but mesoporous nitriding It is characterized by containing at least 0.5 parts by weight or more of rhodium and 1 to 5 parts by weight of aluminum relative to 100 parts by weight of carbon.

일 실시예에서, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)는 0.5 내지 2.5일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium may be 0.5 to 2.5.

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매에서 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서, 로듐은 2 내지 5 중량부이고, 알루미늄은 1.25 내지 3 중량부로 포함되고, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)가 0.5 내지 1.5일 수 있다.In one embodiment, with respect to 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride in the heterogeneous catalyst, rhodium is 2 to 5 parts by weight, aluminum is included in 1.25 to 3 parts by weight, the weight ratio of aluminum and rhodium (Al / Rh) May be 0.5 to 1.5.

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매에서 메조기공성 질화탄소의 비표면적은 600 내지 2,000 m2/g이고, 메조기공성 질화탄소에 포함된 세공들의 평균기공크기는 2 nm 내지 10 nm일 수 있다.In one embodiment, the specific surface area of mesoporous carbon nitride in the heterogeneous catalyst is 600 to 2,000 m 2 / g, the average pore size of the pores contained in the mesoporous carbon may be 2 nm to 10 nm. .

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매는 메탄올의 카르보닐화 반응에서 메탄올의 초산으로의 전환율이 적어도 94 카본 몰% 이상이도록 한다.In one embodiment, the heterogeneous catalyst causes the conversion of methanol to acetic acid in the carbonylation of methanol to be at least 94 carbon mole% or more.

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매의 알루미늄은 메탄올의 카르보닐화 반응에서 중간 부산물로 생성되는 메틸아세테이트를 역 에스테르화 반응시켜 가수분해함으로써 초산으로 전환시킨다.In one embodiment, the aluminum of the heterogeneous catalyst is converted to acetic acid by hydrolysis by reverse esterification of methyl acetate produced as an intermediate by-product in the carbonylation reaction of methanol.

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매는 메탄올을 카르보닐화 시킴으로써 생산하는 초산의 수율이 적어도 57% 이상이도록 한다.In one embodiment, the heterogeneous catalyst allows the yield of acetic acid produced by carbonylating methanol to be at least 57% or higher.

일 실시예에서, 상기 불균일계 촉매의 다공성 실리카 주형, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine), 알루미늄 전구체 및 로듐 전구체를 이용하여 다공성 실리카 주형에 대해 헥사메틸렌테트라민이 자가 중합되어 탄소와 질소의 재구조화가 일어나 메조기공성 질화탄소가 형성되고, 알루미늄 전구체와 로듐 전구체로부터 유래된 로듐과 알루미늄이 메조기공성 질화탄소에 고정화되어 형성될 수 있다.In one embodiment, the hexamethylenetetramine self-polymerizes the porous silica template using a porous silica template, hexamethylenetetramine, an aluminum precursor, and a rhodium precursor of the heterogeneous catalyst, thereby restructuring carbon and nitrogen. Mesoporous carbon may be formed, and rhodium and aluminum derived from an aluminum precursor and a rhodium precursor may be formed by immobilization on the mesoporous carbon.

본 발명의 다른 목적을 위한 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매의 제조 방법은, 다공성 실리카 주형, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine), 알루미늄 전구체 및 로듐 전구체를 이용하여, 다공성 실리카 주형에 대해 헥사메틸렌테트라민이 자가 중합되어 탄소와 질소의 재구조화가 일어나도록 하여 메조기공성 질화탄소를 형성하는 단계; 및 상기 다공성 실리카 주형을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 메조기공성 질화탄소를 형성하는 단계에서 메조기공성 질화탄소에 알루미늄과 로듐이 고정화되는 것을 특징으로 한다.A method for producing a heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol for another object of the present invention, using a porous silica template, hexamethylenetetramine, aluminum precursor and rhodium precursor, hex to the porous silica template Methylenetetramine is self-polymerized to cause restructuring of carbon and nitrogen to form mesoporous carbon nitride; And removing the porous silica template, wherein aluminum and rhodium are immobilized on the mesoporous carbon in the step of forming the mesoporous carbon.

일 실시예에서, 상기 메조기공성 질화탄소를 형성하는 단계는 질소 분위기하에서 600 내지 900℃의 온도로 열처리하여 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of forming the mesoporous carbon nitride may be performed by heat treatment at a temperature of 600 to 900 ℃ under a nitrogen atmosphere.

일 실시예에서, 상기 메조기공성 질화탄소를 형성하는 단계는 다공성 실리카 주형, 헥사메틸렌테트라민, 알루미늄 전구체 및 로듐 전구체가 증류수에 분산된 혼합 수용액을 준비하는 단계; 상기 혼합 수용액을 감압 건조시키는 단계; 및 감압 건조물에 대해서 열처리하여 탄소와 질소의 재구조화가 일어나도록 하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the forming of the mesoporous carbon nitride may include preparing a mixed aqueous solution in which a porous silica template, hexamethylenetetramine, an aluminum precursor, and a rhodium precursor are dispersed in distilled water; Drying the mixed aqueous solution under reduced pressure; And heat-treating the reduced pressure dried material to cause restructuring of carbon and nitrogen.

일 실시예에서, 알루미늄 전구체와 로듐 전구체는 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)가 0.5 내지 2.5이도록 혼합하고, 상기 메조기공성 질화탄소를 형성하는 단계에서 헥사메틸렌테트라민의 자가 중합으로 형성된 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 로듐이 0.5 중량부 내지 5 중량부이고, 알루미늄이 1 내지 5 중량부로 고정화될 수 있다.In one embodiment, the aluminum precursor and the rhodium precursor are mixed so that the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium is 0.5 to 2.5, and the meso group formed by the self polymerization of hexamethylenetetramine in the step of forming the mesoporous carbon nitride. Rhodium may be 0.5 to 5 parts by weight, and aluminum may be immobilized to 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbonaceous carbon.

일 실시예에서, 상기 다공성 실리카 주형은 비표면적이 200 m2/g 이상이고, 평균 기공 크기가 4 nm 이상이며, 상기 다공성 실리카 주형에 대해서 헥사메틸렌테트라민의 자가 중합으로 형성된 메조기공성 질화탄소의 비표면적은 600 내지 2,000 m2/g이고, 메조기공성 질화탄소에 포함된 세공들의 평균기공크기는 2 nm 내지 10 nm일 수 있다.In one embodiment, the porous silica template has a specific surface area of 200 m 2 / g or more, an average pore size of 4 nm or more, and the mesoporous carbon nitride formed by self polymerization of hexamethylenetetramine with respect to the porous silica template. The specific surface area is 600 to 2,000 m 2 / g, and the average pore size of the pores included in the mesoporous carbon nitride may be 2 nm to 10 nm.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 초산의 제조 방법은, 활성 물질인 로듐(Rh)과 루이스 산점을 제공하는 알루미늄(Al)이 메조기공성 질화탄소에 고정화되되, 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 로듐을 적어도 0.5 중량부 이상 포함하고 알루미늄을 1 내지 5 중량부 포함하는 불균일계 촉매의 존재 하에서, 일산화탄소를 이용하여 메탄올에 대한 카르보닐화 반응을 수행하여 초산으로 메탄올을 전환시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of preparing acetic acid includes rhodium (Rh), which is an active material, and aluminum (Al), which provides a Lewis acid point, in which mesoporous carbon is immobilized to 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride. Converting methanol to acetic acid by performing a carbonylation reaction on methanol using carbon monoxide in the presence of a heterogeneous catalyst containing at least 0.5 parts by weight or more of rhodium and 1 to 5 parts by weight of aluminum. .

일 실시예에서, 상기 메탄올을 전환시키는 단계는 메탄올을 포함하는 용액에 일산화탄소 함유 기체를 주입하여 150 내지 200℃의 온도에서 반응시킴으로써 수행할 수 있다. 이때, 일산화탄소는 10 내지 70 bar의 압력으로 상기 메탄올을 포함하는 용액에 주입될 수 있다.In one embodiment, the step of converting methanol may be performed by injecting a carbon monoxide-containing gas into a solution containing methanol to react at a temperature of 150 to 200 ℃. At this time, the carbon monoxide may be injected into the solution containing the methanol at a pressure of 10 to 70 bar.

일 실시예에서, 상기 메탄올을 전환시키는 단계에서 상기 촉매의 알루미늄은 메탄올의 카르보닐화 반응에서 중간 부산물로 생성되는 메틸아세테이트를 역 에스테르화 반응시켜 가수분해함으로써 초산으로 전환시킬 수 있다.In one embodiment, in the step of converting methanol, the aluminum of the catalyst may be converted to acetic acid by hydrolysis by reverse esterification of methyl acetate produced as an intermediate by-product in the carbonylation reaction of methanol.

상기에서 설명한 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매, 불균일계 촉매의 제조 방법 및 초산의 제조 방법에 따르면, 활성물질인 로듐과 조촉매인 알루미늄이 모두 비표면적이 크고 메조-스케일의 기공 크기를 갖는 메조기공성 질화탄소에 고정화되어 있으므로, 내부 전자 보유량이 풍부한 질화탄소의 특성과 알루미늄 및 로듐의 상호 작용이 증진되어 알루미늄 및 로듐의 분산성을 증대시킬 수 있다. 로듐과 메조기공성 질화탄소 사이의 강한 상호작용에 의해서 카르복시화 반응에서 활성 물질인 로듐이 리칭되는 현상을 억제할 수 있고, 로듐이 자가 응집으로 인해 촉매가 비활성화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 촉매의 안정성 및 장기적 촉매의 성능 확보를 향상시킬 수 있다. According to the heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol, the method for preparing the heterogeneous catalyst, and the method for preparing acetic acid, rhodium as the active material and aluminum as the promoter have both a large specific surface area and a meso-scale pore size. Since it is immobilized in the mesoporous carbon nitride having, the properties of carbon nitride having abundant internal electron retention and the interaction between aluminum and rhodium can be enhanced to increase dispersibility of aluminum and rhodium. The strong interaction between rhodium and mesoporous carbon nitride can suppress the phenomenon of rhodium which is an active substance in the carboxylation reaction, and prevent the catalyst from being deactivated due to self aggregation. Accordingly, it is possible to improve the stability of the catalyst and securing the performance of the long-term catalyst.

또한, 본 발명에 따른 불균일계 촉매는 여과와 같은 단순 분리 공정을 통하여 반응후의 생성물과 쉽게 분리하여 회수할 수 있는 장점이 있으며, 메탄올과 일산화탄소의 카르보닐화 반응으로부터 초산을 합성하는 액상 반응에서 공정 부산물로 생성되는 메틸아세테이트의 효과적인 가수분해 반응을 진행하여 초산으로 선택성을 향상할 수 있다. 따라서, 초산의 제조 공정에서 메탄올의 높은 전환율과 함께 초산으로의 우수한 선택도를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the heterogeneous catalyst according to the present invention has the advantage that it can be easily separated and recovered from the product after the reaction through a simple separation process such as filtration, the process in the liquid phase reaction to synthesize acetic acid from the carbonylation reaction of methanol and carbon monoxide Effective hydrolysis of methyl acetate produced as a by-product can be carried out to improve the selectivity with acetic acid. Therefore, there is an advantage that can provide excellent selectivity to acetic acid with a high conversion of methanol in the manufacturing process of acetic acid.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1과 6 및 비교예 2와 3에 따른 불균일계 촉매를 이용한 경우의 메탄올 전환율과 아세트산 선택도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5 및 비교예 1과 4에 따른 불균일계 촉매를 이용한 경우의 메탄올 전화율과 아세트산 선택도를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing methanol conversion and acetic acid selectivity when using heterogeneous catalysts according to Examples 1 and 6 and Comparative Examples 2 and 3 according to the present invention.
2 is a graph showing methanol conversion and acetic acid selectivity when using heterogeneous catalysts according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 4 according to the present invention.

이하, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the presence or the addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

불균일계 촉매Heterogeneous Catalyst

본 발명의 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매는, 로듐(Rh)과 알루미늄(Al)이 고정화된 메조기공성 질화탄소(mesoporous carbon nitride)를 포함한다. 본 발명에 따른 메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매는 고체상 화합물로서, 고체상 화합물이 액상의 메탄올의 카르보닐화 반응의 촉매가 됨으로써 불균일계 촉매로 정의될 수 있고, 카르보닐화 반응이 상기 불균일계 촉매의 표면에서 일어난다.The heterogeneous catalyst for carbonylation of methanol of the present invention includes mesoporous carbon nitride in which rhodium (Rh) and aluminum (Al) are immobilized. The heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol according to the present invention is a solid compound, the solid compound can be defined as a heterogeneous catalyst by the catalyst of the carbonylation reaction of liquid methanol, the carbonylation reaction is Occurs on the surface of the heterogeneous catalyst.

불균일계 촉매에서의 로듐과 알루미늄이 고정화되는 지지체가 되는 메조기공성 질화탄소는 메조-스케일(meso-scale)의 세공들이 3차원적으로 상호 연결된 형태를 갖고, 화학식 C3N4로 표기되며, 탄소와 질소가 공유결합을 형성하고 있는 질소를 포함하는 탄소 물질이다. 메조기공성 질화탄소는 알파(α), 베타(β), 입방정계(Cubic), 의사입방정계 또는 그라파이트성(Graphitic)을 갖는 경우를 모두 포함한다. 메조기공성 질화탄소는 질소 함량이 높기 때문에, 내부 전자 이동성이 높은 특성을 갖는다. 메조-스케일은 2 nm 내지 50 nm의 범위 내에 포함되는 크기를 의미하고, 본 발명에서의 메조기공성 질화탄소의 평균 기공크기는 2 nm 이상일 수 있다.Mesoporous carbon, which is a support on which rhodium and aluminum are immobilized in a heterogeneous catalyst, has a form in which meso-scale pores are interconnected three-dimensionally, and is represented by Chemical Formula C 3 N 4 , It is a carbon material containing nitrogen in which carbon and nitrogen form covalent bonds. Mesoporous carbon nitride includes all cases having alpha (α), beta (β), cubic, pseudocubic, or graphite. Since mesoporous carbon nitride has a high nitrogen content, it has a high internal electron mobility. Meso-scale means a size included in the range of 2 nm to 50 nm, the average pore size of the mesoporous carbon in the present invention may be 2 nm or more.

메조기공성 질화탄소는 적어도 600 m2/g 이상의 비표면적(specific surface area)을 갖는다. 로듐과 알루미늄의 분산성을 최대화하면서 카르보닐화 반응이 비균일계 촉매 표면에서 안정적으로 일어날 수 있도록 촉매 반응성 확보를 위해서, 메조기공성 질화탄소는 600 m2/g 내지 2,000 m2/g의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 메조기공성 질화탄소로서 비표면적이 800 m2/g 내지 1,500 m2/g인 그라파이트성의 메조기공성 질화탄소는 풍부한 염기점의 존재에 의하여 활성 금속 성분과의 결합력이 증가하여 촉매의 안정성이 증대되므로 본 발명의 불균일계 촉매의 지지체로 이용한다. 이때, 그라파이트성의 메조기공성 질화탄소는 평균 기공 크기가 2 nm 내지 10 nm인 것이 바람직하다.Mesoporous carbon nitride has a specific surface area of at least 600 m 2 / g or more. Mesoporous carbon nitride has a ratio of 600 m 2 / g to 2,000 m 2 / g in order to maximize the dispersibility of rhodium and aluminum and to ensure the catalytic reactivity so that the carbonylation reaction can occur stably on the surface of the heterogeneous catalyst. It is desirable to have a surface area. More preferably, the graphite mesoporous carbon having a specific surface area of 800 m 2 / g to 1,500 m 2 / g as mesoporous carbon has increased binding strength with active metal components due to the presence of abundant base point. Since the stability of the catalyst is increased, it is used as a support for the heterogeneous catalyst of the present invention. At this time, the graphite mesoporous carbon nitride preferably has an average pore size of 2 nm to 10 nm.

본 발명에 따른 불균일계 촉매에서, 로듐이 메탄올의 카르보닐화 반응의 활성 물질 역할을 하여 불균일계 촉매의 표면에서 실질적으로 메탄올을 카르보닐화 시키는 촉매가 되고, 알루미늄이 카르보닐화 반응의 조촉매 역할을 한다.In the heterogeneous catalyst according to the present invention, rhodium acts as an active material of the carbonylation reaction of methanol to become a catalyst for substantially carbonylating methanol on the surface of the heterogeneous catalyst, and aluminum is a promoter of the carbonylation reaction. Play a role.

알루미늄이 메조기공성 질화탄소에 고정화되어 불균일계 촉매에 포함됨으로써 불균일계 촉매의 루이스 산점을 증가시키고, 산점의 증가로 인해서 본 발명에 따른 불균일계 촉매의 촉매 활성이 향상된다. 또한, 이러한 산점이 증가된 불균일계 촉매의 사용은 동일한 반응 조건 하에서도 메틸아세테이트(methyl acetate)의 역 에스테르화(retro-esterification) 반응을 증진시킬 수 있다. 메틸아세테이트의 역 에스테르화 반응은 초산의 선택도를 향상시킬 수 있다. 중간 부산물로서 메틸아세테이트가 생성되더라도 이를 가수분해할 수 있어 초산이 추가적으로 생산될 수 있으므로 반응 공정 및 분리 공정이 단순화될 수 있는 장점이 있다.Since aluminum is immobilized on mesoporous carbon and included in the heterogeneous catalyst, the Lewis acid point of the heterogeneous catalyst is increased, and the catalytic activity of the heterogeneous catalyst according to the present invention is improved due to the increase of the acid point. In addition, the use of heterogeneous catalysts with increased acidity can enhance the retro-esterification of methyl acetate even under the same reaction conditions. Reverse esterification of methyl acetate may improve the selectivity of acetic acid. Even if methyl acetate is produced as an intermediate by-product, hydrolyzate may be hydrolyzed, so acetic acid may be additionally produced, thereby simplifying the reaction process and the separation process.

이때, 메조기공성 질화탄소가 로듐과 알루미늄이 고정화되는 지지체가 됨으로써 로듐과 알루미늄이 메조기공성 질화탄소에 강하게 상호작용하여 메조기공성 질화탄소의 세공들이 형성하는 네트워크 구조 내에 로듐과 알루미늄이 고르게 분포될 수 있다. 이에 의해 카르보닐화 반응의 생성물과 불균일계 촉매를 여과와 같은 단순 분리 공정을 이용하여 용이하게 분리시킬 수 있고, 반응 결과물로 로듐이 리칭되는 것을 방지 또는 최소화시킬 수 있으며, 로듐이 자가 응집되는 것을 방지할 수 있어, 불균일계 촉매의 안정성과 장기적인 촉매 성능을 확보할 수 있다.At this time, the mesoporous carbon becomes a support on which rhodium and aluminum are immobilized, so that rhodium and aluminum interact strongly with the mesoporous carbon so that rhodium and aluminum are evenly distributed in a network structure in which pores of mesoporous carbon nitride are formed. Can be. This makes it possible to easily separate the product of the carbonylation reaction and the heterogeneous catalyst using a simple separation process such as filtration, to prevent or minimize the leaching of rhodium into the reaction product, and to prevent self-aggregation of rhodium. It can prevent, and can ensure the stability of a heterogeneous catalyst and long-term catalyst performance.

본 발명에 따른 불균일계 촉매에서 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해, 고정화된 로듐의 함량은 적어도 0.5 중량부 이상 또는 5 중량부 이하로 포함되는 것이 고가의 귀금속 사용량이 감소하여 촉매 제조 비용면에서 바람직하다. 로듐의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 활성 물질이 지나치게 적어 촉매 반응이 미미하게 일어나는 문제가 있으므로 적어도 0.5 중량부 이상 포함된다. 보다 바람직하게는, 로듐의 함량은 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 2 중량부 이상이다.With respect to 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride in the heterogeneous catalyst according to the present invention, the immobilized rhodium content is contained at least 0.5 parts by weight or 5 parts by weight or less. Preferred at If the content of rhodium is less than 0.5 parts by weight, there is a problem that the catalytic reaction occurs insignificantly because the active material is too small, at least 0.5 parts by weight or more is included. More preferably, the content of rhodium is 2 parts by weight or more based on 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride.

다만, 로듐 자체가 고가의 금속이기 때문에 5 중량부를 초과하여 도입하는 경우에는 촉매 제조에 고비용이 들기 때문에 오히려 촉매 제조의 생산성 및 초산 제조의 생산성을 낮출 수 있으므로, 5 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.However, since the rhodium itself is an expensive metal, when introduced in excess of 5 parts by weight, the production of the catalyst is expensive, and thus the productivity of the catalyst production and the production of acetic acid may be lowered. Do.

가장 바람직하게, 로듐의 함량은 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 2 내지 3 중량부일 수 있다.Most preferably, the content of rhodium may be 2 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride.

또한, 본 발명의 불균일계 촉매에서 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해, 고정화된 알루미늄의 함량은 1 내지 5 중량부일 수 있다. 알루미늄의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 메탄올의 카르보닐화 반응에서의 산점 증가에 미치는 영향이 미미하여 메탄올 전환율과 초산 선택성이 낮다. 따라서 알루미늄의 함량이 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 적어도 1 중량부 이상이어야 한다. 또한, 알루미늄의 함량이 5 중량부 초과인 경우에는 촉매의 활성금속 성분인 Rh과의 상호 작용에 의한 Rh의 활성이 감소하는 문제와 질화탄소의 염기점에 선택적으로 흡착하여 Rh의 분산성이 감소하는 문제가 있다.In addition, with respect to 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride in the heterogeneous catalyst of the present invention, the content of immobilized aluminum may be 1 to 5 parts by weight. If the aluminum content is less than 1 part by weight, the effect of increasing the acid point in the carbonylation reaction of methanol is minimal, resulting in low methanol conversion and acetic acid selectivity. Therefore, the aluminum content should be at least 1 part by weight based on 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride. In addition, when the aluminum content is more than 5 parts by weight, the problem of Rh activity decreases due to interaction with Rh, an active metal component of the catalyst, and the adsorption to the base point of carbon nitride selectively, thereby reducing the dispersibility of Rh. There is a problem.

이때, 본 발명에 따른 불균일계 촉매에서 고정화된 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)는 0.5 내지 2.5일 수 있다. 바람직하게는, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)는 0.5 내지 1.25일 수 있다.In this case, the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium immobilized in the heterogeneous catalyst according to the present invention may be 0.5 to 2.5. Preferably, the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium may be 0.5 to 1.25.

불균일계 촉매의 제조 방법Method for producing heterogeneous catalyst

상기에서 설명한 본 발명에 따른 불균일계 촉매는, 템플레이트로 실리카 주형을 이용하여 제조할 수 있다. 실리카 주형은 질화탄소를 형성할 수 있는 소스와, 로듐 전구체, 알루미늄 전구체 등을 이용하여 침탄법으로 불균일계 촉매를 형성할 때, 질화탄소의 내부에 위치하여 추출 공정을 통해서 선택적으로 실리카 주형이 제거됨으로써 질화탄소가 메조기공성을 가질 수 있도록 한다.The heterogeneous catalyst according to the present invention described above can be produced using a template of silica as a template. The silica mold is formed inside the carbon nitride when the heterogeneous catalyst is formed by carburization using a source capable of forming carbon nitride and a rhodium precursor or an aluminum precursor, and the silica mold is selectively removed through an extraction process. This allows the carbon nitride to have mesoporosity.

실리카 주형을 이용하여 불균일계 촉매를 제조하기 위해서 로듐 전구체, 알루미늄 전구체, 질화탄소의 소스로서 헥사메틸렌테트라민(hexamethylenetetramine)을 사용하여 염기점이 상대적으로 많이 포함되게 제조된 질화탄소 지지체 및 실리카 주형을 혼합한다.In order to prepare a heterogeneous catalyst by using a silica template, a carbon nitride support and a silica template prepared using a rhodium precursor, an aluminum precursor, and a hexamethylenetetramine as a source of carbon are contained in a relatively high base point. do.

로듐 전구체 또는 알루미늄 전구체는, 금속의 암모늄염, 초산염, 수산화물, 질산염, 할라이드, 인산염, 과염소산염, 황산염 등이 이용될 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 불균일계 촉매의 활성 증진을 위해서, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)는 0.5 내지 2.5 범위 내로 설정하고, 로듐의 함량은 메조기공성 질화탄소 100 중량부를 기준으로 2 중량부 이상이되도록 하는 것이 좋다.As the rhodium precursor or the aluminum precursor, ammonium salts, acetates, hydroxides, nitrates, halides, phosphates, perchlorates, sulfates and the like of metals may be used, and these may be used alone or in combination of two or more. At this time, in order to enhance the activity of the heterogeneous catalyst according to the present invention, the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium is set within the range of 0.5 to 2.5, the content of rhodium is 2 weight based on 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride It is good to be more than a wealth.

실리카 주형으로서는, 비표면적이 적어도 200 m2/g 이상이고, 실리카 주형의 기공 크기는 입경이 4 nm 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 실리카 주형을 사용하여 메조기공성 질화탄소를 제조함으로써 메조기공성 질화탄소에는 2 nm 내지 10 nm의 평균 기공 크기를 갖는 세공들이 구비될 수 있고, 메조기공성 질화탄소의 비표면적도 600 m2/g 내지 2,000 m2/g로 제조될 수 있다. 실리카 주형의 예로서는, SBA-15, KIT-6, MCM-41, FSM-16 등을 이용할 수 있다.As a silica mold, it is preferable to use a specific surface area of at least 200 m 2 / g or more, and a pore size of the silica mold having a particle diameter of 4 nm or more. By producing mesoporous carbon nitride using such a silica template, the mesoporous carbon can be provided with pores having an average pore size of 2 nm to 10 nm, and the specific surface area of the mesoporous carbon nitride is 600 m 2. / g to 2,000 m 2 / g. As an example of a silica template, SBA-15, KIT-6, MCM-41, FSM-16, etc. can be used.

예를 들어, 실리카 주형을 증류수에 혼합하여 실리카 주형 용액을 준비한 상태에서, 실리카 주형 용액에 로듐 전구체, 알루미늄 전구체 및 헥사메틸렌테트라민을 혼합할 수 있다.For example, in a state in which a silica mold solution is prepared by mixing a silica mold with distilled water, a rhodium precursor, an aluminum precursor, and hexamethylenetetramine may be mixed with the silica template solution.

로듐 전구체, 알루미늄 전구체, 헥사메틸렌테트라민 및 실리카 주형을 혼합하여 실리카 주형의 내부에 알루미늄, 로듐 및 헥사메틸렌테트라민이 균일하게 배치된 상태에서, 질소(N2) 분위기 하에서 열처리하여 촉매 전구체를 제조한다. A rhodium precursor, an aluminum precursor, hexamethylenetetramine, and a silica mold are mixed to heat the catalyst under a nitrogen (N 2 ) atmosphere in a state where aluminum, rhodium, and hexamethylenetetramine are uniformly disposed in the silica mold to prepare a catalyst precursor. .

열처리는 600 내지 900℃에서 수행될 수 있다. 일례로, 질소 분위기 하에서 1 내지 4℃/분의 승온 속도로 600 내지 900℃까지 가열하고, 600 내지 900℃에서 5시간 동안 유지한다.Heat treatment may be performed at 600 to 900 ℃. In one example, it is heated to 600 to 900 ℃ at a temperature increase rate of 1 to 4 ℃ / min in a nitrogen atmosphere, and maintained at 600 to 900 ℃ for 5 hours.

이러한 열처리 공정에서, 헥사메틸렌테트라민이 자가 중합되어 탄소와 질소의 재구조화(rearrangement)를 통해서 질화탄소가 만들어지고, 로듐 전구체와 알루미늄 전구체로부터 유래된 로듐과 알루미늄이 질화탄소에 고정화된다.In this heat treatment process, hexamethylenetetramine self-polymerizes to form carbon nitride through rearrangement of carbon and nitrogen, and rhodium and aluminum derived from rhodium precursor and aluminum precursor are immobilized on carbon nitride.

이때, 실리카 주형이 질화탄소 내에 포함되므로 실리카 주형을 제거하는 실리카 주형의 추출 공정을 수행한다. 추출 공정은 강염기성 용액 또는 강산성 용액을 이용할 수 있다. 예를 들어, 추출 공정은, 수산화나트륨 수용액을 이용할 수 있고, 수산화나트륨 수용액은 2 M 농도의 수산화나트륨을 75 내지 100 중량% 농도의 증류수에 용해시켜 이용할 수 있다.At this time, since the silica template is included in the carbon nitride, an extraction process of the silica template to remove the silica template is performed. The extraction process may use a strong basic solution or a strong acid solution. For example, in the extraction process, an aqueous sodium hydroxide solution can be used, and the aqueous sodium hydroxide solution can be used by dissolving 2 M sodium hydroxide in 75 to 100% by weight of distilled water.

상기 공정에 따라, 고체상의 분말 형태이고 상기에서 설명한 본 발명에 따른 불균일계 촉매가 제조될 수 있다.According to the above process, a heterogeneous catalyst according to the present invention which is in the form of a powder in solid form and described above can be prepared.

초산의 제조 방법How to prepare acetic acid

본 발명에 따른 초산의 제조 방법에서는 상기에서 설명한 불균일계 촉매를 이용한다.In the method for producing acetic acid according to the present invention, the heterogeneous catalyst described above is used.

초산을 제조하기 위한 반응물로는, 메탄올과 일산화탄소를 이용하고, 활성증진제로서 요오드화메탄(iodomethane, CH3I) 및 증류수를 이용할 수 있다. 일례로, 액상 반응물로서, 메탄올, 요오드화메탄 및 증류수를 10:10:10 내지 80:50:50의 몰비로 혼합할 수 있다.As a reactant for preparing acetic acid, methanol and carbon monoxide may be used, and iodomethane (CH 3 I) and distilled water may be used as an activation promoter. For example, as a liquid reactant, methanol, methane iodide and distilled water may be mixed in a molar ratio of 10:10:10 to 80:50:50.

초산을 제조하는 카르보닐화 반응은, 150 내지 250℃ 범위의 반응온도 조건과 10 내지 70 bar 범위의 압력 조건에서 수행된다. 이러한 반응온도 및 압력 조건 범위에 내에서 수행하는 것이 반응속도 및 초산의 선택도를 향상시킬 수 있다.The carbonylation reaction to produce acetic acid is carried out at reaction temperature conditions in the range of 150 to 250 ° C. and pressure conditions in the range of 10 to 70 bar. Performing within these reaction temperature and pressure conditions may improve the reaction rate and the selectivity of acetic acid.

이하에서는, 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명에 따른 불균일계 촉매의 제조 및 특성에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 하기에서 실리카 주형을 SBA-15를 이용하여 나노 복제법을 통해 제조되는 메조기공성 불균일계 촉매는 Al(x)Rh(y)-mpg-C3N4로 나타내고, 이때, mpg는 mesoporous graphitic을 나타내고, 메조기공성 질화탄소 100 중량부를 기준으로 알루미늄이 x 중량부이고 로듐이 y 중량부인 것을 나타낸다.Hereinafter, the preparation and characteristics of the heterogeneous catalyst according to the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. In the following, the mesoporous heterogeneous catalyst prepared by the nano-replication method using a silica template using SBA-15 is represented by Al (x) Rh (y) -mpg-C 3 N 4 , where mpg represents mesoporous graphitic. It is shown that aluminum is x parts by weight and rhodium is y parts by weight based on 100 parts by weight of the mesoporous carbon nitride.

실시예 1: Al(1.25)Rh(2.0)-mpg-CExample 1 Al (1.25) Rh (2.0) -mpg-C 33 NN 44 불균일계 촉매의 제조 Preparation of Heterogeneous Catalyst

3 g의 SBA-15를 160 mL의 증류수와 혼합한 후, SBA-15 용액에 헥사메틸렌테트라민 10.2 g, 0.45 g의 Al(NO3)3 및 0.65 g의 Rh(NO3)3 를 첨가하여 60℃가 유지되는 항온조 조건에서 분속 180 rpm의 속도로 교반하였다. 헥사메틸렌테트라민, 알루미늄 나이트레이트 및 로듐 나이트레이트가 증류수에 완전히 용해된 것을 확인한 후, 65℃에서 감압 건조를 수행하였다.After mixing 3 g of SBA-15 with 160 mL of distilled water, 10.2 g of hexamethylenetetramine, 0.45 g of Al (NO 3 ) 3 and 0.65 g of Rh (NO 3 ) 3 were added to the SBA-15 solution. It stirred at the speed of 180 rpm per minute in the thermostat conditions maintained 60 degreeC. After confirming that hexamethylenetetramine, aluminum nitrate and rhodium nitrate were completely dissolved in distilled water, drying under reduced pressure was performed at 65 ° C.

이후, 80℃ 순환식 건조기에 투입하여 12시간 정도 건조하였고, 얻어진 건조물을 쿼츠 반응기(Quartz reactor)에 투입하고, 질소 가스를 50 mL/분의 유속으로 흘려주면서 열처리를 수행하였다.Thereafter, the resultant was poured into an 80 ° C. circulation dryer and dried for about 12 hours. The obtained dried product was added to a quartz reactor, and heat treatment was performed while flowing nitrogen gas at a flow rate of 50 mL / min.

열처리 후에, 2 M의 NaOH 용액을 이용하여 실리카 주형을 제거한 후, 여과 공정 및 증류수를 이용한 세척 공정을 거치고, 80℃의 오븐에서 12시간 정도 건조한 후, 최종적으로 검은색의 분말 형태의 Al(1.25)Rh(2.0)-mpg-C3N4의 제조예 1에 따라 제조된 실시예 1의 불균일계 촉매를 제조하였다. After the heat treatment, the silica mold was removed using a 2 M NaOH solution, followed by filtration and washing with distilled water, dried in an oven at 80 ° C. for 12 hours, and finally, black powdery Al (1.25). A heterogeneous catalyst of Example 1 prepared according to Preparation Example 1 of Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 was prepared.

실시예 2 내지 6Examples 2-6

0.65 g의 Rh(NO3)3에 대해서 Al(NO3)3을 0.54 g을 이용한 것을 제외하고는 제조예 1에 따른 불균일계 촉매의 제조 방법과 실질적으로 동일한 방법을 통해서, 실시예 2의 Al(1.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4의 불균일계 촉매를 얻었다.0.65 g of Rh (NO 3) for 3 Al (NO 3) 3 with 0.54 g of using, and is through the preparation of a heterogeneous catalyst according to Preparation Example 1 is substantially the same method of Example 2 Al, except that A heterogeneous catalyst of (1.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 was obtained.

또한, Al(NO3)3을 0.72 g, 0.90 g 및 1.08 g을 각각 이용한 것을 제외하고는, 제조예 1에 따른 불균일계 촉매의 제조 방법과 실질적으로 동일한 방법을 통해서, 실시예 3 내지 5의 Al(2.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4, Al(2.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4, 및 Al(3.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 불균일계 촉매를 얻었다.Also, except that Al (NO 3 ) 3 was used as 0.72 g, 0.90 g and 1.08 g, the same method as in Example 3 to 5 was carried out in the same manner as in the preparation of the heterogeneous catalyst according to Preparation Example 1. Al (2.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 , Al (2.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 , and Al (3.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 heterogeneous system A catalyst was obtained.

또한, 0.0.81 g의 Rh(NO3)3에 대해서 Al(NO3)3을 0.45 g을 이용한 것을 제외하고는 제조예 1에 따른 불균일계 촉매의 제조 방법과 실질적으로 동일한 방법을 통해서, 실시예 6의 Al(1.25)Rh(2.5)-mpg-C3N4의 불균일계 촉매를 얻었다.In addition, the 0.0.81 g Rh (NO 3) for 3 Al (NO 3) 3 except that the 0.45 g is through the preparation of a heterogeneous catalyst according to Preparation Example 1 and in substantially the same manner, the exemplary The heterogeneous catalyst of Al (1.25) Rh (2.5) -mpg-C 3 N 4 of Example 6 was obtained.

비교예 1 내지 4Comparative Examples 1 to 4

Al(NO3)3를 이용하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1에 따른 방법을 통해서 로듐만이 고정화된 불균일계 촉매인 비교예 1의 Rh(2.0)-mpg-C3N4 불균일계 촉매를 얻었다.Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 heterogeneous catalyst of Comparative Example 1, in which only rhodium was immobilized, was subjected to the method according to Preparation Example 1 except that Al (NO 3 ) 3 was not used. Got it.

또한, 0.45 g의 Al(NO3)3 및 0.33 g의 Rh(NO3)3를 이용한 것을 제외하고는 제조예 1에 따른 방법을 통해서 비교예 2의 Al(1.25)Rh(1.0)-mpg-C3N4 불균일계 촉매를 얻었다.In addition, Al (1.25) Rh (1.0) -mpg- of Comparative Example 2, except that 0.45 g of Al (NO 3 ) 3 and 0.33 g of Rh (NO 3 ) 3 were used. A C 3 N 4 heterogeneous catalyst was obtained.

0.49 g의 Rh(NO3)3를 이용한 것을 제외하고는 비교예 2의 불균일계 촉매의 제조 방법과 실질적으로 동일한 공정을 수행하여 비교예 3의 Al(1.25)Rh(1.5)-mpg-C3N4 불균일계 촉매를 얻었고, 0.36 g의 Al(NO3)3 및 0.65 g의 Rh(NO3)3를 이용한 것을 제외하고는 제조예 1에 따른 방법을 통해서 비교예 4의 Al(1.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 불균일계 촉매를 얻었다.Al (1.25) Rh (1.5) -mpg-C 3 of Comparative Example 3 was subjected to substantially the same process as that for preparing the heterogeneous catalyst of Comparative Example 2, except that 0.49 g of Rh (NO 3 ) 3 was used. An N 4 heterogeneous catalyst was obtained and Al (1.0) Rh of Comparative Example 4 was obtained by the method according to Preparation Example 1, except that 0.36 g of Al (NO 3 ) 3 and 0.65 g of Rh (NO 3 ) 3 were used. (2.0) -mpg-C 3 N 4 heterogeneous catalyst was obtained.

특성평가 1: 질소 흡/탈착 및 BET/BJH 기공 분석Characteristic 1: Nitrogen adsorption / desorption and BET / BJH pore analysis

상기에서 준비된 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4에 따른 불균일계 촉매들 각각에 대해서, 질소 흡/탈착 및 BJH(Barret-Joyner-Halenda) 기공 크기 분석을 수행하였다.For each of the heterogeneous catalysts according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 prepared above, nitrogen adsorption / desorption and BJH (Barret-Joyner-Halenda) pore size analysis were performed.

Micromeritics사(회사명)의 TriStar 3020(상품명)을 이용하여 77 K의 온도에서 질소 흡/탈착 등온 곡선을 얻었으며, 이로부터 BET(Brunaure-Emmett-Teller)와BJH 식을 통하여 촉매의 비표면적과 기공 부피, 평균 기공 크기를 계산하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.Nitrogen adsorption / desorption isotherm curves were obtained at 77 K using Trimeri 3020 (trade name) of Micromeritics (Company name), and the specific surface area of the catalyst was obtained from Brunaure-Emmett-Teller (BET) and BJH equations. Pore volume, average pore size were calculated. The results are shown in Table 1 below.

구분division 촉매명Catalyst name Al/Rh
중량비
Al / Rh
Weight ratio
비표면적
(m2/g)
Specific surface area
(m 2 / g)
기공부피
(cm3/g)
Pore volume
(cm 3 / g)
평균기공 크기 (nm)Average pore size (nm)
실시예1Example 1 Al(1.25)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 0.6250.625 15021502 0.830.83 2.72.7 실시예2Example 2 Al(1.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 0.750.75 861861 0.550.55 3.03.0 실시예3Example 3 Al(2.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (2.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 1.001.00 822822 0.440.44 2.62.6 실시예4Example 4 Al(2.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (2.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 1.251.25 843843 0.480.48 2.82.8 실시예5Example 5 Al(3.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (3.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 1.501.50 884884 0.550.55 3.03.0 실시예6Example 6 Al(1.25)Rh(2.5)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (2.5) -mpg-C 3 N 4 0.500.50 10111011 0.560.56 2.72.7 비교예1Comparative Example 1 Rh(2.0)-mpg-C3N4 Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 00 832832 0.740.74 3.83.8 비교예2Comparative Example 2 Al(1.25)Rh(1.0)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (1.0) -mpg-C 3 N 4 1.251.25 935935 0.520.52 2.72.7 비교예3Comparative Example 3 Al(1.25)Rh(1.5)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (1.5) -mpg-C 3 N 4 0.8330.833 918918 0.510.51 2.72.7 비교예4Comparative Example 4 Al(1.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 0.500.50 990990 0.610.61 2.92.9

표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 6에 따른 불균일계 촉매의 비표면적이 800 m2/g을 이상인 것을 확인할 수 있고, 기공 부피도 0.44 내지 0.83 cm3/g 사이의 범위의 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the specific surface area of the heterogeneous catalyst according to Examples 1 to 6 is 800 m 2 / g or more, and the pore volume also has a value in the range of 0.44 to 0.83 cm 3 / g. You can check it.

특성평가 2: 초산 제조 공정에서의 촉매 성능 평가Characterization 2: Evaluation of Catalyst Performance in Acetic Acid Manufacturing Process

메탄올과 일산화탄소로부터 초산으로의 카르보닐화 반응은 파이렉스(Pyrex) 용기가 장착된 125 mL의 배치형 고압 반응기(Autoclave)에서 수행하였다. 카르보닐화 반응에 사용한 반응물로서는 10.9 mL의 메탄올(MeOH, methanol), 10 mL의 반응 조촉매(co-catalyst)인 메틸요오드(MeI, methyl iodide), 2.7 mL의 증류수 및 0.4 g의 불균일계 촉매를 사용하였다. 고압 상에서 진행되는 반응의 분위기 조성을 위하여 반응물인 일산화탄소를 내부 표준물질인 질소와의 90:10의 몰비로 혼합가스 형태로 40 bar까지 주입하여 반응을 준비하였다. 이때 사용된 반응물의 몰 기준 조성은 MeOH:MeI:증류수=46:28:26, MeI/MeOH=0.6 및 증류수/MeOH = 0.6으로 고정하여 촉매활성 검증 실험을 수행하였다. 이후 100 rpm의 속도로 반응물들 및 조촉매를 교반시키며 반응기 내부 온도가 160 ℃까지 도달하도록 승온시킨 후 교반 속도를 300 rpm으로 상승시키고 반응기 내부 온도가 반응 온도인 190 ℃에 도달하면 승온을 종료한 뒤 3 시간 동안 카르보닐화 반응을 수행하였다. 그 결과를 하기 표 2, 도 1 및 도 2에 나타낸다. 표 2에서 구분된 촉매들 각각을 0.4 g의 불균일계 촉매로 이용한 것이고, 선택도에서 "기타" 물질은 주로 메탄 및 프로피오닉 산(propionic acid)이고, 초산수율은 "메탄올 전환율×초산 선택도"를 통해 계산된 결과 값이다.Carbonylation of methanol and carbon monoxide from acetic acid was carried out in a 125 mL batch autoclave equipped with a Pyrex vessel. The reactants used in the carbonylation reaction include 10.9 mL of methanol (MeOH, methanol), 10 mL of reaction co-catalyst (MeI, methyl iodide), 2.7 mL of distilled water and 0.4 g of heterogeneous catalyst. Was used. In order to prepare an atmosphere of the reaction under high pressure, the reaction product was prepared by injecting carbon monoxide as a reactant to 40 bar in the form of a mixed gas at a molar ratio of 90:10 with nitrogen as an internal standard. At this time, the molar reference composition of the reactants used was fixed to MeOH: MeI: distilled water = 46: 28: 26, MeI / MeOH = 0.6 and distilled water / MeOH = 0.6. After stirring the reactants and the promoter at a speed of 100 rpm, the temperature inside the reactor was raised to reach 160 ℃, the stirring speed was increased to 300 rpm and the temperature was terminated when the temperature reached 190 ℃, the reaction temperature The carbonylation reaction was performed for 3 hours later. The results are shown in Table 2 below, FIGS. 1 and 2. Each of the catalysts identified in Table 2 was used as a 0.4 g heterogeneous catalyst, and the "other" materials in selectivity were mainly methane and propionic acid, and the acetate yield was "methanol conversion x acetic acid selectivity". The result calculated by

구분division 촉매명Catalyst name 메탄올
전환율
(몰%)
Methanol
Conversion rate
(mole%)
선택도(몰%)Selectivity (mol%) 초산수율
(몰%)
Acetic acid yield
(mole%)
초산Acetic acid 초산메틸
및 기타
Methyl acetate
And others
실시예1Example 1 Al(1.25)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 94.594.5 60.560.5 39.539.5 57.157.1 실시예2Example 2 Al(1.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 95.195.1 60.760.7 39.339.3 57.757.7 실시예3Example 3 Al(2.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (2.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 95.595.5 65.265.2 34.834.8 62.362.3 실시예4Example 4 Al(2.5)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (2.5) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 95.895.8 64.364.3 35.735.7 61.761.7 실시예5Example 5 Al(3.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (3.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 96.096.0 63.963.9 36.136.1 61.461.4 실시예6Example 6 Al(1.25)Rh(2.5)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (2.5) -mpg-C 3 N 4 94.894.8 61.161.1 38.938.9 57.957.9 비교예1Comparative Example 1 Rh(2.0)-mpg-C3N4 Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 92.992.9 59.859.8 40.240.2 55.655.6 비교예2Comparative Example 2 Al(1.25)Rh(1.0)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (1.0) -mpg-C 3 N 4 92.292.2 50.550.5 49.549.5 46.646.6 비교예3Comparative Example 3 Al(1.25)Rh(1.5)-mpg-C3N4 Al (1.25) Rh (1.5) -mpg-C 3 N 4 91.991.9 51.251.2 48.848.8 47.147.1 비교예4Comparative Example 4 Al(1.0)Rh(2.0)-mpg-C3N4 Al (1.0) Rh (2.0) -mpg-C 3 N 4 90.390.3 49.949.9 50.150.1 45.145.1

표 1, 도 1 및 도 2를 표 1과 함께 참조하면, Al/Rh의 중량비가 0.5 내지 2.5의 범위에 포함되고 로듐의 함량이 메조기공성 질화탄소의 100 중량부 대비 2 중량부를 유지하도록 한, 실시예 1 내지 5를 이용하여 카르보닐화 반응을 수행한 경우에 반응물인 메탄올의 전환율이 적어도 94 몰% 이상으로 전환된 것을 확인할 수 있고, 초산의 선택도가 60 몰% 이상으로 나타나는 것을 통해서 촉매 활성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, Figures 1 and 2 together with Table 1, the weight ratio of Al / Rh is in the range of 0.5 to 2.5 and the rhodium content to maintain 2 parts by weight compared to 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride When the carbonylation reaction was performed using Examples 1 to 5, the conversion of methanol as a reactant was confirmed to be converted to at least 94 mol% or more, and the selectivity of acetic acid was found to be 60 mol% or more. It can be seen that the catalytic activity is very excellent.

반면, 표 2 및 도 1에서 나타난 바와 같이, 메조기공성 질화탄소의 100 중량부에 대해서 2 중량부 미만으로 고정화시킨 비교예 2와 3의 경우에는 비록 알루미늄이 조촉매로서 로듐과 함께 고정화되어 있기는 하지만, 실시예 1의 불균일계 촉매와 촉매 활성을 비교하여 초산으로의 선택도 및 수율이 낮음을 확인할 수 있다. 또한, 질화탄소의 네트워크 내의 알루미늄 함량이 메조기공성 질화탄소의 100 중량부를 기준으로 1 중량부 이하인 비교예 4의 경우에는 실시예 1의 촉매의 활성과 비교한 결과 초산으로의 선택도가 낮음을 확인할 수 있다.On the other hand, as shown in Table 2 and Figure 1, in the case of Comparative Examples 2 and 3 immobilized to less than 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of mesoporous carbon, although aluminum is fixed together with rhodium as a promoter However, it can be confirmed that the selectivity and yield to acetic acid is low by comparing the catalyst activity and the heterogeneous catalyst of Example 1. In addition, in the case of Comparative Example 4 in which the aluminum content in the network of carbon nitride was 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of mesoporous carbon nitride, the selectivity to acetic acid was low as compared with the activity of the catalyst of Example 1 You can check it.

뿐만 아니라, 표 2 및 도 2에서 나타난 바와 같이, 로듐이 2 중량부이면서 알루미늄이 1.25, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0 중량부인 실시예 1 내지 5 각각의 불균일계 촉매를 이용한 경우에는 반응물인 메탄올의 전환율이 94.5 몰% 정도로 높았으며, 초산의 선택도가 60.5 몰% 이상으로써 촉매 활성이 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 이는 알루미늄을 포함하지 않는, 비교예 1에 따른 불균일계 촉매와 비교하여 보다 우수한 활성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 메조기공성 질화탄소에 조촉매로서 알루미늄을 고정화시킨 것에 의한 촉매 활성 증가의 효과를 확인할 수 있다.In addition, as shown in Table 2 and FIG. 2, when each of the heterogeneous catalysts of Examples 1 to 5 in which rhodium is 2 parts by weight and aluminum is 1.25, 1.5, 2.0, 2.5, and 3.0 parts by weight, The conversion was as high as 94.5 mol%, and the selectivity of acetic acid was 60.5 mol% or more, indicating excellent catalyst activity. In particular, it can be seen that it shows better activity compared to the heterogeneous catalyst according to Comparative Example 1, which does not contain aluminum. That is, in the present invention, it is possible to confirm the effect of increasing the catalytic activity by immobilizing aluminum as a promoter in the mesoporous carbon nitride.

특히, 실시예 3에서 로듐의 함량이 2 중량부이고 촉매의 산점을 증가시키는 조촉매인 알루미늄이 2 중량부인 경우 메탄올의 전환율이 95.5 몰%로 가장 높았으며, 초산의 선택도도 65.2 몰%로 전체 초산의 수율이 가장 높게 관찰되어 최적의 촉매 조성으로 확인되었다.Particularly, in Example 3, when the rhodium content was 2 parts by weight and the catalyst, which increases the acid point of the catalyst, was 2 parts by weight of aluminum, the conversion rate of methanol was 95.5 mol%, and the selectivity of acetic acid was 65.2 mol%. The highest yield of total acetic acid was observed, confirming the optimum catalyst composition.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (17)

활성 물질인 로듐(Rh)과 루이스 산점을 제공하는 알루미늄(Al)이 메조기공성 질화탄소에 고정화되되,
메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서, 로듐은 2 내지 5 중량부이고, 알루미늄은 1.25 내지 3 중량부로 포함되고, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)가 0.5 내지 1.5이며,
상기 알루미늄은 메탄올의 카르보닐화 반응에서 중간 부산물로 생성되는 메틸아세테이트를 역 에스테르화 반응시켜 가수분해함으로써 초산으로 전환시키며,
메탄올의 카르보닐화 반응에서 메탄올의 초산으로의 전환율이 적어도 94 카본 몰% 이상이고,
메탄올을 카르보닐화 시킴으로써 생산하는 초산의 수율이 적어도 57% 이상이도록 하는 것을 특징으로 하는,
메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매.
The active materials rhodium (Rh) and aluminum (Al), which provide a Lewis acid point, are immobilized in mesoporous carbon,
100 parts by weight of mesoporous carbon nitride, rhodium is 2 to 5 parts by weight, aluminum is included in 1.25 to 3 parts by weight, the weight ratio (Al / Rh) of aluminum and rhodium is 0.5 to 1.5,
The aluminum is converted to acetic acid by hydrolysis by reverse esterification of methyl acetate produced as an intermediate by-product in the carbonylation reaction of methanol,
The conversion of methanol to acetic acid in the carbonylation reaction of methanol is at least 94 carbon mol% or more,
Characterized in that the yield of acetic acid produced by carbonylating methanol is at least 57% or more,
Heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
메조기공성 질화탄소의 비표면적은 600 내지 2,000 m2/g이고,
메조기공성 질화탄소에 포함된 세공들의 평균기공크기는 2 nm 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는,
메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매.
The method of claim 1,
The specific surface area of mesoporous carbon nitride is 600 to 2,000 m 2 / g,
The average pore size of the pores contained in the mesoporous carbon nitride, characterized in that 2 nm to 10 nm,
Heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
다공성 실리카 주형, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine), 알루미늄 전구체 및 로듐 전구체를 이용하여 다공성 실리카 주형에 대해 헥사메틸렌테트라민이 자가 중합되어 탄소와 질소의 재구조화가 일어나 메조기공성 질화탄소가 형성되고,
알루미늄 전구체와 로듐 전구체로부터 유래된 로듐과 알루미늄이 메조기공성 질화탄소에 고정화되어 형성된 것을 특징으로 하는,
메탄올의 카르보닐화 반응을 위한 불균일계 촉매.
The method of claim 1,
Hexamethylenetetramine self-polymerizes the porous silica mold using a porous silica template, hexamethylenetetramine, an aluminum precursor and a rhodium precursor to restructure carbon and nitrogen to form mesoporous carbon nitride.
Rhodium and aluminum derived from an aluminum precursor and a rhodium precursor are formed by immobilization on mesoporous carbon nitride,
Heterogeneous catalyst for the carbonylation reaction of methanol.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 활성 물질인 로듐(Rh)과 루이스 산점을 제공하는 알루미늄(Al)이 메조기공성 질화탄소에 고정화되되, 메조기공성 질화탄소 100 중량부에 대해서 로듐을 2 내지 5 중량부 포함하고, 알루미늄을 1.25 내지 3 중량부 포함하고, 알루미늄과 로듐의 중량비(Al/Rh)가 0.5 내지 1.5인 불균일계 촉매의 존재 하에서, 일산화탄소를 이용하여 메탄올에 대한 카르보닐화 반응을 수행하여 초산으로 메탄올을 전환시키는 단계를 포함하고,
상기 메탄올을 전환시키는 단계에서, 상기 촉매의 알루미늄은 메탄올의 카르보닐화 반응에서 중간 부산물로 생성되는 메틸아세테이트를 역 에스테르화 반응시켜 가수분해함으로써 초산으로 전환시키는 것을 특징으로 하는,
초산의 제조 방법.
Rhodium (Rh), which is an active material, and aluminum (Al), which provides a Lewis acid point, are immobilized to mesoporous carbon, and include 2 to 5 parts by weight of rhodium with respect to 100 parts by weight of mesoporous carbon, and 1.25 of aluminum. Converting methanol to acetic acid by performing a carbonylation reaction on methanol using carbon monoxide in the presence of a heterogeneous catalyst containing 3 to 3 parts by weight and having a weight ratio of aluminum to rhodium (Al / Rh) of 0.5 to 1.5. Including,
In the step of converting methanol, the aluminum of the catalyst is characterized in that the methyl acetate produced as an intermediate by-product in the carbonylation reaction of methanol is converted to acetic acid by reverse esterification by hydrolysis.
Method of manufacturing acetic acid.
제14항에 있어서,
상기 메탄올을 전환시키는 단계는
메탄올을 포함하는 용액에 일산화탄소 함유 기체를 주입하여 150 내지 200℃의 온도에서 반응시키는 것을 특징으로 하는,
초산의 제조 방법.
The method of claim 14,
Converting the methanol
Injecting a carbon monoxide-containing gas into a solution containing methanol to react at a temperature of 150 to 200 ℃,
Method of manufacturing acetic acid.
제15항에 있어서,
일산화탄소는 10 내지 70 bar의 압력으로 주입되는 것을 특징으로 하는,
초산의 제조 방법.
The method of claim 15,
Characterized in that the carbon monoxide is injected at a pressure of 10 to 70 bar,
Method of manufacturing acetic acid.
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