KR102343755B1 - 트리옥산 합성용 촉매 및 이를 사용하는 트리옥산 합성방법 - Google Patents

트리옥산 합성용 촉매 및 이를 사용하는 트리옥산 합성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 트리옥산 합성용 촉매는, 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하는 촉매 물질, 그리고, 촉매 물질이 담지된 불활성 지지체를 포함하고, 촉매 물질은 하기 화학식을 갖고, 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환 반응을 촉진시킨다.
[화학식 1]
PxVyMozHmOn
(화학식 1에서, 0<x≤1.2, 0<y≤2, 0<y≤20, 10≤z/y≤100, 0<m<4, 0<n<70)

Description

트리옥산 합성용 촉매 및 이를 사용하는 트리옥산 합성방법{CATALYST FOR SYNTHESIZING TRIOXANE AND METHOD OF SYNTHESIZING TRIOXANE USING THE SAME}
본 발명은 기상의 폼알데히드를 트리옥산으로 전환시키는 트리옥산 합성용 촉매, 그리고 이를 사용하는 트리옥산 합성방법을 제공한다.
폼알데히드(formaldehyde)는 화학적으로 반응성이 매우 강한 환원제로서 페놀, 멜라닌, 우레아와 같은 수지로부터 성형재료나 방부제, 접착제, 발포제 등을 생산하는 공정에 원료로 사용되며 액상 포름알데히드의 액상 삼량체화는 polyoxymethylenes의 제조에서 중간체인 트리옥산(trioxane)의 생산에 사용되는 중요한 산업 공정이다. 하지만 이 경우 수분이 포함되어 있어 폼알데히드가 중합하려는 경향이 증가해 polyoxymethylene 침착에 의한 촉매의 피독을 유도하고, 제조 과정에서도 심각한 문제를 일으킬 수 있으며, 수분 제거를 위한 비용이 많이 들 수 있다. 따라서 기상의 폼알데히드로부터 직접 고분자량체를 만드는 방법이 오랫동안 연구되어 왔다.
미국등록특허 US 6,313,323 B1은 기상의 폼알데히드로부터 트리옥산을 생성하기 위한 고체인산 촉매 물질 및 담체를 포함하는 촉매를 개시하고 있고, 구체적으로 H3PO4(촉매 물질) / SiO2(지지체), H3PO4 / SiO2-Al2O3, H3PO4 / TiO2, HPA(Heteropoly acid) / Al2O3 등을 개시하고 있다.
미국공개특허 US 5,508,448 A는 (VO)HPO4·1/2H2O (Vanadyl hydrogenphosphate hemihydrate) 촉매를 개시하나, 합성 과정이 매우 복잡하고, 바나듐 함량이 지나치게 높으며, 안정성이 낮은 문제점이 있다.
미국공개특허 US 5,508,449 A는 H3PVMo11O40·nH2O (11-molybdo-1-vanadophosphoric acid) 촉매 (n=0~32)를 개시하나 STY 가 지나치게 높을 수 있다.
미국공개특허 US 6,124,480 A는 H4PVMo11O40 촉매 물질을 개시하였으나, 폼알데히드에서 트리옥산으로의 전환율이 30% 미만을 나타내었다.
미국등록특허 US 6,313,323 B1 미국공개특허 US 5,508,448 A 미국공개특허 US 5,508,449 A 미국공개특허 US 6,124,480 A
본 발명의 한 실시예에 다른 트리옥산 합성용 촉매 및 이를 사용하는 트리옥산 합성방법은 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률을 향상시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 트리옥산 합성용 촉매는, 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하는 촉매 물질, 그리고, 촉매 물질이 담지된 불활성 지지체를 포함하고, 촉매 물질은 하기 화학식을 갖고, 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환 반응을 촉진시킨다.
[화학식 1]
PxVyMozHmOn
화학식 1에서, 0<x≤1.2, 0<y≤2, 0<y≤20, 10≤z/y≤100, 0<m<4, 0<n<70 이다.
불활성 지지체는 활성 탄소를 포함할 수 있다.
트리옥산 합성용 촉매 전체의 부피를 기준으로 인(P)이 0.9 내지 1.1 mol 담지되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법은, Phosphoric acid(H3PO4), Vanadium pentoxide(V2O5) 및 Molybdenum trioxide(MoO3)를 물에 혼합하여 혼합물을 형성하고, 혼합물을 교반한 다음, 감압 후 여과액을 추출하고 건조시켜 촉매 물질을 제조하는 단계, 촉매 물질을 불활성 지지체에 담지시켜 트리옥산 합성용 촉매를 제조하는 단계, 그리고 트리옥산 합성용 촉매를 사용하여 폼알데히드를 처리하여 폼알데히드를 트리옥산으로 전환 시키는 전환 반응 단계를 포함한다.
여기서, 촉매 물질은 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하고, 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환 반응을 촉진시키고, 촉매 물질은 하기 화학식을 갖는다.
[화학식 1]
PxVyMozHmOn
화학식 1에서, 0<x≤1.2, 0<y≤2, 0<y≤20, 10≤z/y≤100, 0<m<4, 0<n<70 이다.
전환 반응 단계에서, 폼알데히드가 미리 정해진 처리량만큼 처리될 수 있다.
불활성 지지체에 담지된 촉매 물질의 질량당 폼알데히드 처리량의 자연로그(ln) 값이 3.4 내지 3.6일 수 있다.
미리 정해진 처리량은 0.001 ~ 0.3 kg/h 일 수 있다.
촉매 물질을 제조하는 단계에서, 교반은 70 내지 90 ℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 400 내지 600 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
전환 반응 단계에서, 전환 반응의 반응 압력이 높아질수록 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률이 증가할 수 있다.
불활성 지지체는 활성 탄소를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 다른 트리옥산 합성용 촉매 및 이를 사용하는 트리옥산 합성방법은 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률을 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 담지용 지지체의 영향을 나타내는 실험 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 2a 및 도 2b는 0.001 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우의 실험 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 3a 내지 도 3d는 0.06 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우의 실험 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 4a 내지 도 4c는 0.3 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우의 실험 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 5은 트리옥산 수율 증가를 위한 적절한 폼알데히드 처리량과 촉매 물질 담지량의 비율을 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 폼알데히드(formaldehyde)로부터 트리옥산(trioxane)을 합성하기 위한 촉매에 관한 것이다. 본 발명에 따른 촉매는 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률을 종래에 비해 크게 향상시킬 수 있고, 예를 들어, 30% 이상의 전환률을 나타낼 수 있다.
실시예들에 따른 촉매는 불활성 지지체에 담지된 촉매 물질을 포함한다.
불활성 지지체는 촉매 물질과 반응하지 않는 물질로 이루어지고, 활성 탄소(activated carbon)를 포함할 수 있다. 일반적으로 불활성 지지체로 사용될 수 있는 실리카(Silica)에 비해, 활성 탄소는 상대적으로 매우 큰 비표면적을 가지므로, 활성 탄소 지지체는 촉매의 트리옥산으로의 전환 성능을 향상시킬 수 있다.
촉매 물질은 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하고, 촉매 물질은 하기 화학식으로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
PxVyMozHmOn
(상기 화학식 1에서, 0<x≤1.2, 0<y≤2, 0<y≤20, 10≤z/y≤100, 0<m<4, 0<n<70)
화학식 1에서, 바나듐(V)에 대한 몰리브덴(Mo)의 조성비(함량비) (z/y)는 10 이상 100 이하일 수 있다. 조성비(z/y)가 10 미만인 경우에는 몰리브덴의 상대적 함량이 적어서 촉매 물질과 폼알데히드의 반응성이 저하될 수 있고, 조성비(z/y)가 100 초과인 경우에는 바나듐(V)의 상대적인 함량이 적어서 촉매 물질과 폼알데히드의 반응성이 저하될 수 있다. 따라서, 전술한 범위 내에서 촉매 물질에 대한 담지량이 보다 증가하고, 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률이 향상될 수 있다.
촉매 전체의 부피를 기준으로 인(P) 원소는 약 0.9 내지 1.1 mol 담지되어 있을 수 있고, 이러한 범위 내에서, 촉매 물질의 촉매 성능이 잘 구현될 수 있다.
이러한 촉매를 사용하는 트리옥산의 합성방법은, 촉매 물질 제조 단계, 촉매 제조 단계, 그리고 폼알데히드를 트리옥산으로 전환 시키는 전환 반응 단계를 포함한다.
우선, 촉매 물질 제조 단계는 Phosphoric acid(H3PO4), Vanadium pentoxide(V2O5) 및 Molybdenum trioxide(MoO3)를 물에 혼합하여 혼합물을 형성하고, 혼합물을 교반한 다음, 감압 후 여과액을 추출하고 건조시켜 촉매 물질을 제조하는 단계이다.
여기서, 교반은 70 내지 90 ℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 400 내지 600 rpm의 속도로 수행될 수 있고, 이러한 조건에서 촉매 물질이 높은 수율로 제조될 수 있고, 균일한 성능을 나타낼 수 있다.
이어서, 촉매 물질을 불활성 지지체에 담지시켜 트리옥산 합성용 촉매를 제조하는 단계가 수행된다. 여기서, 불활성 지지체는 넓은 비표면적을 갖는 활성 탄소를 포함할 수 있고, 이로 인해 촉매 물질이 지지체에 담지되는 경우 촉매 물질과 폼알데하이드의 접촉 면적이 증가할 수 있다.
다음으로, 트리옥산 합성용 촉매와 폼알데히드를 접촉시켜 폼알데히드를 트리옥산으로 전환 시키는 전환 반응 단계가 수행된다.
여기서, 폼알데히드는 미리 정해진 처리량(유량, flow rate)만큼 처리될 수 있다. 미리 정해진 처리량은 0.001 ~ 0.3 kg/h 일 수 있고, 여기서 0.25 kg/h 이상의 처리량은 실험실 규모가 아닌 실증 규모에 해당할 수 있다.
실시예들에 따른 트리옥산 합성방법은 반응 압력이 약 1 내지 5 bar 내에서, 폼알데히드의 유량(처리량), 촉매 담지량, 반응 압력 등의 운전 조건을 최적화함으로써, 실증 규모인 0.3 kg/hr 처리 규모에서 수율이 약 41%를 구현할 수 있다.
이때, 반응 압력이 높아질수록 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환률이 증가할 수 있다. 폼알데히드로부터 트리옥산이 생성되는 반응은 3몰의 반응물이 1몰의 생성물로 전환되는 반응으로 르 샤틀리에의 원리를 따르므로, 반응 압력의 증가에 따라 정반응이 촉진될 수 있다.
한편, 트리옥산의 수율 증가를 위해 적절한 폼알데히드 처리량(유량, flow rate)과 촉매 물질 담지량 사이의 비율이 존재할 수 있다. 예를 들어, 불활성 지지체에 담지된 촉매 물질의 질량당 폼알데히드 처리량의 자연로그(ln) 값이 3.4 내지 3.6일 수 있고, 이러한 범위 내에서 트리옥산의 수율이 더욱 높을 수 있다.
촉매 물질을 포함하는 촉매의 제조방법을 예를 들어 설명하면, Phosphoric acid(H3PO4) 0.98g, Vanadium pentoxide(V2O5) 0.18g, Molybdenum trioxide(MoO3) 14.39g과 물 225 ml를 혼합하고, 약 80 ℃에서 약 500 rpm의 속도로 약 3시간 동안 교반한 후, 이어서, 감압 후, 여과액을 추출하고, 약 85 ℃의 온도에서 건조시켜 촉매 물질을 제조할 수 있다. 다음으로, 제조된 촉매 물질을 활성 탄소 지지체에 담지시켜 촉매를 제조할 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 실험예를 예로 들어 본 발명에 대해서 설명하지만, 본 발명이 하기 내용에 의해 제한되지는 않는다.
실험예 1 - 담지체의 영향 실험
P0.01V0.001Mo0.1 촉매 물질을 사용하여, 담지체에 따른 영향을 평가하였다. 구체적으로 담지체가 없는 경우, 담지체가 실리카(SiO2)인 경우, 담지체가 활성 탄소인 경우, 담지체가 알루미나(γ-Al2O3)인 경우의 폼알데히드의 온도에 따른 변환율(Conversion), 폼알데히드의 반응 속도(Reaction rate), BET 표면적을 평가하였다. 온도에 따른 변환율을 도 1a에 나타내었고, 반응 속도는 도 1b에 나타내었으며, BET 표면적은 도 1c에 나타내었다. 여기서, 촉매 물질의 충진량은 약 1g이고, 반응 가스는 약 95 ppm formaldehyde/N2 balance이며, 실험 장비 입구에서의 가스 유량은 약 100 ml/min이고, 반응 온도는 약 110 ℃에서 150 ℃로 설정되었다. 농도 분석은 기체크로마토그래피 HP6890 장비가 사용되었고, 이 장비는 Porapak-T 충진컬럼(2M, 80/100 ss, Agilent Tech.) 및 TCD 검출기를 포함한다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 지지체가 활성 탄소인 경우와, 지지체가 알루미나인 경우 상대적으로 높은 폼알데히드의 전환율을 보였다.
활성 성분인 촉매 물질 PVMo의 담지량에 따른 폼알데히드의 반응 속도를 비교하면, 활성 탄소 지지체의 BET 표면적이 가장 넓은 것으로 나타났고, 활성 탄소 지지체가 적용되었을 때 가장 높은 반응 속도를 나타내었다. 이로부터 활성 탄소의 BET 표면적(비표면적)이 상대적으로 가장 높아, 촉매 물질의 분산도가 상대적으로 가장 높고, 이로 인해 폼알데히드의 전환율 및 반응 속도가 높다는 것을 알 수 있다.
하기 표 1은 실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 촉매를 정리한 표이고, 하기 표 1에 기재된 촉매들로 하기 실험들이 진행되었다.
[표 1]
Figure 112020008837091-pat00001
실험예 2 - 폼알데히드 처리량에 따른 트리옥산 제조 촉매 반응 실험
열분해 폼알데히드 처리량은 0.001 ~ 0.3 kg/h로 설정되었고, 촉매 충진량은 약 100~170g, 반응 온도는 약 110 ℃에서 150 ℃로 설정되었고, 반응 압력은 상압(1 bar) ~ 5 bar로 설정되었다. 농도 분석은 기체크로마토그래피 HP6890 장비가 사용되었고, 이 장비는 Porapak-T 충진컬럼(2M, 80/100 ss, Agilent Tech.) 및 TCD 검출기를 포함한다. 생성된 트리옥산을 회수하기 위해 에틸 벤젠(ethylbenzene, C8H10) 약 350g이 사용되었다.
실험예 2-1 - 0.001 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우
표 1의 촉매 P-DE(비교예) 및 P-KA(비교예)를 사용하여 반응 온도에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 100 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량(flow rate)은 0.001 kg/h, N2 40 ml/min이었다. 결과는 도 2a에 나타내었다.
도 2a를 참조하면, 온도가 증가하면서 두 촉매 물질 모두 전환율이 감소하였고, 상대적으로 P-DE가 더 가파르게 감소하여 130 ℃ 이상에서는 촉매로서 기능하지 못했다.
또한, 표 1의 P-DE(비교예), P-KA(비교예), P0.01V0.005Mo0.10/SI(비교예) 및 P0.01V0.005Mo0.10/AC(실시예) 촉매를 사용하여, 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 100 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량(flow rate)은 0.001 kg/h, N2 40 ml/min이었으며, 반응 온도는 110 ℃였다. 결과는 도 2b에 나타내었다. 도 2b에서 (a)는 촉매가 P-DE 인 경우, (b)는 촉매가 P-KA 인 경우, (c)는 촉매가 P0.01V0.005Mo0.10/SI 인 경우, (d)는 촉매가 P0.01V0.005Mo0.10/AC 인 경우를 각각 나타낸다.
도 2b를 참조하면, P-DE와 P-KA 촉매 물질의 트리옥산 수율은 상압(1 bar)의 110 ℃ 반응온도에서의 수율이 각각 19.2 %와 14.2 %의 최대값을 나타내었고, PVMo-SI와 PVMo-AC 촉매의 경우, 트리옥산의 수율이 각각 24.7 %와 28.2 %를 나타내었다(상압 조건).
한편, 반응압력을 2 bar로 상승시키는 경우, P-DE의 경우를 제외하고는 트리옥산의 수율이 향상되었고, PVMo-AC 촉매에서 31.7 %의 수율을 확보하였다. 이는 폼알데히드로부터 트리옥산이 생성되는 반응은 3몰의 반응물이 1몰의 생성물로 전환되는 반응으로 르 샤틀리에의 원리에 의해 반응 압력의 증가에 따라 정반응이 촉진된 것에 기인한 것으로 해석될 수 있다.
실험예 2-2 - 0.06 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우
표 1의 P0.01V0.005Mo0.20/AC(실시예) 촉매를 0.1 wt.%(촉매 전체 기준) 사용하여 폼알데히드의 유량(flow rate)에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 100 g 사용되었고, N2 40 ml/min이었으며, 반응 압력은 5 bar로 유지되었다. 결과는 도 3a에 나타내었다.
도 3a를 참조하면, 폼알데히드의 처리량(유량)이 증가하면서 트리옥산 수율이 감소하였다.
한편, 표 1의 P0.01V0.005Mo0.20/AC 촉매를 0.1 wt.%(촉매 전체 기준) 사용하여 반응 압력에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 170 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량(flow rate)은 0.06 kg/h, N2 40 ml/min이었으며, 반응 온도는 110 ℃였다. 결과는 도 3b에 나타내었다.
도 3b를 참조하면, 반응압력이 증가하면서 트리옥산의 수율이 증가하였다.
한편, 표 1의 P0.01V0.005Mo0.10/AC(실시예) 촉매를 사용하여 촉매 물질 담지량에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 100 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량은 0.06 kg/h, N2 40 ml/min이었으며, 반응 온도는 110 ℃, 반응 압력은 2 bar로 유지되었다. 결과는 도 3c에 나타내었다.
도 3c를 참조하면, 동일 압력에서 촉매 물질의 담지량 증가에 따라 트리옥산의 수율이 증가하였다.
한편, 표 1의 P0.01V0.005Mo0.10/AC(실시예) 촉매를 2.0 wt.%(촉매 전체 기준) 사용하여 반응 압력에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 100 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량은 0.06 kg/h, N2 40 ml/min이었으며, 반응 온도는 110 ℃였다. 결과는 도 3d에 나타내었다.
도 3d를 참조하면, 반응압력이 증가하면서 트리옥산의 수율이 증가하였고, 반응 압력이 2 bar 이상일 때 30%를 넘는 수율을 나타내었다.
실험예 2-3 - 0.3 kg/h 처리 규모의 트리옥산 생산의 경우
표 1의 P0.01V0.005Mo0.20/AC(실시예) 촉매를 2.0 wt.%(전체 촉매 기준) 사용하여 촉매 물질 담지량에 따른 폼알데히드의 트리옥산으로의 전환율을 평가하였다. 이때, 촉매 물질은 170 g 사용되었고, 폼알데히드의 유량은 0.3 kg/h, N2 40 ml/min이었으며, 반응 온도는 110 ℃, 반응 압력은 5 bar로 유지되었다. 결과는 도 4a에 나타내었다. 또한, 적외선 분광기(Bruker, ALPHA FT-IR Spectrometer)를 사용하여, 트리옥산 용액의 농도에 따른 FTIR 분석 결과를 도 4b에 나타내었고, FTIR 교정고선에 의한 트리옥산의 수율 계산을 도 4c에 나타내었다. 여기서 트리옥산 용액(회수용액)은 생성된 트리옥산이 에틸벤젠에 용해된 표준용액을 의미한다.
도 4a를 참조하면, 촉매 물질의 담지량 증가에 따라 트리옥산의 수율이 증가하였고, 최종적으로 37%의 수율을 확보(담지량이 약 2.0 wt.% 일 때)하였다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 932.47 cm-1 파장에서 트리옥산이 검출하였고, 회수용액의 트리옥산 농도는 10.99 wt.%인 것으로 나타났으며, 이때의 수율은 41.2%인 것으로 계산되었다.
상기 실험예들의 결과들을 종합하여 분석한 결과, 트리옥산 수율 증가를 위한 적절한 폼알데히드 처리량과 촉매 물질 담지량의 비율이 존재하는 것으로 나타났고, 분석 결과를 도 5에 나타내었다.
도 1a 내지 도 5을 참조하면, PVMo 촉매 물질을 활성 탄소(AC)와 알루미나 지지체에 담지시켰을 때, 폼알데히드의 전환율이 향상되었다. 특히, 활성 탄소 지지체에 촉매 물질을 담지시킨 촉매의 반응 속도가 높게 나타났고, 이로부터 활성 탄소 지지체의 사용이 다른 지지체 사용에 비해 폼알데히드를 전환시키는데 유리한 것으로 나타났다.
구체적으로, 높은 트리옥산의 수율을 얻기 위해서는 담지된 PVMo 무게당 폼알데히드 처리량의 자연로그값이 3.5로 유지하는 것이 유리한 것으로 나타났다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하는 촉매 물질, 그리고, 상기 촉매 물질이 담지된 불활성 지지체
    를 포함하고,
    상기 촉매 물질은 P0.01V0.005Mo0.10 또는 P0.01V0.005Mo0.20 이고, 폼알데히드(formaldehyde)의 트리옥산(trioxane)으로의 전환 반응을 촉진시키는
    트리옥산 합성용 촉매.
  2. 제1항에서,
    상기 불활성 지지체는 활성 탄소(activated carbon)를 포함하는 트리옥산 합성용 촉매.
  3. 삭제
  4. Phosphoric acid(H3PO4), Vanadium pentoxide(V2O5) 및 Molybdenum trioxide(MoO3)를 물에 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 교반한 다음, 감압 후 여과액을 추출하고 건조시켜 촉매 물질을 제조하는 단계,
    상기 촉매 물질을 불활성 지지체에 담지시켜 트리옥산 합성용 촉매를 제조하는 단계, 그리고
    상기 트리옥산 합성용 촉매를 사용하여 폼알데히드(formaldehyde)를 처리하여 상기 폼알데히드를 트리옥산(trioxane)으로 전환 시키는 전환 반응 단계
    를 포함하고,
    상기 촉매 물질은 인(P), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)을 구성 원소로 포함하며, 상기 폼알데히드의 상기 트리옥산으로의 전환 반응을 촉진시키고,
    상기 촉매 물질은 P0.01V0.005Mo0.10 또는 P0.01V0.005Mo0.20 인
    트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  5. 제4항에서,
    상기 전환 반응 단계에서,
    상기 폼알데히드가 미리 정해진 처리량만큼 처리되는 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  6. 제5항에서,
    상기 불활성 지지체에 담지된 상기 촉매 물질의 질량당 상기 폼알데히드 처리량의 자연로그(ln) 값이 3.4 내지 3.6인 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  7. 제5항에서,
    상기 미리 정해진 처리량은 0.001 ~ 0.3 kg/h 인 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  8. 제4항에서,
    상기 촉매 물질을 제조하는 단계에서,
    상기 교반은 70 내지 90 ℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 400 내지 600 rpm의 속도로 수행되는 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  9. 제4항에서,
    상기 전환 반응 단계에서,
    상기 전환 반응의 반응 압력이 높아질수록 상기 폼알데히드의 상기 트리옥산으로의 전환률이 증가하는 트리옥산 합성용 촉매를 사용하는 트리옥산 합성방법.
  10. 제4항에서,
    상기 불활성 지지체는 활성 탄소(activated carbon)를 포함하는 트리옥산 합성방법.
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