KR102570842B1 - Heterogeneous Catalyst Complex for Carbon dioxide Conversion - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 있어서, 상기 이산화탄소 전환반응은 이산화탄소와 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응이며, 상기 촉매 복합체는 상기 촉매 복합체내 활성금속으로 귀금속 중에서 1종 이상을 포함하고, 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하며, 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 관한 것이다.The present invention is a catalyst composite for a carbon dioxide conversion reaction, wherein the carbon dioxide conversion reaction is a reaction between carbon dioxide and a compound containing at least one hydroxy group, and the catalyst composite includes at least one noble metal as an active metal in the catalyst composite And, it relates to a catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction, comprising at least one selected from nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co), and comprising a support.

Description

불균일계 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체{Heterogeneous Catalyst Complex for Carbon dioxide Conversion} Heterogeneous Catalyst Complex for Carbon Dioxide Conversion}

본 발명은 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환시키는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 대한 것으로, 상세하게는 이산화탄소 및/또는 이산화탄소 유래의 무기탄산염과 분자 내에 하이드록시 작용기를 하나 이상 가지는 화합물의 반응을 통하여 유용한 화합물의 생산을 촉진하는 촉매 및 이를 이용한 이산화탄소의 전환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst composite for a carbon dioxide conversion reaction that converts carbon dioxide into a useful compound, and more particularly, through the reaction of carbon dioxide and/or an inorganic carbonate derived from carbon dioxide with a compound having at least one hydroxyl functional group in the molecule, to obtain a useful compound. It relates to a catalyst that promotes production and a method for converting carbon dioxide using the catalyst.

석탄 및 석유는 전체 에너지의 50% 이상을 차지하는 화석에너지로서 지난 수세기 동안 인류의 중요한 에너지원으로 사용되어져 왔으며, 인류는 이들 화석에너지를 사용하며 발생하는 이산화탄소를 별도의 후처리 공정 없이 배출하여 왔으나, 상기 이산화탄소는 온실가스로서 작용하므로 이산화탄소를 포집하여 다른 유용한 화합물로 전환하려는 노력이 있어 왔다. Coal and petroleum are fossil energies that account for more than 50% of total energy and have been used as important energy sources for mankind for the past several centuries. Since carbon dioxide acts as a greenhouse gas, efforts have been made to capture carbon dioxide and convert it into other useful compounds.

그러나, 이산화탄소는 매우 낮은 에너지를 갖는 탄소화합물로서, 이를 유용한 자원으로 활용하는 전환하려면 많은 에너지를 투입하여야 하므로 이산화탄소 전환 기술이 상업적으로 성공하는데 걸림돌이 되고 있다. 따라서 에너지 사용이 최소화되며 반응의 선택성을 향상시키는 촉매의 개발된다면, 이산화탄소 전환기술은 이산화탄소의 처리와 동시에 저렴한 비용으로 유용한 물질로 재 전환하여 부가가치가 생산되므로 상당히 유용한 기술이 될 수 있을 것으로 평가되고 있다.However, since carbon dioxide is a carbon compound with very low energy, a lot of energy must be input to convert it into a useful resource, which is an obstacle to commercial success of carbon dioxide conversion technology. Therefore, if a catalyst that minimizes energy use and improves the selectivity of the reaction is developed, carbon dioxide conversion technology is evaluated to be a very useful technology because added value is produced by treating carbon dioxide and reconverting it into a useful material at a low cost at the same time. .

이산화탄소의 전환 공정 중 하나가 이산화탄소를 수소화 반응을 통하여 포름산으로 전환하는 공정이며, 구체적으로 하기 반응식 1 로 표시될 수 있다. 상기 포름산은 가축 사료 가공, 가죽 염색, 고무 합성 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 또한 가연성이 낮고 저장 및 운반이 용이하므로 수소 저장체로서 각광 받고 있다.One of the conversion processes of carbon dioxide is a process of converting carbon dioxide into formic acid through a hydrogenation reaction, and may be specifically represented by Reaction Formula 1 below. The formic acid is used in various industrial fields such as livestock feed processing, leather dyeing, and rubber synthesis, and is in the spotlight as a hydrogen storage medium because of its low flammability and easy storage and transportation.

(반응식 1)(Scheme 1)

ΔG˚aq (kcal/mol) = 13.4 ΔG˚aq (kcal/mol) = 13.4

이와 관련된 종래의 기술로서, 한국공개특허 2014-0033491호는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘 등을 지지체로 사용하고 여기에 금을 포함하는 불균일 촉매를 이용하는 포름산 제조방법을 개시하나, 촉매효율이 낮으며, 이산화탄소를 수소를 이용하여 직접 수소화하여 포름산을 제조하는 방법은 상기 반응식 1 에서 표시한 바와 같이, ΔG 값이 13.4로 높아 반응을 진행하기 위해서는 외부에서 많은 에너지원이 투입되어야 한다.As a prior art related to this, Korean Patent Publication No. 2014-0033491 discloses a formic acid production method using a heterogeneous catalyst containing gold and using silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, etc. as a support, but the catalyst As shown in Scheme 1 above, the method of producing formic acid by directly hydrogenating carbon dioxide with low efficiency and having a high ΔG value of 13.4 requires a lot of external energy sources to proceed with the reaction.

그러나 글리세롤과 같은 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소를 이산화탄소와 반응시켜 포름산을 생산하는 반응은 ΔG 값이 낮아 상대적으로 직접적인 수소를 이용한 상기 반응식 1의 반응에 비하여 열역학적으로 훨씬 용이하게 반응이 진행될 수 있으므로, 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소를 이용하는 이산화탄소의 전환 기술은 전환 효율이 뛰어나고 전환공정비용이 최소화될 수 있도록 혁신적 촉매가 개발된다면 에너지 절감형 이산화탄소 전환기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.However, the reaction of producing formic acid by reacting a hydrocarbon containing at least one hydroxy group such as glycerol with carbon dioxide has a relatively low ΔG value, so the reaction can proceed thermodynamically much more easily than the reaction of Scheme 1 using direct hydrogen. Therefore, the carbon dioxide conversion technology using a hydrocarbon containing one or more hydroxy groups is expected to be an energy-saving carbon dioxide conversion technology if an innovative catalyst is developed so that the conversion efficiency is excellent and the conversion process cost is minimized.

상기 글리세롤은 바이오디젤의 생산 과정에서 부산물로 발생하는 것으로 현재에는 이를 폐기물로서 단순 소각 처리되고 있는 바, 이 과정에서 많은 비용이 요구되어 바이오디젤 생산 공정의 경제성을 악화시키는 요인이 되고 있으며, 부산물 소각 처리 과정에서 다량의 이산화탄소가 발생하여 2차 환경오염을 야기하는 문제점도 대두되고 있는 실정이다. 이에 따라, 바이오디젤 생산 공정에서 부산물로 생성되는 글리세롤을 활용하는 방안에 대한 연구가 함께 진행되고 있는데, 이산화탄소와 글리세롤의 반응으로부터 포름산과 젖산을 생산하는 이산화탄소 전환한다면 글리세롤의 처리문제와 이산화탄소의 전환 문제를 동시에 해결할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있다.The glycerol is generated as a by-product in the biodiesel production process, and is currently simply incinerated as waste. In this process, a lot of cost is required, which is a factor that deteriorates the economics of the biodiesel production process, and by-product incineration A large amount of carbon dioxide is generated during the treatment process, which causes secondary environmental pollution. Accordingly, research on how to utilize glycerol, which is produced as a by-product in the biodiesel production process, is being conducted together. can be a good alternative to solve both at the same time.

또한, 상기 반응 중 생산물로서 포름산과 동시에 얻어지는 젖산은 산업적으로 유용한 원료물질로서 식품산업분야에서 신맛이 나게 하는 산미제나 주류의 발효 초기에 가해서 부패균의 증식을 방지하는 데도 사용되고, 공업용으로는 염료의 발염제, 산성 매염제, 피혁의 탈회제, 합성수지의 원료 등으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 최근에는 바이오분야의 생체성 고분자재료의 원료로 사용되는 것으로 알려져 있다.In addition, as a product of the above reaction, lactic acid obtained at the same time as formic acid is an industrially useful raw material, which is added in the food industry as an acidulant that gives a sour taste or in the early stage of fermentation of alcoholic beverages to prevent the growth of spoilage bacteria. , acidic mordant, deliming agent for leather, raw material for synthetic resin, etc., and recently, it is known to be used as a raw material for bioactive polymer materials in the bio field.

글리세롤과 이산화탄소의 반응으로부터 포름산과 젖산을 얻는 공정은 하기 반응식 2로 표시될 수 있다.A process for obtaining formic acid and lactic acid from the reaction of glycerol and carbon dioxide can be represented by Reaction Formula 2 below.

최근, 상기 글리세롤과 이산화탄소의 반응으로부터 젖산 및 포름산을 제조되는 반응을 촉진하는 균일계 유기금속 촉매(Ru-N-헤테로시클릭 카벤)가 개발되었다(비특허 문헌1).Recently, a homogeneous organometallic catalyst (Ru-N-heterocyclic carbene) that promotes the reaction of producing lactic acid and formic acid from the reaction of glycerol and carbon dioxide has been developed (Non-Patent Document 1).

(반응식 2)(Scheme 2)

ΔG˚aq (kcal/mol) = -9.21 ΔG˚ aq (kcal/mol) = -9.21

하지만 균일촉매의 경우 고가의 귀금속을 사용함으로써 생성물 용액속에서 회수하는데 많은 에너지를 필요로 한다. 또한 유용한 생성물의 효율적인 생성을 위하여 선택적이고 효율적인 촉매의 개발이 요구된다. However, in the case of a homogeneous catalyst, it requires a lot of energy to recover from the product solution by using expensive precious metals. In addition, the development of selective and efficient catalysts is required for efficient production of useful products.

상기 촉매로는 불균일 촉매를 사용하는 것이 공정 편의성뿐만 아니라, 균일 촉매들로부터 유래된 산물들의 잔류물들이 존재하지 않기 때문에 순도가 높은 산물을 수득할 수 있는 장점을 제공한다.The use of a heterogeneous catalyst as the catalyst provides not only process convenience, but also the advantage of obtaining a product of high purity because there are no residues of products derived from the homogeneous catalysts.

따라서, 불균일 촉매 복합체를 이산화탄소 전환반응용 촉매로 사용하는 것은 공정의 효율성을 향상시키며, 재활용이 가능하여 친환경적인 기술로서, 이의 연구적 가치가 크며, 이를 위한 안정적이고도 높은 활성으로 이산화탄소를 전환할 수 있는 불균일계 촉매의 개발이 요구되고 있다.Therefore, the use of the heterogeneous catalyst complex as a catalyst for the carbon dioxide conversion reaction improves process efficiency, is recyclable and therefore environmentally friendly technology, has great research value, and can convert carbon dioxide with stable and high activity for this purpose. There is a demand for the development of heterogeneous catalysts.

한국공개특허 제10-2014-0033491호 (2014.03.18.공개일)Korean Patent Publication No. 10-2014-0033491 (published on March 18, 2014)

Chem. Commun., 2018, 54, 6184 (2018.05.16)Chem. Commun., 2018, 54, 6184 (2018.05.16)

본 연구자들은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 이산화탄소와 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응용 촉매 복합체를 연구, 개발하던 중 본 발명을 완성하였다.The present researchers completed the present invention while researching and developing a catalyst composite for the reaction of carbon dioxide and a compound containing at least one hydroxyl group in order to solve the above problems.

본 발명은 이산화탄소 및 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물을 반응시켜 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하기 위한 촉매로서 활성금속으로 두 종류 이상의 금속이 지지체에 담지된 촉매 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is a catalyst for converting carbon dioxide into a useful compound by reacting at least one of carbon dioxide and inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxy group, and two or more types of metals as active metals are supported on a support to provide a catalyst composite aims to do

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응에 의한 이산화탄소 전환반응을 위한 촉매 복합체로서, 상기 촉매 복합체내 활성금속으로 귀금속 중에서 1종 이상과, 상기 귀금속을 제외한 전이금속에 선택되는 1종 이상이 지지체에 담지된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a catalyst composite for a carbon dioxide conversion reaction by reacting at least one of carbon dioxide and / or inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxy group, wherein the active metal in the catalyst composite is a noble metal It provides a catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that at least one member selected from transition metals other than noble metals is supported on a support.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 귀금속은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 금(Au) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 귀금속을 제외한 전이금속으로서 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 및 하프뮴(Hf) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the noble metal may be at least one selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), and gold (Au), Zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), zirconium (Zr) as transition metals other than precious metals , molybdenum (Mo) and hafmium (Hf).

본 발명의 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 지지체는 탄소상 물질; 분자체; 세라믹 물질; 금속산화물 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있으며, 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물은 1가 알코올 또는 다가 알코올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the support is a carbonaceous material; molecular sieve; ceramic materials; It may be at least one selected from metal oxides, and the compound containing at least one hydroxyl group may be one selected from monohydric alcohols and polyhydric alcohols, or a mixture thereof.

상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물은 글루코스; 만노스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 갈락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올 또는 이의 이성질체; 1,4-펜탄디올 또는 이의 이성질체; 1,2-프로판디올 또는 이의 이성질체; 부탄올; 펜탄올; 프로판올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 글리세롤 및/또는 글루코스이다.The compound containing at least one hydroxy group is glucose; mannose; galactose; xylose; sorbitol; mannitol; galactitol; xylitol; glycerol; 1,4-butanediol or an isomer thereof; 1,4-pentanediol or an isomer thereof; 1,2-propanediol or an isomer thereof; butanol; pentanol; It may be one selected from propanol or a mixture thereof, preferably glycerol and/or glucose.

또한 본 발명은 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응으로부터 포름산을 생산하는 포름산의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing formic acid by reacting at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxyl group to produce formic acid.

본 발명의 포름산 제조 방법에서, 상기 이산화탄소 전환반응의 온도는 180 내지 240 ℃일 수 있으며, 상기 무기탄산염은 NaHCO3 일 수 있다.In the formic acid production method of the present invention, the temperature of the carbon dioxide conversion reaction may be 180 to 240 °C, and the inorganic carbonate may be NaHCO 3 .

또한, 본 발명의 포름산 제조방법은 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속, 금속염, 암모늄 염 중 선택된 하나 이상을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계가 더 포함될 수 있다.In addition, the method for producing formic acid of the present invention may further include generating inorganic carbonate by reacting carbon dioxide with at least one selected from among metals, metal salts, and ammonium salts before reacting the inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxyl group. there is.

본 발명은 또한, 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응에 의해 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물에서 하이드록시 그룹에서의 탈수소에 의해 생성되는 화합물의 제조 방법을 제공한다. The present invention also relates to a compound containing at least one hydroxy group produced by dehydrogenation of a hydroxy group in a compound containing at least one hydroxy group by the reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxy group. A method for preparing the compound is provided.

본 발명에 따른 촉매 복합체는 이산화탄소 또는 무기탄산염의 이산화탄소 전환 반응으로부터 비교적 낮은 온도 조건에서도 높은 수율로 포름산 및 포름산 유도체를 제조할 수 있다. The catalyst composite according to the present invention can produce formic acid and formic acid derivatives in high yield even under relatively low temperature conditions from carbon dioxide conversion reaction of carbon dioxide or inorganic carbonate.

또한, 본 발명에 따른 촉매 복합체는 불균일 촉매로서 사용이 가능하여 반응생성물과의 분리가 용이하며, 촉매로서 사용한 이후 촉매를 회수하여 여러 번 사용할 수 있는 장점을 제공한다. In addition, the catalyst composite according to the present invention can be used as a heterogeneous catalyst, so that it is easy to separate from reaction products, and it provides an advantage that the catalyst can be recovered and used several times after being used as a catalyst.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 그래프를 나타낸 것이다.1 shows an X-ray diffraction (XRD) graph according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 포함한 발명의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, the configuration of the present invention, including a preferred embodiment, in which a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention will be described in detail. In describing the principles of preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 관한 것으로, 상기 이산화탄소 전환반응은 이산화탄소 및 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과의 반응이며, 상기 촉매 복합체는 2 종류 이상의 활성금속이 지지체에 담지된 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a catalyst composite for a carbon dioxide conversion reaction, wherein the carbon dioxide conversion reaction is a reaction between at least one of carbon dioxide and an inorganic carbonate and a compound containing at least one hydroxy group, wherein the catalyst composite includes two or more active metals It is characterized in that it is supported on this support.

상기 활성금속으로는 귀금속 중에서 1종 이상을 포함하고, 다른 전이금속 중에서 선택되는 1종 이상이 지지체에 담지될 수 있다.The active metal includes at least one noble metal, and at least one selected from other transition metals may be supported on the support.

상기 촉매 복합체내 활성금속 성분으로서, 상기 귀금속은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 금(Au) 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하며, 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 인 것이 더욱 바람직하다. As the active metal component in the catalyst complex, the noble metal is preferably at least one selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), and gold (Au), , ruthenium (Ru), platinum (Pt) and palladium (Pd) are more preferred.

상기 루테늄(Ru) 전구체인 루테늄 화합물로서는, 이로 제한되지는 않으나, 예를 들면 RuCl3ㆍnH2O, Ru(NO3)3, Ru2(OH)2Cl4ㆍ7NH3ㆍ3H2O, K2(RuCl5(H2O)), (NH4)2(RuCl5(H2O)), K2(RuCl5(NO)), RuBr3ㆍnH2O, Na2RuO4, Ru(NO)(NO3)3, Ru3(CO)12, [Ru3O(OAc)6(ligand)3][X] (ligand = H2O, alcohol, amine, X = anion) Ru(acac)3, [Ru(p-cymene)Cl2]2 등의 루테늄 염을 들 수 있으며, 바람직하게는 취급상의 관점에서 Ru(NO)(NO3)3, Ru(NO3)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.Examples of the ruthenium compound that is the ruthenium (Ru) precursor are, but are not limited to, RuCl 3 ㆍnH 2 O, Ru(NO 3 ) 3 , Ru 2 (OH) 2 Cl 4 ㆍ7NH 3 ㆍ3H 2 O, K 2 (RuCl 5 (H 2 O)), (NH 4 ) 2 (RuCl 5 (H 2 O)), K 2 (RuCl 5 (NO)), RuBr 3 ㆍnH 2 O, Na 2 RuO 4 , Ru (NO)(NO 3 ) 3 , Ru 3 (CO) 12 , [Ru 3 O(OAc) 6 (ligand) 3 ][X] (ligand = H 2 O, alcohol, amine, X = anion) Ru(acac ) 3 , [Ru( p -cymene)Cl 2 ] 2 and the like, and preferably from the viewpoint of handling, Ru(NO)(NO 3 ) 3 , Ru(NO 3 ) 3 from the group consisting of It may be one selected type.

상기 이리듐 전구체인 이리듐 화합물로서는, 이에 제한되지는 않지만 (NH4)2IrCl6, IrCl3 또는 H2IrCl6, Ir(acac)3, [Ir(cod)Cl]2, [Ir(coe)2Cl]2, Ir4(CO)12, [Ir3O(OAc)6(ligand)3][X] (ligand = H2O, alcohol, amine, X = anion), [IrCp*Cl2]2로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.Examples of the iridium compound as the iridium precursor include, but are not limited to, (NH 4 ) 2 IrCl 6 , IrCl 3 or H 2 IrCl 6 , Ir(acac) 3 , [Ir(cod)Cl] 2 , [Ir(coe) 2 Cl] 2 , Ir 4 (CO) 12 , [Ir 3 O(OAc) 6 (ligand) 3 ][X] (ligand = H 2 O, alcohol, amine, X = anion), [IrCp * Cl 2 ] 2 It may be one species selected from the group consisting of.

상기 로듐(Rh) 전구체인 로듐 화합물로서는 이로 제한되지는 않으나, Na3RhCl6, (NH4)2RhCl6, Rh(NH3)5Cl3, RhCl3, Rh(acac)3, [Rh(cod)Cl]2, [Rh(coe)2Cl]2, Rh4(CO)12, [Rh3O(OAc)6(ligand)3][X] (ligand = H2O, alcohol, amine, X = anion), Rh2(OAc)4, [RhCp*Cl2]2로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.Examples of the rhodium compound that is the rhodium (Rh) precursor include, but are not limited to, Na 3 RhCl 6 , (NH 4 ) 2 RhCl 6 , Rh(NH 3 ) 5 Cl 3 , RhCl 3 , Rh(acac) 3 , [Rh( cod)Cl] 2 , [Rh(coe) 2 Cl] 2 , Rh 4 (CO) 12 , [Rh 3 O(OAc) 6 (ligand) 3 ][X] (ligand = H 2 O, alcohol, amine, X = anion), Rh 2 (OAc) 4 , [RhCp * Cl 2 ] 2 It may be one selected from the group consisting of.

상기 백금(Pt) 전구체인 백금 화합물로서는 이로 제한되지는 않으나, 예를 들면 PtCl4, H2PtCl4, H2PtCl6, K2PtCl4, K2PtCl6, Pt(C5H7O2)2, Pt(acac)2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.Examples of the platinum compound that is the precursor of platinum (Pt) include, but are not limited to, PtCl 4 , H 2 PtCl 4 , H 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 4 , K 2 PtCl 6 , Pt(C 5 H 7 O 2 ) 2 , and Pt(acac) 2 .

상기 팔라듐(Pd) 전구체인 팔라듐 화합물로서는 이로 제한되지는 않으나, (NH4)2PdCl6, (NH4)2PdCl4, Pd(NH3)4Cl2, PdCl2, Pd(NO3)2, Pd(OAc)2, Pd(acac)2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.Examples of the palladium compound as the precursor of palladium (Pd) include, but are not limited to, (NH 4 ) 2 PdCl 6 , (NH 4 ) 2 PdCl 4 , Pd(NH 3 ) 4 Cl 2 , PdCl 2 , Pd(NO 3 ) 2 , Pd(OAc) 2 , Pd(acac) 2 It may be one selected from the group consisting of.

상기 금(Au) 전구체인 금 화합물로서는 이로 제한되지는 않으나, HAuCl4, AuCl3, NaAuCl4, KAuO2, NaAuO2, Au(OAc)3, HAu(NO3)4로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.The gold compound as the gold (Au) precursor is, but is not limited to, HAuCl 4 , AuCl 3 , NaAuCl 4 , KAuO 2 , NaAuO 2 , Au(OAc) 3 , HAu(NO 3 ) 1 selected from the group consisting of 4 can be all day

또한, 상기 촉매 복합체내 활성금속 성분으로서, 귀금속 이외의 금속으로는 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 및 하프뮴(Hf) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, as an active metal component in the catalyst composite, metals other than noble metals include zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), and chromium (Cr). ), copper (Cu), zirconium (Zr), molybdenum (Mo) and hafmium (Hf) is preferably included at least one selected from.

본 발명에 따른 촉매는 활성금속만으로도 사용될 수 있으나, 지지체에 담지되어 사용되는 것이 일반적이다. 상기 지지체는 촉매 기능을 지닌 물질을 분산시켜 안정하게 유지하는 고체. 촉매 기능 물질의 노출 표면적이 커지도록 고도로 분산시켜 담아 놓는 물질로, 보통 다공성이거나 면적이 크며 기계적ㆍ열적ㆍ화학적으로 안정한 물질을 의미한다. 지지체의 선정은 지지체 내 기공의 직경과 부피, 표면적, 강도, 화학적 안정성, 모양 등을 고려하여 선정하며, 지지체의 종류에 따라 촉매의 활성이 달라지기도 하므로 활성금속의 종류와 적용 반응의 종류에 적절하게 선택될 수 있다.Although the catalyst according to the present invention can be used only with an active metal, it is generally used supported on a support. The support is a solid that stably maintains a substance having a catalytic function by dispersing it. It is a material that is highly dispersed and contained so that the exposed surface area of the catalytic function material is large, and usually means a material that is porous or has a large area and is mechanically, thermally, and chemically stable. The support is selected in consideration of the diameter, volume, surface area, strength, chemical stability, shape, etc. of pores in the support, and since the activity of the catalyst may vary depending on the type of support, it is appropriate for the type of active metal and the type of applied reaction. can be chosen appropriately.

본 발명에 따른 지지체로는 활성탄소; 흑연상 탄소 등의 탄소상 물질; 제올라이트, 금속-유기 골격체(MOF) 등의 분자체; 하이드로탈사이트, 페롭스카이트, 스피넬 (예: CoAl2O4) 등 세라믹 물질; 알루미나, 실리카 등의 금속산화물, 설페이트 처리된 금속산화물 (예, ZrO2-SO4, SnO2-SO4) 및 금속옥시수산화물 (예, AlOOH, ZrO(OH)2, CoOOH)등을 들 수 있으며, 바람직하게는 흑연상 탄소일 수 있다.As the support according to the present invention, activated carbon; carbonaceous substances such as graphitic carbon; molecular sieves such as zeolite and metal-organic framework (MOF); ceramic materials such as hydrotalcite, perovskite, spinel (eg CoAl 2 O 4 ); metal oxides such as alumina and silica, sulfate-treated metal oxides (eg ZrO 2 -SO 4 , SnO 2 -SO 4 ) and metal oxyhydroxides (eg AlOOH, ZrO(OH) 2 , CoOOH); , preferably graphitic carbon.

상기 지지체는 시중에서 구입하거나 제조하여 사용할 수 있으며, 예로서, 촉매 복합체내 지지체로 흑연상 탄소체는 금속유기골격체를 출발물질로 사용하며, 고온에서 소성시켜 형성한 흑연상을 사용할 수 있다.The support may be commercially purchased or manufactured and used. For example, as a support in the catalyst composite, a graphite phase formed by calcining at a high temperature using a metal organic framework as a starting material may be used for the graphite carbon body.

본 발명에 따른 촉매 복합체를 제조하기 위해 상기 활성금속의 담지는 함침, 공침, 고상담지, 기상증착, 워시코트, 졸-겔, in-situ 합성 등, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지의 방법을 사용하여 담지할 수 있다.In order to prepare the catalyst composite according to the present invention, methods known in the art such as impregnation, co-precipitation, solidification paper, vapor deposition, wash coat, sol-gel, in-situ synthesis, etc. can be used and supported.

예로서, 함침에 의한 담지는 활성금속의 전구체 용액을 지지체에 담지시키는 단계 및 상기 귀금속전구체 용액이 담지된 지지체를 건조시키는 단계를 거친다. For example, the impregnation-based support includes supporting a precursor solution of an active metal on a support and drying the support on which the noble metal precursor solution is supported.

상기 전구체 용액은 물, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 트리메틸올 프로판 등의 글리콜계 용매 또는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜(IPA), 부탄올 등의 알코올계 용매 등 상기 전구체를 용해시킬 수 있는 공지된 용매라면 모두 사용하여 제조될 수 있다.The precursor solution is water, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6 - It can be prepared using any known solvent capable of dissolving the precursor, such as glycol-based solvents such as hexanediol and trimethylol propane, or alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), and butanol.

이어서, 활성금속이 담지된 지지체는 예컨대 500 내지 1100 ℃에서 3 내지 12 시간 소성하여 복합체 촉매를 제조하는 것이 바람직하다. Subsequently, it is preferable to prepare a composite catalyst by calcining the active metal-supported support at, for example, 500 to 1100 ° C. for 3 to 12 hours.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이산화탄소 전환반응용 복합 촉매계에 포함된 상기 활성금속의 함량은 0.1wt% 내지 50wt%를 가지는 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the content of the active metal included in the composite catalyst system for carbon dioxide conversion reaction preferably has 0.1wt% to 50wt%.

본 발명에 따르면, 상기 활성 금속의 함량이 0.1 wt% 중량부 미만이면 이산화탄소 전환반응에서의 충분한 활성 성분이 존재하지 못하여 반응성이 감소하는 문제가 있다. 한편, 활성 금속이 50 wt% 초과하는 경우에는 오히려 활성 금속의 입자크기의 증가로 활성이 감소하며 코킹이 더 크게 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. According to the present invention, when the content of the active metal is less than 0.1 wt % by weight, there is a problem in that a sufficient active component in the carbon dioxide conversion reaction does not exist and the reactivity decreases. On the other hand, when the active metal exceeds 50 wt%, the activity decreases due to the increase in the particle size of the active metal and coking occurs more, so it is preferable to maintain the above range.

또한, 상기 귀금속과 귀금속을 제외한 전이금속의 비율을 몰비로 1 : 1부터 1 : 200 의 비율로 담지될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 10부터 1 : 100 의 범위 일 수 있다. In addition, the molar ratio of the noble metal and the transition metal excluding the noble metal is 1: 1 to 1: 200 It may be supported at a ratio of 1:10 to 1:100.

상기 이산화탄소 전환반응에서 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물은 1가 알코올 또는 다가 알코올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물은 글루코스, 만노스, 갈락토스, 자일로스, 소르비톨, 만니톨, 갈락티톨, 자일리톨, 글리세롤, 1,4-부탄디올 또는 이의 이성질체, 1,4-펜탄디올 또는 이의 이성질체, 1,2-프로판디올 또는 이의 이성질체, 부탄올, 펜탄올 및 프로판올로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 이산화탄소와의 반응성 측면에서 바람직하며, 환경적인 관점과 원료 수급의 관점을 더 포함하여 글루코스, 자일로스, 글리세롤인 것이 더욱 바람직하다.In the carbon dioxide conversion reaction, the compound containing one or more hydroxy groups may be one selected from monohydric alcohols or polyhydric alcohols or a mixture thereof, and the compounds containing one or more hydroxy groups may be glucose, mannose, galactose , xylose, sorbitol, mannitol, galactitol, xylitol, glycerol, 1,4-butanediol or its isomers, 1,4-pentanediol or its isomers, 1,2-propanediol or its isomers, butanol, pentanol and propanol It is preferably one selected from the group consisting of or a mixture thereof in terms of reactivity with carbon dioxide, and more preferably glucose, xylose, and glycerol, further including environmental and raw material supply and demand points.

또한, 상기 이산화탄소 전환반응에 있어서 상기 이산화탄소는 이산화탄소 분자 형태이거나, 이산화탄소로부터 유래된 탄산염의 형태일 수 있다. 상기 이산화탄소로부터 유래된 탄산염은, 이산화탄소가 금속이나 암모늄 등과 결합하여 생성되는 무기탄산염이며, 바람직하게는 금속탄산염, 금속 중탄산염 화합물일 수 있다. In addition, in the carbon dioxide conversion reaction, the carbon dioxide may be in the form of carbon dioxide molecules or carbonate derived from carbon dioxide. The carbonate derived from carbon dioxide is an inorganic carbonate produced by combining carbon dioxide with metal or ammonium, and may preferably be a metal carbonate or a metal bicarbonate compound.

상기 금속이나 암모늄 이온 등과 결합하여 생성되는 무기탄산염은, 예로서, MgCO3, Mg(CO3)2, CaCO3, KHCO3, K2CO3, NaHCO3, Na2CO3, LiHCO3, Li2CO3, FeCO3, CuCO3, Ag2CO3, BaCO3, SrCO3, MnCO3, Mn(CO3)2, KHCO3, NaHCO3, (NH4)2CO3, NH4HCO3, RbHCO3, Rb2CO3, CsHCO3 및 Cs2CO3중 선택된 하나 이상 일 수 있으며, KHCO3, K2CO3, NaHCO3, Na2CO3, LiHCO3, Li2CO3, (NH4)2CO3, NH4HCO3, RbHCO3, Rb2CO3, CsHCO3 및 Cs2CO3 인 경우 더욱 바람직하다. Inorganic carbonates produced by combining with the metal or ammonium ion, for example, MgCO 3 , Mg(CO 3 ) 2 , CaCO 3 , KHCO 3 , K 2 CO 3 , NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , LiHCO 3 , Li 2 CO 3 , FeCO 3 , CuCO 3 , Ag 2 CO 3 , BaCO 3 , SrCO 3 , MnCO 3 , Mn(CO 3 ) 2 , KHCO 3 , NaHCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 HCO 3 , It may be at least one selected from RbHCO 3 , Rb 2 CO 3 , CsHCO 3 and Cs 2 CO 3 , KHCO 3 , K 2 CO 3 , NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , LiHCO 3 , Li 2 CO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 HCO 3 , RbHCO 3 , Rb 2 CO 3 , CsHCO 3 and Cs 2 CO 3 are more preferred.

본 발명의 이산화탄소의 전환반응에서는, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과 이산화탄소 혹은 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속 혹은 금속염을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The carbon dioxide conversion reaction of the present invention may further include generating an inorganic carbonate by reacting carbon dioxide with a metal or metal salt before reacting the compound containing one or more hydroxyl groups with carbon dioxide or inorganic carbonate.

본 발명의 이산화탄소 전환반응에 있어서, 이산화탄소의 형태가 분자상 이산화탄소가 아닌 탄산염의 형태일 때 반응의 ΔG 값이 더 낮게 나타나 반응이 더 쉽게 일어날 수 있음을 알 수 있다.In the carbon dioxide conversion reaction of the present invention, when the carbon dioxide is in the form of carbonate rather than molecular carbon dioxide, the ΔG value of the reaction is lower, indicating that the reaction can occur more easily.

예시적으로, 상기 이산화탄소 전환반응에서 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물이 글리세롤이면, 상기 이산화탄소 전환반응은 하기 반응식 2로 표시되는 이산화탄소와 글리세롤의 반응 및/또는 하기 반응식 3으로 표시되는 무기탄산염과 글리세롤의 반응일 수 있다. Illustratively, when the compound containing at least one hydroxyl group in the carbon dioxide conversion reaction is glycerol, the carbon dioxide conversion reaction is a reaction between carbon dioxide and glycerol represented by the following Reaction Scheme 2 and/or an inorganic carbonate represented by the following Reaction Scheme 3 It may be a reaction of glycerol.

(반응식 2) (Scheme 2)

(반응식 3) (Scheme 3)

하기 표 1에는 본 발명에 따른 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과 이산화탄소의 전환반응에 있어서의 ΔG 값을 나타내었다.Table 1 below shows ΔG values in the conversion reaction between a compound containing at least one hydroxy group according to the present invention and carbon dioxide.

SubstratesSubstrates ProductsProducts Source of alcoholSource of alcohol ΔG (kcal/mol)ΔG (kcal/mol) Ethanol +
NaHCO3 (or CO2)
Ethanol +
NaHCO3 (or CO2)
Acetaldehyde +
Formic acid
Acetaldehyde +
Formic acid
Biomass derived sugar fermentationBiomass derived sugar fermentation 5.24 (7.94)5.24 (7.94)
Butanol +
NaHCO3 (or CO2)
Butanol +
NaHCO3 (or CO2)
Butanone +
Formic acid
Butanone +
Formic acid
Biomass derived sugar fermentationBiomass derived sugar fermentation 5.76 (8.47)5.76 (8.47)
Glucose +
NaHCO3 (or CO2)
Glucose +
NaHCO3 (or CO2)
Gluconic acid, Sorbitol + Formic acidGluconic acid, Sorbitol + Formic acid Hydrolysis of celluloseHydrolysis of cellulose -14.34 (-11.64)-14.34 (-11.64)
Mannose +
NaHCO3 (or CO2)
Mannose +
NaHCO3 (or CO2)
Mannaric acid, Mannitol +
Formic acid
Mannaric acid, Mannitol +
Formic acid
Hydrolysis of celluloseHydrolysis of cellulose -3.14 (-0.44)-3.14 (-0.44)
Galactose +
NaHCO3 (or CO2)
Galactose +
NaHCO3 (or CO2)
Galactonic acid, Galactitol +
Formic acid
Galactonic acid, Galactitol +
Formic acid
Hydrolysis of hemicelluloseHydrolysis of hemicellulose -9.55 (-6.84)-9.55 (-6.84)
Xylose +
NaHCO3 (or CO2)
Xylose +
NaHCO3 (or CO2)
Xylonic acid, Xylitol +
Formic acid
Xylonic acid, Xylitol +
Formic acid
Hydrolysis of hemicelluloseHydrolysis of hemicellulose -16.27 (-13.56)-16.27 (-13.56)
Sorbitol +
NaHCO3 (or CO2)
Sorbitol +
NaHCO3 (or CO2)
Lactic acid +
Formic acid
Lactic acid +
Formic acid
Hydrogenation of glucoseHydrogenation of glucose -42.48 (-39.78)-42.48 (-39.78)
Mannitol +
NaHCO3 (or CO2)
Mannitol +
NaHCO3 (or CO2)
Lactic acid +
Formic acid
Lactic acid +
Formic acid
Hydrogenation of mannoseHydrogenation of mannose -40.40 (-37.10)-40.40 (-37.10)
Galactitol +
NaHCO3 (or CO2)
Galactitol +
NaHCO3 (or CO2)
Lactic acid +
Formic acid
Lactic acid +
Formic acid
Hydrogenation of GalactoseHydrogenation of Galactose -43.56 (-40.86)-43.56 (-40.86)
Xylitol +
NaHCO3 (or CO2)
Xylitol +
NaHCO3 (or CO2)
Lactic acid +
Formic acid
Lactic acid +
Formic acid
Hydrogenation of xyloseHydrogenation of xylose -33.10 (-30.40)-33.10 (-30.40)
Glycerol +
NaHCO3 (or CO2)
Glycerol +
NaHCO3 (or CO2)
Lactic acid +
Formic acid
Lactic acid +
Formic acid
Hydrolysis of triglycerideHydrolysis of triglycerides -19.48 (16.77)-19.48 (16.77)
Ethylene glycol +
NaHCO3 (or CO2)
Ethylene glycol +
NaHCO3 (or CO2)
Glycolic acid, Lactic acid +
Formic acid
Glycolic acid, Lactic acid +
Formic acid
Cellulosic biomass cascade reactionCellulosic biomass cascade reaction 4.35 (7.05)4.35 (7.05)
1,4- butane diol +
NaHCO3 (or CO2)
1,4-butane diol +
NaHCO3 (or CO2)
γ-butyrolactone +
Formic acid
γ-butyrolactone +
Formic acid
Glucose fermentation/Succinic acid hydrogenationGlucose fermentation/Succinic acid hydrogenation -3.68 (-0.97)-3.68 (-0.97)
2,3- butane diol +
NaHCO3 (or CO2)
2,3-butane diol +
NaHCO3 (or CO2)
Acetoin, Diacetyl +
Formic acid
Acetoin, Diacetyl +
Formic acid
Cellulosic biomass fermentationCellulosic biomass fermentation 21.64 (24.35)21.64 (24.35)
1,2-pentane diol +
NaHCO3 (or CO2)
1,2-pentane diol +
NaHCO3 (or CO2)
Tetrahydrofurfuryl alcohol +
Formic acid
Tetrahydrofurfuryl alcohol +
Formic acid
Furfural cascade reactionFurfural cascade reaction 17.98 (20.69)17.98 (20.69)
1,5-pentane diol +
NaHCO3 (or CO2)
1,5-pentane diol +
NaHCO3 (or CO2)
delta-valerolactone +
Formic acid
delta-valerolactone +
Formic acid
Furfural cascade reactionFurfural cascade reaction 29.74 (32.45)29.74 (32.45)
1,4-pentane diol + NaHCO3 (or CO2)1,4-pentane diol + NaHCO3 (or CO2) γ-Valerolactone +
Formic acid
γ-Valerolactone +
Formic acid
Hydrogenation of γ-Valerolactone (GVL)Hydrogenation of γ-Valerolactone (GVL) -0.06 (2.64)-0.06 (2.64)
1,6-hexane diol + NaHCO3 (or CO2)1,6-hexane diol + NaHCO3 (or CO2) ε-caprolactone +
Formic acid
ε-caprolactone +
Formic acid
Hydroxymethylfurfural (HMF) cascade reactionHydroxymethylfurfural (HMF) cascade reaction 31.02 (33.72)31.02 (33.72)

또한 본 발명은 상기 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서, 이산화탄소 및 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과의 반응으로부터 포름산을 생산하는 포름산의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing formic acid by reacting at least one of carbon dioxide and inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxy group in the presence of the catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction.

상기 포름산의 제조 방법의 반응온도는 상온~240 ℃인 것이 바람직하며, 0~60 bar의 압력에서 72 시간 이내로 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 240 ℃ 이상에서는 반응속도가 매우 빨라 부산물이 생성될 여지가 있다.The reaction temperature in the method for producing formic acid is preferably from room temperature to 240° C., and the reaction is preferably performed at a pressure of 0 to 60 bar for 72 hours or less. Above 240 ℃, the reaction rate is very fast, and there is room for by-products to be formed.

또한 본 발명은 상기 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서, 이산화탄소 및 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물의 반응으로부터 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물에서 하이드록시 그룹에서의 탈수소로 생성되는 화합물의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a hydroxy group in the compound containing at least one hydroxy group from the reaction of at least one of carbon dioxide and inorganic carbonate and a compound containing at least one hydroxy group in the presence of the catalyst complex for the carbon dioxide conversion reaction Provided is a method for producing a compound produced by dehydrogenation in

상기 포름산 및/또는 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물에서 하이드록시 그룹에서의 탈수소에 의해 생성되는 화합물의 제조 방법에 있어서, 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 사용량은 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물에 대하여 0.01-10 wt%인 것이 바람직하다. 촉매의 함유량이 0.01 wt% 미만일 경우, 충분한 촉매 활성 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 촉매의 함유량이 10 wt% 초과이면, 촉매 함유량에 따른 촉매 활성 효과의 상승 측면에서 비경제적이다. In the method for preparing a compound produced by dehydrogenation of a hydroxy group in the formic acid and/or a compound containing at least one hydroxy group, the amount of the catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction is a compound containing at least one hydroxy group It is preferably 0.01-10 wt% relative to. When the content of the catalyst is less than 0.01 wt%, a sufficient catalytic activity effect may not appear, and when the content of the catalyst exceeds 10 wt%, it is uneconomical in terms of increasing the catalytic activity effect according to the catalyst content.

본 발명에 따른 촉매 복합체를 상기 이산화탄소의 전환반응에 재사용할 경우에도 활성을 나타내므로 불균일 촉매로 효율적으로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 촉매는 3회 이상 사용시에도 우수한 촉매 활성을 나타낼 수 있다. Even when the catalyst composite according to the present invention is reused for the carbon dioxide conversion reaction, it shows activity, so it can be efficiently used as a heterogeneous catalyst. That is, the catalyst of the present invention can exhibit excellent catalytic activity even when used three or more times.

제조예 1: Ru(1)/NC-900 촉매Preparation Example 1: Ru(1)/NC-900 Catalyst

제조예 1-1. Ru(1)/ZIF-8의 제조Preparation Example 1-1. Preparation of Ru(1)/ZIF-8

다음과 같이 Ru(acac)3 (Ruthenium acetylacetonate)이 ZIF-8의 기공에 캡슐화된 Ru(1)/ZIF-8을 in-situ방법에 의해서 제조하였다.As follows, Ru(1)/ZIF-8 in which Ru(acac) 3 (Ruthenium acetylacetonate) was encapsulated in the pores of ZIF-8 was prepared by an in-situ method.

64mmol의 Zn(NO3)2·6H2O와 4 mmol의 Ru(acac)3을 480mL의 메탄올에 한시간 동안 교반하여 녹였다. 256 mmol의 2-methylimidazole을 96mL의 DMF와 64mL의 메탄올을 섞은 용액에 녹였다. 두 용액을 teflon-lined autoclave에 차례로 붓고 반응기를 오븐에 넣고 120℃로 승온시켜 4시간 가열하였다. 반응기를 찬물로 냉각시킨 후 얻어진 용액을 7000rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru(acac)3이 ZIF-8의 기공에 캡슐화된 Ru(1)/ZIF-8을 제조하였다.64 mmol of Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O and 4 mmol of Ru(acac) 3 were dissolved in 480 mL of methanol by stirring for one hour. 256 mmol of 2-methylimidazole was dissolved in a solution of 96 mL of DMF and 64 mL of methanol. The two solutions were sequentially poured into a teflon-lined autoclave, and the reactor was placed in an oven and heated to 120° C. for 4 hours. After cooling the reactor with cold water, the obtained solution was centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed with methanol three times, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to encapsulate Ru(acac) 3 in the pores of ZIF-8. prepared Ru(1)/ZIF-8.

제조예 1-2. Ru(1)/NC-900의 제조Preparation Example 1-2. Preparation of Ru(1)/NC-900

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(1)/NC-900을 제조하였다.Ru(1)/NC-900 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support was prepared as follows.

제조예 1-1에서 제조된 Ru(1)/ZIF-8을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 800℃까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 900℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(1)/NC-900을 제조하였다.Ru(1)/ZIF-8 prepared in Preparation Example 1-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 800 ° C at a rate of 5 ° C / min, carbonized at 900 ° C for 3 hours, and then cooled to room temperature to obtain Ru (1) in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support /NC-900 was prepared.

상기 Zn은 소성 과정에서 증발하여 실제적으로 활성금속으로는 Ru만이 존재하였다. 최종 제조된 촉매에서 Ru 함량은 1.5 wt%이다.The Zn was evaporated during the sintering process, so that only Ru actually existed as an active metal. The Ru content in the final prepared catalyst is 1.5 wt%.

제조예 2: Ru(1)Co/NC-900 촉매Preparation Example 2: Ru(1)Co/NC-900 Catalyst

제조예 2-1. Ru(1)/ZnCo-ZIF의 제조Preparation Example 2-1. Preparation of Ru(1)/ZnCo-ZIF

다음과 같이 Ru(acac)3 (Ruthenium acetylacetonate)이 ZnCo-ZIF의 기공에 캡슐화된 Ru(1)/ZnCo-ZIF를 in-situ방법에 의해서 제조하였다.As follows, Ru(1)/ZnCo-ZIF in which Ru(acac) 3 (Ruthenium acetylacetonate) was encapsulated in the pores of ZnCo-ZIF was prepared by an in-situ method.

64mmol의 Zn(NO3)2·6H2O와 64mmol의 Co(NO3)2·6H2O와 4mmol의 Ru(acac)3을 480mL의 메탄올에 한시간 교반하여 녹였다. 256mmol의 2-methylimidazole을 96mL의 DMF와 64mL의 메탄올을 섞은 용액에 녹였다. 두 용액을 teflon-lined autoclave에 차례로 붓고 반응기를 오븐에 넣고 120℃로 승온시켜 4시간 가열하였다. 반응기를 찬물로 냉각시킨 후 얻어진 용액을 7000rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru(acac)3이 ZnCo-ZIF 기공에 캡슐화된 Ru(1)/ZnCo-ZIF을 제조하였다.64 mmol of Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O, 64 mmol of Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, and 4 mmol of Ru(acac) 3 were dissolved in 480 mL of methanol by stirring for one hour. 256 mmol of 2-methylimidazole was dissolved in a solution of 96 mL of DMF and 64 mL of methanol. The two solutions were sequentially poured into a teflon-lined autoclave, and the reactor was placed in an oven and heated to 120° C. for 4 hours. After cooling the reactor with cold water, the obtained solution was centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed three times with methanol, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to obtain Ru (acac) 3 encapsulated in the pores of ZnCo-ZIF. Ru(1)/ZnCo-ZIF was prepared.

제조예 2-2.Ru(1)Co/NC-900의 제조Preparation Example 2-2. Preparation of Ru(1)Co/NC-900

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는 Ru(1)Co/NC-900을 제조하였다.As follows, Ru(1)Co/NC-900 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support and Co nanoparticles were present was prepared.

제조예 2-1에서 제조된 Ru(1)/ZnCo-ZIF을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 900도까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 900℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는Ru(1)Co/NC-900을 제조하였다. 상기 Zn은 소성 과정에서 증발하여 실제적으로 활성금속으로는 Ru과 Co 만이 존재하였으며, Ru의 함량은 1 wt%이고, Co 함량은 47wt% 이다.Ru(1)/ZnCo-ZIF prepared in Production Example 2-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 900 degrees at a rate of 5°C/min, carbonized at 900°C for 3 hours, and then cooled to room temperature so that Ru metal was highly dispersed in the graphite support and Co nanoparticles were formed. The present Ru(1)Co/NC-900 was prepared. The Zn evaporated during the sintering process, and in fact, only Ru and Co were present as active metals, and the content of Ru was 1 wt% and the content of Co was 47 wt%.

제조예 3: Ru(3)/NC-900 촉매Preparation Example 3: Ru(3)/NC-900 Catalyst

제조예 3-1. Ru(3)/ZIF-8의 제조Preparation Example 3-1. Preparation of Ru(3)/ZIF-8

다음과 같이 Ru3(CO)12 (Triruthenium dodecacarbonyl)이 ZIF-8의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZIF-8을 in-situ방법에 의해서 제조하였다.As follows, Ru(3)/ZIF-8 in which Ru 3 (CO) 12 (Triruthenium dodecacarbonyl) was encapsulated in the pores of ZIF-8 was prepared by an in-situ method.

64mmol의 Zn(NO3)2·6H2O와 2.4mmol의 Ru3(CO)12을 480mL의 메탄올에 한시간 교반하여 녹였다. 256mmol의 2-methylimidazole을 96mL의 DMF와 64mL의 메탄올을 섞은 용액에 녹였다. 두 용액을 teflon-lined autoclave에 차례로 붓고 반응기를 오븐에 넣고 120℃로 승온시켜 4시간 가열하였다. 반응기를 찬물로 냉각시킨 후 얻어진 용액을 7000rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru(acac)3이 ZIF-8의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZIF-8을 제조하였다.64 mmol of Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O and 2.4 mmol of Ru 3 (CO) 12 were dissolved in 480 mL of methanol by stirring for one hour. 256 mmol of 2-methylimidazole was dissolved in a solution of 96 mL of DMF and 64 mL of methanol. The two solutions were sequentially poured into a teflon-lined autoclave, and the reactor was placed in an oven and heated to 120° C. for 4 hours. After cooling the reactor with cold water, the obtained solution was centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed with methanol three times, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to encapsulate Ru(acac) 3 in the pores of ZIF-8. Ru(3)/ZIF-8 was prepared.

제조예 3-2. Ru(3)/NC-900의 제조Preparation Example 3-2. Preparation of Ru(3)/NC-900

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(3)/NC-900을 제조하였다.Ru(3)/NC-900 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support was prepared as follows.

제조예 3-1에서 제조된 Ru(3)/ZIF-8을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 900℃까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 900℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(3)/NC-900을 제조하였다.Ru(3)/ZIF-8 prepared in Preparation Example 3-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 900 ° C at a rate of 5 ° C / min, carbonized at 900 ° C for 3 hours, and then cooled to room temperature to obtain Ru (3) in which Ru metal was highly dispersed in the graphite support /NC-900 was prepared.

상기 Zn은 소성 과정에서 증발하여 실제적으로 활성금속으로는 Ru만이 존재하였다. 최종 제조된 촉매에서 Ru 의 함량은 1.5wt% 이다.The Zn was evaporated during the sintering process, so that only Ru actually existed as an active metal. The content of Ru in the final prepared catalyst is 1.5wt%.

제조예 4: Ru(3)Co/NC-900 촉매Preparation Example 4: Ru(3)Co/NC-900 Catalyst

제조예 4-1.Ru(3)/ZnCo-ZIF의 제조Preparation Example 4-1. Preparation of Ru(3)/ZnCo-ZIF

다음과 같이 Ru3(CO)12 (Ruthenium acetylacetonate)이 ZnCo-ZIF-8의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZnCo-ZIF-8를 in-situ방법에 의해서 제조하였다.As follows, Ru(3)/ZnCo-ZIF-8 in which Ru 3 (CO) 12 (Ruthenium acetylacetonate) was encapsulated in the pores of ZnCo-ZIF-8 was prepared by an in-situ method.

64mmol의 Zn(NO3)2·6H2O와 64mmol의 Co(NO3)2·6H2O와 2.4mmol의 Ru3(CO)12을 480mL의 메탄올에 한시간 교반하여 녹였다. 256mmol의 2-methylimidazole을 96mL의 DMF와 64mL의 메탄올을 섞은 용액에 녹였다. 두 용액을 teflon-lined autoclave에 차례로 붓고 반응기를 오븐에 넣고 120℃로 승온시켜 4시간 가열하였다. 반응기를 찬물로 냉각시킨 후 얻어진 용액을 7000rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru3(CO)12이 ZnCo-ZIF 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZnCo-ZIF을 제조하였다.64 mmol of Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O, 64 mmol of Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, and 2.4 mmol of Ru 3 (CO) 12 were dissolved in 480 mL of methanol by stirring for one hour. 256 mmol of 2-methylimidazole was dissolved in a solution of 96 mL of DMF and 64 mL of methanol. The two solutions were sequentially poured into a teflon-lined autoclave, and the reactor was placed in an oven and heated to 120° C. for 4 hours. After cooling the reactor with cold water, the obtained solution was centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed with methanol three times, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to encapsulate Ru 3 (CO) 12 in the pores of ZnCo-ZIF prepared Ru(3)/ZnCo-ZIF.

제조예 4-2. Ru(3)Co/NC-900의 제조Preparation Example 4-2. Preparation of Ru(3)Co/NC-900

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는 Ru(3)Co/NC-900을 제조하였다.As follows, Ru(3)Co/NC-900 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support and Co nanoparticles were present was prepared.

제조예 4-1에서 제조된 Ru(3)/ZnCo-ZIF을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 900도까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 900℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는Ru(3)Co/NC-900을 제조하였다. 상기 Zn은 소성 과정에서 증발하여 실제적으로 활성금속으로는 Ru과 Co 만이 존재하였다. 최종 제조된 촉매계에서 Ru의 함량은 2.7 wt%이고, Co 함량은 11.2wt% 이다.Ru(3)/ZnCo-ZIF prepared in Preparation Example 4-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 900 degrees at a rate of 5°C/min, carbonized at 900°C for 3 hours, and then cooled to room temperature so that Ru metal was highly dispersed in the graphite support and Co nanoparticles were formed. The present Ru(3)Co/NC-900 was prepared. The Zn evaporated during the sintering process, and only Ru and Co actually existed as active metals. In the final prepared catalyst system, the Ru content was 2.7 wt% and the Co content was 11.2 wt%.

제조예 5: Ru(3)/NC11-1100 촉매Preparation Example 5: Ru(3)/NC11-1100 Catalyst

제조예 5-1. Ru(3)/ZIF-11의 제조Preparation Example 5-1. Preparation of Ru(3)/ZIF-11

다음과 같이 Ru(3) 클러스터([Ru3O(OAc)6(H2O)3]OAc)가 ZIF-11의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZIF-11을 in-situ방법에 의해서 제조하였다.As follows, Ru(3)/ZIF-11 in which Ru(3) clusters ([Ru 3 O(OAc) 6 (H 2 O) 3 ]OAc) are encapsulated in the pores of ZIF-11 were prepared by an in-situ method. manufactured.

10mmol의 benzimidazole을 48g의 메탄올에 녹인 후, 이 용액에 46g의 톨루엔과 1.3 ml의 NH4OH 수용액을 추가하였다. 이후 상기 용액에 0.1 mmol의 Ru(3) 클러스터([Ru3O(OAc)6(H2O)3]OAc)를 넣은 후 5 mmol의 Zn(acet)2·2H2O를 추가하였다. 상기 용액을 4시간 교반한 후 7000 rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru(3) 클러스터([Ru3O(OAc)6(H2O)3]OAc)가 ZIF-11의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/ZIF-11을 제조하였다.After dissolving 10 mmol of benzimidazole in 48 g of methanol, 46 g of toluene and 1.3 ml of NH 4 OH aqueous solution were added to the solution. Thereafter, 0.1 mmol of Ru(3) cluster ([Ru 3 O(OAc) 6 (H 2 O) 3 ]OAc) was added to the solution, and then 5 mmol of Zn(acet) 2 2H 2 O was added. The solution was stirred for 4 hours, centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed with methanol three times, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 12 hours to obtain Ru (3) clusters ([Ru 3 O (OAc) 6 (H 2 O) 3 ]OAc) was encapsulated in the pores of ZIF-11 to prepare Ru(3)/ZIF-11.

제조예 5-2. Ru(3)/NC11-1100의 제조Preparation Example 5-2. Preparation of Ru(3)/NC11-1100

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(3)/NC11-1100을 제조하였다.Ru(3)/NC11-1100 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support was prepared as follows.

제조예 5-1에서 제조된 Ru(3)/ZIF-11을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 1100℃까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 1100℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산된 Ru(3)/NC11-1100을 제조하였다. 상기 Zn은 소성 과정에서 증발하여 실제적으로 활성금속으로는 Ru만이 존재하였다. 최종 제조된 촉매계에서 Ru의 함량은 0.9 wt%이다.Ru(3)/ZIF-11 prepared in Production Example 5-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 1100 ° C at a rate of 5 ° C / min, carbonized at 1100 ° C for 3 hours, and then cooled to room temperature to form Ru (3) in which Ru metal was highly dispersed in the graphite support /NC11-1100 was prepared. The Zn was evaporated during the sintering process, so that only Ru actually existed as an active metal. The content of Ru in the final prepared catalyst system is 0.9 wt%.

제조예 6: Ru(3)Co/NC12-1100 촉매Preparation Example 6: Ru(3)Co/NC12-1100 Catalyst

제조예 6-1. Ru(3)/Co-ZIF-12의 제조Preparation Example 6-1. Preparation of Ru(3)/Co-ZIF-12

다음과 같이 Ru(3) 클러스터([Ru3O(OAc)6(H2O)3]OAc)가 Co-ZIF-12의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/Co-ZIF-12를 in-situ방법에 의해서 제조하였다. In- _ _ _ It was prepared by the in situ method.

10mmol의 benzimidazole을 48g의 메탄올에 녹인 후, 이 용액에 46g의 톨루엔과 1.3 ml의 NH4OH 수용액을 추가하였다. 이후 상기 용액에 0.1 mmol의 Ru(3)클러스터를 넣은 후 5mmol의 Co(acet)2·4H2O를 추가하였다. 상기 용액을 4시간 교반한 후 7000 rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 메탄올로 3번 세척하여 얻어진 분말을 100℃ 진공오븐에서 12시간 건조시켜 Ru(3) 클러스터가 Co-ZIF-12의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/Co-ZIF-12을 제조하였다.After dissolving 10 mmol of benzimidazole in 48 g of methanol, 46 g of toluene and 1.3 ml of NH 4 OH aqueous solution were added to the solution. Thereafter, 0.1 mmol of Ru(3) cluster was added to the solution, and then 5 mmol of Co(acet) 2 ·4H 2 O was added. The solution was stirred for 4 hours, centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, washed with methanol three times, and the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to obtain Ru (3) clusters in the pores of Co-ZIF-12. Encapsulated Ru(3)/Co-ZIF-12 was prepared.

제조예 6-2.Ru(3)Co/NC12-1100의 제조Preparation Example 6-2. Preparation of Ru(3)Co/NC12-1100

다음과 같이 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는 Ru(3)Co/NC12-1100을 제조하였다.As follows, Ru(3)Co/NC12-1100 in which Ru metal was highly dispersed in a graphite support and Co nanoparticles were present was prepared.

제조예 6-1에서 제조된 Ru(3)/Co-ZIF-12을 보트형 알루미나 도가니에 넣고, 도가니를 튜브형 퍼니스에 넣었다. 5% H2/Ar 가스를 주입하면서 상온에서 1100도까지 5℃/min의 속도로 승온시키고 1100℃에서 3시간 탄화시킨 후 상온으로 냉각하여 Ru 금속이 흑연상 지지체에 고분산되고 Co 나노입자가 존재하는Ru(3)Co/NC12-1100을 제조하였다.Ru(3)/Co-ZIF-12 prepared in Preparation Example 6-1 was placed in a boat-type alumina crucible, and the crucible was placed in a tube-type furnace. While injecting 5% H 2 /Ar gas, the temperature was raised from room temperature to 1100 degrees at a rate of 5°C/min, carbonized at 1100°C for 3 hours, and then cooled to room temperature so that Ru metal was highly dispersed in the graphite support and Co nanoparticles were formed. The present Ru(3)Co/NC12-1100 was prepared.

활성금속으로는 Ru과 Co 가 존재하였다. 최종 제조된 촉매계에서 Ru의 함량은 2.36 wt%이고, Co의 함량은 47wt% 이다.Ru and Co were present as active metals. In the final prepared catalyst system, the content of Ru was 2.36 wt% and the content of Co was 47 wt%.

실험예Experimental example

증류수(35.38g)에 글리세롤과 K2CO3, 및 경우에 따라 KOH를 다음 표 2 및 표 3에서의 농도가 되도록 고압 반응기에 첨가한 뒤, 상기 제조예에서 제조된 촉매(0.2g)를 투입하고 질소를 충진하여 26bar로 압력을 조절하였다. 반응기를 반응온도로 승온시킨 뒤 180℃ 또는 220℃의 온도에서 12시간 반응하였다. 이후 반응기를 상온으로 식힌 후 촉매를 여과하여 얻은 용액을 HPLC를 통해 정량 분석하였고 얻은 파우더는 메탄올로 씻어내고 건조하였다. Distilled water (35.38g) was added with glycerol, K 2 CO 3 , and, in some cases, KOH to the high-pressure reactor to have the concentrations in Tables 2 and 3, and then the catalyst (0.2g) prepared in Preparation Example was added. and filled with nitrogen to adjust the pressure to 26 bar. After raising the temperature of the reactor to the reaction temperature, the reaction was performed at a temperature of 180 °C or 220 °C for 12 hours. Thereafter, after cooling the reactor to room temperature, the solution obtained by filtering the catalyst was quantitatively analyzed through HPLC, and the obtained powder was washed with methanol and dried.

동시 전환 반응결과를 하기 표 2 및 표 3에 정리하여 나타 내었다.The simultaneous conversion reaction results are summarized in Tables 2 and 3 below.

NoNo CatCat Temp(℃)Temp(℃) Glycerol(M)Glycerol (M) K2CO3(M)K 2 CO 3 (M) LA Yield(%)LA Yield (%) FA Yield(%)FA Yield (%) 실험예 1Experimental Example 1 Ru(1)Co/NC-900Ru(1)Co/NC-900 180180 44 1One 14.214.2 22.822.8 실험예 2Experimental Example 2 Ru(3)Co/NC-900Ru(3)Co/NC-900 180180 44 1One 16.216.2 25.125.1 실험예 3Experimental Example 3 Ru(1)/NC-900Ru(1)/NC-900 180180 44 1One 14.314.3 13.313.3 실험예 4Experimental Example 4 Ru(3)/NC-900Ru(3)/NC-900 180180 44 1One 16.516.5 11.011.0

NoNo CatCat Temp Temp
(℃)(℃)
Glycerol (M)Glycerol (M) KK 22 COCO 33 (M) (M) KOHKOH
(M)(M)
LA/FALA/FA
YieldYield
(%)(%)
LA sel(%)LA sel (%) 1,2-PDO1,2-PDO
실험예 5Experimental Example 5 Ru(3)/NC11-1100Ru(3)/NC11-1100 220220 44 22 22 47.3/25.147.3/25.1 59.359.3 13.613.6 실험예 6Experimental Example 6 Ru(3)Co/NC12-1100Ru(3)Co/NC12-1100 220220 44 22 22 55.5/41.455.5/41.4 57.357.3 5.85.8

실험예1과 실험예2는 동일한 금속에서 활성금속의 전구체를 달리한 것이다. 전구체의 차이에 의하여 활성은 약간의 차이는 있으나 대체적으로 유사한 정도의 활성을 나타내고 있다. In Experimental Example 1 and Experimental Example 2, the active metal precursor was changed from the same metal. Although there is a slight difference in activity due to the difference in precursor, the activity is generally similar.

상기 실험예 3과 실험예 4는 각각 실험예 1, 실험예 2와 동일한 활성금속의 전구체를 사용하되, Co를 포함하지 않은 단일 Ru 금속을 사용한 결과이다. Ru에 Co가 더 들어간 경우 젖산의 결과를 대비하여 보면, 유사한 결과를 보이고 있으나, 포름산 수율은 13.3% 에서 22.8%로, 11.0%에서 25.1%로 증가함을 볼 수 있다. Experimental Example 3 and Experimental Example 4 are the results of using the same active metal precursor as Experimental Example 1 and Experimental Example 2, but using a single Ru metal that does not contain Co. Comparing the results of lactic acid when more Co is added to Ru, similar results are shown, but the yield of formic acid increases from 13.3% to 22.8% and from 11.0% to 25.1%.

실험예 5와 6은 220℃에서의 실험 결과이다. 180℃의 실험결과(실험예 1 내지 4)에 비하여 젖산(Lactic acid, LA)과 포름산(Formic acid, FA)의 수율이 모두 증가하는 경향을 보이나, 포름산 보다는 젖산의 수율이 더 크게 증가함을 볼 수 있다.Experimental Examples 5 and 6 are the experimental results at 220 ℃. Compared to the experimental results at 180 ° C (Experimental Examples 1 to 4), the yields of both lactic acid (LA) and formic acid (FA) tend to increase, but the yield of lactic acid increases more significantly than formic acid. can see.

220℃의 실험결과를 대비하면, Ru과 Co 복합금속을 활성금속으로 사용시 젖산과 포름산의 수율이 모두 증가하긴 하나, 특히 FA의 수율이 크게 증가함을 볼 수 있다.Comparing the results of the experiment at 220 ° C, it can be seen that the yield of both lactic acid and formic acid increases when Ru and Co complex metals are used as active metals, but the yield of FA especially increases significantly.

이상의 결과로 보아, 비귀금속인 전이금속이 귀금속과 같이 포함될 때, 포름산의 수율이 증가함을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the yield of formic acid increases when a transition metal, which is a non-noble metal, is included together with a noble metal.

따라서, 본원 발명에 따른 촉매를 사용하면 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 화합물과의 반응에 의한 이산화탄소의 전환반응에서 포름산을 더 높은 수율로 생성할 수 있다.Therefore, when the catalyst according to the present invention is used, formic acid can be produced with a higher yield in the conversion of carbon dioxide by the reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate with a compound containing at least one hydroxy group. .

이상으로 본 발명은 첨부된 도면은 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. The present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the claims below.

Claims (12)

이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 있어서,
상기 이산화탄소 전환반응은 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 글루코스; 만노스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 갈락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올; 1,4-펜탄디올; 부탄올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물의 반응이며,
상기 촉매 복합체내 활성금속으로 귀금속 중에서 1종 이상과, 상기 귀금속을 제외한 3족 ~ 12족의 전이금속 중 선택되는 1종 이상이 지지체에 담지된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
In the catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction,
The carbon dioxide conversion reaction is at least one of carbon dioxide and / or inorganic carbonate, glucose; mannose; galactose; xylose; sorbitol; mannitol; galactitol; xylitol; glycerol; 1,4-butanediol; 1,4-pentanediol; It is a reaction of one or a mixture thereof selected from butanol,
Catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that at least one selected from noble metals and at least one selected from transition metals of Groups 3 to 12 excluding the noble metals are supported on a support as the active metal in the catalyst composite.
제1항에 있어서,
상기 귀금속은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 금(Au) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
According to claim 1,
The noble metal is at least one selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd) and gold (Au) Catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction.
제1항에 있어서,
상기 촉매 복합체내 귀금속을 제외한 전이금속으로서 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 및 하프뮴(Hf) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
According to claim 1,
As transition metals other than noble metals in the catalyst composite, zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), A catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction comprising at least one selected from zirconium (Zr), molybdenum (Mo) and hafmium (Hf).
제1항에 있어서,
상기 지지체는 탄소상 물질; 분자체; 세라믹 물질; 금속산화물 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
According to claim 1,
The support may be a carbonaceous material; molecular sieve; ceramic materials; Catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that at least one selected from metal oxides.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서,
이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 글루코스; 만노스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 갈락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올; 1,4-펜탄디올; 부탄올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물의 반응으로부터 포름산을 생산하는 포름산의 제조 방법.
In the presence of the catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction according to any one of claims 1 to 4,
at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate, and glucose; mannose; galactose; xylose; sorbitol; mannitol; galactitol; xylitol; glycerol; 1,4-butanediol; 1,4-pentanediol; A process for producing formic acid by reacting one or a mixture thereof selected from butanol to produce formic acid.
제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 전환반응의 온도는 180 내지 240 ℃인 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
According to claim 8,
The method for producing formic acid, characterized in that the temperature of the carbon dioxide conversion reaction is 180 to 240 ℃.
제9항에 있어서,
상기 무기탄산염은 NaHCO3 인 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
According to claim 9,
The inorganic carbonate is NaHCO 3 Method for producing formic acid, characterized in that.
제8항에 있어서,
글루코스; 만노스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 갈락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올; 1,4-펜탄디올; 부탄올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물과 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속, 금속염, 암모늄 염 중 선택된 하나 이상을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
According to claim 8,
glucose; mannose; galactose; xylose; sorbitol; mannitol; galactitol; xylitol; glycerol; 1,4-butanediol; 1,4-pentanediol; A method for producing formic acid, which further comprises producing an inorganic carbonate by reacting carbon dioxide with at least one selected from among metals, metal salts, and ammonium salts before reacting one or a mixture thereof selected from butanol with the inorganic carbonate.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서,
이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 글루코스; 만노스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 갈락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올; 1,4-펜탄디올; 부탄올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물의 반응에 의해 하이드록시 그룹의 탈수소에 의해 생성되는 화합물을 제조하는 방법.
In the presence of the catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction according to any one of claims 1 to 4,
at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate, and glucose; mannose; galactose; xylose; sorbitol; mannitol; galactitol; xylitol; glycerol; 1,4-butanediol; 1,4-pentanediol; A method for producing a compound produced by dehydrogenation of a hydroxy group by reaction of one selected from butanol or a mixture thereof.
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