KR20110116480A - The noble metal based catalyst supported on hydrotalcite-like support and the method for the producing of 1,2-propanediol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유사 하이드로탈사이트 담체에 표준주기율표상의 ⅧB족 귀금속 원소가 담지되어 있는 귀금속 촉매, 상기 귀금속 촉매의 제조방법, 그리고 상기 귀금속 촉매를 이용하여 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에 의해 1,2-프로판디올을 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 귀금속 촉매는 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에 적용되어 글리세롤의 전환율과 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율을 높게 유지하므로, 바이오디젤 공정에서 부생되는 글리세롤을 고부가 가치의 1,2-프로판디올으로 전환하는 공정용 촉매로 유용하다.
The present invention relates to a noble metal catalyst in which a Group VIIIB precious metal element on a standard periodic table is supported on a pseudohydrotalcite carrier, a method for preparing the noble metal catalyst, and dehydration and hydrogenation of glycerol using the noble metal catalyst. -A method of selectively preparing propanediol.
The noble metal catalyst of the present invention is applied to the dehydration and hydrogenation of glycerol to maintain high conversion of glycerol and selectivity and yield of 1,2-propanediol. Useful as a process catalyst for the conversion to 2-propanediol.

Description

유사 하이드로탈사이트에 담지된 귀금속 촉매 및 이를 이용한 1,2-프로판디올의 제조방법{The noble metal based catalyst supported on hydrotalcite-like support and the method for the producing of 1,2-propanediol}Noble metal based catalyst supported on hydrotalcite-like support and the method for the producing of 1,2-propanediol}

본 발명은 유사 하이드로탈사이트 담체에 표준주기율표상의 ⅧB족 귀금속 원소가 담지되어 있는 귀금속 촉매와, 상기 귀금속 촉매의 제조방법, 그리고 상기 귀금속 촉매를 이용하여 글리세롤으로부터 1,2-프로판디올을 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention selectively prepares 1,2-propanediol from glycerol using a noble metal catalyst having a Group VIIIB precious metal element on a standard periodic table, a method for preparing the noble metal catalyst, and the noble metal catalyst on a pseudohydrotalcite carrier. It is about how to.

1,2-프로판디올은 분자량 76, 어는 점 -59℃, 끓는 점 188℃인 미황색을 갖는 투명하고 점성을 가진 약산성의 액체이며, 물에 잘 혼합되는 특징이 있다. 1,2-프로판디올은 부동액, 계면활성제, 합성수지 등의 다양한 화학제품의 원료로서는 물론이고, 화합물 합성을 위한 중간체로서 광범위하게 사용되고 있다.1,2-propanediol is a transparent, viscous, weakly acidic liquid with a pale yellow color with a molecular weight of 76, a freezing point of -59 ° C and a boiling point of 188 ° C, and is well mixed with water. 1,2-propanediol is widely used as a raw material for various chemical products such as antifreeze, surfactant, synthetic resin, and the like as an intermediate for compound synthesis.

1,2-프로판디올의 일반적인 합성방법으로서, 특정의 촉매하에서 글리세롤을 탈수반응 및 수소첨가 반응하여 제조하는 방법이 있다. 글리세롤으로부터 1,2-프로판디올을 제조하는 방법은 크게 황산을 균일 촉매로 사용하는 방법, 알카리성 금속산화물에 Amberlyst® 70 같은 양이온 교환 수지를 혼합하여 사용하는 방법, 활성물질을 구리 등의 전이금속을 사용하여 1종 혹은 2종의 선택된 금속산화물에 적정비로 함침시켜 제조한 촉매를 사용하여 고온 및 고압에서 반응시키는 방법, 귀금속을 1종 혹은 2종의 선택된 금속산화물에 적정비로 함침시켜 제조한 촉매를 사용하는 방법으로 구분할 수 있다.As a general method for synthesizing 1,2-propanediol, there is a method for producing glycerol by dehydration and hydrogenation under a specific catalyst. Method for preparing 1,2-propanediol from glycerol is to use sulfuric acid as a homogeneous catalyst, a method of mixing the alkali metal oxide with a cation exchange resin such as Amberlyst ® 70, the active material is a transition metal such as copper Using a catalyst prepared by impregnating one or two selected metal oxides at an appropriate ratio, using a catalyst prepared at high temperature and high pressure, and a catalyst prepared by impregnating a precious metal with one or two selected metal oxides at an appropriate ratio. It can be divided into the methods used.

현재까지 알려져 있는 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응에 의해 1,2-프로판디올을 제조하는 방법은 하기와 같다.The method for producing 1,2-propanediol by dehydration and hydrogenation of glycerol known to date is as follows.

미국특허공개 제2009-021650호에는 구리 산화물에 아연, 지르코닐 등의 산화물을 일정비로 혼합하여 제조한 촉매하에서 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 수행하여 1,2-프로판디올을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 215℃ 온도 및 50 bar 압력 조건에서 촉매 고정층 반응기에서 구리:아연:알루미늄=4:4:2의 구성비를 갖는 산화물을 사용하여 10 시간 동안 반응을 수행한다. 그 결과 글리세롤은 거의 100% 전환되었으며, 1,2-프로판디올의 선택도는 약 87% 정도이며, 수율은 약 85% 라고 보고하고 있다.US Patent Publication No. 2009-021650 discloses a method for preparing 1,2-propanediol by performing dehydration and hydrogenation of glycerol under a catalyst prepared by mixing oxides such as zinc and zirconyl with copper oxide in a constant ratio. It is. The reaction is carried out for 10 hours using an oxide having a composition ratio of copper: zinc: aluminum = 4: 4: 2 at 215 ° C. temperature and 50 bar pressure conditions. As a result, glycerol was converted almost 100%, 1,2-propanediol selectivity is about 87%, the yield is reported to be about 85%.

일본특허공개 제2007-283175호에는 각종 알카리성 금속산화물에 루테늄을 함침시켜 제조한 촉매하에서 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 수행하여 1,2-프로판디올을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 180℃ 온도 및 80 기압 조건에서 10시간 동안 회분식 반응기에서 반응을 수행한다. 그 결과 지르코니아에 루테늄이 함침된 촉매는 글리세롤 전환율이 약 70% 이며, 1,2-프로판디올의 선택도는 약 55% 이며, 수율은 약 38% 정도라고 보고하고 있으며, 알카리성 금속산화물 담체에 루테늄이 함침된 촉매는 글리세롤의 전환율과 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율 등이 상기 지르코니아에 함침된 루테늄 촉매 보다 낮은 것으로 보고하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-283175 discloses a method for producing 1,2-propanediol by carrying out dehydration and hydrogenation of glycerol under a catalyst prepared by impregnating various alkaline metal oxides with ruthenium. The reaction is carried out in a batch reactor at 180 ° C. temperature and 80 atm conditions for 10 hours. As a result, zirconia impregnated ruthenium has a glycerol conversion of about 70%, 1,2-propanediol selectivity of about 55%, yields of about 38%, and ruthenium on alkaline metal oxide carriers. This impregnated catalyst reported lower conversion of glycerol, selectivity and yield of 1,2-propanediol than ruthenium catalyst impregnated with zirconia.

일본특허공개 제2008-266234호에는 활성탄에 루테늄을 함침시킨 촉매에 양이온 교환성 수지인 Amberlyst® 15 및 Amberlyst® 70을 촉매 사용량의 두 배 정도 첨가하여 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 수행하여 1,2-프로판디올을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 180℃ 온도 및 80 기압 조건에서 10 시간 동안 회분식 반응기에서 반응을 수행한다. 그 결과, 글리세롤의 전환율 49% 이고, 1,2-프로판디올의 선택도 71% 이고, 1,2-프로판디올의 수율 35% 로 보고하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-266234 discloses that the catalysts impregnated with ruthenium in activated carbon are added with twice the amount of cation exchange resins Amberlyst ® 15 and Amberlyst ® 70 to perform dehydration and hydrogenation of glycerol. A method for preparing 2-propanediol is disclosed. The reaction is carried out in a batch reactor at 180 ° C. and 80 atm for 10 hours. As a result, the conversion rate of glycerol is 49%, the selectivity of 1,2-propanediol is 71%, and the yield of 1,2-propanediol is reported at 35%.

대한민국특허공개 제2004-69565호에는 포도당의 생물학적인 대사에 의해서 생산된 1,3-프로판디올 및 1,2-프로판디올의 분리방법에 대해서 나타내고 있는데, 구체적으로 1,2- 및 1,3-프로판디올의 제조방법에 대해서는 구체적으로 나타내지 않고 일정비로 혼합된 글리세롤 및 1,2-프로판디올에 대한 감압증류에 대한 분리방식에 대해서만 소개하고 있다.Korean Patent Publication No. 2004-69565 discloses a method for separating 1,3-propanediol and 1,2-propanediol produced by biological metabolism of glucose, specifically, 1,2- and 1,3- The method for preparing propanediol is not shown in detail, and only the separation method for reduced pressure distillation of glycerol and 1,2-propanediol mixed in a constant ratio is introduced.

그 밖에도, 구리/아연 산화물 촉매를 사용하여 1,2- 및 1,3-프로판디올의 동시 생산을 하는 방법이 알려져 있다. [Julien Chaminand, Laurent Djakovitch, Pierre Gallezot, Philippe Marion, Catherine Pinel and Cecile Rosier, Green Chem., 6, 359-361, 2004] 이때, 글리세롤의 전환율은 20% 정도로 낮으며, 1,2-프로판디올의 선택도는 95% 이고, 1,2-프로판디올의 수율이 19% 정도인 것으로 보고되고 있다.In addition, methods for the simultaneous production of 1,2- and 1,3-propanediol using copper / zinc oxide catalysts are known. [Julien Chaminand, Laurent Djakovitch, Pierre Gallezot, Philippe Marion, Catherine Pinel and Cecile Rosier, Green Chem., 6, 359-361, 2004] At this time, the conversion rate of glycerol is as low as 20%, and 1,2-propanediol The selectivity is 95% and the yield of 1,2-propanediol is reported to be around 19%.

또, 루테늄을 서로 다른 금속산화물 담체에 함침하여 제조한 촉매하에서 170℃ 온도 및 50 bar 조건에서 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 수행하여 1,2-프로판디올을 제조하는 방법이 알려져 있다. [Jian Feng, Haiyan Fu, Jinbo Wang, Ruixiang Li, Hua Chen, Xianjun Li, Catal. Comm., 9, 1458-1464, 2008] 이때, 글리세롤 전환율이 90% 정도 높게 나타났으나, 1,2-프로판디올의 선택도가 20% 정도로 낮으며 부생성물인 에틸린글리콜의 선택도가 41% 정도로 에틸렌글리콜의 생성이 1,2-프로판디올에 비해 상당히 높게 나타난 것으로 보고되었다.In addition, a method of preparing 1,2-propanediol by performing dehydration and hydrogenation of glycerol at 170 ° C. and 50 bar under a catalyst prepared by impregnating ruthenium in different metal oxide carriers is known. Jian Feng, Haiyan Fu, Jinbo Wang, Ruixiang Li, Hua Chen, Xianjun Li, Catal. Comm., 9, 1458-1464, 2008] At this time, the conversion rate of glycerol was about 90% higher, but the selectivity of 1,2-propanediol was lowered to about 20% and the selectivity of the by-product ethylin glycol was 41. It has been reported that the production of ethylene glycol is significantly higher than 1,2-propanediol by%.

이상에서 살펴본 종래의 제조방법상의 문제점을 간략히 정리하면 다음과 같다. 균일 촉매를 사용하는 방법은 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 상당히 촉진 시켜서 글리세롤의 전환율 및 1,2-프로판디올 등의 선택도 및 수율이 높게 나타나지만, 황산과 같은 강산을 사용하기 때문에 작업상의 위험이 있으며, 반응 후 반응액 중의 1,2-프로판디올의 분리가 용이하지 않다는 단점이 있다. 첨가제로서 이온 교환성 수지를 사용하는 방법은 글리세롤의 전환율 및 1,2-프로판디올의 선택도가 다소 향상되지만, 120℃ 이상의 온도에서 작업할 경우 이온 교환성 수지의 열적 안정성이 급격히 저하되어 장시간 운전 및 촉매 재사용이 어렵다는 문제가 있다. 전이금속을 함침시켜 제조한 촉매를 사용한 방법은 회분식 반응기에서 수행하여 1,2-프로판디올의 선택도가 85% 이상으로 높게 나타나지만, 글리세롤의 전환율이 30% 미만으로 낮으며 이에 따라 1,2-프로판디올의 수율이 약 25% 미만으로 나타나기 때문에 경제적으로 비효율적이다. 귀금속 특히 루테늄을 금속산화물에 함침하여 제조한 촉매를 사용한 방법은 글리세롤의 전환율이 70% 정도로서 전이금속 함침 촉매에 비해서 대체로 높게 나타나지만, 1,2-프로판디올의 선택도가 30∼50% 정도로 전이금속계 촉매에 비해 낮은 편이며, 부생성물중의 대부분을 차지하는 에틸렌글리콜의 선택도가 1,2-프로판디올와 거의 같거나 높게 나타난다. 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응에서 부산물로서 생성되는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)은 끓은 점이 198℃ 인 미황색의 점성을 가지고 있는 투명한 액체로, 1,2-프로판디올과 마찬가지로 물에 잘 혼합되는 특징이 있고, 1,2-프로판디올과 비교했을 때 끓은 점 차이도 약 10℃ 정도로 적고, 그 밖의 화학적 물성도 비슷해서 두 물질의 분리가 용이하지 않아 1,2-프로판디올을 고순도로 분리하는데 많은 어려움이 있다. 따라서, 고순도 1,2-프로판디올을 얻기 위해서는 부산물로서 생성되는 에틸렌글리콜의 수율을 최대한 억제하는 것이 필요하다.Briefly summarized the problems in the conventional manufacturing method described above is as follows. The method using a homogeneous catalyst significantly accelerates the dehydration and hydrogenation of glycerol, resulting in high conversion and selectivity and yield of glycerol and 1,2-propanediol. And, there is a disadvantage that the separation of 1,2-propanediol in the reaction solution after the reaction is not easy. The method of using an ion exchange resin as an additive slightly improves the conversion rate of glycerol and the selectivity of 1,2-propanediol, but when working at a temperature of 120 ° C. or higher, the thermal stability of the ion exchange resin is drastically lowered and thus it is operated for a long time. And it is difficult to reuse the catalyst. The process using a catalyst prepared by impregnating transition metals is carried out in a batch reactor, where the selectivity of 1,2-propanediol is higher than 85%, but the conversion of glycerol is lower than 30%, and thus 1,2- It is economically inefficient because the yield of propanediol is less than about 25%. In the method using a catalyst prepared by impregnating a noble metal, especially ruthenium into a metal oxide, the conversion rate of glycerol is about 70%, which is generally higher than that of the transition metal impregnation catalyst, but the selectivity of 1,2-propanediol is about 30 to 50% Compared to the catalyst, the selectivity of ethylene glycol, which accounts for most of the by-products, is about the same or higher than that of 1,2-propanediol. Ethylene glycol, produced as a by-product in the dehydration and hydrogenation of glycerol, is a light yellow viscous liquid with a boiling point of 198 ° C. Like 1,2-propanediol, it is well mixed with water. Compared with 1,2-propanediol, the boiling point difference is about 10 ℃ and the other chemical properties are similar, so it is not easy to separate the two substances, which makes it difficult to separate 1,2-propanediol with high purity. have. Therefore, in order to obtain high purity 1,2-propanediol, it is necessary to suppress the yield of ethylene glycol produced as a by-product as much as possible.

글리세롤은 바이오디젤의 생산 과정에서 나오는 부산물 중 하나로 현재는 화장품, 비누 등의 생산원료로 사용되고 있다. 최근 들어 바이오디젤의 생산량이 급증하고 있어 부산물인 글리세롤 역시 수요에 비해서 많은 양이 생산되고 있다. 따라서, 산업부산물로서 배출되는 글리세롤의 안정적인 수요처를 확보하면서 글리세롤을 고부가가치를 갖는 다른 화학물질로 변화시키는 기술이 필요하다.
Glycerol is one of the by-products of biodiesel production and is currently used as a raw material for cosmetics and soap. Recently, the production of biodiesel is soaring, the by-product glycerol is also produced in large quantities compared to demand. Therefore, there is a need for a technique for converting glycerol into other high-value chemicals while securing a stable demand for glycerol released as industrial by-products.

본 발명은 ⅧB족 귀금속 원소가 유사 하이드로탈사이트 담체(AxByMgz/Al)에 담지되어 있는, 1,2-프로판디올 합성용 신규의 귀금속 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a novel noble metal catalyst for synthesizing 1,2-propanediol, in which a Group VIII noble metal element is supported on a pseudo hydrotalcite carrier (A x B y Mg z / Al).

또한, 본 발명은 글리세롤의 전환율 및 1,2-프로판디올의 선택도를 높게 유지하면서, 부산물로서 에틸렌글리콜의 생성을 최대한 억제시키는 신규 귀금속 촉매를 이용하여 1,2-프로판디올을 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a method for preparing 1,2-propanediol using a novel noble metal catalyst that suppresses the production of ethylene glycol as a by-product, while maintaining high conversion of glycerol and selectivity of 1,2-propanediol. To provide for other purposes.

또한, 본 발명은 알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, ⅡA족 금속 화합물, 및 ⅡB족 금속 화합물을 수열합성법으로 공침시켜 제조된 유사 하이드로탈사이트 담체(AxByMgz/Al)에, 글리세롤의 전환율 향상에 유리한 특정의 귀금속 원소를 함침법으로 고루 분산시켜 담지시키는, 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, the present invention improves the conversion of glycerol to a pseudo hydrotalcite carrier (A x B y Mg z / Al) prepared by coprecipitation of an aluminum compound, a magnesium compound, a Group IIA metal compound, and a Group IIB metal compound by hydrothermal synthesis. It is another object of the present invention to provide a method for producing a 1,2-propanediol noble metal catalyst, in which a particular noble metal element which is advantageous for the dispersion is uniformly dispersed and supported by an impregnation method.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유사 하이드로탈사이트 담체에, 표준주기율표상의 ⅧB족 원소 중에서 선택된 1종 또는 2종의 귀금속 원소가 담지되어 있는 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매를 그 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the noble metal catalyst for synthesizing 1,2-propanediol is supported on the pseudohydrotalcite carrier represented by the following formula (1), in which one or two noble metal elements selected from Group VIII elements on the standard periodic table are supported. do.

[화학식 1][Formula 1]

AxByMgz/AlA x B y Mg z / Al

상기 화학식 1에서, A는 칼슘, 스트론튬, 바륨, 및 라듐 중에서 선택되는 ⅡA족 금속 원소이고; B는 아연, 카드뮴, 및 수은 중에서 선택되는 ⅡB족 금속 원소이고; x, y, 및 z는 각각의 금속 원소의 알루미늄(Al)에 대한 몰비로서 0<x≤1, 0<y≤1, 2≤z≤4 이고, 단 x 및 y가 동시에 0인 경우는 제외한다.In Formula 1, A is a Group IIA metal element selected from calcium, strontium, barium, and radium; B is a Group IIB metal element selected from zinc, cadmium, and mercury; x, y, and z are molar ratios of aluminum (Al) of each metal element as 0 <x≤1, 0 <y≤1, 2≤z≤4, except that x and y are 0 at the same time. do.

또한, 본 발명은 하기의 제조과정을 포함하여 이루어지는 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매의 제조방법을 그 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by a method for producing a noble metal catalyst for 1,2-propanediol synthesis comprising the following manufacturing process.

ⅰ) 알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, ⅡA족 금속 화합물, 및 ⅡB족 금속 화합물을 120℃ 내지 230℃ 온도로 1 내지 10 시간동안 수열합성하여 하이드로탈사이트 전구체를 제조하는 과정;Iii) hydrothermally synthesizing an aluminum compound, a magnesium compound, a Group IIA metal compound, and a Group IIB metal compound at 120 ° C to 230 ° C for 1 to 10 hours to produce a hydrotalcite precursor;

ⅱ) 상기 하이드로탈사이트 전구체를 건조 및 소성하여 상기 화학식 1의 조성을 갖는 유사 하이드로탈사이트 담체를 제조하는 과정; 및Ii) drying and calcining the hydrotalcite precursor to prepare a pseudo hydrotalcite carrier having the composition of Formula 1; And

ⅲ) 상기 유사 하이드로탈사이트 담체에 표준 주기율표상의 ⅧB족 귀금속 화합물을 함침법으로 담지시켜 귀금속 촉매를 제조하는 과정.Iii) a process of preparing a noble metal catalyst by impregnating a VIIB group noble metal compound on a standard periodic table on the pseudohydrotalcite carrier.

또한, 본 발명은 상기한 귀금속 촉매 하에서, 글리세롤을 120℃ 내지 230℃ 온도 및 10 내지 800 bar 압력 조건에서 탈수반응 및 수소첨가 반응을 수행하는 1,2-프로판디올의 제조방법을 그 특징으로 한다.
In addition, the present invention is characterized by the production method of 1,2-propanediol to perform the dehydration and hydrogenation reaction of glycerol at 120 ℃ to 230 ℃ temperature and 10 to 800 bar pressure conditions under the above noble metal catalyst .

본 발명에서는 귀금속을 담지하는 담체로서 상기 화학식 1로 표시되는 유사 하이드로탈사이트 담체를 사용하여, 1,2-프로판디올의 선택도를 향상시키고 부산물로서 에틸렌글리콜의 선택도를 크게 낮추는 효과를 얻는다.In the present invention, by using a pseudo hydrotalcite carrier represented by the above formula (1) as a carrier supporting a noble metal, the effect of improving the selectivity of 1,2-propanediol and greatly reducing the selectivity of ethylene glycol as a byproduct is obtained.

또한, 본 발명에서는 촉매 활성성분으로서 ⅧB족 귀금속 원소를 선택 사용하여, 글리세롤의 전환율을 향상시키는 효과를 얻는다.Further, in the present invention, an effect of improving the conversion rate of glycerol is obtained by selecting and using a Group VIII precious metal element as the catalytic active component.

또한, 본 발명에서는 신규 귀금속 촉매를 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에 사용하여, 글리세롤의 전환율 51.5% 이상, 1,2-프로판디올의 선택도 75.1% 이상, 1,2-프로판디올의 수율 41.8% 이상으로 향상시키는 효과를 얻는다.In the present invention, the novel noble metal catalyst is used for the dehydration and hydrogenation of glycerol, the conversion rate of glycerol 51.5% or more, the selectivity of 1,2-propanediol 75.1% or more, the yield of 1,2-propanediol 41.8 Gain the effect of improving by more than%.

또한, 본 발명에서는 신규 귀금속 촉매를 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에 사용하여, 부산물로서 생성되는 에틸렌글리콜의 선택도를 14.9% 이하로 크게 낮춤으로써, 정제공정이 간편해지는 효과를 얻는다. In the present invention, a novel noble metal catalyst is used for the dehydration reaction and hydrogenation of glycerol, thereby greatly reducing the selectivity of ethylene glycol produced as a by-product to 14.9% or less, thereby obtaining the effect of simplifying the purification process.

또한, 본 발명에 따른 신규 귀금속 촉매 중 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), ⅡA족 금속, 및 ⅡB족 금속을 동시에 포함하는 유사하이드로탈사이트 담체에 루테늄(Ru) 활성금속을 담지시켜 제조한 촉매는, 1,2-프로판디올의 선택도 83.6% 이상 및 에틸렌글리콜의 선택도 7.3% 이하로 크게 향상시키는 효과를 얻는다.
In addition, a catalyst prepared by supporting ruthenium (Ru) active metal on a pseudohydrotalcite carrier simultaneously containing aluminum (Al), magnesium (Mg), Group IIA metal, and Group IIB metal among the novel noble metal catalysts according to the present invention. The effect of greatly improving the selectivity of 1,2-propanediol to 83.6% or more and ethylene glycol to 7.3% or less is obtained.

본 발명은 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에 의해 1,2-프로판디올을 선택적으로 제조하는 것이 가능하도록 하는, 신규 귀금속 촉매에 관한 것이다. 본 발명의 귀금속 촉매는 공침 및 수열합성에 의해 제조된 유사 하이드로탈사이트 담체(AxByMgz/Al)에, ⅧB족 귀금속 원소를 함침시켜 제조한다.The present invention relates to a novel noble metal catalyst, which makes it possible to selectively produce 1,2-propanediol by dehydration and hydrogenation of glycerol. The precious metal catalyst of the present invention is prepared by impregnating a Group VIIIB precious metal element into a pseudo hydrotalcite carrier (A x B y Mg z / Al) prepared by coprecipitation and hydrothermal synthesis.

본 발명이 특징으로 하는 귀금속 촉매의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Referring to the production method of the noble metal catalyst characterized by the present invention in more detail as follows.

먼저, 알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, ⅡA족 금속 화합물, 및 ⅡB족 금속 화합물을 수열합성하여 유사 하이드로탈사이트 전구체를 제조한다. 그리고, 제조된 유사 하이드로탈사이트 전구체를 건조 및 소성하여 유사 하이드로탈사이트 담체를 제조한다.First, an aluminum compound, a magnesium compound, a Group IIA metal compound, and a Group IIB metal compound are hydrothermally synthesized to prepare a pseudo hydrotalcite precursor. Then, the similar hydrotalcite precursor is dried and calcined to prepare a pseudo hydrotalcite carrier.

즉, 알루미늄 화합물과 마그네슘 화합물을 탄산 화합물과 적절한 비율로 상온(15℃ 내지 30℃)에서 공침한 후, 여기에 ⅡA족 금속 화합물 및 ⅡB족 금속 화합물을 원하는 몰비로 첨가하고 알카리성 수용액으로 pH를 9 내지 11로 조절한 다음, 120℃ 내지 230℃ 온도로 1 내지 10 시간동안 수열합성하여 유사 하이드로탈사이트 전구체를 제조한다. 그리고, 제조된 유사 하이드로탈사이트 전구체를 50℃ 내지 90℃ 온도에서 건조하고 500℃ 내지 1000℃ 온도로 소성하여 유사 하이드로탈사이트 담체(AxByMgz/Al)를 제조한다.That is, the aluminum compound and the magnesium compound are co-precipitated with a carbonate compound at room temperature (15 ° C. to 30 ° C.) at an appropriate ratio, and then, a group IIA metal compound and a group IIB metal compound are added at a desired molar ratio, and the pH is 9 To 11 and then hydrothermally synthesized at a temperature of 120 ° C. to 230 ° C. for 1 to 10 hours to prepare a pseudohydrotalcite precursor. The pseudohydrotalcite precursor is dried at a temperature of 50 ° C. to 90 ° C. and calcined at a temperature of 500 ° C. to 1000 ° C. to prepare a pseudo hydrotalcite carrier (A x B y Mg z / Al).

그런 다음, 상기에서 제조한 유사 하이드로탈사이트 담체(AxByMgz/Al)에 표준 주기율표상의 ⅧB족 귀금속 화합물을 함침법으로 담지시킨 후, 50℃ 내지 90℃ 온도에서 건조하고 500℃ 내지 1000℃ 온도로 소성하여, 본 발명이 목적하는 귀금속 촉매를 제조한다. 상기 건조과정에서는 물중탕 분위기에서 50℃ 내지 90℃ 온도로 하여 수분을 서서히 증발시킨 후, 남은 잔여물을 50℃ 내지 90℃ 온도가 유지되는 오븐에 넣고 충분히 건조시키는 과정을 통해 수행할 수도 있다.Then, the impregnated method of the Group VIII noble metal compound of the standard periodic table was impregnated on the pseudohydrotalcite carrier (A x B y Mg z / Al) prepared above, dried at a temperature of 50 ° C to 90 ° C, and then to 500 ° C to It bakes at 1000 degreeC and manufactures the noble metal catalyst which this invention aims at. In the drying process, the water may be gradually evaporated to a temperature of 50 ° C. to 90 ° C. in a water bath, and then the remaining residue may be put into an oven maintained at a temperature of 50 ° C. to 90 ° C. and sufficiently dried.

본 발명의 유사 하이드로탈사이트 담체를 구성하게 되는 금속 원소는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), ⅡA족 금속, 및 ⅡB족 금속 원소이다.Metal elements which constitute the pseudohydrotalcite carrier of the present invention are aluminum (Al), magnesium (Mg), group IIA metals, and group IIB metal elements.

상기 마그네슘(Mg) 금속 원소는 알루미늄(Al) 금속 원소를 기준으로 2 내지 4 몰비 범위, 바람직하기로는 2 내지 3.5 몰비 범위로 담지될 수 있다.The magnesium (Mg) metal element may be supported in a range of 2 to 4 molar ratios, preferably 2 to 3.5 molar ratios, based on the aluminum (Al) metal element.

상기 ⅡA족 금속 원소는 예를 들면 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐 등이 포함되고, 이들은 단일금속 또는 2종 이상의 혼합금속일 수 있다. 상기 ⅡA족 금속 원소는 알루미늄(Al) 금속 원소를 기준으로 최고 1 몰비까지 담지될 수 있고, 바람직하기로는 0.01 내지 0.7 몰비 범위, 보다 바람직하기로는 0.1 내지 0.5 몰비 범위로 담지될 수 있다.The Group IIA metal element includes, for example, calcium, strontium, barium, radium, and the like, which may be a single metal or two or more mixed metals. The Group IIA metal element may be supported up to 1 molar ratio based on the aluminum (Al) metal element, preferably 0.01 to 0.7 molar ratio range, more preferably 0.1 to 0.5 molar ratio range.

상기 ⅡB족 금속 원소는 예를 들면 아연, 카드뮴, 수은 등이 포함되고, 이들은 단일금속 또는 2종 이상의 혼합금속일 수 있다. 상기 ⅡB족 금속 원소는 알루미늄(Al) 금속 원소를 기준으로 최고 1 몰비까지 담지될 수 있고, 바람직하기로는 0.01 내지 0.7 몰비 범위, 보다 바람직하기로는 0.1 내지 0.5 몰비 범위로 담지될 수 있다.The Group IIB metal element includes, for example, zinc, cadmium, mercury, and the like, which may be a single metal or two or more mixed metals. The Group IIB metal element may be supported up to 1 molar ratio based on the aluminum (Al) metal element, preferably 0.01 to 0.7 molar ratio range, more preferably 0.1 to 0.5 molar ratio range.

특히, 유사 하이드로탈사이트 담체를 구성함에 있어 마그네슘, ⅡA족 금속 및 ⅡB족 금속 원소의 총 합량은 알루미늄 원소(Al) 1 몰을 기준으로 2 내지 5 몰비 범위, 바람직하기로는 4 몰비로 고정하는 것이 좋다. 그 이유는 마그네슘, ⅡA족 금속 및 ⅡB족 금속 원소의 총 합량이 알루미늄 원소(A1) 1 몰을 기준으로 2 몰비보다 낮아질 경우 이들 금속원소의 첨가효과를 기대할 수 없고, 5 몰비를 초과하여 과량으로 사용하면 유사 하이드로탈사이트 전구체의 특성이 줄어들어 ⅡA족 및 ⅡB족 금속산화물이 증가하여 촉매의 활성이 감소하기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 마그네슘, ⅡA족 금속 및 ⅡB족 금속 원소의 총 합량 중에 마그네슘 원소(Mg)의 함량이 25 내지 90 몰% 범위, 바람직하기로는 50 내지 90 몰%로 고정하는 것이 좋다. 그 이유는 마그네슘의 함량이 25 몰% 미만일 경우는 ⅡA족 금속 및 ⅡB족 금속 원소가 과량 첨가되어 하이드로탈사이트의 특성이 감소하고, 90 몰%를 초과할 경우는 상대적으로 ⅡA족 금속 및 ⅡB족 금속 원소의 양이 너무 적어 이의 첨가효과를 얻기 어렵기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.In particular, in forming a pseudo hydrotalcite carrier, the total amount of magnesium, group IIA metals, and group IIB metal elements is fixed in a range of 2 to 5 molar ratios, preferably 4 molar ratios based on 1 mole of aluminum element (Al). good. The reason is that when the total amount of magnesium, group IIA metals and group IIB metal elements is lower than 2 molar ratios based on 1 mole of aluminum element (A1), the effect of addition of these metal elements cannot be expected, and in excess of 5 molar ratios. It is preferable to maintain the above range because the properties of the pseudohydrotalcite precursors decrease, increasing the Group IIA and Group IIB metal oxides, thereby decreasing the activity of the catalyst. In addition, it is preferable to fix the content of magnesium element (Mg) in the range of 25 to 90 mol%, preferably 50 to 90 mol%, in the total amount of magnesium, group IIA metals and group IIB metal elements. The reason for this is that when the magnesium content is less than 25 mol%, the Group IIA metal and the Group IIB metal element are added in excess to decrease the hydrotalcite properties, and when it exceeds 90 mol%, the Group IIA metal and Group IIB are relatively It is preferable to maintain the above range because the amount of the metal element is too small to obtain the addition effect thereof.

또한, 상기 유사 하이드로탈사이트 담체에 담지되는 활성성분으로서 ⅧB족 귀금속 원소는 예를 들면 루테늄, 로듐, 백금, 팔라듐, 이리듐 등이 포함되고, 이들은 단일금속 또는 2종 이상의 혼합금속일 수 있다. 상기 ⅧB족 금속 원소는 유사 하이드로탈사이트 담체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량% 범위, 바람직하기로는 2 내지 10 중량% 범위로 담지될 수 있다. 상기 ⅧB족 금속 원소의 담지량이 상기 범위 미만이면 탈수 반응만이 진행되고 수소첨가 반응이 원할히 이루어지지 않아서 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 낮아질 수 있고, 담지량이 상기 범위를 초과하면 메탄 또는 에틸렌글리콜 등과 같은 부산물의 선택도 및 수율이 높아질 뿐 아니라 촉매 제조비용이 증가하여 경제성이 떨어진다.In addition, the Group VIII precious metal element as an active ingredient supported on the similar hydrotalcite carrier includes, for example, ruthenium, rhodium, platinum, palladium, iridium, and the like, and these may be single metals or two or more mixed metals. The Group VIIIB metal element may be supported in the range of 0.1 to 20% by weight, preferably 2 to 10% by weight, based on the weight of the pseudohydrotalcite carrier. If the supported amount of the Group VIII metal element is less than the above range, only the dehydration reaction proceeds and the hydrogenation reaction is not performed smoothly, so that the selectivity and yield of 1,2-propanediol may be lowered. In addition, the selectivity and yield of by-products such as ethylene glycol are increased, as well as the catalyst manufacturing cost is increased, thereby reducing economic efficiency.

본 발명의 귀금속 촉매 제조를 위해 사용하는 금속 화합물 예를 들면 마그네슘 화합물, 알루미늄 화합물, ⅡA족 금속 화합물, ⅡB족 금속 화합물 및 ⅧB족 귀금속 화합물은 상기 금속 원소가 포함하는 염화물, 산화물, 질산염, 황산염, 아세톤염, 아세트산염 등으로부터 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 금속 화합물로서 주로 질산염 화합물을 예시하고 있지만, 이러한 금속화합물의 선택에 있어 본 발명은 특별히 한정을 두지는 않는다.Metal compounds used for the preparation of the noble metal catalyst of the present invention, for example, magnesium compounds, aluminum compounds, Group IIA metal compounds, Group IIB metal compounds and Group VIIB precious metal compounds include chlorides, oxides, nitrates, sulfates, It can select from acetone salt, an acetate salt, etc., and can use. Although the nitrate compound is mainly illustrated as a metal compound in the Example of this invention, this invention does not specifically limit in selection of such a metal compound.

또한, 카보네이트 이온을 제공하기 위해 사용되는 탄산 화합물은 탄산암모늄 이외에 탄산나트륨, 탄산칼슘 등의 알카리 금속 혹은 알카리 토금속류의 탄산염 용액이 사용될 수 있다. 알카리 혹은 알카리 토금속류 탄산염을 사용할 경우 반응 후에도 알카리 혹은 알카리 토금속이 잔류하여, 결국엔 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응을 저하시킬 수 있는 원인이 될 수 있으므로, 반응 후에는 여과 및 세척을 통하여 완벽히 제거하는 것이 좋다. 그러기 위해서는, 수열합성 후에는 감압 여과장치를 이용하여 여과를 하고 약 30℃ 내지 50℃ 정도의 증류수로 여러 차례 세척하도록 한다. 이러한 점을 고려한다면, 탄산 화합물로는 탄산암모늄을 사용하는 것이 보다 좋다.In addition, a carbonate solution of an alkali metal or an alkaline earth metal such as sodium carbonate or calcium carbonate may be used as the carbonate compound used to provide carbonate ions. Alkaline or alkaline earth metal carbonates may remain after the reaction, causing alkali or alkaline earth metals to remain, which may eventually cause dehydration and hydrogenation of glycerol. Good to do. To this end, after hydrothermal synthesis, the filter is filtered using a vacuum filter and washed several times with distilled water at about 30 ° C to 50 ° C. Considering this point, it is better to use ammonium carbonate as the carbonate compound.

또한, 유사 하이드로탈사이트 전구체 제조를 위한 수열합성 온도 조절도 중요하다. 수열합성 반응의 온도는 120℃ 내지 230℃, 바람직하게는 140℃ 내지 200℃, 더 바람직하게는 160℃ 내지 180℃가 적합하다. 수열합성 반응의 시간은 1 내지 12 시간, 바람직하게는 3 내지 8 시간, 더욱 바람직하게는 5 내지 7시간이 적합하다. 만약, 수열합성 반응의 온도가 너무 낮거나 수열합성 시간이 너무 짧을 경우는 촉매의 입자모양 및 기공이 균일하게 생성되지 않을 수 있고, 수열합성 반응의 온도가 너무 높거나 수열합성 시간이 너무 길어질 경우 촉매의 비표면적이 급격히 줄어들 뿐 아니라 촉매의 입자의 크기가 매우 커져서 반응에 적합지 않을 수 있다.Hydrothermal synthesis temperature control for the preparation of pseudohydrotalcite precursors is also important. As for the temperature of a hydrothermal reaction, 120 degreeC-230 degreeC, Preferably 140 degreeC-200 degreeC, More preferably, 160 degreeC-180 degreeC is suitable. The time of the hydrothermal reaction is suitably 1 to 12 hours, preferably 3 to 8 hours, more preferably 5 to 7 hours. If the temperature of the hydrothermal reaction is too low or the hydrothermal synthesis time is too short, the particle shape and pores of the catalyst may not be uniformly produced, or if the temperature of the hydrothermal reaction is too high or the hydrothermal synthesis time is too long. Not only is the specific surface area of the catalyst drastically reduced, but the particle size of the catalyst is so large that it may not be suitable for the reaction.

또한, 본 발명의 촉매 제조를 위한 소성 온도는 500℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 600℃ 내지 900℃, 더 바람직하게는 700℃ 내지 800℃가 적당하다. 소성온도가 너무 낮으면 촉매의 복합금속산화물 입자 및 기공이 불균일하게 분포될 수 있고, 소성온도가 너무 높으면 촉매 입자의 소결이 일어나 표면적이 급격히 감소할 수 있다. 소성 시간은 1 내지 12 시간, 바람직하게는 2 내지 9 시간, 더 바람직하게는 4 내지 6 시간이 적당하다. In addition, the calcination temperature for preparing the catalyst of the present invention is suitable for 500 ℃ to 1000 ℃, preferably 600 ℃ to 900 ℃, more preferably 700 ℃ to 800 ℃. If the firing temperature is too low, the composite metal oxide particles and pores of the catalyst may be unevenly distributed. If the firing temperature is too high, sintering of the catalyst particles may occur and the surface area may be drastically reduced. The firing time is 1 to 12 hours, preferably 2 to 9 hours, more preferably 4 to 6 hours.

상기한 바와 같은 제조방법을 통하여 제조된 본 발명의 귀금속 촉매는, 비표면적이 90 내지 200 ㎡/g 범위이다. 또한, 본 발명의 귀금속 촉매를 구성하는 담체는 하이드로탈사이트 전구체의 일반식 [(M2+)1-x(M3+)x(OH-)2]x+[(An-)x/n] · mH2O 를 만족하며, 2가 금속(M2+)과 3가 금속(M3+)이 브루사이트형(brucite-type) 층을 형성하면서 원자가를 맞추고 있는 유사 하이드로탈사이트 구조를 갖는다. 담체 전구체는 적절한 온도범위에서의 수열합성을 통해 비교적 고른 입자 형상을 형성하였고, 이를 다시 여과 및 건조 후 소성과정을 통해서 복합금속 산화물을 형성한다. 이러한 담체에 일정량의 귀금속을 담지할 경우 하이드로탈사이트의 고유의 메모리 효과(memory effect)로 인해 다시 유사 하이드로탈사이트 구조를 가지며 이를 다시 소성처리를 하여 촉매를 제조할 수 있다.The noble metal catalyst of the present invention prepared through the preparation method as described above has a specific surface area in the range of 90 to 200 m 2 / g. In addition, the carrier constituting the noble metal catalyst of the present invention is a general formula [(M 2+ ) 1-x (M 3+ ) x (OH ) 2 ] x + [(A n− ) x / n of the hydrotalcite precursor. MH 2 O and divalent metal (M 2+ ) and trivalent metal (M 3+ ) have a pseudohydrotalcite structure in which the valence is aligned while forming a brucite-type layer . The carrier precursor formed a relatively even particle shape through hydrothermal synthesis at an appropriate temperature range, and again, a composite metal oxide was formed through calcination and drying after calcination. When a certain amount of precious metal is supported on such a carrier, the catalyst has a similar hydrotalcite structure again due to the inherent memory effect of hydrotalcite, which may be calcined again.

한편, 본 발명은 상기에서 제조된 귀금속 촉매를 이용하여 글리세롤으로부터 1,2-프로판디올을 제조하는 방법을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention is characterized by a method for producing 1,2-propanediol from glycerol using the noble metal catalyst prepared above.

보다 구체적으로는 귀금속 촉매 및 수소의 공존하에서 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응을 동시에 연속적으로 수행하여, 1,2-프로판디올을 제조한다. 1,2-프로판디올 합성을 위한 반응기는 당 분야에서 일반적으로 이용되고 있는 것으로 회분식 반응기, 반회분식 반응기, 연속 유통식 반응기 등을 선택할 수 있으며, 본 발명은 이러한 반응기 선택에 있어 특별한 제한을 두고 있지는 않는다.More specifically, 1,2-propanediol is prepared by simultaneously performing a dehydration reaction and a hydrogenation reaction of glycerol simultaneously in the presence of a noble metal catalyst and hydrogen. Reactors for the synthesis of 1,2-propanediol are generally used in the art, it is possible to select a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous flow reactor, and the like, and the present invention does not have particular limitations in the selection of such reactors. Do not.

반응원료로 사용되는 글리세롤은 고 순도 제품을 사용해도 좋고, 또는 불순물이 포함된 크루드(crud) 글리세롤을 사용해도 좋다. 예를 들면, 바이오디젤의 생산 과정에서 나오는 크루드(crud) 글리세롤을 사용해도 좋다. 또한 글리세롤을 용매에 혼합하여 사용할 수 있는데, 사용 가능한 용매는 특별히 한정되지 않지만 1,2-프로판디올과의 분리가 용이하면서 가격이 저렴한 용매를 선택하는 것이 좋다. 이 조건을 만족할 수 있는 용매로서는 물이 가장 적당하다. 용매를 사용하는 경우 글리세롤의 농도는 5 내지 85 중량% 범위, 바람직하게는 10 내지 75 중량% 범위를 유지한다. 글리세롤의 농도가 너무 높은 경우 글리세롤 분자간의 탈수 축합 현상이 일어나 글리세롤 이량체(dimer)인 디글리세롤이 부산물로서 생성될 수 있고, 글리세롤의 농도가 너무 낮은 경우는 반응생성물로부터 용매를 제거하기 위한 에너지가 상당량 소모되어 바람직하지 않다. The glycerol used as the reaction raw material may be a high purity product or a crude glycerol containing impurities. For example, crude glycerol from the production of biodiesel may be used. In addition, glycerol may be mixed and used in a solvent, but a solvent which can be used is not particularly limited, and a solvent having a low cost and easy separation from 1,2-propanediol may be selected. Water is most suitable as a solvent which can satisfy this condition. When using a solvent, the concentration of glycerol is maintained in the range of 5 to 85% by weight, preferably in the range of 10 to 75% by weight. If the concentration of glycerol is too high, dehydration condensation may occur between glycerol molecules, and diglycerol, a glycerol dimer, may be produced as a by-product. If the concentration of glycerol is too low, energy for removing solvent from the reaction product may be insufficient. It is not desirable to consume a significant amount.

귀금속 촉매의 사용량은 글리세롤에 대해서 0.5 내지 90 중량%가 좋으며, 바람직한 것은 1 내지 50 중량% 범위, 더 바람직한 것은 3 내지 30 중량% 범위이다. 촉매의 사용량이 너무 높을 경우 에틸렌글리콜 등의 부산물이 많이 발생하여 분리 과정이 복잡해지며, 촉매 과다 사용으로 인해 제조비용이 증가하게 된다. 촉매의 사용량이 너무 낮은 경우 글리세롤의 탈수반응은 진행되지만 수소첨가 반응이 잘 진행되지 못하기 때문에 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 너무 낮게 나타난다.The amount of the noble metal catalyst used is preferably 0.5 to 90% by weight with respect to glycerol, preferably 1 to 50% by weight, and more preferably 3 to 30% by weight. If the amount of the catalyst is too high, a lot of by-products such as ethylene glycol are generated, which complicates the separation process, and the production cost increases due to excessive use of the catalyst. When the amount of the catalyst is too low, the dehydration of glycerol proceeds but the hydrogenation does not proceed well, so the selectivity and yield of 1,2-propanediol are too low.

반응온도는 80℃ 내지 300℃ 범위이고, 바람직하게는 120℃ 내지 200℃ 범위이다. 반응온도가 너무 높을 경우 글리세롤의 분해가 일어나 이로 인해 부생성물의 선택도가 높아지며, 승온하는데 비교적 많은 에너지를 소모하기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다. 반응온도가 너무 낮을 경우는 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응이 잘 진행되지 못하여 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 낮아진다.The reaction temperature is in the range of 80 ° C to 300 ° C, preferably in the range of 120 ° C to 200 ° C. When the reaction temperature is too high, decomposition of glycerol occurs, thereby increasing the selectivity of the by-products, which is economically undesirable because it consumes a relatively large amount of energy to raise the temperature. If the reaction temperature is too low, the dehydration and hydrogenation of glycerol does not proceed well and the selectivity and yield of 1,2-propanediol are lowered.

반응압력은 1 내지 800 bar 범위가 바람직하고, 더 바람직하게는 20 내지 100 bar 범위이다. 반응 압력이 너무 높을 경우 고압 조건에 견딜만한 반응 장치의 설계 비용이 높아지므로 경제적이지 않으며, 반응 압력이 낮은 경우는 글리세롤의 탈수 및 수소화반응이 잘 진행되지 못하여 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 낮게 나타난다.The reaction pressure is preferably in the range of 1 to 800 bar, more preferably in the range of 20 to 100 bar. If the reaction pressure is too high, it is not economical because the design cost of the reaction apparatus to withstand high pressure is high, and if the reaction pressure is low, the dehydration and hydrogenation of glycerol are not progressed well and the selectivity of 1,2-propanediol and Yields are low.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 결코 아니다.
The present invention as described above will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited by these examples.

[실시예]
EXAMPLE

촉매 제조예 1.Catalyst Preparation Example 1.

질산마그네슘 4.45 g, 질산알루미늄 4.37 g을 물 100 ml에 녹여 금속 질산염 수용액을 제조하고 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 별도의 용기에서, 탄산암모늄 0.96 g을 물 50 ml에 녹여 탄산암모늄 수용액을 제조하고 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 상기에서 제조한 금속 질산염 수용액에 탄산암모늄 수용액을 분당 10 내지 20 ml 속도로 적하 투입하면, 반응물은 흰색을 띄는 반투명한 슬러리 상태가 되었다. 이 상태에서 2 시간 정도 더 교반하였다. 질산칼슘 0.82 g과 질산아연 0.93 g을 물 50 ml에 녹인 질산염 수용액을 상기한 슬러리에 투입하였다. 그 다음 28 중량%의 암모니아수 소량을 슬러리에 천천히 투입하면 점차로 백색의 침전이 생기고 암모니아를 계속 가하여 pH를 9 내지 10의 범위가 되게 조절하였다. 그 다음 2 시간 동안 더 교반하였다. 그 다음 생성물을 100 ml의 용량을 갖는 수열반응기에 넣은 후 160℃ 까지 온도를 올려서 5 시간 동안 수열합성을 시행하였다. 수열합성이 종료된 후 얻어진 생성물을 감압 여과장치를 통해 침전물을 여과 분리하고 이를 약 40℃ 정도의 증류수를 사용하여 여러 차례 세척하였고, 그런 다음 80℃의 오븐에 넣고 충분히 건조시켰다. 건조된 생성물은 막자사발을 이용해서 분말 형태로 가공한 후 공기 분위기에서 연소로를 사용하여 800℃에서 5시간 동안 소성을 하여 유사 하이드로탈사이트 담체를 얻었다.4.45 g of magnesium nitrate and 4.37 g of aluminum nitrate were dissolved in 100 ml of water to prepare an aqueous metal nitrate solution, which was stirred at room temperature for 1 hour. In a separate vessel, 0.96 g of ammonium carbonate was dissolved in 50 ml of water to prepare an aqueous solution of ammonium carbonate and stirred at room temperature for 1 hour. When the ammonium carbonate aqueous solution was added dropwise to the aqueous metal nitrate solution prepared above at a rate of 10 to 20 ml per minute, the reaction product became a translucent white slurry. In this state, the mixture was further stirred for about 2 hours. An aqueous solution of nitrate in which 0.82 g of calcium nitrate and 0.93 g of zinc nitrate was dissolved in 50 ml of water was added to the slurry described above. Then, a small amount of 28% by weight of ammonia water was slowly added to the slurry to gradually produce a white precipitate, and the pH was adjusted to a range of 9 to 10 by continuously adding ammonia. Then further stirred for 2 hours. Then, the product was placed in a hydrothermal reactor having a capacity of 100 ml, and then heated to 160 ° C. for hydrothermal synthesis for 5 hours. After the hydrothermal synthesis was completed, the obtained product was separated by filtration through a reduced pressure filter and washed several times with distilled water at about 40 ° C., and then placed in an oven at 80 ° C. and sufficiently dried. The dried product was processed into a powder form using a mortar and then calcined at 800 ° C. for 5 hours using a combustion furnace in an air atmosphere to obtain a pseudo hydrotalcite carrier.

상기에서 제조한 유사 하이드로탈사이트 담체를 1 g 정도 취한 다음, 상온에서 질화 루테늄 질산염(Ru(NO)(NO3)3; 이 중 루테늄의 함량은 약 32 중량% 임) 0.15 g을 증류수 10 ml에 녹여 제조한 루테늄 수용액에 천천히 투입하였다. 이 상태에서 24 시간 동안 교반하였다. 그런 다음 물중탕 분위기에서 온도를 80℃까지 올려서 슬러리 상의 수분을 어느 정도 제거한 후 80℃의 오븐에 넣어 충분히 건조하였다. 건조 후 800℃ 온도에서 5 시간 동안 공기 분위기에서 다시 소성하여 유사 하이드로탈사이트 담체 상에 루테늄이 담지된 촉매를 제조하였다.After taking about 1 g of the similar hydrotalcite carrier prepared above, 0.15 g of ruthenium nitrate (Ru (NO) (NO 3 ) 3 ; of which the ruthenium content is about 32% by weight) is 10 ml of distilled water. It was slowly added to the prepared ruthenium aqueous solution dissolved in. In this state, the mixture was stirred for 24 hours. Then, the temperature was raised to 80 ° C. in a water bath to remove some of the water on the slurry, and then sufficiently dried in an oven at 80 ° C. After drying, the mixture was calcined again in an air atmosphere at 800 ° C. for 5 hours to prepare a catalyst having ruthenium supported on a pseudo hydrotalcite carrier.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru-Ca0.5Zn0.5Mg3/Al"로 명명하였으며, 이 촉매의 표면적은 129.4 m2/g 이었다.The catalyst prepared by the above method was named "5 wt% Ru-Ca 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al", and the surface area of the catalyst was 129.4 m 2 / g.

촉매 제조예 2.Catalyst Preparation Example 2.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체 제조과정에서 질산마그네슘 4.45 g, 질산칼슘 0.82 g, 및 질산아연 0.93 g 대신에 질산마그네슘 5.19 g 및 질산칼슘 0.82 g을 사용하였다. Manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, 5.19 g of magnesium nitrate and 0.82 g of calcium nitrate were used instead of 4.45 g of magnesium nitrate, 0.82 g of calcium nitrate, and 0.93 g of zinc nitrate in the preparation of the pseudohydrotalcite carrier.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru-Ca0.5Mg3.5/Al"로 명명하였으며, 이 촉매의 표면적은 92.4 m2/g 이었다.The catalyst prepared by the above method was named "5% by weight Ru-Ca 0.5 Mg 3.5 / Al", the surface area of this catalyst was 92.4 m 2 / g.

촉매 제조예 3.Catalyst Preparation Example 3.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체 제조과정에서 질산마그네슘 4.45 g, 질산칼슘 0.82 g, 및 질산아연 0.93 g 대신에 질산마그네슘 5.19 g과 질산아연 0.93 g을 사용하였다.Manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, 5.19 g of magnesium nitrate and 0.93 g of zinc nitrate were used instead of 4.45 g of magnesium nitrate, 0.82 g of calcium nitrate, and 0.93 g of zinc nitrate in the preparation of a pseudo hydrotalcite carrier.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru-Zn0.5Mg3.5/Al"로 명명하였으며, 이 촉매의 표면적은 121.2 m2/g 이었다.
The catalyst prepared in the above manner was named "5% by weight Ru-Zn 0.5 Mg 3.5 / Al", the surface area of this catalyst was 121.2 m 2 / g.

촉매 제조예 4.Catalyst Preparation Example 4.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체 제조과정에서 질산마그네슘 4.45 g, 질산칼슘 0.82 g, 및 질산아연 0.93 g 대신에 질산마그네슘 2.97 g, 질산칼슘 1.65 g, 및 질산아연 1.87 g을 사용하였다.Prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 4.45 g of magnesium nitrate, 0.82 g of calcium nitrate, and 0.93 g of zinc nitrate, 2.97 g of magnesium nitrate, 1.65 g of calcium nitrate, and zinc nitrate in the preparation of a pseudo hydrotalcite carrier 1.87 g was used.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru-Ca1Zn1Mg2/Al"로 명명하였으며, 이 촉매의 표면적은 113.2 m2/g 이었다.
The catalyst prepared by the above method was named "5% by weight Ru-Ca 1 Zn 1 Mg 2 / Al", and the surface area of the catalyst was 113.2 m 2 / g.

촉매 제조예 5.Catalyst Preparation Example 5.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체에 함침되는 질화 루테늄 질산염 [Ru(NO)(NO3)3; 이 중 루테늄의 함량은 약 32 중량% 임]을 0.076 g 사용하였다.Prepared in the same manner as in Preparation Example 1, the ruthenium nitride nitrate [Ru (NO) (NO 3 ) 3 impregnated in a pseudo hydrotalcite carrier; Among them, the ruthenium content was about 32% by weight.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "2.5 중량% Ru-Ca0.5Zn0.5Mg3/Al"로 명명하였으며, 이 촉매의 표면적은 131.5 m2/g 이었다.
The catalyst prepared by the above method was named "2.5 wt% Ru-Ca 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al", and the surface area of the catalyst was 131.5 m 2 / g.

비교촉매 제조예 1.Comparative Catalyst Preparation Example 1.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체 제조과정에서 질산마그네슘 4.45 g, 질산칼슘 0.82 g, 및 질산아연 0.93 g 대신에 질산마그네슘 5.93 g을 사용하였다.Manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, 5.93 g of magnesium nitrate was used in place of 4.45 g of magnesium nitrate, 0.82 g of calcium nitrate, and 0.93 g of zinc nitrate in the preparation of the pseudohydrotalcite carrier.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru-Mg4/Al"로 명명하였다.
The catalyst prepared in the above manner was named "5% by weight Ru-Mg 4 / Al".

비교촉매 제조예 2.Comparative Catalyst Preparation Example 2.

상기 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 유사 하이드로탈사이트 담체에 루테늄 활성성분을 첨가하지 않았다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the ruthenium active ingredient was not added to the pseudo hydrotalcite carrier.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "Ca0.5Zn0.5Mg3/Al"로 명명하였다.
The catalyst prepared in the above manner was named "Ca 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al".

비교촉매 제조예 3.Comparative Catalyst Preparation Example 3.

질화 루테늄 질산염 0.31 g을 5 ml 증류수에 녹인 수용액을 2 g의 γ-알루미나(STREM사 제) 담체에 함침시킨 후 건조하고 이를 500℃ 온도에서 5 시간 동안 소성하였다.An aqueous solution of 0.31 g of ruthenium nitride nitrate dissolved in 5 ml of distilled water was impregnated into 2 g of γ-alumina (manufactured by STREM) carrier, dried, and calcined at 500 ° C. for 5 hours.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru/Al2O3"로 명명하였다.
The catalyst prepared in the above manner was named "5 wt% Ru / Al 2 O 3 ".

비교촉매 제조예 4.Comparative Catalyst Preparation Example 4.

질화 루테늄 질산염 0.31 g을 5 ml 증류수에 녹인 수용액을 2 g의 활성탄(Sigma-Aldrich사 제) 담체에 함침시킨 후 건조하고 이를 아르곤 분위기에서 400℃ 온도로 3 시간 동안 소성을 하였다.An aqueous solution of 0.31 g of ruthenium nitride nitrate dissolved in 5 ml of distilled water was impregnated into 2 g of activated carbon (manufactured by Sigma-Aldrich), followed by drying and firing at 400 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere.

상기와 같은 방법으로 제조된 촉매는 "5 중량% Ru/C"로 명명하였다.
The catalyst prepared in the above manner was named "5 wt% Ru / C".

실시예 1∼5 및 비교예 1∼4. Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4.

고압 분위기의 회분식 반응기에서 글리세롤의 탈수 및 수소첨가 반응을 하기와 같은 조건으로 실시하였다.Dehydration and hydrogenation of glycerol in a batch reactor under a high pressure atmosphere were carried out under the following conditions.

20 중량%의 글리세롤 수용액 50 ml를 반응물로 사용하고, 여기에 촉매 0.3 g을 넣고 난 후 이를 250 ml의 용량을 갖는 오토클레이브[Parr Co.]에 넣은 다음 오토클레이브 내에 수소를 공급하여 반응기 내부의 공기 등의 불순물을 제거하였다. 그 다음 내부압력이 25 bar에 도달할 때까지 수소를 도입하였다. 그 다음 200 내지 300 rpm의 속도로 교반하면서 온도를 서서히 올려 180℃가 도달할 때까지 승온하였다. 이 상태에서 18 시간 동안 유지하여 반응을 진행하였다. 반응 온도에 도달하게 되면 오토클레이브 내부압력은 38∼40 bar 정도 되며, 반응 3 시간 이후에는 내부압력은 서서히 감소하며 반응 종료시에는 27∼30 bar 정도 된다.50 ml of 20% by weight aqueous solution of glycerol was used as a reactant, and 0.3 g of catalyst was added to a 250 ml autoclave [Parr Co.], and then hydrogen was supplied into the autoclave. Impurities such as air were removed. Hydrogen was then introduced until the internal pressure reached 25 bar. Then, the temperature was gradually increased while stirring at a speed of 200 to 300 rpm until the temperature reached 180 ° C. The reaction was carried out in this state by maintaining for 18 hours. When the reaction temperature is reached, the internal pressure of the autoclave is about 38 to 40 bar. After 3 hours, the internal pressure gradually decreases and at the end of the reaction, about 27 to 30 bar.

반응 종료 후에 남아 있는 기체 성분을 취해서 TCD 검출기가 부착되고 Carboshpere™ 컬럼이 장착된 가스 크로마토그래피를 사용하여 잔류한 수소 및 생성될 가능성이 있는 기체의 종류를 분석하였다. 반응 후 반응기에 남아 있는 반응액은 감압 여과장치를 사용해서 촉매와 생성물을 분리한 다음, 생성물은 FID 검출기가 부착되고 HP-INNOWAX 컬럼이 장착된 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다.The gaseous components remaining after the end of the reaction were taken and gas chromatography with a TCD detector attached and a Carboshpere ™ column was used to analyze the remaining hydrogen and the types of gases that could be produced. After the reaction, the reaction solution remaining in the reactor was separated using a vacuum filter to separate the catalyst and the product, and the product was analyzed using gas chromatography equipped with an FID detector and equipped with an HP-INNOWAX column.

각 촉매 조건에서 글리세롤의 전환율, 생성물의 선택도 및 1,2-프로판디올의 수율은 하기 수학식에 의해 계산하였다. 그 결과는 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.The conversion of glycerol, the selectivity of the product and the yield of 1,2-propanediol at each catalyst condition were calculated by the following equation. The results are summarized in Table 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure pat00003
Figure pat00003

구 분division 촉 매catalyst 글리세롤 전환율(%)Glycerol Conversion Rate (%) 생성물의 선택도 (%)Selectivity of the product (%) 1,2-
프로판디올 수율(%)
1,2-
Propanediol Yield (%)
1,2-
프로판디올
1,2-
Propanediol
에틸렌 글리콜Ethylene glycol 메탄methane 기타(*) Other (*)
실시예 1Example 1 5 중량% Ru-Ca0.5Zn0.5Mg3/Al5 wt% Ru-Ca 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al 58.558.5 85.585.5 6.66.6 5.65.6 2.32.3 50.050.0 실시예 2Example 2 5 중량% Ru-Zn0.5Mg3.5/Al5 wt% Ru-Zn 0.5 Mg 3.5 / Al 55.655.6 75.175.1 14.914.9 5.95.9 4.14.1 41.841.8 실시예 3Example 3 5 중량% Ru-Ca0.5Mg3.5/Al5 wt% Ru-Ca 0.5 Mg 3.5 / Al 55.755.7 78.478.4 13.213.2 5.65.6 2.82.8 43.743.7 실시예 4Example 4 5 중량% Ru-Ca1Zn1Mg2/Al5 wt% Ru-Ca 1 Zn 1 Mg 2 / Al 51.551.5 83.683.6 7.37.3 6.06.0 3.13.1 43.143.1 실시예 5Example 5 2.5 중량% Ru-Ca0.5Zn0.5Mg3/Al2.5% by weight Ru-Ca 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al 52.352.3 86.386.3 6.86.8 5.35.3 1.61.6 45.145.1 비교예 1Comparative Example 1 5 중량%
Ru-Mg4/Al
5 wt%
Ru-Mg 4 / Al
64.864.8 62.662.6 21.321.3 8.98.9 7.27.2 40.640.6
비교예 2Comparative Example 2 Ca0.5Zn0.5Mg3/AlCa 0.5 Zn 0.5 Mg 3 / Al 2.12.1 47.247.2 24.124.1 10.310.3 18.418.4 1.01.0 비교예 3Comparative Example 3 5 중량% Ru/Al2O3 5 wt.% Ru / Al 2 O 3 45.645.6 59.259.2 22.322.3 11.111.1 7.47.4 27.027.0 비교예 4Comparative Example 4 5 중량% Ru/C5 wt% Ru / C 50.250.2 53.553.5 27.127.1 12.712.7 6.76.7 26.726.7 (*) 1,3-프로판디올, 아세톨, 1-프로판올, 2-프로판올, 프로피온 산, 에탄올, 메탄올 등의 선택도의 합임(*) Sum of selectivity of 1,3-propanediol, acetol, 1-propanol, 2-propanol, propionic acid, ethanol, methanol, etc.

칼슘, 아연 및 마그네슘 금속 원소의 몰비를 0.5:0.5:3 으로 하여 제조한 담체에 5 중량%의 루테늄을 함침하여 제조한 촉매(실시예 1)를 사용하여 반응을 한 경우, 1,2-프로판디올의 수율은 50 %로 가장 높게 나타났다. 동일한 담체를 사용하되 담지되는 루테늄의 양을 달리하여 제조한 촉매(실시예 1, 5)를 사용하여 반응을 한 경우, 담지되는 루테늄의 양이 증가함에 따라서 글리세롤의 전환율이 증가되는 경향을 나타내지만, 1,2-프로판디올의 선택도는 이와 반대로 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서, 담체의 조성변화를 통하여 귀금속의 담지량을 줄이면서도 촉매활성을 높게 유지하는 것이 가능해졌다.1,2-propane when the reaction was carried out using a catalyst prepared by impregnating 5% by weight of ruthenium in a carrier prepared with a molar ratio of calcium, zinc and magnesium metal elements of 0.5: 0.5: 3. The yield of diol was the highest with 50%. When using the same carrier but using a catalyst prepared by varying the amount of ruthenium supported (Examples 1 and 5), the conversion rate of glycerol tends to increase as the amount of ruthenium supported is increased. On the contrary, the selectivity of 1,2-propanediol tended to decrease slightly. Therefore, it is possible to maintain high catalytic activity while reducing the amount of noble metal supported by the composition change of the carrier.

담체조성으로서 ⅡA족 원소 또는 ⅡB족 원소 중 어느 하나의 것만 첨가하여 제조한 촉매(실시예 2, 3)의 경우, ⅡA족 원소와 ⅡB족 원소를 모두 포함하여 제조한 촉매(실시예 1)과 비교를 해 보면 글리세롤의 전환율과 1,2-프로판디올의 선택도가 다소 떨어지는 경향을 보였고, 두 원소 중 ⅡA족 원소를 포함하여 제조한 촉매(실시예 3)가 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 약간 좋은 것으로 나타났다. 따라서, 유사 하이드로탈사이트 담체 조성으로서 ⅡA족 원소와 ⅡB족 원소를 동시에 포함하여 제조된 촉매가, 각각이 단독으로 포함된 촉매에 비교하여 촉매활성이 더 우수함을 알 수 있었다.In the case of the catalyst prepared by adding only one of group IIA element or group IIB element as a carrier composition (Examples 2 and 3), the catalyst prepared by including both group IIA element and group IIB element (Example 1) and In comparison, the conversion rate of glycerol and the selectivity of 1,2-propanediol tended to be somewhat decreased, and the catalyst prepared using Group IIA element among the two elements (Example 3) selected 1,2-propanediol. Degrees and yields were found to be slightly good. Therefore, it was found that the catalyst prepared by simultaneously including group IIA element and group IIB element as a similar hydrotalcite carrier composition has superior catalytic activity as compared to the catalyst which contains each alone.

담체조성으로서 실시예 1의 촉매에 비교하여 상대적으로 ⅡA족 원소와 ⅡB족 원소의 담지량을 증가시켜 제조한 촉매(실시예 4)의 경우, 글리세롤의 전환율 및 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율 등이 약간 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서 유사 하이드로탈사이트 담체 조성으로서 ⅡA족 원소와 ⅡB족 원소는 적정량으로 포함되었을 때 우수한 촉매활성이 기재되며, 알루미늄 원소(Al)의 몰비를 기준으로 1:1 이상으로 과량 사용하면 촉매활성의 저하는 보다 현저하게 나타남을 알 수 있었다.In the case of the catalyst (Example 4) prepared by increasing the supported amount of group IIA element and group IIB element relative to the catalyst of Example 1 as a carrier composition, the conversion rate of glycerol and the selectivity of 1,2-propanediol and Yield and the like appeared to decrease slightly. Therefore, when the IIA element and the IIB element are included in an appropriate amount as a similar hydrotalcite carrier composition, excellent catalytic activity is described. Was more remarkable.

한편, 담체조성으로서 알루미늄과 마그네슘만으로 포함하여 제조한 촉매(비교예 1)의 경우, 글리세롤의 전환율은 64% 정도로 우수하게 나타났으나, 1,2-프로판디올의 선택도 및 수율이 낮았다. 루테늄 활성금속을 포함하지 않은 촉매(비교예 2)의 경우, 글리세롤의 전환이 거의 일어나지 않았다.On the other hand, the catalyst (Comparative Example 1) prepared by including only aluminum and magnesium as a carrier composition, the conversion of glycerol was excellent about 64%, but the selectivity and yield of 1,2-propanediol was low. In the case of the catalyst without the ruthenium active metal (Comparative Example 2), conversion of glycerol hardly occurred.

또한, 기존 촉매로서 알루미나 또는 활성탄을 담체로 사용하는 루테늄 촉매(비교예 3, 4)의 경우, 실시예 1∼5의 촉매에 비교하여 글리세롤의 전환율 및 1,2-프로판디올의 선택도와 수율이 모두 낮음을 알 수 있었다.
In addition, in the case of a ruthenium catalyst (Comparative Examples 3 and 4) using alumina or activated carbon as a carrier as a conventional catalyst, the conversion rate of glycerol and the selectivity and yield of 1,2-propanediol were compared with those of Examples 1-5. All were low.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명이 특징으로 하는 귀금속 촉매는 글리세롤의 탈수반응 및 수소첨가 반응에서 글리세롤의 전환율이 높고, 1,2-프로판디올의 선택도와 수율을 높게 유지한다.As described above, the noble metal catalyst characterized by the present invention has a high conversion rate of glycerol in the dehydration and hydrogenation of glycerol, and maintains high selectivity and yield of 1,2-propanediol.

따라서, 본 발명의 귀금속 촉매는 바이오디젤 공정에서 부생되는 글리세롤으로부터 고부가 가치를 갖는 1,2-프로판디올의 합성하기 위한 반응공정용 촉매로 유용하다.Therefore, the noble metal catalyst of the present invention is useful as a catalyst for the reaction process for synthesizing 1,2-propanediol having high added value from glycerol which is a by-product of the biodiesel process.

Claims (7)

하기 화학식 1로 표시되는 유사 하이드로탈사이트 담체에, 표준주기율표상의 ⅧB족 원소 중에서 선택된 1종 또는 2종의 귀금속 원소가 담지되어 있는 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매 :
[화학식 1]
AxByMgz/Al
상기 화학식 1에서, A는 칼슘, 스트론튬, 바륨, 및 라듐 중에서 선택되는 ⅡA족 금속 원소이고; B는 아연, 카드뮴, 및 수은 중에서 선택되는 ⅡB족 금속 원소이고; x, y, 및 z는 각각의 금속 원소의 알루미늄(Al)에 대한 몰비로서 0<x≤1, 0<y≤1, 2≤z≤4 이고, 단 x 및 y가 동시에 0인 경우는 제외한다.
A noble metal catalyst for synthesizing 1,2-propanediol, on which a pseudohydrotalcite carrier represented by the following Chemical Formula 1 is supported, one or two noble metal elements selected from Group VIII elements on the standard periodic table:
[Formula 1]
A x B y Mg z / Al
In Formula 1, A is a Group IIA metal element selected from calcium, strontium, barium, and radium; B is a Group IIB metal element selected from zinc, cadmium, and mercury; x, y, and z are molar ratios of aluminum (Al) of each metal element as 0 <x≤1, 0 <y≤1, 2≤z≤4, except that x and y are 0 at the same time. do.
청구항 1에 있어서,
상기 ⅧB족 원소는 루테늄, 로듐, 백금, 팔라듐, 및 이리듐 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 귀금속 촉매.
The method according to claim 1,
The Group VIIIB element is a precious metal catalyst, characterized in that selected from ruthenium, rhodium, platinum, palladium, and iridium.
청구항 1 또는 2항에 있어서,
상기 ⅧB족 원소의 담지량은 유사 하이드로탈사이트 담체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 귀금속 촉매.
The method according to claim 1 or 2,
The supported amount of the Group VIII element is in the range of 0.1 to 20% by weight based on the weight of the pseudohydrotalcite carrier.
알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, ⅡA족 금속 화합물, 및 ⅡB족 금속 화합물을 120℃ 내지 230℃ 온도로 1 내지 10 시간동안 수열합성하여 하이드로탈사이트 전구체를 제조하는 과정;
상기 하이드로탈사이트 전구체를 건조 및 소성하여 하기 화학식 1의 조성을 갖는 유사 하이드로탈사이트 담체를 제조하는 과정; 및
상기 유사 하이드로탈사이트 담체에 표준 주기율표상의 ⅧB족 귀금속 화합물을 함침법으로 담지시켜 귀금속 촉매를 제조하는 과정;
을 포함하는 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매의 제조방법 :
[화학식 1]
AxByMgz/Al
상기 화학식 1에서, A, B, x, y, 및 z는 각각 상기 청구항 1에서 정의한 바와 같다.
Preparing a hydrotalcite precursor by hydrothermally synthesizing an aluminum compound, a magnesium compound, a Group IIA metal compound, and a Group IIB metal compound at 120 ° C to 230 ° C for 1 to 10 hours;
Drying and calcining the hydrotalcite precursor to prepare a pseudo hydrotalcite carrier having a composition of Formula 1; And
Preparing a precious metal catalyst by impregnating a Group VIIIB precious metal compound on a standard periodic table on the pseudo hydrotalcite carrier;
Method for preparing a noble metal catalyst for 1,2-propanediol synthesis comprising:
[Formula 1]
A x B y Mg z / Al
In Formula 1, A, B, x, y, and z are as defined in claim 1, respectively.
청구항 4에 있어서,
상기 ⅧB족 귀금속은 루테늄, 로듐, 백금, 팔라듐, 및 이리듐 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 1,2-프로판디올 합성용 귀금속 촉매의 제조방법.
The method of claim 4,
The Group VIIIB precious metal is a ruthenium, rhodium, platinum, palladium, and iridium, characterized in that the production method of 1,2-propanediol noble metal catalyst for the synthesis.
청구항 4 또는 5항에 있어서,
상기 ⅧB족 귀금속의 담지량이 유사 하이드로탈사이트 담체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 귀금속 촉매의 제조방법.
The method according to claim 4 or 5,
The supported amount of the Group VIII precious metal is 0.1 to 20% by weight based on the weight of the pseudohydrotalcite carrier, the method for producing a noble metal catalyst.
상기 청구항 1 내지 3항 중에서 선택된 어느 한 항의 귀금속 촉매 하에서, 글리세롤을 120℃ 내지 230℃ 온도 및 10 내지 800 bar 압력 조건에서 탈수반응 및 수소첨가 반응을 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 1,2-프로판디올의 제조방법.Under the noble metal catalyst of any one of claims 1 to 3, glycerol is prepared by performing a dehydration reaction and hydrogenation reaction at 120 ℃ to 230 ℃ temperature and 10 to 800 bar pressure conditions Process for the preparation of propanediol.
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