KR20140063209A - Novel metal catalyst supported on cation-exchanged heteropolyacid-impregnated activated carbon aerogel bearing sulfonic acid and decomposition method of lignin compounds using said catalyst - Google Patents

Novel metal catalyst supported on cation-exchanged heteropolyacid-impregnated activated carbon aerogel bearing sulfonic acid and decomposition method of lignin compounds using said catalyst Download PDF

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송인규
박해웅
김정권
홍웅기
이윤재
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서울대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a catalyst which produces an aromatic family by selectively decomposing a carbon-oxygen-carbon bond in an internal combination inside lignin, and is denoted by chemical formula: M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (M is one or more precious metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, and platinum; QxH3.0-xPW12O40 is positive ion-exchanged heteropolyacid; ACA is active carbon aerogel; and -SO3H is a sulfonic acid group). The catalyst is produced by depositing 1-30 wt% of one or more precious metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, and platinum based on the weight of the active carbon aerogel, on a carrier obtained by impregnating 5-70 wt% of positive ion-exchanged heteropolyacid on the carbon aerogel containing sulfonic acid which is produced by reacting high concentration sulfuric acid and the active carbon aerogel and combining 0.5-5 wt% of sulfonic acid on the surface of the active carbon aerogel based on the weight of the active carbon aerogel.

Description

양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 화합물 분해 방법 {NOVEL METAL CATALYST SUPPORTED ON CATION-EXCHANGED HETEROPOLYACID-IMPREGNATED ACTIVATED CARBON AEROGEL BEARING SULFONIC ACID AND DECOMPOSITION METHOD OF LIGNIN COMPOUNDS USING SAID CATALYST}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a noble metal catalyst supported on an activated carbon aerogel including a sulfonic acid-impregnated sulfonic acid-impregnated heteropolyacid with a cation-substituted heteropoly acid, and a method for decomposing a lignin compound using the catalyst. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 & SAID CATALYST}

본 발명은 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 화합물 분해 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리그닌의 내부 결합중에서 탄소-산소-탄소 결합을 선택적으로 분해하여 방향족을 생산하는 촉매에 있어서, 상기 촉매는 화학식 M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (M은 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속이며, QxH3.0-xPW12O40은 양이온 치환 헤테로폴리산이며, Q는 알카리금속 또는 암모늄 이온이고, ACA는 활성 카본에어로젤, 그리고 -SO3H는 술폰산기)으로 표현되며, 고농도의 황산과 활성 카본에어로젤을 반응한 후 술폰산을 활성 카본에어로젤 표면에 0.5~5 중량 % 사이로 결합시켜 제조한 술폰산 포함 카본 에어로젤에 양이온 치환된 헤테로폴리산을 활성 카본에어로젤의 중량을 기준으로 5 ~ 70 중량% 범위로 함침한 담체에 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속을 활성 카본 에어로젤의 중량을 기준으로 1~30 중량% 범위로 담지하여 제조한 것을 특징으로 하는 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 화합물 분해 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a noble metal catalyst supported on a sulfonic acid-containing activated carbon aerogels impregnated with a cation-substituted heteropoly acid and a method for decomposing lignin compounds using the catalyst, and more particularly to a method for decomposing a carbon- A catalyst for decomposition to produce aromatics, said catalyst having the formula M / Q x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H wherein M is a member selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum the more noble metal, Q x H 3.0 PW 12 O 40-x is a cation substituted heteropolyacid, Q is an alkali metal or ammonium ion, ACA is activated carbon airgel, and -SO 3 H being expressed as a sulfonic acid group), a high concentration of After reacting sulfuric acid with activated carbon aerogels, sulfonic acid was added to the surface of activated carbon aerogels at a concentration of 0.5 to 5 wt% Based on the weight of the activated carbon aerogels, at least one noble metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum is added to the carrier impregnated with the activated heteropoly acid in the range of 5 to 70 wt% The present invention relates to a noble metal catalyst supported on activated carbon aerogels including a sulfonic acid-impregnated cation-substituted heteropoly acid-impregnated catalyst, and a method for decomposing lignin compounds using the catalyst.

석탄과 석유와 같은 화석 연료를 바탕으로 한 화학 산업은 화석연료의 고갈로 인한 가격 상승 문제와 대기 환경오염으로 인한 지구온난화 문제 때문에 바이오 매스를 바탕으로 한 화학 산업으로 패러다임이 변화하고 있다. 바이오 매스를 바탕으로 한 화학 산업은 사용 후 발생하는 이산화탄소의 순환이 수개월 또는 수년 사이에 이루어지기 때문에 지구온난화에 기여하지 않는 에너지원으로 주목 받고 있다. 그러나 전분계와 당류와 같은 바이오 매스는 에너지원이지만 동시에 식량자원으로서 중요한 역할을 한다. 반면 목질계 바이오 매스는 기존의 식량자원과 경쟁하지 않는 물질로 최근 주목받고 있다. 목질계 바이오 매스는 셀룰로스, 헤미셀룰로스와 리그닌으로 구성되어 있으며, 셀룰로스와 헤미셀룰로스는 후처리 공정을 이용해 바이오 디젤, 바이오 에탄올 등 고부가가치 에너지원으로 변환 가능하다. 반면, 리그닌은 생산 공정 내에서 연소하거나 발전에 사용하여 저부가가치 연료로 사용되고 있다. 그러나 리그닌 내부에는 방향족 물질이 다량 함유 되어있기 때문에 리그닌을 분해하여 발생하는 방향족을 화학물질이나 연료첨가제로 사용하는 기술이 주목받고 있다.  The chemical industry, based on fossil fuels such as coal and oil, is changing its paradigm to biomass-based chemical industry due to the problem of rising prices due to depletion of fossil fuels and global warming caused by pollution in the air. The biomass-based chemical industry is attracting attention as an energy source that does not contribute to global warming because the cycle of carbon dioxide generated after use occurs over several months or years. However, biomass, such as starch and sugars, is an energy source, but at the same time plays an important role as a food resource. On the other hand, woody biomass is attracting attention as a material that does not compete with existing food resources. The woody biomass is composed of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose can be converted into high-value energy sources such as biodiesel and bioethanol by using a post-treatment process. On the other hand, lignin is used as a low-value-added fuel in combustion or power generation in the production process. However, since a large amount of aromatic material is contained in lignin, a technique of using aromatics generated by decomposing lignin as a chemical substance or a fuel additive is attracting attention.

리그닌의 분자량과 분자량 분포는 목질계 바이오매스의 종류와 전처리 조건에 따라 차이는 보이지만, 도 1에서 보듯이 벤젠 및 페놀과 같은 방향족 물질이 탄소-탄소 (C-C)결합 및 탄소-산소 (C-O)결합으로 중합된 고분자이기 때문에 화학적으로 매우 안정된 물질이다. 따라서 리그닌을 분해 및 변환하여 단량체 방향족 화학물질 생산하는 것은 어려운 과정이며, 위 과정을 통하여 생산된 물질도 기존 석유 정제에서 생산된 것에 비해 경쟁력이 떨어진다. 그러나 최근 유가가 상승함에 따라 리그닌을 분해하여 생산된 방향족 물질이 경쟁력이 있을 것으로 예상되며 리그닌 분해에 관한 연구개발이 활발히 진행 중이다. The molecular weight and molecular weight distribution of lignin differ depending on the type of woody biomass and pretreatment conditions. However, as shown in FIG. 1, aromatic substances such as benzene and phenol are bonded with carbon-carbon (CC) bond and carbon- And is chemically very stable. Therefore, it is difficult to produce monomeric aromatic chemicals by decomposing and converting lignin, and the materials produced through the above process are less competitive than those produced by conventional petroleum refining. However, as oil prices have risen recently, it is expected that aromatic materials produced by decomposing lignin will be competitive, and research and development on lignin decomposition is actively underway.

리그닌은 코니페닐 알콜, 쿠머릴 알콜 및 시나필 알콜들이 효소를 통해 중합된 고분자 물질로 구조가 복잡하고 다양하여 리그닌 분해 연구에서는 리그닌 구조를 간단히 표현할 수 있는 모델 화합물을 주로 사용한다. 리그닌 모델화합물은 베타 탄소-산소-4 탄소 (β-O-4) 결합, 알파 탄소-산소-4 탄소 (α-O-4) 결합, 베타 탄소-5 탄소 (β-5) 결합, 그리고 4 탄소-산소-5 탄소 (4-O-5) 결합 등을 표현 할 수 있는 화합물을 주로 사용한다 (비특허문헌 1). 리그닌 모델화합물중 가장 높은 비율을 보이는 베타 탄소-산소-탄소 결합을 표현하기 위해서는 페네에틸 페닐 에테르가 주로 사용되며, 리그닌 내부의 C-O 결합 중에서 가장 높은 결합 에너지를 보여주는 4-O-5 결합을 표현하기 위해 도 2에서 제시한 4-페녹시페놀이 리그닌 모델화합물로 주로 사용된다. Lignin is a polymeric material polymerized by conjugation of coniphenyl alcohol, cumaryl alcohol, and cinapyl alcohol with enzymes. Its structure is complex and diverse, and lignin degradation studies use model compounds that can easily express lignin structure. The lignin model compound is a beta carbon-oxygen-4 carbon (? -O-4) bond, an alpha carbon-oxygen-4 carbon (? Carbon-oxygen-5-carbon (4-O-5) bond and the like are mainly used (Non-Patent Document 1). In order to express the beta-carbon-oxygen-carbon bond showing the highest ratio of the lignin model compounds, phenethylphenyl ether is mainly used and the 4-O-5 bond showing the highest binding energy among the CO bonds in the lignin The 4-phenoxyphenol shown in Fig. 2 is mainly used as a lignin model compound.

리그닌을 직접 분해하는 열분해 방법은 고압 고온에서 리그닌을 분해하여 방향족 물질을 생산하는 것으로, 450℃와 100 기압 이상의 반응 조건에서 전환율은 약 20%이상이며, 반응온도와 압력이 450℃와 100 기압 이하일 경우에는 전환율이 10% 이하이다 (비특허문헌 2). 그러나 열분해는 고온고압에서 리그닌을 분해하면서도 수율이 낮은 문제점이 있어 최근에는 촉매를 이용한 리그닌 고부가가치화 기술이 주목받고 있다. HRI (Hydrocarbon Research, Inc.)에서 개발한 Lignol 공정은 알루미나와 실리카에 담지된 산화물 형태의 철, 코발트, 몰리브덴 및 니켈을 촉매로 사용하여 약 30% 이상의 방향족 수율을 얻었다 (특허문헌 1). H-ZSM-5와 같은 제올라이트 촉매를 이용해 리그닌을 수첨 분해하는 공정은 리그닌 내부에 상대적으로 약한 결합을 하고 있는 탄소-산소 (C-O)결합과 상대적으로 강한 결합을 하고 있는 탄소-탄소 (C-C)결합을 선택적으로 분해한다. 제올라이트를 이용한 리그닌 분해에서 촉매 성능은 제올라이트의 구조와 산세기에 아주 강한 영향을 받는다 (비특허문헌 3). The pyrolysis method, which directly decomposes lignin, decomposes lignin at high pressure and high temperature to produce aromatics. At 450 ° C and 100 atmospheres or higher, the conversion rate is about 20% or more. The reaction temperature and pressure are 450 ° C and 100 atm The conversion rate is 10% or less (Non-Patent Document 2). However, since pyrolysis has a problem of low yield while decomposing lignin at a high temperature and a high pressure, recently, the technology of high value of lignin using catalyst has attracted attention. The Lignol process developed by HRI (Hydrocarbon Research, Inc.) obtained an aromatic yield of about 30% or more by using iron, cobalt, molybdenum and nickel supported on alumina and silica as catalysts (Patent Document 1). The process of hydrogenolysis of lignin using a zeolite catalyst such as H-ZSM-5 involves a carbon-oxygen (CO) bond having a relatively weak bond and a carbon-carbon (CC) bond having a relatively strong bond in lignin . The catalyst performance in lignin decomposition using zeolite is strongly influenced by the structure and acid strength of zeolite (Non-Patent Document 3).

리그닌의 탄소 (C-O)결합을 선택적으로 분해 할 수 있는 방법으로 양이온 치환된 헤테로폴리산을 이용하여 리그닌을 분해 한 기술이 소개 되었다. 세슘 이온이 치환된 헤테로폴리산 (Cs2.5H0.5PW12O40) 촉매로 리그닌 모델화합물을 분해하면 전환율과 주 생성물 수율이 각각 80%와 60%로 우수한 리그닌 분해 효율을 보여준다. 상기 방법은 리그닌 내부에 탄소-산소 결합이 약 60~70%정도 분포하기 때문에 리그닌을 분해하는데 유용한 방법이다 (비특허문헌 4, 특허문헌 2). 세슘 이온이 치환된 헤테로폴리산에 담지한 귀금속은 리그닌의 탄소-산소 (C-O)결합의 산 촉매 표면에 흡착력을 증가시켜서 전환율과 수율을 증가시키는 효과가 있다 (비특허문헌 5) (특허문헌 3). A technique for degrading lignin using cation-substituted heteropoly acids has been introduced as a method for selectively decomposing carbon (CO) bonds of lignin. Decomposition of lignin model compounds with cesium ion substituted heteropolyacid (Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 ) catalyst shows excellent lignin degradation efficiency of 80% and 60%, respectively, in conversion and main product yield. This method is useful for decomposing lignin because about 60 to 70% of carbon-oxygen bonds are distributed in lignin (Non-Patent Document 4, Patent Document 2). The noble metal supported on the cerium ion-substituted heteropoly acid has the effect of increasing the adsorption power on the acid catalyst surface of the carbon-oxygen (CO) bond of lignin to increase the conversion and yield (Non-Patent Document 5) (Patent Document 3).

활성탄에 담지된 귀금속 촉매 또한 리그닌 혹은 리그닌 올리고머 분해하는데 효과적이다 (비특허문헌 6). 그러나 활성탄은 기공이 주로 1-3 nm 사이에 분포하기 때문에 분자 크기가 큰 리그닌을 분해하는데 비효율적이다. 카본 에어로젤은 중형 기공이 발달된 탄소 화합물로 그 제조 방법에 따라 기공이 3-20 nm사이에 분포한다. 따라서, 본 발명자들은 중형 기공이 발달한 카본 에어로젤을 인산으로 활성화한 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매를 이용하여 리그닌을 분해하면 높은 전환율과 수율을 얻을 수 있음을 보인 바 있다 (특허문헌 4). The noble metal catalyst supported on activated carbon is also effective in decomposing lignin or lignin oligomers (Non-Patent Document 6). However, activated carbon is ineffective in decomposing lignin having a large molecular size because pores are distributed mainly in the range of 1 to 3 nm. Carbon aerogels are carbon compounds in which mesopores are developed. Pores are distributed in the range of 3-20 nm according to the production method. Accordingly, the present inventors have shown that a high conversion and yield can be obtained by decomposing lignin by using a palladium catalyst supported on activated carbon aerogels activated with phosphoric acid, the carbon aerogels in which mesopores are developed (Patent Document 4).

인산으로 활성화된 활성 카본에어로젤에 산점을 더하기 위해 술폰산을 처리한 후 귀금속을 담지하여 리그닌 분해 촉매로 사용하면 활성 카본에어로젤에 담지된 귀금속 보다 리그닌 모델화합물의 전환율과 방향족 수율이 증가한다 (비특허문헌 7). 또한, 고체산 촉매중 산특성이 우수한 양이온 치환 헤테로폴리산을 활성 카본에어로젤에 함침한 후 귀금속을 담지하여 리그닌 모델화합물 분해 촉매로 이용하여 리그닌 모델화합물을 분해하면 90%이상의 전환율과 60%이상의 방향족 수율이 관찰된다 (비특허문헌 8). When activated carbonaceous aerosol activated by phosphoric acid is used as a lignin decomposition catalyst by treating a sulfonic acid with a sulfonic acid and then carrying a noble metal, the conversion and aromatic yield of the lignin model compound are increased compared with the noble metal supported on the activated carbon aerogels 7). In addition, decomposition of the lignin model compound by impregnating activated carbon aerogels with a cation-substituted heteropoly acid having excellent acid property in a solid acid catalyst and supporting the noble metal as a lignin model compound decomposition catalyst results in a conversion of 90% or more and an aromatic yield of 60% or more (Non-patent document 8).

1. 미국특허 4,647,704 (D.J. Engel, K.Z. Steigleder) 1987년.1. US Patent 4,647,704 (D.J. Engel, K. Z. Steigleder) 1987. 2. 대한민국 특허출원 10-2010-0030562 (송인규, 박해웅, 박선영) 2010년.2. Korean Patent Application 10-2010-0030562 (Song In-gyu, Park Hae-woong, Park Sun-young) 2010. 3. 대한민국 특허출원 10-2010-0066173 (송인규, 박해웅, 박선영) 2010년.3. Korean Patent Application 10-2010-0066173 (In-Kyu Song, Hae-Woong Park, Sun-Young Park) 2010. 4. 대한민국 특허출원 10-2010-0097482 (송인규, 박해웅, 박선영) 2010년.4. Korean Patent Application 10-2010-0097482 (In-Kyu Song, Hae-Woong Park, Sun-Young Park) 2010.

1. J.B. Binder, M.J. Gray, J.F. White, Z.C. Zhang, J.E. Holladay, Biomass and Bioenergy 33권 1122쪽 (2009). 1. J.B. Binder, M.J. Gray, J.F. White, Z.C. Zhang, J.E. Holladay, Biomass and Bioenergy Vol. 33, p. 1122 (2009). 2. P.F. Britt, A.C. Buchanan, E.A. Malcolm, J. Org. Chem. 60권 6523쪽 (1995). 2. P.F. Britt, A.C. Buchanan, E.A. Malcolm, J. Org. Chem. 60, p. 6523 (1995). 3. A. Oasmaa, R. Alen, Bioresource Tech. 45권 189쪽 (1993). 3. A. Oasmaa, R. Alen, Bioresource Tech. 45, p. 189 (1993). 4. H.W. Park, S. Park, D.R. Park, J.H. Choi, I.K. Song, Catal. Commun. 12권 1쪽 (2010). 4. H.W. Park, S. Park, D.R. Park, J.H. Choi, I.K. Song, Catal. Commun. 12 Volume 1 (2010). 5. H.W. Park, S. Park, D.R. Park, J.H. Choi, I.K. Song, Korean J. Chem. Eng. 28권 1177쪽 (2010). 5. H.W. Park, S. Park, D.R. Park, J.H. Choi, I.K. Song, Korean J. Chem. Eng. 28, 1177 (2010). 6. N. Yan, C. Zhao, P.J. Dyson, C. Wang, L.-T. Liu, Y. Kou, Chem. Sus. Chem. 1권 626쪽 (2008). 6. N. Yan, C. Zhao, P.J. Dyson, C. Wang, L.-T. Liu, Y. Kou, Chem. Shut up. Chem. Vol. 1, p. 626 (2008). 7. H.W. Park, U.G. Hong, Y.J. Lee, I.K. Song, Catal. Comm. 20권 89쪽 (2012) 7. H.W. Park, U.G. Hong, Y.J. Lee, I.K. Song, Catal. Comm. 20 volume 89 pages (2012) 8. H.W. Park, U.G. Hong, Y.J. Lee, J.H. Choi, I.K. Song, Appl. Catal. A: Gen. 437-438권 112쪽 (2012) 8. H.W. Park, U.G. Hong, Y.J. Lee, J.H. Choi, I.K. Song, Appl. Catal. A: Gen. 437-438 volume 112 pages (2012)

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산점을 포함한 중형기공의 탄소 담체에 귀금속을 담지한 촉매를 제조하여 촉매의 중형 기공 특징과 높은 산점을 이용하여 분자 크기가 상대적으로 큰 리그닌을 효과적으로 분해하는 기술 개발로 고가의 방향족 화합물을 생산할 수 있는 촉매 제조 방법 및 분해 공정에 관한 기술을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is therefore an object of the present invention to provide a catalyst for producing a noble metal-supported catalyst on a mesoporous carbon carrier containing acid sites and to effectively decompose lignin having a relatively large molecular size The present invention provides a catalyst production method and a decomposition process technology capable of producing expensive aromatic compounds through development.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 리그닌의 내부 결합중에서 탄소-산소-탄소 결합을 선택적으로 분해하여 방향족을 생산하는 촉매에 있어서, 상기 촉매는 화학식 M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (M은 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속이며, QxH3.0-xPW12O40은 양이온 치환 헤테로폴리산이며, Q는 알카리금속 또는 암모늄 이온이고, ACA는 활성 카본에어로젤, 그리고 -SO3H는 술폰산기)으로 표현되며, 고농도의 황산과 활성 카본에어로젤을 반응한 후 술폰산을 활성 카본에어로젤 표면에 0.5~5 중량 % 사이로 결합시켜 제조한 술폰산 포함 카본 에어로젤에 양이온 치환된 헤테로폴리산을 활성 카본에어로젤의 중량을 기준으로 5 ~ 70 중량% 범위로 함침한 담체에 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속을 활성 카본 에어로젤의 중량을 기준으로 1~30 중량% 범위로 담지하여 제조한 것을 특징으로 하는 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a catalyst for selectively decomposing a carbon-oxygen-carbon bond in an internal bond of lignin to produce an aromatic, wherein the catalyst has the formula M / Q x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H wherein M is at least one noble metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum, Q x H 3.0-x PW 12 O 40 is a cation-substituted heteropolyacid, Q is an alkali metal or Ammonium ion, ACA is an activated carbon aerogel, and -SO 3 H is a sulfonic acid group), reacting a high concentration of sulfuric acid with activated carbon aerogels, and then bonding the sulfonic acid to the surface of the activated carbon aerogels at 0.5-5 wt% A carrier impregnated with a sulfonic acid-containing carbon aerogel with cation-substituted heteropoly acid in an amount of 5 to 70% by weight, based on the weight of the activated carbon aerogels, is impregnated with palladium, rhodium, ruthenium and platinum Wherein at least one kind of noble metal selected from the group consisting of the activated carbon aerogels is supported in an amount of 1 to 30% by weight based on the weight of the activated carbon aerogels, the noble metal catalyst supported on the activated carbon aerogels containing the sulfonic acid impregnated with the cation-substituted heteropoly acid .

또한, 본 발명은 상기 활성 카본 에어로젤이 레조시놀 (Resocinol)과 포름알데히드 (Formaldehyde)를 중합하여 생산된 카본 에어로젤을 수산화칼륨, 인산, 및 염화아연으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 활성화 물질로 활성화한 것으로, 상기 레조시놀과 포름알데히드의 비율 (R/F ratio)이 몰비로 0.1~2.0 범위인 것을 특징으로 하는 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매를 제공한다.In addition, the present invention relates to a process for producing activated carbon aerogels wherein the carbon aerogels produced by polymerizing Resocinol and formaldehyde are activated with one or more activating substances selected from the group consisting of potassium hydroxide, phosphoric acid, and zinc chloride, , Wherein the ratio of the resorcinol to the formaldehyde (R / F ratio) is in the range of 0.1 to 2.0 in molar ratio. The present invention provides a noble metal catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid impregnated with cation-substituted heteropoly acid.

또한, 본 발명은 상기 촉매 존재하에 300℃미만의 온도 및 수소 50 기압 이하 범위의 압력하에서 리그닌을 분해하여 방향족을 생산하는 리그닌 모델 화합물 분해방법을 제공한다.The present invention also provides a method of decomposing a lignin model compound, which decomposes lignin under a pressure in the range of less than 300 ° C and hydrogen pressure of 50 atm or lower in the presence of the catalyst to produce an aromatic compound.

본 발명의 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매를 이용하여 리그닌 모델화합물을 분해하는 경우 기존의 고온 고압 조건에서 (400℃, 50 기압) 실시한 리그닌 열분해 방법을 대체하여 상대적으로 저온 저압조건인 (200℃, 10 기압)에서 리그닌의 내부 결합 중 탄소-산소-탄소 결합을 선택적으로 분해하여 벤젠, 페놀 등 방향족을 생산할 수 있는 기술을 제공한다.In the case of decomposing the lignin model compound using the noble metal catalyst supported on the activated carbon aerogels containing the sulfonic acid-containing sulfonic acid impregnated with the cation-substituted heteropolyacid of the present invention, the lignin pyrolysis method performed under the existing high temperature and high pressure condition (400 ° C., 50 atm) Oxygen and carbon bonds in the internal bond of lignin at low temperature and low pressure (200 ° C, 10 atmospheres) to produce aromatics such as benzene and phenol.

도 1은 리그닌 내부 결합을 설명하는 리그닌 구조도
도 2는 4 탄소-산소-5 탄소 (4-O-5)결합을 가지고 있는 리그닌 모델 화합물인 4-페녹시페놀 구조식
도 3은 제조예 1에서 실시한 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점을 포함하는 활성 카본 에어로젤 제조과정과 산점을 포함하는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 제조과정
도 4는 제조예 1에서 생산된 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함하는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%) 질소 흡탈착곡선
도 5는 제조예 1에서 생산된 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함하는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)의 XRD 패턴
도 6는 제조예 1에서 생산되고 술폰산이 포함된 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함하는 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매(Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)로 4-페녹시 페놀을 분해 한 결과
도 7는 술폰산이 포함된 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함하는 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매(Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)로 4-페녹시 페놀을 분해 한 결과 생성되는 주생성물의 수율
도 8는 제조예 1과 비교제조예 1, 2에서 생산된 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함하는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H), 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA), 그리고 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA-SO3H)의 4-페녹시페놀 분해 성능 비교 그래프
Figure 1 shows a lignin structure diagram illustrating internal lignin binding
FIG. 2 is a schematic diagram of a lignin model compound having a 4-carbon-oxygen-5-carbon (4-O-5)
Fig. 3 is a graph showing the results of the production process of activated carbon aerogels containing sulfonic acid and containing cationic substituted heteropoly acid and containing acid sites as prepared in Production Example 1, and the production process of palladium catalyst supported on active carbon aerogels including acid sites
FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of a Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y (weight average molecular weight) adsorbed on activated carbon aerogels containing a sulfonic acid produced in Production Example 1 and impregnated with cation-substituted heteropoly acid = 10, 15, 20, 25, and 30% by weight) Nitrogen adsorption / desorption curve
FIG. 5 is a graph showing the results of measurement of Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y (weight average molecular weight) of the Pd / YCs supported on activated carbon aerogels containing a sulfonic acid produced in Production Example 1 and impregnated with cation-substituted heteropoly acid = 10, 15, 20, 25, and 30 wt%) XRD pattern
FIG. 6 is a graph showing the results of measurement of the activity of Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y (solid content) in the activated carbon aerogels impregnated with cation- = 10, 15, 20, 25, and 30% by weight) as a result of decomposition of 4-phenoxyphenol
FIG. 7 is a graph showing the results of measurement of a Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y = 10, 15, 20 , 25, and 30% by weight), the yield of the main product resulting from the decomposition of 4-phenoxy phenol
FIG. 8 is a graph showing the results of a Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / Pd catalyst supported on activated carbon aerogels containing a sulfonic acid produced in Production Example 1 and Comparative Preparations 1 and 2 and impregnated with cation-substituted heteropolyacids, ACA-SO 3 H), 4- phenoxy phenol degradation of active carbon airgel with a palladium catalyst (Pd / ACA), and supported on activated carbon airgel is an acid catalyst comprising a palladium (Pd / ACA-SO 3 H ) is supported on the Performance Comparison Graph

이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

본 발명의 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매는 리그닌의 내부 결합중에서 탄소-산소-탄소 결합을 선택적으로 분해하여 방향족을 생산하는 촉매로서, 상기 촉매는 화학식 M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (M은 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속이며, QxH3.0-xPW12O40은 양이온 치환 헤테로폴리산이며, Q는 알카리금속 또는 암모늄 이온이고, ACA는 활성 카본에어로젤, 그리고 -SO3H는 술폰산기)으로 표현되며, 고농도의 황산과 활성 카본에어로젤을 반응한 후 술폰산을 활성 카본에어로젤 표면에 0.5~5 중량 % 사이로 결합시켜 제조한 술폰산 포함 카본 에어로젤에 양이온 치환된 헤테로폴리산을 활성 카본에어로젤의 중량을 기준으로 5 ~ 70 중량% 범위로 함침한 담체에 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속을 활성 카본 에어로젤의 중량을 기준으로 1~30 중량% 범위로 담지하여 제조한 것을 특징으로 한다. The noble metal catalyst supported on the sulfonic acid-containing activated carbon aerogels impregnated with the cation-substituted heteropoly acid of the present invention is a catalyst for selectively decomposing carbon-oxygen-carbon bonds in the internal bond of lignin to produce an aromatic, x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (M is at least one noble metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum, Q x H 3.0-x PW 12 O 40 is a cation exchange , Q is an alkali metal or ammonium ion, ACA is an activated carbon aerogel, and -SO 3 H is a sulfonic acid group). After reacting a high concentration of sulfuric acid with activated carbon aerogels, sulfonic acid is added to the surface of activated carbon aerogels To 5% by weight based on the weight of the activated carbon aerogels, in the range of 5 to 70% by weight, based on the weight of the activated carbon aerogels, of sulfonic acid-containing heteropolyacid And a carrier of palladium, rhodium, characterized in that one prepared by supporting a ruthenium and one or more kinds of noble metals selected from the group consisting of, by weight of the activated carbon airgel platinum 1-30% by weight.

본 발명의 촉매는 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속을 촉매로, 보다 상세하게는 상기 촉매에 사용된 귀금속은 팔라듐, 백금, 로듐, 루세륨 등에서 선택된 1종이 사용되며, 상기 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속의 양은 활성 카본 에어로젤 기준으로 1~30 중량% 범위로 담지한다. 상기 촉매에서 사용된 활성 카본 에어로젤은 레조시놀과 포름알데히드를 반응물로 선택하여 탄산수소나트륨을 촉매로 중합한 카본 에어로젤을 활성화 한 후 사용하며, 상기 활성 카본 에어로젤 제조에 있어 수산화칼륨, 인산, 염화아연등에서 선택된 1종을 카본 에어로젤 활성화 물질로 사용한다. 또한 활성 카본에어로젤에 산 특성을 부여하기 위해 술폰산을 처리하였으며, 추가적으로 양이온 치환 헤테로폴리산을 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 함침하였으며, 상기 촉매에서 처리된 양이온 치환 헤테로폴리산은 활성 카본에어로젤 기준으로 5~50 중량% 범위로 처리한 촉매이다. 최종적으로 본 발명에서 제조된 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산 함침하여 산점을 포함한 활성 카본에어로젤에 담지된 귀금속 촉매는 화학식 M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (상기 화학식중 M은 팔라듐, 백금, 로듐, 루세늄 등으로 구성된 군으로부터 선택된 1종이며, Q 종은 헤테로폴리산에 치환된 양이온으로 알카리금속 혹은 암모늄 이온으로부터 선택된 1 종이며, ACA는 레조시놀과 포름알데히드를 중합하여 생산된 카본 에어로젤을 활성화 한 활성 카본 에어로젤, SO3H는 활성 카본에어로젤에 포함된 술폰산)로 표시한다. In the catalyst of the present invention, a noble metal supported on activated carbon aerogels containing acid sites is used as a catalyst, more specifically, one selected from noble metals such as palladium, platinum, rhodium and luciferum is used as the catalyst. The amount of the noble metal carried on the activated carbon aerogels is in the range of 1 to 30% by weight based on the activated carbon aerogels. The active carbon aerogels used in the catalyst are selected from resorcinol and formaldehyde as reactants, activated carbon aerogels polymerized with sodium hydrogencarbonate, and used in the production of the activated carbon aerogels. The active carbon aerogels include potassium hydroxide, phosphoric acid, Zinc and the like are used as a carbon airgel activating material. In addition, the activated carbon aerogels were treated with sulfonic acid to impart acid characteristics to the activated carbon aerogels, and the cation-substituted heteropoly acids were impregnated with activated carbon aerogels containing sulfonic acids, and the cation-substituted heteropoly acids treated with the catalysts were activated with 5 to 50 wt% %. ≪ / RTI > Finally, the noble metal catalyst containing the sulfonic acid prepared in the present invention and impregnated with the cation-substituted heteropoly acid to carry the active carbon aerogels including the acid sites has the formula M / Q x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H Wherein M is one selected from the group consisting of palladium, platinum, rhodium, ruthenium, etc. Q is a heteropolyacid-substituted cation selected from an alkali metal or ammonium ion and ACA is resorcinol and formaldehyde Activated carbon aerogels activated carbon autogas produced by polymerization, and SO 3 H is sulfonic acid contained in activated carbon aerogels).

본 발명의 리그닌 모델 화합물 분해를 위한 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매는 (a) 레조시놀(Res℃inol)과 포름알데히드(Formaldehyde)를 탄산수소나트륨을 촉매로 사용하여 중합한 후 RF (레조시놀-포름알데히드) 젤을 생산하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 RF 젤을 아세톤 교환 후 건조하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 생성된 RF 젤을 탄화하여 카본 에어로젤을 생산하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 생산된 카본 에어로젤에 수산화칼륨, 인산, 염화아연을 전처리하여 활성 카본 에어로젤을 생산하는 단계; (e) 상기 (d) 단계에서 생산된 활성 카본 에어로젤을 수세한 후 건조하는 단계; (f) 상기 (e) 단계에서 생산된 활성 카본에어로젤에 산점을 더하기 위해 황산과 반응 하여 술폰산을 포함하는 단계; (g) 상기 (f) 단계에서 생산된 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 산점을 추가로 더 하기 위해 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하는 단계; (h) 상기 (g) 단계에서 생산된 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 귀금속을 담지 한 후 소성하여 귀금속 산화물이 담지된 활성 카본 에어로젤 생산 단계; (i) 상기 (h) 단계에서 생산된 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 산화물을 수소로 환원하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 (M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H)를 제조하는 단계로 이루어진다. The noble metal catalyst supported on the activated carbon aerogels containing the acid sites for decomposition of the lignin model compound of the present invention is prepared by polymerizing (a) resorcinol (formaldehyde) and formaldehyde with sodium hydrogen carbonate To produce an RF (resorcinol-formaldehyde) gel; (b) exchanging the RF gel prepared in the step (a) with acetone and drying; (c) carbonizing the RF gel produced in the step (b) to produce carbon aerogels; (d) pre-treating the carbon aerogels produced in the step (c) with potassium hydroxide, phosphoric acid and zinc chloride to produce active carbon aerogels; (e) washing the activated carbon aerogels produced in the step (d) with water, followed by drying; (f) reacting the activated carbon aerogels produced in the step (e) with sulfuric acid to add a sulfuric acid to the sulfonic acid; (g) impregnating cation-substituted heteropolyacids to further add acid sites to the activated carbon aerogels containing sulfonic acid produced in step (f); (h) producing an activated carbon airgel having noble metal oxide supported on an activated carbon aerogels containing a sulfonic acid produced in the step (g) by impregnation with a cation-substituted heteropoly acid and carrying a noble metal on the activated carbon aerogels; (i) reducing the noble metal oxide supported on the activated carbon aerogels containing the acid sites produced in the step (h) with hydrogen to obtain a noble metal catalyst (M / Q x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H).

상기 (a) 단계에서 사용되는 레조시놀 (Resocinol)과 포름알데히드 (Formaldehyde)의 비율 (R/F ratio)는 0.1 ~ 2.0 사이 이며, 각각 증류수에 충분히 용해 한 후 혼합한다. 또한 상기의 레조시놀과 포름알데히드 혼합용액에 촉매로 탄산수소나트륨을 첨가하여 중합반응을 개시하며, 첨가된 탄산수소나트륨의 양은 레조시놀 기준으로 비율로 1/50~500 사이가 바람직하다. 상기 촉매를 이용한 중합반응에서 중합 반응 시간은 1~3시간 사이가 바람직하며, 중합 개시 후 80~120℃ 온도에서 12~24시간 동안 보관하여 충분히 RF 젤이 형성될 수 있도록 한다.The ratio (R / F ratio) of resorcinol to formaldehyde used in step (a) is between 0.1 and 2.0, and they are sufficiently dissolved in distilled water and mixed. Also, sodium bicarbonate is added as a catalyst to the mixed solution of resorcinol and formaldehyde to initiate the polymerization reaction, and the amount of sodium hydrogencarbonate added is preferably 1/50 to 500 in terms of resorcinol. In the polymerization using the catalyst, the polymerization reaction time is preferably from 1 to 3 hours, and after the initiation of polymerization, the polymerization reaction is maintained at 80 to 120 ° C for 12 to 24 hours to sufficiently form an RF gel.

(b) 단계에서는 상기 (a) 단계에서 제조된 RF 젤 내부에 있는 수분을 아세톤으로 교환단계로서, 수분을 함유한 RF 젤을 50℃의 고순도 아세톤 용액으로 충분히 세척 한 후에 60~80℃ 분위기에서 3~5시간 동안 건조하여 RF 젤을 생산한다. In step (b), the water contained in the RF gel prepared in step (a) is exchanged with acetone. After the RF gel containing water is thoroughly washed with a high purity acetone solution at 50 ° C, Dry for 3 to 5 hours to produce RF gel.

(c) 단계에서는 상기 (b) 단계에서 생성된 RF 젤을 탄화하여 카본 에어로젤을 생산하는 단계로, RF 젤의 탄화 조건은 200~800℃의 온도 범위와 질소 분위기, 그리고 1~8시간 동안 탄화한다. In step (c), the RF gel produced in step (b) is carbonized to produce carbon aerogels. The carbon gelation conditions of the RF gel include a temperature range of 200 to 800 ° C., a nitrogen atmosphere, and a carbonization do.

(d) 단계에서는 상기 (c) 단게에서 생산된 카본 에어로젤을 활성화하는 단계로, 수산화칼륨 (KOH), 인산 (H3PO4), 그리고 염화아연 (ZnCl2) 중 선택된 1종을 카본 에어로젤에 함침방법으로 혼합하여 준다. 활성화 물질이 혼합된 카본 에어로젤을 200~800℃ 사이 온도, 질소 분위기에서 1~3 시간 동안 충분히 활성화해준다. 활성화 물질과 카본 에어로젤의 비율은 중량비로 0.5~5사이이며, 바람직하게는 1~2 사이 이다. In step (d), the step of activating the carbon airgel produced in step (c) may be a step of activating carbon aerogels selected from potassium hydroxide (KOH), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ) Mix by impregnation method. The carbon aerogels mixed with the activating material are sufficiently activated at a temperature of 200 to 800 ° C for 1 to 3 hours in a nitrogen atmosphere. The ratio of the active material to the carbon aerogels is between 0.5 and 5, preferably between 1 and 2, by weight.

(e) 단계에서는 상기 (d) 단계에서 생산된 활성화 물질이 포함되어 있는 활성 카본 에어로젤을 수세하는 과정으로, 증류수를 이용하여 활성 카본 에어로젤에 잔류한 산 물질을 충분히 세척하여 준다. 세척 완료 시점은 세척수의 pH가 6.5~7.0 사이 일 경우에 활성물질이 충분히 세척되었다고 판단한다. 세척이 완료된 활성 카본 에어로젤은 110℃온도에서 5시간 동안 건조하여 준다. In step (e), the activated carbon aerogels containing the active material produced in step (d) are washed with water, and the acid material remaining on the activated carbon aerogels is thoroughly washed using distilled water. When the pH of the washing water is between 6.5 and 7.0, it is judged that the active substance is sufficiently washed. The washed activated carbon aerogels are dried at 110 ° C for 5 hours.

(f) 단계에서는 상기 (e) 단계에서 생산된 활성 카본에어로젤에 산점을 포함하기 위해 활성 카본에어로젤과 황산을 반응하는 과정으로, 10 M 농도의 황산과 활성 카본에어로젤을 50~150℃사이에서 5~24 시간 동안 질소 분위기에서 반응 후 뜨거운 증류수로 세척하여 준다. 세척 완료 시점은 세척수의 pH가 6.5-7.0사이 일 때 황산이 충분히 제거 되었다고 판단한다. 세척이 완료된 술폰산이 포함된 활성 카본 에어로젤은 110℃에서 5시간 동안 건조한다. In step (f), the activated carbon aerogels and the sulfuric acid are reacted to include the acid sites in the activated carbon aerogels produced in step (e). The sulfuric acid and the activated carbon aerogels at a concentration of 10 M are reacted at a temperature of 50 to 150 ° C The reaction is carried out in a nitrogen atmosphere for ~ 24 hours and then washed with hot distilled water. At the completion of the washing, it is judged that the sulfuric acid is sufficiently removed when the pH of the washing water is between 6.5 and 7.0. The activated carbon aerogels containing the washed sulfonic acid are dried at 110 ° C for 5 hours.

(g) 단계에서는 상기 (f) 단계에서 생산된 술폰산이 포함된 활성 카본 에어로젤에 추가로 산점을 포함시키기 위해 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하는 단계로, 헤테로폴리산을 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 함침범으로 담지하고 80℃에서 3시간동안 건조한다. 건조된 헤테로폴리산을 포함한 활성 카본에어로젤은 선택된 양이온으로 치환한다. 치환된 양이온 Q 종은 수용액 상태의 알칼리 금속 혹은 암모늄 이온 중에서 선택된 1종이며, 수용액 상태의 양이온 물질을 헤테로폴리산이 담지된 활성 카본에어로젤에 기계적으로 혼합한다. 양이온이 치환된 헤테로폴리산을 포함한 활성 카본에어로젤은 110℃에서 5시간동안 건조 후, 250~300℃ 범위에서 2~5시간동안 소성하여 귀금속 촉매 담체로 사용한다. 처리된 양이온 헤테로폴리산의 중량비는 활성 카본에어로젤 기준으로 1~70중량% 사이이며, 바람직하게는 10~30중량% 사이다. In step (g), the step of impregnating the cation-substituted heteropolyacid to further include the acid sites in the activated carbon aerogels containing the sulfonic acid produced in the step (f), wherein the heteropoly acid is introduced into the activated carbon aerogels containing sulfonic acid And dried at 80 ° C for 3 hours. Activated carbon aerogels, including dried heteropolyacids, are substituted for selected cations. The substituted cationic Q is one selected from an alkali metal or ammonium ion in an aqueous solution state, and the cationic material in an aqueous solution state is mechanically mixed with the active carbon aerogels carrying the heteropoly acid. Activated carbon aerogels containing cation-substituted heteropolyacids are dried at 110 ° C for 5 hours and then calcined at 250 to 300 ° C for 2 to 5 hours to be used as noble metal catalyst carriers. The weight ratio of the treated cationic heteropoly acid is between 1 and 70 wt.%, Preferably between 10 and 30 wt.%, Based on the activated carbon aerogels.

(h) 단계에서는 상기 (g) 단계에서 생산된 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 활성 카본 에어로젤에 귀금속 물질을 담지 후 소성하는 단계로, 사용 가능한 귀금속 M종은 팔라듐, 백금, 로듐, 루세늄 등으로 구성된 군에서 선택된 1종이며, 귀금속 전구체를 용매에 완전히 용해 후 함침법으로 활성 카본 에어로젤에 담지한다. 귀금속 전구체가 혼합된 활성 카본 에어로젤을 80℃에서 5시간동안 충분히 건조 후, 250~350℃의 온도 범위와, 공기 분위기에서 2~5시간동안 소성한다. 그 결과 귀금속 산화물이 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지되며, 소성 온도가 250℃ 이하일 경우 소성이 불완전하게 되며, 350℃이상의 온도에서는 귀금속 입자의 소결현상이 발생할 수 있다. 담지된 귀금속의 비율은 활성 카본 에어로젤의 중량비로 1~30%이며, 바람직하게는 3~7%사이이다. In step (h), the noble metal material is supported on the activated carbon aerogels impregnated with the cation-substituted heteropoly acid, which contains the sulfonic acid produced in step (g), and then the sintered material is used. Examples of the precious metal M usable include palladium, platinum, rhodium, And the noble metal precursor is completely dissolved in a solvent, and then impregnated with the activated carbon aerogels. Activated carbon aerogels mixed with precious metal precursors are thoroughly dried at 80 ° C for 5 hours and then calcined at a temperature ranging from 250 to 350 ° C for 2 to 5 hours in an air atmosphere. As a result, the noble metal oxide is supported on the activated carbon aerogels containing the acid sites. When the calcination temperature is 250 ° C or less, the calcination is incomplete, and when the temperature is 350 ° C or more, sintering of the noble metal particles may occur. The proportion of the noble metal supported is 1 to 30% by weight, preferably 3 to 7% by weight of the activated carbon aerogels.

(i) 단계에서는 상기 (h) 단계에서 생성된 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 산화물을 수소로 환원하여 귀금속 형태로 변화시켜준다. 환원은 120℃에서 5~12시간동안 수소분위기에서 이루어진다.In step (i), the noble metal oxide supported on the activated carbon aerogels including the acid sites generated in step (h) is reduced to hydrogen and converted into noble metal form. The reduction is carried out in a hydrogen atmosphere at 120 DEG C for 5 to 12 hours.

또한, 본 발명은 리그닌 분해에 있어 리그닌의 복잡한 내부 구조를 단순화하기 위해 리그닌 모델화합물을 사용하였으며, 리그닌 내부 결합 중 가장 높은 빈도를 보이는 탄소-산소 결합 (C-O bond)를 대표할 수 있는 물질을 모델화합물로 선정하였다. 리그닌의 탄소-산소 결합 중에 가장 높은 결합 에너지를 가진 4 탄소-산소-5 탄소 (4-O-5) 결합을 대표할 수 있는 4-페녹시페놀을 모델화합물로 선정하였으며 도 2에 4-페녹시페놀의 구조식을 제시하였다.In addition, the present invention uses a lignin model compound to simplify the complicated internal structure of lignin in lignin decomposition, and a model representative of the most frequently occurring carbon-oxygen bond (CO bond) Were selected. 4-phenoxyphenol, which is representative of 4-carbon-oxygen-5-carbon (4-O-5) bond having the highest binding energy among the carbon-oxygen bonds of lignin, was selected as a model compound. The structural formula of cyphenol was presented.

또한, 본 발명은 상기에서 제조된 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속을 촉매로 이용하여 리그닌 모델 화합물 분해 반응을 실시하였으며, 반응은 액상 반응으로 촉매가 용매에 불균일상으로 분산되어 있다. 반응에 사용가능한 용매는 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매에 분해되지 않으며, 끊는점이 200℃이상인 탄화수소 물질을 선정하였으며, 본 발명에서는 헥사데칸(Hexadecane, C16H34)을 선정하였다.In addition, the present invention uses the noble metal supported on active carbon aerogels prepared above as a catalyst to decompose the lignin model compound, and the reaction is a liquid phase reaction in which the catalyst is dispersed heterogeneously in the solvent. The solvent that can be used for the reaction was selected as a hydrocarbon material having a breaking point of 200 ° C or higher without decomposing into a noble metal catalyst supported on active carbon aerogels containing acid sites. Hexadecane (C 16 H 34 ) was selected in the present invention .

본 발명에서는 리그닌 모델화합물의 전환율을 계산하기 위해 반응 전 리그닌의 양과 반응 후의 리그닌 양을 가스크로마토그래피를 이용해 분석하였다. 4-페녹시페놀 분해 반응 결과 생산된 페놀, 벤젠, 사이클로헥산올의 양은 가스크로마토그래피를 이용하여 분석하였으며, 리그닌 모델 화합물의 전환율, 주 생성물 (페놀 + 벤젠 + 사이클로헥산올)의 선택도와 수율은 아래의 수학식을 이용하여 계산하였다.
In the present invention, the amount of lignin before the reaction and the amount of lignin after the reaction were analyzed by gas chromatography to calculate the conversion rate of the lignin model compound. The amount of phenol, benzene and cyclohexanol produced as a result of 4-phenoxyphenol decomposition was analyzed by gas chromatography. The conversion of the lignin model compound and the selectivity and yield of the main products (phenol + benzene + cyclohexanol) Using the following equation.

Figure pat00001
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Figure pat00002
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Figure pat00003
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제조예 1Production Example 1

본 발명에서는 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매를 리그닌 모델 화합물 분해 반응에 적용하였다. 활성 카본에어로젤에 산점을 포함시키기 위해 술폰산을 도입하고 추가로 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함한 활성 카본에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 제조 과정을 도 3에서 제시하였다. 활성 카본 에어로젤은 레조시놀 (Resocinol)과 포름알데히드 (Formaldehyde)를 중합하여 생산된 RF젤을 탄화하여 카본 에어로젤 제조하였으며, 상기에서 제조된 카본 에어로젤을 인산 (H3PO4)을 이용하여 활성화하여 생산하였다. 사용된 레조시놀과 포름알데히드의 비율은 0.5이며 촉매로 사용된 탄산수소나트륨의 비율을 레조시놀 기준 중량비로 1/200이다. 적당한 양의 레조시놀과 포름알데히드를 각각 증류수에 충분히 녹인 후, 하나의 용기에 혼합하여준다. 충분히 혼합된 레조시놀과 포름알데히드 용액에 계산된 양의 촉매를 넣어 주어 중합반응을 개시한다. 중합 개시된 레조시놀/포름알데히드 혼합 용액은 밀폐 용기에 담아 100℃에서 10시간동안 반응하여 고체성분의 RF 젤이 생성된다. 상기에서 생성된 고상의 RF 젤은 아세톤으로 세척한 후 80℃에서 5시간동안 건조한다. 건조된 RF 젤은 500℃, 질소 분위기에서 1시간동안 탄화하여 카본 에어로젤 (CA, Carbon Aerogel)을 생산한다. 상기에서 생산된 카본 에어로젤에 인산을 함침법으로 혼합한 후 100℃에서 충분히 건조한다. 활성 물질로 사용된 인산의 비율은 카본 에어로젤을 기준으로 중량비로 1배를 사용한다. 상기에 인산이 함침된 카본 에어로젤을 800℃에서 1 시간동안 질소 분위기에서 탄화 및 활성화하여 활성 카본 에어로젤 (ACA, Activated Carbon Aerogel)을 제조한다. 활성화가 완료된 카본 에어로젤은 증류수로 세척하며, 세척수의 pH가 6.5~7사이가 될 때 까지 세척한다. 세척이 완료된 활성 카본 에어로젤은 110℃에서 3시간동안 건조한다. In the present invention, a noble metal catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid and impregnated with cation-substituted heteropoly acid and having a acid site is applied to the decomposition reaction of lignin model compound. A process for preparing a noble metal catalyst supported on activated carbon aerogels containing a acid site by introducing sulfonic acid to incorporate the acid sites in the activated carbon aerogels and further impregnating the cation-substituted heteropolyacids is shown in FIG. The activated carbon aerogels were prepared by carbonizing the RF gels produced by polymerizing resocinol and formaldehyde. The carbon aerogels prepared above were activated by using phosphoric acid (H 3 PO 4 ) Respectively. The ratio of resorcinol to formaldehyde used is 0.5 and the ratio of sodium hydrogencarbonate used as catalyst is 1/200 in terms of resorcinol base weight ratio. Resorcinol and formaldehyde are dissolved in distilled water, respectively, and mixed in a single container. The calculated amount of catalyst is added to the fully mixed resorcinol and formaldehyde solution to initiate the polymerization reaction. The polymerization initiated resorcinol / formaldehyde mixed solution is placed in a sealed container and reacted at 100 ° C for 10 hours to produce a solid RF gel. The solid RF gel is washed with acetone and dried at 80 ° C for 5 hours. The dried RF gel is carbonized at 500 ° C for 1 hour under a nitrogen atmosphere to produce carbon aerogels (CA). The carbon aerogels produced above are mixed by impregnation with phosphoric acid and sufficiently dried at 100 ° C. The ratio of phosphoric acid used as the active material is 1 fold in weight ratio based on carbon aerogels. Carbon aerogels impregnated with phosphoric acid are carbonized and activated at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to produce an activated carbon aerogel (ACA). The activated carbon aerogels are washed with distilled water and rinsed until the pH of the wash water is between 6.5 and 7. The washed activated carbon aerogels are dried at 110 ° C for 3 hours.

활성 카본 에어로젤 (ACA, Activated Carbon Aerogel)에 산점을 더하기 위해 활성 카본에어로젤과 10몰 농도의 황산을 반응하여 술폰산 기능기를 활성 카본에어로젤에 도입하였다. 고온 고압 반응기에서 10 몰 농도의 황산 100 ml에 활성 카본에어로젤 1 g을 투입한 후 질소 흐름상에서 반응기 내부를 질소 분위기로 만들어준다. 황산과 활성 카본에어로젤을 담고 있는 고온 고압 반응기의 온도를 100-180℃사이에서 10-18시간 동안 반응한 후 50℃의 증류수를 이용하여 활성 카본에어로젤에 물리적으로 흡착된 황산을 제거하여 준다. 물리적으로 흡착된 황산을 제거한 산점이 포함된 활성 카본에어로젤은 110℃에서 3시간동안 건조한다. To add acid sites to activated carbon aerogels (ACA), activated carbon aerogels were reacted with 10 molar sulfuric acid to introduce sulfonic acid functional groups into activated carbon aerogels. In a high-temperature and high-pressure reactor, 1 g of activated carbon aerogels are added to 100 ml of sulfuric acid at a concentration of 10 moles, and then nitrogen atmosphere is created in the reactor. After reacting the temperature of the high-temperature high-pressure reactor containing sulfuric acid and activated carbon aerogels at 100-180 ° C. for 10-18 hours, the physically adsorbed sulfuric acid is removed from the activated carbon aerogels using distilled water at 50 ° C. Activated carbon aerogels containing acid sites from which physically adsorbed sulfuric acid has been removed are dried at 110 ° C for 3 hours.

술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하는데 있어 사용된 헤테로폴리산은 12-텅스토인산(H3PW12O40)이며, 치환된 양이온은 세슘 전구체를 사용한다. 활성 카본에어로젤에 수용액 상태의 헤테로폴리산을 함침법으로 처리한 후 80℃에서 3시간 동안 건조한다. 건조된 활성 카본에어로젤을 정해진 양의 수용액 상태 세슘 전구체를 이용해 양이온 치환하며, 250℃에서 5시간 동안 소성하여 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 활성 카본에어로젤 (YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30중량%)를 제조한다. Y로 표시되는 처리된 양이온 헤테로폴리산의 양은 활성 카본에어로젤 기준으로 10~30중량%이며, 치환된 양이온 세슘의 양은 2.5 몰비로 정하였다. 팔라듐을 담지하기 위해 팔라듐 전구체 (질산팔라듐, Pd(NO3)2)를 증류수에 녹인 후 활성 카본 에어로젤에 함침법으로 담지한다. 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐의 양은 5 중량%로 담지하여 250℃에서 2 시간동안 소성하여 산점이 포함된 활성 카본에어로젤에 팔라듐 산화물이 담지된 물질을 생산할 수 있다. 소성이 완료된 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 산화물을 환원하기 위해 120℃, 수소 분위기에서 4시간 동안 환원 (Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)하여 리그닌 모델화합물 분해 촉매로 사용한다.
The heteropoly acid used to impregnate the activated carbon aerogels containing sulfonic acid with cation-substituted heteropolyacids is 12-tungstophosphoric acid (H 3 PW 12 O 40 ), and the substituted cations use a cesium precursor. The activated carbon aerogels are treated with aqueous solution of heteropoly acid by impregnation method and dried at 80 ° C for 3 hours. The dried activated carbon aerogels were cationically substituted with a predetermined amount of aqueous cesium precursor and calcined at 250 ° C for 5 hours to obtain activated carbon aerogels containing sulfonic acid and cation-substituted heteropoly acid (YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y = 10, 15, 20, 25, and 30 wt%). The amount of treated cationic heteropoly acid represented by Y is 10 to 30 wt% based on activated carbon aerogels and the amount of substituted cations cesium is set to 2.5 molar ratio. In order to support palladium, a palladium precursor (palladium nitrate, Pd (NO 3 ) 2 ) is dissolved in distilled water and impregnated in activated carbon aerogels. The amount of palladium supported on the activated carbon aerogels containing the acid sites is 5 wt%, and the mixture is calcined at 250 DEG C for 2 hours to produce palladium oxide-supported active carbon aerogels containing acid sites. (Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y = 10) in a hydrogen atmosphere at 120 ° C. to reduce the palladium oxide supported on the activated carbon aerogels containing the fired acid sites , 15, 20, 25, and 30% by weight) as a lignin model compound decomposition catalyst.

비교제조예 1Comparative Preparation Example 1

제조예 1에서 생산된 양이온 치환 헤테로폴리산을 처리하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H)와 촉매 성능을 비교하기 위해 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA, ACA는 Activated Carbon Aerogel)를 제조하였다. The cation-substituted heteropolyacid produced in Preparation Example 1 was treated to measure the activity of a palladium catalyst (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing acid sites A palladium catalyst (Pd / ACA, ACA activated carbon aerogel) supported on carbon aerogels was prepared.

상기의 카본 에어로젤 제조에 사용된 레조시놀과 포름알데히드의 비율은 0.5이며 촉매로 사용된 탄산수소나트륨의 비율을 레조시놀 기준 중량비로 1/200이다. 적당한 양의 레조시놀과 포름알데히드를 각각 증류수에 충분히 녹인 후, 하나의 용기에 혼합하여준다. 충분히 혼합된 레조시놀과 포름알데히드 용액에 계산된 양의 촉매를 넣어 주어 중합반응을 개시한다. 중합 개시된 레조시놀/포름알데히드 혼합 용액은 밀폐 용기에 담아 100℃에서 10시간동안 반응하여 고체성분의 RF 젤이 생성된다. 상기에서 생성된 고상의 RF 젤은 아세톤으로 세척한 후 80℃에서 건조한다. 건조된 RF 젤을 800℃, 질소 분위기에서 1시간동안 탄화하여 카본 에어로젤을 생산한다. 상기에서 생산된 카본 에어로젤에 인산을 각각 함침법으로 혼합한 후 100℃에서 충분히 건조한다. 활성 물질로 사용된 인산의 비율은 카본 에어로젤을 기준으로 중량비로 1배를 사용한다. 상기에 인산이 함침된 카본 에어로젤을 800℃에서 1 시간동안 질소 분위기에서 탄화 및 활성화한다. 활성화가 완료된 카본 에어로젤은 증류수로 세척하며, 세척수의 pH가 6.5~7사이가 될 때 까지 세척한다. 세척이 완료된 활성 카본 에어로젤은 110℃에서 3시간동안 건조한다. 상기에서 생산된 활성 카본 에어로젤에 팔라듐을 담지한 촉매는 함침법으로 제조하였으며, 팔라듐 금속은 활성 카본 에어로젤 기준으로 5 중량%로 담지하며 250℃에서 3 시간동안 소성하여 팔라듐 산화물이 담지된 활성 카본 에어로젤을 제조한다. 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 산화물을 귀금속으로 환원하기 위해서 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 산화물을 120℃, 수소 분위기에서 4시간 동안 환원하여 촉매 (Pd/ACA, ACA는 Activated Carbon aerogel)로 사용한다.
The ratio of resorcinol to formaldehyde used in the preparation of the carbon aerogels is 0.5, and the ratio of sodium hydrogencarbonate used as the catalyst is 1/200 as a resorcinol-based weight ratio. Resorcinol and formaldehyde are dissolved in distilled water, respectively, and mixed in a single container. The calculated amount of catalyst is added to the fully mixed resorcinol and formaldehyde solution to initiate the polymerization reaction. The polymerization initiated resorcinol / formaldehyde mixed solution is placed in a sealed container and reacted at 100 ° C for 10 hours to produce a solid RF gel. The solid RF gel produced above is washed with acetone and then dried at 80 ° C. The dried RF gel is carbonized at 800 ° C under a nitrogen atmosphere for 1 hour to produce carbon aerogels. Phosphoric acid is mixed with the carbon aerogels produced above by the impregnation method, and sufficiently dried at 100 ° C. The ratio of phosphoric acid used as the active material is 1 fold in weight ratio based on carbon aerogels. Carbon aerogels impregnated with phosphoric acid are carbonized and activated at 800 DEG C for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The activated carbon aerogels are washed with distilled water and rinsed until the pH of the wash water is between 6.5 and 7. The washed activated carbon aerogels are dried at 110 ° C for 3 hours. The activated carbon aerogels produced above were prepared by impregnation with palladium supported on activated carbon aerogels at 5 wt% on the basis of activated carbon aerogels, and calcined at 250 ° C for 3 hours to obtain palladium oxide-impregnated activated carbon aerogels . In order to reduce the noble metal oxide supported on the activated carbon aerogels to noble metal, the noble metal oxide supported on the carbon aerogels is reduced at 120 ℃ for 4 hours in the hydrogen atmosphere and used as catalyst (Pd / ACA, ACA is activated carbon aerogel).

비교제조예 2Comparative Production Example 2

제조예 1에서 생산된 양이온 치환 헤테로폴리산으로 처리하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H)와 리그닌 모델 화합물 분해 성능을 비교하기 위해 술폰산이 단독으로 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA-SO3H)를 제조하였다. Comparing the decomposition performance of the lignin model compound with the palladium catalyst (Pd / Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing acid sites by treatment with the cation-substituted heteropolyacid produced in Preparation Example 1 (Pd / ACA-SO 3 H) supported on active carbon aerogels containing sulfonic acid alone.

활성 카본에어로젤에 산점을 포함시키기 위해 고농도 황산 용액에 활성 카본 에어로젤을 분산 시켜 반응한다. 고온 고압 반응기에서 10 몰 농도의 황산 100 ml에 활성 카본에어로젤 1 g을 투입한 후 질소 흐름상에서 반응기 내부를 질소 분위기로 만들어준다. 황산과 활성 카본에어로젤을 담고 있는 고온 고압 반응기의 온도를 100-180℃사이에서 10-18시간 동안 반응한 후 50℃의 증류수를 이용하여 활성 카본에어로젤에 물리적으로 흡착된 황산을 제거하여 준다. 물리적으로 흡착된 황산을 제거한 산점이 포함된 활성 카본에어로젤은 110℃에서 3시간동안 건조한다. 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 팔라듐을 담지하기 위해 팔라듐 전구체 (질산팔라듐, Pd(NO3)2)를 증류수에 녹인 후 활성 카본 에어로젤에 함침법으로 담지한다. 산점을 함유하고 있는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐의 양은 5 중량%로 담지하여 250℃에서 3 시간동안 소성하여 팔라듐 산화물이 담지된 활성 카본 에어로젤을 생산할 수 있다. 소성이 완료된 산점을 함유하고 있는 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 산화물을 환원하기 위해 120℃, 수소 분위기에서 4시간 동안 환원하여 촉매로 사용한다. 상기 방법으로 제조된 인산으로 활성화된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매는 다음과 같이 표현한다(Pd/ACA-SO3H).
The active carbon aerogels are reacted by dispersing the active carbon aerogels in a high-concentration sulfuric acid solution to include the acid sites. In a high-temperature and high-pressure reactor, 1 g of activated carbon aerogels are added to 100 ml of sulfuric acid at a concentration of 10 moles, and then nitrogen atmosphere is created in the reactor. After reacting the temperature of the high-temperature high-pressure reactor containing sulfuric acid and activated carbon aerogels at 100-180 ° C. for 10-18 hours, the physically adsorbed sulfuric acid is removed from the activated carbon aerogels using distilled water at 50 ° C. Activated carbon aerogels containing acid sites from which physically adsorbed sulfuric acid has been removed are dried at 110 ° C for 3 hours. Palladium precursor (palladium nitrate, Pd (NO 3 ) 2 ) is dissolved in distilled water to support palladium on activated carbon aerogels containing acid sites, and then impregnated on active carbon aerogels. The amount of palladium supported on the active carbon aerogels containing the acid sites is 5 wt%, and the mixture is calcined at 250 DEG C for 3 hours to produce activated carbon aerogels carrying palladium oxide. In order to reduce the palladium oxide supported on activated carbon aerogels containing fired acid sites, it is reduced at 120 ° C under a hydrogen atmosphere for 4 hours and used as a catalyst. The palladium catalyst supported on phosphoric acid-activated activated carbon aerogels prepared by the above method is expressed as (Pd / ACA-SO 3 H).

실시예 1Example 1

제조예 1에서 생산된 술폰산이 포함되고 세슘 이온 치환 헤테로폴리산이 함침하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매를 이용하여 리그닌 모델 화합물 분해 반응에 적용하였다. 리그닌 분해 반응에는 리그닌 내부 결합 중 가장 높은 빈도를 점유하고 있으며 탄소-산소 결합을 대표할 수 있는 4-페녹시페놀을 사용하였다. 4-페녹시페놀을 분해하기 위해서 고온 고압 용기 반응기를 사용하였으며, 헥사데칸을 용매로 사용하였다. 반응온도는 200℃, 10 기압의 수소 분위기에서 1 시간동안 진행되었으며, 반응에 투입된 반응물 4-페녹시페놀과 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)의 중량비는 20이다.
The catalyst was applied to the lignin model compound decomposition reaction using a palladium catalyst supported on active carbon aerogels containing sulfonic acid produced in Production Example 1 and impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid and containing acid sites. The lignin degradation reaction occupied the highest frequency of lignin interactions and used 4 - phenoxyphenol which is representative of carbon - oxygen bond. To decompose 4-phenoxyphenol, a high-temperature high-pressure vessel reactor was used, and hexadecane was used as a solvent. The reaction temperature was maintained at 200 ° C. under a hydrogen atmosphere of 10 atm for 1 hour. The reaction mixture containing 4-phenoxyphenol and sulfonic acid introduced into the reaction was impregnated with cation-substituted heteropolyacid and palladium catalyst supported on activated carbon aerogels containing acid sites (Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y = 10, 15, 20, 25, and 30 wt%).

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에 적용된 술폰산을 포함하고 세슘 이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA)의 성능을 검증하기 위해 비교제조예 1에서 생산된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA)을 이용하여 리그닌 분해 반응에 적용하였다. 리그닌 분해 반응에는 리그닌 내부 결합 중 가장 높은 빈도를 점유하고 있으며 탄소-산소 결합을 대표할 수 있는 4-페녹시페놀을 사용하였다. 4-페녹시페놀을 분해하기 위해서 고온 고압 용기 반응기를 사용하였으며, 헥사데칸을 용매로 사용하였다. 반응온도는 200℃, 10 기압의 수소 분위기에서 1 시간동안 진행되었으며, 반응에 투입된 4-페녹시페놀과 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA)의 중량비는 20이다.
In order to verify the performance of the palladium catalyst (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA) supported on activated carbon aerogels impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid containing sulfonic acid applied in Example 1, (Pd / ACA) supported on activated carbon aerogels. The lignin degradation reaction occupied the highest frequency of lignin interactions and used 4 - phenoxyphenol which is representative of carbon - oxygen bond. To decompose 4-phenoxyphenol, a high-temperature high-pressure vessel reactor was used, and hexadecane was used as a solvent. The reaction temperature was maintained at 200 ° C under a hydrogen atmosphere of 10 atmospheres for 1 hour. The weight ratio of 4-phenoxyphenol and palladium catalyst (Pd / ACA) supported on carbon aerogels was 20.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에 적용된 술폰산을 포함하고 세슘 이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H)의 성능을 검증하기 위해 비교제조예 2에서 생산된 술폰산이 단독으로 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 귀금속 촉매 (Pd/ACA-SO3H)를 리그닌 분해반응에 적용하였다. 리그닌 분해 반응에는 리그닌 내부 결합 중 가장 높은 빈도를 점유하고 있으며 탄소-산소 결합을 대표할 수 있는 4-페녹시페놀을 사용하였다. 4-페녹시페놀를 분해하기 위해서 고온 고압 용기 반응기를 사용하였으며, 헥사데칸을 용매로 사용하였다. 반응온도는 200℃, 10 기압의 수소 분위기에서 1 시간동안 진행되었으며, 반응에 투입된 반응물 4-페녹시페놀과 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA-SO3H)의 중량비는 20이다.
To verify the performance of a palladium catalyst (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid containing sulfonic acid applied in Example 1, The precious metal catalyst (Pd / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing the sulfonic acid alone produced in Example 2 was applied to the lignin decomposition reaction. The lignin degradation reaction occupied the highest frequency of lignin interactions and used 4 - phenoxyphenol which is representative of carbon - oxygen bond. A high-temperature high-pressure vessel reactor was used to decompose 4-phenoxyphenol, and hexadecane was used as a solvent. The reaction temperature was maintained at 200 ° C. under a hydrogen atmosphere of 10 atmospheres for 1 hour. The reaction temperature of the palladium catalyst (Pd / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing reactant 4-phenoxyphenol and sulfonic acid The weight ratio is 20.

술폰산을 포함하며 세슘 이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점을 포함한 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/YCsPd / YCs containing sulfonic acid and impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid and supported on activated carbon aerogels containing acid sites 2.52.5 HH 0.50.5 PWPW 1212 OO 4040 /ACA-SO/ ACA-SO 33 H, Y=10, 15, 20, 25 그리고 30 중량%)의 특성 분석H, Y = 10, 15, 20, 25 and 30% by weight)

술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점을 포함한 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매(Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H, Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량%)의 비표면적을 표 1에 제시하였다. 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 포함된 양이온 치환 헤테로폴리산의 양이 10 중량%에서 30 중량%로 증가함에 따라 1075 m2/g에서 948 m2/g으로 감소하였다. 술폰산이 포함된 활성 카본 에어로젤에 함침된 양이온이 치환된 헤테로폴리산의 양이 증가함에 따라 비표면적이 감소하는 현상은 상대적으로 비표면적이 작은 양이온 치환 헤테로폴리산의 양이 증가하기 때문이다. 도 4에서는 상기 촉매 Pd/YCs2 .5H0 .5PW12O40/ACA-SO3H (Y=10-30 중량%) 촉매의 질소 흡탈착 곡선을 보여준다. Pd/YCs2 .5H0 .5PW12O40/ACA-SO3H (Y=10-30 중량%) 촉매 질소 흡탈착 곡선은 모두 type 4의 기공형태가 관찰되었다. (Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H, Y = 10, 15, 20, 25, and 25) supported on active carbon aerogels containing sulfonic acid and impregnated with cation-substituted heteropoly acid 30% by weight) is shown in Table 1. The amount of cation-substituted heteropoly acid contained in the sulfonic acid-containing activated carbon aerogels decreased from 1075 m 2 / g to 948 m 2 / g as the amount of the cation-substituted heteropoly acid increased from 10 wt% to 30 wt%. The decrease in the specific surface area of the active carbon aerogels containing sulfonic acid as the cation-substituted heteropoly acid is increased increases the amount of the cation-substituted heteropoly acid having a relatively small specific surface area. Figure 4 shows the catalyst Pd / YCs 2 .5 H 0 .5 PW nitrogen adsorption-desorption curve of the 12 O 40 / ACA-SO 3 H (Y = 10-30% by weight) catalyst. Pd / YCs 2 .5 H 0 .5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (Y = 10-30% by weight) Catalyst nitrogen adsorption and desorption curve was observed all the pores in the form of type 4.

도 5에서는 Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H (Y=10-30 중량%) 촉매의 결정구조를 분석한 XRD 패턴을 보여준다. 10-30중량%의 양이온 치환 헤테로폴리산이 포함된 촉매 중 Pd/10Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H와 Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H 촉매의 경우 양이온 치환 헤테로폴리산 촉매의 분산도가 높아서 헤테로폴리산 관련 피크가 관찰되지 않는다. 반면 20 중량% 이상의 양이온 치환 헤테로폴리산이 포함된 촉매의 경우 헤테로폴리산의 결정구조가 XRD 패턴으로 확인되며, 양이온 치환 헤테로폴리산 촉매의 함침량이 증가하면 할수록 관련 XRD 피크의 강도가 세지는 것을 관찰할 수 있다. FIG. 5 shows an XRD pattern in which the crystal structure of Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (Y = 10-30 weight%) catalyst was analyzed. 10 to 30% by weight of the cation exchange heteropolyacid catalyst of the Pd / 10Cs 2.5 containing 0.5 H when the PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H and Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H catalyst The heteropoly acid-related peak is not observed because the degree of dispersion of the cation-substituted heteropoly acid catalyst is high. On the other hand, in the case of a catalyst containing 20 wt% or more of cation-substituted heteropoly acid, the crystal structure of the heteropoly acid is confirmed by the XRD pattern. As the amount of the cation-substituted heteropoly acid catalyst is increased, the intensity of the related XRD peak is observed.

표 2에서는 제조된 촉매 Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H (Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량 %)의 황 함량을 CHNS 분석으로 관찰한 결과를 보여준다. 황함량은 촉매의 탄소량 기준으로 0.87~0.92 중량 % 사이에 분포하며 함침된 양이온 헤테로폴리산 촉매양과는 상관관계가 없다. 표 3에서는 제조된 촉매 Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H (Y=10, 15, 20, 25, 그리고 30 중량 %)의 팔라듐 함량과 양이온 치환 헤테로폴리산의 함량을 조사하기 위한 ICP-AES 분석 결과를 보여준다. ICP-AES 분석 결과 양이온 치환 헤테로폴리산의 함량은 실험에서 첨가해준 이론치 보다 2~4 중량% 작게 함침된 것을 알 수 있다. 이것은 활성 카본에어로젤 표면에 물리적으로 함침된 양이온 치환 헤테로폴리산이 세정 과정에서 제거되었기 때문이다. 그러나 기공 내부에 함침된 양이온 치환 헤테로폴리산은 세정 단계에서도 제거되지 않고 그대로 유지되는 것을 확인 할 수 있다. 담지된 팔라듐 량은 4.8~5.0 중량 %로 이론치 5 중량%와 큰 차이가 없다. 이결과는 함침법으로 담지한 팔라듐이 성공적으로 활성 카본에어로젤 기공에 담지된 것으로 확인해준다. 또한, 팔라듐의 성공적인 담지는 도 5에서 확인 할 수 있는 팔라듐 피크로도 확인 할 수 있다.Table 2 shows the results of CHNS analysis of the sulfur content of the prepared catalyst Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (Y = 10, 15, 20, 25 and 30 wt%) . The sulfur content is distributed between 0.87 and 0.92 wt% based on the carbon content of the catalyst, and is not correlated with the amount of the cationic heteropolyacid catalyst impregnated. Table 3 shows the contents of palladium and cation-substituted heteropolyacids in the prepared catalyst Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (Y = 10, 15, 20, 25 and 30 wt%) The results of ICP-AES analysis are shown. As a result of ICP-AES analysis, the content of cation-substituted heteropoly acid was 2 to 4% by weight less than the theoretical value added in the experiment. This is because the cation-substituted heteropoly acid physically impregnated on the surface of the activated carbon aerogels was removed during the cleaning process. However, it can be confirmed that the cation-substituted heteropoly acid impregnated in the pores remains unremoved even in the washing step. The amount of palladium supported is 4.8-5.0 wt%, which is not much different from the theoretical value of 5 wt%. This result confirms that the impregnated palladium was successfully supported on the activated carbon aerogel pores. In addition, the successful deposition of palladium can be confirmed by the palladium peak which can be confirmed in FIG.

촉매catalyst 비표면적 (m2/g)Specific surface area (m 2 / g) Pd/10Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 10Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 10751075 Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 10021002 Pd/200Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 200Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 988988 Pd/25Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 25Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 965965 Pd/30Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 30Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 948948

촉매catalyst S 함량 (wt%) S content (wt%) Pd/10Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 10Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 0.880.88 Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 0.910.91 Pd/200Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 200Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 0.870.87 Pd/25Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 25Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 0.920.92 Pd/30Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 30Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 0.890.89

촉매catalyst Cs2 .5H0 .5PW12O40 함량 (중량%)Cs 2 .5H 0 .5 PW 12 O 40 Content (wt%) Pd 함량 (중량%)Pd content (% by weight) 이론theory 실제real 이론 theory 실제real Pd/10Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 10Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 1010 8.28.2 55 4.94.9 Pd/15Cs2 .5H0 .5PW12O40/ACA-SO3H Pd / 15Cs 2 .5 H 0 .5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 1515 13.813.8 55 4.84.8 Pd/20Cs2 .5H0 .5PW12O40/ACA-SO3H Pd / 20Cs 2 .5 H 0 .5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 2020 17.417.4 55 4.94.9 Pd/25Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 25Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 2525 22.322.3 55 5.05.0 Pd/30Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3HPd / 30Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H 3030 26.826.8 55 4.84.8

술폰산이 포함된 세슘 이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/YCsA palladium catalyst (Pd / YCs) impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid containing sulfonic acid and supported on activated carbon aerogels containing acid sites 2.52.5 HH 0.50.5 PWPW 1212 OO 4040 /ACA-SO/ ACA-SO 33 H, Y=10,15, 20, 25, 그리고 30 중량%)를 이용한 4-페녹시페놀 분해 반응H, Y = 10, 15, 20, 25, and 30 wt%) of 4-phenoxyphenol decomposition

리그닌 모델 화합물인 4-페녹시페놀을 분해하는데 있어 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매의 성능 평가를 위해 실시예 1과 같이 반응을 실시하였다. 4-페녹시페놀 분해 반응에서 생산되는 생성물은 벤젠, 사이클로헥산올, 그리고 페놀이며 각각 GC-MS로 확인하였다. 4-페녹시페놀의 촉매 분해 반응 후 촉매 활성을 평가하기위해 전환율, 선택도, 그리고 수율은 수학식 1, 수학식 2, 그리고 수학식 3과 같이 계산한다. 실시예 1에 제시한 것처럼 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점을 포함한 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매를 이용하여 리그닌 모델화합물 4-페녹시페놀을 분해 한 결과를 도 6에 제시하였다. 도 6에 나타난 것과 같이 4-페녹시페놀 전환율과 주 생성물 수율은 촉매에 함침된 양이온 치환 헤테로폴리산의 양에 따라 화산형 그래프를 보여준다. 상기에 제시된 촉매 중에서 양이온 치환 헤테로폴리산이 15 중량% (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H)일 경우 전환율과 주 생성물 수율은 각각 94.8%와 67.5%로 최대치를 보여준다. 또한 양이온 치환 헤테로폴리산의 양이 10 중량%에서 30중량% 사이일 경우 전환율은 약 87-95% 사이고, 주생성물 수율은 약 45-70% 사이에서 관찰된다. 도 7에서는 실시예 1에서 실시한 Pd/YCs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H 촉매로 4-페녹시페놀 분해 한 결과 중 주생성물의 수율을 보여준다. 4-페녹시페놀 분해 결과 생성된 주생성물은 사이클로헥산올, 벤젠, 그리고 페놀이다. 페놀의 수율은 양이온 치환 헤테로폴리산의 함량과 상관없이 1.3~2.2 중량%로 일정하게 관찰되었으며, 사이클로헥산올 (31.2%)과 벤젠 (35%)의 주생성물 수율은 양이온 치환 헤테로폴리산의 함침량이 15 중량%일 때 가장 높은 수율이 관찰된다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to evaluate the performance of the palladium catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid and cation-substituted heteropolyacid to decompose 4-phenoxy phenol, which is a lignin model compound. The products produced in the 4-phenoxyphenol decomposition reaction were benzene, cyclohexanol, and phenol, respectively, identified by GC-MS. The conversion, selectivity, and yield are calculated according to equations (1), (2), and (3) to evaluate the catalytic activity after catalytic cracking of 4-phenoxyphenol. As shown in Example 1, the lignin model compound 4-phenoxyphenol was decomposed using a palladium catalyst containing a sulfonic acid and impregnated with a cation-substituted heteropoly acid and supported on an activated carbon aerogel including an acid site. As shown in FIG. 6, the 4-phenoxyphenol conversion and the main product yield show a volcanic graph according to the amount of cation-substituted heteropoly acid impregnated in the catalyst. When cation exchange heteropoly acid in the catalyst is set forth in the 15 wt.% (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H) one week conversion and product yields shows the maximum values, respectively 94.8% and 67.5%. Also, when the amount of cation-substituted heteropoly acid is between 10 wt% and 30 wt%, the conversion is about 87-95%, and the main product yield is observed between about 45-70%. FIG. 7 shows the yield of the main product among the results of 4-phenoxyphenol decomposition with the Pd / YCs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H catalyst conducted in Example 1. The main products resulting from the 4-phenoxyphenol decomposition are cyclohexanol, benzene, and phenol. The yield of phenol was constantly observed from 1.3 to 2.2 wt% irrespective of the content of cation-substituted heteropoly acid, and the main product yield of cyclohexanol (31.2%) and benzene (35%) was 15 wt% The highest yield is observed.

술폰산이 포함되고 세슘 이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점이 포함된 활성 카본 에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15CsA palladium catalyst (Pd / 15Cs) containing sulfonic acid and impregnated with cesium ion substituted heteropoly acid and supported on activated carbon aerogels containing acid sites 2.52.5 HH 0.50.5 PWPW 1212 OO 4040 /ACA-SO/ ACA-SO 33 H), 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA), 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA-SOH), palladium catalyst (Pd / ACA) supported on activated carbon aerogels, palladium catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid (Pd / ACA-SO 33 H)의 4-페녹시페놀 분해 성능 비교H) in 4-phenoxyphenol decomposition

도 8에는 실시예1, 비교예 1, 2에서 실시한 술폰산이 포함되고 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침되어 산점이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매(Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H), 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA), 그리고 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/ACA-SO3H)로 리그닌 모델화합물 4-페녹시페놀을 분해한 결과를 보여준다. 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매로 4-페녹시페놀을 분해하면 전환율 62.4%, 주생성물 수율 49.9%로 관찰된다. 또한 술폰산이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매를 이용하여 4-페녹시페놀을 분해하면 전환율 71.9%, 주생성물 수율 61.0%가 관찰된다. 상기의 세 촉매들을 이용해 4-페녹시페놀을 분해할 경우 전환율과 주 생성물의 수율은 Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H > Pd/ACA-SO3H > Pd/ACA 순으로 관찰되었으며, 상기 촉매 중에서 술폰산을 포함하고 양이온 치환 헤테로폴리산을 함침하여 산점이 포함된 활성 카본에어로젤에 담지된 팔라듐 촉매 (Pd/15Cs2.5H0.5PW12O40/ACA-SO3H)가 가장 우수한 4-페녹시페놀 분해성능을 보여준다.8 shows Example 1, Comparative Example 1, containing the sulfonic acid cation exchange conducted by the two acid sites heteropoly acid is impregnated the active carbon airgel with a palladium catalyst supported on a (Pd / 15Cs 2.5 containing H 0.5 PW 12 O 40 / ACA- SO 3 H), a palladium catalyst (Pd / ACA) supported on activated carbon aerogels, and a palladium catalyst (Pd / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid. The lignin model compound 4-phenoxyphenol The results are shown in Fig. When 4-phenoxyphenol was decomposed with a palladium catalyst supported on activated carbon aerogels, the conversion was found to be 62.4% and the main product yield was found to be 49.9%. When 4 - phenoxyphenol was decomposed using a palladium catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid, the conversion was 71.9% and the main product yield was 61.0%. Pd / ACA-SO 3 H> Pd / ACA (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H> Pd / ACA-SO 3 H) was obtained when the 4-phenoxyphenol was decomposed using the above three catalysts. (Pd / 15Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H) supported on activated carbon aerogels containing a sulfonic acid and cation-substituted heteropoly acid in the catalyst, Exhibits excellent 4-phenoxyphenol decomposition performance.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

Claims (3)

리그닌의 내부 결합중에서 탄소-산소-탄소 결합을 선택적으로 분해하여 방향족을 생산하는 촉매에 있어서,
상기 촉매는 화학식 M/QxH3.0-xPW12O40/ACA-SO3H (M은 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속이며, QxH3.0-xPW12O40은 양이온 치환 헤테로폴리산이며, Q는 알카리금속 또는 암모늄 이온이고, ACA는 활성 카본에어로젤, 그리고 -SO3H는 술폰산기)으로 표현되며,
고농도의 황산과 활성 카본에어로젤을 반응한 후 술폰산을 활성 카본에어로젤 표면에 0.5~5 중량 % 사이로 결합시켜 제조한 술폰산 포함 카본 에어로젤에 양이온 치환된 헤테로폴리산을 활성 카본에어로젤의 중량을 기준으로 5 ~ 70 중량% 범위로 함침한 담체에 팔라듐, 로듐, 루세늄 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 귀금속을 활성 카본 에어로젤의 중량을 기준으로 1~30 중량% 범위로 담지하여 제조한 것을 특징으로 하는 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매.
In a catalyst for selectively decomposing a carbon-oxygen-carbon bond in an internal bond of lignin to produce an aromatic group,
The catalyst has the formula M / Q x H 3.0-x PW 12 O 40 / ACA-SO 3 H (M is at least one noble metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum, Q x H 3.0-x PW 12 O 40 is a cation-substituted heteropoly acid, Q is an alkali metal or ammonium ion, ACA is an active carbon airgel, and -SO 3 H is a sulfonic acid group)
Reacting a high concentration of sulfuric acid with activated carbon aerogels, and then binding sulfonic acid to the surface of the activated carbon aerogels at a ratio of 0.5 to 5% by weight to the sulfonic acid-containing carbon aerogels. The cation-substituted heteropolyacids are added to the activated carbon aerogels in an amount of 5 to 70 wt% % By weight, based on the weight of the activated carbon aerogels, of at least one noble metal selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium and platinum. A precious metal catalyst supported on activated carbon aerogels containing sulfonic acid impregnated with heteropoly acid.
제1항에 있어서,
상기 활성 카본 에어로젤은 레조시놀 (Resocinol)과 포름알데히드 (Formaldehyde)를 중합하여 생산된 카본 에어로젤을 수산화칼륨, 인산, 및 염화아연으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 활성화 물질로 활성화한 것으로,
상기 레조시놀과 포름알데히드의 비율 (R/F ratio)이 몰비로 0.1~2.0 범위인 것을 특징으로 하는 양이온 치환 헤테로폴리산이 함침된 술폰산 포함 활성 카본 에어로젤에 담지된 귀금속 촉매.
The method according to claim 1,
The activated carbon aerogels are obtained by activating carbon aerogels produced by polymerization of resocinol and formaldehyde with at least one activating substance selected from the group consisting of potassium hydroxide, phosphoric acid, and zinc chloride,
Wherein the ratio of the resorcinol to the formaldehyde (R / F ratio) is in the range of 0.1 to 2.0 in terms of molar ratio, and the noble metal catalyst supported on the sulfonic acid-containing activated carbon aerogels impregnated with the cation-substituted heteropoly acid.
제1항 또는 제2항의 촉매 존재하에 300℃미만의 온도 및 수소 50 기압 이하 범위의 압력하에서 리그닌을 분해하여 방향족을 생산하는 리그닌 모델 화합물 분해방법.A method for decomposing a lignin model compound, which decomposes lignin under a pressure of less than 50 atm and a temperature of less than 300 DEG C in the presence of the catalyst of claim 1 or 2 to produce an aromatic.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019083105A1 (en) * 2017-10-27 2019-05-02 경상대학교산학협력단 Method for producing humified lignin conversion product

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