KR20140068598A - Nano-sized crystal zeolite catalyst supported zinc and lanthanum, and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20140068598A
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Abstract

The present invention relates to a zeolite catalyst which is a nano-sized crystal in which zinc and lanthanum are dipped and a method for producing same. More specifically, the zeolite catalyst includes a first particle having a size of 10 to 100 nm and a second particle having a size of 1 to 10 μm. Each of the second particles includes the first particles. The zeolite catalyst comprises: zeolite having a silica and alumina mole ratio (SiO2/Al2O3) of 50 to 80; and zinc and lanthanum that are dipped therein. The zeolite catalyst includes zinc and lantan that are co-precipitated therein as active ingredients of the catalyst in order to increase the selectivity of an aromatic compound, especially BTX. The selectivity of an aromatic compound and BTX can be remarkably increased when the aromatic compound is produced from ethanol using a fixed layer catalyst reactor by means of the co-precipitation and appropriate acid site of nano-sized crystal particles, zinc, and lanthanum.

Description

아연 및 란탄이 함침된 나노크기 결정인 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법{Nano―sized crystal zeolite catalyst supported Zinc and Lanthanum, and manufacturing method thereof}[0001] The present invention relates to a zeolite catalyst which is impregnated with zinc and lanthanum, and a method of producing the same. [0002] Nano-sized crystal zeolite catalysts supported by Zinc and Lanthanum,

본 발명은 아연 및 란탄이 함침된 나노크기 결정인 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하기 위한 촉매물질로 사용되는 나노크기 결정으로 구성되며, 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a zeolite catalyst, which is a nano-scale crystal impregnated with zinc and lanthanum, and a method for producing the same, and more particularly, to a zeolite catalyst composed of nano-sized crystals used as a catalyst material for producing an aromatic compound from ethanol, Impregnated zeolite catalysts and their preparation.

방향족화합물은 각종 유기화합물 및 고분자물질을 제조하는 기초원료로서, 특히, BTX로 알려진 벤젠 (B, benzene), 톨루엔 (T, toluene), 자일렌 (X, xylene)은 가장 널리 사용되고 있는 방향족화합물이다. 이러한 방향족화합물을 제조하는 상업적 공정은 원유의 리포밍 및 크래킹과 같은 석유화학공정들로 알려져 있다. 그러나, 전 세계적으로 원유는 기 발견된 유전을 기준으로 볼 때 현재의 소비속도로 사용될 경우 수십 년 내에 고갈될 것으로 예측되고 있다. 즉, 석유의 수요는 1996년의 7,150만 배럴/일로부터 2007년 8,640만 배럴/일로 급속히 증가하고 있는 반면, 최근 3년간 원유 발견은 평균 10 Gbbl 이하로 예상치에 크게 미치지 못하고 있으며, 알려져 있는 대형유전의 발견 숫자 및 평균 규모 역시 현저하게 줄어들고 있는 실정이다. 또한, 이러한 원유의 수요증가 및 발견량 저하로 인하여 국제유가는 $60 (2006년말), $150 (20808년 7월), $79 (2009년), $110 (2011년 5월)로 지속적으로 상승하고 있는 추세를 보이고 있다.
Benzene, toluene, and xylene, which are known as BTX, are the most widely used aromatic compounds for the production of various organic compounds and polymers. . Commercial processes for making such aromatics are known as petrochemical processes such as refolding and cracking of crude oil. However, globally, crude oil is expected to be depleted in decades if used at current consumption rates, based on previously discovered oilfields. In other words, the demand for petroleum has increased rapidly from 71.5 million barrels / day in 1996 to 86.4 million barrels / day in 2007, while crude oil discovery has been below the average of 10 Gbbl for the past three years, The number and average size of the finds are also significantly decreasing. In addition, due to the increase in demand for crude oil and the drop in discovery volume, international oil prices have been steadily rising to $ 60 (end 2006), $ 150 (July 20808), $ 79 (2009) and $ 110 (May 2011) Respectively.

한편, 이와 같이 원유의 가격이 상승하는 추세를 보임에 따라 기존에 알려진 석유화학공정을 대체할 수 있는 방향족, 특히 BTX의 제조에 관한 새로운 공정의 개발이 요구되고 있으며, 특히 대체공정으로서 바이오에탄올을 사용한 방향족 제조 공정은 석유대체자원으로부터 쉽게 얻을 수 있는 원료인 에탄올을 사용한다는 장점이 있다. 나아가, 바이오에탄올은 바이오 원료 중에서 가장 먼저 상업화가 이루어진 제품으로 브라질 등에서 이미 수송용으로 사용되고 있으며, 최근에는 천연가스, 석탄 또는 비식용 바이오매스로부터 제조하는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있는바, 원료를 쉽게 확보할 수 있는 장점이 있으며, 제조공정 중에서 발생하는 이산화탄소를 재순환시키는 공정이 알려져 있어 이를 이용한 고부가화합물 제조를 위한 많은 연구가 수행되고 있다.
On the other hand, as the price of crude oil increases, it is required to develop a new process for producing aromatics, especially BTX, which can replace the existing petrochemical process. In particular, bioethanol The aromatics manufacturing process used has the advantage of using ethanol, which is a raw material that can be easily obtained from alternative oil sources. Furthermore, bioethanol is the first commercialized product of bio-raw materials, and has already been used for transportation in Brazil and the like. In recent years, researches for producing bio-ethanol from natural gas, coal or non-edible biomass have been actively conducted worldwide, And a process for recycling the carbon dioxide generated in the manufacturing process is known, and a lot of research for producing a high-value compound using the process has been carried out.

현재 알려진 방향족화합물 제조에 관한 선행기술로는 주로 석유화학공정에서 유래된 원료를 사용하여 방향족화합물을 제조하는 것에 관한 기술들이 주를 이루고 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Prior art for the production of aromatic compounds, which are currently known, is mainly directed to the production of aromatics using raw materials derived from petrochemical processes.

예를 들어, US Patent 6423879B1, US patent 20030004383A1, US 7279608B2, US patent 7323430B2, US patent 7049260B2 등의 선행특허와, 선행논문(Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 42 (2011) pp 860867 및 Applied Catalysis A: General 316 (2007) pp. 3246)에서는 반응원료로 석유화학의 중간체인 톨루엔과 메탄올을 원료로 사용하여 메틸화반응 (methylation)에 의해 방향족화합물의 한 종류인 파라자일렌을 선택적으로 제조하는 방법이 개시된 바 있으며, 이때, 촉매로는 주로 HZSM-5를 사용하고 있다. 아울러, 촉매에 적절한 산점을 부여하거나, 인산을 사용하여 표면처리 등을 실시하여 개량하는 방법 또는 팔라듐 (Pd)를 사용하여 금속을 함침하는 방법 등이 적용된 바 있다.
For example, prior patents such as US Patent 6423879B1, US Patent 20030004383A1, US7279608B2, USP 7323430B2, USPatent 7049260B2, and prior art publications (Journal of the Institute of Chemical Engineers 42 (2011) pp 860867 and Applied Catalysis A: General 316 (2007) pp. 3246) discloses a process for selectively producing para-xylene as a kind of aromatic compound by methylation using toluene and methanol as intermediates of petrochemicals as raw materials as reaction raw materials At this time, HZSM-5 is mainly used as a catalyst. In addition, a method has been employed in which a suitable acid point is added to the catalyst, or a surface treatment or the like is carried out using phosphoric acid, or a method in which palladium (Pd) is impregnated with a metal.

한편, 석유화학공정을 대체할 수 있는 원료로서 에탄올을 사용하여 방향족화합물을 제조하는 방법은 주로 문헌을 중심으로 일부 발표된 바 있다. 이때, 이와 같이 에탄올을 사용하여 방향족화합물을 제조함에 있어서, 사용되는 촉매의 제조방법을 살펴보면, Catalysis Letters Vol. 110, Nos. 12 (2006) pp. 85에서는 에탄올을 반응원료로 사용하여 촉매로 Mo2C를 SiO2나 ZSM-5(Si/Al=40)에 함침시킨 촉매를 사용한 바 있으며, 이 경우 방향족화합물의 선택도가 24.8%를 나타내고 있음이 개시된 바 있다. On the other hand, a method for producing aromatic compounds using ethanol as a raw material that can replace the petrochemical process has been mainly disclosed in the literature. Herein, in the preparation of an aromatic compound using ethanol as described above, a method of preparing a catalyst is described in Catalysis Letters Vol. 110, Nos. 12 (2006) pp. 85, a catalyst prepared by using ethanol as a raw material and impregnating Mo 2 C with SiO 2 or ZSM-5 (Si / Al = 40) as a catalyst was used. In this case, the selectivity of the aromatic compound was 24.8% Have been disclosed.

또한, Chemical Engineering Journal 154 pp. 396400에서는 촉매로 Ga2O3 또는 Fe2O3등이 함침된 촉매를 사용한 바 있으며, 이 경우 방향족화합물의 선택도가 20% 내외를 나타내고 있음이 개시된 바 있다. In addition, Chemical Engineering Journal 154 pp. 396400 discloses a catalyst in which Ga 2 O 3 or Fe 2 O 3 is impregnated with a catalyst, and in this case, the selectivity of the aromatic compound is about 20%.

나아가, Catalysis in Industry, 2010, Vol. 2, No. 4, pp. 402420에서는 3% ZnO/ 27%Al2O3/Fe-TaKE-50 (Si/Fe=550) 촉매를 사용한 바 있으며, 이 경우 방향족화합물의 선택도가 20% 정도를 나타내고 있음이 개시된 바 있으며, Further, Catalysis in Industry, 2010, Vol. 2, No. 4, pp. 402420 discloses that the catalyst of 3% ZnO / 27% Al 2 O 3 / Fe-TaKE-50 (Si / Fe = 550) was used. In this case, the selectivity of the aromatic compound was about 20%

React. kinet. Catal. Lett. 88(1), (2006) pp 135-142에서는 다양한 금속을 HZSM-5 (Si/Al2=29)에 함침시킨 촉매를 이용하여 방향족화합물의 선택도를 분석한 결과, Ga을 함침한 경우 선택도가 70%정도로 나타났으나, 반응물인 에탄올의 촉매그램당 주입속도 (WHSV)가 매우 낮은 0.0795에서 실시한 결과이다.React. kinet. Catal. Lett. As a result of analyzing the selectivity of aromatic compounds using a catalyst impregnated with various metals into HZSM-5 (Si / Al 2 = 29) (WHSV) of the reactant, ethanol, was about 0.0795, which is very low.

상기한 바와 같이, 종래에 알려진 방법은 통상의 제올라이트에 금속을 함침시키는 방법으로 촉매를 제조하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 데 이를 적용하고 있으나, 제올라이트의 결정모양이 단결정형태나 무정형 형태이며, 입자를 구성하는 각 결정은 크기가 너무 크거나 작아 방향족화합물의 선택도를 부여하는데 한계가 있으며, 이에 따라 방향족 화합물 및 BTX의 선택도가 50% 이하로 낮은 특성을 나타내고 있다.
As described above, in the conventional method, a catalyst is prepared by impregnating a conventional zeolite with a metal to produce an aromatic compound from ethanol. However, since the zeolite has a single crystal form or an amorphous form, Are too large or small in size to limit the selectivity of the aromatic compound. Thus, the selectivity of the aromatic compound and BTX is as low as 50% or less.

한편, CN 101564696A에서는 SiO2/Al2O3 몰비가 25 - 300 정도인 제올라이트를 촉매로 사용하되, 제올라이트에 아연, 란탄, 철, 지르코늄을 단독으로 함침시켜 촉매로 사용하는 것이 개시된 바 있으며, 특히 제올라이트에 실리카/알루미나의 혼합 졸형태를 포함시켜 에탄올로부터 방향족화합물의 선택도를 높일 수 있음이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 중국특허에 개시된 방법은 방향족 화합물의 선택도를 부여할 수 없는 정도로 넓은 SiO2/Al2O3 몰비가 적용되고 있으며, 실리카/알루미나 졸을 추가로 포함시킬 경우 졸이 제올라이트 내부 기공을 막아 표면적이 작아지며, 이에 따라 기공 내에서의 반응에 의한 선택도를 부여하는데 한계가 있는 문제가 있다.
On the other hand, in CN 101564696 A, zeolite having a molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 of about 25 to 300 is used as a catalyst, and zeolite is impregnated with zinc, lanthanum, iron and zirconium alone to use as a catalyst. It has been disclosed that the zeolite can include a mixed sol of silica / alumina to increase the selectivity of aromatics from ethanol. However, in the method disclosed in the Chinese patent, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is applied so that the selectivity of the aromatic compound can not be imparted. When the silica / alumina sol is further included, the sol has pores in the zeolite There is a problem that there is a limit in giving the selectivity due to the reaction in the pores.

이에, 본 발명자들은 에탄올로부터 방향족화합물을 높은 선택성으로 제조할 수 있는 통상의 제올라이트와는 차별화된 특별한 형태의 제올라이트 촉매에 대한 연구를 수행하던 중, 입자의 크기는 마이크로 큰 입자로 구성되되, 마이크로 크기의 입자를 구성하는 각 결정은 나노크기를 나타내며, SiO2/Al2O3 비율도 더욱 우수한 선택도를 나타낼 수 있는 범위를 갖도록 제올라이트를 제조하고, 제조된 제올라이트로 아연 (Zn) 및 란탄 (La)을 동시에 함침시켜 방향족화합물의 선택도를 증대시킬 수 있는 제올라이트 촉매를 개발하고 본 발명을 완성하였다.
The present inventors have conducted studies on a specific type of zeolite catalyst differentiated from conventional zeolites capable of producing aromatic compounds with high selectivity from ethanol. The particles are composed of micro-sized particles, (Zn) and lanthanum (La) were used as the zeolite so that the respective crystals constituting the particles of the zeolite exhibited nano-size and the range of SiO 2 / Al 2 O 3 ratio could exhibit better selectivity. ) At the same time to increase the selectivity of the aromatic compound, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 아연 및 란탄이 함침된 나노크기 결정인 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있으며, 상세하게는 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하기 위한 촉매물질로 사용되는 나노크기 결정으로 구성되며, 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a zeolite catalyst, which is a nano-scale crystal impregnated with zinc and lanthanum, and a process for producing the same, and more particularly, to a process for producing a zeolite catalyst comprising nanoscale crystals used as a catalyst material for producing an aromatic compound from ethanol, Zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum, and a process for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

10 내지 100 nm 크기인 1차 입자, 및 1 내지 10 μm 크기인 2차 입자로 이루어지되, 상기 2차 입자는 복수개의 상기 1차 입자들을 포함하여 이루어지며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트; 및Wherein the secondary particles comprise a plurality of primary particles and have a silica to alumina mole ratio (SiO 2 / Al (Al 2 O 3) 2 O 3 ) of 50 to 80; And

상기 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄을 포함하는 제올라이트 촉매를 제공한다.
And a zeolite catalyst containing zinc and lanthanum impregnated in the zeolite.

또한, 본 발명은In addition,

실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 제올라이트로 아연전구체 및 란탄전구체를 함침시킨 후, 이를 건조 및 하소시키는 단계(단계 2)를 포함하는 상기 제올라이트 촉매의 제조방법을 제공한다.
A step of impregnating the zinc precursor and the lanthanum precursor with the zeolite prepared in the step 1, followed by drying and calcining the zeolite (step 2).

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 방향족화합물, 특히 BTX의 선택성을 높이기 위해 촉매의 활성물질로 아연 및 란탄이 공침된 것으로서, 나노크기의 결정입자, 아연 및 란탄의 공침 및 적절한 산점으로 인하여 고정층 촉매반응기를 이용하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 방향족화합물 및 BTX의 선택도를 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
The zeolite catalyst according to the present invention is a zeolite catalyst prepared by coprecipitating zinc and lanthanum as an active material of a catalyst to increase the selectivity of an aromatic compound, particularly BTX, It is possible to greatly increase the selectivity of an aromatic compound and BTX when an aromatic compound is prepared from ethanol.

도 1은 본 발명에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법 중, 제올라이트를 제조하는 공정의 일례를 순차적으로 나타낸 순서도이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 촉매를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 촉매를 X-선 회절 분석하여 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart sequentially showing an example of a process for producing a zeolite in a process for producing a zeolite catalyst according to the present invention;
2 is a photograph of the catalyst of Example 1 and Comparative Example 1 according to the present invention observed with a scanning electron microscope;
3 is a graph showing the X-ray diffraction analysis of the catalyst of Example 1 according to the present invention.

본 발명은The present invention

10 내지 100 nm 크기인 1차 입자, 및 1 내지 10 μm 크기인 2차 입자로 이루어지되, 상기 2차 입자는 복수개의 상기 1차 입자들을 포함하여 이루어지며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트; 및Wherein the secondary particles comprise a plurality of primary particles and have a silica to alumina mole ratio (SiO 2 / Al (Al 2 O 3) 2 O 3 ) of 50 to 80; And

상기 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄을 포함하는 제올라이트 촉매를 제공한다.
And a zeolite catalyst containing zinc and lanthanum impregnated in the zeolite.

이하, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매를 상세히 설명한다.
Hereinafter, the zeolite catalyst according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 10 내지 100 nm 크기인 1차 입자, 즉 나노크기의 1차 입자들과, 상기 1차 입자들 복수개로 이루어진 1 내지 10 μm 크기인 2차 입자로 이루어진 제올라이트를 포함하며, 상기 제올라이트의 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)는 50 내지 80을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 상기 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄을 포함한다. The zeolite catalyst according to the present invention comprises zeolite consisting of primary particles having a size of 10 to 100 nm, that is, nano-sized primary particles and secondary particles having a size of 1 to 10 탆 composed of a plurality of the primary particles , And the molar ratio of silica to alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of the zeolite is 50 to 80. Also, the zeolite catalyst according to the present invention comprises zinc and lanthanum impregnated in the zeolite.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 에탄올로부터 방향족 화합물을 제조하는 데 촉매물질로 사용되기 특히 바람직한 물질로서, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 종래의 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 사용되는 촉매보다 방향족 화합물의 선택도를 더욱 향상시킬 수 있다.
The zeolite catalyst according to the present invention is a particularly preferable material to be used as a catalyst material for producing an aromatic compound from ethanol. The zeolite catalyst according to the present invention has a higher selectivity for aromatics than a catalyst used in the production of aromatic compounds from conventional ethanol Can be further improved.

종래의 제올라이트 촉매, 상세하게는 원유의 리포밍 및 크래킹과 같은 석유화학공정들을 통해 방향족화합물을 제조하는 데 촉매물질로 사용되었던 제올라이트촉매는 적절한 산점이 부여되거나, 표면처리 등을 통해 개량된 형태로 사용되어 왔다. 아울러, 경우에 따라 팔라듐 (Pd)과 같은 금속이 함침된 제올라이트 촉매가 사용된 바 있다. Zeolite catalysts which have been used as catalytic materials in the production of aromatic compounds through conventional petrochemical processes such as zeolite catalysts, particularly refolding and cracking of crude oil, may be provided with appropriate acid sites or modified by surface treatment Has been used. In some cases, a zeolite catalyst impregnated with a metal such as palladium (Pd) has been used.

또한, 원유 고갈 등의 이유로 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 공정이 활발히 연구되고 있으나, 현재 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 사용되는 촉매는 단순히 제올라이트에 금속을 함침시켜 촉매를 제조하여 사용하고 있으나, 제올라이트의 결정모양이 단결정형태나 무정형 형태이며, 입자를 구성하는 각 결정은 크기가 너무 크거나 작아 방향족화합물의 선택도를 부여하기 어려운 문제가 있으며, 이에 따라 방향족 화합물 및 BTX의 선택도가 50% 이하로 낮은 문제가 있었다.
In addition, processes for producing aromatic compounds from ethanol for the reasons such as crude oil depletion and the like have been actively studied. Currently, catalysts used in the production of aromatic compounds from ethanol are produced by simply impregnating zeolite with metal to prepare catalysts. There is a problem that it is difficult to impart the selectivity of an aromatic compound because each crystal constituting the particle is too large or small in size and thus the selectivity of the aromatic compound and BTX is 50% or less There was a low problem.

한편, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 10 내지 100 nm 크기인 나노크기의 1차 입자들 복수개로 이루어진 1 내지 10 μm 크기인 2차 입자로 이루어진 제올라이트를 포함한다. 이는 마이크로 크기인 입자들로 제올라이트가 이루어지되, 상기 마이크로 크기인 입자들이 나노 크기인 복수개의 입자들로 이루어진 나노 결정구조를 나타내는 것으로, 상기 나노 결정구조로 인하여 제올라이트의 비표면적이 증가하여 궁극적으로 제올라이트의 촉매특성이 향상될 수 있다. Meanwhile, the zeolite catalyst according to the present invention includes zeolite composed of a plurality of primary particles having a size of 10 to 100 nm and secondary particles having a size of 1 to 10 μm. This is because the micro-sized particles show a nanocrystal structure composed of a plurality of nanosized particles, and the specific surface area of the zeolite increases due to the nanocrystal structure, and ultimately the zeolite Can be improved.

또한, 제올라이트가 입자 내의 반응역할을 할 수 있는 특징 중 하나는 산점의 분포인데, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매와 같이 나노입자로 이루진 제올라이트 경우에는 입자가 작아 외부 표면적이 증가하기 때문에 이러한 산점이 입자 내의 세공속 뿐만 아니라, 외부 표면에서도 상당량 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 제올라이트 입자는 입자크기는 마이크로 크기이되, 상기 마이크로 크기 입자를 구성하는 각 결정이 나노입자이기 때문에 촉매 표면의 반응성이 줄어들어 반응의 선택성 측면에서 더욱 유리한 특성을 발휘할 수 있다.
One of the characteristics of the zeolite that can act as a reaction in the particles is the distribution of acid sites. In the case of the zeolite composed of nanoparticles like the zeolite catalyst according to the present invention, since the particles are small and the external surface area is increased, But also on the outer surface. Accordingly, the zeolite particles of the present invention have a particle size of micro-size, and since the crystals constituting the micro-sized particles are nanoparticles, the reactivity of the surface of the catalyst is reduced, thereby being able to exhibit more favorable characteristics in terms of selectivity of the reaction.

이때, 상기 제올라이트를 구성하는 1차 입자는 그 단면의 형태가 사각형을 나타낸다. 이는 1차 입자 단면의 형태가 사각형을 나타내어 각 표면의 모서리가 반응에 유리한 산점을 상대적으로 많이 포함할 수 있기 때문이다.
At this time, the shape of the cross section of the primary particles constituting the zeolite is rectangular. This is because the shape of the primary particle section is a quadrangle, and the edges of each surface may contain a relatively large number of acid sites favorable to the reaction.

한편, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄을 포함한다. 상기 아연 및 란탄은 제올라이트의 활성물질로서 함침되며, 아연 및 란탄이 함침됨에 제올라이트의 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 방향족 화합물의 선택도가 더욱 향상될 수 있다. 이때 상기 아연 및 란탄은 각각 제올라이트에 대하여 0.5 내지 2.0 중량%의 비율로 함침된다.Meanwhile, the zeolite catalyst according to the present invention includes zinc and lanthanum impregnated with zeolite. The zinc and lanthanum are impregnated as an active material of zeolite, and when zinc and lanthanum are impregnated, the selectivity of an aromatic compound can be further improved when an aromatic compound is produced from ethanol of zeolite. At this time, the zinc and lanthanum are each impregnated at a ratio of 0.5 to 2.0 wt% with respect to the zeolite.

만약, 상기 아연 및 란탄이 상기 비율을 벗어나는 함량으로 함침되는 경우에는 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 방향족 화합물의 선택도가 낮아지는 문제가 있다. If the zinc and lanthanum are impregnated with the above-mentioned ratio, there is a problem that the selectivity of the aromatic compound is lowered when the aromatic compound is produced from ethanol.

또한, 상기 아연 및 란탄이 동시에 함침되지 않고, 아연 또는 란탄이 개별적으로 함침되는 경우에도 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 방향족 화합물의 선택도가 낮아지는 문제가 있다.
Further, even when zinc or lanthanum is not impregnated at the same time and zinc or lanthanum is impregnated separately, there is a problem that the selectivity of an aromatic compound is lowered when an aromatic compound is produced from ethanol.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매 중, 상기 제올라이트는 Si/Al가 25 내지 40, Si/Al2는 50 내지 80인 것이 바람직하다. 이는 제올라이트의 산점 및 산세기와 관련이 있는 것으로, 통상적으로 제올라이트는 Si/Al 비율이 증가할수록 산세기 및 산점이 약해지나 상기 범위보다 낮은 경우에는 너무 강한 산점으로 인하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 에틸렌으로 선택도가 증가하여 방향족화합물의 선택도가 낮아지는 문제가 있으며, 상기 범위보다 높은 경우에는 산점이 거의 나타내지 않아 에탄올로부터 방향족화합물로의 전환율이 저하되는 문제가 있다
In the zeolite catalyst according to the present invention, the zeolite preferably has Si / Al of 25 to 40 and Si / Al 2 of 50 to 80. This is related to the acid sites and acid strengths of zeolites. Generally, the zeolite has weak acidity and acid sites as the Si / Al ratio increases. However, when it is lower than the above range, There is a problem that the selectivity of the aromatic compound is lowered. When the concentration is higher than the above range, there is a problem that the conversion point from the ethanol to the aromatic compound is lowered because the acid point is hardly represented

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 상기한 바와 같이 마이크로 크기인 입자들로 제올라이트가 이루어지되, 상기 마이크로 크기인 입자들이 나노 크기인 복수개의 입자들로 이루어진 나노 결정구조를 나타내는 제올라이트와,The zeolite catalyst according to the present invention is a zeolite having a nanocrystal structure composed of a plurality of particles having micro-sized particles,

상기 제올라이트에 활성물질로서 함침된 아연 및 란탄으로 인하여 촉매능의 향상 및 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 방향족 화합물의 선택도를 향상시킬 수 있어 종래의 촉매들을 대체하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 데 촉매로서 사용될 수 있으며, 선택도가 향상됨에 따라 방향족화합물 제조공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
Zinc and lanthanum impregnated into the zeolite as an active material can improve the catalytic activity and improve the selectivity of aromatic compounds in the production of aromatic compounds from ethanol. Therefore, As the selectivity is improved, the yield of the aromatic compound production process can be improved.

또한, 본 발명은In addition,

실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 제올라이트로 아연전구체 및 란탄전구체를 함침시킨 후, 이를 건조 및 하소시키는 단계(단계 2)를 포함하는 상기 제올라이트 촉매의 제조방법을 제공한다.
A step of impregnating the zinc precursor and the lanthanum precursor with the zeolite prepared in the step 1, followed by drying and calcining the zeolite (step 2).

이하, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method for producing the zeolite catalyst according to the present invention will be described in detail for each step.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 1은 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조하는 단계이다. In the method for producing a zeolite catalyst according to the present invention, step 1 is a step of producing a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80.

제올라이트는 실리카와 알루미나의 성분으로 구성되는데, Si/Al 몰비가 커서 실리카 함량이 많은 제올라이트는 고실리카(high silica) 제올라이트라고 알려져 있으며, 극성점이 적어 소수성이고 수열안정성이 높은 특징이 있다. 이때, 대부분의 제올라이트는 Si/Al 몰비가 5 이내이므로 이를 기준으로 삼아 Si/Al 몰비가 5이상이면 수열 처리에 안정한 고실리카 제올라이트라 부른다. 이때, 상기 단계 1에서는 이와 같이 실리카 함량이 많은 고실리카 제올라이트를 제조하며, 특히 에탄올로부터 방향족화합물의 선택도를 증대시키기 적절한 제올라이트를 제조한다.Zeolite is composed of components of silica and alumina. The zeolite having a high Si / Al molar ratio and a high silica content is known as high silica zeolite. The zeolite has a low polarity point and is hydrophobic and has high hydrothermal stability. In this case, most zeolites have a Si / Al molar ratio of 5 or less. Therefore, when the Si / Al molar ratio is 5 or more, it is called high silica zeolite stable for hydrothermal treatment. At this time, in step 1, high silica silica zeolite having a high silica content is prepared, and zeolite suitable for increasing the selectivity of aromatic compounds from ethanol is prepared.

이때, 상기 단계 1을 통해 제조되는 제올라이트는 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 높은 방향족 화합물 선택도를 나타낼 수 있도록 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80을 나타낸다. 이는 제올라이트의 산점 및 산세기와 관련이 있는 것으로, 통상적으로 제올라이트는 Si/Al 비율이 증가할수록 산세기 및 산점이 약해지나 상기 범위보다 낮은 경우에는 너무 강한 산점으로 인하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 에틸렌으로 선택도가 증가하여 방향족화합물의 선택도가 낮아지는 문제가 있으며, 상기 범위보다 높은 경우에는 산점이 거의 나타내지 않아 에탄올로부터 방향족화합물로의 전환율이 저하되는 문제가 있는바, 본 발명에 따른 상기 단계 1에서는 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조한다.
At this time, the zeolite produced through the step 1 exhibits a silica and alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 in order to exhibit high aromatic selectivity when producing an aromatic compound from ethanol. This is related to the acid sites and acid strengths of zeolites. Generally, the zeolite has weak acidity and acid sites as the Si / Al ratio increases. However, when it is lower than the above range, There is a problem in that the selectivity of the aromatic compound is lowered. When the concentration is higher than the above range, there is a problem that the conversion point from the ethanol to the aromatic compound is lowered because the acid sites are hardly represented, 1, a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 is prepared.

한편, 상기 단계 1의 제올라이트는 상세하게는 도 1의 순서도에서 나타낸 바와 같이 하기의 단계들을 포함하는 공정으로 제조될 수 있다.
On the other hand, the zeolite of the step 1 can be produced by a process including the following steps in detail, as shown in the flowchart of FIG.

상기 단계 1의 제올라이트는The zeolite of step 1

주형체(template) 및 증류수를 혼합한 후, 실리카 전구체, 알루미늄 전구체, 수산화나트륨, 및 증류수를 첨가 및 혼합하고, 이를 겔화(gelation)시키는 단계(단계 a);Mixing a template and distilled water, adding and mixing a silica precursor, an aluminum precursor, sodium hydroxide, and distilled water, followed by gelation (step a);

상기 단계 a의 겔을 결정화시켜 제올라이트 결정을 형성시키는 단계(단계 b); Crystallizing the gel of step a) to form a zeolite crystal (step b);

단계 b에서 형성된 제올라이트 결정을 세척한 후, 이를 건조 및 하소시켜 제올라이트를 제조하는 단계(단계 c);Washing the zeolite crystals formed in step b, followed by drying and calcining to prepare a zeolite (step c);

상기 단계 c에서 제조된 제올라이트를 이온교환시키는 단계(단계 d);를 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
(Step d) of ion exchanging the zeolite prepared in step c).

상기 단계 a는 제올라이트 제조 시 주형으로 사용되는 주형체 및 증류수를 혼합한 후, 실리카 전구체, 알루미늄 전구체, 수산화 나트륨 및 증류수를 첨가한 후 이를 혼합하며, 상기 혼합용액은 숙성과정을 통해 겔화가 일어나 무정형의 실리카 알루미늄 혼합겔이 형성된다. In the step (a), a silica precursor, an aluminum precursor, sodium hydroxide and distilled water are added to a mixture of the preform and distilled water used as a mold in the production of zeolite, and then the mixture is mixed. Of a silica-aluminum mixed gel is formed.

이때, 상기 단계 a의 주형체로는 테트라프로필암모늄 브로마이드(TPABr), 테트라프로필암모늄 하이드록사이드(TPAOH), 헥사메틸렌이민(HMI) 등이 사용될 수 있으며, At this time, tetramethylammonium bromide (TPABr), tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH), hexamethyleneimine (HMI) and the like can be used as the template in the step a)

상이 실리카 전구체로는 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS), 실리카졸(Silica sol), 흄드 실리카(Fumed silica) 등이 사용될 수 있고,As the silica precursor, tetraethylorthosilicate (TEOS), silica sol, fumed silica, etc. may be used.

상기 알루미늄 전구체로는 알루미늄 나이트레이트 (Al(NO3)3 9H2O), 알루미늄알콕사이드 등이 사용될 수 있다.
As the aluminum precursor, aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 9H 2 O), aluminum alkoxide and the like can be used.

한편, 상기 단계 a에서 사용되는 증류수는 실리카 전구체를 기준으로 5 내지 20의 몰비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 몰비로 증류수가 사용되는 경우, 제조되는 제올라이트의 특성이 저하됨에 따라, 제올라이트 촉매를 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시에 적용하더라도 높은 방향족 화합물 선택도를 나타낼 수 없는 문제가 있다.
On the other hand, the distilled water used in step a is preferably contained in a molar ratio of 5 to 20 based on the silica precursor. When distilled water is used at a molar ratio outside the above range, there is a problem that the selectivity of the zeolite to be produced is lowered, and thus the selectivity of aromatic compounds can not be exhibited even when the zeolite catalyst is applied to the aromatic compound from ethanol.

상기 단계 b는 상기 단계 a의 겔을 결정화시켜 제올라이트 결정을 형성시키는 단계로서, 상기 단계 b의 결정화는 단계 a에서 제조된 무정형의 실리카 알루미늄 혼합겔을 고압반응기에 주입하여 가열함으로서 수행될 수 있으며, 상기 결정화는 150 내지 200 ℃의 온도로 12 내지 48 시간 동안 수행될 수 있다. Wherein step b) crystallizes the gel of step a) to form zeolite crystals, wherein the crystallization of step b) can be performed by heating the amorphous silica aluminum mixed gel prepared in step a) into a high-pressure reactor and heating, The crystallization may be performed at a temperature of 150 to 200 DEG C for 12 to 48 hours.

그러나, 상기 결정화가 이에 제한되는 것은 아니며, 무정형의 실리카 알루미늄 혼합겔을 결정화할 수 있는 적절한 공정을 통해 수행될 수 있다.
However, the crystallization is not limited thereto, and can be performed through an appropriate process capable of crystallizing the amorphous silica aluminum mixed gel.

상기 단계 c는 단계 b에서 형성된 제올라이트 결정을 세척한 후, 이를 건조 및 하소시켜 제올라이트를 제조하는 단계로서, 단계 b에서 형성된 제올라이트 결정이 pH가 중성을 나타낼 때까지 수차례 반복하여 증류수로 세척한 후, 이를 건조 및 하소시킴으로서 제올라이트를 제조할 수 있다. The step c is a step of washing zeolite crystals formed in step b and drying and calcining the zeolite crystals to prepare zeolite crystals. The zeolite crystals formed in step b are repeatedly washed with distilled water several times until the pH is neutral , Followed by drying and calcining the zeolite.

이때, 상기 건조는 100 내지 150 ℃의 온도로 10 내지 20 시간 동안 충분히 수행하여 잔류하는 수분을 완전히 제거하는 것이 바람직하며,At this time, it is preferable that the drying is performed at a temperature of 100 to 150 ° C. for 10 to 20 hours to completely remove residual moisture,

상기 하소는 500 내지 600 ℃의 온도인 공기분위기에서 3 내지 6 시간 동안 수행될 수 있으나, 상기 건조 및 하소가 상기 조건들로 제한되는 것은 아니다.
The calcination may be carried out in an air atmosphere at a temperature of 500 to 600 DEG C for 3 to 6 hours, but the drying and calcination are not limited to the above conditions.

상기 단계 d는 상기 단계 c에서 제조된 제올라이트를 이온교환시키는 단계로서, 상기 단계 c에서 제조된 제올라이트의 말단기에는 소디움기(Na)가 붙어있는 형태로 존재하며, 상기 단계 d에서는 이와 같이 말단기에 소디움기(Na)가 붙어있는 제올라이트를 이온교환함으로써 말단기의 소디움기를 수소를 치환시킨다.The step (d) is a step of ion-exchanging the zeolite prepared in step (c), wherein a sodium group (Na) is attached to the end group of the zeolite prepared in step (c) The sodium group of the terminal group is replaced with hydrogen by ion exchange of a zeolite having a sodium group attached thereto.

이때, 상기 이온교환은 1N NH4Cl을 이용하여 80 ℃의 온도로 약 3시간 동안 수행될 수 있으나, 상기 이온교환이 이에 제한되는 것은 아니며, 제올라이트의 말단기를 수소로 치환할 수 있는 적절한 공정을 통해 수행될 수 있다. At this time, the ion exchange can be carried out using 1N NH 4 Cl at a temperature of 80 ° C for about 3 hours, but the ion exchange is not limited thereto, and an appropriate process for replacing the terminal group of zeolite with hydrogen Lt; / RTI >

상기 단계 d의 이온교환이 수행된 후에는 제올라이트의 pH가 중성을 나타낼 때까지 다시 수차례 세척하고, 이를 건조 및 하소하는 공정을 반복하여 최종적으로 결정형 제올라이트를 제조할 수 있다.
After the ion exchange of step (d) is performed, the crystal is washed several times until the pH of the zeolite is neutral, and the drying and calcination steps are repeated to finally produce the crystalline zeolite.

한편, 상기한 바와 같은 공정들을 통해 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 단계 1의 제올라이트가 제조될 수 있으나, 단계 1의 제올라이트 제조공정이 이에 제한되는 것은 아니며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조할 수 있는 공정을 적절히 선택하여 제올라이트를 제조할 수 있다.
Meanwhile, the zeolite of step 1 having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 may be prepared through the above-described processes, but the zeolite manufacturing process of step 1 is not limited thereto, A zeolite can be prepared by appropriately selecting a process capable of producing a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 제올라이트로 아연전구체 및 란탄전구체를 함침시킨 후, 이를 건조 및 하소시키는 단계이다. In the method for preparing a zeolite catalyst according to the present invention, the step 2 is a step of impregnating the zinc precursor and the lanthanum precursor with the zeolite prepared in the step 1, followed by drying and calcining.

상기 단계 2에서는 단계 1에서 제조된 제올라이트로 활성물질인 아연과 란탄을 함침시키기 위하여 아연 전구체 및 란탄전구체를 단계 1에서 제조된 제올라이트로 함침시키며, 이를 건조 및 하소시킴으로써 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트를 제조할 수 있다. In step 2, the zinc precursor and the lanthanum precursor are impregnated with the zeolite prepared in step 1 to impregnate the zeolite produced in step 1 with zinc and lanthanum, which are active materials, and the zeolite impregnated with zinc and lanthanum is dried and calcined, Can be manufactured.

이때, 상기 단계 2의 아연전구체로는 Zn(NO3)2·6H2O, ZnCl2 등을 사용할 수 있으며, At this time, Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, ZnCl 2 and the like can be used as the zinc precursor in the step 2,

상기 란탄전구체로는 La(NO3)3·6H2O, LaCl3·7H2O 등이 사용될 수 있으나, 상기 전구체물질들이 이에 제한되는 것은 아니다.
As the lanthanum precursor, La (NO 3 ) 3 .6H 2 O, LaCl 3 .7H 2 O and the like may be used, but the precursor materials are not limited thereto.

한편, 상기 아연 전구체 및 란탄 전구체는 제올라이트에 대하여 아연 및 란탄의 함침량이 각각 0.5 내지 2.0 중량%의 비율을 나타내도록 함침되는 것이 바람직하다. 이는 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄의 함침량에 따라 제조된 제올라이트 촉매의 특성이 저하될 수 있기 때문이다.It is preferable that the zinc precursor and the lanthanum precursor are impregnated with zeolite so that the impregnation amounts of zinc and lanthanum are respectively 0.5 to 2.0 wt%. This is because the characteristics of the zeolite catalyst prepared according to the impregnation amount of the zinc and lanthanum impregnated into the zeolite may be deteriorated.

즉, 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄의 함침량이 제올라이트에 대하여 0.5 내지 2.0 중량%의 비율인 경우에는 높은 선택도를 나타낼 수 있으나, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 방향족 화합물의 선택도가 낮아지는 문제가 있기 때문에 상기 단계 2에서는 제올라이트에 대하여 아연 및 란탄의 함침량이 각각 0.5 내지 2.0 중량%의 비율을 나타내도록 아연 전구체 및 란탄 전구체가 제올라이트로 함침되는 것이 바람직하다. That is, when the aromatic compound is produced from ethanol, when the amount of the impregnated zeolite impregnated with zeolite is in the range of 0.5 to 2.0 wt% based on the zeolite, high selectivity may be exhibited. However, The zinc precursor and the lanthanum precursor are preferably impregnated with zeolite so that the impregnation amounts of zinc and lanthanum in the zeolite are respectively 0.5 to 2.0 wt%.

아울러, 상기 아연 전구체 및 란탄 전구체는 동시에 함침되거나, 또는 아연 전구체 및 란탄 전구체를 순차적으로 함침시킬 수 있으나, 아연 전구체 및 란탄 전구체는 동시에 함침되는 것이 더욱 바람직하다. 이는 상기 아연 전구체 및 란탄 전구체가 동시에 함침되는 경우, 더욱 우수한 방향족화합물 선택도를 나타낼 수 있기 때문이다.
In addition, the zinc precursor and the lanthanum precursor may be impregnated at the same time, or the zinc precursor and the lanthanum precursor may be sequentially impregnated, but it is more preferable that the zinc precursor and the lanthanum precursor are simultaneously impregnated. This is because when the zinc precursor and the lanthanum precursor are simultaneously impregnated, the aromatic compound selectivity can be further improved.

또한, 상기 단계 2의 건조는 100 내지 150 ℃의 온도로 10 내지 20 시간 동안 충분히 수행하여 잔류하는 수분을 완전히 제거하는 것이 바람직하며,The drying of step 2 is preferably carried out at a temperature of 100 to 150 ° C. for 10 to 20 hours to completely remove residual moisture,

상기 하소는 500 내지 600 ℃의 온도인 공기분위기에서 3 내지 6 시간 동안 수행될 수 있으나, 상기 건조 및 하소가 상기 조건들로 제한되는 것은 아니다.
The calcination may be carried out in an air atmosphere at a temperature of 500 to 600 DEG C for 3 to 6 hours, but the drying and calcination are not limited to the above conditions.

상기 제조방법을 통해 제조된 제올라이트 촉매는 마이크로 크기인 입자들로 제올라이트가 이루어지되, 상기 마이크로 크기인 입자들이 나노 크기인 복수개의 입자들로 이루어진 나노 결정구조를 나타내는 제올라이트와, 상기 제올라이트에 활성물질로서 아연 및 란탄이 함침된 형태를 나타내며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)는 50 내지 80을 나타낸다.The zeolite catalyst prepared through the above-described method comprises a zeolite having zeolite particles having micro-sized particles, the zeolite having a nanocrystal structure composed of a plurality of particles having nanosized particles as micro-sized particles, Zinc and lanthanum, and the molar ratio of silica to alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) is 50 to 80.

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제올라이트가 상기한 바와 같은 특성을 나타냄에 따라 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시에 이를 적용하여 방향족 화합물의 선택도를 향상시킬 수 있어 종래의 촉매들을 대체할 수 있는 효과가 있으며, 선택도가 향상됨에 따라 방향족화합물 제조공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
Since the zeolite produced by the production process according to the present invention exhibits the above-described characteristics, it is possible to improve the selectivity of aromatic compounds by applying it in the production of aromatic compounds from ethanol, As the selectivity is improved, the yield of the aromatic compound production process can be improved.

나아가, 본 발명은 상기 제올라이트 촉매를 촉매물질로 이용하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 방법을 제공하며, Further, the present invention provides a method for producing an aromatic compound from ethanol using the zeolite catalyst as a catalyst material,

상기 제조방법에 따라 제올라이트 촉매를 촉매물질로 이용하여 에탄올로부터 제조된 방향족화합물을 제공한다.
According to the above production method, an aromatic compound prepared from ethanol is provided using a zeolite catalyst as a catalyst material.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 마이크로 크기인 입자들로 제올라이트가 이루어지되, 상기 마이크로 크기인 입자들이 나노 크기인 복수개의 입자들로 이루어진 나노 결정구조를 나타내는 제올라이트와, 상기 제올라이트에 활성물질로서 아연 및 란탄이 함침된 형태를 나타내며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)는 50 내지 80을 나타낸다.As described above, the zeolite catalyst according to the present invention is characterized in that it comprises a zeolite consisting of micro-sized particles, the zeolite exhibiting a nanocrystal structure composed of a plurality of particles having micro-sized particles of nano- Zinc and lanthanum are impregnated with the material, and the molar ratio of silica and alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) is 50 to 80.

이에, 본 발명은 상기 제올라이트 촉매를 촉매물질로 이용하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기한 바와 같은 특성을 나타내는 제올라이트를 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 공정에 적용함으로서 방향족 화합물의 선택도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Accordingly, the present invention provides a process for producing an aromatic compound from ethanol using the zeolite catalyst as a catalytic material, and by applying the zeolite exhibiting the above characteristics to a process for producing an aromatic compound from ethanol, There is an effect that the degree of freedom can be improved.

이때, 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 상기 제조방법은 고정층 촉매반응시스템을 사용하여 수행될 수 있으며, At this time, the above production method of producing an aromatic compound from ethanol can be carried out using a fixed bed catalytic reaction system,

예를 들어 제올라이트 촉매를 관형 반응기에 충진시키고, 수소가스를 일정한 유량으로 흘려주며 가열하여 촉매를 환원시킨 후, 반응기의 온도를 반응온도로 일정하게 유지하며 상압 하에서 원료인 에탄올을 반응기로 연속적으로 공급함으로써 수행될 수 있다. 이때, 상기 고정층 촉매 반응시스템은 이미 공지된 촉매반응 시스템을 이용하여 수행될 수 있으며, 본 발명에 따른 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
For example, a zeolite catalyst is filled in a tubular reactor, and hydrogen gas is flowed at a constant flow rate to reduce the catalyst. The temperature of the reactor is kept constant at the reaction temperature, and the raw material ethanol is continuously supplied . At this time, the fixed bed catalytic reaction system may be performed using a known catalytic reaction system, and the method for producing an aromatic compound from ethanol according to the present invention is not limited thereto.

아울러, 본 발명은 상기 제조방법을 통해 제조된 방향족화합물을 제공한다.In addition, the present invention provides an aromatic compound produced by the above process.

상기 방향족화합물은 바람직하게는 벤젠, 톨루엔, 자일렌이며, 상기 제올라이트 촉매를 이용하여 에탄올로부터 제조됨에 따라 높은 선택도로 제조될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방향족 화합물이 고수율 및 고순도로 제조될 수 있다.
Since the aromatic compound is preferably selected from benzene, toluene, and xylene, and can be prepared at a high selectivity from the ethanol produced using the zeolite catalyst, the aromatic compound according to the present invention can be produced with high yield and high purity. have.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.

<제조예 1>&Lt; Preparation Example 1 &

주형체로 테트라프로필암모늄 브롬마이드(TPABr, tetrapropylammonium bromide)을 사용하였으며, 상기 주형체와 증류수를 테프론 재질의 용기에 넣고 2시간 동안 상온에서 교반하였다. Tetrapropylammonium bromide (TPABr) was used as a template, and the template and distilled water were placed in a teflon container and stirred at room temperature for 2 hours.

이후, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate)를 첨가한 후 2시간 동안 더 교반하였으며, 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3·9H2O), 수산화나트륨(NaOH) 및 증류수를 첨가한 후, 55 ℃의 온도에서 24시간 동안 교반하였다. 교반이 완료된 후, 혼합용액은 색상이 투명한 형태(lucid)인 무정형의 실리카 알루미늄 혼합겔로 겔화되었다.Then, tetraethyl orthosilicate (TEOS) was added thereto, and the mixture was further stirred for 2 hours. After adding aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O), sodium hydroxide (NaOH) and distilled water , And the mixture was stirred at a temperature of 55 DEG C for 24 hours. After the stirring was completed, the mixed solution was gelated with an amorphous silica aluminum mixed gel having a lucid color.

이때, 상기 혼합용액의 조성은 0.5 TPABr : 1.25 SiO2 : 0.05 Al(NO3)3·9H2O : 0.5 NaOH : 3 H2O (몰비)로 제조되었다.
The composition of the mixed solution was 0.5 TPABr: 1.25 SiO 2 : 0.05 Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O: 0.5 NaOH: 3 H 2 O (molar ratio).

나아가, 상기 무정형의 실리카 알루미늄 혼합겔을 결정화시키기 위하여, 겔을 고압반응기에 주입하여 180 ℃의 온도에서 24 시간 동안 가열하여 제올라이트 결정을 형성시켰다. 제조된 제올라이트 결정은 상온으로 냉각한 후, 원심분리하여 수용액층과 고형물층으로 분리하였으며, 분리된 제올라이트 결정의 pH가 중성이 될 때까지 증류수를 사용하여 세척하였다. Further, in order to crystallize the amorphous silica-aluminum mixed gel, the gel was injected into a high-pressure reactor and heated at 180 ° C. for 24 hours to form zeolite crystals. The prepared zeolite crystals were cooled to room temperature and then centrifuged to separate into an aqueous solution layer and a solid matter layer. The separated zeolite crystals were washed with distilled water until the pH of the separated zeolite crystals became neutral.

이후, 세척된 제올라이트를 건조기에 넣고 120 ℃의 온도에서 12시간 건조시켰으며, 건조된 제올라이트를 550 ℃의 온도인 공기분위기에서 5시간 동안 하소시켰다.
The washed zeolite was then placed in a dryer and dried at a temperature of 120 ° C for 12 hours, and the dried zeolite was calcined in an air atmosphere at a temperature of 550 ° C for 5 hours.

하소된 제올라이트는 말단기에 소디움(Na)이 붙어있는 Na-ZSM-5 형태로 존재하며, 1N NH4Cl를 사용하여 제올라이트를 이온교환시킴으로써 H-ZSM-5 형태인 제올라이트를 제조하였다. 이때, 상기 이온교환은 80 ℃의 온도인 1N NH4Cl로 제올라이트를 침지시킨 후, 3시간 교반시킴으로서 수행되었으며, 상기 이온교환이 수행된 제올라이트는 pH가 중성이 될 때까지 충분히 세척한 후 100 ℃의 온도에서 12시간 동안 건조시켰으며, 이를 550 ℃의 공기분위기에서 5시간 동안 하소시켜 제올라이트를 제조하였다.
The calcined zeolite is in the form of Na-ZSM-5 with sodium (Na) attached at the terminal end and the zeolite is ion exchanged with 1N NH 4 Cl to produce zeolite in the form of H-ZSM-5. The ion exchange was carried out by immersing the zeolite with 1N NH 4 Cl at a temperature of 80 ° C and stirring for 3 hours. The zeolite subjected to the ion exchange was thoroughly washed until the pH became neutral, At room temperature for 12 hours, and calcined in an air atmosphere at 550 DEG C for 5 hours to prepare a zeolite.

<제조예 2 내지 11>&Lt; Production Examples 2 to 11 &

상기 제조예 1에서 사용되는 주형체와, 혼합용액에 포함되는 알루미나의 몰비, 및 증류수의 몰비를 하기 표 1과 같이 적용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일하게 수행하여 제올라이트를 제조하였다.Zeolite was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the molar ratio of alumina contained in the mixed solution and the molar ratio of distilled water were changed as shown in Table 1 below.

아울러, 상기 제조예 1 내지 11에서 제조된 제올라이트의 평균 입자 크기(2차 입자) 및 결정크기(1차 입자)를 표 1에 함께 나타내었다.
Table 1 also shows the average particle sizes (secondary particles) and crystal sizes (primary particles) of the zeolite prepared in Production Examples 1 to 11.

구분division 주형체 종류Type of mold 알루미나 몰비Alumina mole ratio Si/Al
몰비
Si / Al
Mole ratio
증류수 몰비
Distilled water mole ratio
평균입자크기
(μm)
Average particle size
(μm)
결정 크기
(nm)
Crystal size
(nm)
제조예 1Production Example 1 TPABrTPABr 0.050.05 2525 33 55 400400 제조예 2Production Example 2 TPABrTPABr 0.050.05 2525 99 55 2020 제조예 3Production Example 3 TPABrTPABr 0.050.05 2525 1818 55 2020 제조예 4Production Example 4 TPABrTPABr 0.050.05 2525 120120 55 250250 제조예 5Production Example 5 TPABrTPABr 0.0160.016 8080 99 55 2020 제조예 6Production Example 6 TPABrTPABr 0.004460.00446 280280 99 2525 150150 제조예 7Production Example 7 TPABrTPABr 0.00250.0025 500500 99 2525 250250 제조예 8Production Example 8 TPABrTPABr 0.010.01 2525 3232 55 2020 제조예 9Production Example 9 TPABrTPABr 0.010.01 2525 8080 55 1515 제조예 10Production Example 10 TPAOHTPAOH 0.050.05 2525 120120 0.90.9 200200 제조예 11Production Example 11 TPAOHTPAOH 0.050.05 2525 240240 0.50.5 200200

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 제조예에서 증류수의 몰비에 따라 결정크기가 변하는 것을 알 수 있으며, 특히 제조예 1 및 4에서 증류수의 몰비가 3 및 120인 경우 결정크기가 각각 400 및 250 nm인 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the crystal size varies depending on the molar ratio of the distilled water in the preparation examples. Particularly, when the molar ratios of distilled water in Preparation Examples 1 and 4 were 3 and 120, the crystal sizes were 400 and 250 nm .

또한, 제조예 10 및 11에서 주형체로서 TPAOH를 사용한 경우에는 증류수의 몰비가 클 경우 평균 입자크기는 작아지는 반면, 결정 크기가 200 nm로 증가하는 것을 알 수 있다.In addition, when TPAOH was used as a template in Production Examples 10 and 11, the average particle size was small and the crystal size was increased to 200 nm when the molar ratio of distilled water was large.

나아가, Si/Al의 몰비가 증가함에 따라 평균 입자 크기 및 결정 크기가 증가하는 것을 알 수 있으며, Furthermore, it can be seen that as the molar ratio of Si / Al increases, the average particle size and crystal size increase,

상기 표 1의 특성결과를 통해 본 발명에 따른 제조방법에서 Si/Al의 몰비 및 증류수의 몰비를 조절하여 나노 크기의 결정을 갖는 제올라이트를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
It can be seen from the characteristic results in Table 1 that the zeolite having nano-sized crystals can be prepared by controlling the molar ratio of Si / Al and the molar ratio of distilled water in the production method according to the present invention.

<실시예 1> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 1Example 1 Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 1

상기 제조예 2에서 제조된 제올라이트로 아연 전구체로 Zn(NO3)2·6H2O 및 란탄 전구체인 La(NO3)3·6H2O을 함께 함침시킨 후, 100 ℃의 온도에서 12시간 건조시킨 후, 이를 550 ℃의 온도인 공기분위기에서 5시간 동안 하소시켜 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O and lanthanum precursor La (NO 3 ) 3 .6H 2 O were impregnated with the zeolite prepared in Preparation Example 2 as a zinc precursor together and dried at 100 ° C. for 12 hours And calcined in an air atmosphere at a temperature of 550 ° C for 5 hours to prepare a zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum.

이때, 상기 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.8 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,At this time, the amount of the zinc precursor was controlled so that 0.8 weight% of zinc was impregnated into the prepared zeolite catalyst,

이때, 상기 란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였다.
At this time, the amount of the lanthanum precursor was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum was impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<실시예 2 내지 5> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 2 - 5Examples 2 to 5 Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 2 to 5

상기 실시예 1에서 각각 제조예 3, 5, 8, 및 9에서 제조된 제올라이트에 아연 및 란탄을 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
Zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that zeolite prepared in Production Examples 3, 5, 8, and 9 was impregnated with zinc and lanthanum in Example 1, respectively. Respectively.

<실시예 6> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 6Example 6: Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 6

상기 실시예 1에서 제올라이트로 아연 전구체 및 란탄 전구체를 순차적으로 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that the zinc precursor and the lanthanum precursor were sequentially impregnated with the zeolite in Example 1.

<실시예 7> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 7Example 7: Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 7

상기 실시예 1에서 제올라이트로 란탄 전구체 및 아연 전구체를 순차적으로 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
A zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that the lanthanum precursor and the zinc precursor were sequentially impregnated with zeolite in Example 1.

<실시예 8> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 8Example 8: Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 8

상기 실시예 1에서 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 1.2 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,In Example 1, the zinc precursor was adjusted so that 1.2 wt% of zinc could be impregnated into the prepared zeolite catalyst,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<실시예 9> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 9Example 9 Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 9

상기 실시예 1에서 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 2.0 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The amount of zinc precursor used in Example 1 was adjusted so that 2.0 wt% of zinc could be impregnated into the prepared zeolite catalyst,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<실시예 10> 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매의 제조 10Example 10 Preparation of zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum 10

상기 실시예 1에서 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.8 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The amount of zinc precursor used in Example 1 was adjusted so that 0.8 wt% of zinc could be impregnated into the prepared zeolite catalyst,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 1.0 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 1.0 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<비교예 1 내지 6>&Lt; Comparative Examples 1 to 6 >

상기 실시예 1에서 각각 제조예 1, 4, 6, 7, 10 및 11에서 제조된 제올라이트에 아연 및 란탄을 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
Zeolite impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that zeolite prepared in Production Examples 1, 4, 6, 7, 10 and 11 was impregnated with zinc and lanthanum in Example 1, Catalyst.

<비교예 7>&Lt; Comparative Example 7 &

상기 실시예 1에서 아연 전구체만을 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.8 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하여 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
Zeolite catalyst impregnated with zinc was prepared in the same manner as in Example 1, except that the zeolite catalyst prepared in Example 1 was impregnated with zeolite catalyst so that 0.8 wt% of zinc could be impregnated into the zeolite catalyst. .

<비교예 8>&Lt; Comparative Example 8 >

상기 실시예 1에서 란탄 전구체만을 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하여 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The lanthanum-impregnated zeolite catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the lanthanum precursor alone was impregnated with 0.6 wt% .

<비교예 9>&Lt; Comparative Example 9 &

상기 실시예 1에서 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.4 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,In Example 1, the amount of zinc precursor was adjusted so that 0.4 wt% of zinc could be impregnated into the prepared zeolite catalyst,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<비교예 10>&Lt; Comparative Example 10 &

상기 실시예 1에서 갈륨 전구체로 Ga(NO3)2·xH2O를 이용하여 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.8 중량%의 갈륨이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The amount of gallium used as the gallium precursor in Example 1 was adjusted so that 0.8 wt% of gallium could be impregnated into the zeolite catalyst prepared using Ga (NO 3 ) 2 .xH 2 O,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 갈륨 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The lanthanum precursor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst to prepare gallium and lanthanum-impregnated zeolite catalysts.

<비교예 11>&Lt; Comparative Example 11 &

상기 실시예 1에서 구리 전구체로 Cu(NO3)2·2.5H2O를 이용하여 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.8 중량%의 구리가 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The use amount of the zeolite catalyst prepared by using Cu (NO 3 ) 2 .2.5H 2 O as a copper precursor in Example 1 was adjusted so that 0.8 wt% of copper could be impregnated,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 구리 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with copper and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<비교예 12>&Lt; Comparative Example 12 >

상기 실시예 1에서 아연 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 7 중량%의 아연이 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The amount of zinc precursor used in Example 1 was adjusted so that 7 wt% of zinc could be impregnated into the prepared zeolite catalyst,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 아연 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with zinc and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<비교예 13>&Lt; Comparative Example 13 &

상기 실시예 1에서 구리 전구체를 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 8 중량%의 구리가 함침될 수 있도록 사용량을 조절하였으며,The amount of the copper precursor was adjusted so that 8 wt% of copper could be impregnated into the zeolite catalyst prepared in Example 1,

란탄 전구체는 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 0.6 중량%의 란탄이 함침될 수 있도록 사용량을 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 구리 및 란탄이 함침된 제올라이트 촉매를 제조하였다.
The zeolite catalyst impregnated with copper and lanthanum was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lanthanum precursor used was adjusted so that 0.6 wt% of lanthanum could be impregnated into the prepared zeolite catalyst.

<실험예 1> 에탄올로부터 방향족화합물 제조시의 촉매반응 분석Experimental Example 1 Analysis of Catalytic Reaction in Preparation of Aromatic Compound from Ethanol

본 발명에 따른 실시예 1 내지 10에서 제조된 제올라이트 촉매와, 비교예 1 내지 13에서 제조된 제올라이트 촉매가 에탄올로부터 방향족화합물을 제조시 촉매물질로 사용되는 경우의 촉매반응을 분석하였다.The catalytic reactions in the case where the zeolite catalyst prepared in Examples 1 to 10 and the zeolite catalysts prepared in Comparative Examples 1 to 13 according to the present invention were used as catalyst materials in the production of aromatic compounds from ethanol were analyzed.

이때, 상기 분석은 고정층 촉매반응시스템을 사용하여 실시하였다. 즉, 제올라이트 촉매는 관형 반응기에 0.65 g을 충진하고, 수소가스를 10 cc/min으로 일정하게 흘려주며 550 ℃에서 3시간 동안 온도를 유지시켜 촉매를 환원시켰다. 이어서 반응기의 온도를 촉매반응온도인 437 ℃(710K)로 일정하게 유지시킨 후, 반응압력을 상압으로 조절하였다. 이후, 액체크로마토그래피 펌프(HPLC pump)를 사용하여 원료인 에탄올을 0.011 cc/min의 유량으로 반응기에 연속적으로 공급하였으며, 시간당 중량공간속도(WHSV, weight hour space velocity)는 0.8 cc/gcat·min으로 제어하였다. 상기 반응기를 거친 생성물은 반응기 하부 온도를 150 ℃로 유지시킨 상태에서 가스크로마토그래피(GC)로 전량 보내 각 성분의 분석을 실시하였으며, 이때 반응에 참여하지 않은 질소가스를 내부 표준물질로 5 cc/min으로 일정량 흘려줌으로써, 질소 성분을 기준으로 생성물의 각 성분을 GC를 통해 정량 분석하였다. 이를 통해 에탄올로부터 방향족화합물로의 전환율, 및 각 생성물의 선택도를 계산하였다. At this time, the analysis was carried out using a fixed bed catalytic reaction system. That is, 0.65 g of the zeolite catalyst was filled in the tubular reactor, hydrogen gas was supplied at a constant rate of 10 cc / min, and the temperature was maintained at 550 ° C. for 3 hours to reduce the catalyst. Then, the temperature of the reactor was kept constant at a catalytic reaction temperature of 437 ° C. (710 K), and the reaction pressure was adjusted to normal pressure. Then, the raw material ethanol was continuously supplied to the reactor at a flow rate of 0.011 cc / min using a HPLC pump, and the weight hour space velocity (WHSV) was 0.8 cc / gcat · min Respectively. The product passed through the reactor was analyzed by gas chromatography (GC) in the condition that the temperature of the lower part of the reactor was maintained at 150 ° C. At this time, nitrogen gas not participating in the reaction was used as an internal standard, min, and the components of the product were quantitatively analyzed by GC based on the nitrogen component. The conversion of ethanol to aromatics and the selectivity of each product were calculated.

한편, 상기 가스크로마토그래피 분석시 사용한 컬럼은 검출기에 따라 TCD 쪽의 GC 컬럼은 Porapak-Q (2m)이었으며, FID 쪽은 DB-5 (30m)와 HP-Innowax (60m) 컬럼을 연결한 형태로 사용하여 초기온도 40 ℃에서 250 ℃로 승온시키면서 분석을 수행하였다.
On the other hand, the column used for the gas chromatography analysis was Porapak-Q (2 m) as a GC column on the TCD side and DB-5 (30 m) and HP-Innowax (60 m) The analysis was carried out while raising the initial temperature from 40 占 폚 to 250 占 폚.

(1) 적용된 제올라이트에 따른 촉매반응 분석(1) Analysis of catalytic reactions according to applied zeolite

상기 실시예 1 내지 5에서 제조된 제올라이트 촉매와, 비교예 1 내지 6의 제올라이트 촉매를 이용하여 상기 촉매반응 분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
The catalytic reaction analysis was carried out using the zeolite catalysts prepared in Examples 1 to 5 and the zeolite catalysts of Comparative Examples 1 to 6, and the results are shown in Table 2 below.

구 분division 사용한 촉매의
종류
Of the catalyst used
Kinds
에탄올 전환율
(%)
Ethanol conversion rate
(%)
방향족 화합물 선택도
(%)
Aromatic compound selectivity
(%)
BTX
선택도
(%)
BTX
Selectivity
(%)
0 hr0 hr 30 hr30 hr 0 hr0 hr 30 hr30 hr 0 hr0 hr 30 hr30 hr 실시예 1Example 1 0.8%Zn+0.6%La/제조예 20.8% Zn + 0.6% La / Production example 2 100100 100100 62.862.8 56.756.7 54.854.8 47.247.2 실시예 2Example 2 0.8%Zn+0.6%La/제조예 30.8% Zn + 0.6% La / Production Example 3 100100 100100 65.365.3 59.459.4 60.160.1 52.152.1 실시예 3Example 3 0.8%Zn+0.6%La/제조예 50.8% Zn + 0.6% La / Production Example 5 100100 9999 61.661.6 56.756.7 54.854.8 47.247.2 실시예 4Example 4 0.8%Zn+0.6%La/제조예 80.8% Zn + 0.6% La / Production Example 8 100100 99.399.3 69.469.4 58.758.7 58.858.8 46.246.2 실시예 5Example 5 0.8%Zn+0.6%La/제조예 90.8% Zn + 0.6% La / Production Example 9 100100 100100 62.162.1 56.156.1 55.255.2 47.747.7 비교예 1Comparative Example 1 0.8%Zn+0.6%La/제조예 10.8% Zn + 0.6% La / Production Example 1 100100 98.298.2 28.328.3 13.513.5 18.718.7 6.76.7 비교예 2Comparative Example 2 0.8%Zn+0.6%La/제조예 40.8% Zn + 0.6% La / Production example 4 100100 99.199.1 32.432.4 25.425.4 19.419.4 7.47.4 비교예 3Comparative Example 3 0.8%Zn+0.6%La/제조예 60.8% Zn + 0.6% La / Production Example 6 100100 99.499.4 27.727.7 31.331.3 21.421.4 20.220.2 비교예 4Comparative Example 4 0.8%Zn+0.6%La/제조예 70.8% Zn + 0.6% La / Production Example 7 100100 98.798.7 13.213.2 14.914.9 7.97.9 5.65.6 비교예 5Comparative Example 5 0.8%Zn+0.6%La/제조예 100.8% Zn + 0.6% La / Production Example 10 99.899.8 98.598.5 18.318.3 4.74.7 13.513.5 1.41.4 비교예 6Comparative Example 6 0.8%Zn+0.6%La/제조예 110.8% Zn + 0.6% La / Production example 11 99.599.5 97.797.7 18.618.6 5.65.6 12.512.5 2.32.3

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 동일한 량의 아연 및 란탄이 함침되더라도 사용된 제올라이트에 따라 방향족 화합물의 선택도, 및 BTX의 선택도가 차이가 나는 것을 알 수 있다. 즉, 제조예 2, 3, 5, 8 및 9의 제올라이트와 같이 나노결정을 갖는 제올라이트를 사용하는 경우, 방향족 화합물의 선택도, 및 BTX의 선택도 우수한 것을 알 수 있다. 반면, 제조예 1, 4, 6, 7, 10, 11에서 나노결정이라고 할 수 없을 정도로 큰 사이즈의 결정을 갖는 제올라이트를 사용하는 경우에는 선택도가 낮은 것을 알 수 있다. As shown in Table 2, even if the same amounts of zinc and lanthanum are impregnated, it is understood that the selectivity of the aromatic compound and the selectivity of the BTX differ depending on the zeolite used. That is, when zeolite having nanocrystals such as zeolite of Production Examples 2, 3, 5, 8 and 9 is used, it is found that the selectivity of aromatic compound and the selectivity of BTX are also excellent. On the other hand, it can be seen that the selectivity is low when the zeolite having crystals of a size large enough not to be a nanocrystal is used in Production Examples 1, 4, 6, 7, 10, and 11.

상기 결과를 통해 본 발명에 따른 제올라이트 촉매가 나노 결정 구조를 갖는 2차 입자로 이루어짐에 따라 에탄올로부터 방향족 화합물을 제조할 시 높은 선택도를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
From the above results, it was confirmed that the zeolite catalyst according to the present invention is composed of secondary particles having a nanocrystal structure, and thus it is possible to exhibit high selectivity when an aromatic compound is produced from ethanol.

(2)아연 및 란탄의 함침량에 따른 촉매반응 분석(2) Analysis of catalytic reaction according to impregnation amount of zinc and lanthanum

상기 실시예 6 내지 10에서 제조된 제올라이트 촉매와, 비교예 7 내지 13의 제올라이트 촉매를 이용하여 상기 촉매반응 분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
The catalytic reaction analysis was performed using the zeolite catalysts prepared in Examples 6 to 10 and the zeolite catalysts in Comparative Examples 7 to 13, and the results are shown in Table 3 below.

구 분division 사용한 촉매의
종류
Of the catalyst used
Kinds
에탄올 전환율
(%)
Ethanol conversion rate
(%)
방향족 화합물 선택도
(%)
Aromatic compound selectivity
(%)
BTX
선택도
(%)
BTX
Selectivity
(%)
0 hr0 hr 30 hr30 hr 0 hr0 hr 30 hr30 hr 0 hr0 hr 30 hr30 hr 실시예 6Example 6 0.8%Zn/0.6%La/제조예 20.8% Zn / 0.6% La / Production Example 2 100100 100100 65.365.3 54.154.1 53.153.1 46.346.3 실시예 7Example 7 0.6%La/0.8%Zn/제조예 20.6% La / 0.8% Zn / Production example 2 100100 100100 66.266.2 58.258.2 62.162.1 50.150.1 실시예 8Example 8 1.2%Zn+0.6%La/제조예 21.2% Zn + 0.6% La / Production Example 2 100100 100100 62.662.6 57.557.5 56.256.2 46.246.2 실시예 9Example 9 2.0%Zn+0.6%La/제조예 22.0% Zn + 0.6% La / Production Example 2 100100 99.799.7 66.466.4 58.258.2 58.158.1 45.245.2 실시예 10Example 10 0.8%Zn+1.0%La/제조예 20.8% Zn + 1.0% La / Production Example 2 100100 100100 60.160.1 55.155.1 53.753.7 48.248.2 비교예 7Comparative Example 7 0.8%Zn/제조예 20.8% Zn / Production Example 2 100100 98.298.2 28.328.3 13.513.5 18.718.7 6.76.7 비교예 8Comparative Example 8 0.6%La/제조예 20.6% La / Production Example 2 100100 99.199.1 32.432.4 25.425.4 19.419.4 7.47.4 비교예 9Comparative Example 9 0.4%Zn+0.6%La/제조예 20.4% Zn + 0.6% La / Production Example 2 99.699.6 99.199.1 29.129.1 22.322.3 16.516.5 11.111.1 비교예 10Comparative Example 10 0.8%Ga+0.6%La/제조예 20.8% Ga + 0.6% La / Production Example 2 100100 99.499.4 27.727.7 31.331.3 21.421.4 20.220.2 비교예 11Comparative Example 11 0.8%Cu+0.6%La/제조예 20.8% Cu + 0.6% La / Production example 2 100100 98.798.7 13.213.2 14.914.9 7.97.9 5.65.6 비교예 12Comparative Example 12 7%Zn+0.6%La/제조예 27% Zn + 0.6% La / Production Example 2 99.899.8 98.598.5 18.318.3 4.74.7 13.513.5 1.41.4 비교예 13Comparative Example 13 8%Cu+0.6%La/제조예 28% Cu + 0.6% La / Production example 2 99.599.5 97.797.7 18.618.6 5.65.6 12.512.5 2.32.3

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 아연 및 란탄의 함침량에 따라 방향족 화합물의 선택도, 및 BTX의 선택도가 차이가 나는 것을 알 수 있다. 즉, 동일한 제올라이트를 이용한다하더라도, 본 발명에서 제시하고 있는 0.5 내지 2.0 중량% 아연 및 란탄이 함침된 실시예 6 내지 10의 제올라이트 촉매는 높은 선택도를 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 3, the selectivity of the aromatic compound and the selectivity of the BTX are different depending on the impregnation amount of zinc and lanthanum. That is, even if the same zeolite is used, it can be seen that the zeolite catalysts of Examples 6 to 10 impregnated with 0.5 to 2.0 wt% of zinc and lanthanum exhibit high selectivity.

반면, 아연 단독 또는 란탄 단독으로 제올라이트에 함침된 비교예 7 및 8은 선택도가 낮아지는 것을 알 수 있으며, 0.5 중량% 미만의 아연이 함침된 비교예 9 역시 선택도가 낮아지는 것을 알 수 있다. On the other hand, it can be seen that the selectivity of Comparative Examples 7 and 8 impregnated with zeolite alone or with lanthanum alone is lowered, and the selectivity of Comparative Example 9 containing less than 0.5% by weight of zinc is also lowered .

나아가, 아연이 아닌 갈륨 또는 구리가 란탄과 함께 함침되는 비교예 10 및 11의 경우에도 선택도가 저하되는 것을 알 수 있으며, Further, it can be seen that the selectivity is lowered also in Comparative Examples 10 and 11 in which gallium or copper other than zinc is impregnated with lanthanum,

과량의 아연 또는 구리가 함침된 비교예 12 및 13의 경우에도 본 발명에 따른 실시예들보다 매우 낮은 선택도를 나타내는 것을 알 수 있다. It can be seen that Comparative Examples 12 and 13 in which excess zinc or copper is impregnated exhibit much lower selectivity than the examples according to the present invention.

상기 분석결과를 통하여 본 발명에 따른 제올라이트 촉매가 적량의 아연 및 란탄이 함침됨에 따라 에탄올로부터 방향족 화합물을 제조할 시 매우 높은 선택도를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
As a result of the above analysis, it was confirmed that the zeolite catalyst according to the present invention exhibits a very high selectivity when an aromatic compound is produced from ethanol according to the impregnation of an appropriate amount of zinc and lanthanum.

<실험예 2> 주사전자현미경 관찰<Experimental Example 2> Scanning electron microscopic observation

상기 실시예 1 및 비교예 1의 제올라이트 촉매를 주사전자현미경을 통해 관찰하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The zeolite catalysts of Example 1 and Comparative Example 1 were observed through a scanning electron microscope and the results are shown in FIG.

도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 제올라이트 촉매는 단면이 사각형인 복수개의 나노결정(2차 입자)들로 이루어진 입자들이 관찰되었다. 반면, 비교예 1의 제올라이트 촉매는 다각형 구조의 입자들만이 관찰될 뿐, 나노결정은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 단면이 사각형인 나노결정들로 이루어진 입자들이 형성됨을 확인하였다.
As shown in Fig. 2, the zeolite catalyst of Example 1 was observed to be composed of a plurality of nanocrystals (secondary particles) having a square cross section. On the other hand, in the zeolite catalyst of Comparative Example 1, only particles having a polygonal structure were observed, and no nanocrystals were observed. As a result, it was confirmed that the zeolite catalyst according to the present invention formed particles composed of nanocrystals having a square cross section.

<실험예 3> X-선 회절분석Experimental Example 3 X-ray diffraction analysis

상기 실시예 1의 제올라이트 촉매를 X-회절 분석하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The zeolite catalyst of Example 1 was analyzed by X-ray diffraction and the results are shown in FIG.

도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 제올라이트 촉매는 전형적인 ZSM-5의 결정구조를 2θ = 5 - 10 및 2θ = 20 - 30의 피크를 갖는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 본 발명에 따른 제올라이트 촉매가 전형적인 ZSM-5 결정구조를 가짐을 확인하였다.
As shown in FIG. 3, the zeolite catalyst of Example 1 has a crystal structure of typical ZSM-5 having peaks at 2? = 5 - 10 and 2? = 20 - 30, Was found to have a typical ZSM-5 crystal structure.

Claims (10)

10 내지 100 nm 크기인 1차 입자, 및 1 내지 10 μm 크기인 2차 입자로 이루어지되, 상기 2차 입자는 복수개의 상기 1차 입자들을 포함하여 이루어지며, 실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트; 및
상기 제올라이트에 함침된 아연 및 란탄을 포함하는 제올라이트 촉매.
Wherein the secondary particles comprise a plurality of primary particles and have a silica to alumina mole ratio (SiO 2 / Al (Al 2 O 3) 2 O 3 ) of 50 to 80; And
Zeolite catalyst comprising zinc and lanthanum impregnated in said zeolite.
제1항에 있어서, 상기 1차 입자들의 단면은 사각형인 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst according to claim 1, wherein the cross-section of the primary particles is rectangular.
제1항에 있어서, 상기 아연 및 란탄은 각각 제올라이트에 대하여 0.5 내지 2.0 중량%의 비율로 함침된 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst according to claim 1, wherein the zinc and lanthanum are each impregnated in a ratio of 0.5 to 2.0 wt% based on the zeolite.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트 촉매는 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하기 위한 촉매로 사용되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst according to claim 1, wherein the zeolite catalyst is used as a catalyst for producing an aromatic compound from ethanol.
실리카와 알루미나 몰비(SiO2/Al2O3)가 50 내지 80인 제올라이트를 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 제올라이트로 아연전구체 및 란탄전구체를 함침시킨 후, 이를 건조 및 하소시키는 단계(단계 2)를 포함하는 제1항에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법.
Preparing a zeolite having a silica to alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 50 to 80 (step 1); And
A process for preparing a zeolite catalyst according to claim 1, comprising the step of impregnating the zinc precursor and the lanthanum precursor with the zeolite prepared in step 1, followed by drying and calcining (step 2).
제5항에 있어서, 상기 단계 1의 제올라이트는
주형체(template) 및 증류수를 혼합한 후, 실리카 전구체, 알루미늄 전구체, 수산화나트륨, 및 증류수를 첨가 및 혼합하고, 이를 겔화(gelation)시키는 단계(단계 a);
상기 단계 a의 겔을 결정화시켜 제올라이트 결정을 형성시키는 단계(단계 b);
단계 b에서 형성된 제올라이트 결정을 세척한 후, 이를 건조 및 하소시켜 제올라이트를 제조하는 단계(단계 c);
상기 단계 c에서 제조된 제올라이트를 이온교환시키는 단계(단계 d);를 포함하는 공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the zeolite of step 1
Mixing a template and distilled water, adding and mixing a silica precursor, an aluminum precursor, sodium hydroxide, and distilled water, followed by gelation (step a);
Crystallizing the gel of step a) to form a zeolite crystal (step b);
Washing the zeolite crystals formed in step b, followed by drying and calcining to prepare a zeolite (step c);
(Step d) of ion exchanging the zeolite prepared in step c). &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제6항에 있어서, 상기 단계 a에서 사용되는 증류수는 실리카 전구체를 기준으로 5 내지 20의 몰비로 포함되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매의 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein the distilled water used in step (a) is contained in a molar ratio of 5 to 20 based on the silica precursor.
제5항에 있어서, 상기 단계 2의 아연전구체 및 란탄전구체는 단계 1의 제올라이트에 대하여 아연 및 란탄의 함침량이 각각 0.5 내지 2.0 중량%의 비율을 나타내도록 동시에 함침되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매의 제조방법.
6. The zeolite catalyst according to claim 5, wherein the zinc precursor and the lanthanum precursor of step 2 are simultaneously impregnated so that the impregnation amounts of zinc and lanthanum in the zeolite of step 1 are respectively 0.5 to 2.0 wt% Way.
제1항의 제올라이트 촉매를 촉매물질로 이용하여 에탄올로부터 방향족화합물을 제조하는 방법.
A process for producing an aromatic compound from ethanol using the zeolite catalyst of claim 1 as a catalytic material.
제9항의 제조방법에 따라 제1항의 제올라이트 촉매를 촉매물질로 이용하여 에탄올로부터 제조된 방향족화합물.

An aromatic compound prepared from ethanol by using the zeolite catalyst of claim 1 as a catalytic material according to the production method of claim 9.

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