KR20210061123A - Heterogeneous Catalyst Complex for Carbon dioxide Conversion - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a catalyst complex for carbon dioxide conversion, wherein the carbon dioxide conversion is a reaction between carbon dioxide and hydrocarbons containing one or more hydroxyl groups, and the catalyst complex includes at least one type of noble metal as an active metal in the catalyst complex, contains at least one selected from nickel (Ni), iron (Fe) and cobalt (Co), and includes a support.

Description

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

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

석탄 및 석유는 전체 에너지의 50% 이상을 차지하는 화석에너지로서 지난 수세기 동안 인류의 중요한 에너지원으로 사용되어져 왔으며, 인류는 이들 화석에너지를 사용하며 발생하는 이산화탄소를 별도의 후처리 공정 없이 배출하여 왔으나, 상기 이산화탄소는 온실가스로서 작용하므로 이산화탄소를 포집하여 다른 유용한 화합물로 전환하려는 노력이 있어 왔다. Coal and petroleum are fossil energy that accounts for more than 50% of the total energy, and have been used as an important energy source for mankind for centuries, and mankind has used these fossil energy and discharged carbon dioxide generated without a separate post-treatment process. Since the carbon dioxide acts as a greenhouse gas, efforts have been made to capture carbon dioxide and convert it into other useful compounds.

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

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

(반응식 1)(Scheme 1)

Figure pat00001
ΔG˚aq (kcal/mol) = 13.4
Figure pat00001
ΔG˚aq (kcal/mol) = 13.4

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

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

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

또한, 상기 반응 중 생산물로서 포름산과 동시에 얻어지는 젖산은 산업적으로 유용한 원료물질로서 식품산업분야에서 신맛이 나게 하는 산미제나 주류의 발효 초기에 가해서 부패균의 증식을 방지하는 데도 사용되고, 공업용으로는 염료의 발염제, 산성 매염제, 피혁의 탈회제, 합성수지의 원료 등으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 최근에는 바이오분야의 생체성 고분자재료의 원료로 사용되는 것으로 알려져 있다.In addition, lactic acid obtained at the same time as formic acid as a product during the above reaction is an industrially useful raw material.It is also used in the food industry to prevent the growth of spoilage bacteria by adding acidity to the food industry at the beginning of fermentation or liquor fermentation. , Acidic mordants, demineralizers for leather, raw materials for synthetic resins, etc., as well as recently known to be used as a raw material for biopolymer materials in the bio field.

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

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

(반응식 2)(Scheme 2)

Figure pat00002
ΔG˚aq (kcal/mol) = -9.21
Figure pat00002
ΔG˚ aq (kcal/mol) = -9.21

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

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

따라서, 불균일 촉매 복합체를 이산화탄소 전환반응용 촉매로 사용하는 것은 공정의 효율성을 향상시키며, 재활용이 가능하여 친환경적인 기술로서, 이의 연구적 가치가 크며, 이를 위한 안정적이고도 높은 활성으로 이산화탄소를 전환할 수 있는 불균일계 촉매의 개발이 요구되고 있다.Therefore, using a heterogeneous catalyst complex as a catalyst for carbon dioxide conversion improves the efficiency of the process and is an eco-friendly technology that can be recycled, and its research value is great, and it is possible to convert carbon dioxide with a stable and high activity for this purpose. There is a need to develop a heterogeneous catalyst.

한국공개특허 제10-2014-0033491호 (2014.03.18.공개일)Korean Patent Publication No. 10-2014-0033491 (2014.03.18.Publication date)

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

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

본 발명은 이산화탄소 및 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소를 반응시켜 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하기 위한 촉매로서 활성금속으로 두 종류 이상의 금속이 지지체에 담지된 촉매 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a catalyst complex in which two or more kinds of metals are supported on a support as an active metal as a catalyst for converting carbon dioxide into a useful compound by reacting one or more of carbon dioxide and an inorganic carbonate with a hydrocarbon containing one or more hydroxy groups. It aims to do.

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

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 귀금속은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 금(Au) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 귀금속을 제외한 전이금속으로서 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 바륨(Ba), 하프뮴(Hf) 및 세륨(Ce) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the noble metal may be one or more selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), and gold (Au), As transition metals excluding precious metals, zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr) , Copper (Cu), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), indium (In), barium (Ba), hafmium (Hf), and may be at least one selected from cerium (Ce).

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

상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 글루코스; 만토우스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 칼락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올 또는 이의 이성질체; 1,4-펜탄디올 또는 이의 이성질체; 1,2-프로판디올 또는 이의 이성질체; 부탄올; 펜탄올; 프로판올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 글리세롤 및/또는 글루코스이다.The hydrocarbon containing at least one hydroxy group is glucose; Mantous; Galactose; Xylose; Sorbitol; Mannitol; Calactitol; Xylitol; Glycerol; 1,4-butanediol or an isomer thereof; 1,4-pentanediol or isomer thereof; 1,2-propanediol or isomers thereof; Butanol; Pentanol; It may be one selected from propanol or a mixture thereof, preferably glycerol and/or glucose.

또한 본 발명은 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소의 반응으로부터 포름산을 생산하는 포름산의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing formic acid for producing formic acid from the reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate and a hydrocarbon containing at least one hydroxy group.

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

또한, 본 발명의 포름산 제조방법은 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소와 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속, 금속염, 암모늄 염 중 선택된 하나 이상을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계가 더 포함될 수 있다.In addition, the method for preparing formic acid of the present invention may further include generating an inorganic carbonate by reacting carbon dioxide with at least one selected from a metal, a metal salt, and an ammonium salt before the reaction of a hydrocarbon containing at least one hydroxy group with an inorganic carbonate. have.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 백금(Pt) 전구체인 백금 화합물로서는 이로 제한되지는 않으나, 예를 들면 PtCl4, H2PtCl4, H2PtCl6, K2PtCl4, K2PtCl6, Pt(C5H7O2)2, Pt(acac)2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.The platinum (Pt) precursor platinum compound is not limited thereto, for example, PtCl 4 , H 2 PtCl 4 , H 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 4 , K 2 PtCl 6 , Pt(C 5 H 7 O 2 ) 2 , it may be one selected from the group consisting of Pt(acac) 2.

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

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

또한, 상기 촉매 복합체내 활성금속 성분으로서, 귀금속 이외의 금속으로는 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 바륨(Ba), 하프뮴(Hf) 및 세륨(Ce) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, as an active metal component in the catalyst composite, metals other than precious metals include zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), and aluminum (Al ), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), indium (In), barium (Ba), hafmium (Hf) and cerium (Ce) It is preferable to include one or more.

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

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

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

본 발명에 따른 촉매 복합체를 제조하기 위해 상기 활성금속의 담지는 함침, 공침, 고상담지, 기상증착, 워시코트, 졸-겔, in-situ 합성 등, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지의 방법을 사용하여 담지할 수 있다.In order to prepare the catalyst composite according to the present invention, a known method in the technical field to which the present invention pertains, such as impregnation, coprecipitation, solid support, vapor deposition, washcoat, sol-gel, in-situ synthesis, etc., is used to prepare the catalyst composite according to the present invention. Can be used to support.

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

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

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

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

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

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

상기 이산화탄소 전환반응에서 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 1가 알코올 또는 다가 알코올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 글루코스, 만토우스, 갈락토스, 자일로스, 소르비톨, 만니톨, 칼락티톨, 자일리톨, 글리세롤, 1,4-부탄디올 또는 이의 이성질체, 1,4-펜탄디올 또는 이의 이성질체, 1,2-프로판디올 또는 이의 이성질체, 부탄올, 펜탄올 및 프로판올 로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 이산화탄소와의 반응성 측면에서 바람직하며, 환경적인 관점과 원료 수급의 관점을 더 포함하여 글루코스, 자일로스, 글리세롤인 것이 더욱 바람직하다.In the carbon dioxide conversion reaction, the hydrocarbon containing at least one hydroxy group may be one selected from a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol, or a mixture thereof, and the hydrocarbon containing at least one hydroxy group is glucose, mannose, Galactose, xylose, sorbitol, mannitol, calactitol, xylitol, glycerol, 1,4-butanediol or isomer thereof, 1,4-pentanediol or isomer thereof, 1,2-propanediol or isomer thereof, butanol, pentanol and One selected from the group consisting of propanol, or a mixture thereof, is preferable from the viewpoint of reactivity with carbon dioxide, and more preferably glucose, xylose, and glycerol, including the viewpoint of the environmental viewpoint and the supply and demand of raw materials.

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

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

본 발명의 이산화탄소의 전환반응에서는, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소와 이산화탄소 혹은 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속 혹은 금속염을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the conversion reaction of carbon dioxide of the present invention, the step of reacting carbon dioxide and a metal or metal salt with carbon dioxide or a metal salt before the reaction of a hydrocarbon containing one or more hydroxy groups with carbon dioxide or inorganic carbonate to generate an inorganic carbonate may be further included.

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

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

Figure pat00003
(반응식 2)
Figure pat00003
(Scheme 2)

Figure pat00004
(반응식 3)
Figure pat00004
(Scheme 3)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

다음과 같이 Ru(3) 클러스터([Ru3O(OAc)6(H2O)3]OAc)가 Co-ZIF-12의 기공에 캡슐화된 Ru(3)/Co-ZIF-12를 in-situ방법에 의해서 제조하였다.Ru(3) clusters ([Ru 3 O(OAc) 6 (H 2 O) 3 ]OAc) encapsulated Ru(3)/Co-ZIF-12 in the pores of Co-ZIF-12 as follows. It was prepared by the situ method.

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

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

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

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

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

실험예Experimental example

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

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


NoNo
CatCat Temp (℃)Temp (℃) Glycerol (M)Glycerol (M) KK 22 COCO 33
(M)(M)
LALA
YieldYield
(%)(%)
FA FA
YieldYield
(%)(%)
실험예 1Experimental Example 1 Ru(1)Co/NC-900Ru(1)Co/NC-900 180180 44 1One 14.214.2 22.822.8 실험예 2Experimental Example 2 Ru(3)Co/NC-900Ru(3)Co/NC-900 180180 44 1One 16.216.2 25.125.1 실험예 3Experimental Example 3 Ru(1)/NC-800Ru(1)/NC-800 180180 44 1One 14.314.3 13.313.3 실험예 4Experimental Example 4 Ru(3)/NC-800Ru(3)/NC-800 180180 44 1One 16.516.5 11.011.0

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

실험예1과 실험예2는 동일한 금속에서 활성금속의 전구체를 달리한 것이다. 전구체의 차이에 의하여 활성은 약간의 차이는 있으나 대체적으로 유사한 정도의 활성을 나타내고 있다. In Experimental Example 1 and Experimental Example 2, the precursor of the active metal was different from the same metal. The activity is slightly different due to the difference between the precursors, but generally shows a similar degree of activity.

상기 실험예 3과 실험예 4는 각각 실험예 1, 실험예 2와 동일한 활성금속의 전구체를 사용하되, Co를 포함하지 않은 단일 Ru 금속을 사용한 결과이다. Ru에 Co가 더 들어간 경우 젖산의 결과를 대비하여 보면, 유사한 결과를 보이고 있으나, 포름산 수율은 13.3% 에서 22.8%로, 11.0%에서 25.1%로 증가함을 볼 수 있다. In Experimental Example 3 and Experimental Example 4, the same active metal precursors as those in Experimental Examples 1 and 2 were used, but a single Ru metal not containing Co was used. When Co was added to Ru, compared with the results of lactic acid, similar results were shown, but the formic acid yield increased from 13.3% to 22.8% and from 11.0% to 25.1%.

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

220℃의 실험결과를 대비하면, Ru과 Co 복합금속을 활성금속으로 사용시 젖산과 포름산의 수율이 모두 증가하긴 하나, 특히 FA의 수율이 크게 증가함을 볼 수 있다.Comparing the experimental results at 220°C, it can be seen that the yield of lactic acid and formic acid both increased when Ru and Co composite metal was used as the active metal, but in particular, the yield of FA increased significantly.

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

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

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

Claims (12)

이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체에 있어서,
상기 이산화탄소 전환반응은 이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소의 반응이며,
상기 촉매 복합체내 활성금속으로 귀금속 중에서 1종 이상과, 상기 귀금속을 제외한 전이금속에 선택되는 1종 이상이 지지체에 담지된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
In the catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction,
The carbon dioxide conversion reaction is a reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate and a hydrocarbon containing at least one hydroxy group,
A catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that at least one of noble metals and at least one selected from transition metals excluding the noble metals are supported on a support as the active metal in the catalyst complex.
제1항에 있어서,
상기 귀금속은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 금(Au) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
The noble metal is at least one selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), and gold (Au).
제1항에 있어서,
상기 촉매 복합체내 귀금속을 제외한 전이금속으로서 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 바륨(Ba), 하프뮴(Hf) 및 세륨(Ce) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
As transition metals excluding precious metals in the catalyst composite, zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), Characterized in that it contains at least one selected from chromium (Cr), copper (Cu), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), indium (In), barium (Ba), hafmium (Hf) and cerium (Ce) A catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 탄소상 물질; 분자체; 세라믹 물질; 금속산화물 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
The support is a carbonaceous material; Molecular sieve; Ceramic material; A catalyst composite for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that at least one selected from metal oxides.
제1항에 있어서,
상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 1가 알코올 또는 다가 알코올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
The hydrocarbon comprising at least one hydroxy group is one selected from monohydric alcohols or polyhydric alcohols, or a mixture thereof.
제5항에 있어서,
상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 글루코스; 만토우스; 갈락토스; 자일로스; 소르비톨; 만니톨; 칼락티톨; 자일리톨; 글리세롤; 1,4-부탄디올 또는 이의 이성질체; 1,4-펜탄디올 또는 이의 이성질체; 1,2-프로판디올 또는 이의 이성질체; 부탄올; 펜탄올; 프로판올 중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 5,
The hydrocarbon containing at least one hydroxy group is glucose; Mantous; Galactose; Xylose; Sorbitol; Mannitol; Calactitol; Xylitol; Glycerol; 1,4-butanediol or an isomer thereof; 1,4-pentanediol or isomer thereof; 1,2-propanediol or isomers thereof; Butanol; Pentanol; A catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that one selected from propanol or a mixture thereof.
제6항에 있어서,
상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소는 글리세롤 및/또는 글루코스인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체.
The method of claim 6,
The catalyst complex for carbon dioxide conversion reaction, characterized in that the hydrocarbon containing at least one hydroxy group is glycerol and/or glucose.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서,
이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소의 반응으로부터 포름산을 생산하는 포름산의 제조 방법.
In the presence of the catalyst composite for carbon dioxide conversion according to any one of claims 1 to 7,
A method for producing formic acid for producing formic acid from the reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate and a hydrocarbon containing at least one hydroxy group.
제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 전환반응의 온도는 180 내지 240 ℃인 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
The method of claim 8,
The method for producing formic acid, characterized in that the temperature of the carbon dioxide conversion reaction is 180 to 240 ℃.
제9항에 있어서,
상기 무기탄산염은 NaHCO3 인 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
The method of claim 9,
The inorganic carbonate is NaHCO 3 Method for producing formic acid, characterized in that.
제8항에 있어서,
하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소와 무기탄산염과의 반응 전에 이산화탄소와 금속, 금속염, 암모늄 염 중 선택된 하나 이상을 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 포름산의 제조 방법.
The method of claim 8,
A method for producing formic acid, further comprising: reacting carbon dioxide with at least one selected from among metals, metal salts, and ammonium salts before the reaction of hydrocarbons containing one or more hydroxy groups with inorganic carbonates to produce inorganic carbonates.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환반응용 촉매 복합체의 존재 하에서,
이산화탄소 및/또는 무기탄산염 중 하나 이상과, 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소의 반응에 의해 상기 하이드록시 그룹을 하나 이상 포함하는 탄화수소에서 하이드록시 그룹에서의 탈수소에 의해 생성되는 화합물을 제조하는 방법.
In the presence of the catalyst composite for carbon dioxide conversion according to any one of claims 1 to 7,
Method for producing a compound produced by dehydrogenation in a hydroxy group from a hydrocarbon containing at least one hydroxy group by reaction of at least one of carbon dioxide and/or inorganic carbonate with a hydrocarbon containing at least one hydroxy group .
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