KR20220076217A - Manufacturing method for phosphate-calcium catalyst composition for manufacturing phosphate-calcium catalyst and manufacturing method for acrylic acid - Google Patents

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KR20220076217A KR1020200165165A KR20200165165A KR20220076217A KR 20220076217 A KR20220076217 A KR 20220076217A KR 1020200165165 A KR1020200165165 A KR 1020200165165A KR 20200165165 A KR20200165165 A KR 20200165165A KR 20220076217 A KR20220076217 A KR 20220076217A
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Abstract

본 명세서는 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계; 상기 인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계; 및 상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계를 포함하는 인산칼슘 촉매의 제조방법, 인산칼슘 촉매 제조용 조성물 및 아크릴산의 제조방법The present specification comprises the steps of preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8; preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution; preparing a calcium phosphate cake by stirring the mixed solution; and calcining the calcium phosphate cake. A method for preparing a calcium phosphate catalyst, a composition for preparing a calcium phosphate catalyst, and a method for preparing acrylic acid

Description

인산칼슘 촉매의 제조방법, 인산칼슘 촉매 제조용 조성물 및 아크릴산의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR PHOSPHATE-CALCIUM CATALYST COMPOSITION FOR MANUFACTURING PHOSPHATE-CALCIUM CATALYST AND MANUFACTURING METHOD FOR ACRYLIC ACID}A method for producing a calcium phosphate catalyst, a composition for producing a calcium phosphate catalyst, and a method for producing acrylic acid

본 발명은 인산칼슘 촉매의 제조방법, 인산칼슘 촉매 제조용 조성물 및 아크릴산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a calcium phosphate catalyst, a composition for preparing a calcium phosphate catalyst, and a method for preparing acrylic acid.

고흡수성수지와 도료, 코팅제의 원료로 사용되는 아크릴산은 석유화학원료인 프로필렌의 2단계 산화반응으로 합성되고 있다. 최근 산업바이오기술의 개발에 의해 바이오매스 원료로부터 발효에 의해 젖산이 대량생산이 가능하게 되어, 합성된 젖산(에스테르)을 1단계 탈수반응하여 아크릴산(에스테르)을 제조할 수 있게 되었다.Acrylic acid, which is used as a raw material for superabsorbent polymers, paints, and coatings, is synthesized through a two-step oxidation reaction of propylene, a petrochemical raw material. With the recent development of industrial biotechnology, lactic acid can be mass-produced by fermentation from biomass raw materials, and acrylic acid (ester) can be produced by dehydrating the synthesized lactic acid (ester) in one step.

젖산의 탈수반응 촉매로 다양한 산촉매와 염기촉매가 사용가능하지만, 반응물인 젖산과 생성물인 아크릴산의 특성상 탈수반응보다 탈탄산반응과 산화 및 수소화분해 반응 등의 부반응이 일어나기 쉽기 때문에 고활성, 고선택성 및 고안정성을 가진 촉매와 공정이 요구된다.Various acid catalysts and base catalysts can be used as catalysts for the dehydration reaction of lactic acid. However, due to the nature of the reactant lactic acid and the product acrylic acid, side reactions such as decarboxylation and oxidation and hydrocracking reactions are more likely to occur than dehydration reactions. Catalysts and processes with high stability are required.

현재 고활성을 가진 촉매로는 하이드록시아파타이트(HAPP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상을 가진 촉매가 알려져 있으나, 각 상을 가진 케익을 제조 후 별도로 혼합하는 공정이 필요하므로 공정상 이점이 적다.Currently, catalysts having a mixed phase of hydroxyapatite (HAPP) and calcium pyrophosphate (CaPP) are known as catalysts with high activity. little.

KR 10-2012-0025888 AKR 10-2012-0025888 A

본 발명은 인산칼슘 촉매의 제조방법 및 아크릴산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a calcium phosphate catalyst and a method for preparing acrylic acid.

본 발명의 일 실시상태는 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계;An exemplary embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8;

상기 인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution;

상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계; 및preparing a calcium phosphate cake by stirring the mixed solution; and

상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계를 포함하는 인산칼슘 촉매의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the step of calcining the calcium phosphate cake.

또한, 본 발명의 일 실시상태는 상기 인산칼슘 촉매를 이용하여 젖산 에스테르를 탈수 반응시키는 단계를 포함하는 아크릴산의 제조방법을 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present invention provides a method for producing acrylic acid comprising the step of dehydrating a lactic acid ester using the calcium phosphate catalyst.

본 발명의 일 실시상태에 따른 촉매의 제조방법에 의하면, 하이드록시아파타이트(HAPP) 및 피로인산칼슘(CaPP) 각각의 상(phase)을 포함하는 촉매 제조 후 혼합하는 혼합 공정이 필요 없이 한번의 공정으로 두가지 상 모두를 포함하는 촉매 제조가 가능하다.According to the method for preparing a catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention, there is no need for a mixing process of mixing after preparing a catalyst including each phase of hydroxyapatite (HAPP) and calcium pyrophosphate (CaPP) in one step It is possible to prepare a catalyst including both phases.

상기 제조된 촉매는 아크릴산 제조에 사용 시 높은 수율을 나타내는 효과를 갖는다.The prepared catalyst has the effect of exhibiting a high yield when used in the production of acrylic acid.

도 1은 실시예 및 비교예에서 제조된 인산칼슘 촉매의 XRD 분석 자료이다.1 is an XRD analysis data of the calcium phosphate catalyst prepared in Examples and Comparative Examples.

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

인산칼슘 촉매가 하이드록시아파타이트(HAPP) 또는 피로인산칼슘(CaPP)의 단일상을 갖는 경우, 탈수 반응에서 수율이 떨어지고 수명이 짧아 공정성이 떨어지는 문제가 있었다. 반면에, 하이드록시아파타이트(HAPP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상을 갖는 촉매는 탈수 반응의 수율이 개선되며, 수명이 길어 공정성이 개선되는 장점을 갖는다.When the calcium phosphate catalyst has a single phase of hydroxyapatite (HAPP) or calcium pyrophosphate (CaPP), there is a problem in that the yield decreases in the dehydration reaction and the processability is deteriorated due to the short lifespan. On the other hand, a catalyst having a mixed phase of hydroxyapatite (HAPP) and calcium pyrophosphate (CaPP) has advantages in that the yield of the dehydration reaction is improved and processability is improved due to a long lifespan.

그러나, 하이드록시아파타이트(HAPP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상을 갖는 촉매는 각각의 상을 포함하는 슬러리 또는 케익을 각각 따로 제조하여야 하므로, 다시 이들을 혼합하는 공정이 필수적으로 수행되어야 하는 공정상 한계가 있었다.However, since a catalyst having a mixed phase of hydroxyapatite (HAPP) and calcium pyrophosphate (CaPP) requires separately preparing a slurry or cake including each phase, a process of mixing them again is essential. There was an upper limit.

본 발명자들은 혼합 용액 제조 시 사용되는 인산염 용액의 pH를 9.55 내지 9.8로 조절할 때 서로 다른 상을 갖는 케익을 따로 제조할 필요가 없이, 한번의 공정(one pot)으로 혼합상을 가진 촉매의 제조가 가능한 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors found that when the pH of the phosphate solution used in preparing the mixed solution is adjusted to 9.55 to 9.8, there is no need to separately prepare a cake having different phases, and the preparation of a catalyst having a mixed phase in one pot is possible. Found possible and completed the present invention.

상기 혼합상의 존재 여부는 제조된 촉매의 XRD 분석을 이용하여 확인할 수 있다. 구체적으로, 2-theta 각도 25.9도 및 31.7도에서 하이드록시아파타이트(HAP) 상과 26.7도 및 30.5도에서 피로인산칼슘(CaPP)의 상이 동시에 나타날 때 혼합상이 존재하는 것으로 확인된다. 이때, XRD 분석은 Bruker 사의 D4 endeavor X-ray diffractometer를 사용할 수 있으며 CuKα 램프, 40kV 전압, 40mA 전류, 0.8 deg/min의 Scan speed, 0.015의 Scan step 조건 및 2-theta 범위 10도~60도 범위에서 측정할 수 있다.The presence or absence of the mixed phase can be confirmed using XRD analysis of the prepared catalyst. Specifically, it is confirmed that a mixed phase exists when a hydroxyapatite (HAP) phase and a calcium pyrophosphate (CaPP) phase at 26.7 and 30.5 degrees simultaneously appear at 2-theta angles of 25.9 degrees and 31.7 degrees. At this time, XRD analysis can use Bruker's D4 endeavor X-ray diffractometer, CuKα lamp, 40kV voltage, 40mA current, 0.8 deg/min scan speed, 0.015 scan step condition, and 2-theta range from 10 to 60 degrees can be measured in

상기 하이드록시아파타이트(HAP) 및 피로인산칼슘(CaPP)을 포함할 때, 하이드록시아파타이트(HAP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상을 갖는 것이라고 정의할 수 있다. 상기 혼합상은 하이드록시아파타이트(HAP) 및 피로인산칼슘(CaPP)이 단순히 혼합되어 있는 것을 의미한다.When the hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CaPP) are included, it may be defined as having a mixed phase of hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CaPP). The mixed phase means that hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CaPP) are simply mixed.

구체적으로, 본 발명의 일 실시상태는 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계;Specifically, one embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8;

상기 인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution;

상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계; 및preparing a calcium phosphate cake by stirring the mixed solution; and

상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계를 포함하는 인산칼슘 촉매의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the step of calcining the calcium phosphate cake.

본 발명의 일 실시상태에 따른 인산칼슘 촉매의 제조방법은 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계를 포함한다. 상기 인산염 용액은 미리 pH가 조절된 상용품을 구입하여 사용하거나, pH가 조절되지 않은 인산염 용액의 pH를 조절하여 준비할 수 있다.The method for preparing a calcium phosphate catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention includes preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8. The phosphate solution may be prepared by purchasing a commercial product whose pH has been adjusted in advance, or by adjusting the pH of a phosphate solution whose pH is not adjusted.

인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계에서, 인산염 용액과 칼슘염 용액을 혼합하여 인산염과 칼슘염이 침전되는 경우 용액이 산성화되고 피로인산칼슘(CaPP)의 단일상이 형성된다. 반면에, 산성화된 용액을 중화시켜 강염기로 조절하면 하이드록시아파타이트(HAP)의 단일상이 형성되므로, 인산염 용액의 pH를 상기 범위로 조절할 때 피로인산칼슘(CaPP)과 하이드록시아파타이트(HAP)의 복합상이 형성될 수 있다.In the step of preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution, when the phosphate solution and the calcium salt solution are mixed to precipitate the phosphate and calcium salt, the solution is acidified and a single phase of calcium pyrophosphate (CaPP) is formed . On the other hand, when the acidified solution is adjusted with a strong base, a single phase of hydroxyapatite (HAP) is formed, so when the pH of the phosphate solution is adjusted to the above range, A complex phase may be formed.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계는 상기 인산염 용액에 염기성 물질을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 인산염 용액의 pH가 9.55 내지 9.8로 조절할 수 있다. 상기 인산염 용액에 염기성 물질을 첨가하는 단계는 인산염 용액의 pH를 측정해가며 원하는 pH가 맞춰질 때까지 반복 수행할 수 있다. 이때, 상기 염기성 물질의 농도 또는 부피비를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 물질이 수산화나트륨(NaOH)인 경우 1M 수산화나트륨 용액을 상기 인산염 용액 부피 대비 1vol% 내지 6vol%, 또는 2vol% 내지 5vol%로 첨가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of preparing the phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8 may include adding a basic material to the phosphate solution. Through this, the pH of the phosphate solution can be adjusted to 9.55 to 9.8. The step of adding the basic material to the phosphate solution may be repeated while measuring the pH of the phosphate solution until a desired pH is reached. In this case, the concentration or volume ratio of the basic material may be adjusted. For example, when the basic material is sodium hydroxide (NaOH), 1M sodium hydroxide solution may be added in an amount of 1 vol% to 6 vol%, or 2 vol% to 5 vol% relative to the volume of the phosphate solution.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 인산염 용액의 pH가 9.55 내지 9.8, 9.6 내지 9.8 또는 9.6 내지 9.7일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the pH of the phosphate solution may be 9.55 to 9.8, 9.6 to 9.8, or 9.6 to 9.7.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 혼합 용액의 pH가 9.55 내지 9.8, 9.6 내지 9.8 또는 9.6 내지 9.7일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the pH of the mixed solution may be 9.55 to 9.8, 9.6 to 9.8, or 9.6 to 9.7.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 염기성 물질은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 및 수산화 칼슘(Ca(OH)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 그 중에서도, 수산화나트륨을 사용하는 것이 바람직하다. 염기성 물질로 수산화나트륨을 사용하여 인산칼슘 촉매를 제조하는 경우 촉매 활성이 개선되어, 젖산 탈수 반응 시 젖산의 전환율과 제조되는 아크릴산의 선택도가 향상되는 장점이 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the basic material may be at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ). Especially, it is preferable to use sodium hydroxide. When a calcium phosphate catalyst is prepared by using sodium hydroxide as a basic material, catalytic activity is improved, and there is an advantage in that the conversion rate of lactic acid and the selectivity of acrylic acid to be produced are improved during the lactic acid dehydration reaction.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 칼슘염 용액 또는 상기 혼합 용액에 제2 염기성 물질을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 염기성 물질은 인산염 용액에 첨가되는 염기성 물질과 동일 또는 상이할 수 있고, 상기 제2 염기성 물질의 종류는 상술한 염기성 물질과 같다.In one embodiment of the present invention, it may include adding a second basic material to the calcium salt solution or the mixed solution. The second basic material may be the same as or different from the basic material added to the phosphate solution, and the type of the second basic material is the same as the basic material described above.

상기 인산염 용액은 (NH4)2HPO4, Na2HPO4, NaH2PO4, K2HPO4, KH2PO4, Li3PO4, Na3PO4, K3PO4, 피로인산(H4P2O7), Li4P2O7, Na4P2O7 및 K4P2O7로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상 또는 이의 수화물의 인산염을 포함할 수 있다. 이때, 입수와 취급이 용이한 (NH4)2HPO4을 사용하는 것이 바람직하다.The phosphate solution is (NH 4 ) 2 HPO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Li 3 PO 4 , Na 3 PO 4 , K 3 PO 4 , pyrophosphoric acid ( H 4 P 2 O 7 ), Li 4 P 2 O 7 , Na 4 P 2 O 7 and K 4 P 2 O 7 may include at least one selected from the group consisting of, or a phosphate of a hydrate thereof. At this time, it is preferable to use (NH 4 ) 2 HPO 4 that is easy to obtain and handle.

상기 칼슘염 용액은 염화칼슘, 질산칼슘, 황산칼슘 및 초산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 칼슘염을 포함할 수 있다. 이때, 입수와 취급이 용이한 염화칼슘 또는 질산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다.The calcium salt solution may include one or more calcium salts selected from the group consisting of calcium chloride, calcium nitrate, calcium sulfate and calcium acetate. At this time, it is preferable to use calcium chloride or calcium nitrate, which is easy to obtain and handle.

상기 인산염 용액의 인산염 농도가 0.1M 이상 5.0M 이하, 바람직하게는 0.3M 이상 2.0M 이하, 더욱 바람직하게는 0.5M 이상 1.0M 이하일 수 있다. 상기 범위를 초과할 경우 인산염의 겔화가 일어나 교반 중에 입자가 굳어지는 문제가 있으며, 상기 범위에 미달할 경우 촉매 생산성이 낮은 문제가 있다. 상기 인산염 농도는 인산염 용액 내의 인산염과 용매를 모두 합한 총 부피(L) 대비 인산염의 몰수를 의미한다.The phosphate concentration of the phosphate solution may be 0.1M or more and 5.0M or less, preferably 0.3M or more and 2.0M or less, and more preferably 0.5M or more and 1.0M or less. If it exceeds the above range, there is a problem in that the particles are hardened during stirring due to gelation of the phosphate, and when it is less than the above range, there is a problem in that catalyst productivity is low. The phosphate concentration means the number of moles of phosphate relative to the total volume (L) of the phosphate and solvent in the phosphate solution.

상기 칼슘염 용액의 칼슘염 농도가 0.1M 이상 5.0M 이하, 바람직하게는 0.5M 이상 3M 이하, 더욱 바람직하게는 1.0M 이상 2.0M 이하일 수 있다. 상기 범위를 초과할 경우 칼슘염의 겔화가 일어나 교반 중에 입자가 굳어지는 문제가 있으며, 상기 범위에 미달할 경우 촉매 생산성이 낮은 문제가 있다. 상기 칼슘염 농도는 칼슘염 용액 내의 칼슘염과 용매를 모두 합한 총 부피(L) 대비 칼슘염의 몰수를 의미한다.The calcium salt concentration of the calcium salt solution may be 0.1M or more and 5.0M or less, preferably 0.5M or more and 3M or less, and more preferably 1.0M or more and 2.0M or less. When it exceeds the above range, there is a problem in that the particles are hardened during stirring due to gelation of the calcium salt, and when it is less than the above range, there is a problem in that catalyst productivity is low. The calcium salt concentration refers to the number of moles of calcium salt relative to the total volume (L) of the sum of all the calcium salts and the solvent in the calcium salt solution.

상기 인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계는 상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 인산염 용액을 모액으로 하여 상기 칼슘염 용액을 점적하는 것이며, 종래와 같이 칼슘염 용액을 모액으로 하여 인산염 용액을 점적하는 경우, Na2CaP2O7 수화물이 생성되어 피로인산칼슘(CaPP) 상이 잘 형성되지 않아 하이드록시아파타이트(HAP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상이 잘 형성되지 않는 문제가 있었다. 반면에, 본 발명의 일 실시상태에 따른 인산칼슘 촉매의 제조방법은 상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적함으로써, Na2CaP2O7 수화물이 생성되는 것을 방지하여 하이드록시아파타이트(HAP) 및 피로인산칼슘(CaPP)의 혼합상이 용이하게 형성될 수 있다.The step of preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution may include dripping the calcium salt solution into the phosphate solution. This is to drop the calcium salt solution using the phosphate solution as the mother liquid, and when the phosphate solution is dripped using the calcium salt solution as the mother liquid as in the prior art, Na 2 CaP 2 O 7 hydrate is generated and the calcium pyrophosphate (CaPP) phase is different. It was not well formed, so there was a problem in that the mixed phase of hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CaPP) was not well formed. On the other hand, in the method for preparing a calcium phosphate catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention, by dripping the calcium salt solution into the phosphate solution, Na 2 CaP 2 O 7 hydrate is prevented from being generated, so that hydroxyapatite (HAP) and A mixed phase of calcium pyrophosphate (CaPP) can be easily formed.

상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적하는 단계는 1분 이상 10시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 단계는 바람직하게 10분 이상 5시간 이하, 30분 이상 2시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 시간 범위에서 인산염 용액에 칼슘염 용액이 충분히 점적되어, 제조된 인산칼슘 촉매의 크기와 형태가 균일하게 나타날 수 있다.The step of dripping the calcium salt solution to the phosphate solution may be performed for a time period of 1 minute or more and 10 hours or less. The above step may be preferably performed for a period of 10 minutes or more and 5 hours or less, or 30 minutes or more and 2 hours or less. In the above time range, the calcium salt solution is sufficiently dripped into the phosphate solution, so that the size and shape of the prepared calcium phosphate catalyst can appear uniformly.

상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적하는 단계의 상기 칼슘염 용액의 점적 속도는 0.1mL/min 이상 10mL/min 이하, 또는 1mL/min 이상 10mL/min 이하일 수 있다. 상기 범위에 미달하면 반응이 느려 공정성이 저하되며, 상기 속도를 초과하면 반응이 급격히 일어나 침전물이 발생할 수 있으므로 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.In the step of adding the calcium salt solution to the phosphate solution, the dropping rate of the calcium salt solution may be 0.1 mL/min or more and 10 mL/min or less, or 1 mL/min or more and 10 mL/min or less. If it is less than the above range, the reaction is slow and fairness is deteriorated, and if the rate is exceeded, the reaction may occur rapidly and precipitates may occur, so it is preferable to adjust the reaction within the above range.

상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계는 상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 인산칼슘 슬러리를 여과, 세정 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다.The step of preparing the calcium phosphate cake by stirring the mixed solution includes preparing a calcium phosphate slurry by stirring the mixed solution; and filtering, washing and drying the calcium phosphate slurry.

상기 교반은 20℃ 내지 60℃의 온도에서 1시간 내지 48시간 동안 수행될 수 있다. 상기 온도 및 시간 범위에서 인산칼슘 슬러리가 손상되지 않고 교반이 충분히 수행될 수 있다.The stirring may be performed at a temperature of 20°C to 60°C for 1 hour to 48 hours. In the above temperature and time range, the calcium phosphate slurry can be sufficiently stirred without being damaged.

상기 교반은 별도의 교반기를 통해 수행될 수 있으며, 이때 교반 속도는 50rpm 내지 200rpm일 수 있다. 상기 교반 속도 범위에서 반응이 급격히 일어나는 것을 방지하고 충분한 공정성을 확보할 수 있다.The stirring may be performed through a separate stirrer, in which case the stirring speed may be 50 rpm to 200 rpm. In the stirring speed range, the reaction can be prevented from occurring rapidly and sufficient fairness can be ensured.

상기 건조는 80℃ 내지 150℃에서 수행될 수 있다. 상기 건조는 인산칼슘 슬러리 내의 수분을 증발시켜 소성 단계에서 수분에 의해 일어나는 부반응을 방지하기 위한 공정이며, 상기 온도 및 시간 범위에서 수분을 충분히 증발시킬 수 있다. 또한, 상기 건조는 5시간 내지 48시간 동안 수행될 수 있다.The drying may be performed at 80 °C to 150 °C. The drying is a process for evaporating moisture in the calcium phosphate slurry to prevent side reactions caused by moisture in the sintering step, and moisture can be sufficiently evaporated within the above temperature and time range. In addition, the drying may be performed for 5 to 48 hours.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계는 300℃ 내지 700℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 소성이 충분히 수행될 수 있도록, 상기 온도 조건은 400℃ 내지 650℃, 또는 450℃ 내지 600℃로 조절될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the calcining of the calcium phosphate cake may be performed at a temperature of 300°C to 700°C. The temperature condition may be adjusted to 400°C to 650°C, or 450°C to 600°C so that the firing can be sufficiently performed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계는 1 내지 24시간, 1 내지 12시간 또는 2 내지 6시간 동안 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the calcining of the calcium phosphate cake may be performed for 1 to 24 hours, 1 to 12 hours, or 2 to 6 hours.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 인산칼슘 케익을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the method may further include grinding the calcium phosphate cake.

상기 인산칼슘 케익을 분쇄하는 단계는 상기 인산칼슘 케익을 5㎛ 내지 100㎛의 평균 입도(D50)의 평균 입도를 갖는 분말로 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 평균 입도(D50)는 평균 입도 분포도에서 누적 백분율이 50%에 도달할 때의 입도를 의미한다. 평균 입도(D50)는 호리바(Horiba)사 Laser Particle size Analyer LA-950 장비를 사용할 수 있으며, 상기 인산칼슘 분말을 포함하는 용액을 물로 희석하여 분산액을 제조하고, Laser Particle size Analyer 에 투입하여 15~35℃의 온도 범위에서 측정할 수 있다.The grinding of the calcium phosphate cake may include grinding the calcium phosphate cake into a powder having an average particle size of 5 μm to 100 μm (D50). The average particle size D50 means a particle size when the cumulative percentage in the average particle size distribution reaches 50%. For the average particle size (D50), Horiba's Laser Particle Size Analyzer LA-950 equipment can be used, and a solution containing the calcium phosphate powder is diluted with water to prepare a dispersion, and 15~ It can measure in the temperature range of 35 degreeC.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 인산칼슘 케익 또는 인산칼슘 분말을 인산칼슘 펠릿으로 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the method may further include molding the calcium phosphate cake or calcium phosphate powder into calcium phosphate pellets.

본 발명의 일 실시상태는 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액; 및 칼슘염 용액을 포함하는 인산칼슘 촉매 제조용 조성물을 제공한다. 상기 인산칼슘 촉매 제조용 조성물은 상술한 인산칼슘 촉매의 제조에 사용되는 조성물로, 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.An exemplary embodiment of the present invention is a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8; And it provides a composition for preparing a calcium phosphate catalyst comprising a calcium salt solution. The composition for preparing the calcium phosphate catalyst is a composition used for the preparation of the above-described calcium phosphate catalyst, and the above contents may be applied in the same manner.

본 발명의 일 실시상태는 상술한 방법으로 제조된 촉매를 이용하여 젖산 에스테르를 탈수 반응시키는 단계를 포함하는 아크릴산의 제조방법을 제공한다. 이 경우, 상기 촉매가 충진된 고정층 반응기 또는 회분식 반응기에서 진행할 수 있으며, 고정층 반응기를 사용할 경우 압출 성형한 촉매를 반응기에 충진하여 생성물을 연속적으로 제조할 수 있다.An exemplary embodiment of the present invention provides a method for producing acrylic acid comprising the step of dehydrating a lactic acid ester using the catalyst prepared by the above-described method. In this case, it may proceed in a fixed-bed reactor or a batch reactor in which the catalyst is filled, and when a fixed-bed reactor is used, the product may be continuously manufactured by filling the reactor with the extruded catalyst.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 탈수 반응은 반응온도 300℃ 내지 500℃, 상압 내지 5bar, 반응물인 젖산 에스테르의 공급속도(LHSV) 0.05 내지 1.0hr-1에서 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the dehydration reaction may be performed at a reaction temperature of 300° C. to 500° C., atmospheric pressure to 5 bar, and a feed rate (LHSV) of the reactant, lactic acid ester, of 0.05 to 1.0 hr -1 .

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 아래 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 수단이며 실시예에 기재된 사항으로 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are means for explaining the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the matters described in the examples.

<촉매의 제조><Production of catalyst>

1. 실시예 11. Example 1

인산염{(NH4)2HPO4} 14.5g을 150ml의 증류수에 녹인 후 NaOH 용액(1M 6cc: 증류수 대비 4vol%)을 첨가하여 pH를 9.6으로 조절하여 용액 A(인산염 몰농도: 0.73M)를 제조하였다.After dissolving 14.5 g of phosphate {(NH 4 ) 2 HPO 4 } in 150 ml of distilled water, NaOH solution (1M 6cc: 4 vol% compared to distilled water) was added to adjust the pH to 9.6 to obtain Solution A (phosphate molar concentration: 0.73M) prepared.

칼슘염{Ca(NO3)2} 4H2O 54g을 150ml의 증류수에 녹여 용액 B(칼슘염 몰농도: 1.52M)를 제조하고, 상기 용액 B를 상기 용액 A에 30분간 점적하고, 25℃에서 18시간 동안 교반하였다.Calcium salt {Ca(NO3) 2 } 4H 2 O 54 g was dissolved in 150 ml of distilled water to prepare solution B (calcium salt molar concentration: 1.52 M), and the solution B was added dropwise to the solution A for 30 minutes, and at 25° C. Stirred for 18 hours.

상기 용액 A와 용액 B가 혼합되면서 생긴 슬러리를 필터, 여과 및 세정하여 얻어진 케익(cake)을 120℃의 오븐(oven)에서 건조시켰다.A cake obtained by filtering, filtering, and washing the slurry formed by mixing the solution A and the solution B was dried in an oven at 120°C.

건조된 건조물을 600℃의 소성로에서 air 조건에서 4시간 동안 소성시킴으로써 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared by calcining the dried material in a calcination furnace at 600° C. under air conditions for 4 hours.

XRD 분석 결과 히드록시아파타이트(HAP)와 Calcium Acid Pyrophosphate (CAPP)의 복합 결정상이 나타났다.As a result of XRD analysis, a complex crystalline phase of hydroxyapatite (HAP) and calcium acid pyrophosphate (CAPP) was revealed.

2. 비교예 12. Comparative Example 1

NaOH을 첨가하지 않아, pH를 8로 조절한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that NaOH was not added and the pH was adjusted to 8.

XRD 분석 결과 피로인산칼슘 (CAPP)의 단일 결정상이 나타났다.XRD analysis revealed a single crystalline phase of calcium pyrophosphate (CAPP).

3. 비교예 23. Comparative Example 2

실시예 1보다 더 많은 양의 NaOH 용액(1M 10cc: 증류수 대비 6.7vol%)을 첨가하여 pH를 9.9로 조절한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH was adjusted to 9.9 by adding a larger amount of NaOH solution (1M 10cc: 6.7 vol% compared to distilled water) than in Example 1.

XRD 분석 결과 히드록시아파타이트(HAP)의 단일 결정상이 나타났다.XRD analysis revealed a single crystalline phase of hydroxyapatite (HAP).

<XRD 분석 방법><XRD analysis method>

각 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매를 Bruker사의 D4 Endeavor X-ray diffractometer를 이용하여 CuKα 램프, 전압 40kV, 전류 40mA, Scan speed 0.8 deg/min 및 Scan step 0.015로 설정하고 2-theta 각도 10~60도의 조건에서 측정하였다.The catalysts prepared in each Example and Comparative Example were set to CuKα lamp, voltage 40kV, current 40mA, scan speed 0.8 deg/min, and scan step 0.015 using a D4 Endeavor X-ray diffractometer from Bruker, and 2-theta angle 10~ It was measured under the condition of 60 degrees.

HAP 상은 25.9도 및 31.7도에서 관찰되는 피크로부터 확인할 수 있으며, γ-CAPP 상은 26.7도 및 30.5도에서 관찰되는 피크로부터 확인할 수 있다.The HAP phase can be confirmed from the peaks observed at 25.9 degrees and 31.7 degrees, and the γ-CAPP phase can be confirmed from the peaks observed at 26.7 degrees and 30.5 degrees.

실시예 1의 촉매는 HAP와 γ-CAPP의 복합상이 나타났으며, 비교예 2의 촉매는 γ-CAPP 단일상, 비교예 3의 촉매는 HAP의 단일상이 각각 확인되었다(도 1).The catalyst of Example 1 showed a complex phase of HAP and γ-CAPP, the catalyst of Comparative Example 2 had a single phase of γ-CAPP, and the catalyst of Comparative Example 3 had a single phase of HAP ( FIG. 1 ).

<젖산의 탈수 반응><Dehydration reaction of lactic acid>

고정층 반응기에 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 촉매 6ml(3.9g)를 충진하고, 반응온도 370℃, 상압에서 젖산 메틸에스테르를 20wt%로 포함하는 수용액을 WHSV 0.45 h-1로 공급하여 탈수반응을 시작하였다.6ml (3.9g) of the catalyst prepared in Examples and Comparative Examples was charged in a fixed bed reactor, and an aqueous solution containing 20wt% of lactic acid methyl ester at a reaction temperature of 370°C and atmospheric pressure was supplied as WHSV 0.45 h -1 for dehydration reaction. started

반응 초기 4시간 동안은 반응 안정화 시간으로 반응물을 받아 제거한 뒤, 8~16시간 동안 얻어진 액상 생성물을 4℃의 냉각 포집기를 이용하여 액상 시료로 회수한 후 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography: HPLC)를 이용하여 정량 분석하였다.During the initial 4 hours of the reaction, the reactants were received and removed as a reaction stabilization time, and the liquid product obtained for 8 to 16 hours was recovered as a liquid sample using a cooling collector at 4° C., and then liquid chromatography (High Performance Liquid Chromatography: HPLC) was used for quantitative analysis.

분석 결과 반응 생성물로는 아크릴산, 아크릴산 메틸에스테르, 아세트알데히드, 아세틸 프로피오닐이 주로 생성되었으며, 그 외에 아세톨과 메톡시 메틸프로피오네이트 등이 미량 생성(기타)되었다. 반응 결과는 하기 식을 이용하여 계산하였으며, 하기 표 1과 같다.As a result of the analysis, acrylic acid, acrylic acid methyl ester, acetaldehyde, and acetyl propionyl were mainly produced as reaction products, and in addition, trace amounts of acetol and methoxymethyl propionate were produced (others). The reaction results were calculated using the following formula, and are shown in Table 1 below.

[식 1][Equation 1]

젖산의 전환율(conversion, %) = 100 Х(반응 전 젖산 몰수 - 반응 후 젖산 몰수)/(반응 전 젖산 몰수)Conversion of lactic acid (%) = 100 Х (moles of lactic acid before reaction - moles of lactic acid after reaction)/(moles of lactic acid before reaction)

[식 2][Equation 2]

아크릴산 선택도(selectivity, %) = 100 Х (생성된 아크릴산 몰수)/(반응한 젖산 몰수)Acrylic acid selectivity (%) = 100 Х (moles of acrylic acid produced)/(moles of reacted lactic acid)

[식 3][Equation 3]

아세트 알데히드 선택도(selectivity, %) = 100 Х (생성된 아세트 알데히드 몰수)/(반응한 젖산 몰수)Acetaldehyde selectivity (%) = 100 Х (moles of acetaldehyde produced)/(moles of reacted lactic acid)

[식 4][Equation 4]

아세틸 프로피오닐 선택도(selectivity, %) = 100 Х (생성된 아세틸 프로피오닐 몰수)/(반응한 젖산 몰수)Acetyl propionyl selectivity (%) = 100 Х (number of moles of acetyl propionyl produced)/(number of moles of reacted lactic acid)

인산염 용액의 pHpH of phosphate solution 젖산의 전환율 (%)Conversion rate of lactic acid (%) 아크릴산 선택도 (%)Acrylic acid selectivity (%) 아세트 알데히드 선택도 (%)Acetaldehyde Selectivity (%) 아세틸 프로피오닐 선택도 (%)Acetyl propionyl selectivity (%) 기타 (%)Etc (%) 실시예 1Example 1 9.69.6 100100 5252 9.89.8 00 3939 비교예 1Comparative Example 1 88 8383 30.430.4 30.630.6 00 21.921.9 비교예 2Comparative Example 2 9.99.9 100100 39.139.1 14.114.1 00 46.846.8

상기 결과로부터, 인산염 용액의 pH를 9.55 내지 9.8로 조절한 경우 히드록시아파타이트(HAP)와 피로인산칼슘(CAPP)의 복합 결정상을 갖는 촉매가 제조되었으며, 아크릴산을 높은 선택도로 수득할 수 있는 것을 확인하였다.From the above results, when the pH of the phosphate solution was adjusted to 9.55 to 9.8, a catalyst having a complex crystal phase of hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CAPP) was prepared, and it was confirmed that acrylic acid can be obtained with high selectivity. did.

반면에, 인산염 용액의 pH가 9.55에 미달하거나 9.8을 초과하는 경우 히드록시아파타이트(HAP)와 피로인산칼슘(CAP)의 단일상을 갖는 촉매가 제조되었으며, 아크릴산의 선택도가 낮은 것을 확인하였다.On the other hand, when the pH of the phosphate solution was less than 9.55 or exceeded 9.8, a catalyst having a single phase of hydroxyapatite (HAP) and calcium pyrophosphate (CAP) was prepared, and it was confirmed that the selectivity of acrylic acid was low.

Claims (16)

pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계;
상기 인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계; 및
상기 인산칼슘 케익을 소성하는 단계를 포함하는 인산칼슘 촉매의 제조방법.
preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8;
preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution;
preparing a calcium phosphate cake by stirring the mixed solution; and
Method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the step of calcining the calcium phosphate cake.
청구항 1에 있어서,
상기 pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액을 준비하는 단계는
상기 인산염 용액에 염기성 물질을 첨가하는 단계를 포함하는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8
A method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the step of adding a basic material to the phosphate solution.
청구항 2에 있어서,
상기 염기성 물질은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 및 수산화 칼슘(Ca(OH)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
3. The method according to claim 2,
The basic material is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) Method for producing a calcium phosphate catalyst at least one selected from the group consisting of.
청구항 1에 있어서,
상기 인산염 용액은 (NH4)2HPO4, Na2HPO4, NaH2PO4, K2HPO4, KH2PO4, Li3PO4, Na3PO4, K3PO4, 피로인산(H4P2O7), Li4P2O7, Na4P2O7 및 K4P2O7로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상 또는 이의 수화물의 인산염을 포함하는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The phosphate solution is (NH 4 ) 2 HPO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Li 3 PO 4 , Na 3 PO 4 , K 3 PO 4 , pyrophosphoric acid ( H 4 P 2 O 7 ), Li 4 P 2 O 7 , Na 4 P 2 O 7 and K 4 P 2 O 7 Preparation of a calcium phosphate catalyst comprising a phosphate of at least one selected from the group consisting of or a hydrate thereof Way.
청구항 1에 있어서,
상기 칼슘염 용액은 염화칼슘, 질산칼슘, 황산칼슘 및 초산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 칼슘염을 포함하는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The calcium salt solution is a method for producing a calcium phosphate catalyst comprising at least one calcium salt selected from the group consisting of calcium chloride, calcium nitrate, calcium sulfate and calcium acetate.
청구항 1에 있어서,
상기 인산염 용액의 인산염 농도가 0.1M 이상 5M 이하인 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing a calcium phosphate catalyst wherein the phosphate concentration of the phosphate solution is 0.1M or more and 5M or less.
청구항 1에 있어서,
상기 칼슘염 용액의 칼슘염 농도가 1M 이상 5M 이하인 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing a calcium phosphate catalyst wherein the calcium salt concentration of the calcium salt solution is 1M or more and 5M or less.
청구항 1에 있어서,
인산염 용액 및 칼슘염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계는
상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적하는 단계를 포함하는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing a mixed solution by mixing the phosphate solution and the calcium salt solution
The method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the step of dripping the calcium salt solution to the phosphate solution.
청구항 8에 있어서,
상기 인산염 용액에 상기 칼슘염 용액을 점적하는 단계는 1분 이상 10시간 이하의 시간 동안 수행되는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The step of dripping the calcium salt solution to the phosphate solution is a method for producing a calcium phosphate catalyst is performed for a time period of 1 minute or more and 10 hours or less.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 케익을 제조하는 단계는
상기 혼합 용액을 교반하여 인산칼슘 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 인산칼슘 슬러리를 여과, 세정 및 건조하는 단계를 포함하는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing a calcium phosphate cake by stirring the mixed solution is
preparing a calcium phosphate slurry by stirring the mixed solution; and
A method for producing a calcium phosphate catalyst comprising the steps of filtering, washing and drying the calcium phosphate slurry.
청구항 10에 있어서,
상기 교반은 20℃ 내지 60℃의 온도에서 1시간 내지 48시간 동안 수행되는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The stirring is a method for producing a calcium phosphate catalyst that is carried out at a temperature of 20 ℃ to 60 ℃ for 1 hour to 48 hours.
청구항 10에 있어서,
상기 건조는 80℃ 내지 150℃에서 수행되는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The drying method for producing a calcium phosphate catalyst is carried out at 80 ℃ to 150 ℃.
청구항 1에 있어서,
상기 소성은 300℃ 내지 700℃의 온도 조건에서 수행되는 것인 인산칼슘 촉매의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing a calcium phosphate catalyst wherein the calcination is carried out at a temperature condition of 300 ℃ to 700 ℃.
pH가 9.55 내지 9.8인 인산염 용액; 및
칼슘염 용액을 포함하는 인산칼슘 촉매 제조용 조성물.
a phosphate solution having a pH of 9.55 to 9.8; and
A composition for preparing a calcium phosphate catalyst comprising a calcium salt solution.
청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 촉매를 이용하여 젖산 에스테르를 탈수 반응시키는 단계를 포함하는 아크릴산의 제조방법.A method for producing acrylic acid comprising the step of dehydrating a lactic acid ester using the catalyst prepared by the method according to any one of claims 1 to 13. 청구항 15에 있어서,
상기 탈수 반응은 반응온도 300℃ 내지 500℃, 상압 내지 5bar, 반응물인 젖산 에스테르의 공급속도(LHSV) 0.05 내지 1.0hr-1에서 수행되는 것을 특징으로 하는 아크릴산의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The dehydration reaction is a method for producing acrylic acid, characterized in that it is carried out at a reaction temperature of 300 ° C to 500 ° C, atmospheric pressure to 5 bar, and a feed rate (LHSV) of the reactant lactic acid ester (LHSV) of 0.05 to 1.0 hr -1 .
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