KR20230000940A - Preparation method for tetrahydrofuran, gammabutyrolactone and 1,4-butanediol - Google Patents

Preparation method for tetrahydrofuran, gammabutyrolactone and 1,4-butanediol Download PDF

Info

Publication number
KR20230000940A
KR20230000940A KR1020220034844A KR20220034844A KR20230000940A KR 20230000940 A KR20230000940 A KR 20230000940A KR 1020220034844 A KR1020220034844 A KR 1020220034844A KR 20220034844 A KR20220034844 A KR 20220034844A KR 20230000940 A KR20230000940 A KR 20230000940A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pha
copper
butanediol
catalyst
tetrahydrofuran
Prior art date
Application number
KR1020220034844A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102604948B1 (en
Inventor
서장우
전진우
김지은
유영수
이주영
Original Assignee
씨제이제일제당 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 씨제이제일제당 (주) filed Critical 씨제이제일제당 (주)
Priority to EP22828829.6A priority Critical patent/EP4361133A1/en
Priority to CN202280043867.8A priority patent/CN117580827A/en
Priority to PCT/KR2022/009050 priority patent/WO2022270982A1/en
Publication of KR20230000940A publication Critical patent/KR20230000940A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102604948B1 publication Critical patent/KR102604948B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/04Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/06Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/08Preparation of tetrahydrofuran
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/147Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof
    • C07C29/149Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/18Polyhydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/20Dihydroxylic alcohols
    • C07C31/2071,4-Butanediol; 1,3-Butanediol; 1,2-Butanediol; 2,3-Butanediol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/26Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member
    • C07D307/30Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/32Oxygen atoms

Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, or 1,4-butanediol. Specifically, according to one embodiment of the invention, polyhydroxyalkanoate (PHA) can be utilized to effectively control the yield of tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, or 1,4-butanediol without complicated additional processes, while being environmentally friendly due to excellent biodegradability and biocompatibility thereof.

Description

테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법{PREPARATION METHOD FOR TETRAHYDROFURAN, GAMMABUTYROLACTONE AND 1,4-BUTANEDIOL}Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol

본 발명은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용하여 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol using polyhydroxyalkanoate (PHA).

테트라하이드로퓨란은 유기 화학 분야에서 널리 사용되는 용매이며, 산업 규모에서도 천연 및 합성 수지의 제조에 널리 사용되어 수요가 높은 용매이다. 또한, 감마부티로락톤은 다양한 합성 방법에서 출발 물질로 널리 사용되는 용매이다. 예를 들어, N-메틸피롤리돈, 부틸산 및 이의 유도체 등과 같은 물질의 생산에 있어 중요한 역할을 하며, 아크릴레이트, 스테린 중합체, 폴리머, 합성수지 등의 제조에 있어서도 중요한 용매로 알려져 있다. Tetrahydrofuran is a widely used solvent in the field of organic chemistry and is widely used in the production of natural and synthetic resins on an industrial scale and is in high demand. In addition, gamma butyrolactone is a solvent widely used as a starting material in various synthesis methods. For example, it plays an important role in the production of materials such as N-methylpyrrolidone, butyric acid and its derivatives, and is known as an important solvent in the production of acrylates, sterine polymers, polymers, and synthetic resins.

종래에는 숙신산, 말레산 또는 이의 무수물을 이용하여 테트라하이드로퓨란 또는 감마부티로락톤을 제조하는 방법이 사용되었으나, 부반응을 제어하기 어려워 목적하는 물질의 수율이 낮은 문제가 있다. 또한, 부탄디올을 이용하여 테트라하이드로퓨란 또는 감마부티로락톤을 제조하는 방법이 사용되기도 하였으나, 부탄디올의 가격이 비교적 높으며 제조 공정이 복잡한 문제가 있다. 따라서, 목적하는 물질의 수율을 제어할 수 있고, 공정 효율도 우수한 제조 방법의 연구가 계속되고 있다. Conventionally, a method for producing tetrahydrofuran or gamma butyrolactone using succinic acid, maleic acid, or an anhydride thereof has been used, but it is difficult to control side reactions and the yield of the target material is low. In addition, a method of producing tetrahydrofuran or gamma butyrolactone using butanediol has been used, but the price of butanediol is relatively high and the manufacturing process is complicated. Therefore, research on a manufacturing method capable of controlling the yield of a desired material and having excellent process efficiency is ongoing.

한편, 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoates, PHA)는 수많은 미생물에 의해 생성되고, 세포내 저장 물질로 사용되는 여러 종류의 하이드록시 카르복실산으로 구성되는 생분해성 고분자이다. 폴리하이드록시알카노에이트는 기존의 석유로부터 유래된 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(polybutylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(polybutylene succinate, PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 테레프탈레이트(polybutylene succinate terephthalate, PBST), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(polybutylene succinate adipate, PBSA)등과 같은 합성 고분자와 유사한 물성을 가지면서, 완전한 생분해성을 보이며, 생체 적합성 또한 우수하다. Meanwhile, polyhydroxyalkanoates (PHA) are biodegradable polymers composed of various types of hydroxycarboxylic acids produced by numerous microorganisms and used as intracellular storage materials. Polyhydroxyalkanoates are polybutylene adipate terephthalate (PBAT) derived from conventional petroleum, polybutylene succinate (PBS), and polybutylene succinate (polybutylene succinate). It has physical properties similar to synthetic polymers such as terephthalate (PBST) and polybutylene succinate adipate (PBSA), and exhibits complete biodegradability and excellent biocompatibility.

한국 공개특허 제2001-0095500호Korean Patent Publication No. 2001-0095500

따라서, 본 발명은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용함으로써 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서, 복잡한 추가 공정 없이 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율을 효과적으로 제어할 수 있는 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법을 제공하고자 한다. Therefore, the present invention is environmentally friendly due to excellent biodegradability and biocompatibility by using polyhydroxyalkanoate (PHA), and effectively increases the yield of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, or 1,4-butanediol without complicated additional processes. It is intended to provide a method for producing controllable tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol.

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 비양자성 용매 하에서 구리계 촉매를 이용하여 수소화 반응시키는 단계를 포함한다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention comprises the steps of hydrogenating polyhydroxyalkanoate (PHA) using a copper-based catalyst in an aprotic solvent. includes

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응은 50℃ 내지 500℃의 온도 및 1 bar 내지 100 bar의 압력에서 수행될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the hydrogenation reaction may be performed at a temperature of 50 °C to 500 °C and a pressure of 1 bar to 100 bar.

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 구리계 촉매를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 수소화 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention includes mixing polyhydroxyalkanoate (PHA) and a copper-based catalyst in an aprotic solvent; and hydrogenating the mixture.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 단계 이전에, 반응기 내부의 산소를 제거하는 단계; 및 수소 가스를 주입하여 상기 반응기 내부 압력을 1 bar 내지 100 bar로 조절하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, prior to the hydrogenation reaction step, removing oxygen in the reactor; and adjusting the internal pressure of the reactor to 1 bar to 100 bar by injecting hydrogen gas.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) : 상기 구리계 촉매의 중량비가 1 : 0.01 내지 5일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the weight ratio of the polyhydroxyalkanoate (PHA) to the copper-based catalyst may be 1:0.01 to 5.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응이 200 rpm 내지 2,000 rpm의 교반 속도로 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the hydrogenation reaction may be performed for 1 hour to 10 hours at a stirring speed of 200 rpm to 2,000 rpm.

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 용해시키는 단계; 및 상기 용해된 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 구리계 촉매를 포함하는 촉매층에 통과시켜 수소화 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention includes dissolving polyhydroxyalkanoate (PHA) in an aprotic solvent; and passing the dissolved polyhydroxyalkanoate (PHA) through a catalyst layer containing a copper-based catalyst for a hydrogenation reaction.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 단계에서 수소 가스를 주입하고, 상기 수소 가스가 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 단량체 몰 수 대비 1 배 내지 500 배의 몰 수로 주입될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, hydrogen gas is injected in the hydrogenation reaction step, and the hydrogen gas is injected in a mole number of 1 to 500 times the number of moles of the polyhydroxyalkanoate (PHA) monomer can

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)에 대한 상기 구리계 촉매의 중량공간속도(WHSV, weight hourly space velocity)가 0.1 h-1 내지 10 h-1일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the weight hourly space velocity (WHSV) of the copper-based catalyst relative to the polyhydroxyalkanoate (PHA) may be 0.1 h -1 to 10 h -1 there is.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 구리계 촉매가 지지체에 담지된 촉매로서, 상기 지지체는 탄소, 제올라이트, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO 및 Cr2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the copper-based catalyst is supported on a support, and the support is composed of carbon, zeolite, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO and Cr 2 O 3 It may include one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 구리계 촉매는 구리 촉매 또는 구리-금속 복합 촉매로서, 상기 구리-금속 복합 촉매는 구리 이외에 Mn, Zn, Mg Co, Ni, Cr 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 구리-금속 복합체를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the copper-based catalyst is a copper catalyst or a copper-metal composite catalyst, wherein the copper-metal composite catalyst is selected from the group consisting of Mn, Zn, Mg Co, Ni, Cr and Fe in addition to copper. A copper-metal complex including one or more selected metals may be included.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 지지체는 Al2O3, SiO2, TiO2 또는 ZrO2일 수 있고, 상기 구리계 촉매는 Cu 촉매, Cu-Mn 촉매, Cu-Zn 촉매 또는 Cu-Mg 촉매일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the support may be Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 or ZrO 2 , and the copper-based catalyst may be a Cu catalyst, a Cu-Mn catalyst, a Cu-Zn catalyst, or a Cu-Zn catalyst. Mg catalyst.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 지지체에 담지된 구리계 촉매의 구리의 함량이 상기 지지체 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 85 중량%일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the copper content of the copper-based catalyst supported on the support may be 0.1% by weight to 85% by weight based on the total weight of the support.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 비양자성 용매가 아세톤, 디옥산, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 벤조니트릴, 아크릴로니트릴, 디메틸술폭시드, 디클로로메탄, 디메틸프로필렌우레아 및 헥사메틸인산트리아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the aprotic solvent is acetone, dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, aceto It may include at least one selected from the group consisting of nitrile, propionitrile, butyronitrile, benzonitrile, acrylonitrile, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dimethylpropylene urea, and hexamethylphosphate triamide.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the yield of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol may be greater than 65 mol%.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 이전에, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 전처리하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 전처리 단계가 용매 추출법을 이용하여 정제하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, prior to the hydrogenation reaction, further comprising pre-treating the polyhydroxyalkanoate (PHA), wherein the pre-treatment step includes purifying using a solvent extraction method can do.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 이후에, 반응 생성물을 증류 공정, 이온교환 공정, 용매추출 공정 및 흡착 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, after the hydrogenation reaction, the step of treating the reaction product with one or more processes selected from the group consisting of a distillation process, an ion exchange process, a solvent extraction process, and an adsorption process may be further included. can

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 내지 100 중량%로 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the polyhydroxyalkanoate (PHA) may include 0.1% to 100% by weight of 4-hydroxybutyrate (4-HB) repeating units.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 평균 입자 크기가 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the average particle size of the polyhydroxyalkanoate (PHA) may be 0.5 μm to 5 μm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 2.5 미만일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the polyhydroxyalkanoate (PHA) may have a polydispersity index (PDI) of less than 2.5.

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용한 수소화 반응을 통해 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올을 제조함으로써, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서, 복잡한 추가 공정 없이 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율을 효과적으로 제어할 수 있다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention is a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol through a hydrogenation reaction using polyhydroxyalkanoate (PHA). By producing 1,4-butanediol, it is environmentally friendly due to its excellent biodegradability and biocompatibility, and the yield of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, or 1,4-butanediol can be effectively controlled without complicated additional processes.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법의 개략적인 순서도(S100)를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법의 개략적인 순서도(S200)를 나타낸 것이다.
1 shows a schematic flow chart (S100) of a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention.
2 shows a schematic flow chart (S200) of a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the contents disclosed below, and can be modified in various forms unless the gist of the invention is changed.

본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components, not excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.It should be understood that all numbers and expressions representing amounts of constituents, reaction conditions, etc. described herein are modified by the term "about" in all cases unless otherwise specified.

본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.In this specification, when one component is described as being formed on or under another component, it means that one component is formed directly on or under another component, or indirectly through another component. include

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 비양자성 용매 하에서 구리계 촉매를 이용하여 수소화 반응시키는 단계를 포함한다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention comprises the steps of hydrogenating polyhydroxyalkanoate (PHA) using a copper-based catalyst in an aprotic solvent. includes

종래에 사용되던 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올을 제조하는 방법은 목적하는 물질의 수율을 선택적으로 제어하기 어려웠다. 구체적으로, 숙신산, 말레산 또는 이의 무수물을 이용하여 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올을 제조하는 경우, 테트라하이드로퓨란의 수율은 높일 수 있더라도, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율을 높이기 위해서는 복잡한 추가 공정을 수행해야하는 문제가 있었다. 구체적으로, 숙신산이나 말레산을 무수화물로 전환하는 공정이 추가로 필요하거나, 에스테르화 반응과 같은 공정이 추가로 필요하므로, 공정 시간 및 비용이 증가하여 공정 효율이 낮았다.Conventionally used methods for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, or 1,4-butanediol have been difficult to selectively control the yield of a desired material. Specifically, when tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, or 1,4-butanediol is produced using succinic acid, maleic acid, or anhydride thereof, although the yield of tetrahydrofuran can be increased, gamma butyrolactone or 1,4 -In order to increase the yield of butanediol, there was a problem in that a complicated additional process had to be performed. Specifically, since a process of converting succinic acid or maleic acid to an anhydride is additionally required or a process such as an esterification reaction is additionally required, process time and cost increase, resulting in low process efficiency.

예를 들어, 숙신산을 원료로 사용하는 경우, 발효액으로부터 숙신산 무수물을 얻기 위해서 바이오매스를 제거한 후, 염산 등을 적용하여 pH를 3까지 산성화하고, 고온 감압(180℃, 200mbar) 증류 공정을 추가로 수행하여 숙신산 무수물을 수득할 수 있다. 또한, 말레산을 원료로 사용하는 경우, 구체적으로 에탄올의 에스테르화 반응을 통해 생성된 다이에틸말레이트를 원료로 이용하는 경우, 에스테르화 반응시 생성되는 산과 부생성물이 촉매의 수명을 감소시킬 수 있으며, 수소화 반응 이후에 다시 에탄올이 생성될 수 있기 때문에 에탄올의 분리와 회수 공정이 추가로 필요하게 되는 문제도 있었다. For example, when succinic acid is used as a raw material, after biomass is removed to obtain succinic anhydride from the fermentation broth, hydrochloric acid is applied to acidify the pH to 3, and a high-temperature reduced pressure (180 ° C, 200 mbar) distillation process is additionally performed. Can be carried out to obtain succinic anhydride. In addition, when maleic acid is used as a raw material, specifically when diethyl maleate produced through esterification of ethanol is used as a raw material, acid and by-products generated during the esterification reaction may reduce the life of the catalyst. However, since ethanol can be produced again after the hydrogenation reaction, there is also a problem in that an ethanol separation and recovery process is additionally required.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용함으로써 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 및 1,4-부탄디올 중에서 목적하는 물질의 수율을 복잡한 추가 공정 없이 제어할 수 있어 공정을 간소화할 수 있으므로, 공정 효율이 우수하다. However, the method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention uses polyhydroxyalkanoate (PHA), which is excellent in biodegradability and biocompatibility, making it eco-friendly and , tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, and 1,4-butanediol, the yield of the desired material can be controlled without a complicated additional process, and the process can be simplified, so the process efficiency is excellent.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용하여 수행된다. First, the method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention is performed using polyhydroxyalkanoate (PHA).

상기 PHA는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스테르 고분자로서, 생분해성 소재이므로 퇴비화가 가능하고, 유독성 폐기물 발생도 없으면서 최종적으로 이산화탄소, 물 및 유기 폐기물로 분해될 수 있다.The PHA is a thermoplastic natural polyester polymer that accumulates in microbial cells, and since it is a biodegradable material, it can be composted and can be finally decomposed into carbon dioxide, water, and organic waste without generating toxic waste.

구체적으로, 상기 PHA는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스테르 고분자로서, 특정 박테리아가 영양성분(질소원, 인 등)이 불균형적으로 공급될 때, 탄소원과 에너지를 저장하기 위해 세포 내 PHA를 축적함으로써 형성된다. Specifically, the PHA is a thermoplastic natural polyester polymer that accumulates in microbial cells, and when certain bacteria are supplied with nutrients (nitrogen source, phosphorus, etc.) unbalanced, PHA is accumulated in the cell to store carbon sources and energy. formed by doing

또한, 상기 PHA는 기존의 석유로부터 유래된 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 테레프탈레이트(PBST), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(PBSA)등과 같은 합성 고분자와 유사한 물성을 가지면서, 완전한 생분해성을 보이며, 생체 적합성 또한 우수하다. In addition, the PHA is derived from conventional petroleum-derived polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate terephthalate (PBST), polybutylene succinate adipate ( It has properties similar to those of synthetic polymers such as PBSA), complete biodegradability, and excellent biocompatibility.

특히, 상기 PHA는 다른 친환경 플라스틱 소재인 PBS, PLA, PTT등과 달리, 150 종류 이상의 단량체로 합성이 가능하기 때문에, 단량체의 종류에 따라 수백 종의 PHA가 제조될 수 있고, 단량체의 종류에 따라 상이한 수백 종의 PHA는 각각 그 구조와 물성이 전혀 상이하다. In particular, since the PHA can be synthesized with more than 150 types of monomers, unlike other eco-friendly plastic materials such as PBS, PLA, and PTT, hundreds of types of PHA can be produced depending on the type of monomer, and different types of PHA can be produced depending on the type of monomer. Hundreds of PHAs have completely different structures and physical properties.

상기 PHA는 살아있는 세포 내에 있는 단일 단량체 반복단위로 이루어질 수 있고, 하나 이상의 단량체 반복단위를 중합함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA는 단일 폴리하이드록시알카노에이트(이하, HOMO PHA로 표기함)일 수 있고, 공중합 폴리하이드록시알카노에이트(이하, 공중합 PHA로 표기함), 즉 중합체 사슬에 상이한 반복단위들이 불규칙하게(randomly) 분포되어 있는 공중합체일 수 있다.The PHA may be composed of a single monomeric repeating unit in a living cell, and may be formed by polymerizing one or more monomeric repeating units. Specifically, the PHA may be a single polyhydroxyalkanoate (hereinafter referred to as HOMO PHA), or a copolymerized polyhydroxyalkanoate (hereinafter referred to as copolymerized PHA), that is, different repeating units in the polymer chain. may be a copolymer in which they are randomly distributed.

상기 PHA에 포함될 수 있는 반복단위의 예로는, 2-하이드록시부티레이트, 젖산, 글리콜산, 3-하이드록시부티레이트(이하, 3-HB로 표기함), 3-하이드록시프로피오네이트(이하, 3-HP로 표기함), 3-하이드록시발레레이트(이하, 3-HV로 표기함), 3-하이드록시헥사노에이트(이하, 3-HH로 표기함), 3-하이드록시헵타노에이트(이하, 3-HHep로 표기함), 3-하이드록시옥타노에이트(이하, 3-HO로 표기함), 3-하이드록시노나노에이트(이하, 3-HN으로 표기함), 3-하이드록시데카노에이트(이하, 3-HD로 표기함), 3-하이드록시도데카노에이트(이하, 3-HDd로 표기함), 4-하이드록시부티레이트(이하, 4-HB로 표기함), 4-하이드록시발레레이트(이하, 4-HV로 표기함), 5-하이드록시발레레이트(이하, 5-HV로 표기함) 및 6-하이드록시헥사노에이트(이하, 6-HH로 표기함)가 있을 수 있으며, 상기 PHA는 이들로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 함유할 수 있다. Examples of repeating units that may be included in the PHA include 2-hydroxybutyrate, lactic acid, glycolic acid, 3-hydroxybutyrate (hereinafter referred to as 3-HB), 3-hydroxypropionate (hereinafter referred to as 3 -HP), 3-hydroxyvalerate (hereinafter referred to as 3-HV), 3-hydroxyhexanoate (hereinafter referred to as 3-HH), 3-hydroxyheptanoate ( hereinafter referred to as 3-HHep), 3-hydroxyoctanoate (hereinafter referred to as 3-HO), 3-hydroxynonanoate (hereinafter referred to as 3-HN), 3-hydroxy Decanoate (hereinafter referred to as 3-HD), 3-hydroxydodecanoate (hereinafter referred to as 3-HDd), 4-hydroxybutyrate (hereinafter referred to as 4-HB), 4- Hydroxyvalerate (hereinafter referred to as 4-HV), 5-hydroxyvalerate (hereinafter referred to as 5-HV) and 6-hydroxyhexanoate (hereinafter referred to as 6-HH) are There may be, and the PHA may contain one or more repeating units selected from these.

구체적으로, 상기 PHA는 3-HB, 4-HB, 3-HP, 3-HH. 3-HV, 4-HV, 5-HV 및 6-HH로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함할 수 있다.Specifically, the PHA is 3-HB, 4-HB, 3-HP, 3-HH. It may include one or more repeating units selected from the group consisting of 3-HV, 4-HV, 5-HV and 6-HH.

더욱 구체적으로, 상기 PHA는 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 100 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA는 4-HB 반복단위를 0.2 내지 100 중량%, 0.5 내지 100 중량%, 1 내지 100 중량%, 5 중량% 내지 100 중량%, 10 중량% 내지 100 중량%, 20 중량% 내지 100 중량%, 30 중량% 내지 100 중량%, 40 중량% 내지 100 중량%, 50 중량% 내지 100 중량%, 60 중량% 내지 100 중량%, 70 중량% 내지 100 중량%, 80 중량% 내지 100 중량% 또는 90 중량% 내지 100 중량%로 포함할 수 있다. 즉, 상기 PHA는 4-HB 반복단위로만 구성된 HOMO PHA일 수 있으며, 4-HB 반복단위를 포함하는 공중합 PHA일 수 있다. More specifically, the PHA may include 0.1 wt% to 100 wt% of 4-HB repeating units. For example, the PHA includes 0.2 to 100% by weight, 0.5 to 100% by weight, 1 to 100% by weight, 5% to 100% by weight, 10% to 100% by weight, 20% by weight of the 4-HB repeating unit. to 100% by weight, 30% to 100% by weight, 40% to 100% by weight, 50% to 100% by weight, 60% to 100% by weight, 70% to 100% by weight, 80% to 100% by weight It may be included in wt% or 90 wt% to 100 wt%. That is, the PHA may be a HOMO PHA composed of only 4-HB repeating units, or may be a copolymerized PHA containing 4-HB repeating units.

예를 들어, 상기 PHA는 4-HB 반복단위를 포함하면서, 상기 4-HB와 상이한 1개의 반복단위를 추가로 포함하거나, 서로 상이한 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 반복단위를 추가로 포함하는 공중합 PHA일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA는 폴리 3-하이드록시부티레이트-co-4-하이드록시부티레이트(이하, 3HB-co-4HB로 표기함)일 수 있다.For example, while the PHA includes a 4-HB repeating unit, it further includes one repeating unit different from the 4-HB, or two, three, four, five, six or more different from each other. It may be a copolymerized PHA further comprising the above repeating units. For example, the PHA may be poly 3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate (hereinafter referred to as 3HB-co-4HB).

또한, 상기 PHA는 이성질체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 PHA는 구조 이성질체, 거울상 이성질체 또는 기하 이성질체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA는 구조 이성질체를 포함할 수 있다.In addition, the PHA may include isomers. For example, the PHA may include structural isomers, enantiomers or geometric isomers. Specifically, the PHA may include structural isomers.

상기 PHA는 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율 제어효과를 극대화할 수 있는 점에서 4-HB 반복단위로만 구성된 HOMO PHA가 바람직할 수 있다. The PHA may be preferably a HOMO PHA composed of only 4-HB repeating units in that it can maximize the yield control effect of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol.

또한, 상기 PHA는 결정성이 조절된 공중합 PHA일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA는 상기 4-HB 반복단위를 적어도 하나 이상 포함할 수 있고, 상기 4-HB 반복단위의 함량을 제어함으로써 상기 PHA의 결정성을 조절할 수 있다.In addition, the PHA may be a copolymerized PHA having controlled crystallinity. For example, the PHA may include at least one 4-HB repeating unit, and the crystallinity of the PHA may be controlled by controlling the content of the 4-HB repeating unit.

예를 들어, 상기 PHA는 3-하이드록시부티레이트(3-HB), 4-하이드록시부티레이트(4-HB), 3-하이드록시프로피오네이트(3-HP), 3-하이드록시헥사노에이트(3-HH), 3-하이드록시발레레이트(3-HV), 4-하이드록시발레레이트(4-HV), 5-하이드록시발레레이트(5-HV) 및 6-하이드록시헥사노에이트(6-HH)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함하는 공중합 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)일 수 있다. For example, the PHA is 3-hydroxybutyrate (3-HB), 4-hydroxybutyrate (4-HB), 3-hydroxypropionate (3-HP), 3-hydroxyhexanoate ( 3-HH), 3-hydroxyvalerate (3-HV), 4-hydroxyvalerate (4-HV), 5-hydroxyvalerate (5-HV) and 6-hydroxyhexanoate (6 -HH) may be a copolymerized polyhydroxyalkanoate (PHA) containing at least one repeating unit selected from the group consisting of.

구체적으로, 상기 공중합 PHA는 4-HB 반복단위를 포함하면서, 3-HB 반복단위, 3-HP 반복단위, 3-HH 반복단위, 3-HV 반복단위, 4-HV 반복단위, 5-HV 반복단위 및 6-HH 반복단위로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복 단위를 추가로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 공중합 PHA는 4-HB 반복단위 및 3-HB 반복단위를 포함할 수 있다. Specifically, the copolymerized PHAs include 4-HB repeating units, 3-HB repeating units, 3-HP repeating units, 3-HH repeating units, 3-HV repeating units, 4-HV repeating units, and 5-HV repeating units. unit and at least one repeating unit selected from the group consisting of 6-HH repeating units. More specifically, the copolymerized PHA may include 4-HB repeating units and 3-HB repeating units.

예를 들어, 상기 공중합 PHA는 상기 공중합 PHA 총 중량을 기준으로 3-HB 반복단위를 20 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상 또는 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상 또는 75 중량% 이상으로 포함할 수 있으며, 99 중량% 이하, 98 중량% 이하, 97 중량% 이하, 96 중량% 이하, 95 중량% 이하, 93 중량% 이하, 91 중량% 이하, 90 중량% 이하, 80 중량% 이하, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하 또는 55 중량% 이하로 포함할 수 있다. For example, the copolymerized PHA contains 20% by weight or more, 35% by weight or more, 40% by weight or more, or 50% by weight or more, 60% by weight or more, or 70% by weight of 3-HB repeating units based on the total weight of the copolymerized PHA. or 75 wt% or more, 99 wt% or less, 98 wt% or less, 97 wt% or less, 96 wt% or less, 95 wt% or less, 93 wt% or less, 91 wt% or less, 90 wt% Or less, 80% by weight or less, 70% by weight or less, 60% by weight or less, or 55% by weight or less may be included.

상기 결정성이 조절된 PHA는 분자구조상 비규칙성을 증가시킴으로써 결정성과 비정질성이 조절된 것일 수 있으며, 구체적으로는 단량체의 종류 또는 비율이나 이성질체의 종류 또는 함량을 조절한 것일 수 있다.The crystallinity-controlled PHA may have crystallinity and amorphousness controlled by increasing irregularity in molecular structure, and specifically, the type or ratio of monomers or the type or content of isomers may be controlled.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA는 결정성이 서로 다른 2종 이상의 PHA를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA는 결정성이 서로 다른 2종 이상의 PHA를 혼합하여 상기 특정 범위의 4-HB 반복단위의 함량을 갖도록 조절한 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the PHA may include two or more types of PHAs having different crystallinity. Specifically, the PHA may be adjusted to have a content of 4-HB repeating units within the specific range by mixing two or more types of PHAs having different crystallinity.

구체적으로, 상기 PHA는 반결정형 PHA인 제 1 PHA를 포함할 수 있다.Specifically, the PHA may include a first PHA that is a semi-crystalline PHA.

상기 제 1 PHA는 결정성이 조절된 반결정형 PHA(이하, scPHA로 표기함)로서, 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 PHA는 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 30 중량%, 0.5 중량% 내지 30 중량%, 1 중량% 내지 30 중량%, 3 중량% 내지 30 중량%, 1 중량% 내지 28 중량%, 1 중량% 내지 25 중량%, 1 중량% 내지 24 중량%, 1 중량% 내지 15 중량%, 2 중량% 내지 25 중량%, 3 중량% 내지 25 중량%, 3 중량% 내지 24 중량%, 5 중량% 내지 24 중량%, 7 중량% 내지 20 중량%, 10 중량% 내지 20 중량%, 15 중량% 내지 25 중량% 또는 15 중량% 내지 24 중량%로 포함할 수 있다.The first PHA is a semi-crystalline PHA having controlled crystallinity (hereinafter referred to as scPHA), and may include 0.1% to 30% by weight of 4-HB repeating units. For example, the first PHA contains 0.1% to 30% by weight, 0.5% to 30% by weight, 1% to 30% by weight, 3% to 30% by weight, or 1% by weight of the 4-HB repeating unit. to 28 wt%, 1 wt% to 25 wt%, 1 wt% to 24 wt%, 1 wt% to 15 wt%, 2 wt% to 25 wt%, 3 wt% to 25 wt%, 3 wt% to 24 wt% 5% to 24% by weight, 7% to 20% by weight, 10% to 20% by weight, 15% to 25% by weight or 15% to 24% by weight.

상기 제 1 PHA의 유리 전이 온도(Tg)는 -30℃ 내지 80℃, -30℃ 내지 10℃, -25℃ 내지 5℃, -25℃ 내지 0℃, -20℃ 내지 0℃ 또는 -15℃ 내지 0℃일 수 있다. 상기 제 1 PHA의 결정화 온도(Tc)는 70℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 120℃ 또는 75℃ 내지 115℃일 수 있으며, 용융 온도(Tm)는 105℃ 내지 165℃, 110℃ 내지 160℃, 115℃ 내지 155℃ 또는 120℃ 내지 150℃일 수 있다.The glass transition temperature (Tg) of the first PHA is -30 ° C to 80 ° C, -30 ° C to 10 ° C, -25 ° C to 5 ° C, -25 ° C to 0 ° C, -20 ° C to 0 ° C or -15 ° C to 0°C. The crystallization temperature (Tc) of the first PHA may be 70 ° C to 120 ° C, 75 ° C to 120 ° C or 75 ° C to 115 ° C, and the melting temperature (Tm) is 105 ° C to 165 ° C, 110 ° C to 160 ° C, It may be 115 °C to 155 °C or 120 °C to 150 °C.

상기 제 1 PHA의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,100,000 g/mol 100,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 600,000 g/mol 또는 200,000 g/mol 내지 400,000 g/mol일 수 있다. The weight average molecular weight of the first PHA is 10,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, 50,000 g / mol to 1,100,000 g / mol, 100,000 g / mol to 1,000,000 g / mol, 100,000 g / mol to 900,000 g / mol, 200,000 g /mol to 800,000 g/mol, 200,000 g/mol to 600,000 g/mol or 200,000 g/mol to 400,000 g/mol.

또한, 상기 PHA는 결정성이 조절된 비정형 PHA인 제 2 PHA를 포함할 수 있다. In addition, the PHA may include a second PHA that is an amorphous PHA having controlled crystallinity.

상기 제 2 PHA는 결정성이 조절된 비정형 PHA(이하, aPHA로 표기함)로서, 4-HB 반복단위를 15 중량% 내지 60 중량%, 15 중량% 내지 55 중량%, 20 중량% 내지 55 중량%, 25 중량% 내지 55 중량%, 30 중량% 내지 55 중량%, 35 중량% 내지 55 중량%, 20 중량% 내지 50 중량%, 25 중량% 내지 50 중량%, 30 중량% 내지 50 중량%, 35 중량% 내지 50 중량% 또는 20 중량% 내지 40 중량%로 포함할 수 있다. The second PHA is an amorphous PHA (hereinafter referred to as aPHA) having controlled crystallinity, and contains 15% to 60% by weight, 15% to 55% by weight, or 20% to 55% by weight of 4-HB repeating units. %, 25% to 55%, 30% to 55%, 35% to 55%, 20% to 50%, 25% to 50%, 30% to 50%, It may be included in 35% to 50% by weight or 20% to 40% by weight.

상기 제 2 PHA의 유리 전이 온도(Tg)는 -45℃ 내지 -10℃, -35℃ 내지 -15℃, -35℃ 내지 -20℃ 또는 -30℃ 내지 -20℃일 수 있다. The glass transition temperature (Tg) of the second PHA may be -45°C to -10°C, -35°C to -15°C, -35°C to -20°C, or -30°C to -20°C.

또한, 상기 제 2 PHA의 결정화 온도(Tc)는 측정되지 않거나, 60℃ 내지 120℃, 60℃ 내지 110℃, 70℃ 내지 120℃ 또는 75℃ 내지 115℃일 수 있다. 상기 제 2 PHA의 용융 온도(Tm)는 측정되지 않거나, 100℃ 내지 170℃, 100℃ 내지 160℃, 110℃ 내지 160℃ 또는 120℃ 내지 150℃일 수 있다.In addition, the crystallization temperature (Tc) of the second PHA may not be measured, or may be 60 ° C to 120 ° C, 60 ° C to 110 ° C, 70 ° C to 120 ° C, or 75 ° C to 115 ° C. The melting temperature (Tm) of the second PHA may not be measured, or may be 100 ° C to 170 ° C, 100 ° C to 160 ° C, 110 ° C to 160 ° C, or 120 ° C to 150 ° C.

상기 제 2 PHA의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol 또는 200,000 g/mol 내지 400,000 g/mol일 수 있다. The weight average molecular weight of the second PHA is 10,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, 10,000 g / mol to 1,000,000 g / mol, 50,000 g / mol to 1,000,000 g / mol, 200,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, 300,000 g/mol to 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol to 900,000 g/mol, 500,000 g/mol to 900,000 g/mol, 200,000 g/mol to 800,000 g/mol or 200,000 g/mol to 400,000 g/mol there is.

상기 제 1 PHA 및 상기 제 2 PHA는 4-HB 반복단위의 함량에 따라 구별될 수 있으며, 상기 유리 전이 온도(Tg), 상기 결정화 온도(Tc) 및 상기 용융 온도(Tm)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 PHA 및 상기 제 2 PHA는 4-HB 반복단위의 함량, 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tg), 용융 온도(Tm) 등에 따라 구별될 수 있다. The first PHA and the second PHA may be distinguished according to the content of the 4-HB repeating unit, selected from the group consisting of the glass transition temperature (Tg), the crystallization temperature (Tc), and the melting temperature (Tm). It may have at least one characteristic. Specifically, the first PHA and the second PHA may be distinguished according to the content of 4-HB repeating units, glass transition temperature (Tg), crystallization temperature (Tg), melting temperature (Tm), and the like.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA는 상기 제 1 PHA를 포함하거나, 상기 제 1 PHA 및 상기 제 2 PHA를 모두 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the PHA may include the first PHA or may include both the first PHA and the second PHA.

구체적으로, 상기 PHA가 반결정형 PHA인 제 1 PHA를 포함하거나, 반결정형 PHA인 제 1 PHA 및 비정형 PHA인 제 2 PHA를 모두 포함함으로써, 더욱 구체적으로 상기 제 1 PHA 및 상기 제 2 PHA의 함량을 조절함으로써, 목적하는 물질의 수율을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다. Specifically, the PHA includes the first PHA of semi-crystalline PHA or includes both the first PHA of semi-crystalline PHA and the second PHA of amorphous PHA, and more specifically, the content of the first PHA and the second PHA. By adjusting, it is possible to more effectively control the yield of the desired material.

또한, 상기 PHA의 유리 전이 온도(Tg)는 -45℃ 내지 80℃, -35℃ 내지 80℃, -30℃ 내지 80℃, -25℃ 내지 75℃, -20℃ 내지 70℃, -35℃ 내지 5℃, -25℃ 내지 5℃, -35℃ 내지 0℃, -25℃ 내지 0℃, -30℃ 내지 -10℃, -35℃ 내지 -15℃, -35℃ 내지 -20℃, -20℃ 내지 0℃, -15℃ 내지 0℃ 또는 -15℃ 내지 -5℃일 수 있다. In addition, the glass transition temperature (Tg) of the PHA is -45 ℃ to 80 ℃, -35 ℃ to 80 ℃, -30 ℃ to 80 ℃, -25 ℃ to 75 ℃, -20 ℃ to 70 ℃, -35 ℃ to 5°C, -25°C to 5°C, -35°C to 0°C, -25°C to 0°C, -30°C to -10°C, -35°C to -15°C, -35°C to -20°C, - 20°C to 0°C, -15°C to 0°C or -15°C to -5°C.

상기 PHA의 결정화 온도(Tc)는 측정되지 않거나, 60℃ 내지 120℃, 60℃ 내지 110℃, 70℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 115℃, 75℃ 내지 110℃ 또는 90℃ 내지 110℃일 수 있다. The crystallization temperature (Tc) of the PHA is not determined or is 60 ° C to 120 ° C, 60 ° C to 110 ° C, 70 ° C to 120 ° C, 75 ° C to 120 ° C, 75 ° C to 115 ° C, 75 ° C to 110 ° C or 90 ° C °C to 110 °C.

상기 PHA의 용융 온도(Tm)는 측정되지 않거나, 100℃ 내지 170℃, 105℃ 내지 170℃, 105℃ 내지 165℃, 110℃ 내지 160℃, 115℃ 내지 155℃, 110℃ 내지 150℃, 120℃ 내지 150℃ 또는 120℃ 내지 140℃일 수 있다. The melting temperature (Tm) of the PHA is not measured, 100 ° C to 170 ° C, 105 ° C to 170 ° C, 105 ° C to 165 ° C, 110 ° C to 160 ° C, 115 ° C to 155 ° C, 110 ° C to 150 ° C, 120 °C to 150 °C or 120 °C to 140 °C.

또한, 상기 PHA의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA의 중량평균분자량은 50,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 1,150,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 1,100,000 g/mol, 350,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 350,000 g/mol 내지 950,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 700,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 650,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 400,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 600,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 550,000 g/mol 내지 1,050,000 g/mol, 550,000 g/mol 내지 900,000 g/mol,600,000 g/mol 내지 900,000 g/mol 또는 500,000 g/mol 내지 900,000 g/mol일 수 있다. In addition, the weight average molecular weight of the PHA may be 10,000 g / mol to 1,200,000 g / mol. For example, the weight average molecular weight of the PHA is 50,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, 100,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, 50,000 g / mol to 1,000,000 g / mol, 100,000 g / mol to 1,000,000 g / mol , 200,000 g/mol to 1,200,000 g/mol, 250,000 g/mol to 1,150,000 g/mol, 300,000 g/mol to 1,100,000 g/mol, 350,000 g/mol to 1,000,000 g/mol, 350,000 g/mol to 950,000 g/mol , 100,000 g/mol to 900,000 g/mol, 200,000 g/mol to 800,000 g/mol, 200,000 g/mol to 700,000 g/mol, 250,000 g/mol to 650,000 g/mol, 200,000 g/mol to 400,000 g/mol , 300,000 g/mol to 800,000 g/mol, 300,000 g/mol to 600,000 g/mol, 500,000 g/mol to 1,200,000 g/mol, 500,000 g/mol to 1,000,000 g/mol 550,000 g/mol to 1,050,000 g/mol, 550,000 g/mol to 900,000 g/mol, 600,000 g/mol to 900,000 g/mol or 500,000 g/mol to 900,000 g/mol.

시차 주사 열용량 분석법(DSC, Differential Scanning Calorimeter)에 의해 측정된 상기 PHA의 결정화도는 90% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA의 결정화도는 시차 주사 열용량 분석법에 의해 측정된 것일 수 있고, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하 또는 70% 이하일 수 있다. The crystallinity of the PHA measured by differential scanning calorimeter (DSC) may be 90% or less. For example, the crystallinity of the PHA may be measured by differential scanning calorimetry, and may be 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, or 70% or less.

또한, 상기 PHA의 평균 입자 크기는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA의 평균 입자 크기는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 4.5 ㎛, 0.7 ㎛ 내지 4 ㎛, 1 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 또는 1.2 ㎛ 내지 3.5 ㎛일 수 있다. In addition, the average particle size of the PHA may be 0.5 μm to 5 μm. For example, the average particle size of the PHA may be 0.5 μm to 5 μm, 0.5 μm to 4.5 μm, 0.7 μm to 4 μm, 1 μm to 3.5 μm, or 1.2 μm to 3.5 μm.

상기 PHA의 평균 입자 크기는 나노입도분석기(ex. Zetasizer Nano ZS)로 측정될 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA에 대하여, Zetasizer Nano ZS(제조사: Marven)를 이용하여 25℃의 온도 및 175°의 측정앵글각도에서 동적 광산란(DLS)의 원리를 통해 평균 입자 크기를 측정했다. 이때, 0.5의 신뢰구간에서의 다분산지수(polydispersity index, PDI)를 통해 도출된 피크(peak)의 값을 입자 크기로 측정하였다. The average particle size of the PHA may be measured with a nano particle size analyzer (ex. Zetasizer Nano ZS). Specifically, the average particle size of the PHA was measured using a Zetasizer Nano ZS (manufacturer: Marven) at a temperature of 25° C. and a measurement angle of 175° through the principle of dynamic light scattering (DLS). At this time, the value of the peak derived through the polydispersity index (PDI) in the confidence interval of 0.5 was measured as the particle size.

상기 PHA의 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 2.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA의 다분산지수는 2.5 미만, 2.3 이하, 2.1 이하 또는 2.0 이하일 수 있다. The polydispersity index (PDI) of the PHA may be less than 2.5. For example, the polydispersity index of the PHA may be less than 2.5, less than 2.3, less than 2.1, or less than 2.0.

PHA의 평균 입자 크기 및 다분산지수가 상기 범위를 만족함으로써, 목적하는 물질의 수율을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다. When the average particle size and polydispersity index of PHA satisfy the above ranges, the yield of the desired material can be more effectively controlled.

또한, 상기 PHA는 비기계적인 방법 또는 화학적인 방법을 이용한 세포 파쇄(cell disruption)에 의해 수득된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스터 고분자로서 평균 입자 크기가 비교적 큰 편이므로, 목적하는 물질의 수율을 더욱 효과적으로 제어하고 공정 효율을 향상시키기 위해서 파쇄하는 공정을 통해 수득된 것일 수 있다. In addition, the PHA may be obtained by cell disruption using a non-mechanical method or a chemical method. Specifically, the PHA is a thermoplastic natural polyester polymer that accumulates in microbial cells and has a relatively large average particle size. it could be

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 이용한 수소화 반응을 통해 수행된다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention is performed through a hydrogenation reaction using polyhydroxyalkanoate (PHA).

구체적으로, 상기 수소화 반응은 비양자성 용매 하에 구리계 촉매를 이용하여 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 수소화 반응은 수소의 존재 하에, PHA, 비양자성 용매 및 구리계 촉매를 이용하여 수행될 수 있다. Specifically, the hydrogenation reaction may be performed using a copper-based catalyst in an aprotic solvent. More specifically, the hydrogenation reaction may be carried out using PHA, an aprotic solvent and a copper-based catalyst in the presence of hydrogen.

상기 수소화 반응은 50℃ 내지 500℃의 온도 및 1 bar 내지 100 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 수소화 반응은 55℃ 내지 480℃, 80℃ 내지 460℃, 100℃ 내지 420℃, 150℃ 내지 400℃, 200℃ 내지 360℃, 220℃ 내지 350℃, 250℃ 내지 350℃, 270℃ 내지 310℃, 275℃ 내지 300℃, 280℃ 내지 290℃, 50℃ 내지 300℃, 80℃ 내지 250℃, 100℃ 내지 220℃, 120℃ 내지 205℃, 155℃ 내지 200℃ 또는 175℃ 내지 195℃의 온도에서 5 bar 내지 75 bar, 10 bar 내지 100 bar, 10 bar 내지 65 bar, 1 bar 내지 55 bar, 5 bar 내지 35 bar, 10 bar 내지 30 bar, 15 bar 내지 55 bar, 30 bar 내지 90 bar, 45 bar 내지 80 bar 또는 45 bar 내지 65 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 수소화 반응의 온도 및 압력을 상기 범위 내로 조절함으로써, 목적하는 물질의 수율을 선택적으로 제어할 수 있으며, 공정 안정성을 향상시킬 수 있고, 공정 비용을 감소시킬 수 있다. The hydrogenation reaction may be performed at a temperature of 50 °C to 500 °C and a pressure of 1 bar to 100 bar. For example, the hydrogenation reaction is 55 ℃ to 480 ℃, 80 ℃ to 460 ℃, 100 ℃ to 420 ℃, 150 ℃ to 400 ℃, 200 ℃ to 360 ℃, 220 ℃ to 350 ℃, 250 ℃ to 350 ℃, 270°C to 310°C, 275°C to 300°C, 280°C to 290°C, 50°C to 300°C, 80°C to 250°C, 100°C to 220°C, 120°C to 205°C, 155°C to 200°C or 175°C 5 bar to 75 bar, 10 bar to 100 bar, 10 bar to 65 bar, 1 bar to 55 bar, 5 bar to 35 bar, 10 bar to 30 bar, 15 bar to 55 bar, 30 bar at a temperature of 195 ° C. to 90 bar, 45 bar to 80 bar or 45 bar to 65 bar. By controlling the temperature and pressure of the hydrogenation reaction within the above ranges, it is possible to selectively control the yield of a desired material, improve process stability, and reduce process cost.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 단계에서 수소 가스를 주입하고, 상기 수소 가스가 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 단량체 몰 수 대비 1 배 내지 500 배의 몰 수로 주입될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, hydrogen gas is injected in the hydrogenation reaction step, and the hydrogen gas is injected in a mole number of 1 to 500 times the number of moles of the polyhydroxyalkanoate (PHA) monomer can

구체적으로, 상기 수소화 반응은 수소의 존재 하에 이루어질 수 있는 것으로, 더욱 구체적으로, 상기 수소화 반응 단계에서 수소 가스를 주입함으로써 수행될 수 있다.Specifically, the hydrogenation reaction can be performed in the presence of hydrogen, and more specifically, it can be performed by injecting hydrogen gas in the hydrogenation reaction step.

예를 들어, 상기 수소화 반응 단계에서 수소 가스가 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 단량체 몰 수 대비 1 배 내지 350 배, 2 배 내지 250 배, 5 배 내지 100 배, 10 배 내지 80 배 또는 30 배 내지 60 배의 몰 수로 주입될 수 있다. For example, in the hydrogenation reaction step, the hydrogen gas is 1 to 350 times, 2 times to 250 times, 5 times to 100 times, 10 times to 80 times the number of moles of the monomers of the polyhydroxyalkanoate (PHA) Alternatively, it may be injected in a molar number of 30 to 60 times.

상기 비양자성 용매는 아세톤, 디옥산, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 벤조니트릴, 아크릴로니트릴, 디메틸술폭시드, 디클로로메탄, 디메틸프로필렌우레아 및 헥사메틸인산트리아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 비양자성 용매는 목적하는 물질에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. The aprotic solvent is acetone, dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, It may include at least one selected from the group consisting of benzonitrile, acrylonitrile, dimethylsulfoxide, dichloromethane, dimethylpropylene urea, and hexamethylphosphate triamide. The aprotic solvent may be selectively used depending on the desired material.

또한, 상기 구리계 촉매는 지지체에 담지된 촉매일 수 있다. 구체적으로, 상기 구리계 촉매는 지지체에 담지된 촉매로서, 상기 지지체는 탄소, 제올라이트, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO 및 Cr2O3 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In addition, the copper-based catalyst may be a catalyst supported on a support. Specifically, the copper-based catalyst is a catalyst supported on a support, and the support is at least one selected from the group consisting of carbon, zeolite, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO and Cr 2 O 3 can include

또한, 상기 구리계 촉매는 구리 촉매이거나 구리-금속 복합 촉매일 수 있으며, 상기 구리-금속 복합 촉매는 구리 이외에 Mn, Zn, Mg, Co, Ni, Cr 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 구리-금속 복합체를 포함할 수 있다. In addition, the copper-based catalyst may be a copper catalyst or a copper-metal composite catalyst, and the copper-metal composite catalyst may include at least one metal selected from the group consisting of Mn, Zn, Mg, Co, Ni, Cr, and Fe in addition to copper. It may include a copper-metal complex comprising a.

보다 구체적으로, 상기 구리계 촉매는 지지체에 담지된 구리계 촉매로서, 상기 지지체는 Al2O3, SiO2, TiO2 또는 ZrO2이며, 상기 구리계 촉매는 Cu 촉매, Cu-Mn 촉매, Cu-Zn 또는 Cu-Mg 촉매일 수 있다. 예를 들어, 상기 구리계 촉매는 Cu/Al2O3, CuZn/Al2O3, CuMn/Al2O3, Cu/SiO2, Cu/ZrO2, Cu/TiO2, CuMn/SiO2, CuMn/ZrO2 또는 CuMn/TiO2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. More specifically, the copper-based catalyst is a copper-based catalyst supported on a support, wherein the support is Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 or ZrO 2 , and the copper-based catalyst is a Cu catalyst, a Cu-Mn catalyst, Cu -Zn or Cu-Mg catalyst. For example, the copper-based catalyst is Cu/Al 2 O 3 , CuZn/Al 2 O 3 , CuMn/Al 2 O 3 , Cu/SiO 2 , Cu/ZrO 2 , Cu/TiO 2 , CuMn/SiO 2 , CuMn/ZrO 2 or CuMn/TiO 2 It may be, but is limited thereto It is not.

또한, 상기 지지체에 담지된 구리계 촉매의 구리 또는 구리-금속 복합체의 함량은 상기 지지체 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 85 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 구리계 촉매는 상기 지지체 총 중량을 기준으로 85 중량% 이하의 구리 또는 구리-금속 복합체가 담지된 촉매일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 구리 또는 구리-금속 복합체의 함량은 상기 지지체 총 중량을 기준으로 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 64 중량% 이하, 30 중량% 이하, 10 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하 또는 5.5 중량% 이하일 수 있고, 0.1 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 1.5 중량% 이상 또는 2 중량% 이상일 수 있으며, 0.1 중량% 내지 85 중량%, 0.5 중량% 내지 75 중량%, 1 중량% 내지 70 중량%, 2 중량% 내지 68 중량%, 5 중량% 내지 66 중량%, 8 중량% 내지 64 중량%, 0.1 중량% 내지 25 중량%, 0.2 중량% 내지 20 중량%, 0.5 중량% 내지 13 중량%, 1 중량% 내지 10 중량%, 1.5 중량% 내지 8 중량% 또는 2 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. In addition, the content of the copper or copper-metal complex of the copper-based catalyst supported on the support may be 0.1% to 85% by weight based on the total weight of the support. For example, the copper-based catalyst may be a catalyst supported with 85% by weight or less of copper or copper-metal complex based on the total weight of the support, and more specifically, the content of the copper or copper-metal complex is 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 64% or less, 30% or less, 10% or less, 8% or less, 7% or less, based on total weight 6 wt% or less or 5.5 wt% or less, 0.1 wt% or more, 0.5 wt% or more, 1.5 wt% or more or 2 wt% or more, 0.1 wt% to 85 wt%, 0.5 wt% to 75 wt%, 1% to 70%, 2% to 68%, 5% to 66%, 8% to 64%, 0.1% to 25%, 0.2% to 20%, 0.5% % to 13%, 1% to 10%, 1.5% to 8% or 2% to 5%.

상기 구리계 촉매의 평균 입경은 10 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 구리계 촉매의 평균 입경은 25 ㎛ 내지 1500 ㎛, 50 ㎛ 내지 1000 ㎛, 100 ㎛ 내지 800 ㎛ 또는 200 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. The copper-based catalyst may have an average particle diameter of 10 μm to 2000 μm. For example, the copper-based catalyst may have an average particle diameter of 25 μm to 1500 μm, 50 μm to 1000 μm, 100 μm to 800 μm, or 200 μm to 500 μm.

또한, 상기 구리계 촉매의 표면적은 500 m2/g 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 구리계 촉매의 표면적은 350 m2/g 이하, 300 m2/g 이하, 100 m2/g 이하 또는 80 m2/g 이하일 수 있다.In addition, the surface area of the copper-based catalyst may be 500 m 2 /g or less. For example, the copper-based catalyst may have a surface area of 350 m 2 /g or less, 300 m 2 /g or less, 100 m 2 /g or less, or 80 m 2 /g or less.

회분식 반응batch reaction

본 발명의 일 실시예에 따른 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 구리계 촉매를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 수소화 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol according to an embodiment of the present invention includes mixing polyhydroxyalkanoate (PHA) and a copper-based catalyst in an aprotic solvent; and hydrogenating the mixture.

또한, 상기 수소화 반응 단계 이전에, 반응기 내부의 산소를 제거하는 단계; 및 수소 가스를 주입하여 상기 반응기 내부 압력을 1 bar 내지 100 bar로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산소를 제거하는 단계는 수소 가스를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, before the hydrogenation reaction step, removing oxygen in the reactor; and adjusting the internal pressure of the reactor to 1 bar to 100 bar by injecting hydrogen gas. The removing of oxygen may be performed using hydrogen gas, but is not limited thereto.

상기 수소 가스의 주입량은 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 중량 대비 1 배 내지 500 배일 수 있다. 예를 들어, 상기 수소 가스의 주입량은 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 중량 대비 1 배 내지 350 배, 2 배 내지 250 배, 5 배 내지 100 배, 10 배 내지 80 배 또는 30 배 내지 60 배일 수 있다.The injection amount of the hydrogen gas may be 1 to 500 times the weight of the polyhydroxyalkanoate (PHA). For example, the injection amount of the hydrogen gas is 1 to 350 times, 2 times to 250 times, 5 times to 100 times, 10 times to 80 times, or 30 times to 30 times the weight of the polyhydroxyalkanoate (PHA). It can be 60 times.

또한, 상기 회분식 반응에서 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) : 상기 구리계 촉매의 중량비는 1 : 0.01 내지 5일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) : 상기 구리계 촉매의 중량비는 1 : 0.02 내지 4.5, 1 : 0.05 내지 2.5, 1 : 0.08 내지 2.2, 1 : 0.1 내지 2, 1 : 0.1 내지 1.2 , 1 : 0.1 내지 1, 1 : 0.1 내지 0.8, 1 : 0.1 내지 4, 1 : 0.5 내지 3.5, 1 : 1 내지 3, 1 : 1.2 내지 2.5 또는 1 : 1.5 내지 2.2일 수 있다. 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 구리계 촉매의 중량비가 상기 범위로 조절됨으로써, 목적하는 물질의 수율을 효과적으로 제어할 수 있다. In addition, in the batch reaction, the weight ratio of the polyhydroxyalkanoate (PHA) to the copper-based catalyst may be 1:0.01 to 5. For example, the weight ratio of the polyhydroxyalkanoate (PHA) to the copper-based catalyst is 1:0.02 to 4.5, 1:0.05 to 2.5, 1:0.08 to 2.2, 1:0.1 to 2, 1:0.1 to 1.2, 1: 0.1 to 1, 1: 0.1 to 0.8, 1: 0.1 to 4, 1: 0.5 to 3.5, 1: 1 to 3, 1: 1.2 to 2.5, or 1: 1.5 to 2.2. By adjusting the weight ratio of the polyhydroxyalkanoate (PHA) and the copper-based catalyst within the above range, the yield of the desired material can be effectively controlled.

또한, 상기 수소화 반응은 200 rpm 내지 2,000 rpm의 교반 속도로 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 교반 속도는 250 rpm 내지 1,500 rpm, 300 rpm 내지 1,200 rpm, 400 rpm 내지 1,000 rpm, 450 rpm 내지 900 rpm, 500 rpm 내지 750 rpm 또는 520 rpm 내지 700 rpm일 수 있고, 상기 반응 시간은 1시간 내지 9시간, 2시간 내지 7.5시간, 4.5시간 내지 7시간 또는 5.5시간 내지 6.5시간 동안 수행될 수 있다. In addition, the hydrogenation reaction may be performed for 1 hour to 10 hours at a stirring speed of 200 rpm to 2,000 rpm. For example, the stirring speed may be 250 rpm to 1,500 rpm, 300 rpm to 1,200 rpm, 400 rpm to 1,000 rpm, 450 rpm to 900 rpm, 500 rpm to 750 rpm, or 520 rpm to 700 rpm, and the reaction time may be performed for 1 hour to 9 hours, 2 hours to 7.5 hours, 4.5 hours to 7 hours, or 5.5 hours to 6.5 hours.

연속식 반응continuous reaction

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법은 비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 용해시키는 단계; 및 상기 용해된 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 구리계 촉매를 포함하는 촉매층에 통과시켜 수소화 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol includes dissolving polyhydroxyalkanoate (PHA) in an aprotic solvent; and passing the dissolved polyhydroxyalkanoate (PHA) through a catalyst layer containing a copper-based catalyst for a hydrogenation reaction.

상기 용해 단계는 PHA가 0.1 중량% 내지 30 중량%가 되도록 비양자성 용매에 용해시키는 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 용해된 PHA의 함량은 0.1 중량% 내지 20 중량%, 0.2 중량% 내지 16 중량%, 0.5 중량% 내지 10 중량%, 0.6 중량% 내지 8 중량%, 0.7 중량% 내지 6 중량%, 0.8 중량% 내지 3 중량% 또는 0.9 중량% 내지 2 중량%일 수 있다. The dissolving step may be a step of dissolving PHA in an aprotic solvent to be 0.1 wt% to 30 wt%. For example, the content of the dissolved PHA is 0.1% to 20% by weight, 0.2% to 16% by weight, 0.5% to 10% by weight, 0.6% to 8% by weight, 0.7% to 6% by weight. , 0.8% to 3% or 0.9% to 2% by weight.

또한, 상기 연속식 반응에서 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)에 대한 상기 구리계 촉매의 중량공간속도(WHSV, weight hourly space velocity)는 0.1 h-1 내지 10 h-1일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)에 대한 상기 구리계 촉매의 중량공간속도(WHSV, weight hourly space velocity)는 0.02 h-1 내지 5 h-1, 0.05 h-1 내지 2 h-1, 0.1 h-1 내지 1 h-1 또는 0.2 h-1 내지 0.5 h-1일 수 있다.In addition, in the continuous reaction, the weight hourly space velocity (WHSV) of the copper-based catalyst relative to the polyhydroxyalkanoate (PHA) may be 0.1 h −1 to 10 h −1 . For example, the weight hourly space velocity (WHSV) of the copper-based catalyst relative to the polyhydroxyalkanoate (PHA) is 0.02 h -1 to 5 h -1 , 0.05 h -1 to 2 h -1 , 0.1 h -1 to 1 h -1 or 0.2 h -1 to 0.5 h -1 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율은 67 몰% 이상, 69 몰% 이상, 70 몰% 이상, 71 몰% 이상, 80 몰% 이상, 85 몰% 이상, 90 몰% 이상, 91 몰% 이상, 93 몰% 이상, 95 몰% 이상, 97 몰% 이상 또는 99 몰% 이상일 수 있다. 상기 수율은 상기 수소화 반응을 통해 얻은 최종 생성물에 대하여 가스 크로마토그래피(GC)를 이용해 측정된 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the yield of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol may be greater than 65 mol%. For example, the yield of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol is 67 mol% or more, 69 mol% or more, 70 mol% or more, 71 mol% or more, 80 mol% or more, 85 mol% or more , 90 mol% or more, 91 mol% or more, 93 mol% or more, 95 mol% or more, 97 mol% or more, or 99 mol% or more. The yield may be measured using gas chromatography (GC) for the final product obtained through the hydrogenation reaction.

구체적으로, 상기 테트라하이드로퓨란의 수율은 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 테트라하이드로퓨란의 수율은 67 몰% 이상, 69 몰% 이상, 70 몰% 이상, 71 몰% 이상, 80 몰% 이상, 95 몰% 이상 또는 97 몰% 이상일 수 있다. Specifically, the yield of tetrahydrofuran may be greater than 65 mol%. For example, the yield of tetrahydrofuran may be 67 mol% or more, 69 mol% or more, 70 mol% or more, 71 mol% or more, 80 mol% or more, 95 mol% or more, or 97 mol% or more.

더욱 구체적으로, 상기 구리계 촉매가 6 중량% 내지 85 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3이거나 Cu-Mn/Al2O3일 때, 상기 테트라하이드로퓨란의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 구리계 촉매가 6 중량% 내지 80 중량%, 7 중량% 내지 75 중량%, 6 중량% 내지 65 중량% 또는 8 중량% 내지 64 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3이거나 Cu-Mn/Al2O3일 때, 상기 테트라하이드로퓨란의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다.More specifically, when the copper-based catalyst is Cu/Al 2 O 3 or Cu-Mn/Al 2 O 3 supported with 6 wt% to 85 wt% of copper, the yield of tetrahydrofuran is 65 mol%. may be excessive. For example, the copper-based catalyst is 6 wt% to 80 wt%, 7 wt% to 75 wt%, 6 wt% to 65 wt%, or 8 wt% to 64 wt% of copper supported catalyst Cu / Al 2 When O 3 or Cu-Mn/Al 2 O 3 , the yield of tetrahydrofuran may be greater than 65 mol%.

또한, 상기 수소화 반응이 55℃ 내지 480℃, 80℃ 내지 460℃, 100℃ 내지 420℃, 150℃ 내지 400℃, 200℃ 내지 360℃, 220℃ 내지 350℃, 250℃ 내지 350℃, 270℃ 내지 310℃, 275℃ 내지 300℃ 또는 280℃ 내지 290℃의 온도에서 10 bar 내지 100 bar, 30 bar 내지 90 bar, 45 bar 내지 80 bar 또는 45 bar 내지 65 bar의 압력에서 수행될 때, 상기 테트라하이드로퓨란의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다.In addition, the hydrogenation reaction is 55 ℃ to 480 ℃, 80 ℃ to 460 ℃, 100 ℃ to 420 ℃, 150 ℃ to 400 ℃, 200 ℃ to 360 ℃, 220 ℃ to 350 ℃, 250 ℃ to 350 ℃, 270 ℃ to 310 °C, 275 °C to 300 °C or 280 °C to 290 °C and at a pressure of 10 bar to 100 bar, 30 bar to 90 bar, 45 bar to 80 bar or 45 bar to 65 bar, the tetramer The yield of hydrofuran may be greater than 65 mol%.

또는, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 감마부티로락톤의 수율은 67 몰% 이상, 69 몰% 이상, 70 몰% 이상, 80 몰% 이상, 85 몰% 이상, 95 몰% 이상 또는 99 몰% 이상일 수 있다. Alternatively, the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mol%. For example, the yield of gamma butyrolactone may be 67 mol% or more, 69 mol% or more, 70 mol% or more, 80 mol% or more, 85 mol% or more, 95 mol% or more, or 99 mol% or more.

구체적으로, 상기 수소화 반응이 1 bar 내지 75 bar의 압력에서 수행될 때, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 수소화 반응이 5 bar 내지 75 bar, 10 bar 내지 65 bar, 15 bar 내지 55 bar, 1 bar 내지 35 bar, 10 bar 내지 25 bar, 30 bar 내지 65 bar 또는 45 bar 내지 55 bar에서 수행될 때, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다.Specifically, when the hydrogenation reaction is performed at a pressure of 1 bar to 75 bar, the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mol%. For example, the hydrogenation reaction is performed at 5 bar to 75 bar, 10 bar to 65 bar, 15 bar to 55 bar, 1 bar to 35 bar, 10 bar to 25 bar, 30 bar to 65 bar, or 45 bar to 55 bar. When carried out, the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mole %.

또한, 상기 구리계 촉매의 지지체가 SiO2 또는 TiO2를 포함할 때, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. In addition, when the support of the copper-based catalyst includes SiO 2 or TiO 2 , the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mol%.

또한, 상기 촉매가 8 중량% 미만의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3일 때, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매가 8 중량% 미만, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 0.1 중량% 내지 7 중량%, 0.5 중량% 내지 8 중량%, 1 중량% 내지 6 중량% 또는 1.5 중량% 내지 5.5 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3일 때, 상기 감마부티로락톤의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. In addition, when the catalyst is a catalyst Cu/Al 2 O 3 supported with less than 8 wt% of copper, the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mol%. For example, the catalyst is less than 8%, less than 7%, less than 6%, 0.1% to 7%, 0.5% to 8%, 1% to 6%, or 1.5% to 7% by weight. When the catalyst Cu/Al 2 O 3 supported with 5.5 wt % of copper, the yield of gamma butyrolactone may be greater than 65 mol %.

또는, 상기 1,4-부탄디올의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다. 예를 들어, 상기 1,4-부탄디올의 수율은 70 몰% 이상, 85 몰% 이상, 90 몰% 이상, 91 몰% 이상 또는 93 몰% 이상일 수 있다. Alternatively, the yield of 1,4-butanediol may be greater than 65 mol%. For example, the yield of 1,4-butanediol may be 70 mol% or more, 85 mol% or more, 90 mol% or more, 91 mol% or more, or 93 mol% or more.

예를 들어, 상기 수소화 반응이 50℃ 내지 300℃, 80℃ 내지 250℃, 100℃ 내지 220℃, 120℃ 내지 205℃, 155℃ 내지 200℃ 또는 175℃ 내지 195℃의 온도에서 10 bar 내지 100 bar, 30 bar 내지 90 bar, 45 bar 내지 80 bar 또는 45 bar 내지 65 bar의 압력에서 수행될 때, 상기 1,4-부탄디올의 수율이 65 몰% 초과일 수 있다.For example, the hydrogenation reaction is performed at a temperature of 50 ° C to 300 ° C, 80 ° C to 250 ° C, 100 ° C to 220 ° C, 120 ° C to 205 ° C, 155 ° C to 200 ° C or 175 ° C to 195 ° C at a temperature of 10 bar to 100 ° C. bar, 30 bar to 90 bar, 45 bar to 80 bar or 45 bar to 65 bar, the yield of 1,4-butanediol may be greater than 65 mol%.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 이전에, 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 전처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a step of pre-treating the polyhydroxyalkanoate (PHA) may be further included before the hydrogenation reaction.

구체적으로, 상기 전처리 단계는 용매 추출법을 이용하여 정제하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 용매 추출법은 다이옥산, 클로로포름 및 메틸렌클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용매를 이용하여 수행될 수 있다. Specifically, the pretreatment step may include a step of purification using a solvent extraction method, and the solvent extraction method may be performed using one or more solvents selected from the group consisting of dioxane, chloroform, and methylene chloride.

예를 들어, 상기 용매 추출법은 PHA, 즉 PHA 배양액 또는 발효액으로부터 얻은 건체를 상기 용매와 혼합하여 PHA를 추출하고 세포 잔여물을 분리한 후, 에탄올에 적가하여 이를 회수하여 수행될 수 있다. For example, the solvent extraction method may be performed by mixing dry matter obtained from PHA, that is, a PHA culture broth or fermentation broth with the solvent to extract PHA, separating cell residues, and then adding them dropwise to ethanol to recover them.

또한, 상기 수소화 반응 이후에, 반응 생성물을 증류 공정, 이온교환 공정, 용매추출 공정 및 흡착 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 처리 공정을 추가로 수행함으로써, 수율을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다. In addition, after the hydrogenation reaction, a step of treating the reaction product with at least one process selected from the group consisting of a distillation process, an ion exchange process, a solvent extraction process, and an adsorption process may be further included. By additionally performing such a treatment process, the yield can be more effectively controlled.

상기 증류는 통상적으로 사용되는 증류법(distillation)을 이용하여 수행될 수 있으며, 상기 이온교환, 용매추출 및 흡착 또한 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 방법으로 수행될 수 있다. The distillation may be performed using a commonly used distillation method, and the ion exchange, solvent extraction and adsorption may also be performed by a commonly used method as long as the effect of the present invention is not impaired.

예를 들어, 상기 증류는 증류탑의 리시버(receiver)를 이용하여 반응 생성물을 가열하고, 증류탑 상단으로부터 발생하는 증기를 컨덴서로 응축하여 생성물을 분리하고 이를 회수하여 수행될 수 있다. For example, the distillation may be performed by heating the reaction product using a receiver of the distillation column, condensing vapor generated from the top of the distillation column with a condenser to separate the product, and recovering the product.

상기 증류는 50℃ 내지 250℃의 온도 및 10 torr 내지 760 torr의 감압 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 증류는 50℃ 내지 200℃ 또는 80℃ 내지 200℃의 온도 및 20 torr 내지 700 torr 또는 30 torr 내지 500 torr의 감압 조건에서 수행될 수 있다. The distillation may be performed at a temperature of 50 °C to 250 °C and under reduced pressure conditions of 10 torr to 760 torr. For example, the distillation may be performed at a temperature of 50 °C to 200 °C or 80 °C to 200 °C and under reduced pressure conditions of 20 torr to 700 torr or 30 torr to 500 torr.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the examples is not limited only to these.

[실시예][Example]

폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 펠릿의 제조Preparation of polyhydroxyalkanoate (PHA) pellets

제조예 1-1Preparation Example 1-1

폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 배양액 400 ml를 고속 원심분리기를 이용하여 3,800 ppm으로 20분 동안 교반시켜 상등액을 제거하였다. 이후, 증류수 400 ml를 투입하여 혼합하고, 동일 조건으로 고속원심분리기를 이용하여 상등액을 한번 더 제거하였다. 이후, -70℃의 온도 및 진공 상태에서 동결 건조한 후, 균질기(제품명: homomixer mark2, 제조사: primix)를 이용하여 평균 입경 1 ㎛로 고르게 분쇄하였다. 400 ml of the polyhydroxyalkanoate (PHA) culture medium was stirred at 3,800 ppm for 20 minutes using a high-speed centrifuge to remove the supernatant. Thereafter, 400 ml of distilled water was added and mixed, and the supernatant was removed once more using a high-speed centrifuge under the same conditions. Thereafter, after freeze-drying at a temperature of -70 ° C. and vacuum, the homogenizer (product name: homomixer mark2, manufacturer: primix) was used to uniformly pulverize the average particle diameter of 1 μm.

상기 분쇄물 50 g을 클로로포름(제조사: 대정화금) 1 L와 혼합하고, 55℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 세포 잔여물은 여과하여 제거하고, 클로로포름 여과액을 에탄올 5 L에 적가하였다. 이후, 침전된 PHA는 회수하여 40℃의 진공 오븐에서 건조하여 PHA 펠릿(회수율: 90%, 순도: 99%, 4-하이드록시부티레이트(4-HB)의 함량: 100 중량%)을 제조하였다. 50 g of the pulverized material was mixed with 1 L of chloroform (manufacturer: Daejeong Chemical), and stirred at 55° C. for 1.5 hours. The cell residue was removed by filtration, and the chloroform filtrate was added dropwise to 5 L of ethanol. Thereafter, the precipitated PHA was recovered and dried in a vacuum oven at 40 ° C. to prepare PHA pellets (recovery: 90%, purity: 99%, content of 4-hydroxybutyrate (4-HB): 100% by weight).

촉매의 제조Preparation of Catalyst

제조예 2-1: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-1: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

알루미나(Al2O3, Strem) 5 g과 질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 1.52 g이 용해된 수용액 250 ml를 상온에서 10시간 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 감압회전증발기를 이용하여 용매를 제거한 후, 105℃로 유지된 순환형 오븐에서 12시간 동안 건조시켰다.Alumina (Al 2 O 3 , Strem) and 1.52 g of copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejung Chemical Gold) were stirred at room temperature for 10 hours to prepare a slurry. After removing the solvent from the slurry using a vacuum rotary evaporator, it was dried in a circulation oven maintained at 105° C. for 12 hours.

이후, 상기 건조 완료된 구리-알루미나 복합체를 공기 분위기 하에서 500℃의 온도로 4시간 동안 소성을 진행한 후, 5%의 수소 및 질소 분위기 하에서 500℃의 온도로 2시간 동안 환원시켰다. 이후, 상온에서 충분히 식힌 후, 1%의 산소 및 질소 분위기 하에서 0.5시간 동안 안정화를 진행하여, 알루미나 담체에 8 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다. Thereafter, the dried copper-alumina composite was calcined at 500° C. for 4 hours under an air atmosphere, and then reduced at 500° C. for 2 hours under a 5% hydrogen and nitrogen atmosphere. Thereafter, after sufficiently cooling at room temperature, stabilization was performed for 0.5 hour under a 1% oxygen and nitrogen atmosphere to prepare a catalyst Cu/Al 2 O 3 in which 8% by weight of copper was supported on an alumina carrier.

제조예 2-2: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-2: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 0.38 g을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 2 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다.Copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejeong Chemical Gold) was carried out in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 0.38 g was used, and 2% by weight of copper was supported. Catalyst Cu/Al 2 O 3 was prepared.

제조예 2-3: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-3: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 0.95 g을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 5 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다.Copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejeong Chemical Gold) was carried out in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 0.95 g was used, and 5% by weight of copper was supported. Catalyst Cu/Al 2 O 3 was prepared.

제조예 2-4: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-4: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 3.04 g을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 16 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다.Copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejeong Chemical Gold) was carried out in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 3.04 g was used, and 16% by weight of copper was supported. Catalyst Cu/Al 2 O 3 was prepared.

제조예 2-5: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-5: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 6.08 g을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 32 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다.Copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejeong Chemical Gold) was carried out in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 6.08 g was used, and 32% by weight of copper was supported. Catalyst Cu/Al 2 O 3 was prepared.

제조예 2-6: 촉매 Cu/AlPreparation Example 2-6: Catalyst Cu/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 제조사: 대정화금) 12.16 g을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 64 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/Al2O3를 제조하였다.Copper nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O, manufacturer: Daejeong Chemical Gold) was carried out in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 12.16 g was used, and 64% by weight of copper was supported. Catalyst Cu/Al 2 O 3 was prepared.

제조예 2-7: 촉매 Cu-Zn/AlPreparation Example 2-7: Catalyst Cu—Zn/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

아연 전구체 질산아연 육수화물(Zn(NO3)2·6H2O, 제조사: Sigma-aldrich) 1.8 g을 추가로 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 알루미나 담체에 8 중량%의 구리와 8 중량%의 아연이 담지된 촉매 CuZn/Al2O3를 제조하였다. 8 to an alumina carrier in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 1.8 g of zinc precursor zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O, manufacturer: Sigma-aldrich) was additionally used. Catalyst CuZn/Al 2 O 3 loaded with 8% by weight of copper and 8% by weight of zinc was prepared.

제조예 2-8: 촉매 Cu-Mn/AlPreparation Example 2-8: Catalyst Cu-Mn/Al 22 OO 33 의 제조manufacture of

망간 전구체 질산망간 육수화물(Mn(NO3)2·6H2O, 제조사: Junsei) 2.1g을 추가로 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 알루미나 담체에 8 중량%의 구리와 8 중량%의 망간이 담지된 촉매 CuMn/Al2O3를 제조하였다. 8% by weight was added to the alumina carrier in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that 2.1 g of manganese precursor manganese nitrate hexahydrate (Mn(NO 3 ) 2 6H 2 O, manufacturer: Junsei) was additionally used. A catalyst CuMn/Al 2 O 3 loaded with copper and 8% by weight of manganese was prepared.

제조예 2-9: 촉매 Cu/SiOPreparation Example 2-9: Catalyst Cu/SiO 22 의 제조manufacture of

알루미나 대신에 실리카(SiO2, 제조사: Strem)를 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 실리카 담체에 8 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/SiO2를 제조하였다. Except for using silica (SiO 2 , manufacturer: Strem) instead of alumina, a catalyst Cu/SiO 2 in which 8% by weight of copper was supported on a silica carrier was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-1.

제조예 2-10: 촉매 Cu/ZrOPreparation Example 2-10: Catalyst Cu/ZrO 22 의 제조manufacture of

알루미나 대신에 지르코니아(ZrO2, 제조사: sigma-aldrich)를 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 지르코니아 담체에 8 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/ZrO2를 제조하였다. Except for using zirconia (ZrO 2 , manufacturer: sigma-aldrich) instead of alumina, a catalyst Cu / ZrO 2 in which 8% by weight of copper was supported on a zirconia carrier was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-1 did

제조예 2-11: 촉매 Cu/TiOPreparation Example 2-11: Catalyst Cu/TiO 22 의 제조manufacture of

알루미나 대신에 타이타니아(TiO2, 제조사: sigma-aldrich)를 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 타이타니아 담체에 8 중량%의 구리가 담지된 촉매 Cu/TiO2를 제조하였다. Except for using titania (TiO 2 , manufacturer: sigma-aldrich) instead of alumina, a catalyst Cu/TiO 2 in which 8% by weight of copper was supported on a titania support was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-1 did

제조예 2-12: 촉매 Cu-Mn/SiOPreparation Example 2-12: Catalyst Cu-Mn/SiO 22 의 제조manufacture of

망간 전구체 질산망간 육수화물(Mn(NO3)2·6H2O, 제조사: Junsei) 2.1g을 추가로 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-7과 동일한 방법으로 진행하여 실리카 담체에 8 중량%의 구리와 8 중량%의 망간이 담지된 촉매 CuMn/SiO2를 제조하였다. 8% by weight was added to the silica carrier in the same manner as in Preparation Example 2-7, except that 2.1 g of manganese precursor manganese nitrate hexahydrate (Mn(NO 3 ) 2 6H 2 O, manufacturer: Junsei) was additionally used. A catalyst CuMn/SiO 2 loaded with copper and 8% by weight of manganese was prepared.

제조예 2-13: 촉매 Cu-Mn/ZrOPreparation Example 2-13: Catalyst Cu-Mn/ZrO 22 의 제조manufacture of

망간 전구체 질산망간 육수화물(Mn(NO3)2·6H2O, 제조사: Junsei) 2.1g을 추가로 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-8과 동일한 방법으로 진행하여 지르코니아 담체에 8 중량%의 구리와 8 중량%의 망간이 담지된 촉매 CuMn/ZrO2를 제조하였다. 8% by weight was added to the zirconia carrier in the same manner as in Preparation Example 2-8, except that 2.1 g of manganese precursor manganese nitrate hexahydrate (Mn(NO 3 ) 2 6H 2 O, manufacturer: Junsei) was additionally used. A catalyst CuMn/ZrO 2 loaded with copper and 8% by weight of manganese was prepared.

제조예 2-14: 촉매 Cu-Mn/TiOPreparation Example 2-14: Catalyst Cu-Mn/TiO 22 의 제조manufacture of

망간 전구체 질산망간 육수화물(Mn(NO3)2·6H2O, 제조사: Junsei) 2.1g을 추가로 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 2-9와 동일한 방법으로 진행하여 타이타니아 담체에 8 중량%의 구리와 8 중량%의 망간이 담지된 촉매 CuMn/TiO2를 제조하였다. 8% by weight was added to the titania carrier in the same manner as in Preparation Example 2-9, except that 2.1 g of manganese precursor manganese nitrate hexahydrate (Mn(NO 3 ) 2 6H 2 O, manufacturer: Junsei) was additionally used. A catalyst CuMn/TiO 2 loaded with copper and 8% by weight of manganese was prepared.

수소화 반응을 이용하여 생성물 제조Manufacture of products using a hydrogenation reaction

실시예 1-1Example 1-1

오토클레이브(autoclave) 반응기에 상기 제조예 1-1에서 제조된 PHA 펠릿 1 g, 디옥산(dioxane) 40 g, 및 상기 제조예 2-1에서 제조된 촉매 Cu/Al2O3 0.5 g을 함께 투입한 후, 수소 가스를 이용하여 3 회 또는 4 회에 걸쳐 반응기 내부의 산소를 제거하였다. 이후, 수소 가스를 주입시켜 50 bar까지 압력을 상승시키고, 반응 온도인 280℃까지 가열하였다. 반응 온도에 도달한 시점을 반응 시작 시간으로 하고, 600 rpm의 교반 속도로 총 6시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면 상온까지 온도를 낮추고 최종 생성물을 회수한 후, 가스 크로마토그래피(GC)를 이용하여 최종 생성물의 수율을 분석하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다. In an autoclave reactor, 1 g of the PHA pellets prepared in Preparation Example 1-1, 40 g of dioxane, and 0.5 g of the catalyst Cu/Al 2 O 3 prepared in Preparation Example 2-1 were mixed together. After the introduction, oxygen in the reactor was removed three or four times using hydrogen gas. Thereafter, the pressure was raised to 50 bar by injecting hydrogen gas, and the mixture was heated to a reaction temperature of 280°C. The time when the reaction temperature was reached was set as the reaction start time, and the reaction was carried out for a total of 6 hours at a stirring speed of 600 rpm. After the reaction was completed, the temperature was lowered to room temperature, the final product was recovered, and the yield of the final product was analyzed using gas chromatography (GC), and the results are shown in Table 2.

실시예 1-2 내지 1-14 및 비교예 1-1 내지 1-7Examples 1-2 to 1-14 and Comparative Examples 1-1 to 1-7

구성 성분 및 공정 조건을 하기 표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고, 상기 제조예 3-1과 동일한 방법으로 최종 생성물을 회수하였다. 이후, 가스 크로마토그래피(GC)를 이용하여 최종 생성물의 수율을 분석하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다. 이때, 비교예 1-1은 전처리된 숙신산 무수물(상품명: Succinic anhydride, 제조사: Sigma-aldrich)를 이용하여 수행하였다. The final product was recovered in the same manner as in Preparation Example 3-1, except that the components and process conditions were changed as shown in Table 1 below. Then, the yield of the final product was analyzed using gas chromatography (GC), and the results are shown in Table 2. At this time, Comparative Example 1-1 was performed using pretreated succinic anhydride (trade name: Succinic anhydride, manufacturer: Sigma-aldrich).

구분division 수지profit 촉매catalyst 용매menstruum 온도
(℃)
Temperature
(℃)
압력
(bar)
enter
(bar)
종류Kinds 함량(g)Content (g) 실시예 1-1Example 1-1 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.50.5 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-2Example 1-2 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-3Example 1-3 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 310310 5050 실시예 1-4Example 1-4 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 280280 8080 실시예 1-5Example 1-5 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-4Preparation Example 2-4 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-6Example 1-6 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-5Preparation Example 2-5 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-7Examples 1-7 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-6Production Example 2-6 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-8Examples 1-8 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-8Production Example 2-8 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-9Examples 1-9 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 220220 5050 실시예 1-10Examples 1-10 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 280280 2020 실시예 1-11Examples 1-11 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-11Preparation Example 2-11 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-12Examples 1-12 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-2Preparation Example 2-2 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-13Examples 1-13 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-14Production Example 2-14 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050 실시예 1-14Examples 1-14 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-12Preparation Example 2-12 0.10.1 디옥산dioxane 190190 5050 비교예 1-1Comparative Example 1-1 숙신산
무수물
succinic acid
anhydride
제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 디옥산dioxane 280280 5050
비교예 1-2Comparative Example 1-2 제조예 1-1Preparation Example 1-1 제조예 2-1Preparation Example 2-1 0.10.1 에탄올ethanol 280280 5050

구분division 생성물의 수율(몰%)Yield of product (mol %) 테트라하이드로퓨란tetrahydrofuran 감마부티로락톤gamma butyrolactone 1,4-부탄디올1,4-butanediol 부탄올butanol 실시예 1-1Example 1-1 97.197.1 1.31.3 0.20.2 1.21.2 실시예 1-2Example 1-2 71.271.2 27.227.2 0.80.8 0.50.5 실시예 1-3Examples 1-3 95.595.5 0.70.7 0.00.0 3.03.0 실시예 1-4Example 1-4 80.880.8 0.50.5 15.715.7 2.42.4 실시예 1-5Example 1-5 73.373.3 25.625.6 0.40.4 0.60.6 실시예 1-6Example 1-6 74.374.3 23.423.4 0.60.6 0.80.8 실시예 1-7Examples 1-7 73.273.2 10.310.3 0.70.7 14.914.9 실시예 1-8Examples 1-8 81.281.2 12.212.2 5.65.6 0.70.7 실시예 1-9Examples 1-9 16.116.1 80.680.6 3.13.1 0.00.0 실시예 1-10Examples 1-10 12.812.8 87.287.2 0.00.0 0.00.0 실시예 1-11Example 1-11 0.00.0 99.999.9 0.00.0 0.00.0 실시예 1-12Examples 1-12 30.230.2 69.169.1 0.30.3 0.30.3 실시예 1-13Examples 1-13 18.918.9 70.170.1 10.510.5 0.00.0 실시예 1-14Examples 1-14 0.00.0 5.45.4 93.593.5 0.00.0 비교예 1-1Comparative Example 1-1 65.065.0 30.130.1 4.34.3 0.10.1 비교예 1-2Comparative Example 1-2 33.533.5 29.029.0 0.00.0 0.00.0

상기 표 2에서 보는 바와 같이, PHA 펠릿, 비양자성 용매 및 촉매를 수소 존재하에서 반응시키고, 이때 공정 온도 및 압력과 촉매에 담지된 구리의 함량을 조절하고, 촉매의 담체를 선택적으로 제어함으로써, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율을 65 몰% 초과로 조절할 수 있음을 확인하였다. As shown in Table 2, the PHA pellets, the aprotic solvent and the catalyst are reacted in the presence of hydrogen, and at this time, by controlling the process temperature and pressure and the content of copper supported on the catalyst, and selectively controlling the carrier of the catalyst, It was confirmed that the yield of hydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol can be adjusted to more than 65 mol%.

특히, 비양자성 용매가 아닌 에탄올을 사용한 비교예 1-2는 부반응으로 인해 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 및 1,4-부탄디올의 수율이 모두 매우 낮았다. In particular, in Comparative Example 1-2 using ethanol rather than an aprotic solvent, the yields of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, and 1,4-butanediol were all very low due to side reactions.

실시예 2-1Example 2-1

SUS316 재질의 연속식 고정층 반응기 내부에 상기 제조예 2-7에서 제조된 촉매 2.0 g을 넣어 촉매층을 형성하고, 상기 촉매층의 상하에 각각 유리섬유를 넣어 촉매층을 고정하였다. 이후, 수소 가스를 300℃에서 2시간 동안 흘려주어 촉매를 활성화 시켰다. 이후, 수소 가스의 유량을 반응기 내부의 압력을 40 bar로 상승시킨 다음 온도를 280℃로 조절하였다.2.0 g of the catalyst prepared in Preparation Example 2-7 was put into a continuous fixed bed reactor made of SUS316 to form a catalyst layer, and glass fibers were placed on and under the catalyst layer to fix the catalyst layer. Thereafter, the catalyst was activated by flowing hydrogen gas at 300° C. for 2 hours. Thereafter, the flow rate of hydrogen gas was increased to 40 bar to increase the pressure inside the reactor, and then the temperature was adjusted to 280°C.

이후, 상기 제조예 1-1에서 제조된 PHA 펠릿을 디옥산(dioxane)에 1 중량%로 용해시킨 후, 상기 용액을 1 ml/min의 속도로 상기 반응기에 주입하며 동시에 수소가스를 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 단량체 몰 수 대비 50 배로 주입하여 반응을 진행하였다. 1시간 마다 생성물을 회수하여 가스 크로마토그래피(GC)를 이용하여 수율을 분석하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다. Thereafter, after dissolving the PHA pellets prepared in Preparation Example 1-1 in dioxane at 1% by weight, the solution was injected into the reactor at a rate of 1 ml/min, and at the same time, hydrogen gas was supplied to the polyhydroxy The reaction was carried out by injecting 50 times the number of moles of alkanoate (PHA) monomer. The product was recovered every hour and the yield was analyzed using gas chromatography (GC), and the results are shown in Table 3.

실시예 2-2Example 2-2

상기 제조예 2-1에서 제조된 촉매를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 진행하여 반응을 진행하였다. 1시간마다 생성물을 회수하여 가스 크로마토그래피(GC)를 이용하여 수율을 분석하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다. The reaction was carried out in the same manner as in Example 2-1, except that the catalyst prepared in Preparation Example 2-1 was used. The product was recovered every hour and the yield was analyzed using gas chromatography (GC), and the results are shown in Table 3.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 촉매 CuZn/Al2O3 촉매층을 고정한 후, PHA 펠릿을 비양자성 용매에 용해시킨 용액을 투입하여 반응 시킨 실시예 2-1은 테트라하이드로퓨란의 수율이 우수하였다. 구체적으로, 반응 초기 테트라하이드로퓨란의 수율이 98.6 몰%이고, 18시간 후에도 테트라하이드로퓨란의 수율이 97.0 몰%로 우수하였다. 또한, 시간당 테트라하이드로퓨란의 수율 감소율이 약 0.089 몰%이므로 안정적인 활성을 나타내었다. As shown in Table 3, the catalyst CuZn/Al 2 O 3 After fixing the catalyst layer, Example 2-1, in which a solution in which PHA pellets were dissolved in an aprotic solvent, was introduced and reacted, showed excellent tetrahydrofuran yield. Specifically, the yield of tetrahydrofuran at the initial stage of the reaction was 98.6 mol%, and even after 18 hours, the yield of tetrahydrofuran was excellent at 97.0 mol%. In addition, since the yield reduction rate of tetrahydrofuran per hour was about 0.089 mol%, stable activity was exhibited.

또한, 촉매 Cu/Al2O3로 촉매층을 고정한 후, PHA 펠릿을 비양자성 용매에 용해시킨 용액을 투입하여 반응 시킨 실시예 2-2는 상기 실시예 2-1에 비하여 시간에 따른 테트라하이드로퓨란의 수율 감소율이 저하되는 경향이 있긴 하지만, 반응 초기 테트라하이드로퓨란의 수율이 95.1 몰%로 우수하였다. In addition, Example 2-2, in which a solution of PHA pellets dissolved in an aprotic solvent was added and reacted after fixing the catalyst layer with the catalyst Cu/Al 2 O 3 , compared to Example 2-1, tetrahydrofuran over time Although the yield decrease rate tends to decrease, the yield of tetrahydrofuran at the beginning of the reaction was excellent at 95.1 mol%.

Claims (18)

폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 비양자성 용매 하에서 구리계 촉매를 이용하여 수소화 반응시키는 단계를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, comprising hydrogenating polyhydroxyalkanoate (PHA) using a copper-based catalyst in an aprotic solvent. 제 1 항에 있어서,
상기 수소화 반응이 50℃ 내지 500℃의 온도 및 1 bar 내지 100 bar의 압력에서 수행되는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the hydrogenation reaction is carried out at a temperature of 50 ° C to 500 ° C and a pressure of 1 bar to 100 bar.
제 1 항에 있어서,
상기 수소화 반응 단계에서 수소 가스를 주입하고,
상기 수소 가스가 상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 단량체 몰 수 대비 1 배 내지 500 배의 몰 수로 주입되는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
Injecting hydrogen gas in the hydrogenation reaction step,
Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the hydrogen gas is injected in a mole number of 1 to 500 times the number of moles of the polyhydroxyalkanoate (PHA) monomer.
제 1 항에 있어서,
비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 구리계 촉매를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합물을 수소화 반응시키는 단계를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
Mixing polyhydroxyalkanoate (PHA) and a copper-based catalyst in an aprotic solvent; and
A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, comprising hydrogenating the mixture.
제 4 항에 있어서,
상기 수소화 반응 단계 이전에,
반응기 내부의 산소를 제거하는 단계; 및
수소 가스를 주입하여 상기 반응기 내부 압력을 1 bar 내지 100 bar로 조절하는 단계를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 4,
Prior to the hydrogenation reaction step,
removing oxygen in the reactor; and
A method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, comprising the step of adjusting the pressure inside the reactor to 1 bar to 100 bar by injecting hydrogen gas.
제 4 항에 있어서,
상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) : 상기 구리계 촉매의 중량비가 1 : 0.01 내지 5인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 4,
The method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the weight ratio of the polyhydroxyalkanoate (PHA): the copper-based catalyst is 1:0.01 to 5.
제 4 항에 있어서,
상기 수소화 반응이 200 rpm 내지 2,000 rpm의 교반 속도로 1시간 내지 10시간 동안 수행되는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 4,
Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the hydrogenation reaction is carried out for 1 hour to 10 hours at a stirring speed of 200 rpm to 2,000 rpm.
제 1 항에 있어서,
비양자성 용매에 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 용해시키는 단계; 및
상기 용해된 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 구리계 촉매를 포함하는 촉매층에 통과시켜 수소화 반응시키는 단계를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
Dissolving polyhydroxyalkanoate (PHA) in an aprotic solvent; and
Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, comprising the step of hydrogenating the dissolved polyhydroxyalkanoate (PHA) by passing it through a catalyst layer containing a copper-based catalyst.
제 8 항에 있어서
상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)에 대한 상기 구리계 촉매의 중량공간속도(WHSV, weight hourly space velocity)가 0.1 h-1 내지 10 h-1인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 8
The weight hourly space velocity (WHSV) of the copper-based catalyst relative to the polyhydroxyalkanoate (PHA) is 0.1 h -1 to 10 h -1 , tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1 A method for producing ,4-butanediol.
제 1 항에 있어서,
상기 구리계 촉매가 지지체에 담지된 촉매로서,
상기 지지체는 탄소, 제올라이트, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO 및 Cr2O3 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 구리계 촉매는 구리 촉매 또는 구리-금속 복합 촉매로서,
상기 구리-금속 복합 촉매는 구리 이외에 Mn, Zn, Mg, Co, Ni, Cr 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 구리-금속 복합체를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
As a catalyst in which the copper-based catalyst is supported on a support,
The support includes at least one selected from the group consisting of carbon, zeolite, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO and Cr 2 O 3 ,
The copper-based catalyst is a copper catalyst or a copper-metal composite catalyst,
The copper-metal composite catalyst includes a copper-metal composite containing at least one metal selected from the group consisting of Mn, Zn, Mg, Co, Ni, Cr and Fe in addition to copper, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or a method for producing 1,4-butanediol.
제 10 항에 있어서,
상기 지지체는 Al2O3, SiO2, TiO2 또는 ZrO2이며,
상기 구리계 촉매는 Cu 촉매, Cu-Mn 촉매, Cu-Zn 촉매 또는 Cu-Mg 촉매인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 10,
The support is Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 or ZrO 2 ,
The copper-based catalyst is a Cu catalyst, a Cu-Mn catalyst, a Cu-Zn catalyst or a Cu-Mg catalyst, a method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol.
제 10 항에 있어서,
상기 지지체에 담지된 구리계 촉매의 구리 또는 구리-금속 복합체의 함량이 상기 지지체 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 85 중량%인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 10,
Preparation of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the content of copper or copper-metal complex of the copper catalyst supported on the support is 0.1% to 85% by weight based on the total weight of the support method.
제 1 항에 있어서,
상기 비양자성 용매가 아세톤, 디옥산, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 벤조니트릴, 아크릴로니트릴, 디메틸술폭시드, 디클로로메탄, 디메틸프로필렌우레아 및 헥사메틸인산트리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
The aprotic solvent is acetone, dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, benzonitrile, acrylonitrile, dimethyl sulfoxide, dichloromethane, dimethylpropylene urea and hexamethyl phosphate triamide, including tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol containing at least one selected from the group consisting of manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 수율이 65 몰% 초과인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing tetrahydrofuran, gammabutyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the yield of tetrahydrofuran, gammabutyrolactone or 1,4-butanediol is greater than 65 mol%.
제 1 항에 있어서,
상기 수소화 반응 이전에,
상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 전처리하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 전처리 단계가 용매 추출법을 이용하여 정제하는 단계를 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
Prior to the hydrogenation reaction,
Further comprising the step of pre-treating the polyhydroxyalkanoate (PHA),
Method for producing tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, wherein the pretreatment step comprises purifying using a solvent extraction method.
제 1 항에 있어서,
상기 수소화 반응 이후에,
반응 생성물을 증류 공정, 이온교환 공정, 용매추출 공정 및 흡착 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공정으로 처리하는 단계를 추가로 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
After the hydrogenation reaction,
of tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol, further comprising treating the reaction product with at least one process selected from the group consisting of a distillation process, an ion exchange process, a solvent extraction process, and an adsorption process. manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 내지 100 중량%로 포함하는, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
The polyhydroxyalkanoate (PHA) contains 0.1% to 100% by weight of 4-hydroxybutyrate (4-HB) repeating units, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 평균 입자 크기가 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 2.5 미만인, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤 또는 1,4-부탄디올의 제조 방법.
According to claim 1,
The polyhydroxyalkanoate (PHA) has an average particle size of 0.5 μm to 5 μm and a polydispersity index (PDI) of less than 2.5, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone or 1,4-butanediol manufacturing method.
KR1020220034844A 2021-06-25 2022-03-21 Preparation method for tetrahydrofuran, gammabutyrolactone and 1,4-butanediol KR102604948B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22828829.6A EP4361133A1 (en) 2021-06-25 2022-06-24 Method for producing tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, or 1,4-butanediol
CN202280043867.8A CN117580827A (en) 2021-06-25 2022-06-24 Process for the production of tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone or 1, 4-butanediol
PCT/KR2022/009050 WO2022270982A1 (en) 2021-06-25 2022-06-24 Method for producing tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, or 1,4-butanediol

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210083443 2021-06-25
KR1020210083443 2021-06-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230000940A true KR20230000940A (en) 2023-01-03
KR102604948B1 KR102604948B1 (en) 2023-11-23

Family

ID=84924795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220034844A KR102604948B1 (en) 2021-06-25 2022-03-21 Preparation method for tetrahydrofuran, gammabutyrolactone and 1,4-butanediol

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102604948B1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010032013A (en) * 1997-11-14 2001-04-16 요헨 카르크, 안드레아스 비베르바흐 Process for the preparation of butane-1,4-diol, gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran
KR20010032015A (en) * 1997-11-13 2001-04-16 요헨 카르크, 안드레아스 비베르바흐 Process for preparing gamma-butyrolactone, butane-1,4-diol and tetrahydrofuran
KR20010095500A (en) 2000-04-10 2001-11-07 손재익 Preparation method of gamma butyrolactone using maleic anhydride
KR20070059116A (en) * 2004-10-01 2007-06-11 데이비 프로세스 테크놀로지 리미티드 Process for the purification of 1,4-butanediol
US20140170714A1 (en) * 2011-08-10 2014-06-19 Metabolix, Inc. Post process purification for gamma-butyrolactone production
US20150159184A1 (en) * 2012-03-20 2015-06-11 Metabolix, Inc. Genetically Engineered Microorganisms for the Production of Poly-4-Hydroxybutyrate
US20150376152A1 (en) * 2013-02-13 2015-12-31 Metabolix, Inc. Process for Ultra Pure Chemical Production from Biobased Raw Starting Materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010032015A (en) * 1997-11-13 2001-04-16 요헨 카르크, 안드레아스 비베르바흐 Process for preparing gamma-butyrolactone, butane-1,4-diol and tetrahydrofuran
KR20010032013A (en) * 1997-11-14 2001-04-16 요헨 카르크, 안드레아스 비베르바흐 Process for the preparation of butane-1,4-diol, gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran
KR20010095500A (en) 2000-04-10 2001-11-07 손재익 Preparation method of gamma butyrolactone using maleic anhydride
KR20070059116A (en) * 2004-10-01 2007-06-11 데이비 프로세스 테크놀로지 리미티드 Process for the purification of 1,4-butanediol
US20140170714A1 (en) * 2011-08-10 2014-06-19 Metabolix, Inc. Post process purification for gamma-butyrolactone production
US20150159184A1 (en) * 2012-03-20 2015-06-11 Metabolix, Inc. Genetically Engineered Microorganisms for the Production of Poly-4-Hydroxybutyrate
US20150376152A1 (en) * 2013-02-13 2015-12-31 Metabolix, Inc. Process for Ultra Pure Chemical Production from Biobased Raw Starting Materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR102604948B1 (en) 2023-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singhvi et al. Polylactic acid: Synthesis and biomedical applications
Auras et al. Poly (lactic acid): synthesis, structures, properties, processing, applications, and end of life
Groot et al. Production and purification of lactic acid and lactide
KR101407810B1 (en) Process for producing polylactic acid block copolymer
Sanhueza et al. Polyhydroxyalkanoates as biomaterial for electrospun scaffolds
Chen et al. Synthetic biology of microbes synthesizing polyhydroxyalkanoates (PHA)
Narayanan et al. L (+) lactic acid fermentation and its product polymerization
Pillai Challenges for natural monomers and polymers: novel design strategies and engineering to develop advanced polymers
Zeng et al. Synthesis and Properties of Biodegradable Poly (butylene succinate-co-diethylene glycol succinate) Copolymers
JP5703551B2 (en) Method for producing succinic acid
US20220298090A1 (en) Process for the production of 1,4-butanediol from renewable sources and polyesters obtained therefrom
KR102604948B1 (en) Preparation method for tetrahydrofuran, gammabutyrolactone and 1,4-butanediol
EP4361133A1 (en) Method for producing tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, or 1,4-butanediol
EP2679615B1 (en) Diol composition and polyester
JP2006321994A (en) Method for producing polyester
CN117580827A (en) Process for the production of tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone or 1, 4-butanediol
JP4967578B2 (en) Biomass resource-derived polyester monofilament and method for producing the same
JP2006328379A (en) Manufacturing method of polyester
JP2006328380A (en) Manufacturing method of polyester
De Oliveira et al. Production and Application of Polylactides
Jain et al. Polylactic acid and its composites: Synthesis and advancements
Shi et al. Recyclable and (Bio) degradable Polyesters in a Circular Plastics Economy
CN115558093B (en) Catalyst and method for synthesizing biodegradable polyester by air oxidation of 1, 4-butanediol
CN115160289B (en) Magnesium catalyst and method for depolymerizing random polylactic acid and recycling lactide by using magnesium catalyst
Shyamroy Synthesis of biodegradable poly (lactic acid) polymers

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right