KR20230037271A - Catalyst for tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid and method of preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 제조용 촉매 및 그를 이용한 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법에 관한 것으로서, 루테륨 나노입자가 담지된 지지체를 포함하는 촉매를 사용함으로써, 2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)으로부터 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA)을 우수한 수율로 수득할 수 있으며, 재사용이 가능한 촉매 및 그를 이용한 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) and a method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid using the catalyst, and relates to a support on which ruthenium nanoparticles are supported. By using a catalyst containing a, it is possible to obtain tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) from 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) in excellent yield, and a reusable catalyst and It relates to a method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid using the same.
아디프산(Adipic acid, AA)은 나일론-66 제조에 중요한 단량체로 널리 사용되며, 폴리우레탄, 수지, 가소제, 식품 및 의약품 첨가제의 제조에도 사용된다.Adipic acid (AA) is widely used as an important monomer in the production of nylon-66, and is also used in the production of polyurethanes, resins, plasticizers, food and pharmaceutical additives.
종래에는 원유정제 과정에서 얻어지는 벤젠으로부터 사이클로헥사논을 중간체로 하는 화학적 합성공정을 통해 아디프산을 제조하였다. 그러나 이와 같은 방식은 유가의 불안정성, 독성물질인 벤젠의 사용, 질소 산화물(NOx)과 같은 환경에 유해한 부산물이 다량 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.Conventionally, adipic acid was prepared through a chemical synthesis process using cyclohexanone as an intermediate from benzene obtained in a crude oil refining process. However, this method has problems in that a large amount of by-products harmful to the environment such as instability of oil price, use of toxic substance benzene, and nitrogen oxides (NOx) may be generated.
따라서 석유기반 전구체를 대체할 수 있는 바이오매스 유래 화학물질로부터 아디프산을 생산하기 위한 친환경적이고 효율적인 촉매 전환 경로를 개발하기 위해 많은 연구 노력을 기울이고 있다.Therefore, many research efforts are being made to develop an eco-friendly and efficient catalytic conversion route for producing adipic acid from biomass-derived chemicals that can replace petroleum-based precursors.
그 중 2,5-퓨란디카르복실산(2,5-furandicarboxylic acid, FDCA)으로부터 아디프산을 생산하는 것에 관한 연구가 다수 진행되었다. 2,5-퓨란디카르복실산에서 단일(one step) 공정으로 아디프산을 생산할 경우 촉매로 귀금속이 요구되며, 고온 및 고압이 필요하며, 아디프산 선택도가 높지 않은 단점이 있다.Among them, a number of studies on the production of adipic acid from 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) have been conducted. When adipic acid is produced from 2,5-furandicarboxylic acid in a one-step process, a precious metal is required as a catalyst, high temperature and high pressure are required, and adipic acid selectivity is not high.
따라서 2,5-퓨란디카르복실산과 아디프산 사이의 중간체를 제조한 후, 이를 이용하여 아디프산을 제조하는 방법에 관한 연구가 필요하다.Therefore, after preparing an intermediate between 2,5-furandicarboxylic acid and adipic acid, it is necessary to study a method for preparing adipic acid using the same.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 2,5-퓨란디카르복실산과 아디프산 사이의 중간체인 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, THFDCA)를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, and tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, which is an intermediate between 2,5-furandicarboxylic acid and adipic acid, , THFDCA) to provide a method for producing.
본 발명의 또 다른 목적은 2,5-퓨란디카르복실산의 전환율 및 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 선택도가 높으면서 재사용이 가능한 촉매를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a reusable catalyst with high 2,5-furandicarboxylic acid conversion and tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid selectivity.
본 발명의 일 측면에 따르면, 지지체; 및 상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노 입자;를 포함하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 제조용 촉매가 제공된다.According to one aspect of the invention, the support; A catalyst for preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) comprising; and ruthenium nanoparticles supported on the support is provided.
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the support may include at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and activated carbon.
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.In addition, the support may include aluminum oxide.
또한, 상기 루테늄 나노 입자가 상기 지지체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부일 수 있다.In addition, the amount of the ruthenium nanoparticles may be 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the support.
또한, 상기 촉매가 카르복실기(-COOH)를 포함하는 퓨란계 화합물을 환원(reduction)시켜 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 것에 사용하는 촉매일 수 있다.In addition, the catalyst may be a catalyst used to produce tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid by reducing a furan-based compound containing a carboxyl group (-COOH).
또한, 상기 카르복실기(-COOH)를 포함하는 퓨란계 화합물이 2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)일 수 있다.In addition, the furan-based compound including the carboxyl group (-COOH) may be 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).
또한, 상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매가 재사용 가능한 것일 수 있다.In addition, the catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid may be reusable.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 반응식 1에서 구조식 1로 표시되는 퓨란계 화합물을 수소(H2)와 촉매를 사용하여 수소화 반응시켜 구조식 2로 표시되는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 촉매는 루테늄 나노입자가 담지된 지지체를 포함하는 것인, 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) tetrahydrofuran-2,5 represented by
[반응식 1][Scheme 1]
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the support may include at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and activated carbon.
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.In addition, the support may include aluminum oxide.
또한, 상기 수소화 반응이 30 내지 100 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, the hydrogenation reaction may be carried out at a temperature of 30 to 100 ℃.
또한, 상기 촉매가 상기 퓨란계 화합물 100 중량부를 기준으로 50 내지 100 중량부일 수 있다.In addition, the catalyst may be 50 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the furan-based compound.
또한, 상기 수소화 반응이 용매를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the hydrogenation reaction may further include a solvent.
또한, 상기 용매가 물을 포함할 수 있다.Also, the solvent may include water.
또한, 상기 퓨란계 화합물이 상기 용매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 15 중량부일 수 있다.In addition, the furan-based compound may be 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent.
또한, 상기 수소화 반응이 200 내지 1,000 psi의 수소 압력에서 수행될 수 있다.In addition, the hydrogenation reaction may be performed at a hydrogen pressure of 200 to 1,000 psi.
또한, 상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이전에, (a') 지지체 및 루테늄 전구체를 포함하는 혼합물에 환원제를 넣고 반응시켜 지지체 및 상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노입자를 포함하는 촉매를 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, in the method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, prior to step (a), (a') a reducing agent is added to a mixture containing a support and a ruthenium precursor, and the reaction is performed on the support and the support. Preparing a catalyst comprising ruthenium nanoparticles supported on; may further include.
또한, 상기 환원제가 수소화붕소나트륨(NaBH4) 및 아스코르브산(ascorbic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the reducing agent may include at least one selected from the group consisting of sodium borohydride (NaBH 4 ) and ascorbic acid.
또한, 상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이후에, (b) 상기 촉매를 재사용하여 상기 구조식 1로 표시되는 퓨란계 화합물 및 상기 수소(H2)의 수소화 반응으로 상기 구조식 2로 표시되는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, after step (a), (b) reuses the catalyst to obtain the furan-based compound represented by
또한, 상기 단계 (b)가 1 내지 10회 반복되어 수행되는 것일 수 있다.In addition, the step (b) may be repeated 1 to 10 times.
본 발명의 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매는 우수한 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 선택도를 가지며 재사용이 가능하다.The catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid of the present invention has excellent tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid selectivity and can be reused.
본 발명의 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법은 루테늄 나노 입자가 담지된 지지체를 포함하는 촉매를 사용함으로써 2,5-퓨란디카르복실산으로부터 우수한 선택도로 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조할 수 있다.The method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid of the present invention has excellent selectivity from 2,5-furandicarboxylic acid by using a catalyst including a support on which ruthenium nanoparticles are supported. 2,5-dicarboxylic acids can be prepared.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 촉매의 HR-TEM 이미지이다.
도 2는 실시예 1의 촉매를 사용하여 반응온도에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 촉매를 사용하여 반응시간에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 촉매를 사용하여 수소압력에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 촉매를 사용하여 FDCA 농도에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 촉매를 사용하여 FDCA 농도에 따른 반응시간을 변화시킬 때 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1의 촉매를 1 내지 4회 사용하였을 때 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is an HR-TEM image of catalysts prepared according to Examples 1 to 6.
Figure 2 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction according to the reaction temperature using the catalyst of Example 1.
3 is a graph showing the FDCA hydrogenation reaction results according to the reaction time using the catalyst of Example 1.
4 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction according to hydrogen pressure using the catalyst of Example 1.
5 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction according to FDCA concentration using the catalyst of Example 1.
6 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction when the reaction time is changed according to the FDCA concentration using the catalyst of Example 1.
7 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation when the catalyst of Example 1 was used 1 to 4 times.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Also, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에", "다른 구성요소 상에 형성되어", "다른 구성요소 상에 위치하여"또는 "다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is referred to as “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “layered on another component,” the other It should be understood that although it may be directly attached to the front surface or one side of the component, it may be positioned or laminated, but other components may further exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하, 본 발명의 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매 및 그를 이용한 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the catalyst for preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid and the method for preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid using the same according to the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명은 지지체; 및 상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노 입자;를 포함하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 제조용 촉매를 제공한다.The present invention is a support; It provides a catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) comprising; and ruthenium nanoparticles supported on the support.
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.In addition, the support may include at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and activated carbon, preferably aluminum oxide.
또한, 상기 루테늄 나노 입자가 상기 지지체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 루테늄 나노 입자가 1 중량부 미만일 경우 상기 촉매를 이용하여 2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)의 수소화 반응을 수행할 때 FDCA 전환율이 낮아 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA)을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과할 경우 루테륨 사용량에 비해 지지체에 담지되는 양이 적어 비효율적이므로 바람직하지 않다. In addition, the amount of the ruthenium nanoparticles may be 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the support. When the ruthenium nanoparticles are less than 1 part by weight, when hydrogenation of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) is performed using the catalyst, the FDCA conversion rate is low and tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid It is not preferable because it is difficult to manufacture (THFDCA), and when it exceeds 10 parts by weight, the amount supported on the support is small compared to the amount of ruthenium used, so it is not preferable because it is inefficient.
또한, 상기 촉매가 카르복실기(-COOH)를 포함하는 퓨란계 화합물을 환원(reduction)시켜 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 것에 사용하는 촉매일 수 있고, 상기 카르복실기(-COOH)를 포함하는 퓨란계 화합물이 2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)일 수 있다.In addition, the catalyst may be a catalyst used for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid by reducing a furan-based compound containing a carboxyl group (-COOH), and the carboxyl group (-COOH ) The furan-based compound containing may be 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).
본 발명은 (a) 반응식 1에서 구조식 1로 표시되는 퓨란계 화합물을 수소(H2)와 촉매를 사용하여 수소화 반응시켜 구조식 2로 표시되는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 촉매는 루테늄 나노입자가 담지된 지지체를 포함하는 것인, 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법을 제공한다.The present invention (a) produces tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid represented by
[반응식 1][Scheme 1]
또한, 상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.In addition, the support may include at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and activated carbon, preferably aluminum oxide.
또한, 상기 수소화 반응이 30 내지 100 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 30 내지 80 ℃, 보다 바람직하게는 50 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 수소화 반응이 30 ℃ 미만에서 수행될 경우 퓨란디카르복실산(FDCA)의 전환율이 낮아 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA)을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않고, 100 ℃를 초과하여 수행될 경우 퓨란디카르복실산(FDCA)의 퓨란 고리가 개환하여 2-히드록시아디픽산(2-hydroxyadipic acid, HAA) 또는 아디프산(adipic acid, AA)을 형성하므로 바람직하지 않다. In addition, the hydrogenation reaction may be carried out at a temperature of 30 to 100 °C, preferably 30 to 80 °C, more preferably 50 °C. When the hydrogenation reaction is performed at less than 30 ° C., it is not preferable because the conversion rate of furandicarboxylic acid (FDCA) is low and it is difficult to prepare tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA). When carried out in excess, the furan ring of furandicarboxylic acid (FDCA) is ring-opened to form 2-hydroxyadipic acid (HAA) or adipic acid (AA), which is undesirable.
또한, 상기 촉매가 상기 퓨란계 화합물 100 중량부를 기준으로 50 내지 100 중량부일 수 있다. 상기 촉매가 50 중량부 미만일 경우 퓨란디카르복실산(FDCA)의 전환율이 낮아 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA)을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않고, 100 중량부를 초과할 경우 촉매 사용량에 비해 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 수율의 증가가 미미하여 비효율적이므로 바람직하지 않다.In addition, the catalyst may be 50 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the furan-based compound. When the amount of the catalyst is less than 50 parts by weight, the conversion rate of furandicarboxylic acid (FDCA) is low and it is difficult to prepare tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA), which is not preferable. When the amount exceeds 100 parts by weight, It is not preferable because the increase in the yield of tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) compared to the amount of catalyst is insignificant and inefficient.
또한, 상기 수소화 반응이 용매를 추가로 포함할 수 있고, 상기 용매가 물을 포함할 수 있다. In addition, the hydrogenation reaction may further include a solvent, and the solvent may include water.
또한, 상기 퓨란계 화합물이 상기 용매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 15 중량부 인 것일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 퓨란계 화합물이 0.1 중량부 미만일 경우 얻을 수 있는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 양이 적어 바람직하지 않고, 15 중량부를 초과할 경우 반응시간이 오래걸리며 필요한 촉매 양이 많아져 촉매 공정의 가격 상승에 영향을 미칠 수 있어, 경제적이지 않아 바람직하지 않다. In addition, the furan-based compound may be 0.1 to 15 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the amount of the furan-based compound is less than 0.1 parts by weight, the amount of tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid obtained is undesirably small, and when it exceeds 15 parts by weight, the reaction time takes a long time and the amount of required catalyst increases. It is undesirable because it can affect the price increase of the catalytic process and is not economical.
또한, 상기 수소화 반응이 200 내지 1,000 psi의 수소 압력에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 400 내지 600 psi의 수소 압력에서 수행될 수 있다. 상기 수소화 반응이 200 psi 미만의 수소 압력에서 수행되면 퓨란디카르복실산(FDCA)의 전환율이 낮아 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA)을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않고, 1,000 psi 초과의 수소 압력에서 수행될 경우 수소의 과다 사용으로 촉매 공정의 가격 상승에 영향을 미칠 수 있어, 경제적이지 않아 바람직하지 않다.In addition, the hydrogenation reaction may be performed at a hydrogen pressure of 200 to 1,000 psi, preferably at a hydrogen pressure of 400 to 600 psi. When the hydrogenation reaction is performed at a hydrogen pressure of less than 200 psi, it is not preferable because the conversion rate of furandicarboxylic acid (FDCA) is low and it is difficult to prepare tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA). When carried out at a hydrogen pressure higher than psi, excessive use of hydrogen may affect the price increase of the catalytic process, which is undesirable because it is not economical.
또한, 상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이전에, (a') 지지체 및 루테늄 전구체를 포함하는 혼합물에 환원제를 넣고 반응시켜 지지체 및 상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노입자를 포함하는 촉매를 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, in the method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, prior to step (a), (a') a reducing agent is added to a mixture containing a support and a ruthenium precursor, and the reaction is performed on the support and the support. Preparing a catalyst comprising ruthenium nanoparticles supported on; may further include.
또한, 상기 환원제가 수소화붕소나트륨(NaBH4) 및 아스코르브산(ascorbic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 NaBH4를 포함할 수 있다.In addition, the reducing agent may include at least one selected from the group consisting of sodium borohydride (NaBH 4 ) and ascorbic acid, preferably NaBH 4 .
또한, 상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이후에, (b) 상기 촉매를 재사용하여 상기 구조식 1로 표시되는 퓨란계 화합물 및 상기 수소(H2)의 수소화 반응으로 상기 구조식 2로 표시되는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, after step (a), (b) reuses the catalyst to obtain the furan-based compound represented by
또한, 상기 단계 (b)가 1 내지 10회 반복되어 수행될 수 있다. In addition, the step (b) may be repeated 1 to 10 times.
[실시예][Example]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.
[테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 제조용 촉매의 제조][Preparation of catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA)]
실시예 1: Ru/AlExample 1: Ru/Al 22 OO 33
1 g의 지지체(Al2O3)와 0.085 g의 RuCl3ㆍxH2O를 ~20 mL의 증류수(DI water)를 포함하는 100 mL 둥근 바닥 플라스크에 함께 넣고, 12 시간 동안 교반하여 반응 혼합물을 제조하였다. 이어서, NaBH4 수용액(RuCl3ㆍxH2O 보다 몰 비율이 10 배 높음)을 상기 반응 혼합물에 실온에서 하루 동안 일정하게 교반하면서 적가하여 촉매를 제조하였다. 마지막으로, 얻어진 촉매를 여과에 의해 분리하고, 에탄올로 5 회(100 mL) 세척하고, 진공 하에 12 시간 동안 건조시켜 Ru/Al2O3 촉매를 제조하였다.1 g of the support (Al 2 O 3 ) and 0.085 g of RuCl 3 ㆍxH 2 O were put together in a 100 mL round bottom flask containing ~20 mL of distilled water (DI water) and stirred for 12 hours to obtain a reaction mixture. manufactured. Subsequently, an aqueous solution of NaBH 4 (10 times higher in molar ratio than RuCl 3 .xH 2 O) was added dropwise to the reaction mixture at room temperature for one day with constant stirring to prepare a catalyst. Finally, the obtained catalyst was isolated by filtration, washed with
실시예 2 내지 6Examples 2 to 6
실시예 1과 동일한 조건으로 촉매를 제조하되, 지지체의 종류를 달리하여 제조한 촉매의 구성을 아래 표 1에 기재하였다.A catalyst was prepared under the same conditions as in Example 1, but the composition of the catalyst prepared with a different type of support is shown in Table 1 below.
[FDCA에서 THFDCA로의 수소화 반응][Hydrogenation reaction from FDCA to THFDCA]
반응실시예 1Reaction Example 1
2,5-퓨란디카르복실산(2,5-furandicarboxylic acid, FDCA)의 수소화는 교반기, 열전대(thermocouple) 및 압력 조절기가 장착된 스테인리스강 오토클레이브 반응기에서 수행하였다. Hydrogenation of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) was carried out in a stainless steel autoclave reactor equipped with an agitator, thermocouple and pressure regulator.
0.202 g의 FDCA, 0.1635 g의 실시예 1에 따라 제조된 촉매(Ru/Al2O3) 및 20 mL의 물을 상기 반응기에 첨가하였다. 상기 반응기를 H2로 3회 퍼지하여 실온에서 공기를 제거한 후, 50 ℃에서 450 psi의 H2를 추가로 충전하여 반응시간(4 시간) 동안 유지하였다. 반응 후 반응기를 상온으로 냉각한 후 감압하여 개봉하였다. 상기 반응은 하기 반응식 2를 참조하여 수행될 수 있다.0.202 g of FDCA, 0.1635 g of the catalyst prepared according to Example 1 (Ru/Al 2 O 3 ) and 20 mL of water were added to the reactor. After purging the reactor with H 2 three times to remove air at room temperature, the reactor was additionally charged with 450 psi of H 2 at 50 °C and maintained for a reaction time (4 hours). After the reaction, the reactor was cooled to room temperature and then opened under reduced pressure. The above reaction may be carried out with reference to
[반응식 2][Scheme 2]
반응실시예 2 내지 6Reaction Examples 2 to 6
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 촉매를 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 2에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1 but with a different catalyst, and the experimental conditions are shown in Table 2 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 7 내지 12Reaction Examples 7 to 12
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 촉매와 반응온도를 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 3에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but with different catalysts and reaction temperatures, and the experimental conditions are shown in Table 3 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 13 내지 18Reaction Examples 13 to 18
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 촉매와 반응온도를 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 4에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but with different catalysts and reaction temperatures, and the experimental conditions are shown in Table 4 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 7, 13 및 19Reaction Examples 7, 13 and 19
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 반응온도를 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 5에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but the reaction temperature was different, and the experimental conditions are shown in Table 5 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 20 내지 22Reaction Examples 20 to 22
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 반응시간을 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 6에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but the reaction time was different, and the experimental conditions are shown in Table 6 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 23 내지 25Reaction Examples 23 to 25
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 수소 압력을 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 7에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but the hydrogen pressure was varied, and the experimental conditions are shown in Table 7 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 26 및 27Reaction Examples 26 and 27
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 FDCA 농도를 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 8에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but with different FDCA concentrations, and the experimental conditions are shown in Table 8 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
반응실시예 28 및 29Reaction Examples 28 and 29
반응실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하되 FDCA 농도와 반응 시간을 달리하여 실험을 진행하였고, 실험조건을 하기 표 9에 기재하였다.The experiment was conducted under the same conditions as in Reaction Example 1, but the experiment was conducted with different FDCA concentrations and reaction times, and the experimental conditions are shown in Table 9 below.
(wt%)FDCA concentration
(wt%)
압력
(psi)hydrogen
enter
(psi)
온도
(℃)reaction
temperature
(℃)
시간
(h)reaction
hour
(h)
[시험예][Test Example]
시험예 1: HR-TEM 분석Test Example 1: HR-TEM analysis
도 1은 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 촉매의 HR-TEM 이미지이다.1 is an HR-TEM image of catalysts prepared according to Examples 1 to 6.
도 1에 따르면, 루테늄 나노 입자가 각각의 지지체(Al2O3, ZrO2, TiO2, MnO2, CoO 및 C) 상에 잘 담지된 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 1 , it can be confirmed that the ruthenium nanoparticles are well supported on each support (Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , MnO 2 , CoO and C).
시험예 2: 지지체에 따른 THFDCA 선택도 확인Test Example 2: Confirmation of THFDCA selectivity according to support
반응실시예에 따라 얻어진 액체 생성물을 Biorad HPX-87 컬럼과 0.0025 M 황산을 이동상으로 하여 0.6 mL/min의 유속으로 흐르는 HPLC를 이용해 정량하여 생성물의 FDCA 전환율 및 THFDCA의 선택도를 계산하였다. 이때 제품의 식별은 LC-MS를 사용하였다. FDCA 전환율, THFDCA 선택도, HAA 선택도 및 AA 선택도를 하기 식 1 내지 4와 같이 계산하였다. 상기 계산은 하기 시험예 3 내지 7에서도 동일하게 산출하였다.The liquid product obtained according to the reaction example was quantified using HPLC using a Biorad HPX-87 column and 0.0025 M sulfuric acid as a mobile phase at a flow rate of 0.6 mL/min to calculate the FDCA conversion rate and THFDCA selectivity of the product. At this time, product identification was performed using LC-MS. FDCA conversion rate, THFDCA selectivity, HAA selectivity and AA selectivity were calculated as shown in
상기 FDCA는 2,5-퓨란디카르복실산(2,5-Furandicarboxylic acid), 상기 THFDCA는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(Tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid), 상기 HAA는 2-히드록시아디픽산(2-hydroxyadipic acid), 상기 AA는 아디픽산(adipic acid)이다.The FDCA is 2,5-furandicarboxylic acid, the THFDCA is tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, and the HAA is 2-hydroxyadipic acid, the AA is adipic acid.
[식 1][Equation 1]
[식 2][Equation 2]
[식 3] [Equation 3]
[식 4] [Equation 4]
아래 표 10은 80 ℃, 50 ℃ 및 30 ℃의 반응온도에서 지지체에 따른 FDCA 전환율, THFDCA 선택도, HAA 선택도 및 AA 선택도를 정리하여 나타낸 것이다. Table 10 below summarizes the FDCA conversion rate, THFDCA selectivity, HAA selectivity and AA selectivity according to the support at reaction temperatures of 80 ° C, 50 ° C and 30 ° C.
(℃)reaction temperature
(℃)
표 10에 따르면, 80 ℃의 반응온도에서 Ru/MnO2를 제외한 대부분의 촉매에서 FDCA의 완전한 전환이 이루어졌으며, 형성된 1차 생성물은 THFDCA와 HAA인 것을 확인할 수 있다. AA의 형성은 80 ℃에서 FDCA의 수소화 반응에서 관찰되었으며, 낮은 온도 반응(50 ℃ 및 30 ℃)에서는 AA가 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.According to Table 10, complete conversion of FDCA was achieved in most of the catalysts except for Ru/MnO 2 at a reaction temperature of 80 °C, and it was confirmed that the primary products formed were THFDCA and HAA. The formation of AA was observed in the hydrogenation reaction of FDCA at 80 °C, and it was confirmed that AA was not formed at low temperature reactions (50 °C and 30 °C).
또한, 80 ℃에서 반응과 비교할 때 낮은 온도에서 HAA 선택도가 감소하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 높은 온도에서 FDCA의 수소화 반응을 수행할 경우 퓨란 고리의 개환이 강하게 유리한 것을 나타낸다.In addition, it can be confirmed that the HAA selectivity decreases at a lower temperature compared to the reaction at 80 ° C., indicating that the ring opening of the furan ring is strongly advantageous when the FDCA hydrogenation reaction is performed at a high temperature.
50 ℃에서 반응은 실시예 1(Ru/Al2O3) 및 실시예 6(Ru/C)에서 FDCA의 거의 완전한 전환(각각 99.9%, 92.0%)이 관찰되었으며, 이는 FDCA 수소화에서 실시예 1(Ru/Al2O3) 및 실시예 6(Ru/C)의 높은 활성을 나타낸다. 그러나, 실시예 1(Ru/Al2O3)은 THFDCA에 대하여 85.4 %의 높은 선택도를 나타냈지만, Ru/C는 70.2 %의 THFDCA의 선택도를 나타낸 것을 확인할 수 있다.At 50 °C, almost complete conversion of FDCA (99.9% and 92.0%, respectively) was observed in Example 1 (Ru/Al 2 O 3 ) and Example 6 (Ru/C), which is similar to Example 1 in FDCA hydrogenation. (Ru/Al 2 O 3 ) and Example 6 (Ru/C) show high activity. However, it can be confirmed that Example 1 (Ru/Al 2 O 3 ) showed a high selectivity of 85.4% for THFDCA, but Ru/C showed a selectivity for THFDCA of 70.2%.
또한, 실시예 1(Ru/Al2O3)은 30 ℃에서 FDCA의 수소화 반응을 수행한 경우에도 THFDCA 선택도가 83.5 %로 높게 유지되어 FDCA의 수소화 반응에서 실시예 1(Ru/Al2O3)의 우수함을 확인할 수 있다.In addition, in Example 1 (Ru/Al 2 O 3 ), the THFDCA selectivity was maintained as high as 83.5% even when the FDCA hydrogenation reaction was performed at 30 ° C. 3 ) can be confirmed.
아래 표 11은 상이한 반응온도(80 ℃, 50 ℃ 및 30 ℃)에서 Ru/지지체(산화물) 촉매의 첫번째 사용 반응 후 용액의 ICP-AES 분석 결과를 정리하여 나타낸 것이다.Table 11 below summarizes the results of ICP-AES analysis of the solution after the first use of Ru/support (oxide) catalyst at different reaction temperatures (80 °C, 50 °C and 30 °C).
(℃)reaction temperature
(℃)
표 11에 따르면, Ru의 침출이 다른 반응 온도의 대부분의 촉매에서 무시할 수 있음을 확인할 수 있다. According to Table 11, it can be confirmed that the leaching of Ru is negligible in most catalysts at different reaction temperatures.
그러나, Mn과 Co는 낮은 온도(30 ℃)에서도 반응 후 상당한 침출을 확인할 수 있다. 실시예 4(Ru/MnO2) 및 실시예 5(Ru/CoO)의 낮은 안정성은 저온에서 THFDCA의 낮은 선택도를 설명할 수 있다.However, significant leaching of Mn and Co can be confirmed after the reaction even at a low temperature (30 °C). The low stability of Examples 4 (Ru/MnO 2 ) and 5 (Ru/CoO) may explain the low selectivity of THFDCA at low temperatures.
반면에 실시예 1(Ru/Al2O3)의 높은 안정성은 물 용매에서 반응이 진행되는 동안 THFDCA의 높은 선택도에 기여할 수 있는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the high stability of Example 1 (Ru/Al 2 O 3 ) can contribute to the high selectivity of THFDCA during the reaction in a water solvent.
시험예 3: 반응온도에 따른 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도 분석Test Example 3: Analysis of conversion rate of FDCA and selectivity of THFDCA according to reaction temperature
도 2는 실시예 1의 촉매를 사용하여 반응온도에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction according to the reaction temperature using the catalyst of Example 1.
도 2에 따르면, 30 ℃에서 50 ℃로 온도를 증가시킴으로써 FDCA의 전환율이 38.1 %에서 99.9 %로 증가하는 것을 확인할 수 있으나, THFDCA 선택성은 83.5 %에서 85.4 %로 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 2, it can be confirmed that the conversion rate of FDCA increases from 38.1% to 99.9% by increasing the temperature from 30 ° C to 50 ° C, but the THFDCA selectivity shows little change from 83.5% to 85.4%.
FDCA의 전환율은 온도를 80 ℃로 올려도 일정하게 유지되나, 반응온도를 50 ℃에서 80 ℃로 높이면, THFDCA 선택도가 감소하고 HAA 선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 80 ℃의 온도에서 3 %의 AA 선택도를 확인할 수 있는데 이는 더 많은 THFDCA가 FDCA 수소화 반응의 개환 생성물인 HAA 및 AA로 전환되었음을 나타낸다. The conversion rate of FDCA is maintained constant even when the temperature is raised to 80 ° C., but when the reaction temperature is increased from 50 ° C. to 80 ° C., it can be seen that the selectivity of THFDCA decreases and the selectivity of HAA increases. In addition, AA selectivity of 3% was confirmed at a temperature of 80 °C, indicating that more THFDCA was converted to HAA and AA, which are ring-opening products of the FDCA hydrogenation reaction.
도 2에 따르면, FDCA의 개환이 80 ℃ 이하에서는 일어나지 않지만 반응온도를 높임으로써 가속화되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본원발명에서 50 ℃가 FDCA의 수소화를 통해 THFDCA를 제조하기 위한 최적의 반응온도인 것을 확인할 수 있다.According to Figure 2, it can be seen that the ring opening of FDCA does not occur below 80 ℃ accelerated by increasing the reaction temperature. Therefore, it can be confirmed that 50 ℃ in the present invention is the optimal reaction temperature for producing THFDCA through hydrogenation of FDCA.
시험예 4: 반응시간에 따른 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도 분석Test Example 4: Analysis of conversion rate of FDCA and selectivity of THFDCA according to reaction time
도 3은 실시예 1의 촉매를 사용하여 반응시간에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the FDCA hydrogenation reaction results according to the reaction time using the catalyst of Example 1.
도 3에 따르면, 1 시간 동안 수소화 반응을 수행하였을 때 FDCA는 78 %의 선택도로 빠르게 THFDCA로 전환하는 것을 확인할 수 있다. FDCA의 전환은 반응시간이 증가할수록 점진적으로 증가하는 것을 확인할 수 있고, 4 시간 동안 반응을 수행하였을 때 85.4 %의 선택도로 THFDCA로 전환된 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 3, it can be confirmed that FDCA is quickly converted to THFDCA with a selectivity of 78% when the hydrogenation reaction is performed for 1 hour. It can be confirmed that the conversion of FDCA gradually increases as the reaction time increases, and when the reaction is performed for 4 hours, it can be confirmed that the conversion to THFDCA is performed with a selectivity of 85.4%.
또한, 더 긴 반응시간(6 시간)은 생성물 분포를 강하게 변화시키는 것을 확인할 수 있다. 6 시간 동안 반응을 수행하였을 때 THFDCA 선택도는 75.5 %로 감소한 반면, HAA 선택도는 22.5 %로 증가하였다.In addition, it can be confirmed that a longer reaction time (6 hours) strongly changes the product distribution. When the reaction was performed for 6 hours, the THFDCA selectivity decreased to 75.5%, while the HAA selectivity increased to 22.5%.
따라서, 본원발명에서 4 시간이 FDCA의 수소화를 통해 THFDCA를 제조하기 위한 최적의 반응시간인 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that 4 hours in the present invention is the optimal reaction time for preparing THFDCA through hydrogenation of FDCA.
시험예 5: 수소압력에 따른 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도 분석Test Example 5: Analysis of conversion rate of FDCA and selectivity of THFDCA according to hydrogen pressure
도 4는 실시예 1의 촉매를 사용하여 수소압력에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation reaction according to hydrogen pressure using the catalyst of Example 1.
도 4에 따르면, 수소압력이 250 psi에서 450 psi로 상승함에 따라 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 FDCA가 비교적 적당한 압력(450 psi)에서 THFDCA로 전환이 우수함을 나타낸다.According to FIG. 4, it can be seen that the conversion rate of FDCA and the selectivity of THFDCA increase as the hydrogen pressure rises from 250 psi to 450 psi, indicating that FDCA has excellent conversion to THFDCA at a relatively moderate pressure (450 psi). indicate
또한, 450 psi와 550 psi에서 수행된 반응을 비교할 때, FDCA의 전환율은 일정하게 유지되고, THFDCA 선택도는 눈에 띄게 변하지 않은 것을 확인할 수 있다.In addition, when comparing the reactions performed at 450 psi and 550 psi, it can be seen that the conversion rate of FDCA remains constant and the selectivity of THFDCA does not change significantly.
따라서, 450 psi의 적당한 수소압력은 반응 활성을 유지하고, 퓨란 고리의 완전한 수소화를 억제하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that an appropriate hydrogen pressure of 450 psi maintains the reaction activity and suppresses complete hydrogenation of the furan ring.
시험예 6: FDCA 농도에 따른 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도 분석Test Example 6: Analysis of conversion rate of FDCA and selectivity of THFDCA according to FDCA concentration
도 5는 실시예 1의 촉매를 사용하여 FDCA 농도에 따른 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 실시예 1의 촉매를 사용하여 FDCA 농도에 따른 반응시간을 변화시킬 때 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the FDCA hydrogenation reaction results according to the FDCA concentration using the catalyst of Example 1, and FIG. 6 is the FDCA hydrogenation reaction result when the reaction time is changed according to the FDCA concentration using the catalyst of Example 1 is the graph shown.
도 5를 참고하면, FDCA의 농도를 1 wt%에서 10 wt%로 증가시키면 FDCA의 전환율이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 각각 5 wt% 및 10 wt%의 FDCA 존재 하에서 더 긴 반응시간(각각 8 시간, 20 시간) 동안 반응을 진행시킨 결과를 도 6에 나타내었다.Referring to Figure 5, when the concentration of FDCA is increased from 1 wt% to 10 wt%, it can be seen that the conversion rate of FDCA is significantly reduced. Therefore, the reaction was performed for a longer reaction time (8 hours and 20 hours, respectively) in the presence of 5 wt% and 10 wt% of FDCA, respectively, and the results are shown in FIG. 6 .
도 6에 따르면, 예상대로 반응시간이 길어지면 FDCA 농도가 높을수록 FDCA 전환율이 증가하며 THFDCA 선택도 또한 우수한 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 6, as expected, as the reaction time increases, the higher the FDCA concentration, the higher the FDCA conversion rate, and it can be seen that the THFDCA selectivity is also excellent.
시험예 7: 촉매 재사용에 따른 FDCA의 전환율 및 THFDCA의 선택도 분석Test Example 7: Analysis of conversion rate of FDCA and selectivity of THFDCA according to catalyst reuse
도 7은 실시예 1의 촉매를 1 내지 4회 사용하였을 때 FDCA 수소화 반응 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of FDCA hydrogenation when the catalyst of Example 1 was used 1 to 4 times.
도 7에 따르면, 촉매는 활성의 현저한 손실 없이 적어도 4회 재사용 할 수 있는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 7 , it can be confirmed that the catalyst can be reused at least 4 times without significant loss of activity.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (20)
상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노 입자;를
포함하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산(THFDCA) 제조용 촉매.support; and
Ruthenium nanoparticles supported on the support;
A catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid (THFDCA) comprising:
상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 1,
The catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the support comprises at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide and activated carbon.
상기 지지체가 알루미늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 1,
A catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the support comprises aluminum oxide.
상기 루테늄 나노 입자가 상기 지지체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 1,
A catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the ruthenium nanoparticles are 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the support.
상기 촉매가 카르복실기(-COOH)를 포함하는 퓨란계 화합물을 환원(reduction)시켜 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 것에 사용하는 촉매인 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 1,
Tetrahydrofuran-2, characterized in that the catalyst is a catalyst used for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid by reducing a furan-based compound containing a carboxyl group (-COOH), Catalysts for the production of 5-dicarboxylic acids.
상기 퓨란계 화합물이 2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)인 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 5,
A catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the furan-based compound is 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).
상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매가 재사용 가능한 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산 제조용 촉매.According to claim 1,
A catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the catalyst for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid is reusable.
상기 촉매는 루테늄 나노입자가 담지된 지지체를 포함하는 것인, 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법:
[반응식 1]
(a) preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid represented by structural formula 2 by hydrogenating a furan-based compound represented by structural formula 1 in Scheme 1 using hydrogen (H 2 ) and a catalyst; including,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, wherein the catalyst comprises a support on which ruthenium nanoparticles are supported:
[Scheme 1]
상기 지지체가 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the support comprises at least one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, cobalt oxide and activated carbon. .
상기 지지체가 알루미늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 9,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the support comprises aluminum oxide.
상기 수소화 반응이 30 내지 100 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the hydrogenation reaction is carried out at a temperature of 30 to 100 ℃.
상기 촉매가 상기 퓨란계 화합물 100 중량부를 기준으로 50 내지 100 중량부인 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the catalyst is 50 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the furan-based compound.
상기 수소화 반응이 용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the hydrogenation reaction further comprises a solvent.
상기 용매가 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 13,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the solvent contains water.
상기 퓨란계 화합물이 상기 용매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 13,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the furan-based compound is 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent.
상기 수소화 반응이 200 내지 1,000 psi의 수소 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the hydrogenation reaction is carried out at a hydrogen pressure of 200 to 1,000 psi.
상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이전에,
(a') 지지체 및 루테늄 전구체를 포함하는 혼합물에 환원제를 넣고 반응시켜 지지체 및 상기 지지체 상에 담지된 루테늄 나노입자를 포함하는 촉매를 제조하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
The method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid before step (a),
(a') preparing a catalyst containing a support and ruthenium nanoparticles supported on the support by adding a reducing agent to a mixture containing a support and a ruthenium precursor and reacting thereon; tetrahydrofuran characterized in that it further comprises Method for producing -2,5-dicarboxylic acid.
상기 환원제가 수소화붕소나트륨(NaBH4) 및 아스코르브산(ascorbic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 17,
The method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the reducing agent comprises at least one selected from the group consisting of sodium borohydride (NaBH 4 ) and ascorbic acid.
상기 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법이 상기 단계 (a) 이후에,
(b) 상기 촉매를 재사용하여 상기 구조식 1로 표시되는 퓨란계 화합물 및 상기 수소(H2)의 수소화 반응으로 상기 구조식 2로 표시되는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산을 제조하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 8,
The method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid after step (a),
(b) preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid represented by Structural Formula 2 by hydrogenation of the furan-based compound represented by Structural Formula 1 and the hydrogen (H 2 ) by reusing the catalyst; ; Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that it further comprises.
상기 단계 (b)가 1 내지 10회 반복되어 수행되는 것을 특징으로 하는 테트라히드로퓨란-2,5-디카르복실산의 제조방법.According to claim 19,
Method for producing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid, characterized in that the step (b) is repeated 1 to 10 times.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210120404A KR102634711B1 (en) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | Catalyst for tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid and method of preparing tetrahydrofuran-2,5-dicarboxylic acid |
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Also Published As
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