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KR101088100B1 - Method for preparing gamma butyrolactone by hydrogenation of palladium supported catalyst supported on alumina control gel carrier with controlled acid properties and succinic acid using the catalyst - Google Patents

Method for preparing gamma butyrolactone by hydrogenation of palladium supported catalyst supported on alumina control gel carrier with controlled acid properties and succinic acid using the catalyst Download PDF

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KR101088100B1
KR101088100B1 KR1020100052651A KR20100052651A KR101088100B1 KR 101088100 B1 KR101088100 B1 KR 101088100B1 KR 1020100052651 A KR1020100052651 A KR 1020100052651A KR 20100052651 A KR20100052651 A KR 20100052651A KR 101088100 B1 KR101088100 B1 KR 101088100B1
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KR
South Korea
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catalyst
supported
acid
succinic acid
alumina
Prior art date
Application number
KR1020100052651A
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Korean (ko)
Inventor
송인규
홍웅기
서정길
박선영
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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.)
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Abstract

본 발명은 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 이용한 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 제조하기 위한 담지 촉매로서, 상기 담지 촉매는 알루미늄 전구체를 졸-겔법에 의해 겔화 후 열처리를 거쳐 제조되며, 평균 기공크기가 2nm 내지 10 nm 범위이고, 표면적이 100 m2/g 내지 300 m2/g 의 범위이되, 상기 열처리 온도를 700 내지 900℃ 범위에서 수행하여 산점을 조절한 알루미나 제어로젤(Xerogel) 담체 100중량부에 대하여 Pd 금속촉매가 1 내지 10중량부의 비율로 담지되며, 담지 후 촉매의 산량이 50 내지 300 μmol NH3/촉매중량 범위이고 표면 산밀도가 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2 범위인 것을 특징으로 하는 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 이용한 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 촉매를 이용하여 액상에서 숙신산의 수소화 반응을 수행하는 경우 기존의 상용 알루미나 담지 촉매보다 높은 감마 부티로락톤의 수율을 달성할 수 있으며, 바이오리파이너리 공정에 의해 재생된 숙신산을 별도의 정제과정을 거치지 않고도 부티로락톤을 제조할 수 있다.The present invention relates to a palladium supported catalyst supported on an alumina control gel carrier with controlled acid properties and a method for preparing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid using the catalyst, and more specifically, to gamma butyro from succinic acid. As a supported catalyst for producing lactone, the supported catalyst is prepared by gelation of an aluminum precursor by sol-gel method and then heat treatment, with an average pore size in the range of 2 nm to 10 nm, and a surface area of 100 m 2 / g to 300 m In the range of 2 / g, the Pd metal catalyst is supported in a ratio of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of an alumina controlled Xerogel carrier having the acid point controlled by performing the heat treatment temperature in the range of 700 to 900 ° C. the acid amount of 50 to 300 μmol NH 3 / catalyst weight range from after the supported catalyst and the acid characteristics, characterized in that the surface mount density of 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 range adjustment With alumina control relates to a palladium-supported catalyst and a method of manufacturing a gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid using the catalyst supported on the carrier gel. When the hydrogenation reaction of succinic acid in the liquid phase using the catalyst of the present invention can achieve a higher yield of gamma butyrolactone than the conventional commercially supported alumina supported catalyst, and separate purification process of the succinic acid recycled by the biorefinery process Butyrolactone can be prepared without going through.

Description

산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 이용한 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법{PALLADIUM CATALYST SUPPORTED ON ALUMINA XEROGEL SUPPORT WITH CONTROLLED ACIDITY AND PRODUCTION METHOD OF γ-BUTYROLACTONE BY HYDROGENATION OF SUCCINIC ACID USING SAID CATALYST}Palladium-supported catalyst supported on alumina-controlled gel carrier with controlled acid properties and method for producing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid using the above catalyst -BUTYROLACTONE BY HYDROGENATION OF SUCCINIC ACID USING SAID CATALYST}

본 발명은 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 이용한 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 제조하기 위한 담지 촉매로서, 상기 담지 촉매는 알루미늄 전구체를 졸-겔법에 의해 겔화 후 열처리를 거쳐 제조되며, 평균 기공크기가 2nm 내지 10 nm 범위이고, 표면적이 100 m2/g 내지 300 m2/g 의 범위이되, 상기 열처리 온도를 700 내지 900℃ 범위에서 수행하여 산점을 조절한 알루미나 제어로젤(Xerogel) 담체 100중량부에 대하여 Pd 금속촉매가 1 내지 10중량부의 비율로 담지되며, 담지 후 촉매의 산량이 50 내지 300 μmol NH3/촉매중량 범위이고 표면 산밀도가 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2 범위인 것을 특징으로 하는 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 이용한 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a palladium supported catalyst supported on an alumina control gel carrier with controlled acid properties and a method for preparing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid using the catalyst, and more specifically, to gamma butyro from succinic acid. As a supported catalyst for producing lactone, the supported catalyst is prepared by gelation of an aluminum precursor by sol-gel method and then heat treatment, with an average pore size in the range of 2 nm to 10 nm, and a surface area of 100 m 2 / g to 300 m In the range of 2 / g, the Pd metal catalyst is supported in a ratio of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of an alumina controlled Xerogel carrier having the acid point controlled by performing the heat treatment temperature in the range of 700 to 900 ° C. the acid amount of 50 to 300 μmol NH 3 / catalyst weight range from after the supported catalyst and the acid characteristics, characterized in that the surface mount density of 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 range adjustment With alumina control relates to a palladium-supported catalyst and a method of manufacturing a gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid using the catalyst supported on the carrier gel.

감마 부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL)은 제약 산업에서 반응 중간체, 페인트 용제 등 여러 분야에서 이용되며 현재 그 시장이 꾸준히 증가하고 있지만, 그 제조에 있어서 가격변동이 심하고 환경문제를 야기하는 말레산무수물(maleic anhydride)을 원료로 사용하기 때문에 원료의 대체가 시급한 실정이다. 숙신산(Succinic acid, SA)은 목질계 폐바이오매스의 바이오리파이너리 공정에서 재생될 수 있는 미래의 친환경 에너지물질로서 그 관심이 집중되고 있으며, 수소화 공정을 통하여 감마부티로락톤 등의 유용한 화합물로 전환될 수 있는 플랫폼 화합물이다.Gamma butyrolactone (γ-butyrolactone (GBL)) is used in the pharmaceutical industry in a number of fields, including reactive intermediates and paint solvents, and its market is steadily increasing. Since anhydride (maleic anhydride) is used as a raw material, it is urgent to replace the raw material. Succinic acid (SA) is an environmentally friendly energy material of the future that can be regenerated in biorefinery processes of wood waste biomass, and its interest is attracting attention, and it can be converted into useful compounds such as gamma butyrolactone through hydrogenation. Platform compound.

감마 부티로락톤을 제조하는 공정으로는 지금까지 구리계 촉매를 사용하는 Reppe Process 와 Davy McKee Process 등 크게 2개의 상용화된 공정이 알려져 있다. 1,4-부탄다이올(1,4-butanediol)의 탈수소화 반응에 의해 감마 부티로락톤을 생산하는 Reppe Process는 가장 먼저 상용화된 감마 부티로락톤 제조 공정으로 전통적으로 미국과 유럽 등지에서 많이 이용되고 있는 공정이지만, 원료인 1,4-부탄다이올의 가격이 급증함에 따라 경제성을 잃고 있는 상황이며, 1,4-부탄다이올이 유해물질인 포름알데하이드로부터 제조된다는 한계점을 가지고 있다. 이후 n-butane의 부분산화반응을 통해 말레산무수물(maleic anhydride)을 저렴하게 제조할 수 있게 됨에 따라 일본 등지에서는 말레산무수물을 원료로 한 수소화 반응을 통하여 감마 부티로락톤을 제조하는 Davy McKee Process를 상용화 하였지만, 이 역시 원료의 단가 상승, 고온 및 고압의 반응 조건, 여러 가지 부생성물(사수소화퓨란, 프로피온산, 프로판올, 부탄올, 부티릭산 등) 생성에 따른 환경오염 등의 문제점을 가지고 있다.As a process for producing gamma butyrolactone, two commercially available processes have been known, namely, Reppe Process and Davy McKee Process using a copper catalyst. The Reppe Process, which produces gamma butyrolactone by dehydrogenation of 1,4-butanediol, is the first commercially available process for producing gamma butyrolactone, which is traditionally used in the US and Europe. Although it is a process that is being processed, the economic situation is losing due to the sharp increase in the price of 1,4-butanediol as a raw material, and there is a limitation that 1,4-butanediol is manufactured from formaldehyde, which is a hazardous substance. Since maleic anhydride can be produced at low cost through partial oxidation of n-butane, Davy McKee Process for producing gamma butyrolactone through hydrogenation of maleic anhydride as a raw material in Japan etc. Although it has been commercialized, this also has problems such as increased raw material cost, high temperature and high pressure reaction conditions, environmental pollution due to the generation of various by-products (furan tetrahydrogen, propionic acid, propanol, butanol, butyric acid, etc.).

이러한 문제점들은 감마 부티로락톤 제조 공정의 원료가 석유화학 제품이라는 것에 기인하는데, 범세계적인 환경규제와 유가 변동(급등)에 따른 가격 급등의 문제가 대두되고 있어 친환경 대체공정 및 기술 개발이 시급하다. 이에 따라 숙신산은 감마 부티로락톤을 생산할 수 있는 플랫폼 화합물로서 관심이 집중되고 있으며, 말레산무수물을 대체할 수 있는 중간체로서 현재까지 새로운 발효 균주 생산 공정 개발에 의해 부탄으로부터 생산되는 말레산무수물과 가격 경쟁이 가능한 단계에 이르렀다.These problems are due to the fact that the raw materials of the gamma butyrolactone manufacturing process are petrochemical products, and there is an urgent need to develop eco-friendly alternative processes and technologies due to global environmental regulations and rising prices due to oil price fluctuations. Accordingly, succinic acid is attracting attention as a platform compound capable of producing gamma butyrolactone, and it is an intermediate that can replace maleic anhydride, and maleic anhydride produced from butane by developing a new fermentation strain production process to date. The competition has reached a stage where it is possible.

숙신산으로부터 수소화 반응을 통하여 유용한 C4 화합물로 전환되는 과정은 몇몇 문헌에 보고되었지만, 말레산무수물이나 말레산의 수소화 공정에서 부수적인 차원으로 연구되었을 뿐, 그 세부 원리와 메커니즘을 응용한 사례는 미비하다. 도 1은 숙신산으로부터 수소화 반응을 통하여 감마 부티로락톤이 제조되는 반응 메커니즘을 나타낸 것이다. 숙신산은 1차적으로 탈수반응을 통하여 숙신산무수물(succinic anhydride, SAN)로 전환되고, 2차적으로 숙신산 무수물의 C=O 결합이 수소화 되는 연속 반응을 따른다. 숙신산무수물의 전환 사례는 일본에서 연구된 팔라듐 촉매를 이용한 숙신산무수물의 수소화 반응 [T. Fuchikami, N. Wakasa, D-H. He, T. Miyake, T. Okada, A. Fujimura, H. Sasakibara, Y. Kanou, T. Saito, 미국특허 제 5,502,217호], 구리-크롬계 촉매를 이용한 숙신산무수물의 수소화 반응 사례[U. Herrmann, G. Emig, Ind. Eng. Chem. Res., 36권, 2885쪽 (1997)] 등의 문헌에서 일부 보고되었다. 하지만 숙신산의 수소화 반응을 통하여 감마 부티로락톤을 제조하기 위해서는 숙신산이 숙신산무수물로 전환되는 고리화 과정을 거쳐야 하기 때문에 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 제조하는 것은 숙신산무수물로부터 감마 부티로락톤을 제조하는 것보다 어렵다. 또한 숙신산의 수소화 반응은 루테늄-코발트 촉매를 이용한 듀폰사의 숙신산의 수소화 반응 사례[R.M. Deshpande, V.V. Buwa, C.V. Rode, R.V. Chaudhari, P.L. Mills, Catal. Commun., 3권, 269쪽 (2002)]와 탄소담체에 담지된 귀금속 촉매들을 이용한 숙신산의 수소화 반응 사례[R.Luque, J.H. Clark, K. Yoshida, P.L. Gai, Chem.Commun., 5305쪽 (2009)]등 소수 문헌에 보고되었으나 숙신산의 수소화 과정에서 여러 몇몇 귀금속의 활성만을 고찰했을 뿐, 아직 연구개발의 초기단계에 머무는 정도에 그치고 있다.The conversion of succinic acid into useful C4 compounds via hydrogenation has been reported in several literatures, but only minor studies of maleic anhydride and maleic acid hydrogenation processes have been conducted, but there have been few examples of applying detailed principles and mechanisms. . 1 shows a reaction mechanism in which gamma butyrolactone is prepared through hydrogenation from succinic acid. Succinic acid is first converted to succinic anhydride (SAN) through dehydration, followed by a continuous reaction in which the C = O bond of succinic anhydride is hydrogenated. Examples of conversion of succinic anhydride include hydrogenation of succinic anhydride using a palladium catalyst studied in Japan [T. Fuchikami, N. Wakasa, D-H. He, T. Miyake, T. Okada, A. Fujimura, H. Sasakibara, Y. Kanou, T. Saito, US Patent No. 5,502, 217, Examples of hydrogenation of succinic anhydrides using copper-chromium catalysts [U. Herrmann, G. Emig, Ind. Eng. Chem. Res., 36, 2885 (1997)]. However, in order to produce gamma butyrolactone through hydrogenation of succinic acid, succinic acid has to undergo a cyclization process in which succinic acid is converted into succinic anhydride. More difficult. In addition, hydrogenation of succinic acid is a case of hydrogenation of succinic acid of DuPont using ruthenium-cobalt catalyst [R.M. Deshpande, V.V. Buwa, C.V. Rode, R. V. Chaudhari, P.L. Mills, Catal. Commun., Vol. 3, p. 269 (2002)] and examples of hydrogenation of succinic acid using noble metal catalysts supported on carbon carriers [R.Luque, J.H. Clark, K. Yoshida, P.L. Gai, Chem. Commun., P. 5305 (2009)]. However, only a few of the precious metals have been considered in the hydrogenation of succinic acid, but they are still in the early stages of R & D.

이와 같이 말레산무수물을 대체할 수 있는 숙신산으로부터 감마부티로락톤을 생산하는 상업화 공정에 사용된 촉매 및 전환공정은 현재 매우 미비한 실정이기 때문에 그 세부 원리와 메커니즘을 응용하여 높은 감마 부티로락톤의 수율을 얻을 수 있는 촉매와 공정시스템을 개발하는 것은 기술적으로나 경제적으로 중요한 의미를 갖는다. 또한 바이오리파이너리 공정에서 재생되는 폐숙신산의 제조비용 중 60 % 이상을 차지하는 분리 및 정제 비용을 저감하기 위하여 폐숙신산 제조 및 발효공정의 부생성물을 따로 분리, 정제하지 않고 초산(acetic acid) 등의 부생성물을 포함하는 숙신산을 직접 수소화 시켜 감마 부티로락톤을 제조하는 연구 역시 경제적으로 매우 중요한 의미를 갖는다.As such, the catalysts and conversion processes used in the commercialization process for producing gamma butyrolactone from succinic acid, which can replace maleic anhydride, are very insignificant. Therefore, the yield of high gamma butyrolactone is increased by applying the detailed principles and mechanisms. Developing catalysts and process systems that can achieve this has important technical and economic significance. In addition, in order to reduce the cost of separation and purification, which accounts for more than 60% of the manufacturing cost of waste succinic acid recycled in the biorefinery process, by-products such as acetic acid without separating and purifying the by-products of the waste succinic acid production and fermentation process separately. The study of producing gamma butyrolactone by direct hydrogenation of succinic acid containing the product also has significant economic significance.

이에, 본 발명자들은 상기 종래 기술들의 문제점을 극복하고 경제성을 향상시키기 위하여 연구 노력한 결과 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 생산하는 수소화 반응이 연속반응이라는 데에 초점을 맞추게 되었다. 전술한 바와 같이 숙신산은 1차적으로 탈수반응을 통하여 숙신산 무수물로 전환되고, 2차적으로 숙신산 무수물의 C=O 결합이 수소화 되는 연속 반응을 따른다. 1차 탈수반응에서 생성되는 숙신산무수물은 생성된 물과 만나게 되면 쉽게 숙신산으로 역전환 되기 때문에 숙신산무수물이 물과 반응하기 전에 팔라듐의 활성점에 흡착되어야 감마 부티로락톤으로 전환되는 원리를 갖는다. 따라서 1차 반응에서 산촉매의 기능을 하고 2차 반응에서 금속촉매의 기능을 함께 할 수 있는 이원기능 촉매 작용이 필요하며, 이 두 가지 기능이 최적으로 조합되어야 높은 감마 부티로락톤의 수율을 달성할 수 있다.Accordingly, the present inventors have focused on the fact that the hydrogenation reaction for producing gamma butyrolactone from succinic acid is a continuous reaction as a result of research efforts to overcome the problems of the prior art and to improve the economics. As described above, succinic acid is first converted into succinic anhydride through dehydration, and secondly, a continuous reaction in which the C = O bond of succinic anhydride is hydrogenated. Since the succinic anhydride produced in the first dehydration reaction is easily converted to succinic acid when it meets the produced water, the succinic anhydride is converted to gamma butyrolactone only when it is adsorbed at the active point of palladium before reacting with water. Therefore, it is necessary to have a dual function catalysis that functions as an acid catalyst in the first reaction and a metal catalyst in the second reaction, and when these two functions are optimally combined, a high yield of gamma butyrolactone is achieved. Can be.

본 발명자들은 최근 졸-겔법을 이용하여 중형기공을 가지는 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매를 이용하여 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 생산하는 공정을 개발한 사례가 있다[대한민국 특허출원 제2009-0131487]. 졸-겔 법을 이용하여 제조된 알루미나 제어로젤은 제조 온도에 따라 다양한 산 특성을 나타냄과 동시에 귀금속 촉매와 최적의 조합으로 사용될 경우 훌륭한 이원기능 촉매로서 작용할 수 있다. 또한 알루미나 제어로젤 담체는 훌륭한 물리화학적 특성을 가지며 열화학적으로 안정한 구조를 지니기 때문에 고온, 고압 반응인 숙신산의 액상 수소화 반응에서 높은 촉매 재생률을 갖는다.The present inventors have recently developed a process for producing gamma butyrolactone from succinic acid using a palladium supported catalyst supported on an alumina control gel carrier having medium porosity using the sol-gel method [Korean Patent Application No. 2009 -0131487]. The alumina control gels prepared using the sol-gel method exhibit various acid properties depending on the preparation temperature, and can act as excellent bifunctional catalysts when used in an optimal combination with noble metal catalysts. In addition, since the alumina control gel carrier has excellent physicochemical properties and a thermochemically stable structure, it has a high catalyst regeneration rate in the liquid phase hydrogenation of succinic acid at high temperature and high pressure.

따라서 본 발명의 목적은 중형기공 알루미나 제어로젤 담체의 산특성과 금속의 수소화 활성이 최적의 조합으로 조절된 귀금속 담지 촉매를 제공하여, 화학적 안정성이 높고 강한 내구성을 가지며 훌륭한 물성을 갖는 동시에 중형기공 알루미나 제어로젤 담체가 가지는 산특성의 장점과 귀금속의 장점이 함께 활용된 감마 부티로락톤 제조용 이원기능 촉매의 산특성을 제어한 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매 및 상기 촉매를 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a precious metal supported catalyst in which the acid property of the medium pore alumina control gel carrier and the hydrogenation activity of the metal are controlled in an optimal combination, which has high chemical stability, strong durability, excellent physical properties, and medium size pores. The palladium supported catalyst and the catalyst supported on the alumina control rosette carrier which controlled the acid characteristics of the bifunctional catalyst for producing gamma butyrolactone utilizing the advantages of the acid properties and the precious metals of the alumina controlled rosette carrier It is to provide a method for producing gamma butyrolactone by hydrogenation.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 제조하기 위한 담지 촉매로서, 상기 담지 촉매는 알루미늄 전구체를 졸-겔법에 의해 겔화 후 열처리를 거쳐 제조되며, 평균 기공크기가 2nm 내지 10 nm 범위이고, 표면적이 100 m2/g 내지 300 m2/g 의 범위이되, 상기 열처리 온도를 700 내지 900℃ 범위에서 수행하여 산점을 조절한 알루미나 제어로젤(Xerogel) 담체 100중량부에 대하여 Pd 금속촉매가 1 내지 10중량부의 비율로 담지되며, 담지 후 촉매의 산량이 50 내지 300 μmol NH3/촉매중량 범위이고 표면 산밀도가 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2 범위인 것을 특징으로 하는 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a supported catalyst for the production of gamma butyrolactone from succinic acid, the supported catalyst is prepared through the heat treatment after gelling the aluminum precursor by the sol-gel method, the average pore size is 2nm 100 nm by weight of the alumina control rogel carrier, which has a range of from 10 nm and a surface area of 100 m 2 / g to 300 m 2 / g, wherein the acid point is adjusted by performing the heat treatment temperature in the range of 700 to 900 ° C. Pd metal catalyst is supported at a ratio of 1 to 10 parts by weight with respect to the acid content of the catalyst after loading, 50 to 300 μmol NH 3 / catalyst weight range and surface acid density is 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 Provided is a palladium supported catalyst supported on an alumina control gel carrier having an acid property adjusted thereto.

또한, 본 발명은 상기 촉매 존재 하에 숙신산 혹은 숙신산무수물을 150 내지 300℃ 범위의 온도 및 40 내지 100 bar 범위의 압력에서 반응시키는 단계를 포함하는 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid comprising the step of reacting succinic acid or succinic anhydride in the presence of the catalyst at a temperature in the range of 150 to 300 ℃ and a pressure in the range of 40 to 100 bar. do.

본 발명에 따라 개발된 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤에 담지된 팔라듐 담지 촉매는 액상에서 숙신산(succinic acid)의 수소화 반응을 수행하는 경우 담체의 산특성과 팔라듐의 수소화 활성이 최적으로 조합되어 높은 감마 부티로락톤의 수율을 달성할 수 있으며, 열화학적으로 안정되고 재이용율이 높은 촉매 공정을 수행할 수 있다. 또한 바이오리파이너리 공정에 의해 재생된 숙신산(이하 폐숙신산)을 별도의 정제과정을 거치지 않고도 감마 부티로락톤을 제조할 수 있다.According to the present invention, the palladium-supported catalyst supported on the controlled alumina control gel having the acid property developed according to the present invention is optimally combined with the acid property of the carrier and the hydrogenation activity of palladium when the hydrogenation reaction of succinic acid is carried out in the liquid phase. A high yield of gamma butyrolactone can be achieved, and a catalytic process that is thermochemically stable and has high reuse rates can be performed. In addition, gamma butyrolactone may be prepared without undergoing a separate purification process of succinic acid (hereinafter referred to as waste succinic acid) regenerated by a biorefinery process.

도 1은 숙신산으로부터 수소화 반응을 통하여 감마 부티로락톤이 제조되는 반응 메커니즘
도 2는 (제조)실시예 1에서 제조한 소성 온도별 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매들(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900)의 X-선 회절 스펙트럼 분석결과
도 3은 (제조)실시예 1에서 제조한 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매의 질소 흡착-탈착 분석 결과
도 4는 본 발명에서 산밀도와 팔라듐 활성점에 따른 숙신산의 수소화 반응 원리
1 is a reaction mechanism in which gamma butyrolactone is prepared through hydrogenation from succinic acid.
FIG. 2 shows (X) of the palladium supported catalysts (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, Pd / AX900) supported on the alumina control rogel carrier for each firing temperature prepared in Example 1. -Ray diffraction spectrum analysis
FIG. 3 shows the result of nitrogen adsorption-desorption analysis of the palladium supported catalyst supported on the alumina control rogel carrier prepared according to the firing temperature prepared in Example 1
4 is a hydrogenation principle of succinic acid according to the acid density and palladium active site in the present invention

이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 알루미나 제어로젤에 담지된 팔라듐 담지 촉매(이하, 약식 표현으로'팔라듐/알루미나 제어로젤 촉매'라고도 함)는 알루미늄 전구체를 졸-겔법에 의해 겔화 후 열처리를 거쳐 제조되며, 평균 기공크기가 2nm 내지 10 nm 범위이고, 표면적이 100 m2/g 내지 300 m2/g 의 범위이되, 상기 열처리 온도를 700 내지 900℃ 범위에서 수행하여 산점을 조절한 알루미나 제어로젤(Xerogel) 담체 100중량부에 대하여 Pd 금속촉매가 1 내지 10중량부의 비율로 담지되며, 담지 후 촉매의 산량이 50 내지 300 μmol NH3/촉매중량 범위이고 표면 산밀도가 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2 범위인 것을 특징으로 한다. The palladium supported catalyst (hereinafter, also referred to as palladium / alumina controlled gel catalyst in short form) supported on the alumina control gel of the present invention is prepared through gelation of an aluminum precursor by a sol-gel method, followed by heat treatment, and an average pore. Size ranges from 2 nm to 10 nm, surface area in the range of 100 m 2 / g to 300 m 2 / g, the alumina controlled Xerogel carrier adjusted to the acid point by performing the heat treatment temperature in the range of 700 to 900 ℃ Pd metal catalyst is supported at a ratio of 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight, and the amount of the catalyst after loading is in the range of 50 to 300 μmol NH 3 / catalyst weight and the surface acid density is in the range of 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 It is characterized by that.

중형 기공을 가지는 알루미나 제어로젤을 졸-겔 법으로 제조한 후 소성 온도를 조절하여 담체(촉매)의 산특성을 제어하여 수소화 탈수반응의 담체로써 유용하게 개량하고, 이렇게 제조된 알루미나 제어로젤 지지체에 활성금속으로 팔라듐을 담지한 팔라듐/알루미나 제어로젤 촉매를 제조하여 숙신산의 감마 부티로락톤 전환 반응에 적용할 시 담체의 산특성과 팔라듐의 수소화 활성이 최적으로 조합되어 감마 부티로락톤을 제조할 때 특히 우수한 효과를 나타낸다. After preparing the alumina control gel having medium pores by sol-gel method, it is useful to improve the acid properties of the carrier (catalyst) by controlling the calcination temperature and usefully improve it as a carrier for hydrogenation dehydration. Preparation of palladium / alumina controlled rogel catalyst supporting palladium as an active metal on the support and when applied to gamma butyrolactone conversion of succinic acid, the acid properties of the carrier and the hydrogenation activity of palladium are optimally combined to provide gamma butyrolactone. It shows a particularly good effect when prepared.

본 발명의 팔라듐/알루미나 제어로젤 촉매는 기공크기가 2 ∼ 15 nm 범위인 알루미나 제어로젤 지지체를 700 ℃ 내지 900 ℃ 의 범위의 온도에서 소성한 후, 팔라듐을 담지한 촉매이다. 상기 알루미나 제어로젤 지지체가 촉매 담체로서 우수한 산 특성을 보이기 위해서는 700 ℃ 내지 900 ℃ 범위에서 소성하여 X-선 회절 스펙트럼의 2θ 특성 피크가 35˚ 내지 38˚, 45˚ 내지 47˚, 66˚ 내지 68˚ 의 범위에서 나타나는 감마 알루미나 상을 포함하여야 하는데, 상기 온도에서 제조된 담지촉매는 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2의 높은 표면 산밀도를 갖는 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매를 포함한다. 만약 상기 알루미나 제어로젤 지지체의 소성온도가 700 ℃ 미만이면 무정형 알루미나 상에 가까워지면서 강한 산 특성을 나타내지 못하고, 900 ℃ 를 초과하는 경우에도 또한 결정성이 강한 알파 알루미나 상을 나타내어 산 특성이 약해지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하여 높은 표면 산밀도를 갖는 알루미나 상을 형성하는 것이 바람직하다.The palladium / alumina-controlled gel catalyst of the present invention is a catalyst carrying palladium after calcining an alumina-controlled gel support having a pore size in the range of 2 to 15 nm at a temperature in the range of 700 ° C. to 900 ° C. In order for the alumina control gel support to exhibit excellent acid properties as a catalyst carrier, the alumina control gel was calcined in the range of 700 ° C. to 900 ° C., and the 2θ characteristic peak of the X-ray diffraction spectrum was 35 °. To 38˚, 45˚ To 47˚, 66˚ to 68˚ The supported catalyst prepared at the temperature includes a palladium supported catalyst supported on an alumina controlled rogel carrier having a high surface acid density of 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 . . If the calcination temperature of the alumina control gel support is less than 700 ° C., the amorphous alumina phase does not show strong acid properties, and if it exceeds 900 ° C., the crystalline alpha alumina phase also exhibits strong crystalline alpha alumina phase, resulting in weak acid properties. Since problems arise, it is preferable to maintain the above range to form an alumina phase having a high surface acid density.

본 발명에 따른 팔라듐/알루미나 제어로젤 촉매를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 알루미늄 전구체를 50 ℃ 내지 100 ℃로 가열된 알코올 용매에 용해시킨 후, 물 및 산을 첨가하여 부분 수화시켜 알루미나 졸(sol)을 제조한다. 상기 알루미늄 전구체는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기를 갖는 알루미늄 알콕사이드, 알루미늄 아세틸 아세테이트 및 알루미나 졸 등을 사용할 수 있다. 상기 알코올 용매는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으며, 구체적으로 탄소수 1 내지 6의 알코올을 사용할 수 있다. 이러한 용매는 알루미늄 전구체에 대하여 1.5 내지 2.5 범위로 사용하는바, 사용량이 1.5 미만이면 알루미늄 전구체가 분산되기에 충분하지 않고, 2.5를 초과하는 경우에는 겔 형성이 원활하지 못한 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. Looking at the method for producing a palladium / alumina control gel catalyst according to the present invention in more detail as follows. First, the aluminum precursor is dissolved in an alcohol solvent heated to 50 ° C. to 100 ° C., and then partially hydrated by adding water and an acid to prepare an alumina sol. The aluminum precursor is generally used in the art, but is not particularly limited, and aluminum alkoxide, aluminum acetyl acetate, and alumina sol having an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms may be used. The alcohol solvent is generally used in the art and is not particularly limited. Specifically, alcohols having 1 to 6 carbon atoms may be used. The solvent is used in the range of 1.5 to 2.5 with respect to the aluminum precursor. If the amount is less than 1.5, the solvent is not sufficient to disperse the aluminum precursor. If the solvent exceeds 2.5, the solvent may not be formed smoothly. It is desirable to maintain.

상기 반응에 사용되는 물 및 산은 첨가된 알루미늄에 대하여 각각 0.3 내지 0.5 중량비 범위 및 0.04 내지 0.05 중량비 범위로 사용하는 바, 이의 사용량은 부분 수화시켜 알루미나 투명 졸(sol)을 제조하기 위한 적정량이다. 다음으로, 상기 제조된 알루미나 졸을 냉각한 후, 물을 첨가하여 알루미나 겔을 제조한다. 상기 물은 첨가된 알루미나에 대하여 1.0 내지 1.2의 중량비 범위로 사용하는 바, 상기 사용량이 1.0 미만이면 겔 형성 시 구조의 축합이 일어나 숙성 과정 동안 기공에서 용매가 축출되어 바람직하지 못하고, 1.2를 초과하는 경우에는 겔 형성이 너무 빠르게 진행되어 균일한 겔을 얻기 어렵기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The water and acid used in the reaction are used in the range of 0.3 to 0.5 weight ratio and 0.04 to 0.05 weight ratio, respectively, with respect to the added aluminum, and the amount of the acid and the acid used is a proper amount for partially hydrating to prepare an alumina transparent sol. Next, after cooling the prepared alumina sol, water is added to prepare an alumina gel. The water is used in the weight ratio range of 1.0 to 1.2 with respect to the added alumina. If the amount is less than 1.0, condensation of the structure occurs during gel formation, and the solvent is evaporated from the pores during the aging process. In this case, it is preferable to maintain the above range because gel formation proceeds too fast to obtain a uniform gel.

다음으로, 상기 제조된 알루미나 겔을 숙성(aging) 및 건조시킨다. 이때, 숙성은 2일 내지 8일, 바람직하기로는 3일 내지 7일 동안 상온에서 수행한다. 또한, 숙성 후 건조는 70 ℃ 내지 100 ℃, 바람직하기로는 70 ℃ 내지 90 ℃에서 24시간 내지 48시간 동안 건조시킨다. Next, the prepared alumina gel is aged and dried. At this time, aging is carried out at room temperature for 2 to 8 days, preferably 3 to 7 days. In addition, drying after aging is dried for 24 to 48 hours at 70 ℃ to 100 ℃, preferably 70 ℃ to 90 ℃.

다음으로, 상기 건조된 알루미나 겔을 700 ℃ 내지 900 ℃ 의 범위, 바람직하게는 800 ℃ 내지 850 ℃ 의 온도에서 소성시켜 알루미나 제어로젤을 제조한다.Next, the dried alumina gel is calcined at a temperature in the range of 700 ° C to 900 ° C, preferably 800 ° C to 850 ° C, to prepare an alumina control gel.

다음으로, 상기 제조된 알루미나 제어로젤 100중량부를 기준으로 팔라듐 전구체 1 내지 10중량부 범위에서 함침 시킨 후, 80 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 12시간 이상 건조시켜 습기를 모두 제거시킨 다음, 300 ℃ 내지 700 ℃, 바람직하기로는 400 ℃ 내지 500 ℃에서 3시간 이상 소성하여 팔라듐/알루미나 제어로젤 촉매를 제조한다. 본 발명에서 촉매 제조에 팔라듐 전구체로 사용되는 기본물질은 물에 잘 녹고 열환원에 의해 금속형태로 잘 분해되는 물질로서 질산 팔라듐(palladium nitrate), 염화 팔라듐(palladium chloride), 팔라듐 아세테이트(palladium acetate), 아민 콤플렉스(amine complex) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 저온에서 열환원이 쉽게 이루어지는 질산 팔라듐을 사용하는 것이 좋다. 담지 되는 팔라듐 전구체의 양이 알루미나 제어로젤 100중량부를 기준으로 1중량부 미만이면 팔라듐의 양이 적어 필요한 정도의 수소화 반응 활성을 나타내지 못하고, 10중량부를 초과하는 경우에는 팔라듐의 분산도가 떨어져 수소화 반응의 활성이 떨어지는 동시에 팔라듐 전구체의 높은 가격으로 인하여 경제성이 떨어지는 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. Next, after impregnating the palladium precursor in the range of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the prepared alumina control gel, dried at a temperature of 80 ° C. to 150 ° C. for at least 12 hours to remove all moisture, and then 300 ° C. To 700 [deg.] C., preferably at 400 [deg.] C. to 500 [deg.] C. for at least 3 hours to prepare a palladium / alumina controlled gel catalyst. In the present invention, the basic material used as a palladium precursor for preparing a catalyst is palladium nitrate, palladium chloride, palladium acetate, which is well dissolved in water and well decomposed into a metal form by heat reduction. , Amine complex and the like may be used, and preferably, palladium nitrate, which is easily heat-reduced at low temperature, may be used. If the amount of the supported palladium precursor is less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the alumina control gel, the amount of palladium is small to show the required degree of hydrogenation reaction activity. It is preferable to maintain the above range because the activity of the reaction is lowered and the economical efficiency is lowered due to the high price of the palladium precursor.

한편, 본 발명은 숙신산을 수소화 반응시켜 감마 부티로락톤을 제조하는 방법에 있어서, 상기 팔라듐/알루미나 제어로젤 담지 촉매 존재 하에 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 감마 부티로락톤 제조 공정을 제공한다. 본 공정은 일반적으로 높은 온도와 압력 범위에서 회분식 반응으로 수행되고, 상세하게는 150 ℃ 내지 400 ℃ 의 온도와 30 bar 내지 200 bar 의 압력 범위에서 수행되지만, 주 공정조건은 300 ℃, 100 bar 이하의 온화한 온도 및 압력 범위에서 수행되는 것이 경제적으로 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 240 ℃ 의 온도 범위 및 60 bar 의 압력 조건에서 폐숙신산의 수소화 반응을 수행하였는데, 200 ℃ 이하 온도 및 40 bar 이하의 압력 조건에서도 반응이 가능하나 반응속도가 느리고 높은 전환율을 얻는데 반응시간이 오래 걸리게 되므로 적절한 온도, 압력 및 시간을 설정하는 것은 감마 부티로락톤의 생산성을 조절할 수 있는 중요한 요소이다. On the other hand, the present invention provides a method for producing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid, characterized in that the hydrogenation reaction is carried out in the presence of the palladium / alumina control rogel supported catalyst. . The process is generally carried out in a batch reaction at a high temperature and pressure range, in particular at a temperature of 150 ℃ to 400 ℃ and a pressure range of 30 bar to 200 bar, the main process conditions are 300 ℃, 100 bar or less It is economically desirable to carry out at a mild temperature and pressure range of. Therefore, in the present invention, the hydrogenated reaction of waste succinic acid was carried out at a temperature range of 240 ° C. and a pressure of 60 bar. The reaction can be performed even at a temperature of 200 ° C. or below and a pressure of 40 bar or less. It takes longer, so setting the appropriate temperature, pressure, and time is an important factor in controlling the productivity of gamma butyrolactone.

또한, 본 발명에서 폐숙신산을 감마 부티로락톤으로 전환하는 공정은 액상에서 전환율과 반응기 부피를 고려하여 수행하며, 과열시키지 않는 액상 공정이므로 코크 생성에 의한 촉매 활성의 저하도 없기 때문에 촉매 재생이 용이하다. 본 촉매 반응공정은 액상 용매에 반응물인 폐숙신산을 용해하여 고체 촉매를 사용하는 비균일계(heterogeneous) 반응이고, 용매는 벤젠, 톨루엔 및 자이렌과 같은 방향족 물질, 메탄올, 에탄올과 같은 지방족 알코올, 그리고 사수소화퓨란이나 감마 부티로락톤, 디옥산과 같은 넓은 범위의 불활성 용매를 사용할 수 있다. 상용화 공정에서 공정생성물인 사수소화퓨란이나 감마 부티로락톤을 용매로 사용할 경우 목적에 따라 분리와 용매 제거가 필요 없다는 장점이 있지만, 본 공정에서는 감마 부티로락톤과 부생성물인 사수소화퓨란, 1,4-부탄디올 등의 생성을 정확히 측정하기 위하여 1,4-디옥산을 용매로 사용하였다. 반응기의 교반은 마그네틱 드라이브를 사용하여 행하였으며, 교반 속도는 일반적으로 300 rpm 내지 1000 rpm 이 적당하지만 촉매의 상태와 용매의 점도 등을 고려하여 수소와 반응물 간 계면의 물질 전달이 최대인 영역 에서 수행되어야 하며, 바람직하게는 공정 비용을 고려하여 물질 전달이 최대인 영역 중 최소의 교반 속도에서 수행한다.In addition, in the present invention, the process of converting the waste succinic acid to gamma butyrolactone is carried out in consideration of the conversion rate and the reactor volume in the liquid phase, and since it is a liquid phase process that does not overheat, it is easy to regenerate the catalyst because there is no deterioration of catalyst activity due to coke formation. Do. This catalytic reaction process is a heterogeneous reaction using a solid catalyst by dissolving the reactant waste succinic acid in a liquid solvent.The solvent is an aromatic substance such as benzene, toluene and xylene, aliphatic alcohol such as methanol, ethanol, And a wide range of inert solvents, such as tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, and dioxane, can be used. In the commercialization process, when the process product, tetrahydrofuran or gamma butyrolactone, is used as a solvent, there is an advantage that separation and solvent removal are not necessary depending on the purpose, but in this process, gamma butyrolactone and a byproduct tetrahydrofuran, 1, In order to accurately measure the production of 4-butanediol and the like, 1,4-dioxane was used as a solvent. Stirring of the reactor was carried out using a magnetic drive, and the stirring speed was generally 300 rpm to 1000 rpm, but in the region where the mass transfer at the interface between hydrogen and the reactant is maximized in consideration of the state of the catalyst and the viscosity of the solvent. It should preferably be carried out at the minimum agitation rate of the areas where mass transfer is at a premium, taking into account the process costs.

본 발명의 일실시예에서는 반응물로서 바이오리파이너리 공정으로부터 재생되는 숙신산 생산 시 필연적으로 생성되는 초산을 숙신산과 혼합하여 폐숙신산을 인위적으로 재현하였다. 바이오리파이너리 공정에서 글루코오스로부터 발효되어 재생되는 폐숙신산의 부생성물은 초산과 숙신산의 중량 비율이 1 : 7 의 수준까지 가능하다고 판단되는 보고가 있고 [C. Du, S.K.C. Lin, A. Koutinas,R. Wang, C. Webb, Appl. Microbiol. Biot., 76권, 1263쪽 (2007)], 또한 이러한 숙신산 생산에서 부생성물의 문제는 발효공정에서 매우 중요한 쟁점이기 때문에 활발한 연구 개발이 진행됨에 따라 부생성물의 비율은 더욱 더 줄어들 것으로 예상된다. 따라서 본 발명에서 사용하는 초산과 숙신산이 혼합된 반응물은 초산과 숙신산의 중량 비율이 1 : 5 내지 1 : 10 의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 이러한 반응물의 양은 촉매 양의 2배 이상이 적당하며, 구체적인 양은 실제 공정에서 유지비용, 생산성, 촉매의 재생효율 등을 고려하여 적당한 비율을 유지하는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, waste succinic acid is artificially reproduced by mixing succinic acid with acetic acid which is inevitably generated during succinic acid production from the biorefinery process as a reactant. As a by-product of waste succinic acid fermented from glucose in the biorefinery process, it has been reported that the weight ratio of acetic acid and succinic acid can be as high as 1: 7 [C. Du, S.K.C. Lin, A. Koutinas, R. Wang, C. Webb, Appl. Microbiol. Biot., Vol. 76, p. 1263 (2007)], and also, byproducts are a very important issue in the fermentation process, and the proportion of byproducts is expected to decrease further as active research and development proceed. Therefore, the reaction mixture of acetic acid and succinic acid used in the present invention is preferably used in the weight ratio of acetic acid and succinic acid in the range of 1: 5 to 1:10. On the other hand, the amount of the reactants is suitable to more than twice the amount of the catalyst, the specific amount is preferably maintained in a suitable ratio in consideration of the maintenance cost, productivity, catalyst regeneration efficiency, etc. in the actual process.

이하에서 본 발명의 제조예 및 실시예를 통해 본 발명에 대해 더 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Preparation Examples and Examples.

(제조)실시예 1 및 비교예 1 : 산특성이 조절된 중형 기공성 알루미나 제어로젤 담체 및 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지 촉매의 제조Preparation Example 1 and Comparative Example 1: Preparation of Palladium Supported Catalyst Supported on Medium Porosity Alumina Controlled Rose Carrier and Alumina Controlled Roselle Carrier with Adjusted Acid Properties

중형 기공성 알루미나 제어로젤 촉매는 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 제조되었다. 먼저, 에탄올 60 ml를 자력 교반기를 이용하여 교반하면서 80 ℃로 가열한 후, 알루미늄 전구체인 알루미늄 sec-부톡사이드(알드리치사) 7 g을 가열된 에탄올 용매에 용해시켰다. 이후 상기 용액을 80 ℃로 유지하면서 상기 용액에 에탄올/질산/물(40 ml/0.1 ml/0.3 ml) 혼합 용액을 서서히 첨가하면서 부분적인 수화 반응을 진행시키면 수 분 내에 균일하고 투명한 알루미나 졸(sol)을 제조하였다. 상기에서 얻어진 졸(Sol)을 상온으로 식힌 다음 에탄올/물(5 ml/0.6 ml) 혼합 용액을 서서히 주입하여 수화 및 축합 반응을 통해 알루미나 겔(gel)을 얻고, 이를 5일 동안 상온에서 숙성시켰다. 이후 숙성된 겔(gel)을 100 ℃로 유지된 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 무정형 알루미나 제어로젤(alumina xerogel)을 얻었고, 상기 무정형 알루미나 제어로젤을 각각 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃ 의 온도에서 소성하여 산특성을 조절하였다. 상기에서 제조된 알루미나 제어로젤 담체는 각각 AX700, AX750, AX800, AX850, AX900라 기재하였다. 이때 숫자는 섭씨 단위의 소성온도를 의미한다.Medium porosity alumina control gel catalysts were prepared using the sol-gel method. First, 60 ml of ethanol was heated to 80 DEG C while stirring using a magnetic stirrer, and then 7 g of aluminum sec-butoxide (Aldrich), an aluminum precursor, was dissolved in a heated ethanol solvent. Thereafter, while maintaining the solution at 80 ° C., a partial hydration reaction was carried out while gradually adding a ethanol / nitric acid / water (40 ml / 0.1 ml / 0.3 ml) mixed solution to the solution, and in a few minutes, a uniform and transparent alumina sol (sol ) Was prepared. After cooling the obtained sol (Sol) to room temperature, a mixture of ethanol / water (5 ml / 0.6 ml) was slowly injected to obtain an alumina gel through a hydration and condensation reaction, which was aged at room temperature for 5 days. . Thereafter, the aged gel was dried in a drier maintained at 100 ° C. for 24 hours to obtain amorphous alumina xerogel. The amorphous alumina control rogel was 700 ° C., 750 ° C., 800 ° C., and 850, respectively. The acid characteristics were adjusted by firing at a temperature of 900C and 900C. The alumina control gel carrier prepared above was described as AX700, AX750, AX800, AX850, AX900, respectively. In this case, the number means the firing temperature in degrees Celsius.

이와 같이 다양한 온도에서 소성된 알루미나 제어로젤 담체에 팔라듐을 담지하여 팔라듐 담지촉매를 제조하였다. 먼저 팔라듐 금속의 전구체인 질산 팔라듐을 증류수에 용해시킨다. 이때, 물의 양은 최소한의 양으로 촉매 1 g 당 0.1 ml를 유지하였다. 이렇게 준비된 용액에 최종 담지촉매의 중량대비 팔라듐의 중량비율이 1 : 0.05 가 되도록 소성이 끝난 5가지의 알루미나 제어로젤(AX700, AX750, AX800, AX850, AX900)을 각각 넣고 물리적 힘을 가하여 함침 시켰다. 이때, 물을 매우 조금씩 더해가면서 알루미나가 촉촉하게 젖을 정도의 물 까지만 넣도록 조절하는 초기 습윤 기법(incipient wetness method)을 이용하였다. 이러한 과정을 통하여 팔라듐이 담지된 알루미나 제어로젤 촉매를 제조하였고, 이후 함침된 팔라듐/알루미나 제어로젤 시료를 120 ℃에서 약 24시간 이상 건조시켜 습기를 모두 제거시킨 다음, 촉매를 고온 전기로에서 450 ℃에서 약 4시간 이상 소성시켜 질산기를 제거하였다. 상기에서 제조된 촉매를 각각 Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900라 기재하였다. 이후 상기 제조된 촉매들은 300 ℃ 수소 분위기 하에서 3시간 동안 충분한 환원 처리를 하였다.Thus, a palladium supported catalyst was prepared by supporting palladium on alumina control gel carrier calcined at various temperatures. First, palladium nitrate, a precursor of palladium metal, is dissolved in distilled water. At this time, the amount of water was kept at a minimum amount of 0.1 ml per g of catalyst. Five kinds of alumina control gels (AX700, AX750, AX800, AX850, AX900) were calcined so that the weight ratio of the palladium to the weight of the final supported catalyst was 1: 0.05 in the solution thus prepared and impregnated by applying a physical force. . At this time, the incipient wetness method was used to adjust the water so that water was added to the water so that the alumina was moist. Through this process, a palladium-supported alumina-controlled gel catalyst was prepared. Then, the impregnated palladium / alumina-controlled gel sample was dried at 120 ° C. for at least 24 hours to remove all moisture, and then the catalyst was heated in a high-temperature electric furnace. The nitrate group was removed by calcination at about 4 hours or more. The catalysts prepared above were described as Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, and Pd / AX900, respectively. Then, the prepared catalysts were subjected to sufficient reduction treatment for 3 hours under a 300 ° C. hydrogen atmosphere.

위와 같이 제조한 소성 온도별 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매들(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900)의 X-선 회절 스펙트럼 분석결과를 도 2에 정리하였다. 각각의 담지 촉매들은 모두 X-선 회절 스펙트럼의 2θ 특성 피크가 35˚ 내지 38˚, 45˚ 내지 47˚, 66˚ 내지 68˚ 의 범위에서 잘 나타나기 때문에 산점이 풍부한 감마 알루미나 상을 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 모든 촉매들은 팔라듐 고유의 금속 피크가 2θ = 40˚ 부근에서 관찰되어, 환원 처리 후 수소화 반응 촉매로서 활성점이 잘 발달되었음을 알 수 있다.X-ray diffraction spectrum analysis results of the palladium supported catalysts (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, Pd / AX900) supported on the alumina control gel carrier prepared by firing temperature Summarized in 2. Each of the supported catalysts had a 35 [theta] characteristic peak in the X-ray diffraction spectrum of 35 DEG. To 38˚, 45˚ To 47˚, 66˚ To 68˚ Since it appears well in the range of, it can be confirmed that the acid point contains a gamma alumina phase rich in acid. In addition, all catalysts have a palladium-specific metal peak of 2θ = 40˚. Observed in the vicinity, it can be seen that the active point was well developed as a hydrogenation catalyst after the reduction treatment.

한편 소성 온도별 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매들(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900)의 비표면적측정 실험, 암모니아 승온 실험을 통한 산특성 측정 그리고 수소 흡착실험을 통한 팔라듐 분산도 측정을 수행하여 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다. On the other hand, specific surface area measurement experiments of palladium supported catalysts (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, Pd / AX900) supported on the alumina control gel carrier by firing temperature Palladium dispersion was measured and measured through hydrogen adsorption experiment. The results are summarized in Table 1 below.


Pd/AX700Pd / AX700 Pd/AX750Pd / AX750 Pd/AX800Pd / AX800 Pd/AX850Pd / AX850 Pd/AX900Pd / AX900
비표면적
(m2/g-cat.)
Specific surface area
(m 2 / g-cat.)
270270 237237 174174 162162 146146
총 산량
(μmol NH3/g-cat.)
Total acid
(μmol NH 3 / g-cat.)
202202 205205 207207 213213 140140
표면 산밀도
(μmol NH3/m2)
Surface acid density
(μmol NH 3 / m 2 )
0.750.75 0.870.87 1.191.19 1.321.32 0.960.96
팔라듐 분산도
(%)
Palladium dispersion
(%)
22.322.3 21.721.7 21.621.6 22.222.2 21.121.1

표 1에서 나타나는 바와 같이 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매들은 소성온도가 증가할수록 비표면적이 낮아지는 경향을 보였다. 총 산량의 경우 소성온도가 증가할수록 소폭 증가하는 경향을 보이다가 900 ℃ 의 담체 소성온도에서 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이 현상은 X-선 회절 스펙트럼의 2θ 특성 피크가 30˚ 내지 35˚ 사이에서 나타나는 델타 혹은 세터 알루미나 상이 발달됨에 따라 산특성이 줄어들게 되는 현상으로 볼 수 있다. 일반적으로 졸-겔법으로 제조된 알루미나 제어로젤의 산특성은 알루미나 상이 감마 상을 나타낼 때 가장 풍부한 산특성을 나타내어 산촉매 반응에 우수한 활성을 보이고[G.K. Chuah, S. Jaenicke, T.H. Xu, Micropor. Mesopor. Mater., 37권 345쪽 (2000) / K.M. Cho, S. Park, J.G. Seo, M.H. Youn, I. Nam, S.-H. Baeck, J.S. Chung, K.-W. Jun, I.K. Song, Chem. Eng. J., 146권 307쪽 (2009)], 소성 온도가 높아질수록 표면 산밀도가 높아진다고 알려져 있다[G.S. Walker, D.R. Pyke, C.R. Werrett, E. Williams, A.K. Bhattacharya, Appl. Surf. Sci., 147권 228쪽 (1999)]. 표면 산밀도는 총 산량을 비표면적으로 나눈 값으로서, 숙신산의 수소화 반응에서 1차적으로 일어나는 탈수 반응에 작용하게 되어 숙신산무수물의 생성을 촉진시켜주는 산점의 단위 면적당 밀집도를 나타내는데, 본 발명에서 개발된 담지촉매 역시 감마 상의 알루미나 범위(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850)에서 담체의 소성 온도가 높아짐에 따라 비표면적의 감소로 표면 산밀도가 증가하였고, 델타 혹은 세터 상의 알루미나 상이 나타나는 Pd/AX900 촉매에서는 총 산량이 급격히 감소함에 따라 비표면적이 감소함에도 불구하고 표면 산밀도가 감소하는 현상을 보였다. 따라서 알루미나 제어로젤 담체의 소성 온도에 따라 산특성을 조절하는 것이 가능함을 알 수 있고, 상기 제조된 담지촉매의 산촉매 활성과 금속 촉매의 활성이 최적의 비율로 작용할 경우 산촉매 기능과 수소화 반응용 금속 촉매 기능이 동시에 필요한 숙신산의 감마 부티로락톤으로 전환반응에 효율적인 이원기능 촉매로서 작용할 수 있음을 확인하였다.As shown in Table 1, the palladium supported catalysts supported on the alumina control gel carrier prepared for each firing temperature tended to have a lower specific surface area as the firing temperature increased. In the case of total acid amount, it was shown that the tendency to increase slightly as the firing temperature was increased, but then decreased at the carrier firing temperature of 900 ℃. This phenomenon shows that the 2θ characteristic peak of the X-ray diffraction spectrum is 30˚. To 35˚ As the delta or setter alumina phase appears in between, the acid properties can be reduced. In general, the acid properties of the alumina control gels prepared by the sol-gel method exhibit the most abundant acid properties when the alumina phase exhibits the gamma phase, showing excellent activity in the acid catalyst reaction [GK Chuah, S. Jaenicke, TH Xu, Micropor. Mesopor. Mater., Vol. 37, p. 345 (2000) / KM Cho, S. Park, JG Seo, MH Youn, I. Nam, S.-H. Baeck, JS Chung, K.-W. Jun, IK Song, Chem. Eng. J., Vol. 146, p. 307 (2009)], as the firing temperature is known to increase the surface acid density [GS Walker, DR Pyke, CR Werrett, E. Williams, AK Bhattacharya, Appl. Surf. Sci., 147, p. 228 (1999). The surface acid density is a value obtained by dividing the total acid content by the specific surface area, which indicates the density per unit area of the acid point, which acts primarily on the dehydration reaction occurring in the hydrogenation reaction of succinic acid to promote the production of succinic anhydride. The supported catalyst also increased the surface acid density due to the decrease of specific surface area as the firing temperature of the carrier increased in the alumina range of gamma phase (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850), and the alumina on delta or setter In the phased Pd / AX900 catalyst, the surface acid density decreased as the total acid amount decreased but the specific surface area decreased. Therefore, it can be seen that it is possible to adjust the acid characteristics according to the firing temperature of the alumina control gel support, and when the acid catalyst activity and the activity of the metal catalyst of the supported catalyst act in the optimum ratio, the acid catalyst function and the metal for the hydrogenation reaction It was confirmed that the catalytic function can act as an efficient dual function catalyst for the conversion reaction to gamma butyrolactone of succinic acid, which is required at the same time.

한편 팔라듐의 분산도는 모두 22 % 내외의 값을 보이며 거의 비슷한 값을 나타내었는데, 이는 담지촉매 대비 팔라듐의 중량비가 작아 분산도가 담체의 기공 구조나 비표면적에 많이 의존하지 않기 때문으로 볼 수 있다.On the other hand, the dispersities of palladium were all about 22% and showed almost similar values, because the weight ratio of palladium to the supported catalyst was small, so the dispersibility did not depend on the pore structure or specific surface area of the carrier. .

도 3은 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매의 질소 흡착-탈착 분석 결과를 나타낸 것이다. 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매들의 질소 흡착-탈착 분석 곡선은 모두 전형적인 Type-IV의 등온선을 나타내었으며 Type-H2 형태의 이력현상(hysteresis)을 보였다. Type-H2 형태의 이력현상(hysteresis)은 알루미나 제어로젤 담체에 큰 기공부피와 작은 기공 입구 크기를 가진 잉크병 모양의 중형 기공이 발달했다는 것을 의미한다. 또한 평균 기공크기 분포그래프 역시 모든 촉매가 3 내지 7 nm 의 평균 기공크기를 나타내는 것을 확인할 수 있는데, 이 결과들 역시 본 발명에서 개발된 촉매들의 중형 기공이 모두 잘 발달했다는 것을 알려준다.
Figure 3 shows the results of nitrogen adsorption-desorption analysis of the palladium supported catalyst supported on the alumina control gel carrier prepared by firing temperature. The nitrogen adsorption-desorption analysis curves of the palladium supported catalysts supported on the alumina control gel carrier prepared by firing temperature showed typical Type-IV isotherms and type-H2 type hysteresis. Type-H2 type hysteresis means that ink bottle-shaped medium pores with large pore volume and small pore inlet size were developed on the alumina control gel carrier. In addition, the average pore size distribution graph also confirms that all catalysts exhibit an average pore size of 3 to 7 nm. These results also indicate that all medium pores of the catalysts developed in the present invention were well developed.

(사용)실시예 2 및 비교예 2: 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900) 상에서 폐숙신산의 수소화 반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조(Use) Example 2 and Comparative Example 2: Waste on palladium supported catalyst (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, Pd / AX900) supported on the alumina control gel carrier prepared by firing temperature Preparation of Gamma Butyrolactone by Hydrogenation of Succinic Acid

(제조)실시예 1 및 비교예 1에서 전술한 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매를 이용하여 폐숙신산의 수소화 반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조반응을 수행하였고, 반응의 선택도, 전환율 및 수율 등은 하기 수학식 1 내지 4와 같이 계산하였고 반응결과를 표 2에 나타내었다. (Preparation) The production reaction of gamma butyrolactone by hydrogenation of waste succinic acid was carried out using a palladium supported catalyst supported on the alumina control gel carrier prepared for each firing temperature described above in Example 1 and Comparative Example 1. The selectivity, conversion and yield of the reaction were calculated as in Equations 1 to 4 below and the reaction results are shown in Table 2.


감마 부티로락톤
선택도 (%)
Gamma butyrolactone
Selectivity (%)
숙신산무수물
선택도 (%)
Succinic anhydride
Selectivity (%)
숙신산 전환율 (%)Succinate Conversion Rate (%) 감마 부티로락톤
수율 (%)
Gamma butyrolactone
Yield (%)
Pd/AX700Pd / AX700 8383 22 5353 4444 Pd/AX750Pd / AX750 8080 44 5858 4747 Pd/AX800Pd / AX800 7272 1212 6767 4848 Pd/AX850Pd / AX850 6565 1717 7979 5151 Pd/AX900Pd / AX900 7676 55 6363 4848

Figure 112010035872561-pat00001
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Figure 112010035872561-pat00002
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Figure 112010035872561-pat00003
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Figure 112010035872561-pat00004
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폐숙신산의 전환 반응은 액체 상태로 이루어 졌으며, 회분식 반응기를 사용하여 수행하였다. 반응을 위해 오토클레이브(autoclave) 반응기에 촉매 0.2 g, 숙신산 0.5 g, 폐숙신산 부산물로써 초산 0.1 g을 1,4-디옥산 용매 50 ml와 함께 충진 한 후, 질소를 3,4회 흘리면서 반응기 내부의 산소를 제거해 준다. 이후 수소를 주입시켜 30 bar 정도의 압력이 되면 반응온도까지 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열시킨다. 반응온도에 다다르면 다시 수소를 이용하여 압력을 60 bar 까지 올리고, 이때를 반응 시작시간으로 한다. 총 반응 시간은 4시간으로 하며, 교반 속도는 물질 전달의 영향이 없는 500 rpm에서, 반응 온도는 각각 240 ℃에서 수행하였다. 반응이 끝나면 온도를 상온까지 식히고 압력을 제거한 후 촉매와 액상 생성물을 여과로 분리하여 가스 크로마토그래피(GC)로 분석하였다. 부생성물은 숙신산무수물, 프로피온산, 부티릭산, 1,4-부탄다이올 등이 주로 생성되었다.The conversion reaction of waste succinic acid was made in the liquid state and carried out using a batch reactor. For the reaction, an autoclave reactor was charged with 0.2 g of catalyst, 0.5 g of succinic acid, 0.1 g of acetic acid as a by-product of waste succinic acid with 50 ml of 1,4-dioxane solvent, and then flowed with nitrogen 3,4 times. Remove oxygen from Then, when hydrogen is injected to a pressure of about 30 bar, it is heated at a temperature increase rate of 10 ℃ / min to the reaction temperature. When the reaction temperature is reached, the pressure is raised to 60 bar again using hydrogen, and this time is used as the reaction start time. The total reaction time was 4 hours, the stirring speed was performed at 500 rpm without influence of mass transfer, and the reaction temperature was performed at 240 ° C., respectively. After the reaction, the temperature was cooled to room temperature, the pressure was removed, and the catalyst and the liquid product were separated by filtration and analyzed by gas chromatography (GC). As a by-product, succinic anhydride, propionic acid, butyric acid and 1,4-butanediol were mainly produced.

표 2에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 소성 온도별 제조된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매(Pd/AX700, Pd/AX750, Pd/AX800, Pd/AX850, Pd/AX900)의 숙신산 전환율과 감마 부티로락톤의 수율은 Pd/AX850 > Pd/AX800 > Pd/AX900 > Pd/AX750 > Pd/AX700 의 순서로 높은 값을 나타내었다. As shown in Table 2, the succinic acid conversion rate of the palladium supported catalyst (Pd / AX700, Pd / AX750, Pd / AX800, Pd / AX850, Pd / AX900) supported on the alumina control gel carrier prepared by firing temperature according to the present invention. The yield of and gamma butyrolactone was high in the order of Pd / AX850> Pd / AX800> Pd / AX900> Pd / AX750> Pd / AX700.

이는 표 1에 기재했듯이, 본 발명에서 제조된 촉매들이 모두 비슷한 팔라듐의 분산도를 보인데 반해 산밀도는 서로 다른 값을 나타냈기 때문으로 볼 수 있다. 분산도가 비슷하다는 것은 각각의 알루미나 제어로젤에 모두 같은 양의 팔라듐을 담지 하였기 때문에 표면의 팔라듐 활성점의 수가 같다는 것을 의미한다. 표면의 팔라듐 활성점의 개수가 같으면서 산밀도가 높아지게 되면, 담체 표면에서 같은 산점의 개수와 같은 팔라듐 활성점의 개수를 포함하는 단위면적이 작아지기 때문에 팔라듐 활성점과 산점의 평균 거리는 가까워진다. 따라서 알루미나 제어로젤의 산점을 통하여 생성된 숙신산무수물이 물과 만나지 않고 빠르게 팔라듐의 활성점에 흡착되어 감마 부티로락톤으로 전환될 확률이 높아진다. 반대로 표면의 팔라듐 활성점의 개수가 같지만 산밀도가 작아지게 되면 담체 표면에서 같은 산점의 개수와 같은 팔라듐 활성점의 개수를 포함하는 단위면적이 커지기 때문에 팔라듐 활성점과 산점의 평균 거리는 멀어지게 된다. 이에 따라 산점에 숙신산이 흡착되어 전환된 숙신산무수물은 팔라듐 활성점과 만날 확률이 상대적으로 낮아지게 되고 탈수반응에서 생성된 물과 다시 만날 확률이 높아져 높은 표면 산밀도에 비해 낮은 전환율을 보이게 된다(도 4 참조). 따라서 본 발명에서는 제조된 팔라듐 담지촉매 중 Pd/AX850 촉매가 가장 우수한 표면 산밀도를 나타내어 폐숙신산의 감마 부티로락톤 전환 반응에 매우 효율적인 촉매로 작용함을 알 수 있다.
This is because, as shown in Table 1, all of the catalysts produced in the present invention showed a similar dispersion of palladium, whereas the acid density showed different values. Similar dispersities mean that the same number of palladium active sites is the same because each alumina control gel carries the same amount of palladium. When the number of palladium active points on the surface is the same and the acid density increases, the unit area including the number of palladium active points equal to the number of the same acid points on the surface of the carrier becomes smaller, so that the average distance between the palladium active points and the acid point becomes closer. Therefore, the succinic anhydride produced through the acid point of the alumina control rogel is rapidly adsorbed to the active site of palladium without encountering water, thereby increasing the probability of conversion to gamma butyrolactone. On the contrary, when the number of palladium active points on the surface is the same but the acid density decreases, the average distance between the palladium active point and the acid point is increased because the unit area including the number of the same palladium active points on the surface of the carrier increases. As a result, the succinic anhydride converted by the succinic acid adsorbed at the acidic point has a relatively low probability of encountering the palladium active site and a high probability of encountering the water produced in the dehydration reaction, resulting in a lower conversion rate compared to the high surface acid density. 4). Therefore, in the present invention, it can be seen that the Pd / AX850 catalyst among the prepared palladium supported catalysts exhibits the best surface acid density, which acts as a very efficient catalyst for the gamma butyrolactone conversion reaction of succinic acid.

(사용)실시예 3: 폐숙신산의 수소화 반응에 의한 감마 부티로락톤의 제조에서 Pd/AX850 촉매의 재이용율Example 3: Reuse of Pd / AX850 Catalyst in Preparation of Gamma Butyrolactone by Hydrogenation of Succinic Acid

상기 (제조)실시예 2 및 비교예 2에서 가장 좋은 감마 부티로락톤의 수율을 나타낸 Pd/AX850 촉매를 이용하여 폐숙신산의 수소화 반응에서 촉매 재생 실험을 240 ℃에서 4시간 동안 동일한 조건으로 수행하였다. 사용된 촉매는 여과를 통하여 분리하였으며, 생성물들의 끓는점보다 높은 온도인 400 ℃에서 소성하여 불순물을 제거한 뒤 300 ℃에서 수소를 이용하여 3시간 동안 충분히 환원하여 사용하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.Using the Pd / AX850 catalyst showing the best yield of gamma butyrolactone in Example 2 and Comparative Example 2, a catalyst regeneration experiment was carried out at 240 ° C. for 4 hours in the hydrogenation reaction of spent succinic acid. . The catalyst used was separated by filtration, calcined at 400 ° C., higher than the boiling point of the products, to remove impurities, and then sufficiently reduced for 3 hours using hydrogen at 300 ° C., and the results are shown in Table 3. .

Figure 112010035872561-pat00005
Figure 112010035872561-pat00005

사용된 Pd/AX850 촉매를 재이용한 결과 모두 새 촉매와 비슷한 활성을 보였고, 사용된 촉매의 반응 후 원소분석 결과 팔라듐의 용출현상 또한 관찰되지 않았다. 따라서 본 발명에서 제조된 팔라듐 담지촉매는 고온 고압에서 수행되는 폐숙신산의 수소화 반응에서 안정성과 우수한 재이용율을 가진 촉매임을 알 수 있다.As a result of reusing the used Pd / AX850 catalyst, all showed similar activity as the new catalyst, and elemental analysis after the reaction of the used catalyst also showed no elution of palladium. Therefore, it can be seen that the palladium supported catalyst prepared in the present invention is a catalyst having stability and excellent reuse rate in the hydrogenation reaction of waste succinic acid carried out at high temperature and high pressure.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

Claims (2)

숙신산으로부터 감마 부티로락톤을 제조하기 위한 담지 촉매로서,
상기 담지 촉매는 알루미늄 전구체를 졸-겔법에 의해 겔화 후 열처리를 거쳐 제조되며, 평균 기공크기가 2nm 내지 10 nm 범위이고, 표면적이 100 m2/g 내지 300 m2/g 의 범위이되, 상기 열처리 온도를 700 내지 900℃ 범위에서 수행하여 산점을 조절한 알루미나 제어로젤(Xerogel) 담체 100중량부에 대하여 Pd 금속촉매가 1 내지 10중량부의 비율로 담지되며, 담지 후 촉매의 산량이 50 내지 300 μmol NH3/촉매중량 범위이고 표면 산밀도가 0.5 내지 1.5 μmol NH3/m2 범위인 것을 특징으로 하는 산특성이 조절된 알루미나 제어로젤 담체에 담지된 팔라듐 담지촉매.
As a supported catalyst for producing gamma butyrolactone from succinic acid,
The supported catalyst is prepared by heat treatment after gelling the aluminum precursor by sol-gel method, the average pore size is in the range of 2nm to 10nm, the surface area is in the range of 100 m 2 / g to 300 m 2 / g, the heat treatment Pd metal catalyst is supported at a ratio of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of an alumina controlled Xerogel carrier having a temperature adjusted in the range of 700 to 900 ° C., and the acid amount of the catalyst is 50 to 300 after loading. A palladium supported catalyst supported on an alumina controlled rogel carrier with an adjusted acid property, characterized in that the range of μmol NH 3 / catalyst weight and the surface acid density ranges from 0.5 to 1.5 μmol NH 3 / m 2 .
제1항의 촉매 존재 하에 숙신산 혹은 숙신산무수물을 150 내지 300℃ 범위의 온도 및 40 내지 100 bar 범위의 압력에서 반응시키는 단계를 포함하는 숙신산의 수소화반응에 의한 감마 부티로락톤 제조방법.A method for preparing gamma butyrolactone by hydrogenation of succinic acid comprising reacting succinic acid or succinic anhydride in the presence of the catalyst of claim 1 at a temperature in the range of 150 to 300 ° C. and a pressure in the range of 40 to 100 bar.
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