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KR20240084253A - The bimetallic catalyst for preparing Dimethyl Carbonate by direct conversion of Carbon Dioxide and the method for preparing Dimethyl Carbonate using thereof - Google Patents

The bimetallic catalyst for preparing Dimethyl Carbonate by direct conversion of Carbon Dioxide and the method for preparing Dimethyl Carbonate using thereof Download PDF

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KR20240084253A
KR20240084253A KR1020220168888A KR20220168888A KR20240084253A KR 20240084253 A KR20240084253 A KR 20240084253A KR 1020220168888 A KR1020220168888 A KR 1020220168888A KR 20220168888 A KR20220168888 A KR 20220168888A KR 20240084253 A KR20240084253 A KR 20240084253A
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KR
South Korea
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cerium
catalyst
dimethyl carbonate
carbon dioxide
btc
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Application number
KR1020220168888A
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Korean (ko)
Inventor
김영진
정민혜
장태선
유영우
이진희
김현탁
임민택
김승익
Original Assignee
한국화학연구원
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Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
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Abstract

본 발명은 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법 및 그 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매 및 이와 같이 제조된 CeM 촉매를 이용하여 이산화탄소와 메탄올을 반응시켜 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide and a catalyst thereof, and more specifically, to a catalyst containing cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm) and zirconium ( A cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by calcining a cerium/transition metal (CeM)-based metal-organic framework (CeM-BTC) further comprising one transition metal (M) selected from Zr) and such. This relates to a method of directly synthesizing dimethyl carbonate by reacting carbon dioxide and methanol using the prepared CeM catalyst.

Description

이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트 제조용 바이메탈 촉매 및 이를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법{The bimetallic catalyst for preparing Dimethyl Carbonate by direct conversion of Carbon Dioxide and the method for preparing Dimethyl Carbonate using thereof}Bimetallic catalyst for preparing Dimethyl Carbonate by direct conversion of Carbon Dioxide and the method for preparing Dimethyl Carbonate using the same}

본 발명은 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트 제조용 바이메탈 촉매 및 이를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매 및 이와 같이 제조된 세륨/전이금속(CeM) 촉매를 이용하여 이산화탄소와 메탄올을 반응시켜 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bimetallic catalyst for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide and a method for producing dimethyl carbonate using the same. More specifically, it relates to a bimetallic catalyst containing cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), and samarium (Sm). Cerium/transition metal (CeM) prepared by calcining a cerium/transition metal (CeM) based metal-organic framework (CeM-BTC) further comprising one transition metal (M) selected from ) and zirconium (Zr). It relates to a method of directly synthesizing dimethyl carbonate by reacting carbon dioxide and methanol using a catalyst and a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared as such.

디메틸카보네이트(dimethylcarbonate)는 인체에 독성이 없는 환경 친화적인 화학물질로서 여러 분야에서 그 수요가 증가하면서 주목을 받고 있다. 디메틸카보네이트는 구조적으로 다른 화학물질에 메틸기, 메톡시기, 메톡시카보닐기와 같은 작용기를 도입할 수 있는 특징을 가지고 있기 때문에 정밀화학의 메틸레이션(methylation)과 카보닐레이션(carbonylation)에 사용되며 반응에서 디메틸설페이트(dimethyl sulfate)과 포스겐(phosgene) 같이 부식성이 강하고 독성 강한 화학약품을 대신할 수 있다. 더욱이 디메틸카보네이트는 독성이 강한 포스겐이나 염화메틸(methyl chloride) 및 디메틸설페이트 등을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 가솔린과 잘 희석되고 산소함량이 높으며 무해하여 자동차용 연료의 옥탄가 향상제로 사용 가능해 현재 사용 중인 유해한 메틸 tert-뷰틸 에테르(methyl tertiarybutyl ether, MTBE)의 대체물질로 고려되고 있다. 또한, 2차전지의 전해질, 정밀화학 제품의 중간체로서도 그 응용범위가 매우 넓으며 고성능의 수지, 용매, 염료 중간체, 약물, 방향제, 식품방부제, 윤활유첨가제 등 여러 분야에서 갈수록 광범위하게 응용되고 있다Dimethylcarbonate is an environmentally friendly chemical that is not toxic to the human body and is attracting attention as its demand increases in various fields. Dimethyl carbonate has the characteristic of being able to introduce functional groups such as methyl, methoxy, and methoxycarbonyl groups into structurally different chemicals, so it is used for methylation and carbonylation in fine chemistry. It can replace highly corrosive and toxic chemicals such as dimethyl sulfate and phosgene. Moreover, dimethyl carbonate can not only replace highly toxic phosgene, methyl chloride, and dimethyl sulfate, but it is also well diluted with gasoline, has a high oxygen content, and is harmless, so it can be used as an octane number improver for automobile fuel. It is being considered as a replacement for the harmful methyl tertiarybutyl ether (MTBE). In addition, its application range is very wide as an electrolyte for secondary batteries and an intermediate for fine chemical products, and it is increasingly being applied in various fields such as high-performance resins, solvents, dye intermediates, drugs, fragrances, food preservatives, and lubricant additives.

디메틸카보네이트를 제조하는 공정으로서, 대표적으로는 메탄올과 포스겐을 이용하여 디메틸카보네이트를 제조하는 포스겐법(1)이 있다. 하지만 상기 포스겐은 독성 물질이기 때문에 포스겐을 사용하지 않고 디메틸카보네이트를 제조하는 공정들이 연구 개발되고 있다. As a process for producing dimethyl carbonate, a representative example is the phosgene method (1), which produces dimethyl carbonate using methanol and phosgene. However, since phosgene is a toxic substance, processes for producing dimethyl carbonate without using phosgene are being researched and developed.

COCl2 + 2CH3OH → (CH3O)2CO + 2HCl (1)COCl 2 + 2CH 3 OH → (CH 3 O)2CO + 2HCl (1)

현재 개발된 포스겐을 사용하지 않는 디메틸카보네이트 제조공정으로는 대표적인 공정으로 염화구리(Ⅰ) 촉매 하에 산소와 일산화탄소를 메탄올과 반응시켜 디메틸카보네이트를 제조하는 메탄올 산화법(미국등록특허 US 5478962 A)이 있다. 하지만 이 공정은 촉매의 짧은 수명, 반응기 부식 문제 및 일산화탄소와 같은 독성이 있는 반응물을 사용한다는 단점이 있으며, 반응 중 부산물로 물이 생성되어 이를 분리 정제하는데 추가 에너지 비용이 소모되는 문제가 있다.A representative process for producing dimethyl carbonate that does not use phosgene that is currently developed is the methanol oxidation method (US Patent US 5478962 A), which produces dimethyl carbonate by reacting oxygen and carbon monoxide with methanol under a copper (Ⅰ) chloride catalyst. However, this process has the disadvantages of a short lifespan of the catalyst, reactor corrosion, and the use of toxic reactants such as carbon monoxide. Additionally, water is produced as a by-product during the reaction, which requires additional energy costs to separate and purify.

포스겐을 사용하지 않는 또 다른 공정으로서 다단계 공정으로 이루어진 메틸나이트라이트법(S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. 576권, 279쪽 (1999); T. Matsuraki, A. Nakamura, Catal. Surv. Jpn., 1권, 77쪽 (1997))이 있다. 상기 메틸나이트라이트법은 첫 번째 단계에서 이산화질소를 이용하여 메탄올을 산화시켜 메틸나이트라이트를 생성한 다음, 팔라듐 촉매 조건 하에서 첫 번째 단계에서 생성된 메틸나이트라이트와 일산화탄소를 반응시켜 디메틸카보네이트를 생성하는 방법으로서, 공정 중 부산물로 생성되는 일산화질소를 반응물인 이산화질소로 다시 산화시켜 첫 번째 단계에서 재사용이 가능하다는 이점이 있지만, 이 공정 또한 독성이 있는 일산화탄소를 반응물로 사용하고 생성물 중 하나인 일산화질소가 반응기를 부식시킨다는 문제점이 있다.Another process that does not use phosgene is the methyl nitrite method, which consists of a multi-step process (S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. Volume 576, Page 279 (1999); T. Matsuraki, A Nakamura, Surv., Volume 1, Page 77 (1997). The methyl nitrite method produces methyl nitrite by oxidizing methanol using nitrogen dioxide in the first step, and then reacts the methyl nitrite produced in the first step with carbon monoxide under palladium catalyst conditions to produce dimethyl carbonate. As such, it has the advantage of being able to be reused in the first step by oxidizing nitrogen monoxide, which is produced as a by-product during the process, back into nitrogen dioxide, a reactant. However, this process also uses toxic carbon monoxide as a reactant, and nitrogen monoxide, one of the products, is released into the reactor. There is a problem that it corrodes.

또한, 디메틸카보네이트를 제조하는 또 다른 방법으로서 에틸렌 옥사이드와 이산화탄소를 촉매 반응시켜 디메틸카보네이트를 제조하는 다단계 공정으로 이루어진 에스테르 교환법(미국등록특허 US 5489703 A)이 있다. 상기 에스테르 교환법은 앞선 공정과 비교하여, 반응기의 부식 문제가 적고 값싸고 독성이 적은 원료를 사용하며, 반응 부산물로 생성되는 에틸렌글리콜은 적절한 화학 반응을 통하여 반응물인 에틸렌옥사이드로 재순환이 가능하다는 장점이 있으나, 상기 공정은 낮은 촉매 활성을 보이고 촉매의 수명이 짧으며, 반응에서 사용되는 유기용매는 메탄올과 디메틸카보네이트간에 3중 공비점을 형성하기 때문에 반응 후 디메틸카보네이트의 분리정제에 많은 에너지가 소모되는 문제가 있다.In addition, another method for producing dimethyl carbonate is the transesterification method (US Patent US 5489703 A), which consists of a multi-step process of producing dimethyl carbonate by catalyzing ethylene oxide and carbon dioxide. Compared to the previous process, the transesterification method has the advantage that it has fewer corrosion problems in the reactor, uses cheap and less toxic raw materials, and ethylene glycol produced as a reaction by-product can be recycled into ethylene oxide, a reactant, through an appropriate chemical reaction. However, this process shows low catalytic activity and short catalyst life, and the organic solvent used in the reaction forms a triple azeotrope between methanol and dimethyl carbonate, so a lot of energy is consumed for separation and purification of dimethyl carbonate after the reaction. there is a problem.

상기 공정들은 각기 포스겐, 일산화질소, 일산화탄소와 같은 유독한 반응물을 사용하거나 반응기의 부식 문제, 다단계 공정으로 인한 높은 공정 비용 그리고 부산물 생성으로 인한 분리정제의 어려움 등의 문제점들이 있다.Each of the above processes has problems such as the use of toxic reactants such as phosgene, nitrogen monoxide, and carbon monoxide, corrosion problems in the reactor, high process costs due to multi-step processes, and difficulties in separation and purification due to the production of by-products.

상기와 같은 종래 디메틸카보네이트 제조방법들이 가지는 단점들로 인하여, 최근에는 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 제조하는 방법이 연구개발되고 있다. Due to the disadvantages of the above-described conventional methods for producing dimethyl carbonate, research and development have recently been conducted on methods for directly producing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide.

메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 제조하는 방법은 공정이 간단하고 원료의 가격이 저렴하며 독성 물질을 사용하지 않기 때문에 친환경적인 공정이지만 디메틸카보네이트의 수율이 낮다는 단점이 있으며, 디메틸카보네이트의 직접 제조에 적용하기 위한 다양한 촉매군이 연구되었지만 아직까지 적합한 촉매 시스템 및 효율적인 제조방법이 제시되지 못하고 있는 실정이다.The method of directly producing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide is an environmentally friendly process because the process is simple, the raw materials are inexpensive, and no toxic substances are used. However, it has the disadvantage of low yield of dimethyl carbonate, and the direct production of dimethyl carbonate is difficult. Although various catalyst groups have been studied for application, a suitable catalyst system and efficient production method have not yet been proposed.

상기와 같은 실정에 따라 본 발명은 메탄올과 이산화탄소로부터 디메틸카보네이트를 직접 제조할 수 있는 새로운 촉매 및 이를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법을 제시하고자 한다.In accordance with the above circumstances, the present invention seeks to propose a new catalyst capable of directly producing dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide and a method for producing dimethyl carbonate using the same.

미국등록특허 US 5478962 A (1995.12.26)US registered patent US 5478962 A (December 26, 1995) 미국등록특허 US 5489703 A (1996.02.06)US registered patent US 5489703 A (1996.02.06)

S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. 576권, 279쪽 (1999); T. Matsuraki, A. Nakamura, Catal. Surv. Jpn., 1권, 77쪽 (1997)S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. Volume 576, Page 279 (1999); T. Matsuraki, A. Nakamura, Catal. Surv. Jpn., Volume 1, Page 77 (1997)

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 이산화탄소와 메탄올을 촉매 반응시켜 고수율로 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 촉매를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to provide a catalyst for directly synthesizing dimethyl carbonate in high yield by catalyzing carbon dioxide and methanol.

또한, 본 발명은 상기 촉매를 이용하여 고수율로 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.Additionally, the purpose of the present invention is to provide a production method for directly synthesizing dimethyl carbonate in high yield using the catalyst.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소와 메탄올의 반응으로 디메틸카보네이트(DMC)를 합성하기 위한 촉매는, 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매인 것을 특징으로 한다.The catalyst for synthesizing dimethyl carbonate (DMC) through the reaction of carbon dioxide and methanol according to an embodiment of the present invention includes cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium. It is a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by calcining a cerium/transition metal (CeM)-based metal-organic framework (CeM-BTC) further containing one transition metal (M) selected from (Zr). It is characterized by

또한, 일 실시예로서, 상기 촉매의 소성온도는 350 내지 800℃의 범위인 것을 특징으로 한다.Additionally, as an example, the calcination temperature of the catalyst is characterized in that it is in the range of 350 to 800°C.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조용 촉매의 제조방법은, (a) BTC 리간드의 전구체 용액을 용해시켜, BTC 리간드 용액을 얻는 단계; (b) 세륨 전구체와 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 및 지르코늄 중 선택되는 하나의 전이금속(M) 전구체를 용해시켜 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 얻는 단계; (c) 상기 BTC 리간드 용액, 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 섞고 교반하여 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하는 단계; (d) 합성된 CeM-BTC를 포함한 용액을 여과, 세척하는 단계; 및 (e) 여과 후 채취된 CeM-BTC를 건조 및 소성하여 세륨-전이금속(CeM)으로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to another embodiment of the present invention includes the steps of (a) dissolving a precursor solution of BTC ligand to obtain a BTC ligand solution; (b) dissolving a cerium precursor and a transition metal (M) precursor selected from lanthanum, praseodymium, samarium, and zirconium to obtain a cerium + transition metal (M) precursor solution; (c) mixing and stirring the BTC ligand solution and the cerium + transition metal (M) precursor solution to synthesize a CeM-BTC metal-organic framework; (d) filtering and washing the solution containing the synthesized CeM-BTC; And (e) drying and calcining the CeM-BTC collected after filtration to convert it into cerium-transition metal (CeM).

또한, 일 실시예로서, 상기 용매는 물(H2O), 에탄올(EtOH), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 아세토나이트릴(Acetonitrile) 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, as an example, the solvent is characterized in that it is one or more selected from water (H 2 O), ethanol (EtOH), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and acetonitrile. .

또한, 일 실시예로서, 상기 세륨 전구체는 세륨 질산염, 세륨 탄산염, 세륨 아세트산염, 세륨 할로겐염 및 염화세륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment, the cerium precursor is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of cerium nitrate, cerium carbonate, cerium acetate, cerium halide salt, and cerium chloride.

또한, 일 실시예로서, 상기 란탄의 전구체로는 나이트레이트 헥사하이드레이트, 란타늄 클로라이드 헵타헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 프라세오디뮴의 전구체로는 프라세오디뮴 나이트레이트 헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 사마륨의 전구체로는 사마륨 나이트레이트 헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 지르코늄의 전구체로는 지르코닐 옥시나이트레이트 하이드레이트, 지르코닐 옥시클로라이드 옥타하이드레이트, 지르코늄 클로라이드에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, as an example, the lanthanum precursor is at least one selected from the group consisting of nitrate hexahydrate and lanthanum chloride heptahexahydrate, and the praseodymium precursor is at least one selected from the group consisting of praseodymium nitrate hexahydrate. The samarium precursor is at least one selected from the group consisting of samarium nitrate hexahydrate, and the zirconium precursor is one selected from the group consisting of zirconyl oxynitrate hydrate, zirconyl oxychloride octahydrate, and zirconium chloride. It is characterized by the above.

또한, 일 실시예로서, 상기 (a) 및 (b) 단계의 수행순서는 독립적으로서, (a) 및 (b) 단계 중 상호 어느 하나의 단계가 다른 단계 보다 먼저 수행될 수도 있으며, 두 개의 단계가 동시에 수행될 수도 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment, the execution order of steps (a) and (b) is independent, and one of steps (a) and (b) may be performed before the other step, and the two steps may be performed independently. It is characterized in that it can be performed simultaneously.

또한, 일 실시예로서, 상기 (b) 단계에서 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체는 5:95 내지 95:5 몰질량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.Additionally, as an example, in step (b), the cerium precursor and the transition metal (M) precursor are mixed at a molar mass ratio of 5:95 to 95:5.

또한, 일 실시예로서, 상기 (b) 단계는 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체를 용매에 각각 별도로 용해시켜 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액을 각각 제조하며, 상기 (c) 단계는 상기 (a) 및 (b) 단계에서 얻어진 용액의 혼합 시, BTC 리간드 용액, 세륨 전구체 용액 및 전이금속(M) 전구체 용액을 동시에 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하거나, 우선 BTC 리간드 용액을 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액 중 어느 하나의 용액과 혼합하여 Ce-BTC 금속-유기 프레임워크 또는 M-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성한 후, 추가로 나머지 전구체 용액을 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an example, in step (b), the cerium precursor and the transition metal (M) precursor are separately dissolved in a solvent to prepare a cerium precursor solution and a transition metal (M) precursor solution, and in step (c), the cerium precursor solution and the transition metal (M) precursor solution are prepared separately. When mixing the solutions obtained in steps (a) and (b), the CeM-BTC metal-organic framework is synthesized by simultaneously mixing the BTC ligand solution, the cerium precursor solution, and the transition metal (M) precursor solution, or First, the BTC ligand solution is mixed with either the cerium precursor solution or the transition metal (M) precursor solution to synthesize the Ce-BTC metal-organic framework or the M-BTC metal-organic framework, and then the remaining precursors are added. It is characterized by synthesizing the CeM-BTC metal-organic framework by mixing solutions.

또한, 일 실시예로서, 상기 (c) 단계에서의 온도는 50 내지 120℃인 것을 특징으로 한다.Additionally, as an example, the temperature in step (c) is characterized as 50 to 120°C.

또한, 일 실시예로서, 상기 (e) 단계에서의 소성 온도는 350 내지 800℃인 것을 특징으로 한다.Additionally, as an example, the sintering temperature in step (e) is characterized in that it is 350 to 800°C.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법은, 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매 존재 하에서 이산화탄소 및 메탄올을 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to another embodiment of the present invention includes cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). ) carbon dioxide and It is characterized in that it includes; reacting methanol.

또한, 일 실시예로서, 디메틸카보네이트의 제조방법에서 촉매의 사용량은, 상기 메탄올 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 100 중량부인 것을 특징으로 한다.In addition, as an example, the amount of catalyst used in the method for producing dimethyl carbonate is 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of methanol.

또한, 일 실시예로서, 상기 디메틸카보네이트의 제조방법은, 50 내지 250 ℃의 온도 범위 및 1 내지 200 bar의 압력 범위의 조건 하에서 촉매 반응시키는 것을 특징으로 한다.In addition, as an example, the method for producing dimethyl carbonate is characterized by carrying out a catalytic reaction under conditions of a temperature range of 50 to 250 ° C. and a pressure range of 1 to 200 bar.

본 발명은 이산화탄소와 메탄올을 촉매 반응시켜 디메틸카보네이트를 직접 합성하는 데 있어서, 상기 촉매로서 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매를 사용함으로써, 이산화탄소와 메탄올로부터 디메틸카보네이트를 고수율로 직접 합성할 수 있는 효과가 있다.The present invention involves directly synthesizing dimethyl carbonate by catalyzing carbon dioxide and methanol, including cerium (Ce) as the catalyst, and lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). By using a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by calcining a cerium/transition metal (CeM) based metal-organic framework (CeM-BTC) further comprising one selected transition metal (M), It has the effect of directly synthesizing dimethyl carbonate from methanol in high yield.

도 1은 이산화탄소와 메탄올을 촉매 반응시켜 디메틸카보네이트를 제조하는데 있어서, 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에 따른 촉매를 사용하였을 때의 디메틸카보네이트 수율을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the dimethyl carbonate yield when using the catalyst according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention in producing dimethyl carbonate by catalyzing carbon dioxide and methanol.

다른 식으로 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part “includes” a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Additionally, when explaining in detail the principles of a preferred embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트 제조용 촉매 및 이를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것으로, 이산화탄소와 메탄올을 촉매 반응시켜 고수율로 디메틸카보네이트를 직접 합성하기 위한 촉매 및 이를 이용한 디메틸카보네이트 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide and a method for producing dimethyl carbonate using the same, and to a catalyst for directly synthesizing dimethyl carbonate in high yield by catalytic reaction of carbon dioxide and methanol and a method for producing dimethyl carbonate using the same. will be.

구체적으로, 본 발명은 이산화탄소와 메탄올을 촉매 반응시키는 방식을 이용하여, 단일공정을 통해 고수율로 디메틸카보네이트를 제조하는데 있어서, 반응촉매로서, 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매를 사용하여 디메틸카보네이트를 제조하는 방법을 제공한다.Specifically, the present invention uses a method of catalytic reaction between carbon dioxide and methanol to produce dimethyl carbonate in high yield through a single process, including cerium (Ce) as a reaction catalyst, lanthanum (La), and praseodymium. prepared by firing a cerium/transition metal (CeM) based metal-organic framework (CeM-BTC) further comprising one transition metal (M) selected from (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). A method for producing dimethyl carbonate using a cerium/transition metal (CeM) catalyst is provided.

상기 CeM-BTC는 금속-유기 프레임워크 중 하나로서, 중심금속을 Ce와 M(La, Pr, Sm, Zr)으로 하고 리간드가 BTC(trimesic acid)로 구성되어 금속-유기 프레임워크를 형성한 것이다.The CeM-BTC is one of the metal-organic frameworks. The central metals are Ce and M (La, Pr, Sm, Zr), and the ligand is BTC (trimesic acid), forming a metal-organic framework. .

본 발명은 상기 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매를 사용하여 이산화탄소와 메탄올의 반응을 촉진하여 DMC를 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention is to produce DMC by promoting the reaction of carbon dioxide and methanol using a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by firing the cerium/transition metal (CeM)-based metal-organic framework (CeM-BTC). It is characterized by

본 발명에 따른 상기 이산화탄소 전환 디메틸카보네이트 생성 촉매의 제조 방법은 (a) BTC 리간드의 전구체 용액을 용해시켜, BTC 리간드 용액을 얻는 단계; (b) 세륨 전구체와 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 및 지르코늄 중 선택되는 하나의 전이금속(M) 전구체를 용해시켜 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 얻는 단계; (c) 상기 BTC 리간드 용액, 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 섞고 교반하여 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하는 단계; (d) 합성된 CeM-BTC를 포함한 용액을 여과, 세척하는 단계; 및 (e) 여과 후 채취된 CeM-BTC를 건조 및 소성하여 CeM-BTC 기반 전이금속(CeM) 촉매로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing the carbon dioxide conversion dimethyl carbonate production catalyst according to the present invention includes the steps of (a) dissolving the precursor solution of the BTC ligand to obtain a BTC ligand solution; (b) dissolving a cerium precursor and a transition metal (M) precursor selected from lanthanum, praseodymium, samarium, and zirconium to obtain a cerium + transition metal (M) precursor solution; (c) mixing and stirring the BTC ligand solution and the cerium + transition metal (M) precursor solution to synthesize a CeM-BTC metal-organic framework; (d) filtering and washing the solution containing the synthesized CeM-BTC; and (e) drying and calcining the CeM-BTC collected after filtration to convert it into a CeM-BTC-based transition metal (CeM) catalyst.

상기 (a) 단계에서 BTC 전구체 용액으로는 Benzene-1,3,5-tricarboxylic acid로도 알려진 트리메산(trimesic acid)을 사용한다.In step (a), trimesic acid, also known as Benzene-1,3,5-tricarboxylic acid, is used as the BTC precursor solution.

상기 BTC 전구체 용액의 농도는 0.06 내지 0.5 몰/L일 수 있으며, 상기 범위에 있을 때, Ce-BTC의 합성 효율이 높다. The concentration of the BTC precursor solution may be 0.06 to 0.5 mol/L, and when it is within this range, the synthesis efficiency of Ce-BTC is high.

상기 (b) 단계는 세륨과, 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 또는 지르코늄의 전구체 용액을 얻는 단계로서, 상기 세륨의 전구체로는 세륨 질산염, 세륨 탄산염, 세륨 아세트산염, 세륨 할로겐염, 염화세륨 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 택된 하나 이상일 수 있고, 상기 란탄의 전구체로는 나이트레이트 헥사하이드레이트(Lanthanum nitrate hexahydrate, La(NO3)3·6H2O), 란타늄 클로라이드 헵타헥사하이드레이트(lanthanum chloride heptahexahydrate, LaCl3·7H2O) 등에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 상기 프라세오디뮴의 전구체로는 프라세오디뮴 나이트레이트 헥사하이드레이트(praseodymium nitrate hexahydrate, Sm(NO3)3·6H2O)등에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 상기 사마륨의 전구체로는 사마륨 나이트레이트 헥사하이드레이트(samarium nitrate hexahydrate, Sm(NO3)3·6H2O)등에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 상기 지르코늄의 전구체로는 지르코닐 옥시나이트레이트 하이드레이트(zirconyl oxynitrate hydrate, ZrO(NO3)2·xH2O), 지르코닐 옥시클로라이드 옥타하이드레이트(zirconyl oxychloride octahydrate, ZrOCl2·8H2O), 지르코늄 클로라이드(zirconium chloride, ZrCl4) 등에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.Step (b) is a step of obtaining a precursor solution of cerium, lanthanum, praseodymium, samarium or zirconium, wherein the cerium precursors include cerium nitrate, cerium carbonate, cerium acetate, cerium halide, cerium chloride, etc. It may be one or more selected from, and the precursor of lanthanum includes lanthanum nitrate hexahydrate (La(NO 3 ) 3 6H 2 O) and lanthanum chloride heptahexahydrate (LaCl 3 ·7H 2 O), etc. may be at least one selected from the group consisting of, and the precursor of the praseodymium may be at least one selected from the group consisting of praseodymium nitrate hexahydrate (Sm(NO 3 ) 3 ·6H 2 O), etc. The samarium precursor may be one or more selected from the group consisting of samarium nitrate hexahydrate (Sm(NO 3 ) 3 ·6H 2 O), and the zirconium precursor may include zirconyl oxynitrate. In the group consisting of hydrate (zirconyl oxynitrate hydrate, ZrO(NO 3 ) 2 ·xH 2 O), zirconyl oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 ·8H 2 O), zirconium chloride (ZrCl 4 ), etc. There may be more than one selected.

또한, 상기 (b) 단계에서 세륨+전이금속(M) 전구체 용액 제조 시, 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체는 5:95 내지 95:5 몰질량비로 혼합한다. 바람직하게는 CeM 촉매 제조시 Ce : M의 몰비(molar ratio)가 50:50 내지 95:5가 되도록 각 금속 전구체를 혼합하고, 더욱 바람직하게는 80:20 내지 90:10가 되도록 각 금속 전구체를 혼합하며, 가장 바람직하게는 85:15가 되도록 각 금속 전구체를 혼합한다.Additionally, when preparing the cerium + transition metal (M) precursor solution in step (b), the cerium precursor and the transition metal (M) precursor are mixed at a molar mass ratio of 5:95 to 95:5. Preferably, when preparing a CeM catalyst, each metal precursor is mixed so that the Ce:M molar ratio is 50:50 to 95:5, and more preferably, each metal precursor is mixed so that the Ce:M molar ratio is 80:20 to 90:10. Mix, and most preferably, mix each metal precursor in a ratio of 85:15.

상기 (a) 및 (b) 단계에서의 용매는 물(H2O), 에탄올(EtOH), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 아세토나이트릴(Acetonitrile) 등에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The solvent in steps (a) and (b) is one or more selected from water (H 2 O), ethanol (EtOH), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, etc. It can be included.

상기 (a) 및 (b) 단계는 비록 순차적으로 기재되어 있으나, 순서의 선후가 중요하지 않으며, (a) 및 (b) 단계의 수행순서는 독립적으로서, (a) 및 (b) 단계 중 상호 어느 하나의 단계가 다른 단계 보다 먼저 수행될 수도 있으며, 두 개의 단계가 동시에 수행될 수도 있다.Although the steps (a) and (b) are described sequentially, the order is not important, and the order of performance of steps (a) and (b) is independent. One step may be performed before the other step, or two steps may be performed simultaneously.

상기 (c) 단계는 상기 (a) 및 (b) 단계에서 얻어진 용액을 혼합하는 단계로서, 혼합은 마그네틱 바, 교반기 등의 적절한 교반 수단을 통하여 이루어질 수 있고, 상기 (c)단계에서의 온도는 50 내지 120℃의 범위 일 수 있다.Step (c) is a step of mixing the solutions obtained in steps (a) and (b). Mixing can be accomplished through an appropriate stirring means such as a magnetic bar or stirrer, and the temperature in step (c) is It may range from 50 to 120°C.

참고로, 상기 (b) 단계에서는 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체를 용매에 함께 용해시켜 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 제조할 수도 있고, 또는 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체를 용매에 각각 별도로 용해시켜 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액을 각각 제조할 수도 있다. For reference, in step (b), a cerium + transition metal (M) precursor solution may be prepared by dissolving the cerium precursor and the transition metal (M) precursor together in a solvent, or the cerium precursor and the transition metal (M) precursor may be dissolved together in a solvent. A cerium precursor solution and a transition metal (M) precursor solution may be prepared by separately dissolving them in a solvent.

상기와 같이, 상기 (b) 단계에서 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액을 각각 제조할 경우, 상기 (c) 단계는 상기 (a) 및 (b) 단계에서 얻어진 용액의 혼합 시 BTC 리간드 용액, 세륨 전구체 용액 및 전이금속(M) 전구체 용액을 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성할 수도 있고, 우선 BTC 리간드 용액을 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액 중 어느 하나의 용액과 혼합하여 Ce-BTC 금속-유기 프레임워크 또는 M-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성한 후, 추가로 나머지 전구체 용액을 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성할 수도 있다.As described above, when preparing the cerium precursor solution and the transition metal (M) precursor solution in step (b), the BTC ligand is mixed in step (c) by mixing the solutions obtained in steps (a) and (b). The CeM-BTC metal-organic framework can be synthesized by mixing a solution, a cerium precursor solution, and a transition metal (M) precursor solution. First, the BTC ligand solution is mixed with either the cerium precursor solution or the transition metal (M) precursor solution. After synthesizing the Ce-BTC metal-organic framework or M-BTC metal-organic framework by mixing one solution, the CeM-BTC metal-organic framework can also be synthesized by additionally mixing the remaining precursor solutions. there is.

상기 (d) 단계에서의 여과는 필터 등의 통상적인 여과 수단을 이용하여 수행될 수 있으며, 세척은 수회 반복되어 실행될 수 있다.Filtration in step (d) may be performed using a conventional filtration means such as a filter, and washing may be repeated several times.

상기 (e) 단계는 형성된 CeM-BTC를 소성하여 BTC 리간드를 제거하고 세륨-전이금속(CeM) 형태를 얻기 위한 과정으로서, 350 내지 800℃의 범위에서 소성을 실시할 수 있다. 상기 소성시 분위기 가스로는 공기, 불활성 가스 등 제한되지 않으나 공기 중에서 실시하는 것이 경제적인 면에서 바람직하다.Step (e) is a process to sinter the formed CeM-BTC to remove the BTC ligand and obtain a cerium-transition metal (CeM) form, and the sintering may be performed in the range of 350 to 800°C. The atmosphere gas used during the firing is not limited to air or inert gas, but it is preferable from an economical point of view to carry out the firing in air.

상기와 같이, CeM-BTC 기반 세륨/전이금속(CeM) 촉매는 Ce-BTC로부터 생성된 산화세륨(CeO2)과 비교하여 비교적 높은 비표면적을 갖게 되며, 이산화탄소의 디메틸카보네이트의 전환을 위한 활성이 높은 효과가 있다.As described above, the CeM-BTC-based cerium/transition metal (CeM) catalyst has a relatively high specific surface area compared to cerium oxide (CeO 2 ) produced from Ce-BTC, and is active for the conversion of carbon dioxide into dimethyl carbonate. It is highly effective.

본 발명에 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법은, 상기와 같이 제조되는 CeM-BTC 기반 세륨/전이금속(CeM) 촉매의 존재 하에 메탄올 및 이산화탄소를 반응시키는 단계를 포함한다.A method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to another embodiment of the present invention includes the step of reacting methanol and carbon dioxide in the presence of a CeM-BTC-based cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared as described above. Includes.

본 발명에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법은 회분식 반응기에서 수행될 수 있으며, 액체상인 메탄올을 이용하기 때문에 별도의 용매는 요구되지 않는다. The method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to the present invention can be performed in a batch reactor and does not require a separate solvent because methanol is used in a liquid phase.

상기 메탄올 및 이산화탄소를 반응시키는 단계에서, 반응조건으로서 반응온도는 50 내지 250 ℃ 인 것이 바람직하고, 80 내지 180 ℃ 인 것이 더욱 바람직하다.In the step of reacting methanol and carbon dioxide, the reaction temperature as reaction conditions is preferably 50 to 250°C, and more preferably 80 to 180°C.

반응온도가 50 ℃ 이상으로 하여 반응을 위한 촉매 높은 활성화를 확보할 수 있으며, 반응온도가 250 ℃ 이하로 하여 열역학적 평형전환율 한계로 인한 수율 감소가 일어나는 문제를 방지할 수 있다.By setting the reaction temperature above 50°C, high activation of the catalyst for the reaction can be secured, and by setting the reaction temperature below 250°C, the problem of yield reduction due to thermodynamic equilibrium conversion rate limitations can be prevented.

또한, 상기 메탄올 및 이산화탄소를 반응시키는 단계에서, 반응조건으로서 반응압력은 1 내지 200 bar 인 것이 바람직하고, 5 내지 100 bar 인 것이 더욱 바람직하다.In addition, in the step of reacting methanol and carbon dioxide, the reaction pressure as reaction conditions is preferably 1 to 200 bar, and more preferably 5 to 100 bar.

반응압력이 1bar 이상으로 하여 열역학적 평형전환율 한계에 의한 디메틸카보네이트의 수율 저하를 방지할 수 있으며, 반응압력이 200 bar 미만으로 하여 반응 공정 운영의 안정성 및 효율성을 확보할 수 있다.By setting the reaction pressure to 1 bar or more, it is possible to prevent a decrease in the yield of dimethyl carbonate due to the thermodynamic equilibrium conversion rate limit, and by setting the reaction pressure to less than 200 bar, the stability and efficiency of reaction process operation can be ensured.

또한, 상기 메탄올 및 이산화탄소를 반응시키는 단계에서, 적절한 교반을 실시하는 것이 반응 효율면에서 바람직하다. Additionally, in the step of reacting methanol and carbon dioxide, it is preferable to carry out appropriate stirring in terms of reaction efficiency.

또한, 상기 메탄올 및 이산화탄소를 반응시키는 단계에서, 반응촉매는 상기 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 CeM-BTC 기반 세륨/전이금속(CeM) 촉매를 사용하며, 상기 촉매는 반응물로 투입되는 메탄올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 100 중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 1 내지 10 중량부로 사용하는 것이 더욱 바람직하다. In addition, in the step of reacting methanol and carbon dioxide, the reaction catalyst uses a CeM-BTC-based cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared according to an embodiment of the present invention, and the catalyst is methanol introduced as a reactant. It is preferable to use it in an amount of 0.1 to 100 parts by weight, and more preferably in an amount of 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight.

촉매의 사용량이 1 중량부 미만이면 반응 효율이 저하되거나 반응 속도가 현저히 낮아질 수 있고, 100 중량부를 초과하면 필요 이상의 촉매를 사용하게 되는 결과를 초래하여 비경제적이다.If the amount of catalyst used is less than 1 part by weight, reaction efficiency may be reduced or the reaction rate may be significantly lowered, and if it exceeds 100 parts by weight, it results in using more catalyst than necessary, making it uneconomical.

본 발명에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법은, 상기한 바와 같은 온도, 압력, 교반속도 및 촉매량 범위내에서 수행되었을 때 디메틸카보네이트 수율을 최대로 달성할 수 있다.The method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to the present invention can achieve maximum dimethyl carbonate yield when performed within the temperature, pressure, stirring speed, and catalyst amount ranges as described above.

이하, 실시예 및 비교예 등을 통하여 본 발명에 따른 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide according to the present invention will be described in detail through examples and comparative examples.

본 발명은 이산화탄소와 메탄올의 반응촉매로서 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM)을 사용함으로써, 디메틸카보네이트의 제조 수율을 높이는 것으로서, 하기 실시예에서는 CeM-BTC 기반 세륨/전이금속(CeM) 촉매의 우수한 효과를 설명하고자 한다.The present invention includes cerium (Ce) as a reaction catalyst between carbon dioxide and methanol, and further includes one transition metal (M) selected from lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). The production yield of dimethyl carbonate is increased by using cerium/transition metal (CeM) produced by firing a cerium/transition metal (CeM)-based metal-organic framework (CeM-BTC). In the examples below, CeM-BTC is used to increase the production yield of dimethyl carbonate. We aim to explain the excellent effectiveness of BTC-based cerium/transition metal (CeM) catalyst.

보다 구체적으로는, 하기 실시예 및 비교예에서는 이산화탄소와 메탄올을 촉매반응시켜 디메틸카보네이트를 합성하는 데 있어서, 각 실시예 및 비교예에서 제조되는 촉매 사용시의 디메틸카보네이트 수율을 비교하였다.More specifically, in the following Examples and Comparative Examples, when dimethyl carbonate was synthesized by catalyzing carbon dioxide and methanol, the yield of dimethyl carbonate when using the catalyst prepared in each Example and Comparative Example was compared.

<실시예 1> <Example 1>

CeLa 촉매CeLa catalyst

2L 둥근바닥 플라스크에 증류수 200 ml와 에탄올 200 ml를 교반시켜서 혼합용액을 제조한다. 제조된 혼합용액에 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산 (1,3,5-trimethylcarboxylic acid) 42 g을 넣은 뒤 교반해주며, 이후 70 ℃ 로 승온시켜 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산이 완전히 용해되는 것을 확인하였다(용액 1). 용액 1과 별도로 질산세륨 6 수화물(Cerium nitrate hexahydrate) 73.8 g, 질산란탄 6 수화물(lanthanum nitrate hexahydrate) 13.0 g을 증류수 900 ml에 용해시켜 용액 2를 제조한다.Prepare a mixed solution by stirring 200 ml of distilled water and 200 ml of ethanol in a 2L round bottom flask. Add 42 g of 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid to the prepared mixed solution and stir, then raise the temperature to 70°C to form 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid. It was confirmed that the boxylic acid was completely dissolved (solution 1). Separately from Solution 1, Solution 2 is prepared by dissolving 73.8 g of cerium nitrate hexahydrate and 13.0 g of lanthanum nitrate hexahydrate in 900 ml of distilled water.

용액 2 를 70 ℃에서 교반되고 있는 용액 1에 2분 동안 부어주며, 70 ℃에서 5시간 교반하여 CeLa-BTC를 합성한다. Solution 2 is poured into solution 1 stirred at 70°C for 2 minutes, and stirred at 70°C for 5 hours to synthesize CeLa-BTC.

교반 종료 후, 감압 여과 장치를 이용하여 CeLa-BTC를 여과시켰다. 합성된 Ce-BTC는 에탄올 세척 작업을 3회를 해주며, 각 에탄올 세척작업은 CeLa-BTC는 에탄올 1500 ml에 분산시킨 후, 6시간 이상 교반 후, 여과시키는 과정으로 진행되었다. 세척을 마친 Ce-BTC는 건조용 오븐을 이용하여 110 ℃, 12시간 이상 건조되었다. After the stirring was completed, CeLa-BTC was filtered using a reduced pressure filtration device. The synthesized Ce-BTC was washed with ethanol three times, and each ethanol wash was carried out by dispersing CeLa-BTC in 1500 ml of ethanol, stirring for more than 6 hours, and then filtering. The washed Ce-BTC was dried at 110°C for more than 12 hours using a drying oven.

합성된 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks, MOF)인 CeLa-BTC는 금속산화물로 합성하기 위하여 머플 전기로에서 상온에서 2℃/분 속도로 350℃까지 승온시킨 뒤, 350℃에서 5시간 동안 소성과정을 거쳤다. 소성 과정을 통해 CeLa-BTC 내 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산은 열분해되어 없어지면서 CeLa 형태로 변환된다. To synthesize CeLa-BTC, a synthesized metal organic framework (MOF), into a metal oxide, the temperature is raised from room temperature to 350°C at a rate of 2°C/min in a muffle electric furnace, and then fired at 350°C for 5 hours. went through Through the firing process, 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid in CeLa-BTC is thermally decomposed and disappears, converting to CeLa form.

<실시예 2> <Example 2>

CePr 촉매CePr catalyst

용액 1과 별도로 질산세륨 6 수화물(Cerium nitrate hexahydrate) 73.8 g, 질산프라세오디뮴 6 수화물(praseodymium nitrate hexahydrate) 13.06 g을 증류수 900 ml에 용해시켜 용액 2를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 CePr 촉매를 제조하였다.Separately from solution 1, solution 2 was prepared by dissolving 73.8 g of cerium nitrate hexahydrate and 13.06 g of praseodymium nitrate hexahydrate in 900 ml of distilled water. The same method as Example 1. A CePr catalyst was prepared.

<실시예 3> <Example 3>

CeSm 촉매CeSm catalyst

용액 1과 별도로 질산세륨 6 수화물(Cerium nitrate hexahydrate) 73.8 g, 질산사마륨 6 수화물(samarium nitrate hexahydrate) 13.34 g을 증류수 900 ml에 용해시켜 용액 2를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 CeSm 촉매를 제조하였다. The same method as Example 1, except that Solution 2 was prepared by dissolving 73.8 g of cerium nitrate hexahydrate and 13.34 g of samarium nitrate hexahydrate in 900 ml of distilled water separately from Solution 1. A CeSm catalyst was prepared.

<실시예 4> <Example 4>

CeZr 촉매CeZr catalyst

용액 1과 별도로 질산세륨 6 수화물(Cerium nitrate hexahydrate) 73.8 g, 질산지르코늄 수화물(zirconium nitrate hexahydrate) 13.34 g을 증류수 900 ml에 용해시켜 용액 2를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 CeZr 촉매를 제조하였다. Separately from Solution 1, Solution 2 was prepared by dissolving 73.8 g of cerium nitrate hexahydrate and 13.34 g of zirconium nitrate hexahydrate in 900 ml of distilled water. A CeZr catalyst was prepared.

<비교예 1> <Comparative Example 1>

CeOCeO 2 2 촉매 catalyst

2L 둥근바닥 플라스크에 증류수 200 ml와 에탄올 200 ml를 교반시켜서 혼합용액을 제조한다. 제조된 혼합용액에 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산 (1,3,5-trimethylcarboxylic acid) 42 g을 넣은 뒤 교반해주며, 이후 70 ℃ 로 승온시켜 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산이 완전히 용해되는 것을 확인하였다 (용액 1). 용액 1과 별도로 질산세륨 6 수화물(Cerium nitrate hexahydrate) 86.8 g을 증류수 900 ml에 용해시켜 용액 2를 제조한다. Prepare a mixed solution by stirring 200 ml of distilled water and 200 ml of ethanol in a 2L round bottom flask. Add 42 g of 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid to the prepared mixed solution and stir, then raise the temperature to 70°C to form 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid. It was confirmed that the boxylic acid was completely dissolved (solution 1). Separately from Solution 1, Solution 2 is prepared by dissolving 86.8 g of Cerium nitrate hexahydrate in 900 ml of distilled water.

용액 2를 70 ℃에서 교반되고 있는 용액 1에 2분 동안 부어주며, 70 ℃에서 5시간 교반하여 Ce-BTC를 합성한다. Solution 2 is poured into solution 1 stirred at 70°C for 2 minutes, and stirred at 70°C for 5 hours to synthesize Ce-BTC.

교반 종료 후, 감압 여과 장치를 이용하여 Ce-BTC를 여과시켰다. 합성된 Ce-BTC는 에탄올 세척 작업을 3회를 해주며, 각 에탄올 세척작업은 Ce-BTC는 에탄올 1500 ml에 분산시킨 후, 6시간 이상 교반 후, 여과시키는 과정으로 진행되었다. 세척을 마친 Ce-BTC는 건조용 오븐을 이용하여 110 ℃, 12시간 이상 건조되었다. After the stirring was completed, Ce-BTC was filtered using a reduced pressure filtration device. The synthesized Ce-BTC was washed with ethanol three times, and each ethanol wash was carried out by dispersing Ce-BTC in 1500 ml of ethanol, stirring for more than 6 hours, and then filtering. The washed Ce-BTC was dried at 110°C for more than 12 hours using a drying oven.

합성된 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks, MOF)인 Ce-BTC는 금속산화물로 합성하기 위하여 머플 전기로에서 상온에서 2℃/분 속도로 350℃까지 승온시킨 뒤, 350℃에서 5시간 동안 소성과정을 거쳤다. 소성 과정을 통해 Ce-BTC 내 1,3,5-벤젠트리메틸카르복실산은 열분해되어 없어지면서 세리아의(CeO2) 형태로 변환된다. To synthesize Ce-BTC, a synthesized metal organic framework (MOF), into a metal oxide, the temperature is raised from room temperature to 350°C at a rate of 2°C/min in a muffle electric furnace, and then fired at 350°C for 5 hours. went through Through the firing process, 1,3,5-benzenetrimethylcarboxylic acid in Ce-BTC is thermally decomposed and disappears, converting to ceria (CeO 2 ).

<비교예 2> <Comparative Example 2>

Ru/CeORu/CeO 22

상기 비교예 1에서 제조된 CeO2를 지지체로 사용하여 염화루테늄(RuCl3·xH2O) 3g을 증류수 5ml에 용해한 용액을 이용하여 함침법에 따라 CeO2 지지체에 담지하였다. 상기 결과물을 건조용 오븐에서 110 oC에서, 12시간 이상 건조하여 수분을 제거한 후, 머플 전기로에서 350 oC에서 4시간 동안 소성과정을 거쳐 최종 촉매를 제조하였다.Using the CeO 2 prepared in Comparative Example 1 as a support, 3 g of ruthenium chloride (RuCl 3 ·xH 2 O) was supported on the CeO 2 support according to an impregnation method using a solution dissolved in 5 ml of distilled water. The result was dried in a drying oven at 110 o C for more than 12 hours to remove moisture, and then calcined in a muffle electric furnace at 350 o C for 4 hours to prepare the final catalyst.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2에 따라 제조되거나 준비된 촉매를 사용하여 메탄올과 이산화탄소를 이용한 디메틸카보네이트 직접 합성을 하기와 같이 수행하였다.Direct synthesis of dimethyl carbonate using methanol and carbon dioxide was performed as follows using the catalyst prepared or prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

반응을 수행하기 위해서 반응기로 3/8 inch 고정층 반응기를 사용하였다. 상기 반응기 내부의 온도는 상기 반응기 상단으로부터 1/16 inch의 열전대(thermo couple)를 반응기 내부에 넣어 촉매 층 상단에 위치하도록 길이를 조절한 후, 측정한 온도를 나타낸 것이다. 상기 반응기 하단에 1/4 inch 관을 설치하고 촉매 2g을 충전하여 일 실시예에 따른 반응을 수행하였다. 이때, 상기 반응기에는 전기로로 열을 공급하였고, 상기 전기로 외부의 열전대를 사용하여 PID 조절장치로 상기 반응기 외부에서 상기 반응기의 온도를 조절하였다. 상온에서 반응 온도인 120℃까지 상기 반응기 온도를 상승시키면서, 이산화탄소만을 주입하여 흘려주었다. 그리고나서 본 발명의 반응온도인 120 ℃가 유지되는 등온 조건과 10 bar인 반응압력이 형성된 다음, 상기 반응 내부로 메탄올을 18ul를 HPLC펌플를 통해 주입하여 기화시켜준 뒤 이산화탄소 유량을 50 ml로 변경하여 반응을 진행하였다. 생성 기체의 분석은 반응기와 연결된 가스 크로마토그래피(GC Chromatography)를 통해 확인하였고 검출기는 열전도 검출기(Thermal conductivity detector, TCD)와 불꽃이온화검출기(Flame ionization detector, FID)를 사용하였다. 상기 일 실시예에 따른 반응을 통해 이산화탄소의 직접반응을 통한 생성된 디메틸카보네이트등의 촉매 활성에 대한 결과를 도 1에 나타내었다.To carry out the reaction, a 3/8 inch fixed bed reactor was used as the reactor. The temperature inside the reactor represents the temperature measured after inserting a thermocouple 1/16 inch from the top of the reactor into the reactor and adjusting the length to be located at the top of the catalyst layer. A 1/4 inch pipe was installed at the bottom of the reactor and 2 g of catalyst was charged to perform a reaction according to an example. At this time, heat was supplied to the reactor through an electric furnace, and the temperature of the reactor was controlled from outside the reactor using a PID controller using a thermocouple outside the electric furnace. While increasing the temperature of the reactor from room temperature to the reaction temperature of 120°C, only carbon dioxide was injected and flowed. Then, after isothermal conditions in which the reaction temperature of the present invention of 120°C is maintained and a reaction pressure of 10 bar are formed, 18ul of methanol is injected into the reaction interior through an HPLC pump to vaporize it, and the carbon dioxide flow rate is changed to 50 ml. The reaction proceeded. Analysis of the produced gas was confirmed through gas chromatography (GC Chromatography) connected to the reactor, and a thermal conductivity detector (TCD) and a flame ionization detector (FID) were used as detectors. The results of the catalytic activity of dimethyl carbonate, etc. produced through a direct reaction of carbon dioxide through the reaction according to the above example are shown in Figure 1.

도 1에 나타난 바와 같이, 세륨 기반 금속-유기 프레임워크(Ce-BTC)를 소성하여 제조된 CeO2 및 종래 Ru/CeO2 촉매에 비하여 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매(CeLa, CePr, CeSm 및 CeZr)를 사용할 경우, 디메틸카보네이트의 수율이 향상된 것으로 나타났다. As shown in Figure 1, compared to CeO 2 prepared by calcining the cerium-based metal-organic framework (Ce-BTC) and the conventional Ru/CeO 2 catalyst, the cerium/transition metal (CeM)-based metal-organic framework (CeM) When using cerium/transition metal (CeM) catalysts (CeLa, CePr, CeSm, and CeZr) prepared by calcination of -BTC), the yield of dimethyl carbonate was found to be improved.

이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the embodiments shown in the attached drawings, but these are merely illustrative, and various modifications and other equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. You will understand that Therefore, the scope of technical protection of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.

Claims (14)

이산화탄소와 메탄올의 반응으로 디메틸카보네이트(DMC)를 합성하기 위한 촉매에 있어서,
상기 촉매는 세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조용 촉매.
In the catalyst for synthesizing dimethyl carbonate (DMC) through the reaction of carbon dioxide and methanol,
The catalyst contains cerium (Ce) and further contains one transition metal (M) selected from lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). Cerium/transition metal (CeM) ) A catalyst for the production of dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, characterized in that it is a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by calcining a based metal-organic framework (CeM-BTC).
제1항에 있어서,
상기 촉매의 소성온도는 350 내지 800℃의 범위인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조용 촉매.
According to paragraph 1,
A catalyst for the production of dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, characterized in that the calcination temperature of the catalyst is in the range of 350 to 800 ° C.
(a) BTC 리간드의 전구체 용액을 용매에 용해시켜, BTC 리간드 용액을 얻는 단계;
(b) 세륨 전구체와 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 및 지르코늄 중 선택되는 하나의 전이금속(M) 전구체를 용매에 용해시켜 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 얻는 단계;
(c) 상기 BTC 리간드 용액, 세륨+전이금속(M) 전구체 용액을 섞고 교반하여 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하는 단계;
(d) 합성된 CeM-BTC를 포함한 용액을 여과, 세척하는 단계; 및
(e) 여과 후 채취된 CeM-BTC를 건조 및 소성하여 세륨-전이금속(CeM)으로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조용 촉매의 제조방법.
(a) dissolving the precursor solution of the BTC ligand in a solvent to obtain a BTC ligand solution;
(b) dissolving a cerium precursor and a transition metal (M) precursor selected from lanthanum, praseodymium, samarium, and zirconium in a solvent to obtain a cerium + transition metal (M) precursor solution;
(c) mixing and stirring the BTC ligand solution and the cerium + transition metal (M) precursor solution to synthesize a CeM-BTC metal-organic framework;
(d) filtering and washing the solution containing the synthesized CeM-BTC; and
(e) drying and calcining the CeM-BTC collected after filtration to convert it into cerium-transition metal (CeM); a method for producing a catalyst for the production of dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, comprising:
제3항에 있어서,
상기 용매는 물(H2O), 에탄올(EtOH), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 아세토나이트릴(Acetonitrile) 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
In the reaction between carbon dioxide and methanol, the solvent is characterized in that one or more selected from water (H 2 O), ethanol (EtOH), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and acetonitrile. Method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate.
제3항에 있어서,
상기 세륨 전구체는 세륨 질산염, 세륨 탄산염, 세륨 아세트산염, 세륨 할로겐염 및 염화세륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
A method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by the reaction of carbon dioxide and methanol, wherein the cerium precursor is at least one selected from the group consisting of cerium nitrate, cerium carbonate, cerium acetate, cerium halide salt, and cerium chloride.
제3항에 있어서,
상기 란탄의 전구체로는 나이트레이트 헥사하이드레이트, 란타늄 클로라이드 헵타헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 프라세오디뮴의 전구체로는 프라세오디뮴 나이트레이트 헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 사마륨의 전구체로는 사마륨 나이트레이트 헥사하이드레이트에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 지르코늄의 전구체로는 지르코닐 옥시나이트레이트 하이드레이트, 지르코닐 옥시클로라이드 옥타하이드레이트, 지르코늄 클로라이드에서 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
The lanthanum precursor is at least one selected from the group consisting of nitrate hexahydrate and lanthanum chloride heptahexahydrate, the praseodymium precursor is at least one selected from the group consisting of praseodymium nitrate hexahydrate, and the samarium precursor is is at least one selected from the group consisting of samarium nitrate hexahydrate, and the precursor of the zirconium is carbon dioxide, characterized in that at least one selected from the group consisting of zirconyl oxynitrate hydrate, zirconyl oxychloride octahydrate, and zirconium chloride. Method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by reaction of methanol.
제3항에 있어서,
상기 (a) 및 (b) 단계의 수행순서는 독립적으로서, (a) 및 (b) 단계 중 상호 어느 하나의 단계가 다른 단계 보다 먼저 수행될 수도 있으며, 두 개의 단계가 동시에 수행될 수도 있는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
The execution order of steps (a) and (b) is independent, and one of steps (a) and (b) may be performed before the other step, and the two steps may be performed simultaneously. Characterized by a method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by the reaction of carbon dioxide and methanol.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체는 5:95 내지 95:5 몰질량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
A method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by the reaction of carbon dioxide and methanol, characterized in that in step (b), the cerium precursor and the transition metal (M) precursor are mixed at a molar mass ratio of 5:95 to 95:5.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는 세륨 전구체와 전이금속(M) 전구체를 용매에 각각 별도로 용해시켜 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액을 각각 제조하며,
상기 (c) 단계는 상기 (a) 및 (b) 단계에서 얻어진 용액의 혼합 시, BTC 리간드 용액, 세륨 전구체 용액 및 전이금속(M) 전구체 용액을 동시에 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하거나, 우선 BTC 리간드 용액을 세륨 전구체 용액과 전이금속(M) 전구체 용액 중 어느 하나의 용액과 혼합하여 Ce-BTC 금속-유기 프레임워크 또는 M-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성한 후, 추가로 나머지 전구체 용액을 혼합하는 방식으로 CeM-BTC 금속-유기 프레임워크를 합성하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
In step (b), the cerium precursor and the transition metal (M) precursor are separately dissolved in a solvent to prepare a cerium precursor solution and a transition metal (M) precursor solution, respectively.
In step (c), when mixing the solutions obtained in steps (a) and (b), the BTC ligand solution, the cerium precursor solution, and the transition metal (M) precursor solution are mixed simultaneously to form a CeM-BTC metal-organic frame. Synthesize the work, or first mix the BTC ligand solution with either a cerium precursor solution or a transition metal (M) precursor solution to synthesize the Ce-BTC metal-organic framework or the M-BTC metal-organic framework. , A method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by the reaction of carbon dioxide and methanol, characterized in that the CeM-BTC metal-organic framework is synthesized by mixing the remaining precursor solution.
제3항에 있어서,
상기 (c) 단계에서의 온도는 50 내지 120℃인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 제조용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
A method for producing a catalyst for producing dimethyl carbonate by the reaction of carbon dioxide and methanol, characterized in that the temperature in step (c) is 50 to 120 ° C.
제3항에 있어서,
상기 (e) 단계에서의 소성 온도는 350 내지 800℃인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소와 메탄올의 반응에 의한 디메틸카보네이트 합성용 촉매의 제조방법.
According to paragraph 3,
A method for producing a catalyst for dimethyl carbonate synthesis by the reaction of carbon dioxide and methanol, characterized in that the calcination temperature in step (e) is 350 to 800°C.
세륨(Ce)을 포함하고, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm) 및 지르코늄(Zr) 중 선택되는 하나의 전이금속(M)을 더 포함하는 세륨/전이금속(CeM) 기반 금속-유기 프레임워크(CeM-BTC)를 소성하여 제조되는 세륨/전이금속(CeM) 촉매 존재 하에서 이산화탄소 및 메탄올을 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법.
A cerium/transition metal (CeM)-based metal comprising cerium (Ce) and further comprising one transition metal (M) selected from lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and zirconium (Zr). -A method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, comprising the step of reacting carbon dioxide and methanol in the presence of a cerium/transition metal (CeM) catalyst prepared by calcining an organic framework (CeM-BTC). .
제12항에 있어서,
상기 촉매의 사용량은, 상기 메탄올 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 100 중량부인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법.
According to clause 12,
A method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, characterized in that the amount of the catalyst used is 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of methanol.
제12항에 있어서,
50 내지 250 ℃의 온도 범위 및 1 내지 200 bar의 압력 범위의 조건 하에서 촉매 반응시키는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 직접 전환을 통한 디메틸카보네이트의 제조방법.
According to clause 12,
A method for producing dimethyl carbonate through direct conversion of carbon dioxide, characterized in that catalytic reaction is carried out under conditions of a temperature range of 50 to 250 ° C. and a pressure range of 1 to 200 bar.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US5489703A (en) 1995-05-19 1996-02-06 Amoco Corporation Reaction extraction of alkyl carbonate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5478962A (en) 1994-03-25 1995-12-26 Enichem S.P.A. Process for the synthesis of dimethylcarbonate
US5489703A (en) 1995-05-19 1996-02-06 Amoco Corporation Reaction extraction of alkyl carbonate

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. Uchiumi, K. Ateka, T. Matsuraki, J. Organomet. Chem. 576권, 279쪽 (1999); T. Matsuraki, A. Nakamura, Catal. Surv. Jpn., 1권, 77쪽 (1997)

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