산업화에 의한 화석 연료의 남용은 온실 가스 배출을 유발하여 전세계적으로 지구 온도 상승 및 환경 문제를 야기했습니다. 이를 해결하기 위해서는 탄소 중립에 도달하는 것이 시급합니다. 제 1장에서는 화석 연료의 남용, 특히 플라스틱의 과용이 어떻게 지구온난화를 유발하게 되었는지 그리고 이 문제를 해결하기 위해 어떤 노력들이 진행되고 있는지를 다룹니다. 플라스틱은 무수한 단량체가 결합하여 이루어진 고분자 물질로써, 석유계 기반의 원료로부터 만들어집니다. 따라서 그 생산 및 폐기 과정에서는 필연적으로 온실 가스가 발생합니다. 이렇게 발생하는 온실 가스를 감축하기 위해 도입된 것이 사용된 탄소를 배출하지 않고 재사용하는 순환 경제 개념입니다. 석유계 기반의 원료가 아닌 ...
산업화에 의한 화석 연료의 남용은 온실 가스 배출을 유발하여 전세계적으로 지구 온도 상승 및 환경 문제를 야기했습니다. 이를 해결하기 위해서는 탄소 중립에 도달하는 것이 시급합니다. 제 1장에서는 화석 연료의 남용, 특히 플라스틱의 과용이 어떻게 지구온난화를 유발하게 되었는지 그리고 이 문제를 해결하기 위해 어떤 노력들이 진행되고 있는지를 다룹니다. 플라스틱은 무수한 단량체가 결합하여 이루어진 고분자 물질로써, 석유계 기반의 원료로부터 만들어집니다. 따라서 그 생산 및 폐기 과정에서는 필연적으로 온실 가스가 발생합니다. 이렇게 발생하는 온실 가스를 감축하기 위해 도입된 것이 사용된 탄소를 배출하지 않고 재사용하는 순환 경제 개념입니다. 석유계 기반의 원료가 아닌 바이오매스 원료를 플라스틱의 단량체로써 사용하거나, 사용된 폐플라스틱을 재사용함으로서 자원의 순환을 이룰 수 있습니다. 여기에서는 전 세계 포장 분야의 30 %를 차지할 정도로 널리 사용되는 플라스틱인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 대상으로 하여, 플라스틱 오염 문제 극복을 위한 화학적 접근에 관한 연구를 진행하였습니다. 제 2장에서는 PET를 대체할 수 있는 바이오플라스틱인 폴리에틸렌 퓨라노에이트(PEF)의 단량체 생산을 위한 연구를 다룹니다. PEF는 바이오매스 유래 물질인 2,5-푸란다이카복실산(FDCA)과 에틸렌 글리콜(EG)의 중합에 의해 만들어지는 고분자입니다. FDCA는 퓨란링 양 말단에 알코올과 알데하이드 모이어티를 지닌 5-하이드록시푸르푸랄(HMF)의 산화를 통해 얻을 수 있습니다. 본 연구에서는 HMF의 호기성 산화와 전기화학적 산화를 위한 불균일 촉매에 관해 조사하였습니다. HMF의 호기성 산화를 위한 첫 번째 촉매로써 다양한 산화 상태를 갖는 망간산화물을 준비하였습니다. 계층적 모폴로지를 갖는 망간산화물은 공침법과 열처리 환원 공정을 통해 손쉽게 합성되었습니다. 합성된 망간 산화물은 XRD와 XPS 분석을 통해 구조 및 산화 상태를 확인하였으며, CO2-TPD 분석을 통해 HMF 산화 특성에 영향을 미치는 촉매의 염기도를 분석하였습니다. 망간 산화물은 HMF로부터 FDCA를 얻기 위한 촉매로 사용되었으며, 반응은 0.05 M NaHCO3 수용액, 10 bar O2 압력, 393 K 하에서 5시간 동안 진행되었습니다. 해당 조건에서 HMF는 촉매의 종류와 관계없이 거의 100 %의 전환율을 보였고 가장 염기도가 높은 MnO2는 62 %의 FDCA 수율을 얻은 반면, 적당한 염기도를 지니고 외부 염기와 친화력이 좋은 Mn2O3가 96 %의 FDCA 수율을 나타내었습니다. 다음으로는 Ru과 Pt를 사용하여 HMF의 호기성 산화를 위한 촉매를 준비하였습니다. Ru과 Pt는 HMF로부터 각각 DFF와 FDCA를 얻기 위한 대표적인 귀금속 촉매입니다. 촉매의 표면적을 넓히고 추가적인 특성을 부여하기 위해 바이오매스 중 하나인 키토산으로부터 활성화된 탄소 물질를 얻은 다음, 촉매의 지지체로써 사용하였습니다. 활성화 온도와 활성제(K2CO3)의 양에 따라 귀금속 촉매의 효율이 달라졌습니다. 탄소 지지체의 표면적과 탄화된 정도는 BET method와 XRD, Raman 분석을 통해 조사되었습니다. 또한 금속 입자의 크기를 작게 하기 위해 PVP를 캡핑제로써 사용하였습니다. 합성된 Ru/ACS 촉매는 DFF 생산, Pt/ACS 촉매는 FDCA 생산을 위한 촉매로써 사용되었습니다. DFF는 무염기 조건, 톨루엔 용매, O2 기포 공급, 363 K 하에서 12시간 동안 진행되었습니다. Ru/ACS-800 (1:2) 촉매의 경우 81 % HMF 전환율과 79 % DFF 선택도를 얻어 가장 높은 촉매 활성을 나타내었습니다. FDCA는 무염기 수용액 조건, 10 bar O2 압력, 383 K 하에서 5시간 동안 진행되었습니다. Pt/PVP-ACS-800 (1:2)가 100 % HMF 전환율에 75 % FDCA 수율을 가져 가장 높은 촉매 활성을 나타냈으며, 5번의 반복 실험 과정에서도 촉매 효율이 크게 떨어지지 않았습니다. 또한 본 연구에서는 열에너지와 산소 압력 없이 HMF를 FDCA로 전환할 수 있는 전기화학 촉매에 관한 연구를 진행하였습니다. 공융 용매(DES) 조건 하에서 전착법을 통해 Cu form 위에 Co-P 촉매를 합성한 후, SEM 이미지 분석, XPS를 통해 Co-P의 합성을 확인하였습니다. Co-P 전극을 통한 FDCA 생산은 Co-P (작업 전극), Pt wire (대향 전극), Ag/AgCl (기준 전극)의 3-전극 시스템을 이용한 0.5 M NaHCO3 수용액 하에서 1.45 V (vs. RHE)의 전압을 가하여 수행되었습니다. Co-P_DES 전극은 50 C가 공급된 이후 100 % HMF 전환율과 85 % FDCA 수율을 나타내어 기존의 물에서 합성된 Co-P_H2O 전극보다 더 높은 효율을 제공하였습니다. 제 3장에서는 PET를 화학적으로 분해하여 단량체인 테레프탈산(TPA)를 회수하기 위한 연구를 다룹니다. PET를 이루고 있는 TPA와 EG 간 에스터 결합은 친핵체의 공격에 의해 절단될 수 있습니다. 본 연구에서는 PET의 가수분해를 위한 불균일 촉매를 합성하고 마이크로파 조사 조건에서 PET 해중합을 수행하였습니다. 대표적인 고체 산 촉매인 MFI 유형의 ZSM-5 제올라이트는 수열 반응과 이온 교환을 통해 준비되었습니다. 제올라이트의 산도는 카운터 이온의 종류와 골격 내 Si/Al 비율에 의해 결정되었습니다. MFI 유형 제올라이트의 골격 및 표면적은 XRD 분석과 BET method를 통해 확인되었으며, 촉매의 산도는 NH3-TPD 분석을 통해 조사되었습니다. PET 분해 반응은 마이크로파 조사 조건에서 물을 용매로 하여 503 K에서 30분 동안 진행되었습니다. 촉매의 산도가 가장 높은 H+@ZSM-5-25 촉매가 가장 높은 PET 분해 효율(100 %)과 92 % TPA 수율을 나타내었습니다. 반응 후 활성 부위가 오염되어 분해 효율이 감소한 촉매는 하소에 의한 재생 과정을 통해 원래의 분해 성능을 되찾았습니다. 요약하자면, 본 연구는 대표적인 석유계 플라스틱인 PET의 오염 문제를 해결하기 위해 다음 두 가지 방법을 다루고 있습니다. 첫째, 바이오플라스틱인 PEF의 단량체 생산을 위한 불균일 촉매의 특성에 대한 연구입니다. 둘째, PET 분해를 위한 불균일 촉매와 반응 조건에 대한 연구입니다.
산업화에 의한 화석 연료의 남용은 온실 가스 배출을 유발하여 전세계적으로 지구 온도 상승 및 환경 문제를 야기했습니다. 이를 해결하기 위해서는 탄소 중립에 도달하는 것이 시급합니다. 제 1장에서는 화석 연료의 남용, 특히 플라스틱의 과용이 어떻게 지구온난화를 유발하게 되었는지 그리고 이 문제를 해결하기 위해 어떤 노력들이 진행되고 있는지를 다룹니다. 플라스틱은 무수한 단량체가 결합하여 이루어진 고분자 물질로써, 석유계 기반의 원료로부터 만들어집니다. 따라서 그 생산 및 폐기 과정에서는 필연적으로 온실 가스가 발생합니다. 이렇게 발생하는 온실 가스를 감축하기 위해 도입된 것이 사용된 탄소를 배출하지 않고 재사용하는 순환 경제 개념입니다. 석유계 기반의 원료가 아닌 바이오매스 원료를 플라스틱의 단량체로써 사용하거나, 사용된 폐플라스틱을 재사용함으로서 자원의 순환을 이룰 수 있습니다. 여기에서는 전 세계 포장 분야의 30 %를 차지할 정도로 널리 사용되는 플라스틱인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 대상으로 하여, 플라스틱 오염 문제 극복을 위한 화학적 접근에 관한 연구를 진행하였습니다. 제 2장에서는 PET를 대체할 수 있는 바이오플라스틱인 폴리에틸렌 퓨라노에이트(PEF)의 단량체 생산을 위한 연구를 다룹니다. PEF는 바이오매스 유래 물질인 2,5-푸란다이카복실산(FDCA)과 에틸렌 글리콜(EG)의 중합에 의해 만들어지는 고분자입니다. FDCA는 퓨란링 양 말단에 알코올과 알데하이드 모이어티를 지닌 5-하이드록시푸르푸랄(HMF)의 산화를 통해 얻을 수 있습니다. 본 연구에서는 HMF의 호기성 산화와 전기화학적 산화를 위한 불균일 촉매에 관해 조사하였습니다. HMF의 호기성 산화를 위한 첫 번째 촉매로써 다양한 산화 상태를 갖는 망간산화물을 준비하였습니다. 계층적 모폴로지를 갖는 망간산화물은 공침법과 열처리 환원 공정을 통해 손쉽게 합성되었습니다. 합성된 망간 산화물은 XRD와 XPS 분석을 통해 구조 및 산화 상태를 확인하였으며, CO2-TPD 분석을 통해 HMF 산화 특성에 영향을 미치는 촉매의 염기도를 분석하였습니다. 망간 산화물은 HMF로부터 FDCA를 얻기 위한 촉매로 사용되었으며, 반응은 0.05 M NaHCO3 수용액, 10 bar O2 압력, 393 K 하에서 5시간 동안 진행되었습니다. 해당 조건에서 HMF는 촉매의 종류와 관계없이 거의 100 %의 전환율을 보였고 가장 염기도가 높은 MnO2는 62 %의 FDCA 수율을 얻은 반면, 적당한 염기도를 지니고 외부 염기와 친화력이 좋은 Mn2O3가 96 %의 FDCA 수율을 나타내었습니다. 다음으로는 Ru과 Pt를 사용하여 HMF의 호기성 산화를 위한 촉매를 준비하였습니다. Ru과 Pt는 HMF로부터 각각 DFF와 FDCA를 얻기 위한 대표적인 귀금속 촉매입니다. 촉매의 표면적을 넓히고 추가적인 특성을 부여하기 위해 바이오매스 중 하나인 키토산으로부터 활성화된 탄소 물질를 얻은 다음, 촉매의 지지체로써 사용하였습니다. 활성화 온도와 활성제(K2CO3)의 양에 따라 귀금속 촉매의 효율이 달라졌습니다. 탄소 지지체의 표면적과 탄화된 정도는 BET method와 XRD, Raman 분석을 통해 조사되었습니다. 또한 금속 입자의 크기를 작게 하기 위해 PVP를 캡핑제로써 사용하였습니다. 합성된 Ru/ACS 촉매는 DFF 생산, Pt/ACS 촉매는 FDCA 생산을 위한 촉매로써 사용되었습니다. DFF는 무염기 조건, 톨루엔 용매, O2 기포 공급, 363 K 하에서 12시간 동안 진행되었습니다. Ru/ACS-800 (1:2) 촉매의 경우 81 % HMF 전환율과 79 % DFF 선택도를 얻어 가장 높은 촉매 활성을 나타내었습니다. FDCA는 무염기 수용액 조건, 10 bar O2 압력, 383 K 하에서 5시간 동안 진행되었습니다. Pt/PVP-ACS-800 (1:2)가 100 % HMF 전환율에 75 % FDCA 수율을 가져 가장 높은 촉매 활성을 나타냈으며, 5번의 반복 실험 과정에서도 촉매 효율이 크게 떨어지지 않았습니다. 또한 본 연구에서는 열에너지와 산소 압력 없이 HMF를 FDCA로 전환할 수 있는 전기화학 촉매에 관한 연구를 진행하였습니다. 공융 용매(DES) 조건 하에서 전착법을 통해 Cu form 위에 Co-P 촉매를 합성한 후, SEM 이미지 분석, XPS를 통해 Co-P의 합성을 확인하였습니다. Co-P 전극을 통한 FDCA 생산은 Co-P (작업 전극), Pt wire (대향 전극), Ag/AgCl (기준 전극)의 3-전극 시스템을 이용한 0.5 M NaHCO3 수용액 하에서 1.45 V (vs. RHE)의 전압을 가하여 수행되었습니다. Co-P_DES 전극은 50 C가 공급된 이후 100 % HMF 전환율과 85 % FDCA 수율을 나타내어 기존의 물에서 합성된 Co-P_H2O 전극보다 더 높은 효율을 제공하였습니다. 제 3장에서는 PET를 화학적으로 분해하여 단량체인 테레프탈산(TPA)를 회수하기 위한 연구를 다룹니다. PET를 이루고 있는 TPA와 EG 간 에스터 결합은 친핵체의 공격에 의해 절단될 수 있습니다. 본 연구에서는 PET의 가수분해를 위한 불균일 촉매를 합성하고 마이크로파 조사 조건에서 PET 해중합을 수행하였습니다. 대표적인 고체 산 촉매인 MFI 유형의 ZSM-5 제올라이트는 수열 반응과 이온 교환을 통해 준비되었습니다. 제올라이트의 산도는 카운터 이온의 종류와 골격 내 Si/Al 비율에 의해 결정되었습니다. MFI 유형 제올라이트의 골격 및 표면적은 XRD 분석과 BET method를 통해 확인되었으며, 촉매의 산도는 NH3-TPD 분석을 통해 조사되었습니다. PET 분해 반응은 마이크로파 조사 조건에서 물을 용매로 하여 503 K에서 30분 동안 진행되었습니다. 촉매의 산도가 가장 높은 H+@ZSM-5-25 촉매가 가장 높은 PET 분해 효율(100 %)과 92 % TPA 수율을 나타내었습니다. 반응 후 활성 부위가 오염되어 분해 효율이 감소한 촉매는 하소에 의한 재생 과정을 통해 원래의 분해 성능을 되찾았습니다. 요약하자면, 본 연구는 대표적인 석유계 플라스틱인 PET의 오염 문제를 해결하기 위해 다음 두 가지 방법을 다루고 있습니다. 첫째, 바이오플라스틱인 PEF의 단량체 생산을 위한 불균일 촉매의 특성에 대한 연구입니다. 둘째, PET 분해를 위한 불균일 촉매와 반응 조건에 대한 연구입니다.
The excessive utilization of fossil fuels by industrialization has resulted in greenhouse gas emissions, leading to global temperature rise and environmental issues on a global scale. To address this, it is urgent to reach carbon neutrality. Chapter 1 discussed the impact of the excessive use of...
The excessive utilization of fossil fuels by industrialization has resulted in greenhouse gas emissions, leading to global temperature rise and environmental issues on a global scale. To address this, it is urgent to reach carbon neutrality. Chapter 1 discussed the impact of the excessive use of fossil fuels, particularly plastics, on global warming and the ongoing efforts to address this issue. Plastics are polymers composed of numerous interconnected monomers, typically derived from fossil fuel-based sources. Consequently, the production and disposal of plastics unavoidably lead to greenhouse gas emissions. To mitigate these emissions, the concept of a circular economy has been introduced, emphasizing the reuse of carbon without its release. This can be achieved by utilizing biomass raw materials instead of petroleum-based ones as monomers for plastics or by recycling used plastic waste. Here, research was conducted on a chemical approach aimed at addressing the issue of plastic contamination, with a specific focus on polyethylene terephthalate (PET), a widely used plastic that constitutes 30% of the global packaging sector. Chapter 2 delved into the research conducted on the production of monomers for polyethylene furanoate (PEF), a bioplastic that can serve as a viable alternative to PET. PEF is synthesized through the polymerization of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), a biomass-derived material, with ethylene glycol (EG). The oxidation of HMF, which contains alcohol and aldehyde groups at both ends of the furan ring, allows for the genaration of FDCA. In this study, heterogeneous catalysts for the aerobic and electrochemical oxidation of HMF were explored. As the initial catalyst for the aerobic oxidation of HMF, manganese oxides with various oxidation states were prepared. Manganese oxides with hierarchical structures were easily synthesized through co-precipitation and thermal reduction processes. The structure and oxidation state of the manganese oxide were confirmed using XRD and XPS analysis. The basicity of the catalysts, which affects the HMF oxidation characteristics, was analyzed through CO2-TPD analysis. Manganese oxide was employed as the catalyst for the oxidation of HMF to produce FDCA. The reaction took place in a 0.05 M NaHCO3 aqueous solution, under 10 bar O2 pressure, and at 393 K for 5 hours. Under these conditions, HMF exhibited an almost 100 % conversion irrespective of the catalyst type. Among the manganese oxides, MnO2, which has the highest basicity, achieved a 62 % FDCA yield, whereas Mn2O3, which possesses moderate basicity and good affinity with external bases, exhibited a 96 % FDCA yield. Next, catalysts for the aerobic oxidation of HMF were prepared using Ru and Pt. Ru and Pt are representative noble metal catalysts for obtaining DFF and FDCA from HMF, respectively. To increase the catalyst's surface area and enhance its properties, activated carbon material was obtained from chitosan, a biomass source, and used as a catalyst support. The efficiency of noble metal catalysts depended on the activation temperature and the amount of activator (K2CO3). The surface area and degree of carbonization of the carbon support were investigated using the BET method, XRD, and Raman analysis. Additionally, PVP was used as a capping agent to reduce the size of the metal particles. The synthesized Ru/ACS catalyst was used for DFF production, while the Pt/ACS catalyst was used for FDCA production. For DFF production, the reaction was carried out for 12 hours under non-basic conditions, using toluene as a solvent, with O2 bubble supply, and at a temperature of 363 K. The Ru/ACS-800 (1:2) catalyst exhibited the highest catalytic activity with 81 % HMF conversion and 79 % DFF selectivity. For FDCA production, the reaction was conducted for 5 hours using a non-basic aqueous solution, under 10 bar O2 pressure, and at a temperature of 383 K. The Pt/PVP-ACS-800 (1:2) catalyst demonstrated the highest catalytic activity with 100 % HMF conversion and 75 % FDCA yield. Furthermore, the catalytic efficiency did not significantly decrease even after five repeated experiments. Additionally, research was conducted on an electrochemical catalyst capable of converting HMF to FDCA without the requirement of thermal energy and oxygen pressure. The Co-P catalyst was synthesized on a Cu substrate through electrodeposition under Deep Eutectic Solvent(DES) conditions. The formation of Co-P was confirmed through analysis of SEM images and XPS. For FDCA production using the Co-P electrode, a potential of 1.45 V (vs. RHE) was applied in a 0.5 M NaHCO3 aqueous solution employing a three-electrode system consisting of the Co-P electrode (working electrode), Pt wire (counter electrode), and Ag/AgCl (reference electrode). The Co-P_DES electrode exhibited 100 % HMF conversion and an 85 % FDCA yield after the supply of 50 C, demonstrating higher efficiency compared to the conventional water-synthesized Co-P_H2O electrode. Chapter 3 discussed research on the chemical recycling of PET to recover the monomer terephthalic acid (TPA). The ester bond between TPA and EG in PET can be cleaved through nucleophile attack. In this study, the heterogeneous catalyst for PET hydrolysis was synthesized, and PET depolymerization was conducted under microwave irradiation. MFI-type ZSM-5 zeolite, a noted solid acid catalyst, was prepared through hydrothermal reaction and ion exchange. The acidity of the zeolite was determined by the counter ion type and the Si/Al ratio in the framework. The framework and surface area of the MFI-type zeolite were confirmed through XRD analysis and the BET method, while the acidity of the zeolite was investigated using NH3-TPD analysis. The PET decomposition reaction was carried out at 503 K for 30 minutes using water as a solvent under microwave irradiation. The H+@ZSM-5-25 catalyst, which exhibited the highest acidity, demonstrated the highest PET degradation efficiency (100 %) and 92 % TPA yield. Catalysts that experienced a decrease in decomposition efficiency due to active site contamination during the reaction regained their original performance through thermal regeneration. In summary, this study addressed two methods to address the contamination issue associated with PET, a prominent fossil fuels-based plastic. Firstly, it investigated the characteristics of a heterogeneous catalyst for the production of PEF monomers. Secondly, it explored heterogeneous catalysts and reaction conditions for PET degradation.
The excessive utilization of fossil fuels by industrialization has resulted in greenhouse gas emissions, leading to global temperature rise and environmental issues on a global scale. To address this, it is urgent to reach carbon neutrality. Chapter 1 discussed the impact of the excessive use of fossil fuels, particularly plastics, on global warming and the ongoing efforts to address this issue. Plastics are polymers composed of numerous interconnected monomers, typically derived from fossil fuel-based sources. Consequently, the production and disposal of plastics unavoidably lead to greenhouse gas emissions. To mitigate these emissions, the concept of a circular economy has been introduced, emphasizing the reuse of carbon without its release. This can be achieved by utilizing biomass raw materials instead of petroleum-based ones as monomers for plastics or by recycling used plastic waste. Here, research was conducted on a chemical approach aimed at addressing the issue of plastic contamination, with a specific focus on polyethylene terephthalate (PET), a widely used plastic that constitutes 30% of the global packaging sector. Chapter 2 delved into the research conducted on the production of monomers for polyethylene furanoate (PEF), a bioplastic that can serve as a viable alternative to PET. PEF is synthesized through the polymerization of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), a biomass-derived material, with ethylene glycol (EG). The oxidation of HMF, which contains alcohol and aldehyde groups at both ends of the furan ring, allows for the genaration of FDCA. In this study, heterogeneous catalysts for the aerobic and electrochemical oxidation of HMF were explored. As the initial catalyst for the aerobic oxidation of HMF, manganese oxides with various oxidation states were prepared. Manganese oxides with hierarchical structures were easily synthesized through co-precipitation and thermal reduction processes. The structure and oxidation state of the manganese oxide were confirmed using XRD and XPS analysis. The basicity of the catalysts, which affects the HMF oxidation characteristics, was analyzed through CO2-TPD analysis. Manganese oxide was employed as the catalyst for the oxidation of HMF to produce FDCA. The reaction took place in a 0.05 M NaHCO3 aqueous solution, under 10 bar O2 pressure, and at 393 K for 5 hours. Under these conditions, HMF exhibited an almost 100 % conversion irrespective of the catalyst type. Among the manganese oxides, MnO2, which has the highest basicity, achieved a 62 % FDCA yield, whereas Mn2O3, which possesses moderate basicity and good affinity with external bases, exhibited a 96 % FDCA yield. Next, catalysts for the aerobic oxidation of HMF were prepared using Ru and Pt. Ru and Pt are representative noble metal catalysts for obtaining DFF and FDCA from HMF, respectively. To increase the catalyst's surface area and enhance its properties, activated carbon material was obtained from chitosan, a biomass source, and used as a catalyst support. The efficiency of noble metal catalysts depended on the activation temperature and the amount of activator (K2CO3). The surface area and degree of carbonization of the carbon support were investigated using the BET method, XRD, and Raman analysis. Additionally, PVP was used as a capping agent to reduce the size of the metal particles. The synthesized Ru/ACS catalyst was used for DFF production, while the Pt/ACS catalyst was used for FDCA production. For DFF production, the reaction was carried out for 12 hours under non-basic conditions, using toluene as a solvent, with O2 bubble supply, and at a temperature of 363 K. The Ru/ACS-800 (1:2) catalyst exhibited the highest catalytic activity with 81 % HMF conversion and 79 % DFF selectivity. For FDCA production, the reaction was conducted for 5 hours using a non-basic aqueous solution, under 10 bar O2 pressure, and at a temperature of 383 K. The Pt/PVP-ACS-800 (1:2) catalyst demonstrated the highest catalytic activity with 100 % HMF conversion and 75 % FDCA yield. Furthermore, the catalytic efficiency did not significantly decrease even after five repeated experiments. Additionally, research was conducted on an electrochemical catalyst capable of converting HMF to FDCA without the requirement of thermal energy and oxygen pressure. The Co-P catalyst was synthesized on a Cu substrate through electrodeposition under Deep Eutectic Solvent(DES) conditions. The formation of Co-P was confirmed through analysis of SEM images and XPS. For FDCA production using the Co-P electrode, a potential of 1.45 V (vs. RHE) was applied in a 0.5 M NaHCO3 aqueous solution employing a three-electrode system consisting of the Co-P electrode (working electrode), Pt wire (counter electrode), and Ag/AgCl (reference electrode). The Co-P_DES electrode exhibited 100 % HMF conversion and an 85 % FDCA yield after the supply of 50 C, demonstrating higher efficiency compared to the conventional water-synthesized Co-P_H2O electrode. Chapter 3 discussed research on the chemical recycling of PET to recover the monomer terephthalic acid (TPA). The ester bond between TPA and EG in PET can be cleaved through nucleophile attack. In this study, the heterogeneous catalyst for PET hydrolysis was synthesized, and PET depolymerization was conducted under microwave irradiation. MFI-type ZSM-5 zeolite, a noted solid acid catalyst, was prepared through hydrothermal reaction and ion exchange. The acidity of the zeolite was determined by the counter ion type and the Si/Al ratio in the framework. The framework and surface area of the MFI-type zeolite were confirmed through XRD analysis and the BET method, while the acidity of the zeolite was investigated using NH3-TPD analysis. The PET decomposition reaction was carried out at 503 K for 30 minutes using water as a solvent under microwave irradiation. The H+@ZSM-5-25 catalyst, which exhibited the highest acidity, demonstrated the highest PET degradation efficiency (100 %) and 92 % TPA yield. Catalysts that experienced a decrease in decomposition efficiency due to active site contamination during the reaction regained their original performance through thermal regeneration. In summary, this study addressed two methods to address the contamination issue associated with PET, a prominent fossil fuels-based plastic. Firstly, it investigated the characteristics of a heterogeneous catalyst for the production of PEF monomers. Secondly, it explored heterogeneous catalysts and reaction conditions for PET degradation.
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