[논문]포름산 및 황산 촉매를 이용한 자일로스로부터 푸르푸랄 생산

이승민; 김준석

doi:10.9713/kcer.2023.61.4.561

포름산 및 황산 촉매를 이용한 자일로스로부터 푸르푸랄 생산
Furfural Production From Xylose by Using Formic Acid and Sulfuric Acid 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.61 no.4, 2023년, pp.561 - 569

이승민 (경기대학교 화학공학과) , 김준석 (경기대학교 화학공학과)

초록
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푸르푸랄(furfural)은 리그노셀룰로오스 바이오매스(lignocellulose biomass)의 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 성분 중 하나인 자일로스(xylose)로부터 생산되는 플랫폼 화학물질이다. 푸르푸랄은 페놀류 화합물이나 바이오 연료 등의 중요한 원료로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 푸르푸랄 생산공정에서 일반적으로 사용되는 산 촉매인 황산(sulfuric acid)과 친환경적 촉매인 포름산(formic acid) 두 가지 촉매를 이용하여 회분식 반응 시스템(batch system)에서 자일로스로부터 푸르푸랄을 생산하기 위한 조건을 비교 및 최적화하였다. 자일로스의 초기 농도(10 g/L~100 g/L), 반응 온도(140~200 ℃), 황산 촉매(1~3 wt%), 포름산 촉매(5~10 wt%), 반응 시간에 따라 자일로스로부터 푸르푸랄 수율에 미치는 영향을 조사하였다. 촉매 종류에 따른 최적 조건은 다음과 같았다. 황산 촉매의 경우, 3 wt%의 촉매농도, 50 g/L의 초기 자일로스 농도, 180 ℃의 온도 10분의 반응시간에서 최대 58.97%의 푸르푸랄 수율을 얻었다. 포름산 촉매의 겨우, 5 wt%의 촉매농도, 50 g/L의 초기 자일로스 농도, 180 ℃의 온도, 150분 반응 시간에서 65.32%의 푸르푸랄 수율을 확보하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Furfural is a platform chemical that is produced from xylose, one of the hemicellulose components of lignocellulosic biomass. Furfural can be used as an important feedstock for phenolic compounds or biofuels. In this study, we compared and optimized the conditions for producing furfural from xylose in a batch system using two types of catalysts: sulfuric acid, which is commonly used in the furfural production process, and formic acid, which is an environmentally friendly catalyst. We investigated the effects of xylose initial concentration (10 g/L~100 g/L), reaction temperature (140~200 ℃), sulfuric acid catalyst (1~3 wt%), formic acid catalyst (5~10 wt%), and reaction time on the furfural yield. The optimal conditions according to the type of catalyst were as follows. For sulfuric acid catalyst, 3 wt% of catalyst concentration, 50 g/L of xylose initial concentration, 180 ℃ of temperature, and 10min of reaction time resulted in a maximum furfural yield of 59.0%. For formic acid catalyst, 5 wt% of catalyst concentration, 50 g/L of xylose initial concentration, 180 ℃ of temperature, and 150 min of reaction time resulted in a furfural yield of 65.3%.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Conversion pathway of hemicellulose into furfural.
그림 Fig. 2. Experimental setup for batch catalytic conversion of xylose.
그림 Fig. 3. Chromatograms of xylose using acid catalyst process.
표 Table 1. Range of experimental conditions for producing furfural using acid catalysts
표 Table 2. Maximum furfural yield in the xylose dehydration reactions
그림 Fig. 4. Furfural yield of 100g/L initial concentration of xylose using acid catalyst at different temperature (a), (b), (c) : 1~3 wt% concentration of H₂SO₄; (d), (e) : 5 ~ 10 wt% concentration of HCOOH (■ 140℃, ● 160℃, ▲ 180℃, ▼ 200℃).
그림 Fig. 5. Conversion of xylose 180℃ for comparison of sulfuric acid and formic acid (a) H₂SO₄, (b) HCOOH.
그림 Fig. 6. Furfural yield and selectivity at 180℃ for comparison of sulfuric acid and formic acid (a) H₂SO₄, (b) HCOOH (Y = furfural yield, S = furfural selectivity).
그림 Fig. 7. Effect of Furfural yield with initial concentration of xylose, (a) H₂SO₄ 3 wt% at 180℃, (b) HCOOH 5 wt% at 180℃, (c) HCOOH 10 wt%, (d) HCOOH 5 wt% at 200℃, (e) HCOOH 10 wt% at 200℃.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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