[보고서]저온이온용액 및 양성용 나노촉매를 복합화한 친환경적인 디메틸카보네이트 제조기술개발

고재천

저온이온용액 및 양성용 나노촉매를 복합화한 친환경적인 디메틸카보네이트 제조기술개발
Process development of eco-friendly dimethylcarbonate using low temperature ionic liquid and amphoteric nano catalyst 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology
연구책임자	고재천
참여연구자	김철웅 , 김윤민
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2011-02
과제시작연도	2010
주관부처	환경부
사업 관리 기관	한국환경산업기술원
등록번호	TRKO201200001737
과제고유번호	1485008387
DB 구축일자	2013-05-20

초록 ▼

본 연구는 대기압에서 이온성액체와 양성용 금속산화물 촉매를 사용한 DMC제조공정으로서 안정성과 반응성이 다른 여타공정보다 크게 향상되었을 뿐 아니라 연속 조업이 가능한 장점이 있다. 이 공정은 전세계적으로 처음 시도된 창의적인 것으로 요소를 이요한 DMC제조는 부생되는 암모니아를 요소공정으로 다시 탄산가스와 반응시켜 재사용이 가능하여 탄산가스의 화학적 고정화에 그리고 탄산가스배출 거래제도사업에도 많은 도움을 줄 것이다. 또한 매년 DMC 수요도 약 20%정도의 고성장이 기대되고 있어, DMC 제조를 위한 환경친화적이 프로세스에 대한

Abstract ▼

This project contains following studies.
1. Catalyst screening of the alcoholysis of urea
2. Semi-batch process development for the continuos process
3. Continuos process development
The first year study was involved the catalyst screening for new catalyst development and second year study was carried out the semi-continuos process development including effective catalyst searching and the suggestion of reaction mechanism in addition to the separation of catalyst and reactants. Finally, the continuos process was studied base on the setting of new continuos system for scale-up process in the third year.

목차 Contents

제 출 문 ... 1
보고서 초록 ... 2
요 약 문 ... 5
S U M M A R Y ... 7
C O N T E N T S ... 9
목 차 ... 10
표 목 차 ... 12
그 림 목 차 ... 15
제 1 장 서론 ... 19
제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 23
제 1 절 국내외 기술동향 ... 23
1. 국내기술동향 ... 23
2. 해외기술동향 ... 23
3. 연구개발대상 기술과의 차별성 ... 26
제 2 절 국내외 문헌조사 ... 29
1. 특허조사 ... 29
2. 논문조사 ... 31
제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 33
제 1 절 1차년도 연구개발 수행내용 ... 33
1. 주관연구기관 ... 33
2. 연구개발 수행결과 ... 49
3. 위탁기관 ... 60
제 2 절 2차년도 연구개발 수행내용 ... 70
1. 주관연구기관 ... 70
2. 위탁연구기관 ... 103
제 3 절 3차년도 연구개발 수행내용 ... 120
1. 주관연구기관 ... 120
2. 위탁연구기관 ... 143
제 4 절 연구개발 결과 요약 ... 160
제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ... 163
제 1 절 연구목표 및 내용 ... 163
1. 최종연구목표 ... 163
2. 평가방법 및 평가항목 ... 163
3. 연도별 연구개발 목표의 달성도 ... 164
4. 연도별 연구성과 ... 165
5. 관련분야 기술발전에의 기여도 ... 168
제 5 장 연구개발 결과의 활용 계획 ... 169
제 1 절 연구개발의 파급효과 및 활용방안 ... 169
1. 기술적인 효과 ... 169
2. 경제 산업적 효과 ... 169
제 2 절 추가연구의 필요성 및 기업화 추진방안 ... 170
1. 추가 연구의 필요성 ... 170
2. 기업화 추진방안 ... 171
제 6 장 참고문헌 ... 173
부 록 ... 177

표/그림 (108)

표 Fig. 1-1. Various DMC production methods.
표 Nano-metal oxide catalysts(KRICT).
표 Nano-metal oxide catalysts(KRICT).
표 The physical-chemical characterization of IL-SiO2 synthesized Catalysts.(PSU).
표 The physical-chemical characterization of IL-SiO2 synthesized Catalysts.(PSU).
표 Fig. 1-2. Chemical structure of room temperature ionic liquids.
표 Fig. 1-3. Schematic diagram of experimental apparatus.
표 Fig. 1-4. 1H-NMR spectrum of [HBet][NTf2].
표 Fig. 1-5. 13C-NMR spectrum of [HBet][NTf2].
$Fig. 1-6. X-Ray diffraction chromatogram of various nano-particles.$ 표 Fig. 1-6. X-Ray diffraction chromatogram of various nano-particles.
표 Fig. 1-7. Scanning electron magnification photography of various nano-particles.
표 Nano-particle analysis by XRD
표 Nano-particle analysis by XRD
표 BET result of ZnO supported catalysts.
표 BET result of ZnO supported catalysts.
표 Fig. 1-8. XRD result of ZnO supported catalysts.
표 Reaction condition for catalyst screening.
표 Fig. 1-9. Internal standard calibration curve for DMC.
표 Fig. 1-10. Internal standard calibration curve for MC.
표 Fig. 1-11. Closed batch and semi-batch reaction experimental system.
표 DMC yield at various catalysts.
표 DMC yield at various catalysts.
표 DMC yield by using nano-metal oxide catalyst and with/without Ionic Liquid.
표 DMC yield by using nano-metal oxide catalyst and with/without Ionic Liquid.
표 Fig. 1-12. Gas chromatography of typical product (Identified by GC/MS).
표 Fig. 1-13. Typical gas chromatography of using the [MBim][BF4] ionic liquid.
표 Fig. 1-14. Typical gas chromatography of using the [MBim][PF6] ionic liquid.
표 The physico-chemical properties of immobilized IL on amorphous SiO2.
표 The physico-chemical properties of immobilized IL on amorphous SiO2.
표 Fig. 1-15. The structure of immobilized ionic liquid. (a) TEA, (b) THA, (C) PYD.
표 BET data of hybrid CP-MS41(6.0) molecular sieves.
표 BET data of hybrid CP-MS41(6.0) molecular sieves.
표 Fig. 1-16. 29Si MAS NMR spectra of hybrid CP-MS41(6.0) molecular sieves.
표 Fig. 1-17. Schematic diagram of experimental apparatus (batch reactor).
표 Reactivity of immmobilized IL catalysts for the synthesis of DMC.
표 Reactivity of catalysts for the synthesis of DMC from urea andMeOH.
표 Reactivity of catalysts for the synthesis of DMC from urea andMeOH.
표 Metal oxide catalysts
표 Metal oxide catalysts
표 Complex metal oxide catalysts
표 Complex metal oxide catalysts
표 Simple Ionic liquids properties of this experimental used
표 Simple Ionic liquids properties of this experimental used
표 Fig. 2-1. Chemical structure of room temperature ionic liquids.
표 Fig. 2-2. Schematic diagram of experimental apparatus.
표 Fig. 2-3. 1H-NMR spectrum of [Choline][NTf2].
표 Fig. 2-4. 13C-NMR spectrum of [Choline][NTf2].
표 Fig. 2-5. Typical TGA graph of RTILs.(1/2)
표 Fig. 2-6. Typical TGA graph of RTILs.(2/2)
표 Metal nitrate mole ratio of Hydrotalcite-like precursor
$Fig. 2-7. X-Ray diffraction chromatogram of Hydrotalcite-like precursor.$ 표 Fig. 2-7. X-Ray diffraction chromatogram of Hydrotalcite-like precursor.
표 Fig. 2-8. Scanning electron magnification photography of Hydrotalcite-like precursor.
$Fig. 2-9. X-Ray diffraction chromatogram of calcinated Hydrotalcite-like precursor.$ 표 Fig. 2-9. X-Ray diffraction chromatogram of calcinated Hydrotalcite-like precursor.
표 Reaction condition for catalyst screening
표 Fig. 2-10. Closed batch and semi-batch reaction experimental system.
표 Reaction condition for catalyst screening
표 Fig. 2-11. Semi-batch reaction experimental system at atmospheric condition
표 DMC yield from MC at various catalysts with ionic liquids
표 DMC yields from using ZnO catalyst with various RTIL at 180℃ atmospheric condition
표 DMC yields from using [Choline][NTf2] ionic liquid with various hydro-talcite catalysts at 180℃ and atmospheric condition
표 DMC yields vs catalytic amount from using [Choline][NTf2] ionic liquid with MgO catalysts at 180℃ atmospheric condition
표 DMC yields vs Urea amount from using [Choline][NTf2] ionic liquid with ZnO catalysts at 180℃ atmospheric condition
표 Fig. 2-12. UV absorption of used [Choline][NTf2] ionic liquid.
표 Fig. 2-13. IR spectrum of used [Choline][NTf2] ionic liquids after water washing
표 Fig. 2-14. Estimated reaction mechanism of using [Choline][NTf2] ionic liquid.
표 Element analysis of BuImBr-AS.
표 Fig. 2-16. Effect of CO2 pressure on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 Fig. 2-15. Effect of reaction temperature on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 Fig. 2-17. Effect of reaction time on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 EC conversion and yield of DMC and EG for recycle test using BuImBr-AS.
표 EA and grafting amount of RImX in different RImX-CSs.
표 BET surface area and pore diameter of commercial silica and BuImBr-CS.
표 Fig. 2-18. Effect of reaction temperature on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 Fig. 2-19. Effect of CO2 pressure on the synthesis of DMC from EC andmethanol
표 Fig. 2-20. Effect of reaction time on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 Effect of ionic liquid different structure of RImX-CS on the synthesis of DMC from EC and methanol.
표 Fig. 2-21. Effect of reaction time on the conversion of EC and yield of DMC.
표 Fig. 2-22. Effect of microwave power on the conversion of EC and yield of DMC.
표 Effect of quaternary ammonium based IL: Variation of cations and anions.
표 Fig. 3-1. Catalytic test for the reactive distillation.
표 Fig. 3-2. Schematic diagram of continuous reaction system.
표 Fig. 3-3. DMC production of continuous reaction system for urea methanolysis.
표 DMC yields from using [Choline][NTf2] ionic liquid with various mixed oxide & salts catalysts at 180℃ and atmospheric condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid andZnO catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and PbO catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and Mg5Al(OH)12 catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and1.2MgO1.8ZnO ZnAl2O4 catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and La(NO3)3·6H2O catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and Pb(NO3)2 catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and ZON catalyst on every same standard condition.
표 Product yields vs. number of reusing [Choline][NTf2] ionic liquid and CON catalyst on every same standard condition.
표 Fig. 3-4. Typical GC Chromatograph of continuous process product.
표 Fig. 3-5. DMC yield vs. reaction time from using [Choline] [NTf2]ionic liquid with ZON catalyst at 180℃ using urea raw material.
표 Fig. 3-6. DMC yield vs. reaction time from using [Choline][NTf2] ionic liquid with ZON catalyst at 180℃ using MC raw material.
표 Fig. 3-7. DMC yield vs. MeOH/MC mol ratio from using Choline][NTf2] ionic liquid with ZON catalyst at 180℃ using MC raw material.
표 Fig. 3-8. Process Block Diagram for the KRICT DMC Production System
표 EA and immobilized amount of amine in different QX-MCM41
표 Fig. 3-10. Solid-state 29Si MAS-NMR spectra of the THA-MCM41.
표 Fig. 3-11. Effect of reaction temperature on the synthesis of DMC from EC
표 Effect of pressure on the synthesis of DMC from EC and methanol.
표 Fig. 3-12. Effect of reaction time on the synthesis of DMC from EC and methanol
표 Effect of ionic liquid different structure of QX-MCM41.
표 Fig. 3-13. Variation of EC conversion with time at different temperatures.
표 Fig. 3-14. Linear plot of f(XA) time at different temperatures.
표 Fig. 3-15. Variation of EC conversion with time using different amount of catalyst.
표 Fig. 3-16. Linear plot of f(XA) versus time with different amount of catalyst.
표 Fig. 3-17. Linear plot of kapp versus catalyst weight.
표 Fig. 3-18. Arrhenius plot.

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