보고서 정보
주관연구기관 |
성균관대학교 SungKyunKwan University |
연구책임자 |
김재훈
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2023-03 |
과제시작연도 |
2022 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202300008720 |
과제고유번호 |
1711161367 |
사업명 |
개인기초연구(과기정통부) |
DB 구축일자 |
2023-09-27
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키워드 |
폐바이오매스.탄뎀 촉매.순차적 반응.1.5-펜탄디올.1.6-핵산디올.Waste biomass.Tandem catalysis.Cascade reaction.1.5-pentanediol.1.6-hexanediol.
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초록
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연구개요
폐목질계 바이오매스로부터 엔지니어링 플라스틱, 약물전구체, 코팅, 접착제, 식품첨가제 등 다양한 고부가가치 정밀화학소재로 활용되고 있는 1,4-butanediol (1,4-BDO), 1,5-pentanediol (1,5-PDO) 및 1,6-hexanediol (1,6-HDO)를 고수율로 제조하기 위한 분획 및 전환 융합 공정을 개발함. 기존 폐목질계 바이오매스의 분획 및 전환공정의 한계인 고비용·고에너지·유해 케미컬 소모형 다단계 분리·정제와 전환공정의 단점을 극복하기 위하여,
❍ 폐목질계 바이오매스의 탄뎀 (
연구개요
폐목질계 바이오매스로부터 엔지니어링 플라스틱, 약물전구체, 코팅, 접착제, 식품첨가제 등 다양한 고부가가치 정밀화학소재로 활용되고 있는 1,4-butanediol (1,4-BDO), 1,5-pentanediol (1,5-PDO) 및 1,6-hexanediol (1,6-HDO)를 고수율로 제조하기 위한 분획 및 전환 융합 공정을 개발함. 기존 폐목질계 바이오매스의 분획 및 전환공정의 한계인 고비용·고에너지·유해 케미컬 소모형 다단계 분리·정제와 전환공정의 단점을 극복하기 위하여,
❍ 폐목질계 바이오매스의 탄뎀 (tandem) 촉매 분획·분리공정: 폐목질계 바이오매스로부터 고상 셀룰로오스, 액상 furfural 용액 및 액상 리그닌 오일을 분리하기 위한 탄뎀 분획, 분리 및 전환 반응을 연구함.
❍ 기존 모델 화합물의 다단계 전환 및 분리공정 연구 한계에서 탈피하여 살제 폐목질계 바이오매스 분획 산물의 One-pot, Cascade 신규 전환 공정을 도출하기 위한 다기능성 (multifunctional) 탄뎀 촉매 전환 공정: 폐목질계 바이오매스 구성성분 맞춤형 다기능성 탄뎀 촉매를 이용하여 폐바이오매스에서 분획된 고상 셀룰로오스로부터 1,6-HDO cascade 합성 공정 연구, 분획시 발생하는 Furfural 용액으로부터 1,4-BDO 및 1,5-PDO one-pot, cascade 합성 공정을 연구함.
연구 목표대비 연구결과
❍ 폐목질계 바이오매스의 통합 활용을 위해 고체 셀룰로오스, fufural 수용액, 리그닌 유기용액으로 분리하기 위한 cascade 공정 개발을 성실히 수행함. Birchwood를 원료로 이용하고 0.25 wt%의 Pd가 담지된 Pd0.25/CNx촉매를 이용하여 리그닌 유래 오일 및 고상 셀룰로오스 분획을 수행하였으며, 고상 셀룰로오스의 다이올 및 다이엑시드 전환공정을 개발함
❍ 폐목질계 바이오매스 분획공정의 부산물인 furfural 수용액으로부터 one-pot 산화-수소화 cascade 전환을 이용한 1,4-BDO 합성공정 개발을 성실히 수행함.
Ru-ZrO2계 신규 촉매를 이용한 고수율 1,4-BDO합성공정을 개발함
❍ Furfural 수용액으로부터 one-pot 수소화-탈수화-개환-수소화 cascade 전환을 이용한 cyclopentanone (CPO) 중간체 합성 및 one-pot Bayer-Villiger 산화-가수분해-산화 cascade 전환을 이용한 1,5-PDO 합성공정 개발을 성실히 수행함.
Ni-Co-Al 삼성분계 non-noble metal촉매를 이용하여 furfral로부터 고수율 1,5-PDO 합성 기술을 개발함
❍ 폐목질계 바이오매스 분획공정에서 생산되는 고상 셀룰로오스로부터 가수분해-산화 cascade 전환을 이용한 glucaric acid 제조 (GA) 및 GA로부터 one-pot 수소화 cascade 전환을 이용한 adipic acid (AA) 합성, AA로부터 산화를 이용한 1,6-HDO 합성공정 개발을 성실히 수행함. Ru-Re계 또는 Ru-Mo계 촉매를 이용하여 glucaric acid로부터 one-pot 1,6-HDO 합성기술을 개발함
연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
❍ 목질계 바이오매스 신규 분획공정으로 제조되는 리그닌오일은 향후 수첨탈산소 공정으로 바이오항공유에 활용 가능함. 바이오항공유 적용을 위한 추가 연구를 수행할 계획임.
❍ 목질계 바이오매스의 일부로부터 고가의 1,4-BDO, 1,5-PDO, 1,6-HDO (또는 AA)를 제조할 경우 에탄올 및 고부가 바이오화학소재를 병합 생산하게 되어 바이오 리파이너리 공정의 경제성을 확보할 수 있음.
❍ 기존 분획개념에서 탈피하여 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로부터 고부가 화학소재를 제조하기 적합한 분획 및 furfural을 고수율로 획득하기 위한 반응·분리공정에 대한 원천 기술을 확보함. 기존 연구와는 달리 lignin/hemicellulose 추출을 위한 신규 촉매 합성 및 촉매공정 개발 및 리그닌의 고부가 화학소재 (향수산업, 식·음료 바이오향료, 화장품 산업 등) 활용 연계 기술 확보가 기대됨.
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 1-1) 연구목표 및 연구내용 ... 4
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
- 2-1) 목질계 바이오매스 분획을 위한 single atom 촉매 설계 및 촉매공정 개발 ... 7
- 2-2) 다이올 전환 반응경로 파악을 위한 3성분계 촉매 설계 및 촉매공정 개발 ... 8
- 2-3) Furfural로부터 1,5-PDO를 합성하기 위한 촉매 설계 및 촉매공정 개발 ... 11
- 2-4) 1,4-BDO를 합성하기 위한 촉매 설계 및 촉매공정 개발 ... 14
- 2-5) Mucic acid에서 adipic acid 및 1,6-HDO 합성 ... 15
- 2-6) 셀룰로오에서 diol전구제인 γ-valerolactone 합성 ... 15
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
- 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
- 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
- 3) 목표 달성 수준 ... 17
- 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
- 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
- 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
- 6. 자체점검표 ... 19
- 7. 참고문헌 ... 19
- 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
- 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
- 끝페이지 ... 40
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