글리세롤의 방향족화 반응을 위한 ZnO 담지 H-ZSM-5 촉매에 대한 연구

Abstract

방향족 화합물은 화학원료 제품, 연료, 플라스틱 등을 생산하는 석유화학산업의 중요한 기초 원료이다. 중국, 인도 등과 같은 거대 국가들의 산업 발전과 인구 증가로 인해 이에 대한 수요는 계속 증가하고 있다. 고유가 및 석유자원의 고갈, 환경오염 문제에 직면하고 있으므로 석유대체자원에 관한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 신규 탄소자원으로 바이오디젤 공정의 부산물인 글리세롤을 이용하여 효율적으로 방향족 화합물을 생산하는데 목표가 있다. 글리세롤에 관한 많은 연구가 진행되고 있지만, 방향족 전환에 관한 연구는 거의 진행되지 않고 있는 실정이다. 희석제로 바이오디젤 공정에서 원료로 사용되는 메탄올을 이용함으로써 공정적인 이득을 얻고자 하였다. 본 연구에서는 제올라이트 계열의 H-ZSM-5 촉매를 사용하였고, Zn의 담지로 촉매의 활성을 높이고자 하였다. 함침법과 침전법을 이용하여 H-ZSM-5에 담지되는 Zn의 위치를 조절함으로써 H-ZSM-5의 내부 및 외부 활성점의 분포를 변화시키고자 하였다. 이와 같이 제조된 촉매의 특성이 방향족 수율과 생성물 분포에 미치는 영향, 특히 반응 시간에 따른 자일렌, 톨루엔 및 트리메틸벤젠 생성물들의 분율 변화를 중점적으로 관찰하였다. 또한 알칸 계열의 프로판과 i-부탄, 알켄 계열의 에틸렌과 프로필렌 생성물의 시간에 따른 분율 변화를 관찰함으로써 방향족 화합물과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 연속식 고정층 반응기를 사용하여 상압 조건에서 방향족 전환 반응을 수행하였고, 응축기를 통해 수집된 액체 생성물과 액화되지 않은 기체 생성물을 GC-FID를 통해 정성/정량적으로 분석하였다. Zn 함량과 담지 위치의 확인을 위해 ICP와 TEM-EDS 분석을 수행하였고, BET, NH3-TPD와 pyridine 및 collidine 흡착 IR 분석을 통하여 촉매의 내부 및 외부 산점과 기공특성을 조사하였다.