일반기술

실온에서 고활성을 보이는 페놀의 수산화반응용 나노촉매

*원리 및 구성본 발명은 실온에서 고활성을 보이는 페놀의 수산화 반응용 나노촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양성자형 나노세공 분자체 상에 철, 아연, 망간, 코발트중에서 선택된 2종 이상의 전이금속과 알칼리금속 이온이 동시에 담지된 불균일계 촉매로서, 과산화수소를 산화제로 사용하는 페놀의 수산화 반응에 촉매로 사용되어 특히 물을 용매로 사용하여 실온(20 ℃)에서도 반응 활성이 우수하며 카테콜 및 히드로퀴논의 선택적 합성이 가능하도록 하는 나노촉매에 관한 것이다.*배경종래 기술을 종합하면, 기술성, 경제성 및 환경성을 고려할 때 과산화수소를 산화제로 사용하는 페놀의 수산화반응이 바람직하게 진행되려면, ①다공성 담체에 담지된 활성금속이 반응도중 용액 중으로 용출되지 말아야 하며, ②유기용매 대신 물을 용매로 사용할 수 있어야 하며, ③고부가가치가 있는 카테콜과 히드로퀴논이 많이 생성될 수 있도록 전환율과 선택도가 우수하여야 하며, ④ 반응조건(특히, 온도)이 온화한 분위기가 바람직하며, ⑤촉매를 제조함에 있어 재현성이 있어야 한다. 또한, 지금까지 다공성 물질을 촉매로 사용한 페놀의 수산화반응에서 생성되는 카테콜과 히드로퀴논의 비가 대부분 1 ∼ 1.2 범위내에 들어 있어, 아직까지 카테콜이나 히드로퀴논 각각에 대한 선택도가 높은 촉매가 개발되어 있지 않은 실정이며, 특히 과산화수소를 이용한 페놀의 수산화반응은 모두 50 ∼ 80 ℃에서 이루어지고 있어 실온에서 고활성을 보이는 촉매의 개발이 시급한 상황이다.*제조방법 상의 특징본 발명이 목적하는 불균일계 나노촉매의 제조방법은 통상의 이온교환 방법으로 이루어지며, 그 제조과정을 대표적으로 기술하면 다음과 같다. 즉, 10 g의 HBEA형 제올라이트와 0.1M NaNO3 수용액을 이용하여 80 ℃에서 3회 이온 교환시키고 110 ℃에서 완전 건조시킨다. 건조된 10 g의 HNaBEA를 0.001 ∼ 0.1M FeSO4·7H2O 수용액으로 실온에서 1회 이온 교환시킨다. 건조된 촉매시료는 수분이 3∼5% 함유된 공기 분위기에서 400 ∼ 500 ℃에서 5 시간 소성 시킴으로써 FeHNaBEA를 만든 후, 10 g의 FeHNaBEA를 0.001 ∼ 0.1M Co(NO3)2·6H2O 수용액으로 실온에서 1회 이온 교환시킨다. 건조된 시료는 수분이 3 ∼ 5% 함유된 공기 분위기에서 400 ∼ 500 ℃에서 5 시간 소성 시킴으로써 본 발명의 불균일계 나노촉매를 제조한다.*특징 및 장점1)페놀의 전환율이 우수.2)카테콜과 히드로퀴논에 대한 선택도가 여타 생성물에 비하여 월등히 우수.3)부산물의 일종인 벤조퀴논의 선택도가 크게 낮아짐.4)카테콜과 히드로퀴논의 선택적 합성반응에 유용함.