Three solid acid catalysts developed recently are reviewed. Cloverite is a gallophosphate molecular sieve with very large pore, titanium silicate has a specific structure compared with conventional molecular sieves, and Envirocat is prepared for the replacement of aluminium chloride catalyst.
Fisher-Tropsch 반응을 통하여 생성되는 왁스는 황 또는 질소 성분을 포함하지 않으며 또한 방향족 및 중금속 성분이 없기 때문에 청정 수송유로써 사용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 Fisher-Tropsch 왁스는 그 분자량이 매우 큰 사슬형 탄화수소이기 때문에 수소첨가 분해반응을 통하여 중질유 range의 탄소수를 갖는 탄화수소로의 전환 기술이 반드시 필요하다. 이러한 수소첨가 분해반응에 사용되는 촉매는 강한 산점을 지니고 있는 양이온 교환 지르코니아가 대표적이라 할 수 있는데 최근 들어 강한 산점과 높은 산밀도, 그리고 기공의 모양과 크기에 따라 특정 반응이 제어되거나 활성화되는 형상선택성을 가지고 있기 때문에 다양한 반응에 촉매로 사용되는 제올라이트에 Pt 등의 귀금속을 담지한 촉매를 사용하여 Fisher-Tropsch 왁스의 전환율 및 중질유분의 선택도를 높이는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 제올라이트 촉매에 귀금속을 담지하여 촉매를 제조하고 1L 급 고압 배치형 반응기를 이용하여 Fisher-Tropsch 왁스의 수소첨가 분해반응에 의한 중질유 제조 실험을 수행하고 그 결과를 고찰하였다.
The acid stronger than $H_0=-11.93$, which corresponds to the acid strength of 100% $H_2SO_4$, is known as superacid. However, solid superacid catalysts have many advantages such as an easy separation of products from catalyst, the repeated uses and regeneration of catalysts, as compared with liquid superacids. In this paper, the kinds of solid superacids, the preparation methods, and their applications for chemical reactions are introduced.
In the skeletal isomerization of 1-pentene over various solid acid catalysts, we have studied catalytic reactivity, selectivity, reaction mechanism and the relation between acid strength of catalysts and catalytic activity. Natural zeolite shows highest activity among the all catalysts and the modified ${\eta}$-alumina with fluorine and sulfuric acid shows higher activity than unmodified ${\eta}$-alumina. The yield of isopentene increases with increasing temperature and increasing contact time. However the cracking products increase at the high temperature and very high contact time. In addition, the activity of natural zeolite exchanged with metal cation decreases and shows good relation with the polarizing power of metal cation. According to the result of ammonia TPD, the acid strength of catalysts has an effect on catalytic activity.
Kim, Young Jin;Bhatt, Sharad Durgashanker;Yoon, Songhun;Kim, Hee Young;Lee, Yongtaek;Lee, Chul Wee
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.2
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pp.279-285
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2008
The etherification of 2-naphthol with ethanol has been carried out over various solid acid catalysts. CNS, CNSWS, SCMS, MCF, and SBA-15 with and without sulfonic acid were used in this study as solid acid catalysts. The conversion of 2-naphthol and the selectivity of 2-naphthyl ethyl ether were obtained at reaction temperature = $180^{\circ}C$, $LHSV=1h^{-1}$, ethanol/2-naphthol molar ratio = 20 using a fixed-bed down flow reactor. The conversion of 2-naphthol and the selectivity of 2-naphthyl ethyl ether over silica group catalysts were higher than them over carbon group catalysts. The conversion of 2-naphthol was 70-90% and the selectivity of 2-naphthyl ethyl ether was more than 90% over silica group solid acid catalysts. It was performed XRD, SEM, TEM, and $NH_3-TPD$ to characterize solid acid catalysts.
Park, Nam-Cook;Kim, Jae-Seung;Seo, Seong-Gyu;Oh, Young-Yenl
Applied Chemistry for Engineering
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v.4
no.1
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pp.162-170
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1993
Vapor-phase ETBE(ethyl tert-butyl ether) synthesis from TBA(tert-butyl alcohol) and ethanol was carried over solid acid catalysts such as heteropoly acids and proton type zeolites. Heteropoly acids were more active than proton type zeolites and $H_4SiW_{12}O_{40}$ catalyst showed about the same activity as Amberlyst-15 ion exchange resin catalyst used as an industrial catalyst in ETBE synthesis. The catalytic activity of transition metal exchanged heteropoly acids was greatly enhanced, because new acid site was generated with hydrogen reduction. This effect of hydrogen reduction was related to the reduction characteristics of catalysts and the order of reducibility was $Ag^+$>$Cu^{2+}$>$Fe^{2+}$.
Esterification of free fatty acid with methanol to biodiesel was investigated in a batch reactor using various solid acid catalysts, such as polymer cation-exchanged resins with sulfuric acid functional group(Amberlyst-15, Dowex 50Wx8), acidic ionic liquids (ILs)-modified silica gels respectively with $-SO_3H$ and $-SO_2Cl$ functional group ($SiO_2-[ASBI][HSO_4]$, $SiO_2-[ASCBI][HSO_4]$) and grafted silica gels respectively with $-SO_3H$ and $-SO_2Cl$ functional group ($SiO_2-R-SO_3H$, $SiO_2-R-SO_2Cl$). The effects of reaction time, temperature, reactant concentration(molar ratio of methanol to oleic acid), and catalyst amount were studied. Allylimidazolium-based ILs on modified silica gels were superior to other tested solid acid catalysts. Especially, the performance of $SiO_2-[ASBI][HSO_4]$ (immobilized by grafting of 3-allyl-1-(4-sulfobutyl)imidazolium hydrogen sulfate on silica gel) was better than that of a widely known Amberlyst-15 catalyst at the same reaction conditions. A high conversion yield of 96% was achieved in the esterification reaction of the simulated cooking oil at 353 K for 2 h. The high catalytic activity of $SiO_2-[ASBI][HSO_4]$ was attributed to the presence of strong Brønsted acid sites from the immobilized functional groups. The catalyst was recovered and the biodiesel product was separated by simple processes such as decantation and filtration.
In this study, the hydrolysis of green macro-algae Enteromorpha intestinalis using solid acid catalyst was conducted to obtain total reducing sugar. The hydrolysis was optimized with four reaction parameters of liquid-to-solid (L/S) ratio, catalyst amount, reaction temperature, and reaction time. As a optimized result, the highest TRS of 7.74 g/L was obtained under condition of 7.5 L/S ratio, $140^{\circ}C$, 15% catalyst amount and 2 hr. By the way, at this condition, only 0.13 g/L 5-HMF was detected. The solid acid-catalyzed hydrolysis of marine resources had the potential in the field of bioenergy.
바이오디젤의 생산은 원료유의 순도와 촉매 종류, 알코올의 양, 반응시간, 반응 온도와 같은 다양한 조건을 이용하여 최적의 조건을 찾아내는 것이 중요하며 이는 곧 생산단가와 직결된다. 바이오디젤 전환 시 고체촉매를 이용하면 후처리 공정의 단순화가 가능하며 글리세린의 순도가 약 98%로 매우 높아져 고부가 물질 생산 원료로 활용이 가능하다는 장점이 있으며 생산 단가를 4~20% 가량 낮출 수 있다. 본 연구에서는 바이오디젤의 경제적인 생산을 위하여 정제공정을 단순화 시킬 수 있는 방안으로 3종의 고체촉매를 이용하여 동 식물성 유지의 바이오디젤로 전환 실험을 수행 하였다. 촉매 활성화를 위하여 고체촉매를 $700^{\circ}C$에서 3~5시간 소성하고 동 식물성 유지를 이용 전이에스테르화 반응실험을 수행하여 30분 간격으로 시료를 수집 하였다. 실험 결과, 동물성 폐유지로부터 반응 120분 후에 최대 90% 이상의 지방산 메틸에스테르로의 전환율을 얻을 수 있었으며 식물성 유지인 팜유에서는 86%, 유채유에서는 64%의 전환율을 나타냈다. 동 식물성 유지의 초기 산가는 0.45~2mg KOH/g 사이로 나타났다.
Kim, Deog-Keun;Lee, Jin-Suk;Park, Ji-Yeon;Park, Soon-Chul
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.589-593
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2007
재생 가능한 자원인 동식물성 기름을 원료로 제조되는 수송용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염물질 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경친화적인 연료로 인정을 받으며 전세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 대부분의 상용화 공정은 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 근거하고 있으며 높은 생산성을 위해 연속 공정을 채택하고 있다. 원료유 중의 유리지방산(free fatty acid, FFA)은 염기 촉매와 반응하여 지방산염(Soap)과 수분을 생성하며 반응촉매의 투입양을 증가시카고 반응 후에 글리세롤과 지방산 메틸에스테르와의 분리를 어렵게 만든다. 높은 수율과 후속공정의 부하를 줄이기 위해서는 식물성 원료유 중의 FFA는 고체 산촉매 하에서 메탄올과 에스테르화 반응시켜 전환 제거되어야 한다. 본 연구에서는 고체산 촉매인 Amberlyst-15을 충전한 4단 PBR(Packed Bed Reactor, 충전율 60%(v/v))에서 반응시간과 반응온도에 따른 대두원유의 전처리 효율을 조사하였으며 최적 전처리 조건을 도출하였다. 최적 전처리 조건에서 대두원유는 초기 산가 1.6에서 0.4-0.6으로 연속 전처리할 수 있었다. 본 연구에서는 연속 흐름 반응기인 PFR(Plug Flow Reactor)와 4단 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 균질계 촉매인 KOH 존재하에 대두유와 메탄올과의 전이에스테르화 반응 특성을 조사하였으며 각 연속 반응시스템에서 최적 운전 조건을 도출하였다. PFR 반응기에서 반응온도, 반응시간, 반응물 흐름방향, static mixer(SM) 개수에 따른 반응특성을 조사한 결과, PFR에서의 최적 반응조건은 하향류 흐름 방향과 3개의 SM를 설치한 조건에서 반응시간 5.8분, 반응온도 90$^{\cdot}C$, 메탄올:오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%로 도출되었다. CSTR 반응기에서는 반응온도와 체류시간에 따른 반응특성을 조사하였으며 최적반응 조건으로 반응온도 80$^{\cdot}C$, 메탄올/오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%, 체류시간 18.4분, 교반속도 250rpm로 조사되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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