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고체 헤테로폴리산 촉매에 의한 그린 프로세스의 개발

전문가 제언: ○ 아세트산에틸 아세트산을 공업적으로 생산하는 데에는 촉매로 황산, 금속 염화물 및 알루미늄 알코올레이트가 사용되었다. 이 촉매를 사용하면 폐수와 유기물을 함유한 폐수처리, 독성 물질의 생성, 분리촉매의 처리, 내부식성 기자재의 사용 및 선택율의 저하가 동반된다. 이와 같은 단점이 없는 새로운 청정화학 촉매의 개발이 요구되었다. 청정화학에서는 화학공정, 화학제품 합성에서 생기는 환경문제와 자원과 에너지절약을 포함하는 경제적 효율을 강조한다.

○ 아세트산에틸을 합성하는 종래의 전형적인 산(酸) 촉매로서는 황산이 사용되었지만 생성물과의 분리, 반응장치 부식 등의 문제를 내포하고 있기 때문에 그 기능을 대신할 수 있는 고체산 촉매의 개발이 요구되었다. 헤테로폴리산의 하나인 H3PW12O40의 양성자를 Cs로 치환하면 Cs2.5H0.5PW12O40(Cs2.5)가 얻어진다. Cs2.5는 수중에서도 산 촉매로서 작용하는 고체산이기 때문에 황산에 대체되는 산 촉매로 사용된다.

○ 에틸렌으로부터 아세트산으로 산화되는 과정에서 실리카에 헤테로폴리산과 Pd를 결합시킨 촉매를 반응에 사용하면 높은 촉매 성능을 나타낸다는 사실이 밝혀졌다. 헤테로폴리산으로 Pd-H4SiW12O40을 사용했을 때 높은 아세트산 선택율을 나타냈기 때문에 Te를 프로모토로 사용하여 다양하게 고체 촉매를 개량해, 아세트산 제조 촉매의 공업화를 달성하였다.

○ 다양한 촉매 개량, 반응 조건 검토 등을 통해서 아세트산과 아세트산에틸의 안정 생산성, 청정도 평가를 시행한 결과, 선택성 98% 이상의 성능을 발휘하면서 촉매 성능은 1만 시간이상의 생산실적을 얻기에 이르렀다. 이 제조방법에서는 다른 제조법과 비교해서 원자 효율은 물론이며 환경적인 면에 있어서도 우위라는 점에서 환경오염이 적은 친환경형 청정 과정이라고 할 수 있다.

저자: TETSUO NAKAJO, ATSUYUKI MIYAGI, KATSUYUKI TSUJI
자료유형: 학술정보