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촉매 충전형 마이크로 흐름반응장치를 이용한 수소화 반응

전문가 제언: ○ 유기화합물의 수소화 반응은 오래전부터 알려져 왔으며 현대의 화학공업에서 중요한 화학반응의 하나이다. 공업적으로 이들 반응에 불균일 촉매가 사용되기 때문에 고온과 고압 등 엄격한 반응조건이 요구된다. 수소화를 실제로 수행할 경우에는 이와 같은 조건을 만족시킬 수 있는 반응장치를 준비해야 한다. 안전 가동을 포함해서 에너지 절약, 환경문제 및 반응조건의 완화와 페기물의 감소를 고려해야 한다.

○ 이런 단점들을 보완하기 위하여 촉매 충전형 마이크로 흐름반응 장치를 이용한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 촉매충전형 마이크로 흐름반응 장치를 개발하여 이를 다양한 수소화 반응에 적용한 결과 종래의 회분식 수소화 반응보다는 반응조건이 대폭 완화되었다. 더욱이 목적하는 생성물을 선택적으로 얻을 수 있다는 장점을 갖고 있다.

○ 촉매충전형 마이크로 흐름반응 장치는 미세 가공한 알루미늄 표면을 산화하여 알루미나의 나노크기 세공(가는 구멍)을 만들고 여기에 팔라듐 촉매를 채운다. 혹은 유리관의 내벽에 팔라듐 촉매를 화학적으로 고정한 마이크로 흐름반응 장치를 사용한다. 중앙부분에 다량의 수소 기체와 반응액을 흐르게 하여 기체-액체-고체 3상계의 수소화 반응을 단시간에 달성할 수 있다.

○ 페놀류로서는 p-크레솔을 기질로서 선택하여 촉매충전형 마이크로 흐름반응장치를 이용하여 수소화 반응하면 메틸사이클로헥산온(99%)을 얻을 수 있다. 나프탈렌화합물과 나이트릴류의 수소화 반응도 촉매충전형 마이크로 흐름반응 장치를 사용하여 수소화 하면에 대응하는 환원생성물을 얻을 수 있다.

○ 흐름식 반응에서 혼합효율이 좋은 혼합기를 사용하면 촉매표면에서 수소와 반응기질과의 접촉이 쉽게 일어나기 때문에 수소화 반응을 더욱 가속화 할 수 있다. 반응 시스템은 촉매의 교환과 재충전이 쉽게 이루어지기 때문에 공업적인 반응에도 적용할 수 있는 장점을 갖는다. 미세한 유로를 사용하기 때문에 한 유로당의 생산량에는 한계가 있다.

저자: Katsuhiko Tahara, Massaki Sato
자료유형: 학술정보