이온성액체와 금속산화물 촉매를 사용한 요소와 메탄올로부터 디메틸카보네이트 제조에 관한 연구 : A Study on the Synthesis of Dimethyl Carbonate from Urea and Methanol by Using Metallic Oxide Catalysts and Ionic Liquids
- 주제(키워드) Dimethyl carbonate , Methyl carbamate , Ionic liquid , Urea , Metallic oxide
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 구기갑
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046857
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 연구는 요소와 메탄올로부터 디메틸카보네이트의 직접 합성에 관한 연구로 크게 두 부분으로 구성되어 있다. 우선, 고압 반응시스템에서 요소와 메탄올로부터 메틸카바메이트(MC) 및 디메틸카보네이트(DMC)의 제조에 관한 금속 산화물촉매와 이온성액체의 영향을 고찰하였다. 고립계에서 요소와 메탄올로부터 MC 수율은 촉매를 사용하지 않고도 150℃이상의 반응온도에서 거의 100%를 나타내었으나, DMC 수율은 반응온도와 무관하게 1.5%이하로 매우 낮은 값을 나타내었다. 또한 MC와 메탄올로부터 DMC 수율은 ZnCl2 촉매를 사용한 경우에 가장 우수하였으며, 최적조건에서 16.3% 정도를 나타내었다. DMC 수율은 반연속식 실험에서 나노 크기의 촉매와 이온성액체를 함께 적용한 경우에 좀 더 향상되었다. 또한 두번째 부분은 대기압하에서 디메틸카보네이트 제조에 관한 이온성액체의 영향을 검토하였는데, 다양한 반응조건인 메탄올/요소 초기 몰비, 순환유량, 반응시간 영향을 함께 고찰하였다. 실험결과, 이온성액체를 반응매체로 사용할 때 반응온도를 적절히 유지하며, 요소와 메틸카바메이트의 분해를 억제하는 조촉매의 역할을 함께 하는 것을 알 수 있었다. 또한 이온성액체의 음이온의 도입과 친핵성의 성질은 DMC 수율에 영향을 미쳤다. 사용한 이온성액체 가운데는 HETMA[Tf2N] 이온성액체가 가장 우수한 반응활성을 나타내었으며, 최적조건에서 DMC 수율은 53.1%가 얻어졌다.
more초록/요약
This study covers the direct synthesis of dimethyl carbonate from urea and methanol. Firstly, the effect of metallic oxide catalysts and ionic liquids on the synthesis of methyl carbamate (MC) and dimethyl carbonate (DMC) from urea and methanol was investigated in a high pressure reaction system. In closed system, MC yield from urea and methanol reached almost 100% at reaction temperature over 150℃ without catalyst, whereas DMC yield of 1.5% under was obtained irrespective of catalysts used. In DMC synthesis from MC and methanol, ZnCl2 showed the highest catalytic activity and led to the DMC yield of 16.3% under optimal conditions. Furthermore, DMC yield can be enhanced by the simultaneous application of ionic liquids with nano-sized catalysts in semi-continuous reaction system. In order to expand a high pressure DMC synthesis to the low pressure one, the effect of the kinds of ionic liquid on the synthesis of DMC from urea methanolysis at atmospheric pressure was also studied. Ionic liquids used played a role as both co-catalyst and solvent. The effects of various operation conditions, such as methanol/urea initial molar ratio, flow rate of circulating, and reaction time on DMC yield were investigated, respectively. Experimental results indicate that the using of ionic liquid enable this synthesis reaction to reach the requisite temperature and restrain the decomposition of urea and MC as solvent and co-catalyst. An alkyl substituent as well as nucleophilicity of the anion of ionic liquid was affected on the DMC yield. Among the ionic liquids, HETMA[Tf2N] ionic liquid showed the highest activity toward DMC synthesis. The DMC yield of 53.1% can be obtained in the optimal reaction conditions.
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