지르코니아 에어로젤 촉매를 이용한 헥사노익산의 케톤화반응 속도식 개발

Abstract

본 논문의 목표는 ZrOx aerogel 촉매를 이용한 ¬헥사노익산의 케톤화반응 속도식을 개발하여 케톤화반응 메커니즘을 규명하고, 운전조건 분석을 통하여 바이오 매스로부터 사슬길이가 긴 탄화수소를 생산하기 위한 최적의 운전조건을 제시하는 것이다. 헥사노익산의 케톤화반응 시, 헥사노익산무수물이 실험적으로 관찰되었다. 따라서 헥사노익산의 케톤화반응을 통해 카프론을 생산할 때, 헥사노익산이 발생할 수 있는 세 가지 반응 모델을 제시하였다. 반응에 참여하는 모든 화학종은 촉매 표면의 활성점에 흡탈착하며 빠르게 평형상태에 도달한다고 가정하였다. 모든 단일단계 반응은 가역반응으로 가정하였고, Langmuir-Hinshelwood 메커니즘을 기반으로 반응 속도식을 유도하였다. 반응 속도 상수의 추정 결과, 헥사노익산무수물은 케톤화반응의 중간체로 생성되는 것을 확인하였다. ZrOx aerogel촉매를 이용한 헥사노익산의 케톤화반응에서, 헥사노익산은 이합체화 탈수반응을 통해 산무수물과 물로 전환되고, 생성된 산무수물의 탈카르복시화에 의해 카프론과 이산화탄소로 전환되어 산소가 제거된 긴 탄소사슬이 생성된다. 헥사노익산무수물이 공급원료에 포함된 경우, 헥사노익산의 전환율이 0이 되는 이유에 대해 알아보았다. 헥사노익산이 전환되어 발생한 물의 양이 헥사노익산무수물의 양에 비해 매우 소량이므로, 즉 헥사노익산무수물이 물에 비해 과량으로 존재하게 된다. 따라서 헥사노익산무수물이 가수분해되어 헥사노익산의 전환율이 0에 가까운 값을 나타나게 된다. 또한 카프론의 수율이 최대가 되는 조건은 공급원료의 헥사노익산무수물 비율에 따라 달라진다. 온도에 대한 헥사노익산무수물의 전환율 영향이 헥사노익산 전환율보다 크기 때문에, 카프론 수율이 최대가 되는 운전조건은 원료의 가격과 에너지비용에 의해 산출되어야 한다.