| 초록 |
연구개요 폐목질계 바이오매스로부터 엔지니어링 플라스틱, 약물전구체, 코팅, 접착제, 식품첨가제 등 다양한 고부가가치 정밀화학소재로 활용되고 있는 1,4-butanediol (1,4-BDO), 1,5-pentanediol (1,5-PDO) 및 1,6-hexanediol (1,6-HDO)를 고수율로 제조하기 위한 분획 및 전환 융합 공정을 개발함. 기존 폐목질계 바이오매스의 분획 및 전환공정의 한계인 고비용·고에너지·유해 케미컬 소모형 다단계 분리·정제와 전환공정의 단점을 극복하기 위하여, ❍ 폐목질계 바이오매스의 탄뎀 (tandem) 촉매 분획·분리공정: 폐목질계 바이오매스로부터 고상 셀룰로오스, 액상 furfural 용액 및 액상 리그닌 오일을 분리하기 위한 탄뎀 분획, 분리 및 전환 반응을 연구함. ❍ 기존 모델 화합물의 다단계 전환 및 분리공정 연구 한계에서 탈피하여 살제 폐목질계 바이오매스 분획 산물의 One-pot, Cascade 신규 전환 공정을 도출하기 위한 다기능성 (multifunctional) 탄뎀 촉매 전환 공정: 폐목질계 바이오매스 구성성분 맞춤형 다기능성 탄뎀 촉매를 이용하여 폐바이오매스에서 분획된 고상 셀룰로오스로부터 1,6-HDO cascade 합성 공정 연구, 분획시 발생하는 Furfural 용액으로부터 1,4-BDO 및 1,5-PDO one-pot, cascade 합성 공정을 연구함. 연구 목표대비 연구결과 ❍ 폐목질계 바이오매스의 통합 활용을 위해 고체 셀룰로오스, fufural 수용액, 리그닌 유기용액으로 분리하기 위한 cascade 공정 개발을 성실히 수행함. Birchwood를 원료로 이용하고 0.25 wt%의 Pd가 담지된 Pd<sub>0.25</sub>/CN<sub>x</sub>촉매를 이용하여 리그닌 유래 오일 및 고상 셀룰로오스 분획을 수행하였으며, 고상 셀룰로오스의 다이올 및 다이엑시드 전환공정을 개발함 ❍ 폐목질계 바이오매스 분획공정의 부산물인 furfural 수용액으로부터 one-pot 산화-수소화 cascade 전환을 이용한 1,4-BDO 합성공정 개발을 성실히 수행함. Ru-ZrO2계 신규 촉매를 이용한 고수율 1,4-BDO합성공정을 개발함 ❍ Furfural 수용액으로부터 one-pot 수소화-탈수화-개환-수소화 cascade 전환을 이용한 cyclopentanone (CPO) 중간체 합성 및 one-pot Bayer-Villiger 산화-가수분해-산화 cascade 전환을 이용한 1,5-PDO 합성공정 개발을 성실히 수행함. Ni-Co-Al 삼성분계 non-noble metal촉매를 이용하여 furfral로부터 고수율 1,5-PDO 합성 기술을 개발함 ❍ 폐목질계 바이오매스 분획공정에서 생산되는 고상 셀룰로오스로부터 가수분해-산화 cascade 전환을 이용한 glucaric acid 제조 (GA) 및 GA로부터 one-pot 수소화 cascade 전환을 이용한 adipic acid (AA) 합성, AA로부터 산화를 이용한 1,6-HDO 합성공정 개발을 성실히 수행함. Ru-Re계 또는 Ru-Mo계 촉매를 이용하여 glucaric acid로부터 one-pot 1,6-HDO 합성기술을 개발함 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) ❍ 목질계 바이오매스 신규 분획공정으로 제조되는 리그닌오일은 향후 수첨탈산소 공정으로 바이오항공유에 활용 가능함. 바이오항공유 적용을 위한 추가 연구를 수행할 계획임. ❍ 목질계 바이오매스의 일부로부터 고가의 1,4-BDO, 1,5-PDO, 1,6-HDO (또는 AA)를 제조할 경우 에탄올 및 고부가 바이오화학소재를 병합 생산하게 되어 바이오 리파이너리 공정의 경제성을 확보할 수 있음. ❍ 기존 분획개념에서 탈피하여 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로부터 고부가 화학소재를 제조하기 적합한 분획 및 furfural을 고수율로 획득하기 위한 반응·분리공정에 대한 원천 기술을 확보함. 기존 연구와는 달리 lignin/hemicellulose 추출을 위한 신규 촉매 합성 및 촉매공정 개발 및 리그닌의 고부가 화학소재 (향수산업, 식·음료 바이오향료, 화장품 산업 등) 활용 연계 기술 확보가 기대됨. (출처 : 요약문 2p) |
