헤테로폴리산 촉매를 이용한 TAME, ETBE 및 MTBE 합성반응의 연구

Synthesis of TAME, ETBE, and MTBE Using Heteropolyacid Catalyst

고체산 촉매인 헤테로폴리산 촉매를 이용하여 대기오염 방지를 위한 옥탄가 향상제인 TAME, ETBE 및 MTBE 합성반응에 대한 실험을 고정층 상압유통식 반응장치에서 수행하였다. 일반적으로 TAME, ETBE 및 MTBE 합성반응에서 헤테로폴리산에 hetero원자와 poly원자를 치환시켜 비교한 결과, 배위된 poly원자가 W, hetero원자가 Si인 $H_4SiW_{12}O_{40}$ 촉매의 활성이 가장 우수하였고, 또한 치환된 금속에 따라 촉매의 활성이 달랐으며 이는 촉매의 산성질과 관련이 있음을 알 수 있었다. 헤테로폴리산 촉매를 이용한 합성반응에서 TAME 경우는 $FeHPW_{12}O_{40}$과 $K_3PM_{o12}O_{40}$이 비교적 활성이 좋았으나, ETBE나 MTBE 경우에 비해서는 다소 활성이 낮았다. 그리하여 본 연구에서는 활성이 좋은 헤테로폴리산 촉매들을 선정하여 각각에 대하여 1:1로 다음과 같이 혼합하여 $H_4SiW_{12}O_{40}$ : $Sr_2SiW_{12}O_{40}$, $H_4SiW_{12}O_{40}$ : $NaH_2PW_{12}O_{40}$, $Fe_{1.5}PW_{12}O_{40}$ : $Mg_2SiW_{12}O_{40}$ 및 $Mg_2SiW_{12}O_{40}$ : $Ba_2SiW_{12}O_{40}$ 실험한 결과, 혼합촉매들이 각각의 단일성분 촉매때보다 TBA의 전화율과 ETBE나 MTBE의 선택율이 더욱 향상되었음을 알 수 있었다.

Synthetic reaction of TAME, ETBE, and MTBE compounds used largely for gasoline octane number enhancer to prevent air pollution was investigated using heteropolyacid catalyst in a fixed bed flow reactor. In the synthetic reaction of TAME, ETBE and MTBE, after hetero atom being replaced with poly atom, the activity of the catalyst, $H_4SiW_{12}O_{40}$ with coordinated bond with W and an hetero atom of Si was the highest among the catalysts tested. Also the activity depended upon the metals replaced which are related to the catalyst acidity. $FeHPW_{12}O_{40}$ and $K_3PM_{o12}O_{40}$ catalysts showed high activity in TAME synthesis, while they were not effective in ETBE and MTBE synthesis. In this study catalysts showing high activity were selected and mixed with equal weight combination of $H_4SiW_{12}O_{40}$ and $Sr_2SiW_{12}O_{40}$ ;$H_4SiW_{12}O_{40}$ and $NaH_2PW_{12}O_{40}$ ; $Fe_{1.5}PW_{12}O_{40}$ and $Mg_2SiW_{12}O_{40}$ ; $Mg_2SiW_{12}O_{40}$ and $Ba_2SiW_{12}O_{40}$. The mixed heteropolyacid catalysts showed higher TBA conversion rate and better selectivity of ETBE and MTBE than the single catalysts.