• 한국재료학회지
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• 제34권5호
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• pp.223-234
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• 2024

This review explores the potential of pillared bentonite materials as solid acid catalysts for synthesizing diethyl ether, a promising renewable energy source. Diethyl ether offers numerous environmental benefits over fossil fuels, such as lower emissions of nitrogen oxides (NO_x) and carbon oxides (CO_x) gases and enhanced fuel properties, like high volatility and low flash point. Generally, the synthesis of diethyl ether employs homogeneous acid catalysts, which pose environmental impacts and operational challenges. This review discusses bentonite, a naturally occurring alumina silicate, as a heterogeneous acid catalyst due to its significant cation exchange capacity, porosity, and ability to undergo modifications such as pillarization. Pillarization involves intercalating polyhydroxy cations into the bentonite structure, enhancing surface area, acidity, and thermal stability. Despite the potential advantages, challenges remain in optimizing the yield and selectivity of diethyl ether production using pillared bentonite. The review highlights the need for further research using various metal oxides in the pillarization process to enhance surface properties and acidity characteristics, thereby improving the catalytic performance of bentonite for the synthesis of diethyl ether. This development could lead to more efficient, environmentally friendly synthesis processes, aligning with sustainable energy goals.

• 청정기술
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• 제19권3호
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• pp.313-319
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• 2013

본 연구에서는 유리지방산을 4% 포함한 어유로부터 바이오디젤을 제조하기 위해 산촉매를 이용한 에스테르화 반응과 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응을 수행하였다. 실험에 사용된 어유는 GS바이오사(社)로부터 공급받은 베트남산 메기(catfish)에서 추출된 오일을 사용하였다. 에스테르화 반응에 대하여 불균질계 고체 산촉매로 Amberlyst-15와 Amberlyst BD-20을 이용하였으며 균질계 산촉매로 황산을 사용하였다. 에스테르화 반응에 의한 유리지방산 제거율이 가장 높은 촉매는 황산으로 나타났으며 반응시간도 가장 짧게 나타났다. 3종의 염기촉매 KOH, $NaOCH_3$, NaOH를 이용하여 어유의 전이에스테르화 반응 특성을 조사한 결과 KOH 촉매가 가장 적합한 것으로 나타났다. $NaOCH_3$와 NaOH 촉매의 경우 전이에스테르화 반응시 글리세롤과 바이오디젤이 일정한 조건에서 고형화 현상이 관찰되었으며 비누화 반응이 진행된 것으로 판단된다. KOH 촉매를 이용하여 초기 원료 산가와 메탄올 투입량이 전이에스테르화 반응에 미치는 영향을 조사한 결과 초기 원료오일의 산가는 낮을수록 좋았으며 메탄올과 오일의 몰비는 9:1이 적합한 것으로 도출되었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제28권10호
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• pp.1763-1770
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• 2007

Strong solid acid catalysts, NiO/Al2O3-TiO2/WO3 for ethylene dimerization were prepared by the addition of Al2O3 and the modification with WO3. The acid sites and acid strength were increased by the inductive effect of WO3 species bonded to the surface of catalysts. The larger the dispersed WO3 amount, the higher both the acidity and catalytic activity for ethylene dimerization. The addition of Al2O3 to TiO2 up to 5 mol% enhanced acidity and catalytic activity gradually due to the interaction between Al2O3 and TiO2 and consequent formation of Al-O-Ti bond.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권3호
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• pp.447-452
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• 2016

It is imperative to develop an effective pathway to depolymerize lignin into liquid fuel that can be used as a bioheavy oil. Lignin can be converted into liquid products either by a solvent-free thermal cracking in the absence air, or thermo-chemical degradation in the presence of suitable solvents and chemicals. Here we show that the solvent-assisted liquefaction has produced promising results in the presence of metal-based catalysts. The supercritical ethanol is an efficient liquefaction solvent, which not only provides better solubility to lignin, but also scavenges the intermediate species. The concentrated sulfuric acid hydrolysis lignin (CSAHL) was completely liquefied in the presence of solid catalysts (Ni, Pd and Ru) with no char formation. The effective deoxy-liquefaction nature associated with scEtOH with aid hydrodeoxygenation catalysts, resulted in significant reduction in oxygen-to-carbon (O/C) molar ratio up to 61%. The decrease in oxygen content and increase in carbon and hydrogen contents increased the calorific value bio-oil, with higher heating value (HHV) of $34.6MJ{\cdot}Kg^{-1}$. The overall process is energetically efficient with 129.8% energy recovery (ER) and 70.8% energy efficiency (EE). The GC-TOF/MS analysis of bio-oil shows that the bio-oil mainly consists of monomeric species such as phenols, esters, furans, alcohols, and traces of aliphatic hydrocarbons. The bio-oil produced has better flow properties, low molecular weight, and high aromaticity.

• 대한화학회지
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• 제55권1호
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• pp.14-18
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• 2011

methacrylic acid과 ethylene glycol과의 에스테르화 반응을 ZSM-5에 지지된 heteropolyacids [HPA: $H_4SiW_{12}O_{40}$(STA)와 $H_3PW_{12}O_{40}$(PTA)] 하에서 수행하였다. 비교를 위하여, 지지하지 않은HPA, $H_2SO_4$, $BF_3$와 PTSA 하에서 같은 반응을 수행하였다. 연구한 촉매 중에서, HPA는 $H_2SO_4$, $BF_3$와 PTSA와 비교하여 더 좋은 활성을 보여주었다. 촉매 활성을 HPA지지 ZSM-5 촉매와 비교하였는데, 그 결과 ZSM-5위에 지지된 30 wt% PTA는 bulk PTA와 거의 같은 활성을 나타내었다. 이 반응은 methacrylic acid에 관하여 1차 속도 법칙을 따랐으며, 반응 생성물은 $^1H$-NMR과 FT-IR을 이용하여 확인하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권6호
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• pp.1590-1600
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• 2014

Cinchona-based bifunctional catalysts have been extensively employed in the field of organocatalysis due to the incorporation of both hydrogen-bonding acceptors (quinuclidine) and hydrogen-bonding donors (e.g., alcohol, amide, (thio)urea and squaramide) in the molecule, which can simultaneously activate nucleophiles and electrophiles, respectively. Among them, cinchona-derived (thio)urea and squaramide catalysts have shown remarkable application potential by using their bifurcated hydrogen bonding donors in activating electrophilic carbonyls and imines. However, due to their bifunctional nature, they tend to aggregate via inter- and intramolecular acid-base interactions under certain conditions, which can lead to a decrease in the enantioselectivity of the reaction. To overcome this self-aggregation problem of bifunctional organocatalysts, we have successfully developed a series of sulfonamide-based organocatalysts, which do not aggregate under conventional reaction conditions. Herein, we summarize the recent applications of our cinchona-derived sulfonamide organocatalysts in highly enantioselective methanolytic desymmetrization and decarboxylative aldol reactions. Immobilization of sulfonamide-based catalysts onto solid supports allowed for unprecedented practical applications in the synthesis of valuable bioactive synthons with excellent enantioselectivities.

• 공업화학
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• 제25권3호
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• pp.254-261
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• 2014

변압기 내부에서 발생한 열의 냉각과 절연의 목적으로 채워지는 전기절연유는 광유가 널리 이용되고 있지만, 유출 시야기되는 환경오염 문제와 열적 불안정성 등의 문제가 있다. 친환경적이고 넓은 온도 범위에서 사용 가능한 전기절연유를 합성하기 위해, 디글리세롤과 두 종류의 지방산을 반응시켜 diglycerol ester를 합성하였다. 서로 다른 특성을 가진 올레산과 카프릴산의 몰비에 따른 절연특성을 분석한 결과, 지방산의 몰비가 Oleic acid:Caprylic acid = 1:3일 때 유동점은 $-50^{\circ}C$, 인화점은 $306^{\circ}C$로 가장 우수한 절연특성을 보였다. 또한, 합성물은 지방산의 전환율이 상승할수록 인화점은 상승하고 유동점은 감소하였다. $SO_4{^{2-}}/ZrO_2$의 소성온도에 따른 촉매특성 및 전환율을 살펴본 결과, $600^{\circ}C$에서 소성한 $SO_4{^{2-}}/ZrO_2$가 결정성을 가지면서 비표면적 당 산점의 밀도가 높아 가장 높은 전환율을 보였다. 합성한 diglycerol ester는 식물성 절연유와 비교했을 때 전반적으로 식물성 절연유보다 우수한 특성을 보였다.

• 에너지공학
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• 제8권2호
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• pp.248-255
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• 1999

미분형 고정층 반응기에서 고체산 촉매(HY 제올라이트, $\beta$-제올라이트, HZSM-5)를 이용하여 폐윤활유를 1차 열분해한 오일의 촉매분해 반응을 연구하였다. 촉매의 활성 검토에 사용된 원료물질은 폐윤활유를 반응온도 48$0^{\circ}C$, 반응시간($\tau$) 60분으로 진행되는 벤치규모의 연속공정에서 생산된 제품이다. HY제올라이트의 경우 탄소수 21개 이하의 경유 성분을 얻을 수 있는 최적 반응조건은 WHSV(weight hourly space velocity)=1, 반응온도는 375$^{\circ}C$임을 알 수 있었다. 암모니아 탈착법을 이용하여 전체의 산점 및 강산점 수를 측정한 결과 $\beta$-제올라이트가 가장 많은 것으로 나타났다. 탄소수 21개 이하 성분의 수율을 기준으로 촉매의 활성 순서를 평가할 때 HY제올라이트〉$\beta$-제올라이트〉HZSM-5 임을 알 수 있었다. 또한 코크의 생성량 역시 동일한 순서를 보였다. 이러한 결과를 보인점은 HY제올라이트의 경우 촉매내부 미세기공의 평균직경이 크므로. 반응물이 촉매내부로 쉽게 확산될 수 있어 내부의 산점에서 분해반응의 진행이 적절함으로 나타난 결과로 판단되었다. 이러한 점은 코크의 생성량으로도 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권5호
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• pp.583-588
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• 2010

유리지방산 함량이 높은 원료의 효율적인 바이오디젤 생산을 위해 다양한 고체산 촉매를 사용하여 회분식 반응기에서 유리지방산의 에스터화 반응에 대한 연구를 수행하였다. 고체산 촉매는 상용 촉매인 황산기를 지닌 이온교환수지(Amberlyst-15, Dowex 50Wx8)와 실리카겔에 술폰기 및 염화술폰기 지닌 산성 이온성 액체가 고정화된 촉매($SiO_2-[ASBI][HSO_4]$, $SiO_2-[ASCBI][HSO_4]$), 단순히 실리카겔에 술폰기 및 염화술폰기의 산성적 기능기를 도입한 촉매들을 사용하여 반응특성을 비교하였다. 또한 에스터화 반응 실험변수로써 반응시간, 온도, 반응물간의 몰 비율(메탄올:올레산), 촉매량에 대한 영향을 조사하였다. 사용된 고체산 촉매들 중 실리카겔에 고정화된 알릴이미다졸리움을 포함한 산성 이온성 액체 촉매가 가장 우수한 반응성을 나타내었다. 특히 실리카겔에 3-allyl-1-(4-sulfobutyl)imidazolium hydrogen sulfate가 고정화된 $SiO_2-[ASBI][HSO_4]$ 촉매가 같은 반응조건에서 기존의 알려진 Amberlyst-15보다 더 나은 성능을 보였으며, 353 K 반응온도와 5 wt%의 촉매량, 메탄올/올레산의 몰 비율 20의 조건에서 2시간 동안 약 96%의 높은 전환율을 나타내었다. $SiO_2-[ASBI][HSO_4]$의 높은 촉매 활성은 실리카에 고정화된 강한 브뢴스테드산의 작용기에 기인한 것으로 생각된다. 바이오디젤로부터 촉매의 분리 및 회수는 간단한 경사법 혹은 여과법에 의해 쉽게 분리할 수 있고, 이를 회수하여 재사용이 가능하다.

• 청정기술
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• 제20권2호
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• pp.108-115
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• 2014

셀룰로우스(cellulose)를 5-히드록시메틸푸르푸랄(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)로 직접 전환하기 위해 이온성 액체 용매하에서 다양한 금속염화물과 산 촉매를 비교 연구하였다. 사용한 금속염화물은 Sn(II), Zn(II), Al(III), Fe(III), Cu(II), Cr(III)를 포함한 염화물을 비교하였으며 산 촉매는 산성 이온성 액체를 고정화하여 사용하였다. 비교를 위하여 $H_2SO_4$, HCl, Amberlyst-15와 DOWEX50x8을 사용하였다. 제조한 촉매의 산도와 산 밀도 특성은 Hammett Indicator 지시약을 통하여 분석하였다. 5-HMF의 선택도 및 수율은 반응온도, 반응시간과 촉매 비를 통하여 확인하였다. 사용한 촉매들 중에서 5-HMF의 선택도는 $CrCl_3-6H_2O$와 $SiO_2-[ASBI]HSO_4$를 사용하였을 때에 가장 높게 나타났으며, 상용화 고체 산인 Amberlyst-15와 DOWEX50x8에 비하여 활성이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 5-HMF의 선택도는 산 촉매의 산도와 반응에 사용된 촉매비에 영향이 있음을 확인할 수 있었으며, 반응 중 재수화 반응이 일어나 레불린산(levulinic acid)이 생성된다는 것을 확인하였다.