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Utilization of magnetic iron oxide nanoparticles as catalyst in the chemical recycling Of PET for efficiency, recoverability, and reusability = PET의 화학적 재활용에서 효율성과 회수성, 재사용성을 위한 자성을 띤 산화 철 나노입자 촉매의 할용
서명 / 저자 Utilization of magnetic iron oxide nanoparticles as catalyst in the chemical recycling Of PET for efficiency, recoverability, and reusability = PET의 화학적 재활용에서 효율성과 회수성, 재사용성을 위한 자성을 띤 산화 철 나노입자 촉매의 할용 / Leian Bartolome.
저자명 Leian Bartolome ; Bartolome
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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초록정보

Numerous studies have been done for the development of solid catalysts for PET glycolysis. However, there have been no attempts to recycle these reported catalysts. The failure to separate the catalyst from the glycolysis products does not only pose environmental risks, but may also cause changes in the properties of the products. The unrecovered catalyst also disturbs the analysis of the glycolysis products. There may have been no attempts to recover the catalyst because of the difficulty of its separation from the glycolysis products. This research was the first to do so by using a magnetically recoverable catalyst. The use of magnetic iron oxide opened up a way of to easily separate the catalyst from the glycolysis products. γ-Fe2O3 nanopaticles was utilized as catalyst in the glycolysis reaction. The material was synthesized from Fe3O4 nanoparticles, which was synthesized by co-precipitation method. The produced γ-Fe2O3 had very small size of less than 10 nm, and very high surface area, reaching 147 m2/g. Glycolysis reactions, with different amounts of catalyst (3, 4.5, 6, 15 mg), were carried out in a 10-ml batch type reactor at 300 °C. The catalysts were recovered after the reaction. The maximum BHET monomer yield from the catalyzed reaction reached 90 %, which is comparable to the performance of the previously studied metal oxide catalysts. The 15 mg catalyst gave the best performance, reaching maximum yield after 60 minutes, and having an average recovery of 94 %. The catalyst was reused ten times, delivering almost the same BHET yield each time. Thus, γ-Fe2O3 is an excellent catalyst for PET glycolysis in terms of efficiency, recovery, and reusability.

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 재활용하는 여러 기술 중에 글리콜리시스(glycolysis)가 가장 많이 사용된다. 많은 연구들이 글리콜리시스 반응 공정을 개선하는 데 중점을 두고 있다. 촉매를 사용하지 않으면 글리콜리시스 반응 속도는 매우 느리다. 이러한 이유로 반응 속도를 높이기 위해 다양한 종류의 고체 촉매를 사용한 여러 연구들이 이루어져 왔다. 하지만 이 촉매들을 회수하고 재활용하려는 연구들은 이루어지지 않았다. 글리콜리시스 반응으로 생성된 생성물과 촉매의 분리가 이루어지지 않으면 환경 문제(촉매가 중금속을 포함하고 있을 경우)를 일으킬 뿐 아니라 생성물의 성질을 변화시킬 수도 있다. 회수되지 않은 촉매는 글리콜리시스 반응의 생성물을 분석할 때 문제를 일으키기도 한다. 지금까지는 해중합된 생성물에서 사용된 고체 촉매를 분리하는 데 따르는 어려움 때문에 촉매를 회수하려 하지 않았다. 본 연구는 자성을 이용하여 회수 가능한 촉매를 사용하는 첫 번째 연구이다. 자성을 띤 산화 철 촉매의 사용은 글리콜리시스 반응의 생성물로부터 촉매를 쉽게 분리할 수 있게 해주었다. 본 연구에서는 γ-Fe2O3 나노입자를 글리콜리시스의 촉매로 사용하였다. 공침법을 이용하여 제조한 Fe3O4 나노입자에서 γ-Fe2O3 를 합성하였다. 생성된 γ-Fe2O3 는 10 nm 이하로 매우 작은 크기를 가지고 147 m2/g에 달하는 매우 넓은 표면적을 가진다. 글리콜리시스 반응은 300 °C 에서 10 ml 회분식 반응기를 이용, 촉매의 양을(3, 4.5, 6, 15 mg) 달리하여 수행하였고 사용된 촉매를 회수하였다. 촉매 반응에서 BHET 단량체의 최대 수율은 90 %에 달하였다. 이는 이전에 행해진 연구의 금속 산화물 촉매의 성능과 비슷한 결과이다. 촉매가 뛰어난 성능을 보이는 데는 촉매가 가지는 넓은 표면적, 즉 더 많은 활성 부위가 기여하고 있는 것으로 여겨진다. 촉매를 15 mg 사용하였을 때 가장 뛰어난 성능을 보였다. 60 분이 지났을 때 최대 수율에 도달하였고 촉매의 평균 회수율은 94 %에 달하였다. γ-Fe2O3 촉매의 회수성과 재사용성은 글리콜리시스 반응에 있어 다른 촉매보다 더 많은 양의 γ-Fe2O3 촉매를 사용할 수 있게 해준다. 촉매/PET의 질량비가 높을 수록 반응 속도가 빨라져서 더 이른 시간에 최대 수율에 도달하게 되는 결과를 보였다. 이는 에너지 사용량이 줄고 생산비가 덜 든다는 것을 의미한다. 촉매의 회수성은 반응 전과 반응 후 촉매의 양을 비교하여 측정하였다. 촉매를 10회 재사용 했고 매번 비슷한BHET 수율을 나타내었다. 촉매의 회수성은 공정을 더욱 경제적이고 환경 친화적으로 만들어준다. 따라서 γ-Fe2O3 나노입자는 PET 글리콜리시스 반응의 촉매로 효율과 회수성, 재사용성에 있어 매우 우수하다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 12012
형태사항 v, 64 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : Bartolome
지도교수의 영문표기 : Do-Hyun Kim
지도교수의 한글표기 : 도현김
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 51-61
주제 PET chemical recycling
PET glycolysis
iron oxide nanoparticles
recoverable catalyst
reusable catalyst
PET의 화학적 재활용
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