SBA-15 촉매를 이용한 Biginelli Reaction과 중금속 이온의 흡착 = Removal Heavy Metal Anions using

국문 초록 (Abstract)

무용매 조건에서 마이크로파를 이용한 변형된 Biginelli 반응에서 SBA-15, InCl3/SBA-15, CoCl2/SBA-15, FeCl3/SBA-15 루이스 산을 담지시킨 물질이 촉매로 사용되었으며, Lewis acid를 담지시킨 SBA-15은 DHPM(dihydropyrimidinone)의 생성 수득률의 향상을 가져올 수 있었다. 즉, 환경에 유해한 용매를 사용하지 않고 microwave를 직접 조사시켜 일단계 반응으로 합성한 본 연구는 촉매의 회수가 용이하고 반응 시간을 단축시키는 변형된 Biginelli의 합성 방법으로 환경 친화적이고 에너지를 절약할 수 있다. 단순히 용매의 여과와 증발로 생성물을 얻을 수 있으므로 합성 공정도 크게 감소될 수 있다고 할 수 있다.
또한 반응물을 한 단계로 동시에 반응시키므로 반응 조건이 단순해져서 요즈음 지향하는 Green chemistry의 모든 장점을 잘 살릴 수 있는 미래지향적인 녹색 화학의 전형적인 연구 결과를 보여주는 것이라고 할 수 있다. 또한 Green chemistry에서 합성의 환경을 개선하고 환경 오염물질의 배출을 억제하는데 많은 관심을 가지고 있는 것 중 한가지인 폐수처리는 폐수처리의 안전하고 완벽하게 처리하기 위해서 폐수처리제가 많이 등장하고 있는 가운데 본 연구에서 진행한 CTABr로 변형된 SBA-15 촉매의 크롬산염과 중크롬산, 비소산 음이온의 흡착연구가 폐수처리에 있어서 효과적으로 많은 응용이 있을거라 생각한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

When catalysts are used in Green chemistry, prices are reduced compared to non-catalyst processes, the separation of toxic chemicals from products is eased, and economical efficiency is boosted since catalysts are re-usable. This study aims at, by re-using these catalysts, applying Green chemistry to the improvement of the yield of environmentally highly-efficient products.
Lewis acid impregnated SBA-15 or Mesoporous catalysts were prepared by impregnating FeCl3, InCl2 and CoCl2 dissolved in ethanol to synthesized SBA-15 materials. Biginelli reactions under solvent-free conditions were investigated by the method of one-pot three-component condensation of urea, benzaldehyde and ethyl acetoacetate. The microwave-assisted Biginelli reaction results of SBA-15, InCl3/SBA-15, FeCl3/SBA-15 and CoCl2/SBA-15 catalysts were compared. The yield of DHPM product was in the range of 60 ～ 70 % in all catalysts.
Thus it seems that the use of SBA-15, InCl3/SBA-15, FeCl3/SBA-15 and CoCl2/SBA-15 catalyst the Biginelli syntheis has made very cost effective. And also the sorption of chromate, dichromate and arsenate anions was carried out using the CTABr modified SBA-15 molecular sieves. Since the pore size of SBA-15 is enough large, all cationic surfactant can be occupied in SBA-15 internal surface. While the unmodifide SBA-15 had no affinity for the chromate, dichromate and arsenate anions, the surfactant modified molecular sieves showed the significantly enhanced sorption of these oxyanions from aqueous solution. The sortion of chromate, dichromate and arsenate anions seems to be due to entropic, Coulomic and hydrophobic effects.

목차 (Table of Contents)

• List of figures = ⅲ
• List of tables = ⅴ
• Abstract = ⅵ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 이론적 고찰 = 4
• 2.1 Green chemistry와 촉매 화학 = 4
• 2.2 Zeolite material = 6
• 2.2.1 이온교환제 = 8
• 2.2.2 흡착제 및 탈수제 = 8
• 2.2.3 촉매 = 8
• 2.2.4 나노 반응기 = 9
• 2.2.5 기타 = 9
• 2.3 SBA-15 mesoporous material = 10
• 2.4. Microwave 반응기 = 10
• 2.5 원심분리기 = 12
• 2.6 Biginelli reaction과 DHPM(dihydropyrimidinone)의 합성 = 14
• 2.7 흡착 = 16
• 2.8 계면활성제에 의한 제올라이트 표면의 변형 = 18
• Ⅲ. 실험 방법 = 19
• 3.1 SBA-15의 합성 = 19
• 3.2 SBA-15에 Lewis acid의 impregnation = 20
• 3.3 Microwave를 이용한 DHPM의 무용매 합성 = 21
• 3.4 합성한 DHPM의 NMR 스펙트라 = 22
• 3.5 합성한 DHPM의 X-ray 회절 분석 = 22
• 3.6 전자 현미경 분석 = 22
• 3.7 계면활성제 CTABr에 의한 메조포러스 분자체 표면 변형 = 23
• 3.7.1 SBA-15의 CTABr 담지 = 23
• 3.8. 메조포러스 물질에서의 중금속 음이온 제거반응 = 24
• 3.8.1 크롬산 음이온의 흡착 등온선 = 24
• 3.8.2 CrO42- 음이온의 시간에 따른 흡착성 = 25
• 3.8.3 비소산 음이온 흡착 = 26
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 28
• 4.1 합성한 촉매의 성분분석과 SEM 사진 = 28
• 4.2 SBA-15의 X-선 회절 분석 결과 = 31
• 4.3 Biginelli 반응 = 32
• 4.3.1 Benzaldehyde를 사용한 DHPM의 합성 = 32
• 4.3.2 합성한 DHPM의 확인 = 34
• 4.4 CTABr에 의한 SBA-15의 변형 = 36
• 4.5 농도변화에 따른 크롬산, 중크롬산 음이온 흡착 = 37
• 4.6 시간에 따른 크롬산 음이온의 흡착 = 40
• 4.7 비소산 음이온의 흡착 = 41
• 4.8 고찰 = 42
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 43
• Ⅵ. 참고문헌 = 45