과산화수소를 이용한 열수 전처리 액상가수분해물로부터 다이카르복실산 생산

본 연구에서는 신갈나무(Quercus mongolica)를 열수 처리한 후 발생하는 액상 가수분해물 내 헤미셀룰로오스 유래 당 및 올리고머를 푸르푸랄로 전환시킨 이후 다이카르복실산(숙신산, 말레산)을 생산하고자 하였다. 열수 처리는 촉매를 투입하지 않은 조건에서 200℃, 10분간 반응하였고 원시료 내 헤미셀룰로오스 중 약 88%가 xylose+mannose+galactose (XMG), 5탄당 유래 올리고당, 푸르푸랄로 전환되어 액상 가수분해물로 유리되었다. 이후 액상 가수분해물 15 mL에 황산 5 mmol을 추가하여 150-180℃에서 10-30분간 반응하여 액상가수분해물 내 XMG와 올리고당을 푸르푸랄로 전환하였다(1st step 처리 액상). 이후 1st step 처리 액상 3 mL에 과산화수소 5 mmol을 추가한 후 80℃, 12시간 동안 반응시켜 푸르푸랄을 다이카르복실산으로 전환하였다(2nd step 처리 액상). 이후 1st, 2nd 처리 액상은 high performance liquid chromatography (HPLC)를 통해 당, 푸르푸랄, 다이카르복실산의 함량을 측정하였다. 그 결과 반응온도, 반응시간이 증가할수록 1st step 처리 액상 내 당의 함량은 감소하였고 180℃, 30분 반응조건에서 모든 당이 푸르푸랄과 같은 당 전환산물로 전환되었다. 푸르푸랄의 경우 전반적으로 반응온도 및 반응시간이 증가할수록 푸르푸랄의 함량은 증가하였으나 180℃ 조건에서는 반응시간이 증가하였을 때 푸르푸랄의 추가적인 전환이 발생하여 오히려 함량이 감소하였다. 2nd step 처리의 경우 180℃, 30분 반응 조건의 1st step 처리 액상을 사용하였을 때 68%의 푸르푸랄이 전환되었고 다이카르복실산의 수율은 액상 내 푸르푸랄 대비 50%로 나타났다.