실험 결과, 환원당 및 levulinic acid 생성 모델에서 반응온도와 촉매 농도, 반응시간은 환원당에는 부정적인 영향을, levulinic에는 긍정적인 영향을 끼친 것으로 판단된다. 모자반으로부터 환원당 생성에 있어서는 반응인자들의 조건이 낮거나 짧을수록 환원당 생성량이 증가하였으며, levulinic acid 생산에 있어서는 반응온도와 촉매농도는 높을수록 농도를 증가시켰으며 반응시간은 일정시간 이후 영향이 없었다. 이에 반응표면분석법을 적용하여 각 생성 모델에서 반응인자들의 최적 반응조건을 얻었다.
<p>Fig. 1에 각각의 반응인자가 모델에 미치는 영향을 나타내었다. 환원당 생성 모델에서는 \( \mathrm{A} \) (반응온도), \( \mathrm{B} \) (촉매 농도), \( \mathrm{C} \) (반응시간)가 부정적인 영향을 크게 미친 반면에, \( \mathrm{A}^{2}, \mathrm{~B}^{2}, \mathrm{C}^{2} \)는 모델 식에 긍정적인 영향을 보였다. 이와는 반대로 levulinic acid의 생성 모델에서는 \( \mathrm{A}, \mathrm{B}, \mathrm{C}, \mathrm{AB}, \mathrm{BC} \) 가 긍정적인 영향을 나타내었다. 이는 당의 탈수반응에 의해 생성되는 levulinic acid의 생성 기작과 관련된 것으로 판단된다.</p> <p>Fig. 2 는 모자반으로부터 환원당의 생성에 미치는 반응온도, 촉매농도, 반응시간의 상호작용을 나타내었다. Fig. 2(A)는 일정 반응시간 35 분의 조건에서 환원당의 생성에 미치는 반응온도와 촉매농도의 상호관계를 도시한 것이다. 전체적인 반응온도 조건에서는 촉매농도가 증가함에 따라 환원당의 생성이 증가하였다. 촉매농도 조건에서는 낮은 농도가 높은 농도보다 많은 환원당을 생성하였다. 반응온도가 낮고 촉매농도가 낮은 조건에서 가장 높은 환원당이 생성되었다. Fig.2(B)는 \(\mathrm{2\%}\)의 촉매농도 조건에서 환원당의 생성에 미치는 반응온도와 반응시간의 상호관계를 나타내었다. 낮은 반응온도와 짧은 반응시간에서 환원당의 농도도 증가하는 경향을나타내었다. Fig. 2(C)는 \(\mathrm{175^ \circ C} \)의 반응온도 조건에서 환원당의 생성에 미치는 촉매농도와 반응시간의 영향을 나타내었다. 촉매농도가 증가할수록 환원당 농도가 감소하였다. 또한반응시간이 길어짐에 따라 환원당의 농도가 감소하였는데 이는 반응시간이 지남에 따라 생성된 환원당 중 일부가 탈수반응(dehydration)을 일으켜 환원당이 감소한 것으로 판단된다. 모자반으로부터 환원당 생성에 미치는 반응인자들의 영향을 비교하면, 실험한 조건 내에서는 반응온도, 촉매농도, 반응시간의 조건이 낮거나 짧을수록 많은 양의 환원당이 생성되는 것으로 판단된다.</p> <p>Fig. 3은 모자반으로부터 levulinic acid의 생성에 반응온도, 촉매농도, 반응시간이 미치는 상호작용에 의한 영향을 나타내었다. Fig. 3(A)는 반응시간 35분의 조건에서 levulinicacid의 생성에 미치는 반응온도와 촉매농도의 상호관계를 나타내었다. 높은 반응온도에서는 낮은 반응온도에서보다 촉매농도의 증가에 따른 levulinic acid의 생성이 선형적으로증가하였다. 높은 촉매농도에서는 낮은 촉매농도에서보다 반응온도의 증가에 따른 levulinic acid의 생성이 선형적으로증가하였다. Fig. 3(B)는 \(\mathrm{2\%}\)의 촉매농도에서 levulinic acid의 생성에 미치는 반응온도와 반응시간의 상호관계를 나타내었다. 반응온도와 반응시간이 증가할수록 levulinic acid의 생성도 증가하였다. 높은 반응온도에서는 반응시간의 영향은 낮았다. Fig. 3(C)는 \(\mathrm{175^ \circ C}\)의 조건에서 levulinic acid의 생성에 미치는 촉매농도와 반응시간의 영향을 나타내었다. 촉매농도와 반응시간이 증가할수록 levulinic acid의 농도도증가하였다. 촉매농도의 증가는 대부분의 반응시간 조건에서도 levulinic acid의 선형적인 증가를 보였다. 모자반으로부터 levulinic acid 생산에 미치는 반응인자들의 영향을 비교하면, 높은 반응온도와 촉매농도에서 levulinic acid 농도가 증가하였고, 일정 반응시간 이후에는 크게 영향을 미치지 못하였다.</p> <p>반응표면분석법을 적용하여 실험한 범위 내에서 모자반으로부터 환원당과 levulinic acid의 생성을 위한 반응변수의 최적화를 수행하여 다음과 같은 최적의 반응조건을 얻었다. 환원당 생성의 최적 조건은 반응온도 \(\mathrm{160.1^\circ C}\), 촉매농도 \(1.0\%\), 그리고 반응시간 20.2분의 조건에서 \(15.28 \mathrm{g/l}\)의 환원당의 생성이 예측되었다. Levulinic acid는 반응온도 \(\mathrm{189.5^\circ C}\),촉매농도 \(2.93\%\), 반응시간 48.8분의 최적 조건에서 \(\mathrm{2.65 g/l}\)의 생성이 예측되었다.</p>