• 제목/요약/키워드: 고체산 촉매

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ZSM-5 위에 지지된 Heteropolyacid 하에서 Methacrylic acid와 Ethylene glycol의 에스테르화 반응 (Esterification of Methacrylic acid with Ethylene glycol over Heteropolyacid supported on ZSM-5)

  • Prabhakarn, A.;Fereiro, J.A.;Subrahmanyam, Ch.
    • 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.

열대작물 오일로부터 바이오디젤 생산을 위한 전처리 공정 연구 (Study on Pre-treatment of Tropical Crop Oil for Bio-diesel Production)

  • 김덕근;박지연;이준표;박순철;이진석
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.249.2-249.2
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    • 2010
  • 최근의 고유가와 환경오염에 대한 대응 수단으로 수송용 바이오연료의 보급에 대한 관심이 세계적으로 높아지고 있다. 이 중 바이오디젤은 동식물성 기름으로부터 메탄올과의 전이에스테르화 반응에 의해 생산되는 경유대체 연료로서 환경 친화성과 지속가능성이 인정됨에 따라 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 바이오디젤의 생산량이 증가함에 따라 대두유, 유채유, 팜유 등의 원료유 가격 상승 및 수급 불안정 문제가 대두되고 있으며 식량자원과의 충돌 문제도 발생되고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 유리지방산 함량이 높은 저가유지 자원(폐식용유, 폐돈지, 폐우지, soapstock, trapped grease)을 이용한 공정 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비활용되고 있는 해외 열대작물 열매씨앗에서 착유한 식물성 오일의 바이오디젤 원료유로서의 사용 가능성을 검토하였다. 열대작물 오일의 물성 분석 결과 고형물, 수분, 인, 유리지방산 함량이 대두원유보다 매우 높게 나타났다. 오일 중의 인지질은 바이오디젤 제조 반응후 에스테르와 글리세린의 층분리를 방해하여 공정 효율을 감소시키고 유리지방산은 염기촉매와 결합하여 지방산염을 생성해 생산수율을 감소시키는 문제를 일으킨다. 고형물과 수분은 여과와 감압증발에 의해 쉽게 제거가 가능하였다. 15~20%의 유리지방산 함유 열대작물 오일의 전처리를 위해 균질계 산촉매와 비균질 고체 산촉매를 이용해 에스테르화 반응 효율을 조사한 결과 황산이 가장 높은 효율을 보였다. 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용해 메탄올과 촉매량의 2변수 에스테르화반응 최적화를 수행한 결과 메탄올 26%, 촉매 0.98%로 최적 조건이 도출되었으며 초기 산가 33mgKOH/g에서 0.98mgKOH/g으로 감소됨을 확인하였다. 전처리 정제한 오일의 물성분석 결과 고형물 0.1%, 수분 0.10%, 산가 1.0mgKOH/g, 인함량 20ppm 이하로 바람직한 원료유가 생산됨을 알 수 있었다. 제조된 원료유를 이용해 전이에스테르화 반응 최적화 실험을 RSM에 근거하여 진행한 결과 KOH 0.8%, 메탄올:오일 몰비 6.2:1, 반응온도 $60^{\circ}C$, 교반속도 200rpm, 반응시간 30분으로 나타났으며 증류 정제전 97.3%, 증류후 100.0%의 바이오디젤을 생산 할 수 있었다. 열대작물 오일의 전처리 공정은 메탄올을 과잉양으로 사용함으로 효과적인 알콜 회수 공정이 중요하다. 전처리 후 층분리를 통해 회수되는 메탄올 중의 수분함량은 2%~7%로서 이를 전처리 반응에 재사용하기 위해서는 0.3%이하의 수분함량으로 정제가 필요하다. 본 연구에서는 고가의 증류탑 형태가 아닌 단증류방식으로 2단계 내지 3단계로 0.3% 수분의 메탄올 회수 조건을 도출하였으며 파일롯 공정 설계를 진행하고 있다. 이로서 본 연구의 열대작물 오일은 저가로 충분한 물량의 확보가 가능하다면 바이오디젤 원료 자원으로서 큰 활용가치가 있는 것으로 판단된다.

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추진제 원료 $Fe_2$ $O_3$ 국산화

  • 손원경;최성한;김담규
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 1997년도 제8회 학술강연회논문집
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    • pp.191-201
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    • 1997
  • 혼합형 고체추진제에는 연소속도를 증가시키는 촉매로서 철,구리,크롬등 전이금속 $화합물^1$ 이 사용되고 있다. 현재 당공장에서 양산되는 개량형 추진기관의 추진제에 철화합물인 $Fe_2$ $O_3$ 가 사용되는데 그동안 $Fe_2$ $O_3$ 를 공급해온 미국 Columbian chemical co.에서 생산을 중단함에 따라 새로운 수급이 필요하게 되었다. 이에 이원료의 안정적인 공급을 위해 국산 $Fe_2$ $O_3$ 로 대체 개발하기 위해 국산 원료의 시장조사, 샘플 입수, 그리고 원료분석을 실시하였지만 당공장에서 사용해온 $Fe_2$ $O_3$ 의 원료규격중 순도, 산도(PH값), 입도등 중요항목을 만족할만한 국산 원료는 발견하지 못했다. 하지만 국내 제조업체중 제조능력 및 시설을 고려하여 일신종합화학(인천 소재)을 선정한 다음 제조 공정의 개선을 통하여 당공장 사용 원료을 만족하는 원료를 생산할 수 있었고, 개향형 추진 기관의 추진제에 적용하여 추진제 공정성, 물성, 그리고 가장 중요한 연소특성을 만족하는 국산 $Fe_2$ $O_3$ 를 개발에 성공하여 양산에 적용하고 있다.

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PdRu/Carbon Composite 촉매를 이용한 테레프탈산의 수소화 정제 (Hydropurification of Crude Terephthalic Acid over PdRu/Carbon Composite Catalyst)

  • 정성화;박윤석
    • 대한화학회지
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    • 제46권1호
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    • pp.57-63
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    • 2002
  • CTA(crude terephthalic acid)의 수소화 정제 반응이 고온의 회분식반응기에서 PdRu/CCM(carbon-carbonaceous composite material) 촉매 상에서 수행되었다. 반응 시간에 따른 In(4-CBA; 4-carboxybenzaldehyde)의 의존도가 선형성을 보임에서 수소화 정제는 1차 속도론을 따름을 알 수 있었다. 촉매량에 따른 반응 속도의 선형성에서 조사된 반응 조건은 정제 반응을 잘 대변할 수 있음을 알 수 있었다. 반응 전환율이 증가하면(4-CBA가 감소하면) 고체 및 액체의 p-toluic acid(p-tol)의 농도는 증가하였으나 벤조산(BA)의 농도는 크게 변하지 않았다. 4-CBA 농도가 대략 0.15% 이하일 때에는 PTA의 AT(alkalitransmittance)는 4-CBA농도에 반비례하며 이는 4-CBA의 수소화에 따라 발색물질도 제거 됨을 보여 준다. 4-CBA농도가 약 0.2% 이상이면 AT는 일정하였는데 이는 4-CBA 자체는 발색 효과를 가지지 않음을 보여준다. (0.3%Pd-0.2%Ru)/CCM 촉매는 0.5%Pd/C 상업 촉매에 비해 초기 활성은 낮으나, 상업 공장 반응기에서 사용한 후에는 오히려 큰 잔존 활성을 보였고 PdRu/CCM 촉매는 루테늄 함량이 약 $0.2{\sim}0.35%$ 일 때 활성의 상승효과를 보였다. PdRu/CCM 촉매는 0.5%Pd/C 상업 촉매를 대체할 가능성이 높음을 알 수 있다.

KOH/KL제올라이트 및 Ca/미역촤를 이용한 대두유의 전이에스테르화 반응 (Transesterification of Soybean Oil Using KOH/KL Zeolite and Ca/Undaria pinnatifida Char)

  • 조용범;박성훈;전종기;박영권
    • 공업화학
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    • 제23권6호
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    • pp.604-607
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    • 2012
  • 본 연구에서는 표면적이 높은 제올라이트나 촤를 지지체로 이용해 알칼리금속을 담지시킴으로써 염기 세기를 증가시켜 전이에스테르화 반응에 있어 보다 좋은 활성을 가지는 고체촉매를 만들고자 하였다. 제올라이트는 KOH 수용액으로 담지하였고, 미역촤는 calcium nitrate를 담지하여 염기의 세기를 증가시켰다. Hammett 지시약과 $CO_2$-TPD를 통하여 촉매의 특성을 분석하였다. 대두유과 메탄올을 사용하여 바이오디젤을 합성한 후 지방산 메틸에스테르 함유량을 측정함으로서 촉매의 활성을 알아보았다. 일정량까지는 담지량과 활성이 비례하였으나, 과량 담지 시 오히려 활성이 감소하는 결과를 보였다.

Amberlyst-15 촉매의 존재 하에서 올레산과 메탄올의 에스테르화 반응 속도식 연구 (A Kinetic Study on the Esterification of Oleic Acid with Methanol in the Presence of Amberlyst-15)

  • 김영주;김덕근;이영우;박순철;이진석
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제43권5호
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    • pp.621-626
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    • 2005
  • Amberlyst-15 고체 산 촉매를 사용하여 올레산을 메탄올과 반응시켜 바이오 디젤의 성분이 되는 지방산 메틸 에스테르로 전환시켰다. 본 연구에서는 시료의 산가를 측정하고 전환율을 구함으로써 반응 온도, 메탄올 대 올레산의 몰 비 및 촉매의 양이 반응에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 범위 내에서 반응 온도가 $20^{\circ}C$ 상승할 때에 반응 속도는 약 2배씩 증가하였다. 그리고 메탄올 대 올레산의 몰 비가 증가 될 때는 최종 전환율은 증가하였지만, 반응에는 뚜렷한 차이가 없었다. 촉매 역시 반응에 중요한 변수로써, Amberlyst-15의 양을 2배로 증가시켰을 때, 반응속도는 1.2-1.3배 빨라졌다. 실험 데이터를 정량적으로 해석하기 위해 동역학식 연구를 하였으며 모사 균일 혼합물 모델(pseudo-homogeneous model)을 이용한 2차 반응 속도식을 전개하였다.

석류 종자유로부터 얻어진 Conjugated Linolenic Acid를 함유한 기능성 고체지의 효소적 합성 및 이화학적 특성 연구 (Enzymatic synthesis of structured lipids containing conjugated linolenic acids extracted from pomegranate seed oil and their physicochemical characteristics)

  • 이구;신정아;이기택
    • 농업과학연구
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    • 제39권3호
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    • pp.395-405
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    • 2012
  • 기능성 지방산인 CLnA를 다량 함유하고 있는 석류 종자유로부터 합성된 가수분해물과 고체지인 팜 스테아린을 기질로 사용하여 Lipozyme TL IM 효소를 촉매로 하여, 기능성 고체지들을 무용매 반응(NH-SL)과 n-hexane 반응(H-SL)조건에서 합성하였다. 합성은 기질 비율 1:6 몰(w/w, PS:HPSO)로, 각 12, 24, 72 hr 동안 반응하여 이루어졌다. 합성 후 반응물은 탈산과정을 수행한 후 각 기능성 고체지들의 이화학적 특성을 살펴보았다. 총 지방산 조성분석결과, 반응시간이 증가함에 따라 NH-SL에서 CLnA의 함량은 34.38%, 37.68%, 40.63%의 함량으로 유의적 차이를 보이며 증가하는 경향을 나타내었다(p<0.05). H-SL에서 CLnA의 함량은 36.81%, 41.19%, 45.83%으로 유의적 차이를 보이며 증가하였다(p<0.05). TAG 조성분석 결과, 기능성 재구성지질들(NH-SL, H-SL)에는 LnLnLn(PN=36), LnLnL(PN=38), LnLL과 LnLnP(PN=40), LLL(PN=42), PLP(PN=46), OOLn과 PLO, POP, PPS(PN=48), LOO, POS(PN=50) 등으로 구성되어 있었다. 반응시간이 길어짐에 따라 NH-SL의 경우 LnLnLn의 함량이 1.63%에서 11.54%로 증가하였고, H-SL의 경우 5.89%에서 18.45%로 증가하였다. 또한 주된 TAG 조성인 LnLnP의 경우 각각 23.15~33.77%(NH-SL)와 28.76~36.44%(H-SL)으로 높은 함량을 나타내었다. 합성한 석류종자유 가수분해물의 산가는 200.46이었으며, 합성 후 탈산한 기능성 고체지들의 산가는 1.05~1.41로 낮았다. 또한 불포화도를 나타내는 요오드가 측정결과, 무용매 반응과 용매 반응 모두에서 반응시간이 길어짐에 따라 요오드가가 점차로 증가하였다. 이러한 결과는 반응시간이 길어짐에 따라 CLnA의 함량이 높아졌기 때문에 IV가 점차로 높아지는 결과를 얻은 것으로 사료된다. 기능성 고체지들의 total tocopherol 함량 측정결과, 반응시간이 길어짐에 따라 NH-SL의 경우 3.37~2.13 mg/100 g으로 다소 감소하였으며, H-SL의 경우 3.89~2.51 mg/100 g으로 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 기능성 고체지들의 SFI 측정결과, H-SL의 경우 $10^{\circ}C$에서 NH-SL보다 고체지 함량이 낮았으며, $25^{\circ}C$에서는 거의 액체 상태를 유지하였다. 이는 융점이 낮으며 불포화지방산인 CLnA의 함량이 비교적 높았기 때문인 것으로 사료된다. 따라서 마가린과 같은 적절한 spreadability를 부여하기 위해서는 무용매 반응(NH-SL)에서 12 hr과 24 hr 반응을 통하여 생성된 기능성 고체지들이 적합할 것으로 예측되었다. 72 hr 동안 반응하여 생성된 기능성 고체지들(NH-SL, H-SL)의 경우, $3.86{\AA}$에서 낮은 강도를 나타내어, 주로 ${\beta}$'의 결정형을 이루고 있음을 확인하였다.

고체 산 촉매를 이용한 고산가 음폐유의 에스테르화 반응 동역학 연구 및 반응 최적화 (Kinetics of esterification of food waste oil by solid acid catalyst and reaction optimization)

  • 이화성;이준표;이진석;김덕근
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제34권3호
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    • pp.683-693
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    • 2017
  • 지구 온난화, 석유 고갈, 환경 오염에 대한 방안으로 수송부문에서 국제적으로 바이오연료에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 바이오디젤은 이산화탄소 감소 효과와 인체에 무해하며 세탄가가 높아 석유디젤을 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다. 현재 국내 바이오디젤 수요는 지속적으로 증가하고 있으나 원료부족으로 인해 수입의존도가 커지고 있는 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 현재 사용되지 않는 음폐유(약 33 % 유리지방산 함유)를 Amberlyst-15촉매를 이용한 에스테르화 반응을 통해 바이오디젤 원료로서 활용가능성을 확인 하였다. 다양한 반응 조건의 영향을 조사하기 위한 실험을 수행한 결과 반응온도 383 K에서 97.62 %의 전환율을 얻었으며, 반응속도는 353 K에서 373 K로 증가 할 때 최대 1.99 배까지 상승하였다. 또한 동역학적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비해 에스테르화반응에 Amberlyst-15 더 적합함을 확인하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최대 91.43 %의 반응 전환율을 확인하였고, 촉매량 영향의 경우 0 wt%에서 20 wt%까지 증가시킨 결과 반응 전환율이 43.78 %에서 94.62 %까지, 초기 반응 속도는 1.1~1.4 배로 상승하는 것을 확인하였다. 교반속도의 경우 100~900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240 분 까지 산가 감소를 보이다가 300 분이 지나면서부터 산가가 상승하는 결과를 가져왔다. 그리고 위 실험들을 통해 도출된 최적 조건을 적용하여 음폐유 에스테르화 반응에 적용하였고 그 결과 반응시간 60 분에서 음폐유와 모사 폐유지간의 13 %의 반응 전환율 차이를 보였으나 최종 240 분 반응 전환율은 모사 폐유지 98.12 %, 음폐유는 97.62 %로 거의 유사한 결과를 얻었다.

지방산의 p-BPB 유도체에 의한 비누 생분해도 분석 방법 (An analytical method of soap biodegradability with fatty acid p-BPB derivatives)

  • 오세웅;이자경;정용;장석윤;김여경
    • 분석과학
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    • 제6권1호
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    • pp.9-19
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    • 1993
  • 최근 합성계면활성제의 사용 증가에 따른 수질오염의 우려로 인하여 천연 유지비누의 사용이 증가되고 있는 실정이다. 그러나 하천의 자정용량을 초과하는 오염물질의 유입이 수질 오염을 유발하는 원인이 되므로 과도한 사용량의 증가 역시 환경에 부하를 준다. 현재까지 비누 지방산의 생분해 측정방법이 공정화되어 있지 않아 비누에 의한 수질오염도를 파악하기 어려웠다. 따라서 본 연구에서 새로이 측정방법을 고안하였고 환경 중 비누의 생분해도를 측정, 평가하였다. 본 연구의 내용 및 결과는 다음과 같다. 비누 중의 지방산염들은 비극성, 비양자성 용매하에서 crown ether를 촉매로 하여 p-BPB(p-bromophenacyl bromide)와 고체-액체 상전이 반응으로 유도체화시켰고 역상 고성능 액체크로마토그래피에 의해서 분리시켰다. 검출한계는 탄소사슬 길이에 따라 대략 10~50ng이었고, EDTA 첨가에 의한 유도체화 반응은 칼슘염 뿐만 아니라 다른 금속염에도 적용시킬 수 있었다. Yeast extract 존재 유무에 따라 지방산 유도체화 반응의 회수율은 각각 $95.4{\pm}1.2$,$85.2{\pm}2.4%$였다. 본 분석법은 진탕배양법과 같은 인위적인 조건 뿐만 아니라 자연계에 존재하는 지방산염의 생분해도 측정에 적용하였다.

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불소화 HZSM-5의 구조 및 산도가 에틸렌 방향족화에 미치는 영향 (The Effect of Structure and Acidity of Fluorinated HZSM-5 on Ethylene Aromatization)

  • 김경난;강석창;곽근재
    • 공업화학
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    • 제34권1호
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    • pp.15-22
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    • 2023
  • 최근, 피셔-트롭시(Fischer-Tpropsch, F-T) 합성 생성물의 단환방향족(BTEX) 수율을 향상시켜 공정 경제성 및 효율을 높이기 위한 연구가 활발하다. 본 연구에서는, F-T 유래 탄화수소의 모델로서 에틸렌을 선정하고, HZSM-5 (HZ5)의 산특성, 메조기공율 및 결정화도 변화에 따른 에틸렌으로부터 방향족 합성 반응(ethylene-to-aromatics, ETA) 거동에 대하여 조사하였다. HZ5에 몰농도를 달리한 NH4F 수용액을 함침 및 소성하여 불소 도입 HZ5를 제조하였으며, F/HZ5의 구조 및 화학적 특성은 BET, 고체 NMR, XPS, NH3-TPD 및 피리딘-IR 분광법을 통하여 조사되었다. ETA 반응은 673 K, 0.1 MPa의 조건에서 실시되었으며, 0.17 M NH4F 수용액 처리에 의한 불소화 HZ5는 산특성, 메조기공율 및 결정성 향상에 기인하여 에틸렌 전환율, BTEX 선택도 및 촉매 안정성이 향상되었다.