• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.250.1-250.1
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• 2010

최근 석유공급 불안정성과 이산화탄소 배출 규제 움직임에 대응하기 위한 수단으로 바이오연료의 공급이 전세계적으로 증가하고 있다. 이와 같은 바이오디젤의 보급 활성화는 식물성 기름의 가격 상승과 수급 불안정 문제, 그리고 식량자원과의 충돌 문제를 야기하고 있다. 국내 바이오디젤 생산 원료로 사용되는 대두, 유채, 해바라기, 팜 등은 모두 식용시장과 수급 균형을 형성하고 있어 바이오디젤의 생산이 증가하게 되면 식용 오일 시장의 수급균형이 깨져 오일곡물 가격의 변동을 초래하게 될 것이다. 과거에는 수거비용을 들여 폐기하던 폐식용유 마저 이제는 돈을 주고 구입해야하는 실정에 다다랐다. 바이오디젤 생산비의 70~80%를 차지하는 원료유의 부족 현상에 따라 바이오디젤 업계에서는 soapstock, trapped grease, 폐식용유 등의 저급유지 활용 방안을 강구하고 있으며 자트로파와 같은 비식용 작물의 해외플랜테이션도 진행하고 있다. 본 연구에서는 커피찌거기에 남아 있는 오일을 속슬렛추출장치를 이용해 추출하고 전이에스테르화 반응을 수행하여 반응 특성과 커피오일 바이오디젤의 지방산 조성을 알아보고 바이오디젤 원료유로서의 사용가능성에 대해 알아보았다. 석유에테르를 용매로 속슬렛 추출장치를 이용해 추출시 원료대비 약 17%(w/w)의 오일을 추출할 수 있었다. 추출된 오일의 산가는 18.79mgKOH/g으로 매우 높아 직접 전이에스테르화 반응이 불가능하다. 고체 산 촉매 하에서 전처리 반응을 실시하여 유리지방산을 전환 제거한 후 염기촉매를 이용해 전이에스테르화 반응을 진행한 결과 약 80%의 바이오디젤(FAME) 함량을 얻을 수 있었다. 지방산 조성 분석 결과 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 올레익산(Oleic acid, C18:1), 팔미틱산(Palmitic acid, C16:0)이 대부분을 차지하며 이 중에서도 리놀레익산이 44.17%로 가장 많은 함량을 보였다. 이는 커피찌꺼기 추출 오일이 바이오디젤 원료유로 활용 가능성을 나타내는 결과로, 색소성분 등의 불순물을 효율적으로 제거하여 증류정제 전단계에서의 바이오디젤 순도와 생산 수율을 증대시키기 위한 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.23 no.6
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• pp.604-607
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• 2012

Solid base catalysts for biodiesel production were synthesized by impregnating basic metal species on two support materials with large specific surface area : zeolite and pyrolysis char. KL zeolite and Undaria pinnatifida char were impregnated with KOH aqueous solution and calcium nitrate solution, respectively, to enhance the basic strength. The catalysts synthesized were characterized using Hammett indicators and $CO_2$-TPD analysis. Biodiesel was produced using soybean oil and methanol over the catalysts synthesized. The content of fatty acid methyl esters was measured to evaluate the catalytic activity. Generally, the catalytic activity increased with increasing quantity of basic metal impregnated but impregnation of excessive amount of metal could cause reduction in the activity.

• Clean Technology
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• v.16 no.2
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• pp.95-102
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• 2010

Sulfonic acid (-SO3H) functionalized mesoporous silica containing HMS, SBA 15(S15), MCM 41(M41) were synthesized by post-synthesis and co-condensation method. Their catalytic performance is tested by dehydration reaction of D-xylose to furfural. As a result, good conversion and selectivity was obtained using water as an environmentally friendly solvent. Additionally, increased amounts of sulfuric acid in catalysts resulted in improved conversion of D-xylose. All of the acid-functionalized mesoporous silica showed higher selectivity than other solid acids such as ${\gamma}-Al_{2}O_{3}$ and zeolite.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

바이오디젤 대체 원료로서 폐돈지, 폐우지를 이용한 오일 추출 및 바이오디젤 생산 반응을 진행하고 이때 사용되는 과잉 메탄올의 회수 및 재사용에 관한 연구를 수행하였다. 추출된 오일의 상태에 따라 전처리를 위한 에스테르화 반응여부를 판단하게 되지만 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응 모두에서 상당량의 과잉 메탄올을 투입하게 된다. 에스테르화 반응에서는 이론량보다 20~50배 가량을 투입하고 전이에스테르화 반응에서는 오일:메탄올 이론 몰비인 3:1 보다 2~4배 가량을 이용하게 된다. 에스테르화 반응에 사용되는 촉매는 균질계 액체 산 촉매와 불균질계 고체 산 촉매가 이용될 수 있으며 본 연구에서는 황산을 이용한 에스테르화 반응을 실시하였으며 전이에스테르화 반응에서는 KOH를 촉매로 이용하였다. 각각의 공정에 사용된 과잉 메탄올의 재이용 방안을 조사하였으며 메탄올을 단증류를 통해 회수하는 방법과 회수된 메탄올을 이용한 에스테르화 반응 및 전이에스테르화 반응을 실시해 반응성을 조사하였다. 이를 통해 미반응 과잉메탄올의 회수 정제시 메탄올의 최대 수분함량(%) 허용치를 결정할 수 있었다. 회수된 메탄올을 재이용함에 따라 바이오디젤 생산비 중의 원료(메탄올) 및 설비비 절감이 가능할 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.5
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• pp.596-605
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• 2019

Proton-conducting perovskite ceramic materials are highly promising for solid electrolytes as well as catalysts at high temperatures. Therefore, they possess an outstanding potential for the membrane reactor in which both reaction and separation occur at a same time. Especially, in the case of hydrogen production catalyst, hydrogen separation, and the membrane reactor coupled with catalyst and separation, extensive results have been reported on the effect of the dopant in the solid electrolytes, temperature, and composition of reactants on the performance. In this review, the recent research trend on the application of proton-conducting ceramic materials to hydrogen production catalyst, hydrogen separation, and membrane reactor is surveyed. Moreover, the potential application and prospect of these materials to the next-generation hydrogen production and separation is discussed.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.2
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• pp.155-160
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• 2011

Dimethyl ether draws an attention as a green fuel in recent years. In this study, we investigated dehydration of methanol to produce DME using solid-acid catalysts, a series of zeolite. We found that ceria took a role of promoting the reaction conversion as well as selectivity of DME formation as a cocatalyst to the zeolite catalyst. We varied Si/Al ratio and ceria percentage on the surface of the catalyst to get high performance catalyst. ZSM5-30 with 5 wt% ceria on the surface was found to have excellent DME selectivity and to be little influenced by water content in methanol feed. We proposed a reaction model and obtained kinetic parameters for the DME formation using the catalyst based on experimental results using a microreactor.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.53 no.5
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• pp.653-662
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• 2015

In general, the coal gasification has to be operated under high temperature ($1300{\sim}1400^{\circ}C$) and pressure (30~40 bar). However, to keep this conditions, it needs unnecessary and excessive energy. In this work, to reduce the temperature of process, alkali catalysts such as $K_2CO_3$ and $Na_2CO_3$ were added into Cyprus coal. We investigated the kinetic of Cyprus char-$CO_2$ gasification. To determine the gasification conditions, the coal (with and without catalysts) gasified with fixed variables (catalyst loading, catalytic effects of $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$, temperatures) by using TGA. When catalysts are added by physical mixing method into Cyprus coal the reaction rate of coal added 7 wt% $Na_2CO_3$ is faster than raw coal for Cyprus char-$CO_2$ gasification. The activation energy of coal added 7 wt% $Na_2CO_3$ was calculated as 63 kJ/mol which was lower than raw char. It indicates that $Na_2CO_3$ can improve the reactivity of char-$CO_2$ gasification.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.60 no.3
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• pp.414-422
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• 2022

The objective of this work was to investigate the feasibility of acid-catalyzed hydrothermal fractionation for maximum solubilization of the hemicellulosic portion of two typical agricultural residues. The fractionation conditions converted into combined reaction severity (CS) in the range of 1.2-2.9 was used to establish a simple reaction criteria at glance. The hemicellulosic sugar yield of 56.6% was shown when rice straw was fractionated at the conditions at the conditions; 160 ℃ of temperature 0.75% (w/v) of H₂SO₄, 20 min of reaction time, 1:15 solid/liquid ratio. The hemicellulosic sugar yield of 83.0%, however, was achieved when barley straw was fractionated at the conditions at the conditions; 150 ℃ of temperature 0.75% (w/v) of H₂SO₄, and 15 min of reaction time, 1:10 solid/liquid ratio. For barley straw, acid-catalyzed hydrothermal fractionation could be effectively performed. After the fractionation process, the remaining fractionated solids were 48.5% and 57.5% from raw rice and barley straws, respectively. The XMG contents in the solid residues decreased from 17.3% and 17.6% to 6.0% and 2.6%, which corresponded to 16.7% and 8.5% on the basis of the raw straws, respectively. In another way, only 5.6% of cellulose and 8.5% of XMG were lost due to excessive decomposition during the acid-catalyzed hydrothermal fractionation of barley straw, compared to cellulose and XMG losses of 6.4% and 26.6% in rice straw. Hemicellulosic sugars from the rice straw were considered more over-decomposed due to the somewhat higher reaction severity at the acid-catalyzed hydrothermal fractionation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.111.1-111.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.48 no.6
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• pp.684-689
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• 2010

We synthesized a variety of SAPO catalysts with various structure directing agents by the hydrothermal method and applied them to the D-xylose dehydration. Single or mixtures of organic amines, viz. tetraethylammonium hydroxide(TEAOH), dipropylamine(DPA), diethylamine(DEA), morpholine and diethanolamine(DEtA) were used as structure directing agents. The $N_2$-isotherm, $NH_3$-temperature programmed desorption(TPD) and temperature programmed oxidation(TPO) were conducted to characterize SAPO catalysts. Among tested SAPO catalysts, the SAPO-34 synthesized with morpholine showed the highest furfural yield. The external surface area as well as the surface concentration of acid sites appeared to affect the catalytic activity for the dehydration of xylose into furfural.