• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권4호
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• pp.1048-1056
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• 2018

비식용 원료인 Palm Acid Oil, 동물성 폐유지 등은 상대적으로 자유 지방산 함량이 높기 때문에 일반적인 염기 촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 적합하지 않다. 효소 촉매를 이용하면 염기 촉매에서 해결할 수 없는 몇 가지 문제를 해결할 수 있으며, 에너지 소비가 작고, 바이오디젤 부산물인 글리세롤 회수가 쉬우며, 자유 지방산 함량이 높은 트리글리세라이드에 대한 전이에스테르화 반응이 가능하다. 본 연구에서는 고정화 효소 촉매를 이용하여 1 ton/day 용량의 반응기에서 비식용 폐유지를 바이오디젤로 합성하였으며, 반응 공정의 변수를 최적화하였다.

• 공업화학
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• 제33권5호
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• pp.538-544
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• 2022

One of the most exciting areas for the development of alternative fuels is the production of biodiesel. To reduce the cost of biodiesel production, in situ trans-esterification has been introduced to simplify the production process by enabling extraction and trans-esterification to occur at a single stage in the presence of a catalyst. In this study, we investigated the feasibility of using non-corrosive and environmentally receptive flying jet plasma as an alternative catalytic route for in situ tran-sesterification of castor bean seeds (CBS). Upon optimizing the reaction conditions, it is elucidated that applying a low ratio of methanol to seeds (≤6:1) has resulted in hindering the in situ trans-esterification and leading to insignificant conversion. The yield of esters has increased from 80.5% to 91.7% as the molar ratio rose from 9:1 to 12:1. Excess alcohol beyond the ratio of 15:1 was shown to have a negative impact on the yield of the produced esters, attributed to an increase in the biodiesel portion prone to dissolving in the co-product (glycerol). An increase in the reaction bulk temperature from 40 to 55 ℃ led to a higher ester content by 50%. Further increases in the bulk temperature beyond 55 ℃ did not affect yields. Regarding the reaction period, the results have shown that 3 h of reaction is adequate for a higher biodiesel yield. The quality of the biodiesel obtained has demonstrated that all physicochemical properties meet the ASTM D6751 specifications.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권6호
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• pp.656-662
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• 2007

고분자 전해질 연료전지 운전에 필요한 수소 공급 장치로서 플라즈마 개질 방법을 이용한 개질기와 일산화탄소 산화반응을 위한 전이 반응기를 설계 및 제작하였다. GlidArc 방전을 이용한 저온플라즈마 개질기는 Ni 촉매를 동시에 사용하여 $CH_4$ 개질함으로서 $H_2$ 선택도를 증대하였다. 개질기의 변수별 연구로서 촉매 온도, 가스 조성비, 전체 가스유량, 전압변화 그리고 개질 특성 및 최적 수소 생산조건을 연구하였으며, 전이반응기의 변수별 연구로서 선택적 산화반응기(PrOx)에 주입되는 공기량, 전이 반응기에 주입되는 수증기량 그리고 온도에 대하여 연구하였다. 플라즈마 개질기에서 최대 수소 생산 조건은 $O_2/C$ 비가 0.64, 가스유량은 14.2 l/min, 촉매 반응기 온도 $672^{\circ}C$ 그리고 유입전력이 1.1 kJ/L일 때 41.1%로 최대 수소 농도를 나타냈다. 그리고 이때의 $CH_4$ 전환율, $H_2$ 수율 그리고 개질기 에너지 밀도는 각각 88.7%, 54%, 35.2%를 나타냈다. 전이 반응기에서 모사된 개질 가스로부터 최대 CO 전환율을 보이는 조건은 2단으로 구성된 PrOx에 주입되는 $O_2/C$ 비가 0.3, HTS에서 주입되는 수증기 주입량 비가 2.8 그리고 HTS, LTS, PrOx I, PrOx II 반응기 온도가 475, 314, 260, $235^{\circ}C$ 일때 가장 높은 CO 전환율을 나타냈다. 플라즈마를 이용한 반응기는 예열 시간은 30분이 소요되었으며, 전이 반응기에서 나오는 최종 개질 가스의 조성은 $H_2$ 38%, CO<10 ppm, $N_2$ 36%, $CO_2$ 21% 그리고 $CH_4$ 4%로 나타냈다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권1호
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• pp.324-332
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• 2019

한국과 인도네시아를 포함한 대부분의 국가는 온실가스 감축을 위해 바이오디젤 같은 바이오연료 보급에 대한 강력한 정책을 추진하고 있다. 하지만, 바이오디젤 보급 확대를 위해서는 원료 부족 문제를 먼저 해결해야 한다. 본 연구에서는 원료 공급 안정성을 개선하고 바이오디젤 생산 가격을 낮추기 위해 비식용이면서 동시에 단위면적당 생산성이 높은 인도네시아 열대작물(R. Trisperma) 오일의 바이오디젤 생산 가능성을 조사하였다. 수확기간이 다른 두 종류의 오일은 많은 불순물과 높은 유리지방산 함량을 가지고 있어 효율적인 바이오디젤 생산을 위해, 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응을 실시하였다. 오일은 반응을 진행하기 앞서 여과와 수분제거 과정을 통해 반응의 효율을 높이고자 하였다. 에스테르화 반응은 불균질계 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였으며, 반응 전 오일들의 산가는 각각 41, 17 mg KOH / g이었으나, 에스테르화 반응 후 3.7, 1.8 mg KOH/g으로 약 90% 이상의 전환율을 보이며 유리지방산 함량을 2%이하로 감소시켰다. 이후 전이에스테르화 반응은 KOH를 염기 촉매로 사용하여 바이오디젤 합성 실험을 진행하였다. 생성된 바이오디젤은 약 93%의 FAME 함량을 나타냈으며, 총 글리세롤의 함량은 0.43%으로 제품 규격(FAME 96.5%, 총 글리세롤 0.24%)에는 미달되었다. 이는 지방산 조성 분석 결과 일반적으로 관찰되지 않는 특이 지방산인 ${\alpha}$-Eleostearic acid가 10.7~33.4% 포함되어 나타나는 특성으로 판단되며, 추가 반응 최적화 및 분리정제 연구 진행으로 연료품질 규격 달성이 필요한 것으로 나타났다. 기존에 활용되지 못하던 비식용 원료로부터 바이오디젤 생산 기술을 확보할 경우 바이오디젤 보급 확대를 위한 안정적 원료 공급에 기여할 것으로 판단된다.

• 에너지공학
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• 제23권1호
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• pp.58-66
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• 2014

저등급탄인 내몽골 갈탄의 촉매가스화반응을 수행하였다. 가스화반응은 열중량분석기(TGA)에서 반응온도 $600{\sim}900^{\circ}C$ 범위에서 이산화탄소를 반응가스로 하여 실행하였다. 공정설계에 필수적인 반응 인자들을 도출하기 위하여 세가지의 기-고체 반응모델을 사용하였으며 그 모델들이 가스화반응의 거동을 예측하는 능력을 비교하였다. 사용된 모델 중에서 modified volumetric reaction model이 촉매, 비촉매 가스화반응의 거동을 가장 잘 묘사하였다. 이론적 모델인 homogeneous model과 shrinking-core model은 비촉매반응과 $FeSO_4$를 촉매로 한 반응을 비교적 잘 표현하였다. 알칼리금속 촉매를 사용할 경우, 촉매의 활성은 $600^{\circ}C$ 낮은 온도에서 가장 크게 나타났으며 온도가 $700^{\circ}C$로 증가하면 촉매활성이 약 50% 감소하는 것이 관찰되었다. 온도가 더 증가하여 $800^{\circ}C$ 이상에서는 촉매활성은 일정해졌다. 본 연구에서 촉매의 활성 순서는 다음과 같이 얻어졌다: $K_2CO_3$ > $Na_2CO_3$ > $K_2SO_4$ > $FeSO_4$.

• 대한화학회지
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• 제39권5호
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• pp.364-370
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• 1995

비산화-환원 금속인 Ga(III), In(III), TI(III)을 포함하는 금속 포르피린을 촉매제로 NaOCl을 산화제로 하여 올레핀의 촉매적 산화반응을 $CH_2Cl_2$에서 연구하였다. 포르피린은 $(p-CH_3O)TPP,\;(p-CH_3)TPP,\;TPP,\;(p-F)TPP,\;(p-Cl)TPP $그리고 $(F_20)TPP$를 사용하였다. 올레핀은 $(p-CH_3O)-,\;(p-CH_3)-,\;(p-H)-,\;(p-F)-,\;(p-Cl)-,\;(p-Br)styrene$ 그리고 cyclopentene, cyclohexene을 사용하였다. 올레핀 산화반응에서 기질의 전환율(%)은 금속 포르피린 및 기질의 치환기 효과와 중심 금속이온 성질에 따라 고찰하였다. TPP 치환기에 따른 전환율의 변화는 $p-CH_3O$ < $p-CH_3$ < H < p-F < p-Cl 순서로 증가하였다. 이러한 증가는 TPP의 $4{\sigma}$값의 증가 순서와 일치하였다. 기질의 치환기에 따른 전환율의 변화는 $p-CH_3O$ > $p-CH_3$ > H > p-Cl > p-Br 순서로 치환기의 ${\sigma}^+$값이 증가할수록 오히려 감소하였다. 올레핀의 산화 반응에서 In(III)-, Tl(III)-포르피린은 Ga(III)-포르피린에 비하여 높은 촉매 활성을 나타내었다.

• KSBB Journal
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• 제23권3호
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• pp.245-250
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• 2008

퀴놀린은 생물학적으로 거의 산화 분해되지 않았으나, 250$^{\circ}C$ 습식산화에서 니코틴산과 초산 등으로 산화 분해되었다. 퀴놀린 습식산화는 균일촉매 $CuSO_4$ 또는 쉽게 습식산화 분해되는 페놀에 의해 반응조건이 완화되었다. 퀴놀린 습식산화 반응의 주 생성물 중 하나인 니코틴산은 호기성 Bacillus 종균에 의해 산화 분해되었다. 촉매를 사용하지 않은 고온에서의 퀴놀린 습식산화 생성물의 생물학적 산화는 저온에서 진행된 균일 촉매 ($CuSO_4$) 습식산화와 퀴놀린-페놀 혼합용액 습식산화 반응 생성물의 생물학적 산화에 비하여 늦게 진행되었다. 반면에, 호기성 균주의 습식산화 생성물에의 적응은 생물학적 처리에서의 니코틴산 산화 분해 반응의 지체기를 크게 단축시켰다.

• 펄프종이기술
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• 제33권1호
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• pp.73-79
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• 2001

Stricter environmental demands have increased the need to replace conventional C/D bleaching sequence by chlorine-free sequence. Permanganate is well known as a powerful oxidant and have been used industrially in variable fields. However, it has considered to be difficult to use permanganate as a bleaching reagent because of its strong oxidative effect decreasing the viscosity of pulps extremely. We have tried to use permanganate as a bleaching reagent for KP under the mild condition and it was clear that pernanganate oxidized lignin remained in pulps selectively and increased pulp brightness decreasing K number of pulps with small degradation of cellulose. We have employed the neutral condition in the permanganate bleaching process in this study. In this case, permanganate was converted to manganese dioxide after bleaching reaction. The manganese dioxide is remained in the treated pulp fibers because of its insolublity in water. So it was required to reduction the manganese oxide to manganese ion by using reductants with acid. In this paper, we proposed to use oxalic acid as a reducing reagent converting manganese oxide to manganese ion after bleaching reaction. Oxalic acid plays the role as a reductant and a acid, so post-treatment after bleaching became to be easy by using oxalic acid. On the study using lignin model compounds, it was clear that permaganate react with phenols firstly, after that oxalic acid reduce the manganese oxide to manganese ion in the mixture of permanganate, phenols and oxalic acid. Several lignin model compounds ($\textit{p}$-hydroxybenzaldehyde, vanillin, syringaldehyde, veratraldehyde) are selected to elucidate the effect of substituents on reaction rate and its mechanism with permanganate including oxalic acid in this study. Except for veratraldehyde, the rate of oxidative degradation of phenolic compounds by permanganate with oxalic acid are higher than neutral condition. Especially, the degradation rate of $\textit{p}$-hydroxybenzaldehyde are strongly dependent on pH of reaction mixture. On the other hand, the degradation rate of veratraldehyde are decreased with decreasing pH and main degradation product is veratric acid. This result indicate that pH of bleaching liquor should be kept over 2 to degrade of non-phenolic lignin in the pulps effectively in permanganate bleaching.

• 대한환경공학회지
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• 제39권4호
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• pp.186-193
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• 2017

마이크로웨이브(MW)는 유전가열에 의한 열적, 비열적 그리고 이온성 전도 효과를 가지며 높은 에너지 효율을 보이므로 유기성 폐기물의 가용화에 대해 효과적인 방법이다. 본 연구는 고형물 함량이 높은 우분을 대상으로 MW를 이용하여 가용화 최적 조건을 도출하고 이를 토대로 MW의 유전가열 특성을 향상시키기 위해 화학적 촉매물질인 $H_2SO_4$과 NaCl을 첨가하여 우분의 가용화율과 가용화 방법에 따른 biochemical methane potential (BMP)을 평가하였다. 우분 고형물 농도 12%와 MW 출력 800 W 및 설정온도 $40^{\circ}C$ 조건에서 70.5 mg $SCOD_{increased}/kJ$로 에너지 대비 최대 가용화율을 보여주었으며, 이때의 SCOD 농도는 원시료 대비 53.2% 증가하였다. 가용화 최적 조건에서 화학적 촉매로 $H_2SO_4$를 주입하였을 경우 MW 단독 처리 대비 SCOD 농도는 36% 증가하였으며, NaCl을 주입하였을 경우 22.7% 증가하였다. BMP test에서도 우분 원시료 대비 MW를 이용한 가용화는 메탄 생성량이 6.7%, $H_2SO_4$를 주입한 MW 가용화는 13.3%, NaCl을 주입한 MW 가용화는 11.3% 증가하였다. 따라서 마이크로웨이브는 우분의 가용화 전처리에 효율적인 수단이며, 마이크로웨이브의 가용화 효율을 높이기 위해서는 화학적 촉매를 이용할 필요가 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권2호
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• pp.183-190
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• 2006

화강암의 인공풍화에 미치는 수분의 동결-융해와 대기오염물질의 영향을 파악하기 위해 실험적 연구를 수행하였으며 $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅하여 $TiO_2$ 코팅이 화강암의 풍화방지에 어느 정도 효과적인지 살펴보았다. 인공풍화 실험후 화강암 표면의 광물질 조성의 변화를 확인할 수 있었다. 인공풍화시킨 화강암의 밀도는 $2.60g/cm^3$에서 $2.55{\sim}2.56g/cm^3$로 감소하였으며 흡수율과 밀도는 악간 증가하여 동결-융해가 화강암의 풍화에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅한 경우 $TiO_2$ 광촉매를 코팅하지 않은 경우보다 동결-융해와 대기오염물질에 의한 화강암의 물리적 특성 변화(수분 흡수율과 압축강도)가 적어 화강암의 풍화방지에 효과적임을 알 수 있었다.