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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이진석
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 과학기술연합대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
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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 383K에서 97.62%의 전환율을 얻었으며, 반응속도는 353K에서 373K로 증가 할 때 최대 1.99배까지 상승하였다. 또한 동역학적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비해 에스테르화반응에 대한 Amberlyst-15의 적합성을 확인 하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최대 91.43%의 반응 전환율을 확인하였고, 촉매량 영향의 경우 0wt%에서 20wt%까지 증가시킨 결과 반응 전환율이 43.78%에서 94.62%까지, 반응 속도는 1.1∼1.4배로 상승하는 것을 확인하였다. 교반속도의 경우 100∼900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240분 까지 산가 감소를 보이다가 300분이 지나면서부터 산가가 상승하는 결과를 가져왔다. 그리고 위 실험들을 통해 도출된 최적 조건을 적용하여 음폐유 에스테르화 반응에 적용하였고 그 결과 반응시간 60분에서 음폐유와 모사 폐유지간의 13%의 반응 전환율 차이를 보였으나 최종 240분 반응 전환율은 모사 폐유지 98.12%, 음폐유는 97.62%로 거의 유사한 결과를 얻었다. 마지막으로 KOH 촉매를 이용하여 전이에스테르화 반응 결과 음폐유는 91.19%의 FAME 함량을 보였고 모사 폐유지는 FAME함량 96.61%로 품질 규격을 만족하였다.
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 383K에서 97.62%의 전환율을 얻었으며, 반응속도는 353K에서 373K로 증가 할 때 최대 1.99배까지 상승하였다. 또한 동역학적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비해 에스테르화반응에 대한 Amberlyst-15의 적합성을 확인 하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최대 91.43%의 반응 전환율을 확인하였고, 촉매량 영향의 경우 0wt%에서 20wt%까지 증가시킨 결과 반응 전환율이 43.78%에서 94.62%까지, 반응 속도는 1.1∼1.4배로 상승하는 것을 확인하였다. 교반속도의 경우 100∼900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240분 까지 산가 감소를 보이다가 300분이 지나면서부터 산가가 상승하는 결과를 가져왔다. 그리고 위 실험들을 통해 도출된 최적 조건을 적용하여 음폐유 에스테르화 반응에 적용하였고 그 결과 반응시간 60분에서 음폐유와 모사 폐유지간의 13%의 반응 전환율 차이를 보였으나 최종 240분 반응 전환율은 모사 폐유지 98.12%, 음폐유는 97.62%로 거의 유사한 결과를 얻었다. 마지막으로 KOH 촉매를 이용하여 전이에스테르화 반응 결과 음폐유는 91.19%의 FAME 함량을 보였고 모사 폐유지는 FAME함량 96.61%로 품질 규격을 만족하였다.
목차
1. 서 론 ·12. 연구 배경 ·42.1 바이오디젤 개요 ·42.2 바이오디젤 원료 ·72.3 국내 음폐유 현황 ·103. 실 험 ·113.1 실험 재료 ·113.2 실험 방법 ·143.3 분석 방법 ·184. 결과 및 고찰 ·214.1 에스테르화 반응의 동역학적 모델링 ·224.2 온도의 영향 ·234.3 메탄올 몰비의 영향 ·264.4 촉매량의 영향 ·284.5 교반속도의 영향 ·314.6 반응 시간에 따른 영향 ·324.7 음폐유의 에스테르화 반응 ·344.8 음폐유의 전이에스테르화 반응 ·365. 결 론 ·38참고문헌 ·39
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