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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박병흥
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수94
초록· 키워드
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본 연구는 알코올계 공비 혼합물에서 에탄올을 추출하기 위한 공융용매의 추출제로서 적용 가능성을 규명하기 위한 연구이다.
본 연구는 알코올계 공비 혼합물(Azeotropic mixture)의 분리를 위한 추출제로서 공융용매(DES; Deep eutectic solvent)의 적용 가능성을 평가하였다. 단순한 증류 공정으로는 공비 혼합물을 순수한 성분으로 분리하기 어렵기 때문에 이를 달성하기 위해서는 고온, 고압 및 고에너지가 필요하다. 따라서, 이 문제에 대한 해결책으로 경제적이고 더 큰 에너지 효율성을 제공하는 액-액 추출 공정을 이용하였다.
이 공정에 이용한 추출제로서 DES는 이온성 액체와 유사한 물리화학적 특징을 가지면서도 간단한 혼합으로 제조 가능한 무독성이고 저렴한 친환경 용매이다. 본 연구에서 DES는 염화콜린(ChCl; Choline chloride)을 기반으로 levulinic acid, ethylene glycol, malonic acid, 1,4-Butanediol의 4가지 수소 결합 공여체(HBD; Hydrogen bond donor)를 각각의 공융 비율로 혼합하여 사용하였고, 액-액 추출 공정을 통해 노르말헥산(n-Hexane)과 에탄올(Ethanol)로 이루어진 공비 혼합물을 분리하였다.
추출 공정 확립에 필요한 특성으로 삼성분계 상평형도에서 바이노달 곡선(Binodal curve)의 각 조성에서 굴절률(Refractive index, nD), 밀도(Density, ρ), 점도(Viscosity, η)를 측정하였다. 실험으로 측정된 Tie line은 열역학적 모델인 COSMO-SAC으로 계산된 예측 결과와 비교하였고, DES4-1(ChCl:1,4-Butanediol=1:3)로 이루어진 시스템에서 COSMO-SAC 예측 결과와 가장 유사함을 확인하였다. 또한, DES의 에탄올 추출 능력은 분배계수(β)와 선택도(?)로 평가하였고 본 연구와 같은 실험 조건에서 여러가지 이온성 액체의 추출제로서 선택도 데이터와 비교하였을 때 그 값이 충분히 높아 이온성 액체를 대신할 차세대 친환경 물질로 추출 공정에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
최종적으로, 추출제의 재활용을 위해 추출제 회수 실험을 진행하였고, DES는 증기압이 무시해도 좋을 만큼 아주 낮기 때문에 에탄올의 끓는점에서는 끓어 나오지 않는다. 이를 확인하기 위해 DES 제조 직후의 순수한 물질과 회수 실험 후 DES를 굴절률 값과 NMR 분석 그래프로 비교하였고 그 결과는 두 물질이 같은 물질임을 증명하였다.
본 연구는 알코올계 공비 혼합물(Azeotropic mixture)의 분리를 위한 추출제로서 공융용매(DES; Deep eutectic solvent)의 적용 가능성을 평가하였다. 단순한 증류 공정으로는 공비 혼합물을 순수한 성분으로 분리하기 어렵기 때문에 이를 달성하기 위해서는 고온, 고압 및 고에너지가 필요하다. 따라서, 이 문제에 대한 해결책으로 경제적이고 더 큰 에너지 효율성을 제공하는 액-액 추출 공정을 이용하였다.
이 공정에 이용한 추출제로서 DES는 이온성 액체와 유사한 물리화학적 특징을 가지면서도 간단한 혼합으로 제조 가능한 무독성이고 저렴한 친환경 용매이다. 본 연구에서 DES는 염화콜린(ChCl; Choline chloride)을 기반으로 levulinic acid, ethylene glycol, malonic acid, 1,4-Butanediol의 4가지 수소 결합 공여체(HBD; Hydrogen bond donor)를 각각의 공융 비율로 혼합하여 사용하였고, 액-액 추출 공정을 통해 노르말헥산(n-Hexane)과 에탄올(Ethanol)로 이루어진 공비 혼합물을 분리하였다.
추출 공정 확립에 필요한 특성으로 삼성분계 상평형도에서 바이노달 곡선(Binodal curve)의 각 조성에서 굴절률(Refractive index, nD), 밀도(Density, ρ), 점도(Viscosity, η)를 측정하였다. 실험으로 측정된 Tie line은 열역학적 모델인 COSMO-SAC으로 계산된 예측 결과와 비교하였고, DES4-1(ChCl:1,4-Butanediol=1:3)로 이루어진 시스템에서 COSMO-SAC 예측 결과와 가장 유사함을 확인하였다. 또한, DES의 에탄올 추출 능력은 분배계수(β)와 선택도(?)로 평가하였고 본 연구와 같은 실험 조건에서 여러가지 이온성 액체의 추출제로서 선택도 데이터와 비교하였을 때 그 값이 충분히 높아 이온성 액체를 대신할 차세대 친환경 물질로 추출 공정에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
최종적으로, 추출제의 재활용을 위해 추출제 회수 실험을 진행하였고, DES는 증기압이 무시해도 좋을 만큼 아주 낮기 때문에 에탄올의 끓는점에서는 끓어 나오지 않는다. 이를 확인하기 위해 DES 제조 직후의 순수한 물질과 회수 실험 후 DES를 굴절률 값과 NMR 분석 그래프로 비교하였고 그 결과는 두 물질이 같은 물질임을 증명하였다.
목차
- Ⅰ. 서론 11. 연구 배경 12. 연구 목적 및 범위 3Ⅱ. 이론 41. 액-액 추출 공정 41.1 공비 혼합물 41.2 액-액 평형 51.3 액-액 추출 공저의 원리 62. 공융용매 72.1 DES 개요 72.2 DES 정의 8Ⅲ. 실험 방법 111. DES 준비 112. LLE 실험 및 물리화학적 특성 182.1 바이노달 곡선 결정 실험 182.2 타이라인 결정 실험 223. 추출제 회수 23Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 241. 바이노달 곡선 조성의 물성과 관계식 242. 타이라인 결정 383. 추출제 회수 55Ⅴ. 결론 60참고문헌 62Abstract 66부록 68
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