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 / g 이었으나, 에스테르화 반응 후 3.7, 1.8 mg KOH/g으로 약 90% 이상의 전환율을 보이며 유리지방산 함량 을 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 α-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.

지구 온난화, 석유고갈, 환경오염에 대한 해결 방안으로 수송부분에서 국제적으로 바이오연 료에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 바이오디젤은 석유계 디젤과 비교해 이산화탄소 및 대기오염 물질 배출이 적고 세탄가가 높은 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 % 유리지방 산 함유)를 Amberlyst-15 촉매가 이용한 에스테르화 반응을 통해 바이오디젤 원료로서 활용가능성을 확인 하였다. 다양한 반응 조건의 영향을 조사하기 위한 실험을 수행한 결과 반응온도 383 K에서 97.62 %의 전환 율을 얻었으며, 반응속도는 353 K에서 373 K로 증가 할 때 최대 1.99 배까지 상승하였다. 또한 동역학 적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비 해 에스테르화반응에 Amberlyst-15 더 적합함을 확인하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최 대 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 확인하였 다. 교반속도의 경우 100∼900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주 지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240 분 까지 산가 감소를 보이다가 300 분이 지 나면서부터 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.

Esterification reaction between succinic acid and 1,4-butanediol was kinetically investigated in the presence of nontoxic organometallic compound catalyst(ESCAT-100E) at 150-190℃. The reaction rates measured by the amount of distilled water from the reaction vessel. The Esterification reaction was carried out under the first order conditions respect to the concentration of reactants, respectively. The overall reaction order was 2nd. The linear relationship was shown between apparent reaction rate constant and reciprocal absolute temperature. By the Arrhenius plot the activation energy have been calculated as 376.13 kJ/mol under nontoxic organometallic compound catalyst and also apparent reaction rate constant, k' was found to obey first kinetics with respect to the concentration of catalyst.

Cellulose triacetate (CTA) was prepared from cotton linter and pulps which contain various contents of α-cellulose. CTA which contains 2.8 of degree of substitution (DS) and 222 of degree of polymerization (DP) was obtained from V-81 pulp under the heterogeneous system. The DS was measured by the titration method, and the DP was obtained by measurement of viscosity. FT-IR spectometer (FT-IR 6300, JASCO) was used to analyze the chemical structure of raw materials and cellulose triacetate, and X-ray diffractometer (X-pert MPD PW3040, Philips) was used to confirm the crystal structure and to calculate the relative crystallinity index (RCI). As α-cellulose content in pulp increased, the acetylation yield increased. Besides with a kind of pulp, it contains insoluble residue which was mainly formed due to the formation of glucomannan triacetate and xylan diacetate during the esterification.

Esterification reaction between succinic acid[SA] and 1,4-butanediol [BD was kinetically investigated in the presence of organic metal catalysts (alkyl-silver oxide(ASO),CAT 100E) at 150~190℃. The reaction rates measured by the amount of distilled water from the reaction vessel. The esterification reaction was carried out under the first order kinetics with respect to the concentration of reactants and catalyst, respectively. The overall reaction order was 2nd. From the examination of relationship between apparent reaction rate constants and reciprocal absolute temperature, the activation energy has been calculate as 146.70 kJ/mol with ASO catalyst and 43.04 kJ/mol with CAT 100E catalyst.

Esterification reaction between succinic acid and 1,4-butanediol was kinetically investigated in the presence of monobutyl tinoxide catalysts at 150~190℃. The reaction rates measured by the amount of distilled water from the reaction vessel. The esterification reaction was carried out under the first order conditions with respect to the concentration of reactants, respectively. The overall reaction order was 2nd. The linear relationship was shown between apparent reaction rate constant and reciprocal absolute temperature. By the Arrhenius plot the activation energy have been calculated as 87.567 kJ/mol under monobutyl tinoxide catalyst and also apparent reaction rate constant, k' was found to obey first kinetics with respect to the concentration of catalyst.

본 연구에서는 불과 함께 에스테르화 반응물 및 생성물 일부가 친수성 막을 투과하는 비완전 분리를 고려한 투과증발-촉진 에스테르화 반응모델을 확립하였으며, 이 모사모델에 막 분리 효율 및 물 제거능력을 설명하는 항들을 포함시킴으로써 막 투과분리가 에스테르화 반응에 어떻게 영향을 끼치는가를 공정모사를 통해서 체계적으로 살펴보았다. 모사결과 막을 통한 비완전 분리 즉, 분리막을 통한 반응물의 투과는 역반응을 유발시켜 전체 반응을 지연시키며 그 결과 반응 전 환율은 투과증발 공정을 사용하지 않은 반응보다는 높으나 물에 대한 완전한 투과선택도를 갖는 투과증발 공정을 사용하는 반응시스템보다는 낮음을 알 수가 있었다. 반응 시스템 내에서 장착된 막을 통한 투과로 인한 반응부피의 변화가 반응 속도에 끼치는 영향을 살펴보았는데 반응 초기에는 반응물 농축효과가 지배적이어서 반응을 촉진시키며, 반응이 진행되어 생성물이 형성됨에 따라 생성물 농축효과가 점점 중요해지고 이 효과가 반응의 속도를 감소시킴을 알 수가 있었다. 에스테르화 반응공정 중에 투과증발공정을 적용하는 시점에 따라 반응속도, 반응 전화율이 달라짐을 공정모사를 통해 관찰하였다. 반응 모델 식으로부터 분리막의 성능과 반응 인자들 간의 상관관계는 확립하고 이 상관관계를 주어진 막 분리능력 하에서 반응 인자 조건 설정, 혹은 주어진 반응조건 하에서 막 분리능력을 설계하는 도구로 사용할 수 있다.

본 연구는 산저항성을 가진 새로운 폴리비닐알콜계 투과증발막을 이용한 불화에탄올(TFEA)과 메타크릴산(MA)의 에스테르화 반응에 관한 연구이다. TFEA와 MA의 에스테르화 에스텔화반응에 사용된 폴리비닐알콜계 막은 PVA와 EGDE의 열 가교반응을 통하여 제조되었다. 에스텔화 반응의 반응조건 - 반응온도, 산 촉매의 양, 초기 몰비(불화에탄올/메탄크릴산)- 등을 달리하여 에스텔화 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 실험 결과, TFEMA 전환율은 반응온도 촉매의 양, 초기몰비가 증가함에 따라 향상되었다. TFEMA 전환율이 90% 이상을 위한 경제적인 반응조건은 90℃ 수식 이미지의 반응온도, 2.5 wt%의 촉매 양, 그리고 1.7의 초기 반응 몰비였다.

The Synthesis of azobenzene containing long chain fatty acid and poly vinyl alcohol by esterification reaction(Cn-Azo-PVA) was optimized, starting from P-(P'-hydroxy phenyl azo)-benzoic acid and the product of reaction containing azobenzene chromophores was investigated by ultraviolet spectrophotometery in toluene solvent at room temperature. In addition, UV absorption spectra of Langmmuir Blodggett (LB) film deposited on quartz plate have been measured and the structure of these compounds were ascertained by means of Ultraviolet and FT-IR. Recrystallization of reaction product in the solvent results the experimental yield obtained about 22.27% P-(P'-octadecyloxy phenyl azo)-benzoic acid-poly vinyl alcohol. Long chain azobenzene derivative-poly vinyl alcohols are induced phtoisomerization by u, v, and visible light irradiation. The LB film of azobenzene containing long chain fatty acids(C18-Azo-PVA) are possible of being applied to functional molecular devices such as photomemory and light switching.

산업혁명 이후 화석연료를 통한 에너지의 소비는 이산화탄소의 형태로 전례 없는 대기 중 탄소의 유입을 증가시켰다. 인류에 의해 발생된 이산화탄소 형태의 탄소 유입은 지구온난화와 같은 전 지구적 환경 문제를 유발하였다. 따라서 다양한 분야에서 탄소유입을 줄이기 위한 노력은 진행되어 왔다. 대표적으로 화석 연료의 대체가 가능한 바이오 연료는 비교적 쉬운 생산 공정과 기반시설에 대한 뛰어난 적응력으로 인해 상업화 되었다. 그러나 상업화 된 바이오 연료는 식용작물의 사용으로 인해 원료의 가격상승과 윤리 도덕적 문제를 초래하였다. 이를 극복하기 위해 폐유와 미세조류와 같은 비식용 작물의 바이오 연료 전환이 연구 되었다. 값싼 원료의 이점에도 불구하고, 원료의 불순물(유리 지방산, 수분 등)의 제거를 위한 전처리 공정의 추가와 다양한 공정 설비 및 운영비용은 새로운 바이오 연료의 생산기술 향상에 대한 요구로 나타났다. 특히, 전이에스테르화 반응을 통해 비교적으로 기술적인 연구가 활발히 진행된 바이오 디젤의 경우 초임계 조건, 효소, 초음파를 활용한 반응이 활발히 연구되어져왔다. 또한 다공성 물질을 활용한 촉매 모사 전이에스테르화 반응은 유리 지방산, 수분같은 불순물 하에서도 높은 전환율을 유지하는 것으로 확인 되었다. 촉매모사 전이에스테르화 반응은 수많은 공극이 존재하는 다공성 물질을 이용하여, 반응물의 충돌 빈도를 상승시킴으로써 촉매 사용으로 발생하는 단점을 최소화하였다. 이전까지 촉매모사반응의 다공성 물질로써 상업화된 실리카겔을 사용하였으나 바이오매스를 활용한 바이오 차의 다공성 물질로써 활용이 연구됨에 따라, 바이오매스 유래 바이오 차의 촉매모사 전이에스테르화 반응에 대한 적용 연구를 제시하고자 한다. 다양한 바이오차 중에 다양한 물리적 화학적 성질을 가지고 있는 계분은 촉망받는 다공성 물질로 여겨진다. 또한 폐식용유는 촉매모사 반응의 높은 유리 지방산 저항력을 증명하기 위해 원료로써 선택되었다.

Characteristics of the transesterification reaction between triglycerides in soy bean oil and methanol were investigated in the presence of acid catalysts. such as sulfuric acid and PTS (p-toluene sulfonic acid). Concentrations of diglyceride and monoglyceride which were intermediates in the reaction mixtures, were far below 10% of triglyceride under any reaction conditions. Thus, conversion of the reaction could be determined from the concentration of triglyceride. Dried PTS had more superior catalytic power than sulfuric acid for transesterification reaction between soy bean oil and methanol. When transesterification reaction of soy bean oil was catalyzed by 1 wt% of PTS at methanol stoichiometric mole ratio of 2 and 65℃, final conversion reached 95% within 48 hours. If FAME (fatty acid methyl ester) was added into reaction mixture of soy bean oil, methanol and PTS catalyst, it converted reaction mixture into homogeneous phase, and substantially increased reaction rate. When reaction mixture was freely boiling which had equal volumetric amount of FAME to soy bean oil, methanol stoichiometric mole ratio of 2 and 1 wt% of PTS, final conversion achieved value of 94% and temperature approached to 110℃ within 2 hours.