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최근 전 세계적으로 화석연료의 고갈 우려 및 유가의 급등세, 식량파동으로 인한 곡류가격의 상승등 어려운 세계 정세에 따른 청정연료로서 식물성 유지의 연료화와 폐자원 재활용 차원으로 폐식용 유지를 원료로 한 자원화에 관심을 가지게 되었다. 이에 따라 알카리성 촉매를 이용한 폐식용 유지의 메틸 에스테르 반응을 연구하였다. 유지의 에스테르화 반응은 식물성 유지와 메탄올을 적정 몰비로 혼합하고 촉매를 첨가, ...

최근 전 세계적으로 화석연료의 고갈 우려 및 유가의 급등세, 식량파동으로 인한 곡류가격의 상승등 어려운 세계 정세에 따른 청정연료로서 식물성 유지의 연료화와 폐자원 재활용 차원으로 폐식용 유지를 원료로 한 자원화에 관심을 가지게 되었다. 이에 따라 알카리성 촉매를 이용한 폐식용 유지의 메틸 에스테르 반응을 연구하였다. 유지의 에스테르화 반응은 식물성 유지와 메탄올을 적정 몰비로 혼합하고 촉매를 첨가, 바이오디젤과 글리세롤이 분리되어 생성되는 공정과정이다. 본 연구에서 대두유와 폐식용 유지를 원료로 촉매의 종류와 반응조건의 변화에 따른 에스테르로의 전환의 반응특성을 비교하고, 연료화 할 수 있는 특징을 검토하였다. 반응에 사용하는 알코올은 메탄올을 사용하고 촉매로는 NaOH,KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂·8H₂O 4종류를 사용하였다. 반응온도는 메탄올의 끓는점에 맞춰 65℃ 이하를 유지, 반응시간은 15~120분으로 5단계를 거쳐 실험하여 질량무게대비 회수율로 측정하였다. 또한 NaOH,KOH를 0.1~2.0wt%의 4단계 촉매량 변화에 따른 회수율과 메탄올-대두유와의 상호 용해도 비교실험도 수행하였다. NaOH,KOH는 반응시간이 15분 이후 급속한 전환이 이루어져 회수율이 90% 근접하고 60분이 경과하여 95%의 높은 증가를 나타내었고. 촉매 투입량은 1.0wt%의 회수율이 가장 좋았다. Ba((OH)₂·8H₂O는 30분에 회수율이 80%로 증가하여 120분 경과시 95%에 도달했다.Ca(OH)₂의 경우 초기시간의 회수율이 30%미만이었고 순차적으로 서서히 증가하여 120분 경과하여 90%의 회수율에 도달했다. Ba(OH)₂·8H₂O와 Ca(OH)₂는 반응속도 증가와 원활한 상분리를 위하여 촉매량을 2.0wt%, 보조촉매 클로로포름을 3wt% 첨가하였다. 폐식용유지를 대상으로 실험한 결과 회수율은 상기 대두유와 비슷한 경향을 보이나 2~29%이 감소하는 추세이고, 이중 Ca(OH)₂는 15~90분의 반응시간에서 14~28%로서 대두유와의 회수율 차가 가장 크게 나타났다. 대두유와 메탄올간의 상호 용해도는 25~60℃의 단계별 반응온도에서 대두유와 메탄올간의 부피혼합비율이 3:1일 경우 메탄올 용해량이 증가하나 과량의 메탄올을 투입할 경우 자유지방산과 메탄올의 혼합 및 최종생성물의 상분리가 어려워 수율이 감소하였다. 이러한 결과에 따라 촉매중 NaOH,KOH는 에스테르 전환의 빠른 반응시간과 높은 회수율, 저렴한 가격, 폐식용 유지에서의 회수율 또한 대두유 대비 차가 5% 미만이므로 상용화 및 경제성으로서 연료화 가능성이 가장 좋을 것으로 판단되고, 알카리 촉매를 이용한 에스테르화 반응의 바이오디젤 생산시 최적의 조건요인은 메탄올 1 : 6몰비, 반응온도 60~65℃, 반응시간 60분, 1.0wt%의 촉매량 첨가등 조건이 유지되면 회수율이 95%까지 근접함을 알수 있다.

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