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이온성액체/유기화합물/초임계이산화탄소계의 상평형
Phase Equilibria of Ionic Liquid/Organic Compound/Supercritical CO2 Systems 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.12 no.3 = no.34, 2006년, pp.128 - 137  

임방현 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부) ,  김종원 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부) ,  백상민 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부) ,  손보국 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부) ,  이용록 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부) ,  이철수 (고려대학교 화공생명공학과) ,  이흔 (한국과학기술원 생명화학공학과) ,  나춘섭 (영남대학교 이과대학 화학과) ,  심재진 (영남대학교 공과대학 디스플레이화학공학부)

초록
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초임계이산화탄소 내에서 이온성액체의 부피 변화와 상온 이온성액체와 유기화합물의 혼합물이 두 상으로 분리되는 현상을 고압 view cell을 이용하여 측정하였다. 이온성액체(ionic liquid, IL)로는 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim][$PF_6$])와 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([bmim][$BF_4$])를 사용하였으며, 유기화합물로는 methanol과 dimethyl carbonate를 사용하였다. 일정한 양의 [bmim][$PF_6$]에 대하여 유기화합물의 양을 증가시킴에 따라 상이 나누어지는 지점인 lower critical end point (LCEP) 압력이 감소하였다. 이온성액체의 수분함량이 증가함에 따라 LCEP가 높게 나타났으며, 일정량 이상의 수분이 함유되어 있으면 LCEP가 나타나지 않았다. LCEP는 같은 부피의 [bmim][$PF_6$]에서보다 [bmim][$BF_4$]에서 약 1.0 MPa 정도 높게 나타났으며, K-point는 이온성액체의 종류와 유기화합물의 양에 따라 거의 변화하지 않았다. 초기시료 중 이온성액체([bmim][$PF_6$])의 농도 (IL/(IL+MeOH))가 7.23 mol% 보다 크면 혼합물의 LECP에서 $L_1$의 부피가 $L_2$의 부피보다 크게 나타났으며, 반대로 작으면 작게 나타났다. 이산화탄소의 존재 하에서 이온성액체의 부피변화는 온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 313.15 와 343.15 K 사이에서는 압력이 증가함에 따라 증가하여 300 bar에서는 원래 부피의 123~126 %가 되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The volume change of an ionic liquid and the phase separation behavior of room temperature ionic liquid(RTIL)/organic compound mixture in supercritical carbon dioxide were measured in a high pressure view cell. 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim][$PF_6$]) and 1-butyl-3...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이온성 액체와 초임 계이산화탄소와의 상평형을 묘사하기 위해서는 액상과 유체상에서의 농도를 측정해야 한다. 그러나 본 연구에서는 측정시간을 단축시키기 위하여 초임계이산화탄소에 의한 이온성액체의 팽윤(swelling)값으로부터 상평형을 계산하고자 하였다. 각각의 압력에 대한 이온성액체의 부피증가 정도를 그려보니 실험에서 사용한 모든 온도에 대하여 9 ~ 11 MPa 까지는 압력이 증가함에 따른 증가율이 일정하였으나, 그 이상의 압력에서는 증가율이 작았으며 압력이 커짐에 따라 점점 둔화되었다(Table 1과 Figure 4).
  • 본 연구에서는 이온성액체 분야의 연구에서 가장 보편적으로 사용되고 있고 쉽게 구입할 수 있는 두 가지 상온 이온성액체 ([bmim][PFfi]와 [bmim] [BF4])를 선정하여 초임계이산화탄소와 이온성액체 2성분계의 상평형 측정과 초임계이산화탄소/유기화합물(methanol 또는 dimethylcarbonate (DMC))/이온성 액체계에서 이온성액체의 초기 함량에 의한 따른 상평형과 부피 변화를 측정하였다. 아울러 이온성액체의 양 및 cell 내에서의 조성에 따른 상평형 변화와 수분함량의 영향도 함께 살펴보았다.

가설 설정

  • ,e 에서부터 Jerguson Gauge까지의 연결된 관의 내경이 0.77 mm로 매우 작고 이온성액체의 점도가 크며, 이산화탄소를 지속적으로 불어넣어주기 때문에 이온성액체는 관내로 들어가지 않는다고 가정하였다.
  • 7 MPa)씩 증가시키면서 같은 방법으로 이온성액체의 액위변화를 측정하여 압력에 따른 이온성액체의 부피변화를 계산하였다. ISCO pump의 outlet valve 에서부터 Jerguson Gauge까지의 연결된 관의 내경이 0.77 mm로 매우 작고 이온성액체의 점도가 크며, 이산화탄소를 지속적으로 불어넣어주기 때문에 이온성액체는 관내로 들어가지 않는다고 가정하였다. 설령 이온성액체가 관 안으로 들어간다 할지라도 cell 내의 이온성액체 부피변화 측정오차는 1 %에 불과하다.
  • 이온성액체에 녹아 있는 이산화탄소는 액체로부터 큰 영향을 받지 않고 액체 자체도 이온 상호간에 큰 인력을 미치지 않는다고 가정하고 팽윤된 이온성액체의 양으로부터 침투한 이산화탄소의 양을 계산하여 보았다. Fleming and Koros(1986)가 사용한 액체 내에서의 이산화탄소의 mole부피 46.
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