선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 가정을 토대로 바이오디젤 윤활 성향상 메커니즘을 규명하였다.
가설 설정
- 실제적으로 우리 연구팀에서는 HFRR (high frequency reciprocating rig)를 이용해 바이오디젤의 윤활성을 분석하였으며, HFRR 분석조건은 60oC이지만 금속 구와 금속 시편의 접촉면에서는 이보다 높은 온도를 형성하기 때문에 Diels-Alder반응에 따른 고리화합물 형성이 가능할 수 있으며, 이로 인해 윤활성이 증가될 수 있을 것이란 가정을 하였다.
제안 방법
- 분석시료는 1µL (100:1 split mode)를 주입하였으며, 오븐온도는 초기 100oC에서 1분간 유지 후, 20oC/min 의 속도로 340oC까지 승온시킨 후 340oC에서 7분 동안 유지시켰다. GC-MS로 분석된 물질은 Lilly library 를 이용해 성분분석을 하였다.
- HFRR을 이용하여 윤활성을 분석한 바이오디젤을 회수하여 GC-MS를 통해 구조변화를 분석하였다. 분석 결과 Fig.
- 이는 HFRR 측정을 통해 두 금속 간의 마모입자가 형성되며, 마모입자가 마찰·마모를 증가시킨 것으로 판단된다. 따라서 마모입자의 영향을 배제하기 위해 1차 HFRR 분석 후 회수된 바이오디젤 시료를 필터링(Advantec MFC사의 MFS-13, PTFE 0.50 µm)시켜 금속마모분을 제거시킨 후, 2차 HFRR 시험을 진행하였다. Table 3은 1차 HFRR 측정 결과와 필터링하여 2차 HFRR 측정 결과를 나타내고 있으며, 1, 2차 HFRR 분석결과, 마모흔 크기의 뚜렷한 변화경향을 찾아볼 수 없었다.
- 바이오디젤 분자구조에 따른 윤활성 향상 메커니즘을 규명하기 위해 HFRR을 이용하여 바이오디젤의 윤활 성을 측정한 뒤, 시험에 사용한 바이오디젤을 회수하여, 금속시험구와 시편만 교체한 뒤, HFRR을 이용해 재시험 후 마모흔을 재분석하였다. 먼저 사용된 바이오디젤을 필터링 작업없이 윤활성을 측정한 결과, 마모 흔 증가가 관찰되었다.
- 바이오디젤의 구성성분에 대한 윤활성을 알아보기 위해 순수한 지방산(fatty acid)으로부터 Fischer esteri-fication을 통해 바이오디젤 구성성분인 지방산 메틸에스테르(fatty acid methyl ester)를 합성하였다. 정제된 수율은 Table 2에서와 같이 92~96%를 보였으며, 바이오디젤 구성성분인 지방산 메틸에스테르는 투명한 액체 또는 흰색 고체의 형태를 지녔다.
- 본 연구에서는 HFRR을 이용해 바이오디젤 구성분자의 윤활성을 측정한 뒤, 이들의 분자구조를 GC-MS 로 확인하였다. GC-MS 분석결과, 기존 구성분자가 Diels-Alder 반응을 통해 dimer, trimer로 변환되는 것은 확인되지 않았다.
- 시료 2mL를 60oC에서 75분 동안 50 Hz의 주파수와 200g 의 하중 조건에서 금속원판(PCS Instrument사의 지름 1cm 원판)과 시험구(PCS Instrument사의 외경 6mm 금속구)를 왕복 마찰시킴으로 시험구에 생성된 마모흔 (MWSD; mean wear scar diameter)을 현미경(MEIJI TECHNO사, Infinity 1)을 이용하여 측정하였다. 습도에 의해 마모흔 생성정도가 다를 수 있으므로, K2CO3 를 이용하여 HFRR 분석케비넷 내의 습도를 ISO 표준방법에서 정하는 30%~50%가 유지되도록 조절하였다. 마모흔은 시험구와 금속원판의 마찰로 생긴 흔적으로 그 크기가 클수록 시료의 윤활성이 떨어지는 것을 의미하며, 관찰된 마모흔으로부터 분석 시 습도와 온도인 자가 고려된 보정마모흔은 Antoine equation에 의해 자동적으로 계산되었다[16].
- 시료 2mL를 60oC에서 75분 동안 50 Hz의 주파수와 200g 의 하중 조건에서 금속원판(PCS Instrument사의 지름 1cm 원판)과 시험구(PCS Instrument사의 외경 6mm 금속구)를 왕복 마찰시킴으로 시험구에 생성된 마모흔 (MWSD; mean wear scar diameter)을 현미경(MEIJI TECHNO사, Infinity 1)을 이용하여 측정하였다. 습도에 의해 마모흔 생성정도가 다를 수 있으므로, K2CO3 를 이용하여 HFRR 분석케비넷 내의 습도를 ISO 표준방법에서 정하는 30%~50%가 유지되도록 조절하였다.
- 합성된 바이오디젤 구성분자 정제를 위해 컬럼크로마토그래피에 사용한 실리카젤은 merck사의 silica 60(230-400 mesh)을 사용하였다. 합성된 바이오디젤 구성분자의 구조는 Varian사의 400 MHz Varian Inova NMR (nuclear magnetic resonance) 을 이용하였으며, tetramethylsilane (Me4Si)이 0.5 vol% 함유된 CDCl3에 녹여 분석하였다.
대상 데이터
- 제품)을 이용하였다. 대두유로부터 바이오디젤 합성에 있어 대두유는 오뚜기에서 판매되는 콩기름 식용유를 사용하였다. 합성된 바이오디젤 구성분자 정제를 위해 컬럼크로마토그래피에 사용한 실리카젤은 merck사의 silica 60(230-400 mesh)을 사용하였다.
- 바이오디젤 구성성분을 합성하기 위한 원료물질로서 지방산(fatty acid)은 TCI사 제품(oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, stearic acid)을 이용하였으며, 에스테르화반응을 위한 촉매로 KOH(TCI사 제품), 메탄올(TCI사 제품)을 이용하였다. 대두유로부터 바이오디젤 합성에 있어 대두유는 오뚜기에서 판매되는 콩기름 식용유를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 바이오디젤의 분자구조변화를 분석하기 위해 가스크로마토그래피(Agilent 7890A GC System)와 질량분석기(Agilent 5975C Inert XL EI/CI MSD)를 이용하였다. 컬럼은 19091S-733 HP-1MS (30m×0.
- 이용하였다. 컬럼은 19091S-733 HP-1MS (30m×0.25mm×0.1µm)을 이용하였으며, 이동상 기체로 헬륨(He)을 0.5mL/min의 유량으로 흘려 보냈다 . 분석시료는 1µL (100:1 split mode)를 주입하였으며, 오븐온도는 초기 100oC에서 1분간 유지 후, 20oC/min 의 속도로 340oC까지 승온시킨 후 340oC에서 7분 동안 유지시켰다.
- 대두유로부터 바이오디젤 합성에 있어 대두유는 오뚜기에서 판매되는 콩기름 식용유를 사용하였다. 합성된 바이오디젤 구성분자 정제를 위해 컬럼크로마토그래피에 사용한 실리카젤은 merck사의 silica 60(230-400 mesh)을 사용하였다. 합성된 바이오디젤 구성분자의 구조는 Varian사의 400 MHz Varian Inova NMR (nuclear magnetic resonance) 을 이용하였으며, tetramethylsilane (Me4Si)이 0.
이론/모형
- 윤활성은 PCS Instruments사의 HFRR를 사용하였으며, ISO 12156 방법에 준하여 수행하였다[16]. 시료 2mL를 60oC에서 75분 동안 50 Hz의 주파수와 200g 의 하중 조건에서 금속원판(PCS Instrument사의 지름 1cm 원판)과 시험구(PCS Instrument사의 외경 6mm 금속구)를 왕복 마찰시킴으로 시험구에 생성된 마모흔 (MWSD; mean wear scar diameter)을 현미경(MEIJI TECHNO사, Infinity 1)을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 032mol)를 얻었다. 1H NMR 분석결과, 3.66ppm에서 singlet으로 methoxy group이 분석되었으며, 2.28ppm에서 triplet으로 alpha proton 이 분석되어졌으며, 1.62-1.58ppm에서 beta proton, 1.28-1.21ppm에서는 fatty acid를 구성하고 있는 hydrocarbon 내의 proton, 그리고 0.88ppm에서 methyl group 의 proton이 검출되었다.
- 1차 HFRR 분석결과, 분자의 구조가 클수록, 올레핀 함량이 높을수록 초기 윤활성이 좋은 것을 확인할 수 있었으며, 이는 기존 우리 연구팀에서 발표한 바이오디젤을 구성하는 FAME의 지방산 길이가 길수록, 올레핀 함량이 많을수록 윤활효과가 증가한다는 것과 일치하였다[12]. 이는 Fig.
- 따라서 HFRR 분석조건이 60oC이며, 금속 시 험구와 금속 원판 간의 접촉면에서 형성되는 열에 의해 olefin migration에 의한 conjugated diene이 형성되지 않으며, 이로 인해 Diels-Alder 반응에 의한 cyclic compound 는 형성되지 않는 것을 알 수 있었다[Fig. 6]. 또한 diene과 dienophile에 각각 전자주기(electron donating group)와 전자끌기 그룹(electron withdrawing group) 이 없기 때문에 충분한 전자오비탈의 오버랩(overlap) 이 없어 낮은 온도의 HFRR 조건에서 Diels-Alder 반응이 진행되지 않는 것으로 판단할 수 있었다[17].
- 이는 HFRR 분석조건(60oC)과 금속 구와 금속원판간의 접촉면에서 형성되는 온도로는 높은 온도를 필요로 하는 olefin migration과 Diels-Alder반응에 충분하지 못하다고 판단된다. 따라서 본연구결과, 자동차용 연료로서의 바이오디젤은 고리화 반응을 통해 형성된 물질의 3차원적 분자크기 증가와 극성을 띄는 에스테르그룹의 증가로 인해 효과적인 경계윤활을 할 수 있는 것이 아니라, 바이오디젤 분자 자체의 크기와 올레핀 함량에 의해서만 경계윤활 효과를 보인다는 것을 확인하였다.
- 분석 결과 Fig. 5의 GC-MS 데이터에서 보는 바와 같이 Methyl stearate, oleate, linoleate, linolenate 및 대두유로부터 합성된 BD의 성분 및 구조변화는 관찰되지 않았다.
- Methyl stearate가 포함되어있는 유기용매층을 무수 MgSO4를 넣어 수분을 제거하고, MgSO4 수화물은 필터를 통해 제거하였다. 유기용매를 rotary vacuum evaporator를 통해 농축시킨 뒤, 실리카젤이 충진된 컬럼크로마토그래피(Hexane: EtOAc=95:5)를 이용해 정제한 결과 93%의 수율로 methyl stearate (9.8g, 0.032mol)를 얻었다. 1H NMR 분석결과, 3.
- 것을 확인하였다[11]. 이는 바이오디젤을 구성하는 분자의 종류에 따라 결정될 것으로 판단하여, GC-MS를 이용해 구성분자를 분석한 결과 Table 1에서와 같이 윤활성이 우수한 바이오디젤은 올레핀을 포함하는 분자의 조성이 높은 것을 알 수 있었다.
- 67ppm에서 methoxy 그룹이 분석됨으로써 carboxylic acid가 모두 methyl ester로 전환되었음을 알 수 있었다. 추가적으로 FT-IR 을 이용해 분석한 결과 1725~1700cm−1 흡수파장에서 carboxylic acid 피크가 검출되지 않음으로써 출발물질인 carboxylic acid가 모두 Fischer esterification 됨을 알 수 있었다.
- 특히 윤활성은 분자의 길이가 길수록, 올레핀 함량이 많을수록 우수한 성능을 보였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.