본 연구에서는 OIMS90과 NP12 계면활성제 혼합물을 사용하여 물/벙커 C 오일 비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화 시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등을 변화시키면서 유중수적형(water-in-oil, W/O) 에멀젼 연료를 제조하였다. OIMS90과 NP12 계면활성제 혼합물을 사용하여 제조한 에멀젼 연료는 벙커 C 오일에 비하여 미세먼지, $NO_2$, CO, $CO_2$ 및 $SO_2$ 등의 연소배기 가스 중의 대기 오염물 방출을 감소시키는데 효과적이며, 특히 계면활성제 조성 OIMS90/NP12 = 4 : 6, 계면활성제 농도 500 ppm, 수분 함량 10%을 사용하여 $80^{\circ}C$에서 제조한 에멀젼 연료가 배기가스 오염물 저감 효과가 가장 큰 것을 확인하였다. 또한 보일러 효율 측정 시험 결과, 에멀젼 연료가 벙커 C 오일과 비교하여 우수한 디젤 엔진에너지 효율을 나타내었다.
본 연구에서는 OIMS90과 NP12 계면활성제 혼합물을 사용하여 물/벙커 C 오일 비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화 시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등을 변화시키면서 유중수적형(water-in-oil, W/O) 에멀젼 연료를 제조하였다. OIMS90과 NP12 계면활성제 혼합물을 사용하여 제조한 에멀젼 연료는 벙커 C 오일에 비하여 미세먼지, $NO_2$, CO, $CO_2$ 및 $SO_2$ 등의 연소배기 가스 중의 대기 오염물 방출을 감소시키는데 효과적이며, 특히 계면활성제 조성 OIMS90/NP12 = 4 : 6, 계면활성제 농도 500 ppm, 수분 함량 10%을 사용하여 $80^{\circ}C$에서 제조한 에멀젼 연료가 배기가스 오염물 저감 효과가 가장 큰 것을 확인하였다. 또한 보일러 효율 측정 시험 결과, 에멀젼 연료가 벙커 C 오일과 비교하여 우수한 디젤 엔진 에너지 효율을 나타내었다.
In this study, water in oil (W/O) emulsion fuel was prepared with surfactant mixture of OIMS90 and NP12 by varying ratio of water to bunker-C oil, surfactant concentration and composition, emulsification time, stirring intensity, temperature and mixing time. Diesel engine performance and exhaust emi...
In this study, water in oil (W/O) emulsion fuel was prepared with surfactant mixture of OIMS90 and NP12 by varying ratio of water to bunker-C oil, surfactant concentration and composition, emulsification time, stirring intensity, temperature and mixing time. Diesel engine performance and exhaust emissions were measured and analyzed with prepared emulsified fuel and compared with those measured using bunker Coil. The results indicated that bunker C emulsion fuel stabilized by surfactant mixture of OIMS90 and NP12 is efficient in reducing emissions of particulate matter, $NO_2$, CO, $CO_2$ and $SO_2$. The biggest reduction in exhaust emission was achieved by using emulsion fuel prepared by OIMS90/NP12 = 4 : 6, 500 ppm of total surfactant concentration and 10% water content at $80^{\circ}C$. Boiler efficiency test measured with emulsion fuel showed excellent energy efficiency compared with bunker C oil.
In this study, water in oil (W/O) emulsion fuel was prepared with surfactant mixture of OIMS90 and NP12 by varying ratio of water to bunker-C oil, surfactant concentration and composition, emulsification time, stirring intensity, temperature and mixing time. Diesel engine performance and exhaust emissions were measured and analyzed with prepared emulsified fuel and compared with those measured using bunker Coil. The results indicated that bunker C emulsion fuel stabilized by surfactant mixture of OIMS90 and NP12 is efficient in reducing emissions of particulate matter, $NO_2$, CO, $CO_2$ and $SO_2$. The biggest reduction in exhaust emission was achieved by using emulsion fuel prepared by OIMS90/NP12 = 4 : 6, 500 ppm of total surfactant concentration and 10% water content at $80^{\circ}C$. Boiler efficiency test measured with emulsion fuel showed excellent energy efficiency compared with bunker C oil.
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문제 정의
W/O 에멀젼에 분산된 물 입자의 평균 크기가 1~2 µm인 안정한 상태의 에멀젼을 제조하기 위한 혼합 계면활성제의 조성 및 농도, 물/오일 비율, 교반 속도 등의 최적 조건을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 14일 동안 물의 입자 크기 증가가 10% 미만일 경우를 안정한 상태의 에멀젼으로 고려하였으며, 1~2 µm의 물 입자 평균 크기를 가지는 에멀젼을 제조하기 위한 혼합 계면활성제의 조성 및 농도, 물/오일 비율,교반 속도 등의 최적 조건을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 합성한 OIMS90 계면활성제와 시판되는 NP12 계면활성제의 혼합물을 사용하여 W/O 에멀젼 제형을 제조하고 W/O 에멀젼의 안정성에 미치는 물/오일 비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등의 영향에 관하여 살펴보았다. 80 ℃에서 계면활성제 농도 500 ppm, 전체 용액 부피 대비 물 비율 10%, 2000 rpm 교반 속도로 10 min로 고정시킨 상태에서 NP12와 OIMS90계면활성제 혼합물의 조성을 변화시키면서 에멀젼을 제조한 경우, 무게 기준으로 OIMS90/NP12 = 4 : 6인 조건에서 제조한 에멀젼의 안정성이 가장 우수함을 알 수 있었다.
배기가스 배출량 감소에 효율적인 벙커 C 에멀젼 연료의 제조를 위해서는 안정한 W/O 에멀젼의 제조가 필수적이다. 본 연구에서는 합성한 계면활성제와 시판되는 계면활성제의 혼합물을 사용하여 W/O에멀젼 제형을 제조하고 W/O 에멀젼의 안정성에 미치는 물/오일 비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화 시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등의 영향에 관하여 살펴보았다. 또한 에멀젼 연소 시 에너지 효율성(보일러 효율, 부하율, 환산 증발량, 환산 증발배수, 보일러 전열면 열부하, 보일러 전열면, 환산 증발률 등) 및 보일러에서 방출되는 배출물(미세먼지, SO2, CO, NO2, CO2) 특성을 측정하고 벙커 C유 연소 시 보일러 효율 및 방출되는 배출물 특성과 비교⋅평가하였다.
제안 방법
벙커 C 오일 및 에멀젼 연료의 오염물질 측정은 보일러부하율 75 + 5%, 동일한 공기비의 연소 조건 하에서 수행하였으며, 연료의 연소조건별 배출가스 중의 오염물질은 보일러의 열교환기를 거친 후 방지시설 입구 덕트에서 대기오염 공정시험방법의 입자상 및 가스상 오염물질(미세먼지, SO2, CO, NO2, CO2) 시료채취 방법에 시료를 채취한 후 농도를 각각 측정하여 평균값으로 나타내었다. 각 연료의 부하별 오염물질 발생량 및 저감을 예측하기 위하여 부하별 공기비 변화에 따른 오염물질 농도 변화를 측정하였으며, 공기비 m은 연소에 사용된 실제 공기량과 이론 공기량과의 비로 양호한 연소를 이루기 위한 지표로서 다음 식 (1)에 의하여 구하였다.
NP12 비이온 계면활성제는 유화제, 습윤제, 분산제, 합성 라텍스 안정화제, 세제용으로 널리 사용되며, 또한 아크릴과 비닐 유화 중합과 아스팔트 에멀젼 시스템용 유화제로 적용되고 있다. 계면활성제 시료 제조에 사용된 물은 증류 및 이온교환 장치를 거친 3차 증류수를 사용하였으며, 계면활성제 수용액의 pH는 0.1N NaOH와 0.1N HCl 수용액을 사용하여 조절하였다.
계면활성제 조성 OIMS90/NP12 = 4 : 6, 계면활성제 농도 500 ppm, 물 비율 10%를 사용하여 80 ℃에서 2000 rpm 속도로 10 min 동안 교반하여 제조한 에멀젼 연료의 연소 시 에너지 효율성(보일러 효율, 부하율, 환산 증발량, 환산 증발배수, 보일러 전열면 열부하, 보일러전열면, 환산 증발률)을 측정하여 Table 3에 요약하여 나타내었다. 비교를 위하여 벙커 C 오일 연소 시 에너지 효율성 측정 결과도 Table3에 함께 나타내었다.
계면활성제의 임계 마이셀 농도(critical micelle concentration, CMC)는 농도 변화에 따른 표면장력을 측정한 결과로부터 계면활성제 농도를 증가시킴에 따라 더 이상 표면장력이 감소하지 않는 농도를 CMC로 결정하였다. 계면활성제의 밀도와 점도는 밀도계(WBA-505 K.E.M, 일본)와 BrookfieldDV-Ⅱ PRO 디지털 점도계(Stoughton, MA, USA)를 사용하여 측정하였다.
계면활성제 수용액의 표면장력은 ring & plate method tensiometer(K100, Kruss, Germany)를 사용하여 측정하였다. 계면활성제의 임계 마이셀 농도(critical micelle concentration, CMC)는 농도 변화에 따른 표면장력을 측정한 결과로부터 계면활성제 농도를 증가시킴에 따라 더 이상 표면장력이 감소하지 않는 농도를 CMC로 결정하였다. 계면활성제의 밀도와 점도는 밀도계(WBA-505 K.
따라서 1~2 µm 크기의 안정한 에멀젼 입자를 제조하기 위한 최적의 계면활성제 조성으로 무게 기준 OIMS90/NP12 = 4/6으로 결정하였다.
따라서 1~2 µm 크기의 에멀젼 입자를 제조할 수 있는 최적의 물 비율을 전체 용액 부피 대비 10%로 결정하였다.
또한 에멀젼 연소 시 에너지 효율성(보일러 효율, 부하율, 환산 증발량, 환산 증발배수, 보일러 전열면 열부하, 보일러 전열면, 환산 증발률 등) 및 보일러에서 방출되는 배출물(미세먼지, SO2, CO, NO2, CO2) 특성을 측정하고 벙커 C유 연소 시 보일러 효율 및 방출되는 배출물 특성과 비교⋅평가하였다.
벙커 C 오일 및 에멀젼 연료의 연소 특성은 GS Caltex에 의뢰하여 측정하였다. 벙커 C 오일 및 에멀젼 연료의 오염물질 측정은 보일러부하율 75 + 5%, 동일한 공기비의 연소 조건 하에서 수행하였으며, 연료의 연소조건별 배출가스 중의 오염물질은 보일러의 열교환기를 거친 후 방지시설 입구 덕트에서 대기오염 공정시험방법의 입자상 및 가스상 오염물질(미세먼지, SO2, CO, NO2, CO2) 시료채취 방법에 시료를 채취한 후 농도를 각각 측정하여 평균값으로 나타내었다. 각 연료의 부하별 오염물질 발생량 및 저감을 예측하기 위하여 부하별 공기비 변화에 따른 오염물질 농도 변화를 측정하였으며, 공기비 m은 연소에 사용된 실제 공기량과 이론 공기량과의 비로 양호한 연소를 이루기 위한 지표로서 다음 식 (1)에 의하여 구하였다.
본 연구에서는 대두유로부터 추출한 지방산과 15몰의 에틸렌 옥사이드 및 3몰의 프로필렌 옥사이드와의 부가 반응을 통하여 OIMS90계면활성제를 합성하고 그 구조를 1H NMR, 13C NMR과 FT-IR을 사용하여 규명하였다. 합성한 OIMS90 계면활성제의 CMC는 2.
생산된 에멀젼 연료의 에너지 효율성(보일러 효율, 부하율, 환산 증발량, 환산 증발배수, 보일러 전열면열부하, 보일러 전열면, 환산 증발률 등) 특성을 측정하여 벙커C 오일의 에너지 효율성과 비교⋅평가하였다.
계면활성제로는 OIMS90/NP12 혼합물을 사용하였으며, 해당되는 농도의 계면활성제 혼합물을 60 ℃의 물에 완전히 용해시킨 후 실험에 사용하였다. 이때 물의 함량은 6~20%, 계면활성제는 250~5000 ppm 각각 사용하여 W/O 에멀젼을 제조하였으며, 제조한 에멀젼은 100mL 시험관에 옮겨 담은 후 80 ℃ 온도에서 에멀젼 안정성 평가를 실행하였다.
W/O 에멀젼에 분산된 물 입자의 평균 크기가 1~2 µm인 안정한 상태의 에멀젼을 제조하기 위한 혼합 계면활성제의 조성 및 농도, 물/오일 비율, 교반 속도 등의 최적 조건을 도출하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 14일 동안 물의 입자 크기 증가가 10% 미만일 경우를 안정한 상태의 에멀젼으로 고려하였다.
제조한 에멀젼 시료를 육안으로 관찰하여 수용액 상의 침강 여부를 확인하여 안정성을 평가하였으며, 생성된 에멀젼 크기 및 분포를 측정하기 위하여 위상차(phase contrast) 광학현미경(LABOPHOT2-POL,Nikon, Tokyo, Japan)을 사용하여 관찰하였다. 이를 위하여 시험관 하단으로부터 약 1.5 cm 부분에서 일정 시간 간격으로 피펫을 이용하여 시료 1 mL를 채취한 후 W/O 에멀젼에 분산된 물의 입자 크기 및 분포 변화를 관찰함으로써 에멀젼 안정성을 평가하였다. 본 연구에서는 14일 동안 물의 입자 크기 증가가 10% 미만일 경우를 안정한 상태의 에멀젼으로 고려하였으며, 1~2 µm의 물 입자 평균 크기를 가지는 에멀젼을 제조하기 위한 혼합 계면활성제의 조성 및 농도, 물/오일 비율,교반 속도 등의 최적 조건을 도출하고자 하였다.
밀폐된 용기에 1몰의 지방산을 첨가한 후 180 ℃ 염기 촉매 조건 하에서 15몰의 EO와 6 h 동안 부가 반응을 진행하였다. 이후 반응 혼합물을 3몰의 PO와 후속 부가 반응을 진행하여 최종 생성물인 OIMS90 계면활성제를 제조하였다(Scheme 1 참고). 상온에서 액체 상태인 OIMS90 계면활성제의 수율은 98% 이상이며, 그 구조를 Table2에 나타내었다.
제조한 에멀젼 시료를 육안으로 관찰하여 수용액 상의 침강 여부를 확인하여 안정성을 평가하였으며, 생성된 에멀젼 크기 및 분포를 측정하기 위하여 위상차(phase contrast) 광학현미경(LABOPHOT2-POL,Nikon, Tokyo, Japan)을 사용하여 관찰하였다. 이를 위하여 시험관 하단으로부터 약 1.
상온에서 액체 상태인 OIMS90 계면활성제의 수율은 98% 이상이며, 그 구조를 Table2에 나타내었다. 최종 합성물 OIMS90 계면활성제는 FT-IR (Digilab,FTS-165), 1H NMR 및 13C NMR 분광기(JEOL AL-400, CDCl3용매 사용)로 구조를 분석하였다.
대상 데이터
0%로 구성되어 있다. OIMS90 계면활성제 합성에 사용되는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide, EO, C2H4O) 및 프로필렌 옥사이드(propylene oxide, PO, C3H6O)는 시그마 알드리치(USA)로부터 구입하여 특별한 정제과정 없이 그대로 사용하였다. 에멀젼 연료 제조에 사용한 벙커 C는 GS 칼텍스 주식회사(여수, 한국)로부터 공급받아 사용하였으며, 벙커 C 연료의 특성을 Table 1에 요약하여 나타내었다.
벙커 C 오일, 계면활성제 수용액을 80 ℃ 히팅 맨틀(heating mantle)위에 설치한 플라스크에 첨가한 후 mechanical stirrer를 이용하여 약1000~2000 rpm으로 10 min간 혼합하여 W/O 에멀젼을 제조하였다. 계면활성제로는 OIMS90/NP12 혼합물을 사용하였으며, 해당되는 농도의 계면활성제 혼합물을 60 ℃의 물에 완전히 용해시킨 후 실험에 사용하였다. 이때 물의 함량은 6~20%, 계면활성제는 250~5000 ppm 각각 사용하여 W/O 에멀젼을 제조하였으며, 제조한 에멀젼은 100mL 시험관에 옮겨 담은 후 80 ℃ 온도에서 에멀젼 안정성 평가를 실행하였다.
대두유로부터 추출한 지방산은 DongYing Huaying Co. (Shandong,China)으로부터 구입하여 계면활성제 합성에 사용하였으며, 지방산의 조성은 질량 기준으로 C16 3.9%, C18:0 4.0%, C18:1 32.0%, C18:257.1%, C18:3 3.0%로 구성되어 있다. OIMS90 계면활성제 합성에 사용되는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide, EO, C2H4O) 및 프로필렌 옥사이드(propylene oxide, PO, C3H6O)는 시그마 알드리치(USA)로부터 구입하여 특별한 정제과정 없이 그대로 사용하였다.
보일러는 부국(주) 제품으로 전열면적 30.6 m2, 증기온도 169 ℃, 열효율 85%의 노통 연관식육용강제 보일러(L × W × H = 3810 mm × 1850 mm × 2155 mm)이며, 버너는 이탈리아 Motori Bonori사의 가스/유류 겸용 Bultar 버너로 유류의 경우 400 kg/h 용량을 나타내었다.
OIMS90 계면활성제 합성에 사용되는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide, EO, C2H4O) 및 프로필렌 옥사이드(propylene oxide, PO, C3H6O)는 시그마 알드리치(USA)로부터 구입하여 특별한 정제과정 없이 그대로 사용하였다. 에멀젼 연료 제조에 사용한 벙커 C는 GS 칼텍스 주식회사(여수, 한국)로부터 공급받아 사용하였으며, 벙커 C 연료의 특성을 Table 1에 요약하여 나타내었다.
에멀젼 제조에 사용한 평균 EO 부가 몰수가 12몰인 노닐페놀 에톡실레이트(nonylphenol ethoxylate) NP12 (C9H19C6H4(OCH2CH2)12OH)비이온 계면활성제는 동남합성으로부터 제공받아 별다른 정제과정 없이 실험에 그대로 사용하였다. NP12 비이온 계면활성제는 유화제, 습윤제, 분산제, 합성 라텍스 안정화제, 세제용으로 널리 사용되며, 또한 아크릴과 비닐 유화 중합과 아스팔트 에멀젼 시스템용 유화제로 적용되고 있다.
연료의 연소를 위해 한국에너지기술연구원에 설치되어 있는 1.5ton/hr 용량의 보일러를 실험에 이용하였다. 보일러는 부국(주) 제품으로 전열면적 30.
이론/모형
계면활성제 수용액의 표면장력은 ring & plate method tensiometer(K100, Kruss, Germany)를 사용하여 측정하였다.
벙커 C 오일 및 에멀젼 연료의 연소 특성은 GS Caltex에 의뢰하여 측정하였다. 벙커 C 오일 및 에멀젼 연료의 오염물질 측정은 보일러부하율 75 + 5%, 동일한 공기비의 연소 조건 하에서 수행하였으며, 연료의 연소조건별 배출가스 중의 오염물질은 보일러의 열교환기를 거친 후 방지시설 입구 덕트에서 대기오염 공정시험방법의 입자상 및 가스상 오염물질(미세먼지, SO2, CO, NO2, CO2) 시료채취 방법에 시료를 채취한 후 농도를 각각 측정하여 평균값으로 나타내었다.
성능/효과
본 연구에서는 합성한 OIMS90 계면활성제와 시판되는 NP12 계면활성제의 혼합물을 사용하여 W/O 에멀젼 제형을 제조하고 W/O 에멀젼의 안정성에 미치는 물/오일 비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등의 영향에 관하여 살펴보았다. 80 ℃에서 계면활성제 농도 500 ppm, 전체 용액 부피 대비 물 비율 10%, 2000 rpm 교반 속도로 10 min로 고정시킨 상태에서 NP12와 OIMS90계면활성제 혼합물의 조성을 변화시키면서 에멀젼을 제조한 경우, 무게 기준으로 OIMS90/NP12 = 4 : 6인 조건에서 제조한 에멀젼의 안정성이 가장 우수함을 알 수 있었다. 예를 들면, OIMS90/NP12 조성을 4/6, 6/4, 8/2, 10/0으로 각각 변화시킨 경우 제조한 에멀젼 입자 크기는 각각 1.
OIMS90 및 NP12의 계면활성제 혼합물을 사용하여 물/벙커 C 오일비율, 계면활성제 농도 및 조성, 유화 시간, 교반 속도 및 시간, 온도 등을 변화시키면서 W/O 에멀젼 연료를 제조한 결과, 계면활성제 조성 OIMS90/NP12 = 4 : 6, 계면활성제 혼합물 농도 500 ppm, 수분 함량 10%을 사용하여 80 ℃에서 제조한 에멀젼 연료가 약 20일간 안정성을 유지하였으며, 미세먼지, NO2, CO, CO2 및 SO2 등의 오염물 저감 효과도 가장 우수하였다. 또한 에멀젼 연료와 벙커 C 오일 사용 시의 보일러 연소 에너지 효율은 각각 91.
Table 2에 나타낸 결과에서 볼 수 있듯이 OIMS90 계면활성제와 NP12 계면활성제의 CMC는 각각 2.61 × 10-5와 7.44 × 10-5mol/L로 매우 낮은 값을 가지며, 또한 CMC 조건에서의 표면장력도 각각 35.11과 34.36 mN/m로서 우수한 계면활성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
계면활성제 농도에 따른 에멀젼 평균 입자 크기 및 안정성을 측정한 결과, 계면활성제 농도가 500 ppm인 조건에서 에멀젼 입자 크기가 가장 작고 안정성 또한 가장 우수하였다. 예를 들면, 계면활성제 농도를 300, 400, 500, 600, 700 ppm으로 변화시킨 경우, 생성된 에멀젼평균 입자 크기는 각각 2.
4에서는 36%의 미세먼지 저감 효율을 나타내었다. 또한 공기비 m의 증가에 따라 미세먼지 발생량은 감소하였으며, 미세먼지 발생량 저감 효과는 벙커 C유보다 에멀젼 연료 연소 시에 더욱 증가함을 알 수 있다. 이는 에멀젼 연료가 물리적 및 화학적 작용에 의하여 미연소 탄소의 완전연소 분위기를 조성하여 미세먼지 발생을 억제한 것으로 생각된다.
4 사이의 보일러 연소 조건에서는 벙커 C 오일과 에멀젼 연료 연소시 발생되는 SO2 가스는 거의 비슷한 농도를 나타내었으나, 부하율이큰 조건에서는 발생하는 SO2 농도는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 공기비 변화에 따른 SO2의 농도는 다른 오염물과 비교하여 상대적으로 크게 영향을 받지 않는 결과를 나타내었다.
또한 에멀젼 연료사용 시의 부하율은 72.1%, 환산 증발량은 1,218 kg/h, 환산 증발배수는 16.2 kg/kg, 보일러 전열면 열부하는 15.641 kcal/m2⋅h, 보일러 전열면 환산 증발률은 29.0으로 벙커 C 오일을 사용할 때와 비교하여 에너지 효율성이 우수한 것으로 나타났다.
등의 오염물 저감 효과도 가장 우수하였다. 또한 에멀젼 연료와 벙커 C 오일 사용 시의 보일러 연소 에너지 효율은 각각 91.0%와 87.9%로서 에멀젼 연료사용 시가 3.1% 높았으며, 에멀젼 연료 사용 시의 부하율은 72.1%, 환산 증발량은 1,218 kg/h, 환산 증발배수는 16.2 kg/kg, 보일러 전열면열부하는 15.641 kcal/m2⋅h, 보일러 전열면 환산 증발률은 29.0으로 벙커 C 오일을 사용할 때와 비교하여 우수한 에너지 효율성을 나타내었다.
한편 OIMS90/NP12 조성이 0/10과 2/8인 조건에서는 에멀젼 입자 크기가 모두 50 µm 이상이며, 안정성이 4일 동안만 유지됨을 확인할 수 있었다.
합성한 OIMS90 계면활성제의 CMC는 2.61 ×10-5mol/L로 매우 낮은 값을 가지며, 또한 CMC 조건에서의 표면장력도 35.11 mN/m로서 우수한 계면활성을 갖는 것을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디젤 엔진으로부터 대기 중으로 배출되는 대표적인 오염물은 무엇인가?
전 세계적으로 이동 차량의 오염 물질 배출에 대한 환경 보호 규정이 엄격해짐에 따라 배기가스 배출(exhaust gas emission) 감소가 주요관심사가 되었다. 디젤 엔진으로부터 대기 중으로 배출되는 대표적인 오염물로는 탄화수소(hydrocarbon, HC), 일산화탄소(CO), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 미세먼지(particulate matter,PM), 연기(smoke) 등이 있으며, 종종 해로운 다른 형태의 유해 물질로 변환되어 인간의 건강에 심각한 위협이 되고 있다[1-2]. 따라서 디젤 엔진으로부터 배출 오염을 줄이기 위한 방법으로 엔진 설계 개선, 엔진 및 연료 시스템 유지 향상, 배기가스 처리 장치 설치 등이 제안되었으나 오염 물질의 배출을 감소시키는 가장 효과적인 방법 중의 하나는 대체 청정 연료(alternative clean fuel)를 사용하여 대기 오염 발생원의 배출량을 감소시키는 것이다.
에멀젼 연료란 무엇인가?
에멀젼 연료는 표준 연료(standard fuel)에 물과 계면활성제와 같이 분산계의 안정성을 유지하는 특정 첨가제를 추가하여 제조한 에멀젼으로 정의된다[3,13,17]. 디젤유 에멀젼(diesel oil emulsion)은 엔진 내 주입 공기와 함께 물을 액체 또는 증기 형태로 유입함으로써 NOx 환원 및 엔진 온도를 낮추기 위하여 이전부터 시도되어 왔다.
디젤유 에멀젼은 엔진 내 주입 공기와 함께 물을 액체 또는 증기 형태로 유입하는 이유는 무엇인가?
디젤유 에멀젼(diesel oil emulsion)은 엔진 내 주입 공기와 함께 물을 액체 또는 증기 형태로 유입함으로써 NOx 환원 및 엔진 온도를 낮추기 위하여 이전부터 시도되어 왔다. 증발 과정에서의 물의 존재는 연소 효율의 향상뿐 아니라 NOx 및 CO 등의 배기가스와 검은 연기(black smoke), 미세먼지 등과 같은 대기 오염물발생을 억제하는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다[10-16,20-23]. 예를 들어, 유중수적형(water-in-oil, W/O) 에멀젼에 존재하는 10%의 수분 함량은 약 10%의 NOx 방출을 감소시키는 것으로 보고되었다[3].
참고문헌 (24)
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