[논문]이산화탄소+물+2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol 혼합물의 상거동

신헌용

doi:10.7464/ksct.2018.24.4.275

이산화탄소+물+2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol 혼합물의 상거동
Phase behavior of CO2 + H2O + 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol mixture 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.24 no.4, 2018년, pp.275 - 279

초록
AI-Helper

본 연구에서는 물과 이산화탄소의 상호 용해력을 높이기 위한 방법의 하나로, 계면활성제를 이용하여 물과 이산화탄소의 마이크로에멀션 형성하는 조건을 관찰하였다. 물과 이산화탄소의 마이크로에멀션을 형성시키기 위하여 계면활성제 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol를 첨가하였다. 초임계 이산화탄소에 물과 계면활성제인 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 일정량을 첨가하여 이에 따른 마이크로에멀션의 구름점(cloud point) 변화와 경향을 살펴보았다. 계면활성제+이산화탄소 계의 경우 상전이 조건은 313.2 ~ 353.2 K 온도범위에서 8.35 ~ 12.69 MPa이였으며, 물+계면활성제+이산화탄소 계의 경우 온도범위 318.2 ~ 338.2 K에서 7.83 ~ 17.28 MPa에 이르는 압력 범위에서 구름점를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, microemulsion formation of water and carbon dioxide was investigated by using surfactant as one of the methods for increasing the mutual solubility between water and carbon dioxide. The surfactant 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol was added to form a microemulsion of water and carbon dioxide. The cloud point change and trend of micro emulsion were investigated by adding water and a certain amount of surfactant, 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol to supercritical carbon dioxide. In the case of surfactant + carbon dioxide system, it was 8.35 ~ 12.69 MPa in temperature range of 313.2 ~ 353.2 K. In the case of water + surfactant + carbon dioxide system, the temperature ranged from 318.2 ~ 338.2 K to pressure range 7.83 ~ 17.28 MPa.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Chemical structure of 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol.
그림 Figure 2. Schematic diagram of the experimental apparatus.
표 Table 1. Physical properties of substances used in this study
표 Table 2. Phase behavior of CO₂ + 2,2,3,3,3-pentafluoro-propanol system
그림 Figure 3. Phase behavior of CO₂ + 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol system.
그림 Figure 4. Phase behavior of CO₂ + H₂O + 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol system.
표 Table 3. Phase behavior of CO₂ + H₂O + 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol system (W_o = mole of water/mole of surfactant)
그림 Figure 5. Phase behavior of CO₂ + H₂O + 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol system at high W_o ratio. [ (a) W_o = 83, (b) W o = 88].

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

실제 공정의 적용에 있어서 물 + 계면활성제 + 이산화탄소 계의 상거동에 대한 연구가 선행되어야 하므로 계면활성제를 포함한 혼합물의 상거동을 측정하였다. 본 연구에서는 물과 이산화탄소의 상호 용해력을 높이기 위한 방법의 하나로, 계면활성제 말단기에 fluorocarbon과 같은 작용기를 포함한 경우 이산화탄소에 대한 친화력이 좋으므로 fluorocarbon 기를 갖는 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 계면활성제를 이용하여, 물과 이산화탄소의 마이크로에멀션 현상을 관찰하였다. 물, 계면활성제, 이산화탄소의 양 그리고 물에 대한 계면활성제의 몰 비(W_o = 물의 몰 수/계면활성제의 몰 수)를 변화시키면서 이들이 마이크로에멀션 형성에 미치는 영향을 고찰하였다.

제안 방법

)값에서 형성된 마이크로에멀션의 구름점을 살펴보았다. W_o값을 83, 88 로 고정하고 이산화탄소의 양을 증가시킴에 따라 이산화탄소에 대한 물과 계면활성제의 농도를 동시에 변화되는 현상을 살펴보았다. 이산화탄소의 양이 가장 적을 때 마이크로에멀션의 구름점는 가장 높은 압력을 나타내었고, 가장 양이 많을때 가장 낮은 압력을 나타내었다.
구축된 고압 상평형 측정 장치의 건전성을 확립하기 위해 CO₂+에탄올계의 기-액 상평형 데이터와 문헌에 보고되는 데이터와 측정된 데이터를 비교하였다[14]. 303.
다양한 몰 비(W_o = 물의 몰수/계면활성제의 몰수)를 변화 시켜 각각의 경우에 대하여 구름점의 변화를 살펴보았다. 실험조건은 Table 3에 나타내었다.
본 연구에서는 물과 이산화탄소의 상호 용해력을 높이기 위한 방법의 하나로, 계면활성제 말단기에 fluorocarbon과 같은 작용기를 포함한 경우 이산화탄소에 대한 친화력이 좋으므로 fluorocarbon 기를 갖는 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 계면활성제를 이용하여, 물과 이산화탄소의 마이크로에멀션 현상을 관찰하였다. 물, 계면활성제, 이산화탄소의 양 그리고 물에 대한 계면활성제의 몰 비(W_o = 물의 몰 수/계면활성제의 몰 수)를 변화시키면서 이들이 마이크로에멀션 형성에 미치는 영향을 고찰하였다.
실험조건은 Table 3에 나타내었다. 물과 계면활성제의 몰 비 (W_o)를 1.02, 1.36, 1.59, 1.64의 비율로 변화시켜 단일상의 마이크로에멀션을 형성시켰으며 온도범위 318.2 ~ 338.2 K에서 관찰하였을 때 압력 7.83 ~ 17.28 MPa에 이르는 범위에서 구름점을 보였다.
물의 조성이 매우 큰 영역에서 일정한 몰 비(W_o)값에서 형성된 마이크로에멀션의 구름점을 살펴보았다. W_o값을 83, 88 로 고정하고 이산화탄소의 양을 증가시킴에 따라 이산화탄소에 대한 물과 계면활성제의 농도를 동시에 변화되는 현상을 살펴보았다.
이런 연구 중의 하나로, 무극성인 이산화탄소를 연속상으로 하여, 물과 같은 극성 물질을 나노미터나 마이크로미터 사이즈의 미세입자로 분산 시키는 에멀션에 관한 연구가 이루어지고 있다[8-10]. 실제 공정의 적용에 있어서 물 + 계면활성제 + 이산화탄소 계의 상거동에 대한 연구가 선행되어야 하므로 계면활성제를 포함한 혼합물의 상거동을 측정하였다. 본 연구에서는 물과 이산화탄소의 상호 용해력을 높이기 위한 방법의 하나로, 계면활성제 말단기에 fluorocarbon과 같은 작용기를 포함한 경우 이산화탄소에 대한 친화력이 좋으므로 fluorocarbon 기를 갖는 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 계면활성제를 이용하여, 물과 이산화탄소의 마이크로에멀션 현상을 관찰하였다.
친환경적인 용매로 주목받고 있는 이산화탄소를 이용한 초임계 공정에서 극성 물질에 대한 용해도를 높이기 위한 방법으로 적절한 계면활성제를 활용하는 방안이 부각되고 있다. 초임계공정에 계면활성제로 상용화 될 수 있는 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 계면활성제를 선정하여 제한된 조업 조건에서 상전이에 해당하는 구름점을 측정하였다. 계면활성제에 대한 상전이 압력의 상대적인 값을 비교하여 새로운 초임계 공정설계에 적합한 계면활성제의 선정에 활용될 수 있다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 고압 상거동의 실험장치는 가변부피 반응 셀을 이용한 장치이다[11-14]. 이 장치는 기체-액체 혼합물의 기포점 데이터를 약 50 MPa 근처까지 실험을 수행하여 얻을 수 있다.
사용한 물은 HPLC급( ≥ 99.9%, Arcos, (USA))을 사용 하였다.
9%, Arcos, (USA))을 사용 하였다. 시험에 사용된 모든 물질은 정제 없이 사용하였다. 사용된 시료의 열역학적 물성을 Table 1에 나타내었다.
실험에 사용된 물질로는 이산화탄소(≥99.999%, Dong-Jin Trading Co. (Korea))를 사용하였고, 계면활성제로 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol (TCI CO LTD, (Japan))사용하였다.

성능/효과

물과 이산화탄소간의 마이크로에멀션을 형성시키기 위해서 첨가되는 계면활성제(2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol)의 이산화탄소 내에서 용해력을 확인하기 위하여 이산화탄소와 계면활성제의 농도를 다르게 하여 온도범위 313.2 ~ 353.2 K 에서 측정하였을 때 8.35 ~ 12.69 MPa의 압력범위에서 구름점을 얻었다. 이산화탄소의 몰분율이 증가할수록 구름점 압력은 점점 높아짐을 볼 수 있었다.
실험 결과를 보면 몰 비(W_o)와 이산화탄소의 몰분율이 커짐에 따라 구름점의 압력이 점점 증가하는 경향을 보였다. 4가지 다른 조성에서 온도변화에 따른 구름점 압력변화는 Figure 4에 나타내었다.
69 MPa의 압력범위에서 구름점을 얻었다. 이산화탄소의 몰분율이 증가할수록 구름점 압력은 점점 높아짐을 볼 수 있었다. 실험조건은 Table 2에 나타내 었으며 실험결과는 Figure 3에 나타내었다.
W_o값을 83, 88 로 고정하고 이산화탄소의 양을 증가시킴에 따라 이산화탄소에 대한 물과 계면활성제의 농도를 동시에 변화되는 현상을 살펴보았다. 이산화탄소의 양이 가장 적을 때 마이크로에멀션의 구름점는 가장 높은 압력을 나타내었고, 가장 양이 많을때 가장 낮은 압력을 나타내었다. 실험결과는 Figure 5에 나타내었다.
1 K에서 측정된 기-액평형 데이터는 문헌의 데이터와 잘 일치하였다. 측정된 이산화 탄소 액상 조성 데이터는 상태방정식의 상관 결과와 오차 평균 0.01 이내로 일치함을 확인하여 장치의 신뢰성을 확인하였다.

후속연구

초임계공정에 계면활성제로 상용화 될 수 있는 2,2,3,3,3-Pentafluoro-1-propanol 계면활성제를 선정하여 제한된 조업 조건에서 상전이에 해당하는 구름점을 측정하였다. 계면활성제에 대한 상전이 압력의 상대적인 값을 비교하여 새로운 초임계 공정설계에 적합한 계면활성제의 선정에 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초임계 이산화탄소 연구의 예시는?	초임계 이산화탄소를 이용한 마이 크로에멀션은 적은에너지 사용(건조가 필요없음), 환경친화성, 마이크로에멀션의 높은 수용력, 밀도조절에 의한 오염물의 선택성, 향상된 세정 및 추출효율(높은 침투력, 낮은점도) 등의 장점을 가지고 있다. 이런 연구 중의 하나로, 무극성인 이산화탄소를 연속상으로 하여, 물과 같은 극성 물질을 나노 미터나 마이크로미터 사이즈의 미세입자로 분산 시키는 에멀 션에 관한 연구가 이루어지고 있다[8-10]. 실제 공정의 적용에 있어서 물 + 계면활성제 + 이산화탄소 계의 상거동에 대한 연구가 선행되어야 하므로 계면활성제를 포함한 혼합물의 상거동을 측정하였다.
	이산화탄소의 장점은?	초임계 공정에서 널리 사용되고 있는 이산화탄소는 값이 저렴하고, 비연성, 무독성, 화학적 비활성, 재활용성 그리고 초임계 상태에 용이하게 접근할 수 있는 등 여러 장점들로 인해 공업적으로 널리 이용되고 있는 물질이다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, 이산화탄소가 극성 물질에 대한 용해 력이 거의 없는 무극성 유체이기 때문에 용매로서 이산화탄 소를 이용한 응용분야의 개발이 늦어지고 있다[1-5].
	이산화탄소의 단점은?	초임계 공정에서 널리 사용되고 있는 이산화탄소는 값이 저렴하고, 비연성, 무독성, 화학적 비활성, 재활용성 그리고 초임계 상태에 용이하게 접근할 수 있는 등 여러 장점들로 인해 공업적으로 널리 이용되고 있는 물질이다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, 이산화탄소가 극성 물질에 대한 용해 력이 거의 없는 무극성 유체이기 때문에 용매로서 이산화탄 소를 이용한 응용분야의 개발이 늦어지고 있다[1-5]. 이산화탄소에 비극성이나 극성이 낮은 저분자 물질이 주요 대상 물질로 사용되고 있으며, 초임계 이산화탄소에 대하여 용해도가 작은 극성 물질이나 높은 분자량의 물질의 적용이 제한적 이다.

참고문헌 (14)

Taylor, L. T., Supercritical Fluid Extraction, John Wiley & Sons, New York, 3 (1996).
DeSimone, J. M., Guan, Z., and Elsbernd, C. S., "Synthesis of Fluoropolymers in Supercritical Carbon Dioxide," Science, 257, 945-946 (1992).

상세보기
Savage, P. E., Gopalan, S., Mizan, T. I., Martino, C. J., and Brock, E. E., "Reaction at Supercritical Conditions; Applications and Fundamentals," AICHE J., 41(7), 1723(1995).
Kajimoto, O., "Solvation in Supercritical Fluids: Its Effects on Energy Transfer and Chemical Reactions," Chem. Rev., 99(2), 355-389(1999).
Reverchon, E., Dellaporta, C., Ditrolio, A., and Pace, S., "Supercritical Anti-solvent Precipitation of Nano-particles of Superconductor Precursors," Ind. Eng. Chem. Res., 37(3) 952-958(1998).

상세보기
Consani, K. A., and Smith, R. D., "Observations on the Solubility of Surfactants and Related Molecules in Carbon Dioxide at $50^{\circ}C$ ," J. Supercrit. Fluids, 3(2), 51-65(1990).
Lee, C. T., Petros, J. P., Psathas, A., Johnston, K. P., and de Grazia, T. W. R., "Water in Carbon Emulsions; Formation and Stability," Langmuir, 15, 6781-6791(1997).
Hoefling, T. A., Erick, R. M., and Beckman, E. J., "Microemulsions in Near-Critical and Supercritical Carbon Dioxide," J. Phys. Chem., 95, 7127-7129(1991).
Johnston, K. P., Harrison, K. L., Clarke, M. J., Howdle, S. M., Heitz, M. P., Bright, F. V., Carlier, C., and Randolph, T. W., "Water in Carbon Dioxide Microemulsions-An Environment for Hydrophiles Including Properties," Science, 271, 624-626(1996).
Shim, J. J., Matthew, Z. Y., and Johnston, K. P., "Latexes Formed by Rapid Expansion of Polymer/ $CO_2$ Suspensions into Water. 1. Hydrophilic Surfactant in Supercritical $CO_2$ ," Ind. Eng. Chem. Res., 40, 536-543(2001).

상세보기
Ohde, H., Hunt, F., Kihara, S., and Wai, C. M., "Voltammetric Measurement in Supercritical $CO_2$ Utilizing a Water-in- $CO_2$ Microemulsion," Anal. Chem., 72, 4738-4741(2000).

상세보기
McHugh, M. A., and Krukonis, V., J. Supercritical Fluid Extraction: Principles and Practice, 2nd ed., Butterworth- Heinemann, Boston(1994).
Lee, J. M., Lee, B. C., and Lee, S. H., "Cloud Points of Biodegradable Polymers in Compressed Liquid and Supercritical Chlorodifluoromethane," J. Chem. Eng. Data, 45(5), 851(2000).

상세보기
Han, J. M., Shin, H. Y., Min, B. M., Han, K. H., Cho, A., "Measurement and Correlation of High Pressure Phase Behavior of Carbon Dioxide + Water System," J. Ind. Eng. Chem., 15(2), 212-216 (2009).

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증