국문 우주항공 분야에서 널리 쓰이고 있는 하이드라진[hydrazine, $N_2H_4$]은 로켓연료로 사용되는 대표적인 추진제이지만 환경에 유해하고 독성이 강하다는 단점이 존재한다. 따라서 친환경적이고 독성이 적은 추진제가 다양하게 개발되고 있다. 본 연구에서는 수산화아민[hydroxylamine, $NH_2OH$]을 출발물질로 하여, 질산[nitric acid, $HNO_3$]과 산-염기 반응을 통해 얻어지는 친환경 추진제 HAN[hydroxylammonium nitrate, $NH_3OHNO_3$]의 물리 화학적 특성에 대하여 적외선분광법을 이용하여 합성물의 조성, 화학구조 및 작용기를 관찰하였고, 열중량분석을 통해 HAN의 분해온도를 확인하였다. 이온 크로마토그래피를 통해 합성한 HAN에 함유되어 있는 질산이온의 함량을 측정하였다. 즉, N-H와 N-O의 IR peak가 $3161cm^{-1}$와 $1324cm^{-1}$에서 각각 나타나는 것을 통해 생성한 화합물이 HAN임을 확인하였고, pH 5-7 근처에서 합성한 HAN은 분해온도가 $120-140^{\circ}C$인 반면, pH 8 정도인 HAN은 분해온도가 $140^{\circ}C$ 이상임을 알 수 있었다. 한편, pH 6-7 사이에서 HAN을 합성하였을 때, 가장 높은 질산이온의 농도는 70%인 것으로 나타났다.
국문 우주항공 분야에서 널리 쓰이고 있는 하이드라진[hydrazine, $N_2H_4$]은 로켓연료로 사용되는 대표적인 추진제이지만 환경에 유해하고 독성이 강하다는 단점이 존재한다. 따라서 친환경적이고 독성이 적은 추진제가 다양하게 개발되고 있다. 본 연구에서는 수산화아민[hydroxylamine, $NH_2OH$]을 출발물질로 하여, 질산[nitric acid, $HNO_3$]과 산-염기 반응을 통해 얻어지는 친환경 추진제 HAN[hydroxylammonium nitrate, $NH_3OHNO_3$]의 물리 화학적 특성에 대하여 적외선분광법을 이용하여 합성물의 조성, 화학구조 및 작용기를 관찰하였고, 열중량분석을 통해 HAN의 분해온도를 확인하였다. 이온 크로마토그래피를 통해 합성한 HAN에 함유되어 있는 질산이온의 함량을 측정하였다. 즉, N-H와 N-O의 IR peak가 $3161cm^{-1}$와 $1324cm^{-1}$에서 각각 나타나는 것을 통해 생성한 화합물이 HAN임을 확인하였고, pH 5-7 근처에서 합성한 HAN은 분해온도가 $120-140^{\circ}C$인 반면, pH 8 정도인 HAN은 분해온도가 $140^{\circ}C$ 이상임을 알 수 있었다. 한편, pH 6-7 사이에서 HAN을 합성하였을 때, 가장 높은 질산이온의 농도는 70%인 것으로 나타났다.
Hydrazine[$N_2H_4$] is a typical propellant for a rocket fuel in the field of aerospace. Since it is very toxic and harmful to the environment, various environmentally-friendly propellants have been developed. In this study, relatively a safe propellant, hydroxylammonium nitrate[$NH_...
Hydrazine[$N_2H_4$] is a typical propellant for a rocket fuel in the field of aerospace. Since it is very toxic and harmful to the environment, various environmentally-friendly propellants have been developed. In this study, relatively a safe propellant, hydroxylammonium nitrate[$NH_3OHNO_3$], was prepared via a neutralization reaction of hydroxylamine[$NH_2OH$] and nitric acid[$HNO_3$]. FT-IR was used to analyze the chemical composition, chemical structure and functional groups of HAN. Thermogravimetric analysis showed the decomposition temperature of HAN. Ion chromatography was also used to evaluate the content of nitrate ions. It was proved that the peaks of FT-IR at $3161cm^{-1}$ and $1324cm^{-1}$ indicates the functionalities of N-H and N-O present in HAN. The decomposition temperature of HAN synthesized at pH 5 to 7 was $120-140^{\circ}C$, and pH 8 resulted in higher decomposition temperature than $140^{\circ}C$. Meanwhile, the sample obtained from pH 6-7 showed the concentration of nitric acid ion with 70%.
Hydrazine[$N_2H_4$] is a typical propellant for a rocket fuel in the field of aerospace. Since it is very toxic and harmful to the environment, various environmentally-friendly propellants have been developed. In this study, relatively a safe propellant, hydroxylammonium nitrate[$NH_3OHNO_3$], was prepared via a neutralization reaction of hydroxylamine[$NH_2OH$] and nitric acid[$HNO_3$]. FT-IR was used to analyze the chemical composition, chemical structure and functional groups of HAN. Thermogravimetric analysis showed the decomposition temperature of HAN. Ion chromatography was also used to evaluate the content of nitrate ions. It was proved that the peaks of FT-IR at $3161cm^{-1}$ and $1324cm^{-1}$ indicates the functionalities of N-H and N-O present in HAN. The decomposition temperature of HAN synthesized at pH 5 to 7 was $120-140^{\circ}C$, and pH 8 resulted in higher decomposition temperature than $140^{\circ}C$. Meanwhile, the sample obtained from pH 6-7 showed the concentration of nitric acid ion with 70%.
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문제 정의
2와 3에서 비교한 스펙트럼에서 볼 수 있듯이 초기 반응 물질인 수산화아민에 존재하는 N-H 및 O-H 작용기의 peak spectrum은 3244 cm-1와 1605 cm-1에서 각각 나타났고, 본 연구에서 합성한 HAN에서는 3324 cm-1와 1608 cm-1에서 발현함으로써 상대적인 peak spectrum과 유사하였다. 그러므로 분자 상호간에 존재하는 N-H peak spectrum을 비교해봄으로써 이온성 HAN의 존재 여부를 확인할 수 있었다. 실제로 N-H, O-H, 그리고 N-O peak은 이론적으로 3,500-3,200 cm-1, 1,600-1,400 cm-1, 1,400-1,300 cm-1에서 각각 나타나는 것으로 알려져 있다 [19].
또한 질산을 시작물질로 하여 반응기 내에서 반응을 시작할 경우 수산화아민을 적가하기 전에 질산이 fume을 형성할 수 있으므로 HAN 생성에 오히려 효율적이지 않다. 따라서 본 연구에서는 수산화아민을 시작물질로 사용함으로써 보다 더 일정한 농도의 HAN을 형성시키고자 하였다.
수산화아민이 담긴 3-neck 플라스크에 질산을 천천히 적가(1 ml/min)하였고, 합성 반응기 내부의 온도를 50℃ 미만으로 유지하기 위해 thermocouple을 삽입하여 온도변화를 주의 깊게 관찰하였다. 본 연구에서는 pH에 따른 HAN 화합물의 특성을 살펴보기 위해 질산의 적가량을 조절하면서 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 수용액상의 하이드록실아민과 질산을 혼합하여 HAN을 합성해내는 간단한 공정을 고찰하였다. 합성반응은 고농도(95%)의 질산으로부터 시작하여 고함량의 HAN을 추출할 수 있도록 하였다.
액상으로 존재하는 이온성 HAN 화합물의 합성 여부를 관찰하기 위하여 적외선분광법으로 물질의 화학 작용기를 추적해보았다. Fig.
일반적으로 HAS(hydroxylammonium sulfate)를 끓는 포화 질산바륨 용액과 화학 양론적으로 반응시켜 HAN을 합성하는 방법은 초기 단계에서 barium 염이 생성되어 최종적인 HAN의 순도가 낮아지는 문제점과 합성과정 중 형성되는 황산바륨 부산물을 제거해야 한다는 문제점이 공존하고 있다. 이러한 문제점을 극복하고자 본 연구에서는 액상의 수산화아민[HA, NH2OH]을 시작물질로 하여 중간생성물의 형성을 최대한 차단하고자 하였다. 즉, 반응식 (1)에서와 같이 수용액상 수산화아민을 시작물질로 선택하고, 질산을 투입하여 중화시키면서 산-염기 반응을 유도하여 합성시켰다 [12-13].
친환경 추진제의 원료물질인 HAN 화합물의 특성을 파악하고, 합성여부를 판단하기 위하여 적외선분광법(IR)을 이용하여 화학작용기를 관찰하였고, 수용액의 밀도를 측정하여 함유량을 평가하였다. 초기 반응물질과 peak spectrum이 유사하게 발현할 수 있는 화학적 구조를 가진 화합물(ammonium nitrate, potassium nitrate)을 비교함으로써 본 연구에서 합성한 화합물이 HAN 형태로 옳게 구성되어있는지 확인하였다. 또한 합성한 HAN 화합물의 수용액상 pH 변화에 따른 밀도와 함량을 측정하여 HAN 합성을 위한 적정한 pH를 도출하였으며, 6.
0 M 수준으로 준비하여 식(3)을 이용하여 HAN의 농도 값과 IC분석을 통해 도출한 질산이온의 함량을 Table 5에 각각의 방법으로 요약하였다. 특정한 농도의 HAN 화합물 생성에 필요한 질산이온의 함량을 고찰하기 위해 각 시료에 대해서 질산이온과 HAN의 농도를 측정하고, 산출하고자 하였다. 이에 근거하여 질산이온 농도로부터 역산을 통해 HAN 수용액 내에 해리된 질산이온의 함량을 계산하였다.
제안 방법
HAN 화합물을 합성하기 위하여 수산화아민[assay-50%, hydroxylamine, NH2OH, U.S Sigma-aldrich]과 상업용 질산[assay-60%, nitric acid, HNO3, DAEJUNG Chemical & Metals Co., Ltd.]을 고농도 황산[sulfuric acid, H2SO4]과의 탈수반응으로 고순도의 질산을 추출하였다.
이온 크로마토그래피[Ion chromatography, 883 basic IC plus, Metrohm, Swiss]는 수용액의 pH에 따른 질산의 함량을 산출하여 수용액상의 HAN의 농도를 평가하였다. 동시에 수용액상에 존재하는 HAN의 상대적인 함량을 비중병을 이용하여 측정할 수 있는 밀도로부터 경험식(3)을 적용하여 계산하였다 [15].
따라서 본 연구에서는 PTEE 소재의 membrane filter를 사용하여 미량의 금속성분 및 기타 불순물을 여과해 내었다. 이 결과로 일차적으로 생성된 assay-95% 농도의 질산과 불순물이 제거된 고순도의 수산화아민으로부터 합성을 진행하였다.
생성된 HAN 물질에 대한 합성 여부는 적외선 분광기[FT-IR, Spectrum One System, PerkinElmer, USA]를 이용하여 수용액 내부에 존재하는 ‘N-H’와 ‘N-O’의 작용기를 검출함으로써 평가하였다. 또한 유사한 구조를 가진 암모늄나이트레이트와 수산화아민, 하이드록실아민설페이트와 비교하여 이온상 HAN을 정량적으로 분석해보았다. 합성한 HAN의 열분해 온도는 열중량분석기[Thermogravimetric analysis, TGA A-1500, USA]를 이용하여 측정해보았다.
실제로는 과량의 질산을 가함으로써 수용액상 반응액의 pH는 2에서 3에 가깝게 나타났다. 본 연구에서는 HAN의 합성수율을 최대한 높이기 위하여 노력하였으며, 이상적인 수산화아민과 질산의 양론비는 1:1 (몰 비율)로서 혼합액의 pH가 2-3에 접근하는 중화반응이 기본이지만, pH의 안정성을 위해 6-7사이의 HAN을 제조하였을 때의 최대 농도를 나타내었다 [16].
생성된 HAN 물질에 대한 합성 여부는 적외선 분광기[FT-IR, Spectrum One System, PerkinElmer, USA]를 이용하여 수용액 내부에 존재하는 ‘N-H’와 ‘N-O’의 작용기를 검출함으로써 평가하였다.
이 결과로 일차적으로 생성된 assay-95% 농도의 질산과 불순물이 제거된 고순도의 수산화아민으로부터 합성을 진행하였다. 수산화아민이 담긴 3-neck 플라스크에 질산을 천천히 적가(1 ml/min)하였고, 합성 반응기 내부의 온도를 50℃ 미만으로 유지하기 위해 thermocouple을 삽입하여 온도변화를 주의 깊게 관찰하였다. 본 연구에서는 pH에 따른 HAN 화합물의 특성을 살펴보기 위해 질산의 적가량을 조절하면서 실험을 진행하였다.
수용액상 HAN 화합물에 존재하는 질산이온을 정량적으로 측정하기 위하여 IC 분석을 시행하였다. 본 연구에서는 공업용 질산(60%)은 6.
5는 본 연구에서 합성한 수용액상 HAN 화합물의 pH별 분해온도를 비교한 결과이다. 수용액의 pH에 따라 포함되어 있는 수분의 양도 다르기 때문에 pH 5에서 8까지 시료를 준비하여 200℃까지 가열하며 분해되는 과정을 살펴보았다. 분석결과, HAN의 분해온도는 pH 7주변에서 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 PTEE 소재의 membrane filter를 사용하여 미량의 금속성분 및 기타 불순물을 여과해 내었다. 이 결과로 일차적으로 생성된 assay-95% 농도의 질산과 불순물이 제거된 고순도의 수산화아민으로부터 합성을 진행하였다. 수산화아민이 담긴 3-neck 플라스크에 질산을 천천히 적가(1 ml/min)하였고, 합성 반응기 내부의 온도를 50℃ 미만으로 유지하기 위해 thermocouple을 삽입하여 온도변화를 주의 깊게 관찰하였다.
이에 근거하여 질산이온 농도로부터 역산을 통해 HAN 수용액 내에 해리된 질산이온의 함량을 계산하였다. 이를 통해 수용액 내에 존재하는 질산이온의 함량과 HAN의 함량을 비교할 수 있었다. HAN은 [NH3OH+-NO3-]형태의 ionic liquid 화합물이므로 수용액 상에서 NO3-의 형태로 해리가 되거나 결합하는 상태로 존재한다.
특정한 농도의 HAN 화합물 생성에 필요한 질산이온의 함량을 고찰하기 위해 각 시료에 대해서 질산이온과 HAN의 농도를 측정하고, 산출하고자 하였다. 이에 근거하여 질산이온 농도로부터 역산을 통해 HAN 수용액 내에 해리된 질산이온의 함량을 계산하였다. 이를 통해 수용액 내에 존재하는 질산이온의 함량과 HAN의 함량을 비교할 수 있었다.
합성한 HAN의 열분해 온도는 열중량분석기[Thermogravimetric analysis, TGA A-1500, USA]를 이용하여 측정해보았다. 이온 크로마토그래피[Ion chromatography, 883 basic IC plus, Metrohm, Swiss]는 수용액의 pH에 따른 질산의 함량을 산출하여 수용액상의 HAN의 농도를 평가하였다. 동시에 수용액상에 존재하는 HAN의 상대적인 함량을 비중병을 이용하여 측정할 수 있는 밀도로부터 경험식(3)을 적용하여 계산하였다 [15].
Table 1은 질산의 적가량에 따라 변화하는 수용액의 pH 값을 요약한 결과이다. 이온성 화합물의 특성상, 중화적정 단계에서 생성되는 원리에 기초해서 중성인 pH 7 주변에 대하여 집중적으로 고찰하였다. 얻어진 시료의 pH는 5.
친환경 추진제의 원료물질인 HAN 화합물의 특성을 파악하고, 합성여부를 판단하기 위하여 적외선분광법(IR)을 이용하여 화학작용기를 관찰하였고, 수용액의 밀도를 측정하여 함유량을 평가하였다. 초기 반응물질과 peak spectrum이 유사하게 발현할 수 있는 화학적 구조를 가진 화합물(ammonium nitrate, potassium nitrate)을 비교함으로써 본 연구에서 합성한 화합물이 HAN 형태로 옳게 구성되어있는지 확인하였다.
본 연구에서는 수용액상의 하이드록실아민과 질산을 혼합하여 HAN을 합성해내는 간단한 공정을 고찰하였다. 합성반응은 고농도(95%)의 질산으로부터 시작하여 고함량의 HAN을 추출할 수 있도록 하였다. 이는 단일액상추진제를 제조 시, 추진제의 self-sustaining combustion을 조절하기 위해 HAN의 수분함량을 최소화할 수 있는 과정이다 [17].
또한 유사한 구조를 가진 암모늄나이트레이트와 수산화아민, 하이드록실아민설페이트와 비교하여 이온상 HAN을 정량적으로 분석해보았다. 합성한 HAN의 열분해 온도는 열중량분석기[Thermogravimetric analysis, TGA A-1500, USA]를 이용하여 측정해보았다. 이온 크로마토그래피[Ion chromatography, 883 basic IC plus, Metrohm, Swiss]는 수용액의 pH에 따른 질산의 함량을 산출하여 수용액상의 HAN의 농도를 평가하였다.
성능/효과
액상으로 존재하는 이온성 HAN 화합물의 합성 여부를 관찰하기 위하여 적외선분광법으로 물질의 화학 작용기를 추적해보았다. Fig. 2와 3에서 비교한 스펙트럼에서 볼 수 있듯이 초기 반응 물질인 수산화아민에 존재하는 N-H 및 O-H 작용기의 peak spectrum은 3244 cm-1와 1605 cm-1에서 각각 나타났고, 본 연구에서 합성한 HAN에서는 3324 cm-1와 1608 cm-1에서 발현함으로써 상대적인 peak spectrum과 유사하였다. 그러므로 분자 상호간에 존재하는 N-H peak spectrum을 비교해봄으로써 이온성 HAN의 존재 여부를 확인할 수 있었다.
초기 수산화아민의 pH는 9이고, 사용한 질산의 pH 값은 1로서 질산에 포함된 수소이온의 양에 따라 수용액상 HAN의 pH가 낮아지게 된다. 관찰한 결과, HAN의 합성에 유효한 pH 값은 6.9-7.2 인 것으로 사료된다. 이론상 100% 반응한 HAN을 생성시키기 위해 수산화아민과 질산은 양론비적으로 1 : 1몰의 반응을 유도함으로써 얻은 pH 값은 7에 가까울 것이다.
HAN은 [NH3OH+-NO3-]형태의 ionic liquid 화합물이므로 수용액 상에서 NO3-의 형태로 해리가 되거나 결합하는 상태로 존재한다. 따라서 IC를 통해 질산이온의 함량을 분석하여 실제 첨가한 질산이온의 양을 도출할 수 있었고 그에 따른 수용액 내 HAN의 농도를 도출할 수 있다. pH 5.
실제로 N-H, O-H, 그리고 N-O peak은 이론적으로 3,500-3,200 cm-1, 1,600-1,400 cm-1, 1,400-1,300 cm-1에서 각각 나타나는 것으로 알려져 있다 [19]. 따라서 N-H 작용기는 황산염수산화아민[Hydroxylamine sulfate, (NH3OH)2SO4]과 질산암모늄[Ammonium nitrate, NH4NO3]을 분석해봄으로써 간접적으로 재확인할 수 있었다.
또한 작용기 ‘N-O’의 존재는 Fig. 3에 함께 측정한 질산칼륨[Potassium nitrate, KNO3]과 질산암모늄[Ammonium nitrate, NH4NO3]의 peak spectrum을 관찰하여 확인할 수 있었고, 실제로 두 가지 작용기 모두 참고물질과 매우 유사한 범위에서 발현하고 있었다.
초기 반응물질과 peak spectrum이 유사하게 발현할 수 있는 화학적 구조를 가진 화합물(ammonium nitrate, potassium nitrate)을 비교함으로써 본 연구에서 합성한 화합물이 HAN 형태로 옳게 구성되어있는지 확인하였다. 또한 합성한 HAN 화합물의 수용액상 pH 변화에 따른 밀도와 함량을 측정하여 HAN 합성을 위한 적정한 pH를 도출하였으며, 6.9에서 7.2 사이의 pH에서 가장 높은 밀도값(1.39 g/cm3)과 함량(60%)이 얻어짐을 알 수 있었다. 또한, pH7.
분석결과, HAN의 분해온도는 pH 7주변에서 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한, pH 5에서 얻어지는 물질의 분해 온도는 다른 pH값의 시료보다 상대적으로 높았으며, 질산을 과량으로 투입하여 낮은 pH를 유지하면 오히려 HAN의 분해를 촉진할 것이라는 사실을 확인할 수 있었다.
39 g/cm3)과 함량(60%)이 얻어짐을 알 수 있었다. 또한, pH7.06의 수용액에서 질산이온을 배경으로 하는 IC 측정결과 HAN의 함량이 70%로서 밀도기준 함량과 10% 차이를 나타내고 있었다. 한편, TG를 이용한 열분해 시험결과, 수용액의 pH가 7 주변인 시료가 가장 낮은 온도에서 분해되는 것을 알 수 있었는 바, 높은 함량에서 불안정한 상 안정성의 가능성을 보여주고 있다.
39 g/ml 의 밀도로 가장 높은 함량인 60%로 나타났다. 본 연구 과정에서의 실제 실험상의 오차를 고려하면 유효한 pH 범위는 6.9-7.2 인 것으로 판단되었다.
한편, 수용액을 감압하에서 농축시키면 겔 상태로 변화되고, 최대 80% 함량의 HAN 화합물을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 HAN의 조해성으로 인하여 용매를 최대한 증발시켰을 때 얻을 수 있는 최대함량은 80%를 넘을 수 없었다.
수용액상 HAN 화합물에 존재하는 질산이온을 정량적으로 측정하기 위하여 IC 분석을 시행하였다. 본 연구에서는 공업용 질산(60%)은 6.0 x 105 ppm의 질산이온을 함유하고 있다. Table 4에 요약한 분석결과를 보면 pH 7 주변에서 얻은 수용액은 8.
수용액의 pH에 따라 포함되어 있는 수분의 양도 다르기 때문에 pH 5에서 8까지 시료를 준비하여 200℃까지 가열하며 분해되는 과정을 살펴보았다. 분석결과, HAN의 분해온도는 pH 7주변에서 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한, pH 5에서 얻어지는 물질의 분해 온도는 다른 pH값의 시료보다 상대적으로 높았으며, 질산을 과량으로 투입하여 낮은 pH를 유지하면 오히려 HAN의 분해를 촉진할 것이라는 사실을 확인할 수 있었다.
에 요약한 바와 같이 pH가 7에 접근한 시료(K-HAN6)의 HAN 함량은 60%로서 가장 높았다. 수산화아민의 비율이 높아질수록 pH 값은 계속 증가하지만, 오히려 HAN의 함량은 다시 낮아지는 것을 알 수 있었다. 한편, 수용액을 감압하에서 농축시키면 겔 상태로 변화되고, 최대 80% 함량의 HAN 화합물을 얻을 수 있었다.
한편, 물과 함께 공존하는 HAN 용액 내에 있는 질산이온의 절대농도를 측정함으로써, 이온상태로 해리된 HAN의 농도를 예상할 수 있을 것으로 판단된다. 즉, 질산과 수산화아민은 각각의 고유한 pH 값을 가지므로, 반응물의 첨가농도에 따라 중화반응 후에 생성될 수 있는 HAN의 pH값을 측정하고, pH에 따른 HAN 함량을 산출할 수 있을 것으로 사료된다.
06의 수용액에서 질산이온을 배경으로 하는 IC 측정결과 HAN의 함량이 70%로서 밀도기준 함량과 10% 차이를 나타내고 있었다. 한편, TG를 이용한 열분해 시험결과, 수용액의 pH가 7 주변인 시료가 가장 낮은 온도에서 분해되는 것을 알 수 있었는 바, 높은 함량에서 불안정한 상 안정성의 가능성을 보여주고 있다.
수산화아민의 비율이 높아질수록 pH 값은 계속 증가하지만, 오히려 HAN의 함량은 다시 낮아지는 것을 알 수 있었다. 한편, 수용액을 감압하에서 농축시키면 겔 상태로 변화되고, 최대 80% 함량의 HAN 화합물을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 HAN의 조해성으로 인하여 용매를 최대한 증발시켰을 때 얻을 수 있는 최대함량은 80%를 넘을 수 없었다.
후속연구
한편, 물과 함께 공존하는 HAN 용액 내에 있는 질산이온의 절대농도를 측정함으로써, 이온상태로 해리된 HAN의 농도를 예상할 수 있을 것으로 판단된다. 즉, 질산과 수산화아민은 각각의 고유한 pH 값을 가지므로, 반응물의 첨가농도에 따라 중화반응 후에 생성될 수 있는 HAN의 pH값을 측정하고, pH에 따른 HAN 함량을 산출할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
친환경 저독성 단일계 액상추진제로 연구 중인 물질 중 HAN은 어떤 형태로 존재하는가?
그러나 하이드라진은 REACH(Registration Evaluation Authorization and Restriction of Chemicals)에 “Annex XIV”로 분류된 맹독성 물질로 분류되고 있는바 [3], 세계적으로 대체 물질을 연구 중이며, 최근 해외에서 안전성과 취급이 상대적으로 우수한 HAN, HNF 및 ADN 기반 친환경 저독성의 단일계 액상 추진제가 활발히 개발되고 있다 [3,4,5,6,7]. 이 가운데 HAN은 연료성분인 질소와 산화제로서의 산소 및 수소가 혼합된 이온성 액상 산화제로 용액 내에서 NH3OH+ 과 NO3- 와 같은 이온 형태로 해리되어 있기도 하고, NH3OHNO3의 형태로 결합해 있기도 하다[2].
HAN 화합물 계열의 추진제의 장점은?
HAN 화합물 계열의 추진제는 발암물질이나 돌연변이 유발물질과 관련이 없고, 연소가스 또한 독성(LD50)이 거의 없으므로 환경친화적인 특성이 있으며, 비추력(Isp) 특성이 우수하고(210-276 s) 하이드라진에 비해 낮은 빙점(frozen point)과 높은 밀도(density)를 갖는 등 물리적인 특성 또한 우수하다. 산소 평형(oxygen balance)은 추진제의 성능을 평가하는 방법의 하나로, HAN 화합물은 이온성 액상 추진제(Ionic liquid fuel)로서 적용 시, 최적의 성능을 발휘할 수 있는 충분한 산소량을 보유하고 있다 [8].
단일계 액상추진제로 사용되는 고 에너지물질은?
3차 폭발물로 정의될 수 있는 고함량의 산소 평형을 가지는 물질로서 현재 알려진 고에너지 물질은 ADN[ammonium dinitramide, NH4N(NO2)2], HAN[hydroxylammonium nitrate, NH3OHNO3], HNF[Hydrazinium nitroformate, N2H5C(NO2)3] 등이 있고, 이는 주 연료로서 메탄올 등을 첨가하여 단일계 액상추진제(monopropellant)로 쓰이고 있다 [1]. 이들 물질을 고에너지 산화제라고 정의하며, 높은 화학에너지를 저장하고 있는 화합물의 역할을 한다 [2].
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