[논문]온도 조건에 따른 과산화수소의 저장성평가

정승미; 안성용; 권세진

온도 조건에 따른 과산화수소의 저장성평가
Performance Evaluation of Hydrogen Peroxide with Storage Conditions 원문보기

정승미 (한국과학기술원 항공우주공학과) , 안성용 (한국과학기술원 항공우주공학과) , 권세진 (한국과학기술원 항공우주공학과)

최근 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 과산화수소가 친환경 추진제로서 많은 관심을 받고 있다. 추력기용 단일추진제, 이원추진제 로켓의 산화제로 많이 사용되고 있으며, 특히 인공위성 자세제어용 추력기나 미사일과 같은 군사 무기용으로도 사용되게 되었다. 이에 따라 과산화수소를 장시간 보관해둘 필요가 늘어나게 되었고 저장성평가 또한 필요하게 되었다. 이 논문에서는 과산화수소 저장성 평가의 필요성과 저장성 평가를 위한 방법에 관하여 소개 하였다. 현재 진행 중인 기초 저장성평가의 결과를 비교 분석하였다.

Nowadays, as there is so much interest in environment, hydrogen peroxide attracts attention as an eco-propellant. Hydrogen peroxide is widely used for mono-propellant of thruster, and oxidizer of bi-propellant rocket. Especially, it is used as mono-propellant of the thruster for attitude control of satellite and military weapons. So, the need of long time storage of hydrogen peroxide appears and storage test is required. In this paper, necessity of storage test of hydrogen peroxide and some conditions and methods are introduced. In addition, the results of storage tests under some condition are compared and analyzed.

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문제 정의

이 논문에서는 과산화수소의 농도만 측정하여 경과 시간에 따라 비교하는 방법을 제시하였다.

제안 방법

AOL과 Stability를 통해 과산화수소의 안정성을 확인하기 위해 과산화수소를 66℃의 온도에서 일주일동안 보관 후 농도와 무게를 측정하는 방법을 사용한다. 문헌에 의하면 과산화수소를 100℃에서 24 시간동안 저장한 경우와 66℃에서 1주일동안 저장한 경우, 그리고 25℃에서 1 년 동안 저장한 경우의 결과가 동일하기 때문에 위의 다른 두 온도에서 실험하는 것도 가능하다[3].
과산화수소의 보관조건은 0℃ 이하의 냉장고 냉동실과 약 10℃의 냉장고 냉장실, 그리고 상온보관이었다. 저장성 평가를 시작한 시점부터, 1 개월, 2 개월, 4 개월, 8 개월, 12 개월이 되는 시점에 농도를 측정하기로 하고 각각 다섯 개의 바이엘에 과산화수소를 담아 저장성평가를 시작하였다. 사용된 바이엘은 12 시간의 질산세척과 24 시간의 과산화수소 (30%)세척을 거친 후 건조된 것이다.
과산화수소의 보관조건은 약 10℃의 냉장고 냉장실과 상온 보관이었다. 저장성평가를 시작한 시점부터 1 개월, 2 개월, 8 개월, 10 개월, 12 개월, 18 개월이 되는 시점에 농도를 측정하기로 하고 각각 여섯 개의 바이엘에 과산화수소를 담아 저장성 평가를 시작하였다. 사용된 바이엘은 모두 질산으로 세척한 뒤 건조시킨 것이다.

대상 데이터

저장성 평가를 시작한 시점부터, 1 개월, 2 개월, 4 개월, 8 개월, 12 개월이 되는 시점에 농도를 측정하기로 하고 각각 다섯 개의 바이엘에 과산화수소를 담아 저장성평가를 시작하였다. 사용된 바이엘은 12 시간의 질산세척과 24 시간의 과산화수소 (30%)세척을 거친 후 건조된 것이다.

성능/효과

구체적으로 살펴보면 실험 1의 경우 10℃ 정도의 냉장실에서 보관하였을 경우 처음 시작 농도는 88.1%, 그로부터 12개월이 지난 후에는 86.44%로 총 1.66%의 감소를 보인 반면 상온에서 보관한 경우는 시작농도는 88.1%로 동일하였지만 12 개월이 지난후의 농도는 77.63%로 총 10.47%의 감소를 보였다. 실험 2에서 시작 농도는 89.
농도 감소량을 경과한 개월의 평균을 낸 값 또한 실험 1에서는 냉장의 경우 0.3%에서 0.14% 로, 상온의 경우 2.03%에서 0.87%로 감소하였으며, 실험 2에서는 냉동의 경우 0.35%에서 0.3%로, 냉장의 경우에는 0.58%에서 0.15%로, 상온에서는 0.88%에서 0.35%로 변화하여 전체적으로 감소하는 추세를 보였다.
실험 1과 실험 2의 경우 모두 과산화수소는 시간이 경과함에 따라서 분해되어 농도가 감소하는 추세를 보였으며 농도의 감소량을 경과한 개월 수로 평균낸 값도 시간이 지남에 따라 점점 감소하는 경향을 보였다.
실험 1의 경우 저장성평가 시작 후 12 개월이 지난 후 상온에서 보관한 경우의 농도 감소량은 10℃에서 보관한 경우의 감소량의 6 배 이상 되었으며, 실험 2의 경우에도 상온보관과 냉장이나 냉동 보관을 비교해보았을 때 온도가 낮을수록 과산화수소의 저장성이 좋아지는 것을 확인할 수 있었다. 실험 2에서 2 개월과 4 개월경과 후 예상과 다른 결과가 나온 것은 여러 가지 요인이 있을 수 있다.
실험 2에서 시작 농도는 89.37%로 모두 동일하지만 그로부터 4 개월이 지난 뒤 0℃이하에서 보관하였을 경우에는 88.3%로 1.07%의 감소를 보였고 10℃ 냉장 보관 시에는 88.79%의 농도로 0.58% 감소하였으며, 상온 보관 시에는 87.99%로 1.38%의 농도 감소를 보였다.
실험결과 아래의 Fig. 1과 Fig. 3에서 볼 수 있다시피 과산화수소가 분해되어 그 농도는 점점 감소 추세를 보였으며 Fig. 2와 Fig 4에서 볼 수 있는 것과 같이 평균 감소량을 경과한 개월 수의 평균으로 나타낸 것 또한 점점 감소하는 추세를 보였다.

후속연구

앞으로 이번 실험과 같은 장기 과산화수소 저장성평가와 함께 위에서 소개한 AOL과 Stability 를 사용한 단기 과산화수소 저장성평가도 병행할 예정이다. 또한 시편을 사용한 저장성 평가도 시행하여 과산화수소를 이용한 시스템 구성을 위한 물질에 대한 연구도 진행될 것이다. 또한 현재 실험결과는 장기저장성 특성이 좋지 않은데 세척과정 및 추진제 주입 공정을 개선시켜 좀 더 정확한 특성을 파악할 것이다.
또한 시편을 사용한 저장성 평가도 시행하여 과산화수소를 이용한 시스템 구성을 위한 물질에 대한 연구도 진행될 것이다. 또한 현재 실험결과는 장기저장성 특성이 좋지 않은데 세척과정 및 추진제 주입 공정을 개선시켜 좀 더 정확한 특성을 파악할 것이다.
앞으로 이번 실험과 같은 장기 과산화수소 저장성평가와 함께 위에서 소개한 AOL과 Stability 를 사용한 단기 과산화수소 저장성평가도 병행할 예정이다. 또한 시편을 사용한 저장성 평가도 시행하여 과산화수소를 이용한 시스템 구성을 위한 물질에 대한 연구도 진행될 것이다.

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