초록 ▼

연구개요
나프타로부터 방향족 화합물을 분리하는 방법은 증류이거나 변형된 증류 공정이기 때문에 이를 대체할 수 있는 공정 개발이 절실하다. 따라서 증류대체 공정으로 추출 공정이 대두되어 산업계에서 현재 추출공정이 적용되어 사용 중이다. 하지만 추출물과 추출잔류물에 있는 용매를 재활용하려면 고에너지 의존 증류공정을 이용하여야 한다. 이에 대한 해결책으로 기존 유기용매를 대신하여 나프타로부터 방향족 화합물을 분리할 때 “디자이너 용매” 특성을 지닌 이온성 액체는 사용하기에 적합한 특성을 제공한다. 본 연구에서는 친방향족 기능기를 포

연구개요
나프타로부터 방향족 화합물을 분리하는 방법은 증류이거나 변형된 증류 공정이기 때문에 이를 대체할 수 있는 공정 개발이 절실하다. 따라서 증류대체 공정으로 추출 공정이 대두되어 산업계에서 현재 추출공정이 적용되어 사용 중이다. 하지만 추출물과 추출잔류물에 있는 용매를 재활용하려면 고에너지 의존 증류공정을 이용하여야 한다. 이에 대한 해결책으로 기존 유기용매를 대신하여 나프타로부터 방향족 화합물을 분리할 때 “디자이너 용매” 특성을 지닌 이온성 액체는 사용하기에 적합한 특성을 제공한다. 본 연구에서는 친방향족 기능기를 포함하는 순수한 이온성 액체를 이용하여 방향족과 지방족 탄화수소를 포함하는 혼합물로부터 방향족을 분리하는데 적용할 수 있는 액액 상평형 데이터를 확보하고 국부조성이론과 연관 작업을 하는 것이다. 톨루엔과 헵탄을 각각 방향족 화합물과 지방족 화합물로 선별하여 이용하였다. 톨루엔, 헵탄, 그리고 이온성 액체로 이루어진 삼성분 혼합물을 핵자기공명 분석기를 이용하여 정량분석하여 상거동 실험을 수행하였다. 이온성 액체의 물성을 높이기 위해서 두 가지 다른 이온성 액체를 적당한 비율로 혼합하여 이성분 이온성 액체를 톨루엔과 헵탄 분리에 적용하여 이온성 액체 혼합물이 순수한 이온성 액체보다 톨루엔 분리에 유리한지 알아보았다.

연구 목표대비 연구결과
1차 년도에는 1-benzyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([BzMeIm] [Tf2N])+heptane+toluene로 이루어진 삼성분계와 N-benzyl pyridinium bis(trifluromethylsulfonyl) imide([BzPy][Tf2N])+heptane+toluene로 이루어진 또 다른 삼성분계의 액액 상거동 실험을 293.2K, 303.2 K, 그리고 313.2 K 에서 측정하였다. 두 이온성 액체 존재하의 톨루엔 분배계수(D_T)와 선택도(S)는 범용으로 이용되는 sulfolane 존재하의 D_T와 S값보다 높아 현재 적용중인 sulfolane을 대체할 수 있음을 밝혔다. 2차 년도에는 ethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide ([EtIm][Tf2N]), methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([MeIm][Tf2N])가 이용되었다. 두 가지 이온성 액체도 D_T값이 유기층에 있는 톨루엔의 몰분율에 거의 영향을 받지 않고 0.6 이상의 값을 보였다. 이 수치는 방향족 화합물 분리에 이용중인 sulfolane에서의 값보다 높아 실제 공정에 적용되면 훨씬 적은 추출용매량만 사용해도 되므로 경제적이다. 3차 년도에는 [EtIm][Tf2N]과 [MeIm][Tf2N] 이성분 이온성 액체 혼합물을 활용하여 톨루엔을 분리하였다. 이성분 이온성 액체, [EtIm][Tf2N]와 [MeIm][Tf2N],의 몰비를 바꾸면서 용해도 실험을 수행했다. [EtIm][Tf2N]과 [MeIm][Tf2N]의 몰비가 5:1인 경우 한 개의 액체상을 얻을 수 있었고, 해당 이온성 액체를 톨루엔 분리에 이용하였다. 액액 상평형 데이터는 NRTL(Non-Random Two-Liquid) 모델과 연관관계를 보였으며, 친방향족 기능기가 포함된 이온성 액체를 이용하면 지방족과 방향족 화합물로 구성된 혼합물로부터 방향족 화합물 분리에 효과적임을 정량적인 분석 결과를 통해 제시하였다. 연구실적물은 SCI(E) 4편, 국외 학술지 1편 게재와 SCI 1편 제출과 SCI 1편 제출 준비 중이다.

연구개발결과의 중요성
본 연구에서는 비휘발성, 무독성, 비폭발성의 청정용매이면서 원하는 물리화학적 특성을 임의로 조절할 수 있는 “디자이너 용매”인 이온성 액체를 이용하는 공정개발에 필요한 액액 상평형 데이터를 제공하였다. 기존 공정에 비교하여 이온성 액체를 이용한 공정은 탁월한 생산성은 물론, 용매의 독성, 용매 재사용에 대한 비용 및 폐용매의 배출에 따른 환경처리비용을 획기적으로 감소시킴으로써 다양한 산업에서 생산효율을 향상시켜 최종제품의 가격경쟁력을 확보하게 될 것으로 기대된다. 또한 산업 전반에서 사용되고 있는 유해물질인 휘발성 유기용매 및 환경비친화적인 용매를 대체할 수 있는 친환경 용매인 이온성 액체 응용기술은 화학공정, 생물공정, 화학합성, 신소재 합성, 전기화학등 그 파급 효과가 지대(至大)하다. 그리고 본 과제의 성과물은 이들 공정의 융합기술 개발을 위한 핵심 원천 기술을 제공하여 세계적인 기술 경쟁력을 확보하는 초석(礎石)이 될 것으로 판단된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 42. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4 2.1. 1차년도 수행 연구실적 (2015. 11. 01. ~ 2016. 10. 31.) ... 5 2.2. 2차년도 수행 연구실적 (2016. 11. 01. ~ 2017. 10. 31.) ... 6 2.3. 3차 년도 수행 연구실적 (2017. 11. 01. ~ 2018. 10. 31.) ... 73. 연구개발결과의 중요성 ... 84. 참고문헌 ... 95. 연구성과 ... 10끝페이지 ... 12