• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

바이오디젤 대체 원료로서 폐돈지, 폐우지를 이용한 오일 추출 및 바이오디젤 생산 반응을 진행하고 이때 사용되는 과잉 메탄올의 회수 및 재사용에 관한 연구를 수행하였다. 추출된 오일의 상태에 따라 전처리를 위한 에스테르화 반응여부를 판단하게 되지만 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응 모두에서 상당량의 과잉 메탄올을 투입하게 된다. 에스테르화 반응에서는 이론량보다 20~50배 가량을 투입하고 전이에스테르화 반응에서는 오일:메탄올 이론 몰비인 3:1 보다 2~4배 가량을 이용하게 된다. 에스테르화 반응에 사용되는 촉매는 균질계 액체 산 촉매와 불균질계 고체 산 촉매가 이용될 수 있으며 본 연구에서는 황산을 이용한 에스테르화 반응을 실시하였으며 전이에스테르화 반응에서는 KOH를 촉매로 이용하였다. 각각의 공정에 사용된 과잉 메탄올의 재이용 방안을 조사하였으며 메탄올을 단증류를 통해 회수하는 방법과 회수된 메탄올을 이용한 에스테르화 반응 및 전이에스테르화 반응을 실시해 반응성을 조사하였다. 이를 통해 미반응 과잉메탄올의 회수 정제시 메탄올의 최대 수분함량(%) 허용치를 결정할 수 있었다. 회수된 메탄올을 재이용함에 따라 바이오디젤 생산비 중의 원료(메탄올) 및 설비비 절감이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.248.1-248.1
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• 2010

수송용 바이오연료로써 바이오디젤의 보급 활성화에 따른 원료인 식물성 기름의 가격 상승 및 수급 불안정성 문제를 해결하고자 그동안 활용되지 않았던 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 사용하여 바이오디젤 생산 단가를 낮추고 원료의 수급 안정성도 확보하려는 시도가 이루어지고 있다. 폐유지의 경우 대부분 유리지방산 함량이 높아 염기 촉매를 적용하는 방법으로는 비누의 생성으로 전환이 힘들며 산 촉매를 적용하여 유리지방산을 에스테르화하는 공정을 필요로 한다. 에스테르화 반응에서는 반응 부산물로 물이 생성되며, 생성된 물은 바이오디젤 생산 반응을 저해하고 역반응을 유도하며 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분의 영향을 검토하였다. 산 촉매로 액상 촉매인 황산과 고체 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였다. 초기 수분 함량이 0, 1, 2, 5, 10, 20%로 증가하였을 때, 지방산 메틸 에스테르 함량이 크게 감소하였으며, 1%의 수분 함량에서도 반응이 크게 저해받는 것으로 나타났다. 따라서 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분에 의한 저해가 중요한 변수라는 것을 알 수 있다. Amberlyst-15는 황산보다 수분의 영향에 의해 지방산 메틸 에스테르 함량이 빠르게 감소하였다. 이는 다공성의 Amberlyst-15에서 생성된 물이 반응물질들이 active site에 접근하는 것을 방해하였기 때문인 것으로 생각된다. 황산을 사용하였을 경우에는 오일 대 메탄올 몰비를 1:3에서 1:6으로 증가시킴으로써 정반응 속도가 증가하여 수분에 대한 영향이 감소하는 현상이 나타났다. 에스테르화 반응 종료 12시간 후에 바이오디젤과 메탄올 내에 수분 함량을 분석한 결과 12%의 수분이 바이오디젤 층에 존재하며 88%의 수분은 메탄올 층에 존재하였다. 반응 중에 생성된 수분을 제거하기 위해, 에스테르화 반응 30분 후에 물을 포함하는 메탄올과 촉매 층을 새 메탄올과 촉매로 교환하는 2단계 반응을 수행함으로써 지방산 메틸 에스테르 함량을 향상시킬 수 있었다. 반응 초기에는 황산이 Amberlyst-15보다 높은 활성을 보였지만, 시간이 지날수록 두 촉매 사이의 에스테르화 성능 차이는 감소하였다. 따라서 2단계 에스테르화 반응이 수분의 저해작용을 줄이는 한 가지 대안으로 제안될 수 있다. 또한 에스테르화 반응에서 물의 저해 작용을 줄이기 위해 앞으로 투과증발막의 적용 또는 물에 저해작용을 받지 않는 구조의 촉매 사용을 검토할 필요가 있다.

• Clean Technology
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• v.19 no.3
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• pp.313-319
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• 2013

To produce biodiesel efficiently from fish oil containing 4% free fatty acid, esterification and trans-esterification were carried out with Vietnam catfish oil, which was kindly provided from GS-bio company. Heterogeneous solid acid catalysts such as Amberlyst-15 and Amberlyst BD-20 and sulfuric acid as homogeneous acid catalyst were used for the esterification of free fatty acids in the fish oil. Sulfuric acid showed the highest removal efficiency of free fatty acid and the shortest reaction time among three acid catalysts. The base catalysts for trans-esterification such as KOH, $NaOCH_3$ and NaOH were compared with each other and KOH was determined to be the best transesterification catalyst. Some solid material, which assumed to be saponified product from glycerol and biodiesel, were observed to form in the fish oil biodiesel when using $NaOCH_3$ and NaOH as the transesterification catalyst. The initial acid value of fish oil was proven to have a negative effect on biodiesel conversion. Of the three catalysts, KOH catalyst transesterification was shown to have high content of FAME and the optimal ratio of methanol/oil ratio was identified to be 9:1.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.533-536
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• 2006

재생 가능한 자원인 동 식물성 기름으로부터 제조되는 수소용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경 친화적인 연료로 인정을 받으며 전 세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 바이오디젤 생산 기술에는 직접이용법, 마이크로 에멀젼법, 열분해법, 에스테르화법, 초임계 메탄올 이용 생산법 등이 있으며 현재의 대부분의 상용 공정은 전이에스테르화법에 근거하고 있다. 이 공정은 크게 나누어 원료 유지 물질의 전처리 단계, 촉매를 사용하여 알콜과 에스테르화시키는 단계, 그리고 생성된 바이오디젤/글리세린의 분리와 정제 단계로 이루어지며 각 단계의 세부기술은 바이오디젤 생산비에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 대두 원유의 전처리 반응, 전처리된 대두원유의 전이에스테르화 반응, 그리고 분리 및 정제 공정의 운전 변수들의 영향에 대한 연구결과와 본 연구를 통해 확립된 생산 공정으로 생산한 연료 grade의 바이오디젤 연료 물성 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.589-593
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• 2007

재생 가능한 자원인 동식물성 기름을 원료로 제조되는 수송용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염물질 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경친화적인 연료로 인정을 받으며 전세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 대부분의 상용화 공정은 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 근거하고 있으며 높은 생산성을 위해 연속 공정을 채택하고 있다. 원료유 중의 유리지방산(free fatty acid, FFA)은 염기 촉매와 반응하여 지방산염(Soap)과 수분을 생성하며 반응촉매의 투입양을 증가시카고 반응 후에 글리세롤과 지방산 메틸에스테르와의 분리를 어렵게 만든다. 높은 수율과 후속공정의 부하를 줄이기 위해서는 식물성 원료유 중의 FFA는 고체 산촉매 하에서 메탄올과 에스테르화 반응시켜 전환 제거되어야 한다. 본 연구에서는 고체산 촉매인 Amberlyst-15을 충전한 4단 PBR(Packed Bed Reactor, 충전율 60%(v/v))에서 반응시간과 반응온도에 따른 대두원유의 전처리 효율을 조사하였으며 최적 전처리 조건을 도출하였다. 최적 전처리 조건에서 대두원유는 초기 산가 1.6에서 0.4-0.6으로 연속 전처리할 수 있었다. 본 연구에서는 연속 흐름 반응기인 PFR(Plug Flow Reactor)와 4단 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 균질계 촉매인 KOH 존재하에 대두유와 메탄올과의 전이에스테르화 반응 특성을 조사하였으며 각 연속 반응시스템에서 최적 운전 조건을 도출하였다. PFR 반응기에서 반응온도, 반응시간, 반응물 흐름방향, static mixer(SM) 개수에 따른 반응특성을 조사한 결과, PFR에서의 최적 반응조건은 하향류 흐름 방향과 3개의 SM를 설치한 조건에서 반응시간 5.8분, 반응온도 90$^{\cdot}C$, 메탄올:오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%로 도출되었다. CSTR 반응기에서는 반응온도와 체류시간에 따른 반응특성을 조사하였으며 최적반응 조건으로 반응온도 80$^{\cdot}C$, 메탄올/오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%, 체류시간 18.4분, 교반속도 250rpm로 조사되었다.

• KSBB Journal
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• v.17 no.6
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• pp.543-548
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• 2002

The enantioselective esterification of racemic ibuprofen catalyzed by a Candida rugosa lipase was studied according to reaction conditions such as a lipase concentration, reaction temperature, alcohol chain length and alcohol concentration. The S-(+)-ibuprofen alkyl esters prepared were converted to S-(+)-ibuprofen by hydrolysis with sulfuric acid as a catalyst. High conversions in the esterifications were obtained at 60$^{\circ}C$ and an equimolar ratio of octanol to ibuprofen. The initial reaction rate of the esterification decreased with increasing octanol concentration. Conversion and initial reaction rate increased with increasing alcohol chain length. Values of enantiomeric excess(ee) according to esterification reaction conditions did not change below 60$^{\circ}C$. On the other hand, values of conversion and ee for the chemical hydrolysis of S-(+)-ibuprofen alkyl esters were independent of alcohol alkyl chain length. Optical resolution of racemic ibuprofen was achieved by lipase catalyzed esterification and chemical hydrolysis. The separation method provided a high yield and enantioselectivity for the production of S-(+)-ibuprofen from racemic ibuprofen.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.175.2-175.2
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• 2011

바이오디젤의 국가별 의무 사용 정책 확대로 인해 원료유 가격이 상승하고 있으며 원료유가 부족한 상황으로 다양한 원료를 찾는 연구가 진행되고 있다. 육상 유지 작물보다 단위면적당 생산성이 매우 높은 미세조류는 제3세대 바이오매스로 주목받고 있으며 산업체 배출 이산화탄소를 이용해 작은 면적에서 배양할 수 있는 장점이 있다. 미세조류로부터 바이오디젤 생산은 먼저 오일 함량이 높은 미세조류 종의 선정과 배양 및 수확 후 효율적인 방법으로 바이오디젤 원료유를 추출하는 과정이 중요하다. 본 연구는 Microwave로 전처리된 미세조류로 부터 원료유를 추출하여, 인지질, 단백질, 엽록소 등의 반응저해 물질을 일부 감소시키고 추출수율을 높였지만, 산가가 80이상으로 높게 추출되고 추출된 오일이 높은 점성을 가지는 문제가 있다. 이로 인해 전이에스테르화 반응의 진행이 불가하였으며 이러한 문제를 해결하기 위해, 에스테르화 반응에 용매를 혼합하여 반응성을 개선하고자 하였다. 추가된 보조 용매는 오일과 쉽게 혼합되어 반응물의 점성을 낮추고, 반응 완료후, 물에 쉽게 용해되는 불순물, 미 반응물, 촉매 등의 분리 및 제거를 용이하게 하는 장점이 있다. 또한 오일과 비교하여 낮은 끓는점을 갖는 용매는 증류를 통해 쉽게 제거가 가능하다. 반응이 완료된 오일은 초기산가 80에서 10이하의 감소를 나타내 용매 혼합 에스테르화의 효율적인 부분을 확인하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.20 no.5
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• pp.532-535
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• 2009

In this study, the fatty acid methyl ester was prepared from the vegetable oil by inducing ultrasound energy. The ultrasound energy was applied to the esterification reaction for heating and stirring effects. Ultrasonic induction results in the shortened reaction time and brings the increase of the methyl ester yield. However, the continuous introduction of ultrasound during the esterification reaction results in temperature increase, then the over-heating of reaction temperature was ineffective. Therefore, the system temperature was controlled at constant temperature state with the cooling circulation. The ultrasound induction reaction had the fatty acid methyl ester yield of 93% at the reaction time was 30 minutes, faster than the traditional esterification process.

• KSBB Journal
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• v.9 no.3
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• pp.312-318
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• 1994

The esterification of Ac-Tyr-OH was carried out in one-phase system containing ethanol by ${\alpha}$-chymotrypsin. The results of the esterification reaction are as follows. Chitin-${\alpha}$-chymotrypsin complex was found to be an effective catalyst for the esterlfication of Ac-Tyr-OH in ethanol organic solvent. The optimal conditions for the esterification were chitn/${\alpha}$-chymotrypsin ratio, 20(w/w); reaction temp., $35^{\circ}C$; reaction pH, 8.0; reaction time, 24 hrs. Also, addition of chitin in water/water-miscible organic solvent was effective for the stability of the enzyme. The esterification yield, Km and Vmax under optimal conditions were 93%, 3.093mM and 1.088mM/mg/hr, respectively.

• Clean Technology
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• v.27 no.2
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• pp.198-204
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• 2021

This study focused on a two-step process using heterogeneous catalysts to produce biodiesel using Nepalese jatropha oil as a raw material. As a first step, the effect of the repetitive regeneration number of Amberlyst-15 on the esterification reaction of FFA in jatropha oil was investigated. Second, the possibility of a transesterification reaction scale-up using a dolomite bead catalyst was tested. Using 120 kg of jatropha seeds from Nepal, 30 L (27 kg) of jatropha oil was obtained, and the jatropha oil yield from the seeds was about 25.0 wt%. The acid value and FFA content of jatropha oil were measured to be 11.3 mgKOH g^-1 and 5.65%, respectively. As a result of the esterification reaction of jatropha oil using the Amberlyst-15 catalyst in the form of beads, the acid value of the reaction product could be lowered to 0.26 mgKOH g^-1 when the fresh Amberlyst-15 catalyst was used. As the regeneration of the Amberlyst-15 catalyst is repeated, the catalyst has been deactivated, and the esterification reaction performance has deteriorated. The cause of the deactivation seems to be due to the catalyst being broken and impurities being deposited. It was confirmed that the Amberlyst-15 catalyst could be reused up to 5 times for the esterification reaction of jatropha oil. In the second step, the transesterification reaction, a dolomite catalyst, was mass-produced and used in the form of beads. By transesterifying the pretreated jatropha oil in a spinning catalyst basket reactor equipped with 90 g of dolomite bead catalyst, 89.1 wt% of biodiesel yield was obtained in 2 hours after the start of the reaction, which was similar to the transesterification of soybean oil under the same conditions.