• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.6
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• pp.865-868
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• 2011

An organic substance, hydroquinone is used to form clathrate compounds in order to identify separation characteristics of carbon dioxide in flue gas. Formed samples were analyzed by means of the solid-state $^{13}C$ nuclear magnetic resonance (NMR) and Raman spectroscopic methods to examine enclthration behaviors of guest species. In addition, elemnetal analysis was also performed in order to evaluate separation efficiency of $CO_2$ in a quantitative way. Based on the experimental results obtained, $CO_2$ molecules are found to be captured into the clathrate compound more readily than $N_2$ molecules. Moreover, because such preferential enclathration is even more significant at low pressure conditions, $CO_2$ separation/recovery from flue gas can be achieved with minimizing additional energy cost for the technique. Experimental results obtained in this study can provide useful information on separation techniques of flue gas or selective separation of gas mixtures in the future.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.55 no.3
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• pp.353-357
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• 2017

In this study, the inclusion phenomena of tetrahydrofuran + 3-hydroxytetrahydrofuran + $CH_4$ clathrate hydrates were explored via thermodynamic and spectroscopic approaches. The phase equilibria of the double hydrates - THF + $CH_4$ and 3-OH THF + $CH_4$ clathrate hydrates - were determined by pressure-temperature trace during hydrate formation and dissociation, and the result revealed that the equilibrium pressures were shifted to lower pressure region compared to pure $CH_4$ hydrate. The powder X-ray diffraction patterns revealed that the double hydrates of THF + 3-OH THF formed structure II type clathrate hydrates with $CH_4$. The dispersive Raman spectra of the double clathrate hydrates also exhibited that $CH_4$ can be trapped in both $5^{12}6^4$ and $5^{12}$ cages whereas THF and 3-OH THF were encaged in $5^{12}6^4$ cage.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.150.2-150.2
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• 2011

Unlike non-ionic clathrate hydrates stably formed by van der Waals interaction between a guest molecule and a surrounding host framework, ionic clathrate hydrates are stabilized by ionic interaction between an ionic guest molecule and the host water-framework. Here, we firstly described the stable entrapment of the superoxide ions in ${\gamma}$-irradiated $Me_4NOH+O_2$ hydrate. Owing to peculiar direct guest-guest ionic interaction, the lattice structure of ${\gamma}$-irradiated $Me_4NOH+O_2$ hydrate shows significant change of lattice contraction behavior even at relatively high temperature(120K). Particularly, we note that ionic-induced dimensional change is much greater than thermal-induced change. Such findings are expected to provide useful information for a better understanding of unrevealed nature of clathrate hydrate fields.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.151.2-151.2
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• 2010

본 연구는 하이드로퀴논(HQ)을 이용하여 매립가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리하고 유기 크러스레이트 형태로 분리 및 저장에 적용하기 위한 연구로써 하이드로퀴논을 다양한 객체가스와 반응시키면서 열역학적 안정영역을 파악하고 분광학적 방법을 이용하여 미세구조 변화를 분석하고자 하였다. 먼저 ${\alpha}$-HQ를 고압(4MPa)의 이산화탄소와 반응시켜 이산화탄소가 포집된 ${\beta}$-HQ를 합성하였고, 동공 내에 존재하는 이산화탄소를 제거하여 동공을 유지하는 empty ${\beta}$-HQ를 만들었다. 온도를 증가시키면서 XRD 패턴을 측정한 결과 298 K 에서 378 K 사이에서 ${\beta}$-HQ 시료는 서서히 empty ${\beta}$-HQ 의 구조로 전환되었으며 378 K 이상의 온도에서 ${\alpha}$-HQ 구조로 급격히 전환되었다. 또한 생성된 empty ${\beta}$-HQ 동공에 이산화탄소가 포집, 해리되는데 있어서 온도의 영향을 확인하기 위해 298K과 343K의 온도에서 실시간 라만분광법으로 측정하였다. 그 결과 298K에서 약 200분의 시간이 지난 후 이산화탄소는 하이드로퀴논 동공 내로 포집되어 안정화되었으며 압력해방 후에는 빠져나가지 않고 동공 내에 존재함을 확인하였다. 그러나 343K에서는 급격히 포집되어 30분 이내 안정화되었고, 압력해방 후 동공 내에 존재하지 못하고 빠져나가는 것을 확인하였다. Empty ${\beta}$-HQ의 이산화탄소 선택도를 관찰하기 위해 이산화탄소와 메탄, 수소, 질소의 조성이 각각 30%, 30%, 20%, 20%인 혼합가스와 반응시킨 후 가스 크로마토그래프 분석을 실시한 결과, empty ${\beta}$-HQ내 포집된 가스 중 이산화탄소의 조성이 약 80% 이상으로 나타나 높은 선택도를 나타냄을 관찰하였다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.24 no.5
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• pp.437-443
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• 2013

Clathrate samples, using hydroquinone as a host and ethylene or propylene as a possible guest, were prepared and analyzed by means of spectroscopic measurements. Obtained results showed that ethylene can form clathrate compounds with hydroquinone at 4.0MPa and room temperature, while propylene cannot form clathrate compounds. Different formation behaviors of these two olefin compounds can be applied to a clathrate-based storage/recovery of ethylene in a selective way, and can provide useful information on the cavity size of the formed clathrate compounds.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.30 no.3
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• pp.289-295
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• 2019

Effects of various reaction factors such as pressure, time, and temperature on clathrate formation were investigated for hydroquinone with $CO_2$ and $N_2$. Experimental and spectroscopic results indicate that $CO_2$ plays more preferential role in forming hydroquinone clathrates than $N_2$. These results can be used in application of selective $CO_2$ separation from flue gases with the formation of clathrate compounds.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.189.2-189.2
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• 2011

매립가스(LFG)는 약 50v/v% 이상의 메탄가스로 이루어져 있어 LFG의 자원화 사업은 국내 신 재생에너지를 이용한 발전사업 중 태양광사업 다음으로 활발히 진행되고 있다. LFG의 대표적인 활용기술로는 가스엔진, 가스터빈 및 증기터빈을 이용한 발전과 중질가스 및 고질가스 형태의 연료로 생산하는 방식 등이 있으며 이러한 분야에 매립지가스를 적용하기 위해서는 장치 부식의 주 원인이 되는 황화수소 가스의 제거가 반드시 이루어져야 한다. 본 연구에서는 황화수소 제거를 위해 하이드레이트와 마찬가지로 동공을 형성하여 가스의 포집과 저장이 가능한 하이드로퀴논(HQ)을 이용하고자 한다. HQ은 $0^{\circ}C$ 부근에서 해리되는 하이드레이트와 달리 상온에서 고체 형태로 구조를 유지할 수 있어 가스의 포집 및 저장에 용이한 장점이 있다. 메탄, 이산화탄소, 황화수소 혼합가스에서 황화수소 90% 이상 제거를 목적으로 HQ와 반응시켜 동공 내에 이들 가스의 포집여부를 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.146.2-146.2
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• 2011

Molecular behaviors and crystal structures of the binary hydrates of $CH_4$ and ethanol were identified by means of 13C solid-state NMR and powder XRD methods at various concentrations of ethanol. In addition, NMR peak areas were used to calculate cage occupancies for both guest species. Obtained results showed that more $CH_4$ molecules are captured into hydrate phase per unit mass of ethanol molecules because $CH_4$ molecule can occupy sII large cages more, and pure $CH_4$ hydrate can form more as well at lower ethanol concentrations. Even though tuning phenomenon was already reported for some aqueous hydrate promoters such as THF, aqueous ethanol solutions are found to play the same tuning role in the binary clathrate hydrates in this study.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.691-694
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• 2009

TBAB (Tetra-n-butyl ammonium bromide)는 상압에서 semi-clathrate를 형성하는 물질로서 최근 열역학적 촉진제 및 기체 저장 물질로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성 시TBAB가 열역학적 촉진제로서 미치는 영향을 알아보기 위해 다양한 농도 (5, 10, 40, 60 wt%)의 TBAB를 $CH_4\;+\;H_2O$계, $CO_2\;+\;H_2O$계, $N_2\;+\;H_2O$계에 첨가하여 가스 하이드레이트 3상 평형 (H - LW - V)을 측정 하였다. 실험 결과 TBAB의 조성에 따른 촉진경향은 각 계가 유사하지만, 촉진 정도는 $N_2\;+\;H_2O$ 계가 앞의 두계에 비해 월등히 큰 것을 알 수 있었다. 또한, TBAB 농도가 40 wt% 일때 촉진효과가 가장 크게 나타났으며, 그 이상의 농도에서는 반대로 촉진효과가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 혼합 하이드레이트 형성에 참여하지 못한 TBAB가 가스 하이드레이트 형성을 억제하기 때문으로 사료된다. 결과적으로 가스하이드레이트 공정에 TBAB를 열역학적 촉진제로서 적용할 경우 촉진효과가 가장 큰 40 wt% 범위의 농도로 사용하는 것이 가장 적절할 것으로 사료된다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성을 이용한 천연가스 수송/저장법을 위한 연구뿐만 아니라 기체 분리 공정 개발과 관련된 연구의 중요한 기초 자료가 될 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.6
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• pp.1095-1099
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• 2008

In this study, we investigated that hydrate formation and phase behavior of the $THF+H_2$ binary clathrate hydrates. In order to confirm the binary clathrate hydrate formation we employed the Raman and NMR spectroscopies that are known to be quite powerful tools, particularly for examining the cage occupancy pattern of guest molecules. In addition, we traced the P-T profiles from clathrate hydrate formation and dissociation process, which made it possible for the resulting phase equilibrium boundary to be clearly established. In the binary clathrate hydrate matrix we further identified that the relatively large THF molecules can only occupy the large $5^{12}6^4$ cavities, while the small $H_2$ molecules are entrapped in the empty $5^{12}$ cavities in structure-II, making the hydrate to be stable above 273 K even at relatively low pressure condition. Considering that pure $H_2$ hydrate can be produced at the extreme pressures higher that 1,000 bar, we can conclude that the water-soluble second guest inclusion induces $H_2$ storage and transportation to be readily achievable under much milder conditions.