• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.153.1-153.1
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• 2010

가스 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력에서 물과 천연가스 분자가 물리적으로 안정한 결합을 하고 있는 결정질의 화합물이다. 현재 130개 이상의 가스분자들이 물분자와 결합하여서 Clathrate 하이드레이트를 형성하는 것으로 보고 되어 있다. 수소의 경우 하이드레이트를 형성하기 위해서 약 200MPa 이상의 높은 압력이 필요하다. TBAB는 semi-clathrate 하이드레이트를 형성하는 첨가제로 알려져 있으며 수소 하이드레이트의 형성 압력을 완화시키기 위한 촉진제로서 많은 연구가 수행되고 있다. Wataru Shimada는 XRD 패턴을 사용하여 semi-clathrate 하이드레이트의 특수한 결정 모델을 분석하였다. 이 모델의 경우, 대기압 하에서 TBAB와 물분자의 화학 양론적 비를 1:38로 제시하였다. 이는 처음으로 TBAB 하이드레이트 결정구조를 밝혀냈지만, 분자 동역학적 부문에서는 그 데이터가 정확히 정의 되지 않았다. 본 연구는 Wataru Shimada 모델을 수소 TBAB 하이드레이이트의 분자 동역학 연구에 적용시켰으며, 실험에서 나온 데이터를 바탕으로 RDF(Radial Distribution Function)와 MSD(Mean Square Displacement)를 측정했다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권3호
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• pp.367-371
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• 2011

TBAB(tetra-n-butyl ammonium bromide)는 상온/상압 조건에서 semi- clathrate를 형성하는 물질로서 최근 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 천연가스 수송 및 저장, 기체분리 공정 등에서 열역학적 촉진제로 주목받고 있다. 본 연구에서는 TBAB의 열역학적 촉진제로서의 특성을 알아보기 위해 $CH_{4}$+TBAB와 $CO_{2}$+TBAB 혼합 하이드레이트계에 대하여 TBAB 농도(5, 32 wt%)에 따른 가스 하이드레이트 3상(하이드레이트(H)-물($L_{w}$)-기상(V)) 평형 조건을 측정하였다. 혼합 하이드레이트의 경우 TBAB의 농도가 5 wt%일 때에 비해 32 wt%일 경우에 열역학적 촉진 효과가 훨씬 크게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 이는 순수 TBAB semi-clathrate의 농도별 상압 해리 온도 경향과 유사하였다. 또한, $^{13}C$ NMR 분석을 통하여 $CH_{4}$ + TBAB 혼합 하이드레이트의 동공에 $CH_{4}$ 기체가 포집되어 있음을 확인하였고 이 동공의 특성이 순수 $CH_{4}$ 하이드레이트(구조-I)의 작은 동공($5^{12})$과 동일함을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.216.2-216.2
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• 2010

본 연구에서는 $H_2+CO_2$(40%) 혼합기체로부터 이산화탄소를 효과적으로 분리/회수 하기 위하여 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 하이드레이트의 형성 조건을 보다 완화시켜 주기 위하여 열역학적 촉진제로서 TBAB (Tetra-n-butyl Ammonium Bromide, $(C_4H_9)_4NBr$))와 THF(Tetrahydrofuran)를 각각 첨가하여 열역학적 촉진 현상을 살펴보았다. 다양한 농도의 TBAB(10, 40, 60 wt%)와 THF(1, 5.56, 10 mol%)에 대하여 3상(H - Lw - V) 평형을 측정하였다. 그 결과 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF의 농도에서 가장 큰 촉진효과를 보였으며 그 이상의 농도에서는 오히려 촉진효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 혼합가스 하이드레이트 형성시 양론비 이상의 TBAB와 THF가 첨가될 경우 반응에 참여하지 못한 TBAB와 THF가 가스 하이드레이트 형성을 방해하기 때문이다. 열역학적 촉진제로서 실제공정에 적용할 경우 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF를 사용하는 것이 가장 효과적일 것으로 사료된다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초 자료가 될 것이다.

• 대한화학회지
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• 제54권4호
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• pp.437-442
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• 2010

수용액 속에서 $NaHSO_4$, TBAB (phase transfer catalyst), ionic liquid (IL) (1-butyl-3-methyl imidazolium hydrogen sulphate [bmim]$HSO_4$)를 사용하여, formalin, ${\beta}$-naphthol, aromatic amines을 반응시켜서 대응하는 2,3-dihydro-2-phenyl-1Hnaphtho-[1,2-e] [1,3] oxazine 유도체를 합성할 수 있는 보다 친환경적이고, 수율이 좋고, 크로마토그래피 분리 방법을 사용하지 않는 합성 방법을 개발하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.153.2-153.2
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• 2010

화력발전 분야에서 $CO_2$ 분리는 크게 연소전 탈탄소화(pre-combustion capture)와 연소후 포획(post-combustion capture)으로 나누어진다, 연소후 포획은 연료를 연소한 후 발생하는 $CO_2$와 $N_2$가스에서 $CO_2$를 분리하는 기술로 흡수나, 흡착, 막분리 등을 주로 이용한다, 연소전 탈탄소화는 연소 전에 $CO_2$가 발생되지 않도록 하는 기술로써, 부분 산화나 개질 및 수성가스 변위반응 등이 포함되며 생성된 $H_2$와 $CO_2$를 분리하여 수소를 생산하는 기술($CO_2/H_2$분리가 핵심)이다. 우리나라는 대부분 연소후 포획 위주로 많은 연구가 진행되어 왔다, 하지만 최근 고유가 시장이 형성되면서 석탄화력 발전 및 복합가스발전(IGCC)에 필요한 연소전 탈탄소화($H_2/CO_2$ 가스로부터 $CO_2$ 회수) 연구에 산업적 관심이 급상승되고 있다. 특히, 연소전 탈탄소화 과정에서는 높은 자체압력(약 2.5 - 5.0MPa)과 비교적 높은 농도의 $CO_2$(약 40%의)가 발생되기 때문에, 연소전 탈탄소화는 가스하이드레이트 형성/분해 원리가 가장 잘 적용될 수 있는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)와 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 각각 0.5, 1, 3mol% 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다. 이러한 연구는 연소전 탈탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.215.2-215.2
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• 2010

지구온난화의 주범으로 알려진 $CO_2$의 대기 중 농도는 산업혁명 이전 280ppm에서 산업 혁명 이후 375ppm으로 증가하였다. 정부 간 기후변화패널(IPCC)의 기후변화 시나리오에 의하면, 지금부터 다양한 감축노력을 한다 할지라도 $CO_2$ 증가추세는 계속되어 2100년경에는 대기 중 $CO_2$농도가 600~950ppm에 이를 것으로 예측하고 있다. 현재까지 화력발전부분은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 이 분야의 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소 전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 크게 구분된다. 이중 석탄가스화복합발전(IGCC)기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법이 연소 전 탈탄소화 기술이다. 핵심기술은 $CO_2$ 분리공정으로 적용 될 수 있는 기술로서는 흡착 흡수법, 막분리법 그리고 가스 하이드레이트가 있으나 아직까지 우리나라의 가스 하이드레이트 기술은 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 TBAB 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다.