전이에스테르화 반응을 이용한 지방산 흡착 감마알루미나의 재생

Abstract

감마알루미나는 높은 표면적, 뛰어난 열 안정성과 물성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 감마알루미나는 쉽게 수분을 흡착하여 표면에 수산화기를 지니고 있다. 수산화기는 카르복시기와 에스테르화 결합을 통해서 화학흡착이 가능한데 이로 인해 지방산의 선택적 흡착이 가능하다. 이와 같은 특성으로 감마알루미나는 조선왕조실록 밀랍본의 손상된 밀랍의 탈산 공정에 적용되었을 뿐만 아니라 다양한 탈산 공정에 적용할 수 있고 매우 간단하며 효과적인 공정이 될 것으로 기대된다. 그러나 화학흡착의 특성상 흡착된 지방산을 제거하는 것은 매우 많은 에너지가 필요하며 열 재생 방법을 사용한 결과 약 550 ℃의 고온에서 재생 가능하였다. 또한 흡착된 지방산은 모두 분해 또는 산화되어 대기 오염의 원인이 될 수 도 있다. 이에 본 연구에서는 전이에스테르화 반응을 활용한 경제적이고 친환경적인 감마알루미나 재생 공정을 개발하고자 하였다.<br/> 감마알루미나 표면에 지방산이 에스테르 결합을 통해서 화학흡착하고 있기 때문에 메탄올을 이용하여 흡착된 지방산을 지방산메틸에스터로 전환하면서 탈착 시키고자 하였다. 회분식 반응기를 이용한 실험을 통해서 다양한 공정 변수(재생 온도, 촉매의 비율, 메탄올과 감마알루미나의 무게 비, 재생 시간)에 의한 영향을 살펴보았고 재생 후 감마알루미나를 다양한 분석장비를 통해 분석하고 결과를 해석하였다. 첫 번째 부분에서는 지방산을 흡착한 감마알루미나를 초임계 메탄올을 이용하여 기존 재생 방법에 비해 낮은 온도에서 재생하였으며 흡착된 지방산도 연료로 사용 가능한 지방산메틸에스터로 전환됨을 확인하였다. <br/> 두 번째 부분에서는 액상의 메탄올과 산 촉매인 황산을 사용하여 초임계 메탄올 재생법에 비해 훨씬 낮은 재생 온도에서 감마알루미나 재생이 가능하였다. 감마알루미나 재생 후 표면적 변화, 작용기 변화, 결정 구조 변화 등을 다양한 분석을 통해 살펴보았다. 또한 여러 번의 지방산 흡착, 탈착을 반복하며 감마알루미나의 흡착능 변화를 관찰하였다. <br/> 향후 과제로는 감마알루미나를 폐식용유, 바이오디젤의 탈산 공정에 적용하여 선택적 지방산 흡착의 가능성이 높음을 제시하였고 탈산 공정을 거친 감마알루미나를 본 연구에서 개발된 공정으로 재생하여 실제 산업에서 상용화된 공정에 적용 할 수 있는 방법을 제안하였다.<br/>