Pd/Al2O3 촉매 하에서 대두유와 초임계 메탄올의 에스터교환, 부분수소화 동시반응에 대한 반응속도론 연구

Abstract

현대 인류가 사용하는 에너지의 대부분은 화석연료에서 얻어진다. 하지만 자원의 유한성, 환경오염 및 기후변화 문제, 불균등한 분포로 인한 사회적 문제 등 여러 가지 문제를 가지고 있고, 이 문제를 해결하기 위해 다양한 대체에너지들이 고안되고 연구되고 있다. 그 중 식물, 동물로부터 얻어지는 오일을 알코올과 반응시켜 만드는 바이오디젤 또한 대체에너지 중의 하나로 주목받고 있다. 산소가 포함되어 있어 연소가 효율적으로 이루어지고, 탄소 순환의 주기가 짧아 기후변화에 미치는 영향이 적다는 장점이 있다. 일반적인 바이오디젤은 산/알칼리 촉매 하에 트리글리세라이드와 알코올이 반응하는 transesterification을 통해 생산된다. 최근 초임계 메탄올을 이용한 바이오디젤 생산법이 알려졌는데, 촉매 없이 반응이 진행될 수 있어 분리공정이 간소화되고, 반응속도가 빠르다는 장점이 있는 반면에 고온, 고압을 요구하는 초임계 공정의 특성상 운전 및 설비 비용에선 경제성이 떨어진다는 평가를 받는다. 또한 초임계 바이오디젤 생산공정에 바이오디젤 품질 향상, 반응속도 향상 등을 위해 다양한 촉매를 사용하는 연구들 또한 진행되었다. Pd/Al₂O₃촉매 하에서 soybean oil과 초임계 methanol의 반응에 대한 kinetic 연구를 진행했다. 온도, 시간을 변화시켜가며 화학종의 농도를 측정하고, 제안된 메커니즘에 따른 미분반응속도식과 비교하여 kinetic parameter를 찾아냈다.

Most of the energy used by modern humans comes from fossil fuels. However, there are a number of problems, including the finite nature of resources, environmental pollution and climate change problems, and social problems caused by unequal distribution, and various alternative energies are being devised and studied to solve this problem. Among them, biodiesel, which is made by reacting oil from plants and animals with alcohol, is also drawing attention as one of the alternative energy sources. It contains oxygen, which makes combustion efficient, and has the advantage of having a short cycle of carbon cycles, which has a small impact on climate change. Typical biodiesel is produced under acid/alkali catalysts through triglyceride and alcohol-reacting transesterification. Recently, a method of producing biodiesel using supercritical methanol was known, which can be reacted without a catalyst, which simplifies the separation process and has the advantage of fast response speed, while it is considered economical in operation and facility costs due to the nature of the supercritical process that requires high temperature and high pressure. Studies have also been conducted using various catalysts to improve biodiesel quality and speed of reaction in supercritical biodiesel production processes. A kinetic study was conducted on the reaction of soybean oil and supercritical methanol under the Pd/Al2O3 catalyst. I measured the concentration of the chemical species by varying temperature and time, and found a kinetic parameter compared to the differential reaction rate equation under the proposed mechanism.