커피박 오일의 에스테르화 반응에서 초음파에너지 조사의 효과 분석 = Effect of Ultrasonic Energy Irradiation on the Spent Coffee Ground Oil Transesterification
저자
김영수 ( Yeong-su Kim ) ; 우덕감 ( Duk Gam Woo ) ; 김태한 ( Taehan Kim )
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학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
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학술저널
수록면
204-204(1쪽)
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유지 내의 FFA는 유지와 알코올의 에스테르화 반응공정에서 알칼리 금속촉매를 이용할 경우 촉매와 반응하여 비누와 물을 형성하게 된다. 그 결과 수율이 낮아질 뿐 아니라 생성된 비누는 반응 후 에스테르 생성물과 글리세롤의 분리를 억제하는 역할을 한다. 산촉매를 이용한 에스테르화 공정에서는 FFA 함량이 높은 유지를 이용해서 바이오디젤을 제조할 수 있으나, 산촉매 공정은 고온, 고압 공정이어야 가능하므로, 에너지 소모량이 높고, 폐수처리에 따르는 비용이 높다. 촉매의 이용량을 줄이고 공정의 시간을 단축할 수 있는 방안으로 초음파에너지가 바이오디젤 제조에 이용되고 있다. 뿐만 아니라 초음파조사에 의해 제조된 바이오디젤의 경우 원유대비 산가가 30% 감소되었다는 보고가 있다. 이를 이용하면 에스테르화 반응에서 FFA에 의한 비누화 현상을 저감 시킬 수 있을 것이다. 본 실험에서 커피를 우려내고 나온 커피박에서 추출한 FFA가 높은 커피박 오일을 전처리를 거치치 않고 에스테르화 반응 하였다. 커피박에서 추출한 오일의 FFA는 3.15~4.25%으로 나타났다. 에스테르화 반응은 알칼리 촉매인 KOH, 알코올은 메탄올을 이용하였다. 기존의 일반적인 교반에 의한 공정(55°C, 250 rpm, 1시간)에서 촉매량 1.0~2.0wt%로 5수준, 메탄올을 몰수 3~11로 5수준으로 변수를 두어 반응하였고, 초음파에너지를 이용한 공정(55°C)에서는 마찬가지로 촉매량과 메탄올몰수 각각 5수준으로 변수를 두고, 시간과 초음파 세기변화에 따른 에스테르화 영향을 분석하였다. 제조된 바이오디젤은 FAME 함량 LAME 함량, BD 수율을 측정하여 비교하였다. 기존공정에서는 FAME 함량이 최대 87.8%로 바이오디젤 품질기준(FAME 함량 96.5% 이상)에 만족하지 못하였다. 초음파에너지를 조사한 에스테르화 반응에서 초음파조사세기 80%, 촉매(KOH) 1.25wt%, 오일/메탄올 몰비 1:7, 반응시간 30분, 온도 55°C에서 FAME 함량 96.6%,로 바이오디젤 품질기준에 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. BD수율의 경우 74wt%를 얻을 수 있었다. LAME 함량의 경우 모든 에스테르화 반응 조건에서 2.7~3.2%대를 보여 바이오디젤 품질기준(LAME 함량 12% 이하)을 만족하였다. 이로써 산촉매에 의한 전처리 과정을 거치지 않은 FFA 함량이 높은 커피박 유지로부터 초음파에너지를 조사하여 바이오디젤 생산의 가능성을 보여주었다.
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