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Clean Technology, Vol.22, No.3, 154-160, September, 2016
DOI10.7464/ksct.2016.22.3.154  Export Citation
R-134a 가스 하이드레이트 형성 속도에 미치는 식용 계면활성제 첨가의 영향
Kinetics Change of the R-134a Gas Hydrate Formation in Seawater with the Addition of Edible Surfactants
정희철, 김아람, 임준혁†, 원용선†
  • 국립부경대학교 화학공학과, 608-739 부산광역시 남구 용당동 산 100
Hui Cheol Jeong, A Ram Kim, Jun-Heok Lim†, and Yong Sun Won†
  • Department of Chemical Engineering, Pukyong National University, 365 Sinseon-ro, Nam-gu, Busan 608-739, Korea
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초록
가스 하이드레이트 형성을 이용하여 담수를 생산하고자 하는 어떠한 공정이라도 가스 하이드레이트 형성속도는 경제적인 관점에서 매우 중요한 공정변수일 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 촉진제를 사용하여 R-134a(또는 HFC-134a) 가스 하이드레이트의 형성속도를 향상시키고자 하였는데 최종목표가 음용수 생산이므로 촉진제로 세가지 다른 형태의 식용 계면활성제를 선정하여 사용하였다. 음이온성인 카라기난(κ-carrageenan), 양쪽성인 레시틴(lecithin), 그리고 비이온성인 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)이 그것이다. 식용 계면활성제의 농도를 변화시키면서 R-134a 가스 하이드레이트 형성속도가 어떻게 변하는지 관찰하였다. 어떠한 경우이든 식용 계면활성제의 첨가가 R-134a 가스 하이드레이트 형성속도를 향상시키는 것으로 관찰되었으며 그 효과는 폴리소르베이트 80 > 카라기난 > 레시틴의 순서를 보였다. 이론적인 설명을 위해 범밀도함수(DFT) 이론을 기반으로 한 분자모델링을 이용하여 각 식용 계면활성제를 구성하고 있는 원자들의 전하를 계산하였고 실험으로 관찰된 촉진제 효과가 계면활성제 내의 수소결합을 할 수 있는 산소들의 수와 그 산소들의 원자전하 값들이 음수인 정도에 비례하는 관계가 있음을 알 수 있었다.
For any conceivable desalination process using the gas hydrate formation, the kinetics has to be one of the most important parameters from the economic point of view. We thus were to improve the kinetics of the R-134a (also known as HFC-134a) gas hydrate formation by using promoters and three different kinds of edible surfactants were selected for the desalination process targeted to produce potable water; κ-carrageenan, lecithin, and polysorbate 80 among anionic, amphoteric, and nonionic surfactants, respectively. Then, the kinetics change of the R-134a hydrate formation was monitored by varying the surfactant concentration. Experimental results demonstrated that the rate of R-134a hydrate formation increases with the addition of edible surfactants in general and the effect as a promotor has an order of polysorbate 80 > κ-carrageenan > lecithin. As a supportive measure, the atomic charges of each surfactant were calculated by using a DFT (density functional theory)-based molecular modeling and the results showed a positive relationship between the promotor effect of each surfactant and the number of oxygens available for hydrogen bonding and the negativity of their atomic charge values.
Keywords:Gas hydrate;R-134a (HFC-134a);Edible surfactants;Density functional theory (DFT);Kinetics
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