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- 저자 : 문석윤 ( Seokyoon Moon ) (검색결과 4 건)
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문석윤(Seokyoon Moon),박영준(Youngjune Park) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
크러스레이트 하이드레이트는 물 분자의 수소결합을 통해 형성되는 결정 격자 공간에 저분자량의 객체 물질이 포집 되는 포접 화합물이다. 크러스레이트 하이드레이트가 가지는 객체 물질 포집 특성을 이용하여 온실 가스 포집 및 에너지 가스 저장 분야로의 응용이 가능하다. 특히 수소 저장 공정에 활용하기 위하여 THF(Tetrahydrofuran)와 같은 열 역학정 촉진제, 또는 메탄 및 에탄과 같은 혼합 가스 하이드레이트 관련 다양한 연구들이 진행중인 가운데, 최근에는 하이드레이트 격자를 팽창시켜 두개 이상의 수소 분자를 하나의 격자 공간에 포집 하기 위한 연구가 주목받고 있다. 본 연구에서는 THF를 포함하는 하이드레이트 시스템에 수소와 같은 객체 분자를 더 수용할 수 있는 나노 공간 확보를 통하여 가스 저장 용량을 획기적으로 향상시키기 위한 목정으로 양성자 조사 기법을 이용하였다. Raman 분석을 통한 분자간 수소 결합(O : H) 및 분자 내 극성 공유 결합(O-H)에 대한 양성자 조사 영향을 규명하였으며 PXRD 분석을 통해 수소 결합 및 공유 결합 길이 변화에 따른 격자 상수 변화를 측정하였다. 양성자 조사에 의해 형성된 라디칼들은 이차기체 객체 분자의 극성 변화를 유도하여 격자 팽창 또는 수축을 발생시키는 것을 확인하였다. 또한 양성자 조사에 의해 팽창된 수화물 격자에서 상대적으로 온화한 조건(263 K, 10 MPa)에서 다중 수소 점유 현상을 확인하였다.
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Investigation of Distinct Tuning Effect in sH Clathrate Hydrate for Natural Gas Storage
이윤석(Yunseok Lee),문석윤(Seokyoon Moon),박영준(Youngjune Park) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
인위적인 온실가스의 지속적인 배출로 지구온난화가 가속되고 기후변화의 위협이 선명해지고 있다. 지속 가능한 에너지 사회로의 변화는 선택이 아닌 필수적이고 중대한 문제로 인식되며 이를 위해 청정 에너지, 신재생에너지, 에너지 효율 증가와 같은 에너지 패러다임 변화가 가속화되고 있다. 천연가스는 기존의 다른 화석연료(석탄, 석유) 대비 연소 시 적은 양의 이산화탄소를 배출하여 비교적 청정에너지로 인식되고 있다. 또한, 최근 셰일 가스의 급속한 발전으로 천연 가스의 공급량이 증가되고 있으며 개발 도상국을 필두로 전 세계의 천연 가스 수요 또한 증가하여 미래의 주요 에너지 원으로 천연가스의 중요도가 더욱 높아지고 있다. 이로 인해 에너지 효율적이고 안전한 천연가스 저장 방법 개발이 요구되고 있다. 기존의 천연가스 운송 및 저장은 액화 천연가스(LNG)형태로 진행되고 있지만, 극저온 조건과 지속적인 자연 기화된 가스가 저장에 중요한 문제로 작용하고 있다. LNG 시스템의 단점을 극복하기 위해 최근 압축 천연가스(CNG), 흡착 천연가스(ANG), 천연가스 하이드레이트(NGH) 등 다양한 천연가스 저장 물질들이 연구되고 있다. 높은 압력이 요구되는 CNG와 흡착 물질의 높은 비용이 문제되고 있는 ANG에 비해 비교적 완화된 저장 조건과 친환경적인 NGH는 차세대 기술로 주목받고 있다. 하지만, 가스 저장 용량과 형성 조건 제한과 같은 몇 가지 현실적인 문제는 여전히 기술을 구현하는데 있어 상당한 장애물로 남아있다. Tuning effect는 에너지 효율적인 형성 조건을 유지함과 동시에 최대 가스 저장량을 향상시키기 위해 제안되었다. sH 하이드레이트는 다른 하이드레이트 구조 sl, sll에 비해 열역학적 형성 촉진제 시스템에서 가장 가스 용량이 큰 것으로 알려져 있지만 tuning effect는 발생할 수 없다고 여겨졌다. 본 연구에서는 263.15 K, 8.0 MPa 조건의 1-Methylpiperidine (1-MPD) + CH<sub>4</sub> 하이드레이트 시스템에서 sH 하이드레이트의 tuning effect을 처음으로 보고하였다. NMR 분광 분석을 통해 sH tuning effect 발생을 직접적으로 나타내는 새로운 peak이 할당되었고 DFT 계산 결과가 이를 뒷받침하였다. 또한 가스 저장 용량을 최대화할 수 있는 critical guest concentration (CGC)가 조사되었다. 지금까지 보고된 tuning effect를 가지는 하이드레이트 대비 상대적으로 높은 CGC 값인 2.4 mol%가 측정되었고 이는 가스 저장 용량을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있다고 판단된다. 위의 새로운 sH tuning effect의 발견은 천연가스 저장뿐만 아니라 가스 하이드레이트 기반의 가스 저장 및 운송 영역에 대한 가스저장 용량을 향상시킬 수 있는 새로운 전략으로 사용될 수 있으며, 가스 하이드레이트 및 포접 화합물과 관련된 기본 특성을 밝히는 데 유용한 통찰력을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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삼성분계 THF + 3-OH THF + CH<sub>4</sub> 크러스레이트 하이드레이트의 상평형 거동 해석 및 분광학적 분석
김희중 ( Heejoong Kim ),안윤호 ( Yun-ho Ahn ),문석윤 ( Seokyoon Moon ),홍수진 ( Sujin Hong ),박영준 ( Youngjune Park ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.3
본 연구에서는 THF + 3-OH THF + CH<sub>4</sub>+ H<sub>2</sub>O 시스템에서의 크러스레이트 하이드레이트의 형성 과정과 이에 따른 상 거동을 열역학 및 분광학적 방법을 통해 분석하였다. 정적 반응기에서의 온도 변화에 따라 THF와 3-OH THF를 포함하는 유기 분자들의 큰 동공 내 점유에 의해 크러스레이트 하이드레이트가 형성 및 해리되는 현상을 압력 변화를 관찰함으로써 확인하였다. 또한, 이들 유기 분자의 상대 조성에 따라 크러스레이트 하이드레이트가 안정적으로 존재할 수 있는 상평형 영역이 순수 메탄 하이드레이트 대비 보다 낮은 압력 및 높은 온도 조건으로 이동될 수 있음을 확인하였다. 엑스선 회절 분광 분석을 통해 이들 조성에서의 크러스레이트 하이드레이트는 구조-II를 형성 하는 것을 확인하였으며, 라만 분광 분석을 통해 구조-II의 큰 동공과 작은 동공에 각각 메탄이 점유되어 있음을 또한 확인하였다. In this study, the inclusion phenomena of tetrahydrofuran + 3-hydroxytetrahydrofuran + CH<sub>4</sub> clathrate hydrates were explored via thermodynamic and spectroscopic approaches. The phase equilibria of the double hydrates - THF + CH<sub>4</sub> and 3-OH THF + CH<sub>4</sub> clathrate hydrates - were determined by pressure-temperature trace during hydrate formation and dissociation, and the result revealed that the equilibrium pressures were shifted to lower pressure region compared to pure CH<sub>4</sub> hydrate. The powder X-ray diffraction patterns revealed that the double hydrates of THF + 3-OH THF formed structure II type clathrate hydrates with CH<sub>4</sub>. The dispersive Raman spectra of the double clathrate hydrates also exhibited that CH<sub>4</sub> can be trapped in both 5<sup>12</sup>6<sup>4</sup> and 5<sup>12</sup> cages whereas THF and 3-OH THF were encaged in 5<sup>12</sup>6<sup>4</sup> cage.
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