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열수처리 응축수의 공정 내 재순환을 통한 헤미셀룰로오스 유래당 추출효율 증대
안명록 ( Myeong Rok Ahn ),최준호 ( June-ho Choi ),정찬덕 ( Chan-duck Jung ),최인규 ( In-gyu Choi ),김호용 ( Hoyong Kim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.2
본 연구에서는 pilot-scale의 연속식 바이오매스 열수처리 반응기에서 발생하는 휘발성 화합물들을 응축시켜 회수한 응축수를 바이오리파이너리 공정에 재투입하여 열수처리 효율 증대 효과를 평가하였다. 열수처리 응축수는 귀리겨를 180℃ 20분 처리하는 과정에서 포집되었으며, pH 2.72의 용액으로 약 0.5%의 아세트산과 0.4%의 푸르푸랄이 포함되어 있음을 확인하였다. 이를 바이오리파이너리 공정의 열수처리 공정 혹은 수화분쇄 공정에 투입하여 보다 온화한 조건에서 열수처리가 가능함을 확인하였다.
바이오리파이너리 공정에 적용을 위한 리그닌의 추출률 증대 방법
최준호 ( June-ho Choi ),안명록 ( Myeong Rok Ahn ),노민주 ( Minju No ),정영훈 ( Young Hoon Jung ),최인규 ( In-gyu Choi ),김호용 ( Hoyong Kim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1
바이오매스 주요 구성성분 중 하나인 리그닌은 페닐 프로판 탄소골격으로 이루어진 풍부한 탄소자원으로 다양한 특성(열 안정성, 항산화 활성, 항진균 및 항균 활성 등)을 내포해 기능성 소재로 이용을 위한 잠재력이 높다. 또한, 리그닌은 바이오매스의 난분해성을 결정하는 중요한 요소 중 하나로, 물리적 장벽을 제공할 뿐만 아니라 효소와의 비가역적 흡착을 유발하여 셀룰로오스로의 효소 접근성을 억제한다. 따라서 바이오리파이너리의 경제성 확보를 위해서는 효소 당화에 앞서 리그닌을 분리·추출하여 이용하는 것이 유리하다. 열수 전처리는 별도의 촉매를 사용하지 않기 때문에 친환경적으로 헤미셀룰로오스를 효과적으로 분리할 수 있지만, 리그닌 저감 효과가 미미하다. 열수 처리 후 별도의 탈리그닌화 공정을 통해 리그닌을 분리·추출할 수 있지만, 기존 리그닌 추출 공정은 일반적으로 용매, 열, 촉매를 이용하여 이루어지며, 얻어진 리그닌의 변성이 일어나거나 장비의 부식 및 폭발 위험성이 있어 연속식 공정에 적용이 어렵다. 본 연구에서는 열수 전처리 및 리파이닝을 포함하는 바이오리파이너리의 연속 공정에서 리그닌 추출 수율 증대를 위한 전략을 제안하였다. 바이오매스의 열수 전처리를 통해 헤미셀룰로오스를 분리하였으며, 리파이닝 과정에서 유기용매를 도입하여 열수 처리 과정에서 탈구조화된 리그닌을 효과적으로 추출하였다.
유기용매 리그닌의 구조적 특성에 따른 리그노폴리우레탄의 물성 평가
최준호 ( June-ho Choi ),성효린 ( Hyolin Seong ),안명록 ( Myeong Rok Ahn ),김호용 ( Hoyong Kim ),최인규 ( In-gyu Choi ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2
바이오폴리우레탄은 이소시아네트와 바이오매스 유래 폴리올을 이용하여 합성될 수 있다. 하지만 바이오폴리우레탄 합성을 위한 바이오매스 유래 폴리올은 생산 및 정제를 위한 추가 공정이 필요하기 때문에 가격 경쟁력이 낮은 단점이 있다. 따라서 바이오폴리우레탄의 경제성을 확보하기 위해서는 산업에서 부산물로 획득 가능한 저렴한 원료의 사용이 유리하다. 천연 고분자인 리그닌은 제지·펄프 공정에서 부산물로 획득 가능하여 바이오폴리우레탄 생산을 위한 가격 경쟁력을 갖춘 원료로 각광받고 있다. 리그닌은 분자량이 수천 Da 범위이며, 분자당 2개 이상의 수산기를 갖기 때문에 이소시아네이트를 사용하여 리그닌 분자 간의 가교결합을 유도함으로써 리그노폴리우레탄 합성의 원료로 사용될 수 있다. 바이오폴리우레탄은 폴리올의 구조적 특성에 따라 가교 밀도 및 물성이 상이한 것으로 알려져 있지만, 리그닌은 입체 장해로 인해 열악한 반응성을 나타내며, 다양한 결합구조로 인해 생산 방법에 따라 물성이 상이하여 합성된 최종 산물의 물성을 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 반응성 증대를 위해 하이드록시프로필화된 구조적 특성이 다른 세 가지 유형의 유기용매 리그닌을 사용하여 리그노폴리우레탄 필름을 제조하였으며, 제조된 리그노폴리우레탄의 가교밀도 및 물성을 유기용매 리그닌의 특성 차이에 초점을 맞추어 평가하였다. 그 결과, 하이드록시프로필화 리그닌의 구조적 특성은 우레탄 합성의 반응 속도 및 리그노폴리우레탄의 기계적 물성에 영향을 미쳤다.