[유기화학실험] 바이오 디젤

소개글

[유기화학실험] 바이오 디젤에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

면서 세계 각국들은 에너지 사용량을 줄이기 위한 에너지 절약과 이용효율의 향상에 전력을 기울이고 있으며, 또한 유가가 배럴당 70달러대를 육박하는 석유를 대체할 수 있는 대체에너지 개발이 필요한 시기가 시작됐다.
폐식용유를 수거하여 정제한 후 바이오디젤 원료로 활용하는 것이 기존의 유채를 이용한 바이오디젤보다 훨씬 경제적이며, 환경적이다.
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
● 실험 기구
저울
스포이드
약수저
둥근 플라스크
둥근 플라스크 받침대
히팅기
마그네틱 바
비커
분액깔때기
뷰흐너 깔때기
감압기
냉각기
pH용지
테프론테이프
여과지
● 시약
메탄올
식용유
인산
수산화칼륨
무수황산마그네슘
Ⅳ. 실험 방법
① 메탄올 19.90g, 수산화칼륨 1.18g을 250mL 둥근바닥플라스크에 넣는다.
② 수산화칼륨이 녹을 때까지 교반한다.
③ Oil(식용유) 100g을 넣고 마그네틱 바를 넣는다.
④ 2시간동안 팔팔 끊이면서 환류 시키고 플라스크 안의 반응물은 잘 교반하여 준다.
⑤ 에스테르화 반응이 끝나면 반응물을 인산을 이용하여 산도를 중성으로 만든다.
(이때 pH 시험지를 이용해 산도를 확인한다.)
⑥ 메틸에스테르 층과 글리세린 층을 분리시킨다.
⑦ 에스테르층만 옮겨 무수황산마그네슘과 감압장치를 이용하여 수분을 제거해준다.
⑩ 생산된 바이오디젤의 무게를 측정한다.
Ⅴ. 실험 결과
얻은 바이오디젤 양(g)
회수율 = ----------------------- * 100%
넣은 식용유의 양(g)
추출한 카페인의 무게 : 102.029 g
회수율 :
Ⅵ. 고찰
이번 실험을 통해 우리가 조리를 할 때 주로 사용하는 식용유를 이용하여 자동차의 연료로 쓰이는 바이오디젤을 제조해 보았다. 메탄올의 몰질량은 32.04 g/mol 이므로 19.90 g 의 메탄올은 0.6 mol 이고, 수산화칼륨의 몰질량은 56.11 g/mol로 1.18 g 의 수산화칼륨은 0.02 mol 이다. 이론에서 식용유 : 알코올의 비가 1: 3 이므로 식용유의 몰 수는 0.2 mol 정도 된다고 볼 수 있다. 실험 과정에서 별로 어려운 점은 없었다. 실험 방법에서 제시한 양만큼 넣어주고 두시간 가량 200 ℃의 온도로 환류를 시켜주면서 지켜보기만하면 되었다. 가열을 하면서 혼합액의 색깔이 점차 진해졌다. 반응이 진행되면서 진한 색을 띠는 것으로 보인다. 한시간 반동안 환류 후 인산을 넣어 중성을 맞춰주었다. 촉매로 사용한 KOH는 강한 염기이기 때문에 산성 물질인 인산을 넣어 중화시켜주어야한다. 이는 다르게 말하면 촉매를 제거해주는 방법이다. PH 시험지를 이용하여 pH를 7로 맞추어주었다. 이 용액을 분별 깔대기에 옮기고 시간이 지나 충분히 분별이 이루어 졌을 때 아래에 위치한 글리세린을 제거하고 남아있는 바이오디젤만 따로 비이커에 담았다. 중화반응을 통해 생성된 수분이 아직 바이오디젤에 남아있으므로 무수황산마그네슘을 소량 넣어주어 감압장치로 걸러 수분을 제거해주었다. 그렇게 생성된 바이오디젤의 무게를 재었더니 반응 전 식용유 + 메탄올의 무게와 큰 차이가 나지 않았다. 회수율을 계산해보니 83.52 % 였다. 이론에서 식용유와 생성된 바이오디젤의 무게가 같다. 이를 통해 실험이 어느정도 성공적이라고 볼 수 있다.우리는 이 실험을 통해 바이오디젤의 수율이 가장 높은 조건을 찾기 위해, 다른 변인들은 통제하고 한가지 변인을 다르게 하며 수율을 계산해 볼 수 있다.
지금 보여주는 실험 데이터들은 타 실험에서 변인들을 통제하여 수율을 나타낸 수치값이다.
위의 실험 결과가 우리 조의 실험과 다른 점이 있다면 본 실험에서는 식용유와 촉매로써 수산화칼륨을 사용하였고, 위 실험에서는 폐식용유와 촉매로써 수산화나트륨을 사용했다는 점이다. 위의 표를 보면 <변인1>로 폐식용유와 메탄올의 몰 비를 다르게 하여 실험을 진행하였다. 결과값을 보면 폐식용유 : 메탄올 = 6 : 1 일 때 가장 수율이 크지만 큰 차이는 없는 것을 알 수 있다. 폐식용유의 온도 역시 수율에는 큰 영향을 미치지 않는다. 하지만 촉매의 양을 다르게 하였을 때 큰 변화를 나타냈다. 폐식용유에 대한 촉매 수산화나트륨의 무게가 1.5 %를 넘어섰을 때 수율이 급격히 떨어졌다. 본 실험에서 식용유는 약 102 g이고 수산화칼륨은 약 1.18 g 이므로 이다. 이를 통해 본 실험에서도 수율이 높은 것을 알 수 있다. 또한 교반시간을 봤을 때 시간이 너무 짧으면 수율이 낮은 것을 볼 수 있다. 어느 시점에서 수율이 최대로 증가하였다가 시간이 지날수록 서서히 감소한다. 본 실험에서 이론에서 교반 시간은 두 시간이었지만 우리 조는 시간을 잘못 계산하여 실수로 한시간 반만 교반을 하였다. 우리의 실험이 위 결과표를 따른다면 두시간동안 교반을 했다면 수율이 감소했을 수도 있을 것으로 보인다.
바이오 디젤은 산소를 함유하고 있다. 산소원자는 연료가 엔진내부에서 연소할 때 완전연소가 일어나도록 돕는다. 이에 따라 경유에 비해 매연 배출량도 현저하게 감소되고 휘발성 유기 화합물질(VOC) 및 일산화탄소의 배출량도 줄어든다. 산소를 다량 함유하는 것은 자동차의 세탄가를 높여주며, 이는 연료의 효율이 높다는 것을 의미한다. 여기서 세탄가란, 디젤 엔진 안에서의 발화성을 나타내는 수치이다. 또한 바이오디젤은 경유에 비해 약 79 %의 이산화탄소 저감효과를 보여준다. 따라서 이산화탄소 배출을 감소시키는 바이오디젤이 좋은 대안이 될 수 있다.
바이오디젤은 각광받는 미래지향성 연료이며, 폐식용유를 재활용하여 바이오디젤을 생산해낼 수 있다면 에너지 개발과 환경오염 방지라는 일석이조의 효과를 거둘 수 있을 것으로 생각된다. 이 결과는 기존의 환경오염 물질인 폐식용유를 통한 바이오디젤 생성으로 인해 환경보존에 큰 기여를 한다는 점에서 큰 의미가 있다. 음식점이나 다양한 곳에서 버려지는 다량의 폐식용유를 에너지원으로 사용한다면 환경오염을 줄이는 데 큰 기여를 할 것으로 보인다. 추후에는 바이오디젤 생성에 가장 효율적인 기름이 무엇인지 실험해보고 싶다.
Ⅶ. 참고문헌
반응표면분석법을 이용한 유체로부터 바이오디젤 생산의 최적화 , 정귀택 외 3명, 한국생물공학회지(2007) , pp.222-227

키워드

유기화학,   유기화학실험,   화학실험,   화공실험,   화학공학과,   화공과 실험,   바이오디젤,   고찰,   결과레포트