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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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본 연구에서는 가스크로마토그래피(Gas chromatography; GC)를 이용하여 온실가스인 1,1,1,2-수소불화탄소(C2H2F4; HFC-134a) 원료가스의 미량 불순물을 정량분석 하였다. 이를 위해 현장에서 채취한 2개의 시료와 고순도 원료가스까지 총 3개의 HFC-134a 원료가스를 준비하였다.
HFC-134a는 자동차 에어컨에 주로 사용되는 냉매로서 오존층의 보호를 위해 CFC의 대체물질로 개발되었지만, 최근 교토 의정서(Kyoto Protocol)에 의해 온실가스로 규제되고 있는 물질이다. 이에 따라, 온실가스 배출량 저감을 위하여 자동차 및 가전제품의 폐냉매를 정제하여 재사용하는 방법이 권장되고 있다. 정제한 냉매의 재사용을 위해서는 정해진 폐냉매의 재사용 기준을 만족 해야 하고, 더하여 정제효율을 파악하기 위해서는 냉매의 순도분석이 필수적이다. 여러 규격에서 냉매의 순도분석에 대한 지침을 제시하였지만, 표준물질이 존재하지 않을 뿐만 아니라 실제 냉매 안에 존재하는 불순물은 훨씬 더 다양하기 때문에 정확한 분석에는 어려움이 있다.
본 연구에서는 GC를 이용하여 미량 불순물들을 정량 분석하여 실제 현장에서 사용 가능한 기준물질(reference)를 준비하고자 하였다. 일반적으로 고순도 시료에 존재하는 무기 불순물 성분 중 O2, N2, CH4, CO는 GC/TCD(Thermal conductivity detector)를 사용하여 정량분석 하였고, He은 GC/PDD(Pulsed discharge detector)를 사용하여 정량 분석하였다. C, H, Cl, F 등이 포함된 복합 화합물들은 GC/MSD(Mass selective detector)를 통해 정성분석 후 AED(Atomic emission detector)로 정량 분석하였다. 각 성분들은 표준가스를 사용하여 정량분석 하였고, HFC-134a 바탕의 표준가스는 준비되지 않았기 때문에 He과 N2 바탕의 표준물질을 사용하여 분석기 내부에 동일 유량이 흐르도록 장치를 구축하여 분석을 수행하였다. 그 결과 무기 불순물은 정밀도 0.3 % 이내, AED를 이용한 불순물의 분석은 1.0 % 이내로 분석하였다. 시료 중의 미량 불순물 분석 결과를 토대로 산출한 시료들의 순도는 각각 95.31 ± 0.02 %mol/mol, 99.85 ± 0.01 %mol/mol, 그리고 99.88 ± 0.01 %mol/mol로 나타났다(신뢰 수준: 95 %, k=2).
본 연구를 통하여 냉매 중의 극미량 불순물을 정량분석 할 수 있는 방법을 제시하였고, 재사용 기준 평가를 위한 불순물 정량에 사용할 기준물질을 제공할 수 있게 되었다. 또한, 온실가스인 냉매의 배출량 저감을 위한 정제 효율 평가에도 기여할 수 있기를 기대한다.
HFC-134a는 자동차 에어컨에 주로 사용되는 냉매로서 오존층의 보호를 위해 CFC의 대체물질로 개발되었지만, 최근 교토 의정서(Kyoto Protocol)에 의해 온실가스로 규제되고 있는 물질이다. 이에 따라, 온실가스 배출량 저감을 위하여 자동차 및 가전제품의 폐냉매를 정제하여 재사용하는 방법이 권장되고 있다. 정제한 냉매의 재사용을 위해서는 정해진 폐냉매의 재사용 기준을 만족 해야 하고, 더하여 정제효율을 파악하기 위해서는 냉매의 순도분석이 필수적이다. 여러 규격에서 냉매의 순도분석에 대한 지침을 제시하였지만, 표준물질이 존재하지 않을 뿐만 아니라 실제 냉매 안에 존재하는 불순물은 훨씬 더 다양하기 때문에 정확한 분석에는 어려움이 있다.
본 연구에서는 GC를 이용하여 미량 불순물들을 정량 분석하여 실제 현장에서 사용 가능한 기준물질(reference)를 준비하고자 하였다. 일반적으로 고순도 시료에 존재하는 무기 불순물 성분 중 O2, N2, CH4, CO는 GC/TCD(Thermal conductivity detector)를 사용하여 정량분석 하였고, He은 GC/PDD(Pulsed discharge detector)를 사용하여 정량 분석하였다. C, H, Cl, F 등이 포함된 복합 화합물들은 GC/MSD(Mass selective detector)를 통해 정성분석 후 AED(Atomic emission detector)로 정량 분석하였다. 각 성분들은 표준가스를 사용하여 정량분석 하였고, HFC-134a 바탕의 표준가스는 준비되지 않았기 때문에 He과 N2 바탕의 표준물질을 사용하여 분석기 내부에 동일 유량이 흐르도록 장치를 구축하여 분석을 수행하였다. 그 결과 무기 불순물은 정밀도 0.3 % 이내, AED를 이용한 불순물의 분석은 1.0 % 이내로 분석하였다. 시료 중의 미량 불순물 분석 결과를 토대로 산출한 시료들의 순도는 각각 95.31 ± 0.02 %mol/mol, 99.85 ± 0.01 %mol/mol, 그리고 99.88 ± 0.01 %mol/mol로 나타났다(신뢰 수준: 95 %, k=2).
본 연구를 통하여 냉매 중의 극미량 불순물을 정량분석 할 수 있는 방법을 제시하였고, 재사용 기준 평가를 위한 불순물 정량에 사용할 기준물질을 제공할 수 있게 되었다. 또한, 온실가스인 냉매의 배출량 저감을 위한 정제 효율 평가에도 기여할 수 있기를 기대한다.
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