Phase Equilibrium, Spectroscopic Investigation, and Formation Kinetics of CHClF2 Hydrate in Chloride Ion Solution

Abstract

본 연구에서는 가스하이드레이트 기반의 담수화 공정을 위한 연구를 수행하였다. 하이드레이트의 게스트 분자로는 하이드레이트 형성 조건을 현저히 완화시키는 클로로디플루오로메탄(Chlorodifluoromethane, CHClF2, R22)을 이용하였으며 해수 조성의 대부분을 차지하는 염화나트륨, 염화마그네슘, 그리고 니켈 전기도금의 폐수로서 방출되는 염화니켈을 목표 염분으로 하여 연구를 진행하였다. 하이드레이트 담수화 공정에 필수적으로 요구되는 하이드레이트의 열역학적 안정영역을 파악하기 위해 염화니켈 수용액의 각 농도별 (0, 5, 10, 그리고 15 wt%) 환경에서 형성된 R22 하이드레이트 3상 (H-Lw-V)의 상평형 점을 측정하였으며 R22 하이드레이트의 구조에 염분이 영향을 미치지 않음을 증명하기 위해 X-ray diffraction (XRD)과 Raman spectroscopy로 염화나트륨, 염화마그네슘, 그리고 염화니켈 각 0, 5, 그리고 10 wt% 수용액 환경에서 형성된 R22 하이드레이트 시료를 분석하였다. 그 결과 염분을 첨가하지 않은 R22 하이드레이트의 결과와 비교했을 때 어떠한 구조적인 변화도 관찰되지 않음을 확인했다. 또한 각 농도별 염분 수용액에서 형성된 R22 하이드레이트의 형성속도를 알아내고, 또 예측하기 위해 새로운 속도 모델을 제시하였으며 실제 하이드레이트 형성 실험결과와 모델을 통해 계산된 결과를 비교하였다. 그 결과 속도 모델이 실제 하이드레이트 형성 예측에 잘 적용됨을 확인 하였다. 본 연구를 통해 얻은 염화니켈 수용액 환경에서 형성된 R22 하이드레이트의 상평형 지점 및 형성 속도 예측에 관한 모델, 그리고 모델을 통해 얻은 구체적인 수치는 추후 유사한 하이드레이트 기반의 분리 공정에 기초 데이터로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.