Trioctylamine/various solvents systems을 사용한 반응추출에서 물에 의한 용해도 증대에 관한 연구

한 동 훈, 홍 원 희

한국과학기술원 화학공학과

Water Enhanced Solubility of Lactic Acid in the Reactive Extraction Using Trioctylamine/various solvents systems

Dong Hoon Han, Won Hi Hong

Department of Chemical Engineering,

Korea Advanced Institute of Science and Technology

서론

아민이나 용매를 이용한 유기산의 반응추출에서 젖산과 동시에 추출되는 물의 양은 추출된 젖산과 비례관계를 가지고 있다. 즉 용매 속에 물의 양이 증가할수록 추출되는 유기산의 양은 증가하게 된다. 이러한 물에 의한 젖산의 추출량의 증가는 Forbes and Coolidge[1]와 Herz and Lorentz[2], Han and Hong[3] 등에 의해 연구되어 왔다. 그리고 최근에 이러한 사실에 근거해 역추출시 상대적으로 소량인 물을 제거함에 의해 젖산을 회수하는 방법들이 연구되고 있다[4].

본 연구에서는 이러한 유기산의 회수방법에 관련된 기초조사로 여러 용매를 사용하여 유기상으로 추출된 젖산의 양과 동시에 추출된 물 사이의 관계를 밝히고 용매종류에 따른 영향에 대해 연구하였다.

실험

(1)시약

가. Amine

본 실험에서 사용한 Trioctylamine은 Long Chain Tertiary Amine으로 Acros제품을 사용하였고 순도는 98%이다.

나. Solvents

- Phosphorus계 용매 : Tributylphosphate

- Alcohol계 용매 : 1-Decanol, 1-Octanol, Methylisobutylketone

- Chlorine계 용매 : 1-Chlorobutane, Chloroform, Methylene chloride, Chlorobenzene

다. 유기산

사용한 젖산은 Acros제품으로 20wt%의 수용액이다.

(2)실험 방법 및 분석

가. 실험 방법

a. 젖산의 추출을 위해 여러 가지 농도로 묽혀진 젖산 수용액 10ml, Trioctylamine을 포함한 추출 유기상 10ml를 25ml 바이얼에 넣어 15분간 강렬히 교반하여 젖산을 반응추출 하였다.

b. 추출시 온도는 20oC 이며 교반 후에 30분 동안 5000rpm으로 원심분리후에 각상을 채취하여 분석하였다.

나. 분석

a. 위에서 채취한 수용상의 잔류 젖산 농도는 0.1 N NaOH와 phenolphthalein 지시약을 사용하여 적정하였다.

b. 유기상에서 물의 농도는 Karl-Fisher Titrator를 이용하여 측정하였다.

결과 및 토론

(1) Trioctylamine의 농도에 따른 물과 젖산 추출량의 관계

Amine의 농도를 증가시킴에 따라 추출되는 젖산과 물의 양은 증가하지만 기울기는 사용한 용매가 같으므로 일정한 기울기를 갖는다. 이것은 동시에 추출된 물의 양이 Amine의 양이 일정한 경우 용매의 특성에 따라 정해진다는 것을 보여준다.

Fig. 1 The water enhanced solubility of lactic acid with the variation of

trioctylamine

(2) 사용한 용매에 따른 물과 젖산추출량의 관계

본 실험에서는 젖산의 추출을 위해 추출제로는 Trioctylamine을 사용하였고 용매로는 다음과 같은 세 가지 종류의 용매를 사용하였다.

가. Phosphorus 계 용매

본 실험에서는 phosphorus계 용매로 Tributylphosphate를 사용하였다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 추출된 물의 양은 가장 많지만 물과 추출량의 상관관계를 나타내는 기울기 값은 세종류의 용매중 가장 작다.

Fig. 2 The water enhanced solubility of lactic acid in the phosphorus solvent

나. Carbon-bonded oxygen type solvents

본 실험에서 사용된 용매는 주로 알코올류와 케톤류를 실험대상으로 삼았다. Fig. 3에서 보는 바와 같이 세종류의 용매중 물과 추출량의 관계를 나타내는 기울기가 중간정도이다. 그리고 사용한 용매의 성질이 비슷하므로 기울기는 사용한 용매에 대해 거의 같음을 볼 수 있다.

다. Chlorine solvents

본 실험에서 사용된 Chlorine용매는 주로 비점이 낮다. 하지만 기울기는 세종류의 용매중 가장 크다. 하지만 상대적으로 추출되는 물의 양이 적음을 알 수 있다.

참고문헌

1. G.S. Forbes and A.S. Coolidge, J. Am. Chem. Soc., 41, 150 (1919)

2. W. Herz and E. Lorentz, Z. Phys. Chem., 140, 406 (1929)

3. D.H. Han and W.H. Hong, Sep. Sci. Tech., 31(8), 1123 (1996)

4. J.N. Starr and C.J. King, Ind. Eng. Chem. Res. 31, 2572 (1992)

Fig. 3 The water enhanced solubility of lactic acid in the carbon-bonded oxygen         type solvents

Fig. 4 The water enhanced solubility of lactic acid in the Chlorine solvents