라만 분광학과 분자모델링을 이용한 메탄 및 육불화황 혼합 가스 하이드레이트 성장 거동 연구

임준혁; 이주동; 박성수; 엄기헌; 원용선; Jun-Heok Lim; Ju Dong Lee; Sung Soo Park; Ki Heon Eom; 원용선

Clean Technology, Vol.19, No.4, 476-480, December, 2013

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라만 분광학과 분자모델링을 이용한 메탄 및 육불화황 혼합 가스 하이드레이트 성장 거동 연구

Raman Spectroscopy and Molecular Modeling Study on the CH4 and SF6 Mixture Gas Hydrate Growth Behavior

임준혁 , 이주동¹, 박성수², 엄기헌, 원용선^†

부경대학교 화학공학과, 608-739 부산광역시 남구 용당동 산 100
¹한국생산기술연구원, 681-802 울산광역시 중구 다운동 421
²삼성SDI주식회사 중앙연구소, 446-577 경기 용인시 공세동 428-5

Jun-Heok Lim , Ju Dong Lee¹, Sung Soo Park², Ki Heon Eom, and 원용선^†

Department of Chemical Engineering, Pukyong National University, San 100, Yongdang-dong, Nam-gu, Busan 608-739, Korea
¹Korea Institute of Industrial Technology, 421 Daun-dong, Jung-gu, Ulsan 681-802, Korea
²Corporate R&D Center, Samsung SDI Co. Ltd., 428-5 Gongse-dong, Giheung-gu, Yongin-si, Gyunggi 446-577, Korea

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초록

라만 분광학과 분자 모델링을 이용하여 메탄과 육불화황의 혼합 기체 가스 하이드레이트의 성장거동을 연구하였다. 라만분광학 결과에 의하면 메탄을 객체 가스로 사용할 경우 메탄이 물 분자로 이루어지는 가스 하이드레이트 호스트 구조 내의 큰 동공을 채우고 차례로 작은 동공이 채워지게 되는데 반하여 육불화황을 혼합한 경우 육불화황과 메탄이 경쟁적으로 큰 동공을 채우고 이어 작은 동공에는 메탄만 채워지는 방식으로 전체 가스 하이드레이트 구조가 안정화됨을 관찰하였다. 분자 모델링에 의한 결합에너지 계산 결과 큰 동공의 경우 육불화황은 -26.9 kcal/mol, 메탄은 -24.2 kcal/mol의 결합에너지를 보여 육불화황이 채워지는 것이 약간 더 안정함을 알 수 있었고 작은 동공의 경우 육불화황은 1.2 kcal/mol, 메탄은 -22.0kcal/mol로 큰 크기의 육불화황이 작은 동공에는 채워질 수 없음을 보여주었다. 이와 같은 접근법은 향후 다양한 객체 기체가스 하이드레이트의 성장거동을 예측하는데 적용될 수 있을 것이다.

The growth behavior of CH4 and SF6 mixture gas hydrate has been investigated by a combined approach of Raman spectroscopy and molecular modeling. Raman spectroscopy results presented that when CH4 is used only, CH4 guest molecule is inserted first into the large cavity of the host structure built by H2O molecules and then into the small cavity to stabilize the whole gas hydrate structure. In the other hand, when SF6 is mixed together, SF6 is favored over (or competing with) CH4 in being inserted into the large cavity and the small cavity still prefers CH4 insertion. The calculations of binding energies clearly supported this. While SF6 has a binding energy of -26.9 kcal/mol a little lower than -24.2 kcal/mol of CH4 in the large cavity, SF6 and CH4 has 1.2 kcal/mol and -22.0 kcal/mol, respectively, in the small cavity. It indicates that the sizable SF6 is not preferred in the small cavity but has a relative energetic advantage over CH4 in the large cavity.

Keywords:Gas hydrate;CH4;SF6;Molecular modeling;Binding energy

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[Referenced By]

[Related Articles]

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