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귀금속 촉매 사용 않고도 상온에서 수소화 반응 촉매 개발

한국화학연구원 화학공정연구본부 연구팀

(대전=뉴스1) 김태진 기자 | 2020-03-31 12:00 송고
MOF 촉매 반응을 통해 바이오매스(퍼퓨랄)를 화학원료(퍼퓨릴 알코올)로 전환하는 메커니즘 형상화.(한국화학연구원 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 비싼 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 상온(30℃)에서 수소화 반응이 가능한 촉매를 개발했다.

한국화학연구원 화학공정연구본부 황영규 본부장 연구팀은 울산대 정재훈 교수 연구팀과 고온 조건이 아니어도 값비싼 귀금속 촉매를 사용하지 않고 수소화 반응을 일으키는 촉매기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

수소화 반응은 액상수소원과 반응물을 촉매에 함께 넣으면 수소가 촉매를 거쳐 반응물에 전달돼 반응하면서 새로운 생성물을 얻는 화학반응이다.

이는 플라스틱·연료·섬유·고무 등을 생산하는 석유화학공정의 중간체, 의약품·화장품 등을 생산하는 정밀화학공정의 중간체, 바이오 화학공정의 바이오매스를 합성하는 데 널리 쓰인다. 화학산업에서 없어서는 안 될 기술이다.

일반적으로 수소화 반응은 100℃ 이상의 고온에서 이뤄지는데 고온으로 높이기 위해 에너지가 많이 소모되고 온실가스를 배출해 상온으로 낮추기 위한 연구가 이어졌다.

하지만 상온에서의 수소화 반응은 경제성이 떨어지는 게 문제였다. 팔라듐과 플래티늄 등 값비싼 귀금속 촉매를 써야 하기 때문이다.

이에 연구진은 금속유기골격체(MOF) 촉매에 알코올을 넣고 단순 가열하는 간단한 방법으로 이 문제들을 한 번에 해결했다.

MOF 촉매에 알코올을 넣고 끓이자 MOF의 지르코늄 산화물 부분에 활성점(반응하는 자리)이 생겼다.

이렇게 반응 자리가 늘어나자 촉매 표면이 활성화되고, 활성 에너지를 낮춰 상온 30℃에서도 쉽게 수소화 반응이 이뤄진 것이다.

연구진은 신형 MOF 촉매를 이용해 상온에서 바이오매스 ‘퍼퓨랄(Fufural)’을 화학원료 ‘퍼퓨릴 알코올(Furfuryl alcohol)’로 전환하는 데 성공했다.

이 방식으로 석유화학공정과 바이오화학공정 등의 중간체 7종을 만드는 데 성공했고, 신형 MOF 촉매가 상온에서 작동하는 것을 확인했다.

이를 통해 지금까지 화학공정에서 골칫거리로 취급받던 폐열을 반응열로 활용할 수 있게 됐다.

이번 연구는 과학기술정통부 차세대 탄소자원화 사업과 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 성과는 촉매 분야 권위지인 ‘미국 화학회 촉매(ACS Catalysis)’ 3월호에 실렸다.


memory444444@nate.com

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