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30년간 풀지 못한 제올라이트 구조 규명

포스텍 홍석봉 교수팀 촉매 응용가능성 제시

하경미 기자 jingmei@kyongbuk.com 등록일 2016년05월30일 21시43분  
포스텍 연구팀이 발견된 지 30여 년이 지났음에도 그 구조를 정확하게 풀어내지 못한 제올라이트의 구조와 성능을 밝혀냈다.

비석(沸石)으로 불리며 메탄올 같은 알코올과 반응시키면 휘발유를 생산하는데 응용할 수 있다는 연구가 발표되면서 관심을 끈 제올라이트는 작은 구멍의 기하학적 구조에 따라 촉매 반응 속도나 생성물 분포가 달라지는 현상을 보여 다양한 촉매로 사용된다.

이 가운데 영국 에든버러대 연구팀이 처음 발견해 대학 이름을 딴 'EU-12 제올라이트(Edinburgh University No.12)'는 미세한 구멍(細孔)을 가진 제올라이트 중 높은 열적 안정성을 지닌 물질이지만, 발견된 지 30여년이 지난 지금까지도 그 구조를 정확하게 풀어내지 못했다.

하지만 환경공학부 홍석봉 교수와 박사과정 배주나씨 연구팀은 최근 화학 분야 세계 최고의 권위를 지닌 '안게반테 케미(Angewandte Chemie)'지를 통해 약 30년 간 구조가 알려지지 않은 EU-12 제올라이트의 구조와 그 성능에 대해 밝혀낸 연구 결과를 발표했다.

홍 교수팀은 두 가지 종류의 무기양이온, 나트륨과 루비듐의 비율을 조절해 새로운 방식으로 이 제올라이트를 합성하고 포항가속기연구소의 X-선 회절 데이터 분석을 통해 구조를 알아낸 뒤 그 구조를 다시 만드는 데 성공했다.

이에 이 제올라이트가 산소 원자 8개 고리로 이뤄진 미세한 구멍의 입구를 가지는 것은 물론 이 구멍들 사이에서 일정 간격으로 꺾인 다른 구멍과 교차하는 독특한 구조를 가지고 있음을 알아냈다.

또한 이 제올라이트가 가진 독특한 구조·물리화학적 특성으로 메탄올이나 에탄올과 같은 작은 탄화수소의 전환반응에 응용할 수 있을 것으로 예측, 에탄올 저온 탈수 반응 실험을 수행했다.

이에 따라 지금까지 가장 높은 효율을 보인 것으로 보고된 MOR 구조의 제올라이트보다 천연 가스나 원유에 일부 함유돼 있는 탄화수소인 에테인을 10% 더 많이 선택적으로 생성할 수 있다는 결과를 얻었다.

즉 이 제올라이트가 전체 제올라이트 중에서도 에탄올 등을 이용해 휘발유를 만드는 데 사용할 수 있는 가장 효율적인 촉매제임을 밝혀낸 것이다.

연구를 주도한 홍석봉 교수는 "EU-12 제올라이트 촉매로의 응용 가능성을 제시한 선행 연구로 중요한 의미가 있다"고 전했다.
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하경미 기자

    • 하경미 기자
  • 정경부 차장대우입니다. 유통과 금융 등을 맡고 있습니다.