촉매 효율 높은 벌집모양 제올라이트 개발

벌집 모양의 규칙적 구조를 깆고 있는 제올라이트(zeolite)를 국내 연구진이 개발했다. 이는 기존 제올라이트보다 안정적이면서 촉매 효율이 높아 석유화학산업 전반에 널리 이용될 전망이다.

교육과학기술부는 한국과학기술원(KAIST) 화학과 우룡 교수 연구팀이 벌집 모양의 큰 구멍(메조기공)과 이보다 작은 구멍(마이크로 기공)이 규칙적으로 배열된 ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’를 개발했다고 15일 밝혔다.

제올라이트는 모래의 주성분인 ‘실리카’와 알루미늄으로 이뤄진 결정성 광물로, 결정 내부에 작은 분자들이 드나늘 수 있는 무수한 미세구멍이 뀨칙적으로 뚫려 있다. 이 구멍으로 반응 대상 분자가 드나들 때 촉매 작용을 일으키는 성질 때문에 가솔린 생산을 비롯한 석유화학산업 전반에 가장 널리 이용된다.

기존 제올라이트는 결정 내부에 미세구멍들이 규칙적으로 뚫려 있지만 직경이 매우 작아 반응 대상 분자의 확산 속도가 느리고 촉매활성이 낮은 단점이 있었다.

연구팀은 직경 2∼50nm(1nm:10억분의 1m) 사이의 균일한 메조기공이 규칙적인 육방정계 구조로 배열돼 있고, 메조기공들 사이의 벽 내부에 1nm보다 작은 마이크로 기공이 있는 제올라이트 물질을 개발해 이 문제를 해결했다.

안정적인 벌집 구조를 띠고 있는 이 제올라이트는 분자 크기 때문에 기존 제올라이트를 사용하기 어려웠던 물질의 촉매로도 사용할 수 있다.

이에따라 산업적으로 중요한 고부가가치 반응에서 고성능 촉매로 활용될 것이라는 전망이다.

우 교수는 “새로운 제올라이트는 이상적이고 안정적인 기공구조와 강한 산성을 지니고 있어 기존 제올라이트의 단점을 충분히 보완한 물질”이라며 “이번에 개발한 합성 방법을 여러 종류의 제올라이트에도 적용하면 200여가지가 넘는 기존 제올라이트들의 단점을 해결할 수 있을 것”이라고 기대했다.

이번 성과는 국제적인 과학전문지 ‘사이언스’의 7월 15일자에 게재됐다.

/[e-mail] 허현아기자