화학연, 화학반응 탄소 생성 억제하는 촉매 원천기술 개발

가돌리니움이 담지된 제올라이트 촉매 표면에서의 메탄올 전환반응.<사진=한국화학연구원 제공>
가돌리니움이 담지된 제올라이트 촉매 표면에서의 메탄올 전환반응.<사진=한국화학연구원 제공>
국내 연구팀이 화학공정 촉매인 제올라이트의 수명을 3배로 늘리는 기술을 개발했다.

한국화학연구원(원장 이규호)은 김성탁·곽근재 탄소자원화연구소 C1가스전환연구그룹 박사 연구팀이 석유·정유 산업에서 화학원료·디젤·가솔린 생산에 사용되는 제올라이트 촉매 수명을 3배로 늘리는 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

화학공정에서 반응 속도를 높이기 위해 촉매를 사용한다. 하지만 촉매를 오랜 기간 사용하면 탄소가 생성돼 촉매 활성점이나 기공을 막아 촉매 기능을 떨어뜨린다.

촉매 수명이 짧을 경우 기능이 떨어진 촉매를 재생시키거나 촉매를 교체하기 위한 추가적인 비용이 발생할 수 있어 촉매를 이용한 화학산업에서 해결해야 할 중요한 문제 중에 하나로 평가되고 있다.

연구팀은 기초화학물질인 메탄올·탄화수소 등에서 플라스틱 원료인 방향족 화합물을 생산하는 데 쓰이는 제올라이트 촉매에 가돌리늄을 코팅하는 방법으로 탄소 생성을 억제했다.

촉매 수명이 기존 상용 촉매보다 일정 반응시간 이후 3배 이상 활성이 더 높게 유지되는 원천촉매기술을 개발했다.

기존 제올라이트 촉매는 24시간 내로 초기 촉매활성의 30% 이하로 떨어지는 단점이 있다. 연구팀이 개발한 촉매는 24시간 후에도 초기 촉매활성의 80% 이상 유지됐다.

김성탁 박사는 "희토류 금속인 가돌리늄을 제올라이트 표면에 코팅하게 되면 나노 두께의 필름을 형성한다"라며 "이 필름이 표면의 물리 화학적 특성을 변화시켜 촉매 표면에 탄소생성을 저해하고 촉매의 수명이 연장되는 효과를 보인다"고 말했다.

한편 이번 연구결과는 촉매화학 분야 학술지 '켐켓켐(ChemCatChem)'에 10일자 표지논문으로 게재됐다.

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