포스텍, ‘제올라이트’ 합성 성공
포스텍, ‘제올라이트’ 합성 성공
  • 송두환 기자
  • 승인 2015.07.22
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강한 이산화탄소 흡착성 가져

[투데이에너지 송두환 기자] 국내연구진이 국제공동연구를 통해 고효율 석유화학공업의 핵심소재인 제올라이트(Zeolite)의 새로운 구조설계·합성에 세계최초로 성공했다. 제올라이트는 화학·에너지·환경분야에서 촉매·이온교환제·분리제 등 다양한 용도로 쓰이는 신소재다.

제올라이트는 실리콘과 알루미늄 원자가 산소원자와 정사면체 구조를 이루며 결합된 결정성 물질이다. 높은 열안정성과 기체투과율 및 선택도를 가져 석유화학공업의 촉매로 주로 사용되며 냉매나 천연가스에서 물을 제거하는 흡착제, 공기분리공정에서는 흡착분리제로 사용되고 있다.

하지만 현재 사용되는 제올라이트 종류는 극히 제한적이다. 또한 우리나라는 현재 제올라이트 공급을 대부분 수입에 의존하고 있다. 이는 제올라이트 합성이 어렵기 때문이다. 이론적으로는 300만종 이상의 서로 다른 제올라이트 구조가 가능하나 현재까지 만들어진 구조는 229종에 불과하다. 그마저도 모두 시행착오접근(Trial and error)방식으로 만들어졌다. 구조설계가 아닌 우연에 의존한 합성방식이다.

홍석봉 포스텍 교수팀은 기존 제올라이트 합성에 쓰이는 유도물질에 양이온을 첨가하는 방법으로 제올라이트 2종류 합성에 성공했다. 구조설계를 통해 디자인 된 제올라이트 구조를 실제로 합성에 성공한 사례는 처음이다. 연구진은 새로 만든 제올라이트의 이름을 ‘PST-20 제올라이트(PoSTech no.20)’와 ‘PST-25’로 명명했다.

연구진은 또한 연구과정에서 기존 제올라이트의 구조확장원리를 규명하는데 성공했다. 기존의 시행착오접근방식 합성법을 과학적으로 정량화한 것이다.

홍 교수팀은 샤오동 쩌우(Xiaodong Zou) 스톡홀름대 교수팀(스웨덴), 폴 라이트(Paul A. Wright) 세인트앤드류스대 교수팀(영국)과 공동으로 연구를 수행했다. 포항 가속기연구소(PAL, 소장 조무현)와 프랑스 가속기연구소(ESRF)가 연구에 협력했다.

홍 교수팀이 새로 합성한 제올라이트는 기존 제올라이트보다 이산화탄소를 더 많이 빨리 흡·탈착하는 것으로 알려졌다. 따라서 연구진은 새 제올라이트가 환경·에너지분야에서 뛰어난 이산화탄소 흡착제로 활용될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 미래창조과학부의 기초연구사업(리더연구자지원)의 지원으로 이뤄졌으며 연구결과물은 세계 최고 권위의 과학 학술지인 네이처(Nature)지 온라인판 7월16일자(한국시간)에 게재됐다.

이번 연구를 주도한 홍석봉 교수는 “현재 제약분야에서 분자 설계를 통해 신약을 개발하는 것처럼, 우연이 아닌 특정 용도에 필요한 제올라이트 구조를 예측한 후 설계를 통한 ‘타깃(target)’ 제올라이트의 합성이 가능함을 보여준 첫 사례로 나노다공성 재료분야에 새로운 패러다임을 제시했다”고 밝혔다.


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