촉매를 포함하는 다공성 박막으로 코팅된 미세 반응기를 이용한 향상된 합성법

[아템]

촉매를 포함하는 다공성 박막으로 코팅된 미세 반응기를 이용한 향상된 합성법

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-12-07

화학 반응기의 벽에 얇은 촉매 코팅을 해서 다양한 산업 처리과정을 보다 효율적으로 만들 수 있다고 유럽 과학자들로 이루어진 연구진이 말한다.

많은 화학 합성들, 특히 제약 산업에서의 화학 합성들이 수소 첨가 반응을 주요 단계로 가지고 있다. 과학자들은 보통 현탁액 반응기(slurry reactor)에서 수소 첨가반응을 수행하는데, 그 안에서 기체는 거품 형태로 용액 중의 고체 촉매, 종종 팔라듐(palladium)의 현탁을 통과하게 된다. 영국의 캠브리지대학(University of Cambridge)의Angel Berenguer-Murcia는 촉매가 여과되어야 하고, 생성물 또한 하나 또는 그 이상의 정제 과정을 거쳐서 정제되어야 하기 때문에, 이 과정이 결점이라고 말한다.

그 대신에Berenguer-Murcia 와 캠브리지대학과 네델란드의 아인트호벤공과대학(Eindhoven University of Technology)의 동료들은 미세반응기(microreactor)의 벽을 그 구멍들 안에 팔라듐 나노 입자(palladium nanoparticle)들을 포함하고 있는 이산화 티타늄(titanium dioxide)의 얇은 다공성 막(thin porous film)으로 덮었다. 그들은 그 박막(film)이 용액 상에서 팔라듐 나노입자와 비교할 만한 속도와 선택성을 가지고페닐아세틸렌을 스티렌으로 수소첨가하는 반응을 촉매하는 것을 보였다. 그들은 또한 그 박막이 한 달 이상 계속적으로 사용할 수 있을 만큼 안정적인 것을 발견했다. 촉매를 여과하거나 분리하고 정체하는 과정을 필요료하지 않기 때문에, 화학 과정은 전반적인 효율성이 상당하게 향상될 수 있다고 Berenguer-Murcia가 말한다.

Berenguer-Murcia는 미세반응기가 1회분량의 반응기(batch reactor)보다 훨씬 더 큰 표면적 대 부피 비율을 가지고 있어서 더 많은 반응물들이 촉매성 박막과 접촉할 수 있게 되기 때문에 미세반응기를 사용했다. 영국의 헐대학(University of Hull)의 소형화(miniaturization) 분야의 전문가인 Paul Watts는 미세반응기 기술을 이용함으로써 1회분량 반응기 기술에 비하여 더 높은 수득율과 선택성을 갖춘 효율적인 화합물의 합성을 가능하게 한다고 논평했다. 촉매을 반응기와 통합하는 이 방법은 새롭고, 이 훌륭한 방법은 반응물들이 반응하기 더 좋은 배열을 만들 수 있는 다른 촉매들에 대해서도 사용될 수 있을 것이 확실하다.

이 개발이 처리 장비의 성질과 규모, 새로운 생산 방식 등의 시험 공장(pilot plant), 그리고 생산 설비 및 장치에 큰 영향을 줄 수 있기를 바란다고 Berenguer-Murcia가 말한다. 유럽의 화학 공정 산업은 매우 경쟁적인 세계에서 최소한 현재 가진 세계적 지위를 유지하기 위해서는 혁신력을 현저히 강화시키고 연구 개발 투자를 증가시켜야 할 것이며, 여러 다른 요인들 중에서 이들 강한 입지는 혁신적인 처리 장비의 사용 가능성과 더 심화된 개발에 의존한다고 그는 말한다.

[그림]
이산화 티타늄(titanium dioxide)의 구멍들이 촉매성 팔라듐 나노입자들(palladium nanoparticle)을 그 자리에 유지시켜준다

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