프로필렌 옥사이드의 환경친화적이고 효율적인 생산기술 개발

[아이팍스]

프로필렌 옥사이드의 환경친화적이고 효율적인 생산기술 개발

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-04-10

미국 에너지부 산하 아르곤 국가연구실(Argonne National Laboratory) 소속 연구원들은 사업적으로 유용한 화학물질인 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)의 생산을 위한 새로운 종류의 은(silver)계열 촉매를 발견하였는데, 이 촉매를 이용한 공정은 환경친화적인 것은 물론 생산비용을 절감시킬 수 있다고 한다. 이 연구결과는 Science 지에 4월 9일자로 발표되었다

미국 아르곤 국가연구실 재료과학부 및 나노재료 센터(Center for Nanoscale Materials) 소속 화학자인 Stefan Vajda 에 따르면, 기존의 프로필렌 옥사이드 생산에 있어서는 많은 양의 부산물이 발생되는데, 부산물로는 염화(염소계) 또는 과산화 탄화수소 폐기물로서 이들은 환경적으로 유해하다고 한다. 연구팀은 촉매로서 은 나노클러스터(nanocluster)를 사용하여, 부산물이 거의 없고, 저온에서도 생성가능한 프로필렌 옥사이드 생산이 가능함을 발견하였다고 한다.

플로필렌 옥사이드는 플라스틱의 기초재료일 뿐만 아니라, 페인트, 가정용 세제 및 자동차 브레이크 용액에 사용되는 프로필렌 글리콜(propylene glycols)의 원료물질이다.

이 연구결과는 긴밀한 협력연구의 산물로서, 이 연구에는 아르곤 국가연구실의 5개 부서와 독일 베를린에 소재한 Fritz-Haber 연구소와 미국 일리노이즈 대학교 연구원들이 참여하였다. 외부 협력연구로서 Stefan Vajda가 실험을 주도하였고, 이론적 해석으로는 화학자인 Larry Curtiss와 나노과학자인 Jeff Greeley가 참여하였다.

프로필렌으로부터 프로필렌 옥사이드를 생산하기 위해 큰 은 입자가 사용되었으나, 프로필렌 옥사이로의 낮은 선택도 및 낮은 전환율을 보였을 뿐만 아니라, 많은 양의 이산화탄소를 발생시켰다. 이를 극복하기 위해 Vajda 는 3.5 나노미터의 클러스터 형태의 3개의 원자로 구성된 나노규모의 은 클러스터를 이용할 경우, 매우 높은 활성과 프로필렌 옥사이드의 선택적 생산이 가능한 촉매로 작용될 수 있음을 발견하였다.

Curtiss와 Greeley는 이후, 초미세 은 나노입자들이 프로필렌 옥사이드 생성에 왜 효과적인가에 관한 메커니즘을 규명하였다. 이들은 은 촉매의 열린 전자껍질 구조(open shell electronic structure)가 나노클러스터의 높은 선택도의 비밀이라는 사실을 발견하였다.

메커니즘을 규명한 Curtiss 는 프로필렌 옥사이드는 몇몇 산업적으로 주요한 화학물질 합성을 위한 기초 재료이나, 현재의 생산방법은 효율적이지 않다고 말했다. 이에 Greeley 는 이번 개발된 기술은 성배(holy grail)의 반응으로, 이번 연구는 프로필렌 에폭시화(propene epoxidation)를 위한 촉매로서 은의 가능성을 새롭게 펼친 것이라고 주장하였다.

현재 이 프로젝트는 미국 에너지부 과학청(Office of Science)과 미국 공군 과학연구청(Office of Scientific Research)의 지원을 받고 있고, 이 연구결과는 Science 지의 4월 9일자로 발표되었다.

(그림) 아르곤 국가연구실 소속 과학자로서 환경친화적으로 부산물 생성을 억제한 촉매를 개발한 Stefan Vajda, Larry Curtiss 와 Jeff Greeley 연구원 (왼쪽부터)

출처 : Science Daily

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