화학뉴스

국내 연구진이 화학공정 수소화 반응을 상온에서 가능하게 하는 촉매기술을 개발했다.
수소화 반응은 액상 수소와 반응물을 촉매에 함께 넣으면 수소가 촉매를 거쳐 반응물에 전달돼 새로운 생성물을 얻을 수 있는 화학반응으로, 플래스틱·연료·섬유·고무 등을 생산하는 석유화학공정과 의약품·화장품 등을 생산하는 정밀화학공정의 중간체, 바이오화학공정의 바이오매스 등을 합성하는데 사용되고 있다.
일반적으로 수소화 반응은 섭씨 100도 이상 고온에서 이루어지기 때문에 온도를 높이기 위해 에너지가 많이 들고 온실가스가 배출되는 문제가 있다.
또 상온에서도 수소화 반응이 가능하지만 팔라듐이나 플래티넘 등 고가의 귀금속 촉매를 사용해야 해 경제성이 떨어지는 것으로 지적됐다.
이에 한국화학연구원 연구팀은 저가의 지르코늄 금속과 유기물질을 결합해 만든 금속유기골격체(MOF) 촉매에 알코올을 넣고 가열하는 방법으로 문제점을 해결했다.
MOF 촉매에 알코올을 넣고 끓이면 MOF 표면에 활성점(반응하는 자리)이 많이 생기면서 활성화되기 때문에 활성화에 필요한 에너지를 낮추어 섭씨 30도 상온에서도 쉽게 수소화 반응이 일어나는 것으로 알려졌다.
연구팀은 MOF 촉매를 이용해 상온에서 목질계 바이오매스에서 유도된 푸르푸랄을 화학 원료인 푸르푸릴 알코올로 전환하는데 성공했다.
석유화학공정에서 발생하는 40도 이하의 폐열을 수소화 반응에 재활용할 수 있어 온실가스 감소에도 기여할 것으로 기대된다.
연구팀은 또 수소화 반응에서 기존에는 수소가 반응물의 여섯자리를 거쳐 전달되는 것으로 알려져 있었지만 실제로는 반응물의 여덟자리를 거쳐 전달된다는 것을 확인했다.
황영규 화학연 화학공정연구본부장은 “지난 10년 동안 연구자들은 6각링 전이상태를 바탕으로 촉매를 만들어왔지만 실제로는 8각링 전이상태였다는 것이 확인된 만큼 새로운 촉매 반응경로에 대한 연구가 활발해질 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제학술지 미국 화학회 촉매(ACS Catalysis) 3월호에 실렸다. (K)