화학뉴스

국내 연구진이 친환경 플래스틱 생산 공정에 들어가는 촉매를 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 생명과학공학과 최민기 교수 연구팀은 인하대 화학공학과 이용진 교수 연구팀과 공동으로 PU(Polyurethane) 기초원료인 MDA(Methylenedianiline) 제조용으로 높은 촉매 활성과 선택도를 갖고 뛰어난 장기 안정성을 갖춘 LTL(Linde type-L) 제올라이트(Zeolite) 촉매를 개발했다.
제올라이트는 알루미늄 산화물과 규산 산화물의 결합으로 생성된 다공성‧결정성 물질로 흡착제, 이온교환제, 합성세제, 촉매 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
제올라이트 촉매는 MDA 합성 반응물과 생성물의 분자 크기가 매우 커 마이크로 기공에서 확산속도 제한으로 야기되는 낮은 활성이 고질적인 문제점으로 지적되고 있다.
연구팀은 4,4’-MDA를 선택적으로 합성하고 올리고머 형성을 억제할 수 있는 최적화된 제올라이트 촉매를 설계했고 지금까지 발견된 250개 이상의 제올라이트 구조 중 LTL 제올라이트 구조가 4,4’-MDA 합성에 이상적임을 발견했다.
또 LTL 제올라이트 결정 내부에 거대 분자의 확산을 비약적으로 높일 수 있는 추가 기공을 뚫는 방식으로 일종의 분자 고속도로를 만들어 느린 분자 확산 문제를 해결했다.
마이크로 기공과 메조 기공을 동시에 포함한 신규 LTL 제올라이트 촉매는 일반 LTL 제올라이트에 비해 8배 이상 증진된 활성을 보였고 염산 촉매를 이용한 촉매 공정에 비해 10% 이상 증진된 4,4’-MDA 수율을 나타냈다.
또 신규 개발한 촉매는 장기 연속반응 공정에서 우수한 안정성을 보이는 것으로 확인됐다.
신규 제올라이트 촉매를 사용한 공정은 염산 베이스 공정과 달리 중화공정을 필요로 하지 않고 폐수 발생이 전무하다는 것이 가장 큰 장점으로 파악된다.
연구는 한화솔루션의 지원을 받아 수행됐으며 화학 분야 권위적인 국제학술지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 온라인 판에 성과가 게재됐다.
최민기 교수는 “유수의 화학기업들이 개발에 난항을 겪고 있던 친환경 MDA 생산공정 개발에 돌파구를 제시한 국내 고유의 기술적 성과”라며 “한화솔루션과 긴밀하게 협업해 신규 촉매 기술을 상업적으로 적용하는 연구를 수행할 예정”이라고 강조했다.
이어 “세계 최초의 친환경 MDA 생산공정 개발을 국내 기술력으로 달성할 계획”이라고 덧붙였다. (강)