제올라이트 촉매의 거동분석 및 효율 향상

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-05

현대 화학산업에서 가장 중요한 촉매들은 때로 말썽을 부린다. 제올라이트 ZSM-5 결정의 빌딩 블록들은 분자크기의 구멍을 가진 일종의 스위스 치즈와 같으며, 완벽하게 결합되어 있다. 따라서 결정들을 통해 지나야 하는 물질들은 때로는 막히기도 하고 잘 반응하지도 못한다. 독일의 연구원인 Marianne Kox는 미세하지만 필수적인 입자들 내에서의 변이를 발견하였다. 거의 모든 의약, 연료 및 다른 화학제품들은 유효기간 동안의 어느 순간에는 촉매와 접촉하게 된다. 촉매들은 한 재료가 다른 재료로 바뀌는 반응, 예를 들면 원유가 석유로 변환되는 것과 같은 반응을 돕게 된다. 여러분들의 주위를 돌아보면 모든 주위에서 이들 촉매들이 수행하는 많은 일들을 볼 수 있을 것이다. Marianne Kox는 가장 중요한 촉매 중의 하나인 zeolite ZSM-5 결정들을 연구하였다. 이들 결정입자들은 전환되어야 하는 물질들이 통과해야만 하는, 작은 구멍을 가진 스위스 치즈 조각들과 같이 생겼다. 그러나 이들 구멍들 중의 일부는 개개의 촉매 입자 내에서 반응이 서로 유사하게 진행되게 하는 것 같다. Marianne Kox는 촉매 반응의 “독재자”와 같은 제올라이트를 다른 마이크로 스펙트럼 기술을 이용하여 분석하였다. 이 분석으로 촉매를 공간 및 시간적으로 분해하여 분석하는 방법, 예를 들면 촉매 내부를 3차원으로 분석하는 방법을 이용하여 제올라이트 입자들을 연구할 수 있었다. Marianne Kox는 제올라이트 결정들이 적절하게 거동하지 않는 이유 및 이들 거동이 결정 내의 한 부분과 다른 부분에서 서로 다르다는 것을 발견하였다. 결정들의 모양에 의해, 예를 들면 보트 형 혹은 관형 등과 같은 형상에 따라 제올라이트 결정 내부의 채널들은 적절하게 작동하지 않기도 하고 서로 뭉칠 수 있는 것 같이 나타났다. 이는 제올라이트 결정들을 형성하는 빌딩 블록들이 잘 맞지 않기 때문에 야기되는 것이다. 이러한 결과에 의해 촉매는 적절하게 기능을 할 수 없으며 작동하지도 않는다. Marianne Kox가 적용한 기술들의 독특한 조합 덕분에 개개 촉매 입자 및 그들의 작동 원리들이 보다 상세하게 연구될 수 있으며 촉매의 특성을 보다 향상시키는 것이 가능하였다. Marianne Kox의 연구는 Bert Weckhuysen 가 운영하는 Vici 프로젝트의 일부분으로 수행되었다. 네이쳐 머티리얼 잡지 2009년도 12월호에 내부 및 외부 표면 분자 확산 층을 유도하는 형상 의존 제올라이트의 내부성장 구조라는 내용의 기사를 통해 이 연구가 소개되었다. 출처 : http://www.azom.com/news.asp?newsID=20232