내부식성 설비 없이 원료 수율 10% 높아
국내 연구팀이 플라스틱 제조시 폐수를 대거 발생시키는 염산 촉매를 대체할 친환경 고체산 촉매를 개발하는데 성공했다.
한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 최민기 교수연구팀과 인하대학교 화학공학과 이용진 교수연구팀은 기존 폴리우레탄용 염산 촉매보다 수율이 10% 높고, 독성 폐수가 전혀 발생하지 않는 고체산 촉매 '제올라이트'를 개발했다고 14일 밝혔다.
폴리우레탄의 중요한 기초원료 메틸렌디아닐린은 염산 촉매를 활용해 여러 단계의 화학 반응을 거쳐 폴리우레탄으로 합성된다. 부식성이 강한 염산을 사용하기 때문에 고가의 내부식성 특수 반응기를 설계해야 하고, 생성물의 중화 및 분리 과정을 필수적으로 거쳐야 한다. 또 생산과정에서 많은 양의 독성 폐수가 배출된다.
이같은 문제를 극복하기 위해 고체산 촉매 '제올라이트'가 널리 연구돼 왔지만, 반응물과 생성물의 분자 크기가 매우 큰 탓에 낮은 확산 속도가 고질적인 문제였다.
이에 연구팀은 거대 분자의 확산을 비약적으로 높일 수 있는 추가 기공인 일종의 '분자 고속도로'를 뚫어 느린 분자 확산 문제를 해결하는데 성공했다. 이렇게 개발한 제올라이트는 기존 고체산 촉매보다 8배 높은 활성을 보였고, 염산 촉매보다 10% 이상 증진된 수율을 보였다.
이밖에도 연구진은 새로 개발한 촉매가 100시간 이상 연속반응 공정에서도 안정성이 우수한 것을 확인했다. 무엇보다 큰 장점은 제올라이트 촉매를 사용한 공정에서는 중화과정이 필요없어 폐수가 발생하지 않는다는 점이다.
연구를 주도한 KAIST 최민기 교수는 "이번 연구는 유수의 화학기업들이 개발에 난항을 겪고 있던 메틸렌디아닐린의 친환경 생산공정 개발에 돌파구를 제시한 국내 고유의 기술적 성과"라며 "앞으로 연구진은 한화솔루션과 긴밀하게 협업해 제올라이트의 상업적 생산을 위한 연구를 수행할 예정이며, 세계 최초의 메틸렌디아닐린의 친환경 생산공정 개발을 국내 기술력으로 달성하고자 한다"고 밝혔다.
이번 연구결과는 화학분야의 세계적인 학술지 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition) 6월 27일자 온라인에 게재됐다.
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