산화프로필렌 친환경 합성기술 개발

UNIST, 유해 물질 배출 없이 태양광 활용 합성 시스템 최초
광촉매 성능 개선으로 고부가가치 석유화학 원료 상업화 기대

TIN뉴스 | 기사입력 2022/01/11 [10:58]

▲ 왼쪽부터 고묘화 석박사통합과정 대학원생, 곽자훈 교수, 장지욱 교수(울산과학기술원 제공)  © TIN뉴스

 

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 곽자훈·장지욱 교수, 화학과 주상훈 교수 연구팀이 자동차 내장재나 화장품의 원료인 산화프로필렌을 유해 물질 배출 없이 태양광 에너지와 산소만을 이용해 친환경적으로 생산하는 ‘3종 촉매 융합 시스템’을 개발했다고 9일 밝혔다.

 

산화프로필렌은 합성섬유(스판덱스 등), 자동차 시트, 단열재 등에 널리 쓰이는 폴리우레탄 생산에 사용되거나 보습제 등 화장품, 의약품의 기초 원료인 ‘프로필렌글리콜’ 제작에도 쓰여 수요가 꾸준히 증가하고 있는 고부가가치 석유화학 원료다.

 

생산과정에서 원유 정제물인 나프타에서 프로필렌을 얻은 뒤 이를 산화시켜 합성하는데, 이 때 보통 프로필렌과 유해물질인 하이포아염소산을 섞은 클로로하이드린에 수산화칼슘을 반응시켜 얻었지만 이 방법은 환경 규제 강화로 폐기되는 추세다.

 

최근 염소 대신 과산화수소를 산화제로 쓰는 ‘HPPO’ 공법이 상용화됐지만, 과산화수소 생산 공정 자체가 여전히 친환경적이지 못하면서 복잡하고 비싸다는 문제가 있다고 연구팀은 설명하고 있다.

 

연구팀은 3단계 촉매 반응을 정교하게 제어하는 기술을 사용해 산화프로필렌을 친환경적으로 얻는 시스템을 고안했다.

 

▲ 산화프로필렌 합성하는 3종 촉매 융합 시스템 (울산과학기술원 제공)  © TIN뉴스

 

먼저 광촉매(비스무스 바나데이트)가 물속에서 햇빛을 받아 전기를 생산하고 전기화학 촉매(코발트와 탄소나노튜브)가 이 전기를 이용해 산소를 환원시켜 과산화수소를 만든다. 마지막으로 불균일 촉매(티타늄)의 도움으로 과산화수소와 프로필렌이 반응해 산화프로필렌을 생산하게 된다.

 

장지욱 교수는 “추가적인 외부전압과 값비싼 화합물 없이 풍부하고 값싼 산소와 태양광으로 작동하는 산화프로필렌 합성 시스템을 최초로 선보였다는 점에서 그 의미가 크다”며 “이번 연구를 통해 산화프로필렌뿐 아니라 다양한 화합물을 친환경적으로 생산할 수 있는 ‘광전기화학’ 기술의 잠재력을 입증한 만큼 광촉매 성능을 더 개선한다면 상업적으로도 더 큰 가치가 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 선도연구센터사업과 포스코사이언스펠로쉽 과제 등의 지원을 받아 이뤄진 이번 연구 성과는 촉매 분야 학술지인 ‘네이처 카탈리시스’(Nature Catalysis) 표지 논문으로 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다. 

 

김상현 기자 tinnews@tinnews.co.kr

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