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환경건설·산업 |
국내연구팀, 수소를 직접 분리하는 나노다공성 소재 합성 성공 황현남 |
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국내 연구팀은 PST-1(POSTECH number 1)으로 명명된 새로운 조성의 극미세공을 갖는 제올라이트 분자체를 합성하여 수소(분자크기, 2.89Å)보다 약간 큰 이산화탄소(3.30Å) 또는 아르곤(3.40Å) 혼합가스의 분리 실험을 통해 PST-1이 수소를 상온에서 선택적으로 빠르게 분리할 수 있음을 발견하였다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 도약연구사업(구 국가지정연구실사업)과 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환인 '이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단'의 지원을 받아 포스텍(포항공대) 환경공학부/화학공학과 홍석봉(洪錫鳳, 48세) 교수의 주도하에, 석박사 통합과정 2년차 신지호(申知呼, 25세)씨가 제1저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야에서 세계최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미 (Angewandte Chemie)'지에 지난 달 31일자 온라인판에 화제의 논문(Hot paper)으로 게재되었다.
연구팀은 포타슘 양이온과 갈륨을 이용하여 지금까지 전혀 보고되지 않았던 새로운 조성의 PST-1 제올라이트를 합성, 포항가속기연구소에서 측정한 X-선 회절 데이터 분석을 통해 그 내부에 2.0Å 보다 작은 크기의 균일한 세공이 존재함을 확인하였으며, 이 제올라이트의 가스 분리 특성을 연구한 결과, 아르곤이나 이산화탄소와 같은 크기가 큰 기체분자들은 흡착하지 않으나, 그 구조가 매우 유연하여 가장 작은 기체분자들, 특히 수소기체만을 선택적으로 흡착하는 성질을 밝혀냈다.
이번 연구가 국제적으로 주목받게 된 배경에는 PST-1 제올라이트가 매우 낮은 온도(60℃)에서도 쉽게 물이 빠져나가며, 800℃ 이상의 고온에서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 세계 최초로 수소나 헬륨 같은 작은 기체분자들에 대한 선택적 분리소재로 적용될 수 있는 가능성을 제시하였기 때문이다. 또한 PST-1 제올라이트는 대표적 온실가스인 이산화탄소의 보다 효율적인 분리에도 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
홍 교수는 "현재 사용되고 있는 수소 분리 공정은 300℃ 이상의 고온을 필요 하거나 수소 외의 불순물을 제거하는 방식이기 때문에 PST-1 제올라이트의 합성으로 보다 경제적이며 선택적인 고순도 수소 제조 공정 개발이 가능할 것"라고 밝혔다.
이에 홍 교수는 PST-1 제올라이트의 혁신적 분리 특성을 이용한 고순도 수소 제조 및 이산화탄소 분리 공정의 개발이 환경 및 에너지 분야의 핵심적인 기술이 될 것을 고려하여 현재 국제 특허를 준비 중에 있다.
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