크롬계 유무기 하이브리드 나노 세공체
한국화학연구원 화학공정연구본부 석유화학촉매연구센터 이수경 박사
공장에서 배기되는 이산화탄소는 공기중에 이산화탄소 농도를 높여 심각한 기후변화를 일으키고 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 공기 중에 낮은 농도에 이산화탄소를 직접적으로 포집하는 기술도 연구되고 있지만
현재로서 가장 유망한 기술은 흡착제를 이용하여 발전도나 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 저감하는 기술입니다.
흡착제를 이용해 이산화탄소를 저감할 경우 재활용에 용이하고 지속적인 사용이 가능해집니다.
보통 이산화탄소는 질소 대부분의 소량의 불순물과 함께 약 15%의 농도가 되어 배기되는데요.
이때 배기가스는 40도씨 정도에서 상대 습도가 80 내지 90%에 육박합니다.
이러한 고습 조건에서 흡착제를 이용하게 되면 이들 흡착제는 대부분 이산화탄소보다 물을 더 잘 흡수하기 때문에 흡착된 물을 다시 탈착시키는데 많은 에너지가 소모됩니다.
따라서 물을 머금은 상태에서 재생하기 위해 열을 가할 경우 흡착제의 구조가 일부 무너져 이산화탄소 흡착 능력이 현저히 줄어들게 되고,
이는 재사용성에도 영향을 줍니다.
이러한 흡착제 후보군 중에서 MOF물질은 다양한 작용기 도입이 가능하므로 질소대비 이산화탄소 흡착성 등이 좋은것으로 평가되고 있지만
탄소 혹은 고분자 흡착제에 비해서 산소와 금속 함량이 높아 이전에 언급한 물질에 비해 친수성 특징이 나타납니다.
따라서 이산화탄소흡착제로 사용했을 때 수분 흡착량이 높거나 안정성 혹은 성능이 떨어지는 문제가 있어서 고유의 이산화탄소 흡착이 발휘되지 못할 수 있습니다.
이에 한국학연구원에서는 안정성이 높은 크롬계 mof의 수소성 작용기인 불소리간드를 도입하여 이전 기술의 문제를 해결하였습니다.
이는 흡착제에 대한 하이브리드 나노 세공체작용기로서 아민그룹과 불소 그룹을 동시에 도입한 것으로 이산화탄소 흡착 자리를 유지하면서도 수분 저항성을 높였습니다.
이러한 혼합 리간드 합성 전략은 대량 생산을 고려한 단순한 합성법으로 한국학연구원에서 특허를 가지고 있습니다.
실제로 연소 후 포집 조건을 모사한 흡착방식으로 높은 상대습도 조건에서 실험을 진행한 결과 이산화탄소 흡착성 등 및 재사용성을 검증했습니다.
MOF 중에서도 열적 안정성이 매우 우수한 크롬계 기반의 MOF 협착제는 니트로 리간드 및 소량의 불소리간드를 통해 대량생산이 가능합니다.
또한 2차 오염이 적어 대량 합성 및 성형기술 확보를 통해 이산화탄소포집용 흡착기술을 상용화하기에 적합합니다.
이처럼 하이브리드 나노세공체 기반의이산화탄소 흡착제는 화력발전소나 산업시설 등에 적용하여 이산화탄소 배출 감소에 기여하는 것은 물론 대량생산 및 성능 개량을 통해 가수산업 분야의 중소 중견벤처 기업기술 이전 및 산업화에도 적용할 수 있습니다.
한국화학연구원에서는 나노세공체 기반의 이산화탄소 업적지에 개발을 통해 공장에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 낮춰 더 나은 미래를 만드는데 기여하겠습니다.