`제올라이트 합성` 길 트였다

　석유화학산업에서 가장 중요한 촉매로 사용되는 제올라이트 중 하나인 ‘ZSM-5’ 골격내 알루미늄(AI)원자의 분포 특성이 규명돼 기존 물질과 전혀 다른 새로운 물성을 갖는 제올라이트를 합성할 수 있는 길이 열렸다.

　한밭대학교 응용화학공학부 환경개선형신소재개발연구센터 홍석봉 교수는 ZSM-5의 골격내 Al원자의 위치가 제올라이트를 합성할 때 사용된 반응혼합물내 규소(Si)와 알루미늄(Al)의 비에 따라 그 위치가 달라진다는 사실을 규명했다고 22일 밝혔다.

　이 연구는 오랫동안 연구자들이 궁금해했던 제올라이트 골격내 Al원자의 분포 특성이 불규칙적이 아니라는 사실을 알아낸 데 의미가 있다. 특히 같은 골격구조를 가지고 있으나 골격내 존재하는 Al원자의 위치가 달라 흡착 및 촉매능이 서로 다른 제올라이트 합성이 원리적으로 가능한 것으로 밝혀졌다.

　이번 연구로 원하는 용도에 따라 이들 물질의 물성을 인위적으로 조절해 기존의 물질과는 전혀 다른 새로운 물성을 갖는 제올라이트를 개발할 수 있게 됐다.

　연구팀은 제올라이트 합성에 사용된 반응혼합물내 Si와 Al의 비를 달리해 여러 종류의 Si대 Al비를 갖는 ZSM-5를 합성한 후 이들 물질의 골격내에 존재하는 Al원자에 대한 고체 핵자기 공명(NMR) 패턴을 비교, ZSM-5내 Al원자의 분포 특성이 불규칙적이 아니라는 사실을 발견했다.

　제올라이트는 골격내에 존재하는 세공의 크기와 모양, 골격을 이루고 있는 Al원자의 양에 의해 결정된다. 골격내 존재하는 Al원자의 양이 같다 하더라도 골격내 Al원자의 위치가 달라지면 제올라이트가 나타내는 물리화학적·촉매적 특성이 크게 변하는 것으로 알려져 왔다. 현재 석유화학, 정밀화학 등 화학관련 산업 전반에 걸쳐 이온교환제, 분리제, 촉매로 널리 사용되고 있는 대표적인 형상선택성 나노구조체다.

　홍석봉 교수는 “많은 과학자들이 제올라이트내 AI원자의 공간 분포를 규명하기 위해 노력했으나 여전히 미해결 상태였다”며 “이번 연구로 제올라이트의 물성을 인위적으로 조절할 수 있게 됐다”고 말했다.

<김인순기자 insoon@etnews.co.kr>