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· 제목 [사이테크 플러스] 백금-희토류 합금 나노촉매 개발…'프로판→프로필렌' 효율높여
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KAIST 유룡 교수 "셰일가스에서 프로필렌 생산하는 공정 효율 향상 기대"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 나노다공성 제올라이트를 이용해 백금과 희토류 금속이 결합한 고효율 촉매를 제작, 석유화학산업의 중요 소재 중 하나인 프로필렌 생산효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 화학과 유룡 교수팀은 10일 국제학술지 '네이처'(Nature)에서 메조당공성 제올라이트(mesoporous zeolite)를 지지체로 사용해 지금까지 불가능하다고 여겨왔던 백금-희토류 합금 나노입자 촉매를 만드는 데 성공했다고 밝혔다.

KAIST 유룡 교수
[연합뉴스 자료사진]


이 백금-희토류 합금 나노입자 촉매는 현재 프로필렌 생산에 사용되고 있는 기존 상용촉매(백금주석/알루미나. PtSn/Alumina)보다 촉매 수명이 약 20배 이상 향상된 것으로 나타났다고 연구팀은 설명했다.

탄소(C) 3개와 수소(H) 6개가 결합된 프로필렌은 플라스틱이나 화합물 재료가 되는 중요 소재다. 원유의 경질나프타 열분해공정에서 주로 생산되는데, 최근 셰일가스 생산이 증가하면서 셰일가스에 다량 포함된 프로판을 프로필렌으로 전환하는 프로판탈수소화 공정이 증가하고 있다.

하지만 현재 프로판탈수소화 공정에 사용되는 상용 촉매는 독성과 빠른 비활성화에 따른 짧은 수명 등 문제가 있어 이를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.

기존 상용촉매 중 '크로뮴옥사이드/알루미늄옥사이드'는 크로뮴의 독성 때문에 사용이 꺼려지고 있으며, '백금주석/알루미나' 촉매는 프로판 전환율과 프로필렌 선택도는 높지만 반응 중에 탄소 부산물 때문에 빠르게 비활성화되는 단점이 있다.

메조다공성 제올라이트 기공에 분산된 백금-이트륨 합금 나노입자
4㎚ 크기의 메조다공성 제올라이트 표면의 기공에 백금-이트륨 합금(Pt₃Y) 나노입자가 분산돼 있는 모습. [네이처 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]


연구팀은 이 연구에서 0.55㎚(나노미터=10억분의 1m) 크기의 작은 구멍들이 3차원으로 균일하게 연결된 구조를 가진 메조다공성 제올라이트를 지지체로 사용해 백금과 희토류가 결합한 나노입자 촉매를 만드는 데 처음으로 성공했다.

희토류 산화물은 매우 안정된 구조여서 고온의 수소 처리를 해도 환원 반응이 잘 일어나지 않아 백금과 합금을 형성하는 것이 불가능한 것으로 여겨져 왔다.

하지만 연구팀이 지지체로 사용한 메조다공성 제올라이트의 표면에는 곳곳에 규소(Si) 원자가 빠지면서 생긴 '실란올 네스트'(Silanol nest)라는 공공결함(framework defects)이 있는데, 이곳에서는 희토류 산화물이 단원자 형상의 희토류 금속으로 존재해 수소 열처리 과정에서 백금과 일정한 구조를 갖는 합금을 형성하는 것으로 나타났다.

백금-희토류 합금 나노입자 촉매와 기존 상용촉매 성능 비교
백금(Pt)과 란타늄(La), 이트륨(Y), 세륨(Ce) 등 희토류 금속으로 백금-희토류 합금 나노입자 촉매를 만들어 프로판탈수소화 반응 실험을 한 결과 촉매 수명이 백금만 사용했을 때보다는 500배 이상, 기존 상용촉매(백금주석/알루미나)보다는 20배 이상 연장되는 것으로 확인됐다. [네이처 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]


연구팀이 백금과 란타늄(La), 이트륨(Y), 세륨(Ce) 등 희토류 금속으로 백금-희토류 합금 나노입자 촉매를 만들어 프로판탈수소화 반응 실험을 한 결과 촉매 수명이 백금만 사용했을 때보다는 500배 이상, 기존 상용촉매(백금주석/알루미나)보다는 20배 이상 연장되는 것으로 확인됐다.

이 연구 결과를 실제 산업에 적용하기 위해서 비활성화된 촉매에 대한 적절한 재활성화 방법을 개발하고, 생산단가가 높은 편인 메조다공성 제올라이트의 생산단가가 낮추는 것도 중요하다고 설명했다.

유룡 교수는 "셰일가스 생산이 증가하면서 여기에 다량 포함된 프로판에서 프로필렌을 생산하는 것이 더욱 중요해질 것"이라며 "백금-희토류 합금 나노입자 촉매가 프로필렌 생산효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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크게 노력하지 않아도 일이 술술~ 풀리는 날이다. 상황, 조건 기타 등등 신기하게도 딱 맞아 떨어지는 일들이 생긴다. 마음에 걸렸던 일들이 있으면 찾아 해보자. 찝찝했던 지난날의 매듭을 말끔히 정리할 수 있는 날이다. 정리하다 막히는 일이 생기면 선배나 부모님께 도움을 요청해보자. 해결책이 보인다. 작업거는 그/그녀의 앞에서도 작업멘트가 술술 풀리겠으니 좋은 인연을 만날 수도 있는 날이다. 아침부터 외모에 살짝~ 신경써주는 센스!

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[물고기자리 2.19 ~ 3.20]

삐졌거나 싸웠거나 기타 등등 관계가 불편한 사람이 있다면 먼저 화해를 청하는 날로 삼자. 가까운 사이일수록 더욱 먼저 다가가는 것이 필요하겠다. 오늘 기회를 놓치면 불편한 관계 때문에 앞으로 손해볼일이 점점 불어난다. 오늘 당신의 화해신청을 다 받아줄 것이다. 여건이 된다면 실내보다는 실외, 산이나 호수처럼 넓은 자연을 접하는 장소에서 화해신청을 하는 것이 더 좋겠다.

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[양자리 3.21 ~ 4.19]

똑부러지고 현실적인 일처리를 추진하는 것도 좋지만 성급함은 그 동안의 모든 노력을 그르칠 수 있는 결과를 초래한다. 침착하자. 신중하고 여유롭게 결정할 수 있도록 하자. 시간을 내서 운동을 하기에 좋은 날이다. 요즘 들어 몸에 이상이 느껴졌다거나 부쩍 피곤하단 생각이 들었다면 병원을 찾는 것도 좋다. 모처럼 보양식을 챙겨먹는 것도 좋은 방법이겠다.

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[황소자리 4.20 ~ 5.20]

오늘 당신은 활활 타오르는 활화산같다. 활달하고 열정적으로 보일수는 있겠지만 스스로 쉽게 지치겠다. 컨디션이 받쳐주질 않으니 꽥 하고 쓰러지기 전에 무리하지 말자. 오후가 될수록 집중력도 점점 떨어지고 몸도 무거워지겠다. 중요한 일이 있다면 가급적 오전에 해결하도록 하고 오후에는 여유있는 시간을 보내도록 하자. 저녁메뉴로 새로운 음식에 도전해보는 것도 좋겠다.

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[쌍둥이자리 5.21 ~ 6.21]

오늘은 집에서 나올 때 지갑을 놓고 나와도 안심해도 되겠다. 오래돼서 잊어버리고 있었던 돈을 친구가 갑자기 갚는다거나 길바닥에 떨어진 돈을 줍는다거나 어디서라도 돈이 생기게 되어있으니 말이다. 그렇다고 일부러 지갑을 놓고 나온다던가 하는 오버는 금물~! 어쩌다 생긴 돈이라면 보약을 해먹어도 좋을 듯. 기존에 약했던 건강을 챙기도록 하자. 그리고 주위를 잘 둘러보아라. 가까운 곳에서 당신의 위로가 필요한 사람이 있을 테니 힘이 되어주자.

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[게자리 6.22 ~ 7.22]

유후~ 이게 웬 떡이냐?! 오늘 당신에게 그 떡이 생기는 날이다. 지난번 당신이 떡볶이를 사 준 친구로부터 패밀리 레스토랑식사를 초대 받는 날. 작은 지출을 아끼지 말라. 배가 되어 당신에게 돌아올 수 있다. 하지만 우동 한 그릇 사주고 호텔 뷔페를 원하는 당신~!!!!! 꿈 깨시오...차라리 그 돈을 당신이 모아서 가는 게 더 빠를 듯. 돼지 저금통에 땡그랑 한 푼~ 땡그랑 두 푼~ 돼지는 오늘도 배가 고프다.

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[사자자리 7.23 ~ 8.22]

아직도 자신이 동화 속 공주님 왕자님이라고 생각하고 당신~! 헨젤과 그레텔에 나오는 마녀가 사는 과자로 만든 집이 있다고 꿈꾸는 당신~! 꿈 깨는 게 좋겠다. 그렇지 않다면 동네 슈퍼 가서 긴 막대기과자, 동그란 과자, 초콜릿으로 만들어보던가.. 당신은 거기 들어갈 수 없겠지만. 그래도 다행인 건 마녀한테 먹힐 일이 없지 않은가!. 어쨌든 이젠 꿈속에서 그만 해매고 집으로 돌아가자. 백마 탄 왕자는 없다. 잠자는 숲속의 공주도.

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[처녀자리 8.23 ~ 9.22]

버스 떠난 뒤에 손 흔들어 봤자 쑥스럽기만 하지, 한 번 지나간 버스는 후진하지 않는다. 지나간 일들일랑 잊어버리고 오늘, 지금 하고 있는 일, 옆에 있는 사람들에게 성과 열을 다하는 날로 삼자. 한가 지 일에 몰두하기 어렵다면 이것저것 닥치는 대로 일단은 먼저 부딪치고 나서 생각하라. 다만, 너무 저돌적인 모습은 삼가하고 대인관계를 위해 최대한 말을 매너있고 예의바르게 하자.

행운의 아이템 : 컵라면

[천칭자리 9.23 ~ 10.23]

답답한 마음에 훌쩍 여행이라도 가고싶은 마음은 이해하지만, 오늘은 여행이나 움직이는 일은 가급적 삼가는 것이 좋겠다. 현재의 위치를 지키는 것이 결과적으로 좋을 하루다. 새로운 것을 시작하거나 새로운 계획을 세우는 것보다 현재의 상태를 점검하고 뒤돌아 보는 일이 더 필요한 날이겠다. 건강이 안좋아질 수 있으니 컨디션이 별로 좋지 않다면 심각해지기 전에 휴식을 취할 것.

행운의 아이템 : 케이크

[전갈자리 10.24 ~ 11.22]

운수좋은 날?? 아차! 실수 연발인 오늘 하루. 지하철을 놓치거나. 수업에 지각하는 등 당신이 원하지 않던 일들이 줄줄이 벌어진다. 조심하는 방법 말고 별 처방이 없다. 게다가 오늘따라 입이 간질간질하다. 다른 사람에게 옮기는 싶은 말 투성이다. 하지만 오늘은 당신의 입에 지퍼를 채우자. 어설프게 대화에 참여했다가 괜한 구설수에 오를 일이 있겠으니 자나깨나 말조심!.

행운의 아이템 : 오이팩

[사수자리 11.23 ~ 12.21]

친구와 다투는 일이 생길지 모른다. 당신의 그 죽일 놈의 건망증 때문에 말이다. 당신의 것만 잃어버리면 당신 속만 쓰리겠지만 친구의 물건까지 잃어버리면 쫌... 거기다 그 물건 비싸기라도 하거나.. 당신이 수입이 없는 사람이라면 말 다 했다. 그렇게 되면 무조건 사과하자. 감히 말한다면 당신 것이나 잘 챙기자. 그래도 잃어버릴 수 있으니까. 간혹 그 건망증 때문에 행운이란 걸 경험할 수도 있겠다.

행운의 아이템 : 내비게이션

[염소자리 12.22 ~ 1.19]

누군가 톡! 건드리기만 하면 펑!하고 터질 듯 잔뜩 독이 올라있는 하루다. 그동안 차곡차곡 쌓여온 스트레스로 잔뜩 예민해 있는 당신! 그러나 표정관리는 좀 해주시는 게 좋겠다. 신경질적인 태도를 트집잡힐 수 있다. 내 맘처럼 나를 이해해주는 사람도 별로 없으니 아~ 인생은 외로운 것! 그러나 오늘, 연인과 좀 더 가까워 질 수 있는 기회가 생길 수 있겠으니 그/그녀에게 위로를 받을 수 있겠다. 약간의 어리광도 먹히는 날!

행운의 아이템 : 김치볶음밥

제공=드림웍

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