[3차원의 다공성 양이온 구조체 합성 성공]

아세틸렌은 산소와 혼합하여 용접에 사용되기도 하며, 합성섬유나 합성고무의 원료, 유기용매의 제조 등 공업적으로 용도가 다양한 물질이다. 하지만 다른 기체원료에 불순물로 존재할 때 아세틸렌은 폭발성이 매우 높고, 촉매활성을 저해시키기 때문에 아세틸렌 분리는 매우 중요하다. 특히 이산화탄소와 에틸렌의 경우 분자의 크기와 물리적 성질이 비슷하기 때문에 이 기체들로부터 아세틸렌을 분리하기가 매우 어려웠다.

화학과 이은성 교수, 통합과정 이재철 씨는 난양공대 배태현 교수, 기초과학연구원 김기문(화학과) 교수와의 공동연구를 통해 JCM-1이라는 새로운 3차원의 다공성 양이온 구조체를 합성해 이산화탄소와 에틸렌으로부터 아세틸렌을 쉽고 빠르게 분리하는데 성공했다.

그 동안 아세틸렌을 분리하기 위해서는 상압 증류법을 많이 사용했는데, 온도를 높이기 위해서 많은 에너지가 필요하다. 세계적으로 이 과정에 사용되는 에너지의 양은 영국의 총 에너지 소모량에 해당될 만큼 막대하다. 연구팀은 에너지 소모를 줄이기 위해 흡착 기반 방법에 주목했다.

금속-유기 구조체(MOFs)라는 다공성 물질에 작용기를 도입하여 활용하면 원하는 특정 분자만을 선택해서 흡착해 포획 할 수 있다. 기존에는 한 가지 기체에서만 아세틸렌을 분리해낼 수 있었지만 새로운 3차원의 양이온 다공성 구조체인 JCM-1을 활용하면 이산화탄소와 에틸렌 모두에서 아세틸렌을 정확하게 분리할 수 있었다. 또 기존의 증류법과 달리 상온에서도 사용할 수 있어서 분리 공정에서 사용할 때 에너지 소비를 획기적으로 줄일 수 있어 산업 현장에서 유용하게 활용할 수 있게 됐다.

이은성 교수는 “천연가스, 이산화탄소 등의 원료에 불순물로 포함돼 있는 아세틸렌을 정확하게 분리해낼 수 있게 됐다”며 “안정성도 높고 에너지 소모도 적은 만큼 실제 분리 공정에 활용될 가능성이 높다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 세계적인 화학분야 학술지 안게반테 케미(Angewandte Chemie)에 게재됐다.