Fine Chemical_2018.7 특집 요약 (p2~5)

제올라이트 촉매의 개발 최전선

● 특집에 있어서
Masahiko Matsukata / 와세다대학 이공학술원 최첨단 이공학 연구과 응용화학 전공 교수

이번 호에서는 제올라이트에 관한 최신 연구개발 동향을 특집으로 다뤘다. 제올라이트는 규칙성의 마이크로 다공성의 무기(無機) 결정으로서, 석유정제, 석유화학 분야에 관한 분자 사이즈와 동일한 정도의 마이크로 다공을 가지고 있어, 분자의 크기를 분류하는 분자 체크 작용, 또한 마이크로 다공 안의 특이한 이온 교환, 흡착 작용 및 촉매 작용에 깊은 관심을 받아 왔다. 

제올라이트(Zeolite)는 1700년대부터 가열하면 수증기를 방출하는 광물로서 알려져 있었으며, 라틴어의 Zeo(끌어 올린)와 lite(돌)가 어원이다. 따라서 일본에서도 비석(沸石)이라고 불려지고 있다. 제올라이트의 공업적 이용은 1960년대에 영국의 L.Barrer가 인공적인 합성에 성공한 이래, 순식간에 퍼져나갔다. 현재는 230종류가 넘는 구조가 알려져 있으며 과학적 계산으로는 구조의 다양성이 10만 종류를 넘어서고 있다고 한다. 

이러한 구조와 조성의 다양성이 제올라이트 연구자를 사로잡고 있는 매력 중 하나이다. 또한, 합성된 구조가 확정된 것의 종류는 합성과 구조 해석의 과학 발전과 더불어 해를 거듭할수록 지속적으로 늘어나고 있다. 제올라이트의 공업적 이용에 있어서 양적으로 가장 많이 사용되어 온 것은 세제용 빌더로서의 A형 제올라이트였다. 

A형 제올라이트를 함유한 세제 개발을 통해 호소(湖沼)와 하천의 세제에 의한 오염 공해 문제의 해결에 공헌할 수 있었다. 또한, 1960년대에는 석유정제 공정에서 중질유(重質油)에서 경질(輕質)의 연료유를 제조하는 유동접촉분해장치(FCC)에 기존의 비정질(非晶質)의 시리카 알루미나복합산화물 촉매 대신, 제올라이트 촉매로서 사용됨으로써 석유 정제 프로세스에 큰 변모를 가져왔다. FCC는 지금도 최대의 촉매 반응 프로세스로서 현대 사회의 에너지 및 화학품의 공급을 지탱하고 있는 기간재료이다. 

그 밖에도 제올라이트는 다양한 산화 반응용 촉매, 자동차의 배기가스 정화용 촉매로서 공업화되었을 뿐만 아니라, 공기 분리용의 흡착재, 또한 후쿠시마(福島) 제1원자력발전소에서의 오염수 처리제(Cs이온 제거제) 등, 그 폭넓은 응용 범위는 너무 많아서 일일이 셀 수 없을 정도이다.

이번 특집에서는 공학적 응용 가능성의 시점에서 새로운 제올라이트 합성법, 새로운 촉매기능에 초점을 맞췄으며, 또한 미래기술에 대한 제올라이트의 가능성에 대해 서술했다. 제올라이트는 미래를 개척하는 기간 기술 중 하나가 될 것으로 크게 기대를 모으고 있는 재료이다. 본 특집을 통해 제올라이트의 과학과 기술에 관심을 갖게 됨으로써 이 분야의 연구자 및 기술자가 늘어나는 계기가 되었으면 한다.

● 목차
1. 특집에 있어서
2. 제올라이트에 담지(촉매로 이용하는 금속의 미립자를 운반체에 부착시키는 것)된  Pt와 Fe에 의한 프로판 탈 수소 반응
3. MCM-68 촉매의 희토류 수식(修飾)에 의한 내구성 향상
4. 골격 내 Al 분포를 제어한 제올라이트 촉매의 개발
5. 공침법(共沈法)에 의해 조제된 균일한 겔을 이용한 아연함유 제올라이트의 유기물 프리 합성
6. 금속착체 고정화 메소포러스 유기 실리카에 의한 이산화탄소의 광 환원
7. 복합형 제올라이트계(系) 촉매의 개발과 나프타 접촉 분해 반응 프로세스로의 적용
8. 제올라이트를 사용한 화학품 제조 프로세스의 새로운 전개

● 연재
자외가시 고차미분(紫外可視高次微分) 스펙트럼 -- 광 반응성 재료로의 새로운 어프로치
- 제 9장; 백그라운드 보정에 필요한 광 반응 계의 비파괴적 해석

● 케미컬 프로필
- 제올라이트(Zeolite)
- 몰리브데넘(Molybdenum) 화합물

● 뉴스 다이제스트
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