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국내연구진, 과산화수소 최대 8배 생산 촉매 개발
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국내연구진, 과산화수소 최대 8배 생산 촉매 개발

뉴스1입력 2020-01-14 01:14수정 2020-01-14 01:14
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연구진이 개발한 코발트 원자·그래핀 촉매의 모식도(IBS 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 화학·제약 산업의 핵심 재료인 과산화수소(H₂O₂)의 생산 효율을 최대 8배 높일 수 있는 촉매를 개발했다.

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 나노입자 연구단(단장 현택환) 연구팀이 유종석 서울시립대 교수팀과 물(H₂O)과 산소(O₂)를 이용해 친환경적으로 과산화수소를 생산할 수 있는 전기촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.

연구진은 기존 귀금속 촉매보다 2000배 이상 저렴한 촉매로 과산화수소를 생산할 수 있어 가격, 효율, 환경 문제를 한꺼번에 해결할 1석 3조의 기술로 평가했다.


과산화수소는 치약이나 주방세제 등 생활용품은 물론 멸균이 필요한 의료현장, 폐수 처리제, 불순물 제거가 필요한 반도체 공정 등에서 폭넓게 사용된다.

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산업용 과산화수소는 주로 안트라퀴논 공정으로 생산된다. 하지만 안트라퀴논 공정은 값비싼 팔라듐 촉매를 사용하며, 에너지가 많이 소비될 뿐만 아니라 부산물로 유기물이 발생해 환경오염을 유발한다는 한계가 있다.

때문에 초정밀 반도체 및 기계부품의 발전과 함께 과산화수소 수요가 증가하고 있어 저렴하면서도 높은 효율로 과산화수소를 생산할 수 있는 지속 가능한 공정이 요구되는 상황이다.

연구팀은 여러 단계에 걸친 복잡한 공정 없이 물과 산소를 이용해 과산화수소를 전기적으로 생산할 수 있는 저렴한 촉매를 고안해냈다.

연구진이 개발한 촉매는 2차원 그래핀 위에 코발트(Co) 원자를 올린 형태다.

기존 촉매와 달리 백금, 팔라듐 등 귀금속 대신 값싼 코발트 원자를 사용했기 때문에 가격이 저렴하다.

이 촉매를 산소를 포화시킨 수용액에 넣고 전기를 가하면 별도의 화합물 첨가 없이도 과산화수소를 생산할 수 있다.

이는 지금까지 가장 효율이 좋다고 알려진 값비싼 귀금속계 촉매보다 최대 8배 이상 높은 생산 성능이다.

1kg의 촉매를 사용해 하루 340kg 이상의 과산화수소를 생산할 수 있다.

또 110시간 이상 과산화수소를 연속적으로 생산하는 실험을 진행한 후에도 초기 성능의 98% 이상을 유지했다.

현택환 단장은 “반도체 세정제, 의료용 소독제 등으로 널리 사용되는 과산화수소를 환경 친화적이며 경제적으로 생산할 수 있게 됐다”며 “향후 과산화수소는 물론, 촉매를 사용하는 많은 화학반응에 적용돼 생산성을 향상시킬 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 소재분야 세계 최고 학술지인 ‘네이처 머터리얼스(Nature Materials)’에 14일 오전 1시(한국시간) 게재될 예정이다.

(대전=뉴스1)

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