이산화탄소로 다공성재료를 제작,

이산화탄소로  다공성재료를 제작,

-상온상압, 회수이용에 기대--쿄도대학 등-

 

 

 

 

이산화탄소를 써서 상온이면서 상압으로 미세한 구멍을 가지고 유용한 <다공성재료(多孔性材料)>를 만드는 수법을 개발하였다고 교토대학 등의 연구그룹이 발표하였다.

온실효과가스인 CO2를 산업계의 배기가스나 대기 중에서 회수하여 유용한 물질로 바꾸어 이용하는 <CCU（CO2 회수이용)> 기술로 활용도 기대된다.

무수의 작은 구멍에 물질을 흡착하는 다공성재료는 신변에서의 예로서는 활성탄이나、제올라이트(zeolite/비석/沸石）가 있고 소취제나 흡착제로 쓰인다. 다시 성능이 높은 다공성재료로서 금속이온과 유기분자가 자연히 모여서 되는 <다공성금속착체(MOF)>를 교토대학의 기타가와 스스무(北川進) 특별교수가 1997년에 개발하였다. 금속이온과 유기분자의 조합으로 다채로운 기능을 낳는다. 이미 9만 종 이상의 개발되어 일부는 가스저장 등에서 실용화하고 있다. 단지 CO2를 흡착할 뿐 아니라 MOF의 원료로서 이용할 연구는 진행되지 않았다.

===*제올라이트 (zeolite)

제올라이트 또는 비석은 알루미늄 산화물과 규산 산화물의 결합으로 생겨난 음이온을 알칼리 금속 및 알카리 토금속이 결합되어 있는 광물을 총칭하는 말이다. 즉 결정질 알루미늄 규산염광물을 의미한다. 위키백과===

 

===*PCP/MOF=금속이온과 유기물의 배위결합을 이용하여 다공성구조를 형성하는 착체화학(錯体化學)을 기반으로 한 재료이다.====

 

===*착체(錯体)

금속 이온에 배위자(配位子/ligand)라 불리는 분자나 이온이 결합한 것이 착체(錯体)이다.===

 

이 연구그룹은 상온상압인 CO2에서 MOF를 간단히 만드는 수법의 개발을 목표로 하고 있다.

지금까지의 경험에서 착상을 얻어 유기분자 <아민(amine)=암모니아의 수소원자를 탄화수소기 또는 방향족원자단으로 치환한 화합물의 총칭)의 일종인 <피페라진>과 안가로 무독한 아연이온을 함유하는 유기용체로 CO2를 불어넣었다. 그 결과 겨우 수분 간으로 아연이온이 전적으로 무리 없이 반응한 경우의 80%라는 높은 비율로 고순도의 MOF가 되었다.

이 MOF의 분자레벨의 구조를 조사하면, CO2가 피페라진(piperazine=분자식C4H10N2、분자량86.14의 복소환식 아민의 하나)과 반응하여 1 나노미터(나노는 10억 분의 1)의 구멍이 규칙적이고 무게의 30% 이상을 CO2가 차지하고 있었다. 이론계산에 따라 CO2가 아연이온과 강한 상호작용을 가지고 안정하여 구조에 끼어있음을 알았다.

CO2가 피페라진과 반응하는 것은 기지의 일이지만 MOF의 합성에 쓸 수 있다는 발상은 이제까지는 없었다고 한다.

이 수법이 여러 가지 조건에서 작용하는지 어떤지 조사하였다. 한번에 9리터의 대량인 CO2에서 50그램의 MOF의 분말이 된다는 것을 확인하였다. 신변의 공기 중의 저농도(0,04%)의 CO2에서 MOF를 합성하는 데에 성공하였다. 다시 MOF에 CO2를 저장한바 상온, 26기압의 조건에서 재료1그램 당 MOF를 구성하는 것 0.3그램으로 흡착분 0.4그램을 합하여 최대 0.7그램의 CO2를 함유하는 결과가 되었다.

 

화학연료의 소비나 삼림벌채 등에 의하여 CO2가 대기 중에 증가하고 있다고 한다. CO2를 귀찮은 것으로 취급할 것이 아니라 거꾸로 재료 등으로서 이용된다면 환경대책 해결의 패가 될 수 있다. 단지 종래의 많은 경우 CO2를 유용한 재료로 변환하는 데는 고온고압의 반응이나 고가의 귀금속의 촉매가 필수였다. 금속이온과 아민의 조합을 연구하면 여러 가지 구조나 기능을 가진 다공성재료의 합성이나 불순물을 많이 함유한 공장의 배기가스 중의 CO2 등 자원화의 대상의 확대도 기대된다고 한다.

연구그룹인 교토대학고등연구원물질-세포통합시스템거점의 호리게 사토시(堀毛悟史) 부교수(착체화학/錯體化學)는 <MOF에 CO2를 넣는 연구는 있어도 MOF 자체를 CO2로 만드는 이야기는 지금까지는 없었다. CCU의 관점에서 가치가 있는 성과가 되었다. CO2를 보다 고밀도로 채워 넣고 싶다. 또 CO2를 흡수하여 다시 유용한 물질로 변환시키는 것까지 된다면 보다 의의가 높아질 것이다.>고 말하고 있다.

연구 그룹은 교토대학, 이화학여구소, 일본전자자회사의 JEOJ RESONANCE로 구성한다. 결과는 미국화학회지 전자판에 4일부로 게재되고 교토대학 등이 12일 발표하였다.

 

일본어원문=二酸化炭素から多孔性材料を作製 常温常圧、回収利用に期待 京大など

출처=https://news.yahoo.co.jp/articles/98c52891224a