나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 물질세포통합시스템거점(iCeMS), 중국 퉁지(同済)대학의 국제 공동 연구그룹이 아세틸렌과 이산화탄소의 혼합 가스로부터 선택적으로 이산화탄소를 포착하는 재료를 개발하는 데 성공함.

아세틸렌과 이산화탄소는 분자 크기 및 비점이 비슷하여 성질이 닮아 있기 때문에 분리하기 어려운 가스의 조합으로 알려져 있음. 지금까지 알려진 많은 흡착재는 아세틸렌과 이산화탄소의 혼합 가스에서 아세틸렌을 우선적으로 흡착하는데, 이는 아세틸렌이 이산화탄소보다 큰 정전 상호 작용을 갖기 쉽기 때문임. 아세틸렌을 효율적으로 정제하기 위해 아세틸렌 중에 포함된 이산화탄소를 우선적으로 흡착하는‘역전 흡착’을 수행하는 흡착제의 개발이 요구되어 왔음.

연구진이 개발한 다공성 재료는 유기 분자와 금속 이온으로 이루어진 정글짐 형태의 네트워크 구조로 되어 있으며, 내부에 나노 크기의 미세한 원통형의 구멍(세공)을 무수히 가지고 있음. 원통형 세공 중에 아미노산기를 세공에 일정하게 배치함으로써 아세틸렌과 이산화탄소의 혼합 가스로부터 우선적으로 이산화탄소를 포착하는‘역전 흡착’을 보이는 것을 확인함. 또한, 도입한 아미노산 기가 이산화탄소와 친화적으로 상호 작용하는 한편, 아세틸렌의 세공으로 도입되는 것이 억제되는 원인을 규명함. 실제로 50%의 순도 아세틸렌 가스·이산화탄소 혼합 가스를, 개발된 다공성 재료를 메운 컬럼에 통과시키는 것만으로 99.5% 이상의 아세틸렌이 정제됨.

본 연구 성과는 아세틸렌/이산화탄소의 ‘역전 흡착’ 현상의 메커니즘 및 설계 지침을 규명한 것으로, 향후 유사한 특성을 나타내는 다양한 소재가 개발될 것으로 보이며, 아세틸렌을 비롯한 다양한 가스의 분리 및 정제 등 어려운 문제를 해결하는 신소재에 응용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Angewandte Chemie International Edition(Host-guest Interaction Modulation in Porous Coordination Polymers for Inverse Selective CO2/C2H2 Separation)에 게재됨.