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신규 고체 강산의 황산 대체촉매로서의 응용

전문가 제언: ○ 황산은 화학공업 기초 원료로 화학제품, 화성품, 의약품, 금속제련, 제강, 방직, 제지 및 식료품 등에 광범위하게 사용되는 촉매로서 우리나라에서는 1950년대 말 접촉식 황산 제조법으로 생산하기 시작하였다. 황산은 재생 불가능한 촉매로서 폐산 처리 시는 많은 에너지와 노력이 필요하며 에너지 낭비와 폐기물로 인한 환경부하를 일으키고 있어서 이의 대체가 요구되고 있다. 그러므로 황산에 의존하는 산 촉매공정을 환경부하가 적은 공정으로 전환하고자 노력하고 있으며, 이 대체방안으로 촉매의 반복 사용이 가능하면서 분리, 회수가 용이한 고체 산을 활용하고자 연구를 추진하고 있다.

○ 황산을 대체할 수 있는 이상적인 고체 산은 어떠한 용매 분위기 하에서도 기능을 할 수 있는 강산 점을 높은 밀도로 갖고 있어야하며, 값싼 원료로부터 용이하게 합성할 수 있고 열적 및 화학적으로 안정되어 있어야한다. 일반적으로 고체 산은 무기 산화물 고체 산과 고분자 고체 산으로 분류되고 있다. 무기 고체 산은 여러 가지 화성품 제조나 석유화학 공업에 사용되며, 고분자 고체 산은 고밀도의 강산 점은 갖고 있으나 촉매활성과 내열성이 황산보다 낮은 결점이 있다. 최근에는 황산 대체 촉매로서 새로운 개념의 고밀도 설펀산기를 갖는 카본재료의 합성이 시도되고 있어 관심의 대상이 되고 있다.

○ 실험에서 개발된 카본계 고체 산은 종전의 카본계 고체 산보다 산 밀도는 낮으면서 높은 촉매활성을 나타내고 있다. 이의 재료 설펀산 밀도는 현 시점에서 1.5mmol/g이지만, 출발원료, 설펀화제 및 설펀화 조건을 최적화 시키게 되면 현재 활성을 3배 이상 높일 수 있을 것으로 기대하고 있어서 주목할 필요가 있다. 이러한 성능이 실현되게 되면 고효율, 저환경 부하의 황산 대체촉매를 실현시킬 수 있게 된다. 따라서 우리나라에서도 대학 및 연구소에서 당류, 전분 및 셀룰로오스 등의 값싸고 풍부한 천연유기물을 사용하여 탄화 및 설펀화에 의한 카본계 고체 산 촉매 연구에 관심을 가졌으면 한다.

저자: Tokyo Institute of Technology
자료유형: 학술정보