October 22,2017

셰일가스·공기 속 질소 제거하는 고효율 흡착제 개발

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셰일가스나 천연가스, 공기 등에 들어있는 질소를 선택적으로 흡착해 제거할 수 있는 하이브리드 나노세공 흡착물질이 개발됐다.

한국화학연구원은 10일 CCP융합연구단 장종산·윤지웅 박사팀이 연세대 배윤상 교수팀, KAIST 연구팀, 프랑스 CNRS 연구팀 등과 함께 크롬 이온과 유기산 화합물 골격으로 된 하이브리드 나노세공 소재가 질소를 효율적으로 흡착한다는 사실을 발견했다고 밝혔다.

이 하이브리드 나노세공 소재의 크롬 이온에는 질소에 전자를 제공해 결합을 할 수 있는 결합 빈자리가 있어 공기나 셰일가스, 천연가스, 바이오가스 등에서 질소기체를 제거하는 흡착제로 사용될 수 있다고 연구진은 설명했다.

하이브리드 나노세공 소재는 금속이온과 유기물로 구성된 물질로 0.5∼50㎚(나노미터=10억분의 1m) 크기의 미세한 구멍들이 있는 소재다.

질소기체는 흡착력이 약해 산소나 메탄보다 더 강하게 흡착할 수 있는 물질을 개발하는 것이 매우 어렵다.

하지만 이 하이브리드 나노세공 소재는 질소를 선택적으로 흡착하는 특징이 강하며 이 소재로 만든 흡착제는 공기 분리에 사용되는 리튬계 제올라이트 흡착제보다 질소 흡착량이 29% 이상 많은 것으로 나타났다.

연구진은 또 이 소재는 천연가스나 셰일가스의 주성분인 메탄과 질소의 흡착 분리에서도 질소를 선택적으로 흡착하는 특성이 있어 공기나 천연가스에서 질소를 흡착하는 데 사용되는 영하 161℃ 이하(상압 기준)의 초저온 증류 기술을 대체하는 에너지 절약형 흡착제 개발에 이용될 수 있다고 밝혔다.

장종산 박사는 “이번 연구는 하이브리드 나노세공 소재를 이용한 미래형 질소 흡착소재 개발을 통해 메탄 정제 시 초저온 냉각에너지를 절감하고 순산소 제조 기술의 에너지 효율 향상에도 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’(Nature Materials, 12월 19일자)에 게재됐다.

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