플라스틱병, 합성섬유, 방향제 등에 쓰이는 석유화학 원료 '자일렌'을 상온에서 고순도로 분리할 수 있는 다공성 소재를 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 나명수·민승규 교수팀은 한양대 에리카(ERICA) 캠퍼스 전형필 교수팀과 상온에서 자일렌 이성질체를 분리할 수 있는 다공성 흡착 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

자일렌은 '오르토', '메타', '파라' 등 3가지 이성질체가 있다. 이성질체는 구성 원소와 원자 수는 같지만 분자 구조가 다른 물질로 그 용도도 다르다.

오르토자일렌은 살충제나 염료 중간체 제조에, 파라자일렌은 생수병이나 합성섬유의 원료로 쓴다.

실제 석유화학 공정에서는 이들 3가지 이성질체에다 비슷한 에틸벤젠까지 총 4가지가 섞인 혼합물 형태로 나오기 때문에 고온·고압의 추가 분리 정제 공정이 필요했다.

연구진이 개발한 다공성 금속-유기 골격체(MOF)는 이런 혼합물을 상온에서도 효율적으로 분리할 수 있다.

MOF는 금속 이온과 유기물 분자가 연결돼 생긴 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 수준의 기공으로 이뤄진 물질이다. 이 기공이 이성질체 분자들을 걸러내는 체 역할을 할 수 있다.

이 MOF는 일반적인 MOF와 달리 측면 통로가 막히고, 위아래 방향의 수직 통로만 열린 구조로 설계됐다.

이에 수직 방향 입구로만 이성질체들이 들어갈 수 있어 휘어진 형태의 오르토자일렌은 입구에서부터 걸러지게 되고, 길쭉한 모양의 파라자일렌과 에틸벤젠은 기공을 통과해 내부에 흡착된다.

나명수 교수는 "상온·상압에서도 특정 이성질체를 분리할 수 있어 고온·고압에 의존하던 기존 공정의 한계를 뛰어넘었다"며 "에너지 소비를 줄이고 공정을 단순화할 수 있다는 점에서 보다 친환경적이고 지속 가능한 석유화학 분리 기술로 이어질 수 있을 것"이라고 말했다.

이런 연구 결과는 지난달 18일 전통 화학 분야 학술지 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition) 온라인판에 실렸다.