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화학산업에서 핵심 공급원료 중 하나인 에틸렌에는 아세틸렌이 불순물로 포함돼 있어 이를 제거해야 하는 경우가 많다. 아세틸렌을 효율적으로 그리고 선택적으로 포획하는 강력하고 재생 가능한 다공성 금속-유기 프레임워크에 관한 연구가 학술지 Angelwandte Chemie에 게재되었다. 이 연구에서는 맞춤형 모공 크기와 화학 도킹 부위를 시너지있게 조합하면 이 소재를 매우 효율적으로 활용할 수 있다는 결과를 얻었다. 에틸렌은 에탄올과 폴리에틸렌의 가장 중요한 화학적 전구체로 주로 증기 분해에 의해 생산된다. 에틸렌 분율은 보통 매우 순수하지만(99% 이상) 불순물인 아세틸렌이 남아 있어 후속공정에 사용되는 촉매를 손상시킬 수 있다. 에틸렌과 아세틸렌은 화학저긍로 매우 비슷하고 수소 원자의 수만 다르다. 즉, 에틸렌은 두 개의 탄소 원자에 수소 원자를 4개 가지고 있고 아세틸렌은 두 개의 탄소 원자에 두 개의 수소 원자를 가지고 있다. 따라서 두 기체의 분리가 정교하고 어렵다. 현재 사용되는 공법은 많은 양의 에너지를 소비하는 증류에 의존하고 있다. 탄화수소 화합물은 금속-유기체 프레임워크(MOF)라고 불리는 다공성 물질에 결합된다. MOF는 금속 이온과 유기 리간드(ligand)로 만들어지며 상온에서 가스 흐름 상의 특정 분자를 포획하도록 설계할 수 있는 공극과 화학 도킹 부위를 갖고 있다. 그러나 에틸렌과 아세틸렌의 분리를 위해 업계는 지금까지 발견되지 않았던 견고하고 재생가능하며 저렴한 원료를 요구하고 있다. 싱가포르 국립대학 연구진은 아세틸렌 제거용 고선택성, 고효율 MOF를 개발했다. 연구진은 니켈을 활성화하고 공극에 노출시켜 두 개의 대상분자를 한 번에 포획할 수 있게 했다. 또한 연구진은 아주 작은 가스 분자만 들어갈 수 있도록 MOF 공극 크기를 조정했고 공극이 더 강력한 정전기 및 화학적 상호작용을 통해 아세틸렌을 포획할 수 있게 하였다. 연구진은 공극 크기, 개방된 니켈 부위 및 선택적 아세틸렌 포획을 위한 부위를 조합하여 Ni3(pzdc)2(7Hade)2라는 Ni-MOF를 만들었으며 이는 매우 선택적이고 안정적이며 재생이 가능하다. 이 Ni-MOF는 에틸렌을 1,000배 정도 정제하고 다양한 압력 및 재생 사이클에 걸쳐 선택도를 높게 유지할 수 있다. |
