포스텍이 폴리에스테르섬유 원료 제조 메커니즘을 처음으로 규명했다.

주변에서 흔히 볼 수 있는 폴리에스테르 섬유, 페트병, 필름의 원료로 사용되는 파라-자일렌은 메타-자일렌의 이성질화 반응을 통해 얻을 수 있는 석유화학 기초 소재다. 하지만 그 생성 메커니즘이 전적으로 가설에 의존하고 있는 현실이다.

포스텍 연구팀이 이런 '가설'을 실제로 규명, 학계의 주목을 받고 있다.

포스텍 화학공학과·환경공학부 홍석봉 교수와 박사과정 민형기씨 팀은 가스크로마토그래피-질량분석법과 동위원소 치환법을 이용, 제올라이트 촉매상에서 메타-자일렌이 파라-자일렌으로 전환되는 반응 메커니즘을 규명하는데 성공했다.

이 메커니즘의 규명은 그동안 한 회사가 독점적으로 개발하고 있던 상용촉매제보다 우수한 촉매를 개발하는데 중요한 단초를 제공하는 것이다.

학문적·산업적으로 그 중요성을 인정받아 미국화학회가 발행하는 촉매분야 전문학술지 'ACS Catalysis' 6월호 표지논문으로 선정됐다.

파라-자일렌 시장은 폴리에스테르 섬유 생산이 증가하고 면화 가격이 상승함에 따라 크게 영향을 받으며 지난 2010년 하반기부터 호황을 맞아 세계 시장 규모가 60조원에 달한다.

특히 엑슨모빌과 BP 등 다국적 석유화학 기업 뿐만 아니라 SK, GS칼텍스, S-Oil 등의 국내 기업 역시 제올라이트계열 촉매인 ZSM-5를 이용해 파라-자일렌을 생산하고 있다.

파라-자일렌을 생성하는 대표적인 상용 공정은 메타-자일렌이 촉매와 만나 불균일촉매 반응을 일으켜 파라- 또는 오쏘-자일렌으로 전환되는 것이다.

다른 기술들과 달리 그 반응 메커니즘이 '가설'로만 정리되어 있을 뿐 실험적으로 증명된 바가 없었다.

포스텍 연구팀은 메타-자일렌의 이성화 반응에서 반응중간체를 직접 관찰해 '생성물질과 반응중간체에 의한 형상선택성'을 실제로 증명하는데 성공했다.

이는 화학반응을 통해 만들어지는 생성물질 또는 반응중간체의 크기 및 모양에 따라 최종 생성물 분포가 달라짐을 의미하는 것으로 지금까지 이를 실험적으로 증명한 연구팀은 없었다.

홍석봉 교수는 "가설에 그쳤던 불균일촉매 반응 메커니즘을 규명, ZSM-5보다 우수한 제올라이트계열의 촉매제를 개발해낼 수 있을 것으로 기대하고 있다"며 "이 성과와 함께 ZSM-5보다 반응활성과 선택성이 우수한 새로운 촉매도 개발해냈다"고 밝혔다.

 

 

☞자일렌 (xylene)

다이메틸벤젠, 자일롤로도 불리는 것으로 주로 인쇄, 고무, 가죽 산업에서 용매로 사용되며, 오쏘-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌 등 3가지 이성질체가 있다. 메타-자일렌은 합성수지의 원료로, 파라-자일렌은 폴리에스테르 합성섬유의 원료로 주로 사용된다.

 

☞가스크로마토그래피-질량분석법

화학물질분석법의 종류다.

 

☞제올라이트 (zeolite)

나트륨, 알루미늄을 함유한 함수규산염 광물로 비석으로도 부른다. 결정 구조가 독특해 흡착제나 촉매제로 사용된다.

 

☞불균일촉매

화학반응에서 반응물, 생성물과 섞이지 않고 불균일혼합물을 형성하는 촉매로 주로 고체다.