질소산화물(NOx)의 탈질화 및 고부가화 촉매 반응 개발

한국연구재단은 이윤호 교수(서울대학교) 연구팀이 질소산화물(NOx)을 전환하고 고부가화할 수 있는 새로운 니켈(Ni) 촉매 반응을 개발했다고 밝혔다.

산업화로 인해 유발된 탄소 순환 불균형에 못지않게 질소 순환(nitrogen cycle) 문제 또한 인류의 안전한 삶을 위협하고 있다.

비료의 주원료 중 하나인 질산염(NO3-)의 경우 지하수 오염 및 해수의 녹조 현상의 원인이 되고 있으며, 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO) 및 아산화질소(N2O) 가스는 대기 오염을 유발할 뿐 아니라, 미세먼지 생성과도 연관성이 높다.

이에 연구팀은 인류 환경 문제 및 친환경 화학산업 발전에 공동으로 기여할 수 있는 질소 활용법을 제안하기 위해 기존 탈질화 반응을 업그레이드해 질소산화물 전환 및 활용(NCU, NOx Conversion and Utilization)을 위한 새로운 기술을 연구했다고 밝혔다.

연구팀은 자연계의 탈질화 반응에 착안해 NCU를 위한 핵심 기술로 니켈 촉매를 이용해 일산화탄소를 통한 탈질화 반응과 탄소-질소(C-N) 결합 형성을 이루는 새로운 촉매 반응 개발에 성공했다.

개발한 촉매 반응은 니켈-NOx 종의 탈산화 반응 이후 탄소-질소 결합을 통해 최종적으로는 옥심(Oxime)이 생성되는 반응이며, 이를 통해 10여 종의 옥심을 합성했다. 옥심은 다양한 유기물질로 전환할 수 있고 화학산업에 널리 사용되는 유용한 물질이다.

이 촉매 반응의 핵심 단계인 탄소-질소 결합에 대한 이론연구는 전북대학교 조경빈 교수 연구진과의 공동 연구로 진행했다

이윤호 교수는 서면 자료를 통해 니켈을 이용한 질소산화물(NOx) 전환 촉매 반응은 환경오염과 관련된 NOx 종을 전환하여 감소시키는 것뿐만 아니라, 환경친화적으로 화학산업에 유용한 물질을 생산하기 위한 새로운 핵심기술을 제공한다는 면에서 중요한 의미를 갖는다고 평가했다.

또한, 후속 연구를 통해 니켈 촉매 반응의 생성물인 옥심의 생성 효율을 개선하고, 다양한 유기물 합성에 해당 촉매 반응을 적용해 그 활용성을 높일 것이라고 덧붙였다.