세계 최초로 탈염소 반응의 메커니즘 규명
열분해 후 남은 염소, 공정 효율 감소시켜
분해·재활용에서 염소 제거 공정 매우 중요
◆…최민기 교수(좌)와 석진 박사과정 학생. 사진=KAIST 제공
최민기 KAIST 생명화학공학과 교수와 신혜영 충남대 교수 공동연구팀이 폐플라스틱의 분해 및 재활용 공정의 중요 반응인 탈염소 반응의 반응 메커니즘을 규명하고 소량의 백금으로도 염소를 효과적으로 제거할 수 있는 촉매를 개발했다고 26일 밝혔다.
플라스틱은 세계적으로 연간 4억t 이상이 꾸준히 생산되고 있지만 재활용되는 비율은 고작 9%에 불과하다. 나머지는 소각되거나 매립된다. 이 과정에서 다양한 문제를 초래해 폐플라스틱의 화학적 재활용을 위한 연구의 중요성이 꾸준히 대두돼 왔다.
화학적 재활용은 열이나 화학물질을 가해 플라스틱을 원료 단계로 되돌려놓고, 이물질을 걸러내 새로운 소재로 재생산해내는 방식이다. 복잡하고 비경제적인 플라스틱 폐기물의 분류 과정을 생략할 수 있어 산업적으로 큰 주목을 받고 있다.
하지만 플라스틱 폐기물에는 '폴리염화비닐(PVC)'이 존재해 열분해유 내부에 2000ppm가량의 염소를 남기는 요인이 된다. 남은 염소는 이후 공정과정에서 반응기의 부식과 촉매의 피독 등을 유발한다.
연구팀은 감마 알루미나에 미량의 백금을 담지한 촉매를 사용해 탈염소 반응의 메커니즘을 규명하고, 고성능 촉매를 설계했다. 그 결과, 탄소와 염소 사이의 결합을 끊고 백금에서 활성화된 수소가 염소를 염산(HCl)의 형태로 제거하는 독특한 반응 메커니즘을 밝혀냈다.
또 다량(7500ppm)의 염소를 포함하고 있는 해양 폐기물 기반의 폐플라스틱 열분해유를 이용한 반응에서도 직접 개발한 촉매를 사용했을 때 염소가 98% 이상 효과적으로 제거됨을 확인할 수 있었다.
최민기 교수는 "이번 연구는 세계 최초로 탈염소 반응의 메커니즘을 규명한 것으로 고성능 탈염소 촉매 개발을 앞당기는 데 큰 역할을 할 것"이라고 말했다.
해당 연구결과는 국제 저명 학술지 '미국화학회지(JACS)' 온라인판에 8월 28일 게재됐다.
