ERC-34 : 18-Ring
원유로부터 연료와 윤활유를 얻는 공정뿐만 아 니라 수많은 석유화학제품의 합성과 정제에서 제 올라이트는 이온교환제, 분리제, 촉매 또는 촉매 지지체의 용도로 널리 사용되고 있다. 그러나 보 다 큰 분자를 처리하기 위해서는 기존의 제올라이 트보다 큰 세공을 갖는 분자체가 필요하기 때문에 12 tetrahedral atom(T-atom)보다 큰 세공을 갖 는 Extra-large-pore 분자체의 발견은 산업적으로 도 매우 중요한 의미를 갖는다.
1998년 최초의 Extra-large-pore 분자체인 VPI-5가 처음으로 보고된 이래 지난 20여년 동안 약 10여 종의 Extra-large-pore 분자체들이 계속 해서 발견되었다. VPI-5는 그 골격이 알루미늄 (Al)과 인(P)로 이루어진 18-Ring pore 분자체 이며, 이외에도 AlPO4-8(14-Ring), Cloverite
(20-Ring), JDF-20(20-Ring), ND-1(24-Ring) 등과 같은 phosphate계열의 Extra-large-pore 분 자체들이 보고되고 있다. 그러나 이들 분자체는 그 구조가 혼합된 금속 이온 배위(OhAl 또는 Td
Al)으로 이루어져 있거나, 말단의 hydroxyl group이나 안정성을 감소시키는 -OH, -F, -OH2
와 같은 non-tetrahedral 골격 그룹을 가지고 있 어 열적 안정성이 높지 않아 그 응용에 많은 제약 이 있다. 한편 UTD-1, CIT-5, SSZ-53, SSZ-59 와 같이 14-Ring opening을 갖는 제올라이트들이 최근에 잇따라 보고됨으로써 높은 열적 안정성을 갖는 Extra-large-pore 분자체의 합성이 가능하게 되었다. 하지만 이 제올라이트들은 모두 1차원 세 공구조를 가지고 있어 12-Ring 제올라이트에 비 해 그 세공이 그다지 크지 않은 한계가 있다.
최근 ExxonMobil의 Strohmaier와 Vaughan은 그 골격이 Ga과 Si로 이루어져 있으며 그 골격내 부에는 1차원의 18-Ring channel을 포함하고 있 는 새로운 Extra-large-pore 분자체인 ECR-34의 24…NICE, 제22권 제1호, 2004
신·기·술·소·개
그림 2. 마이크로칩 상에서의 자유 액체방울의 거동 (A) 각각 크기가 750 나노리터의 라텍스 방울(검정색)과 금 입자(흰색)의 이동, (B) 나열된 전극배열이 합쳐지는 곳에서 두 방울의 mixing이 일어난다, (C) 폴리스티렌(흰색) 과 자기라텍스 입자(갈색)가 임시적으로 결합된 구조, (D) 물방울이 액상 도데칸 쉘에 캡슐화됨.
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 1, 2004…25
신·기·술·소·개
구조를 synchrotron X-선 회절 분석을 통해 규명 하였다고 발표하였다. ECR-34의 합성에는 유기 구조유도 분자로 tetraethylammonium(TEA) 이온, 그리고 Na과 K 이온이 모두 필요하며, 특히 반응혼합물 내 Ga의 양에 따라 그 합성이 크게 좌 우되는 것으로 밝혀졌다. [그림 1]에 나타낸 바와 같 이 ECR-34의 18-Ring channel은 open hexagonal prism과plg Cage로 이루어져 있는데
이 구조 단위들은 각각 CGS와 PAU 골격에서 이 미 발견되고 있다는 점에서 ECR-34구조는 일정 한 합성 조건 내에서 다양한 형태를 만드는
“extended building units”이거나 “boundary phase” 결정체로 생각할 수 있다. 그 직경이 약 10 Å인 18-Ring으로 이루어진 최초의 실리케이트 분자체인 ECR-34는 800℃까지 그 골격을 유지할 수 있으며 perfluorotributylamine과 같은 큰 유기 분자들을 선택적으로 흡착할 수 있는 것으로 확인 되었다. 이와 같은 ECR-34의 발견은 Extra-large pore와 동시에 높은 열적 안정성을 갖는 또 다른 실리케이트 분자체를 얻을 수 있는 가능성을 보여 주고 있어, 그 응용 연구뿐만 아니라 ECR-34의 합성과 유사한 조건에서 새로운 Extra-large-pore 분자체들을 합성하는 연구가 앞으로 많이 시도될 것으로 예상된다[J. Am. Chem. Soc., vol. 125, p.
16035(2003)].
그림 1. ECR-34 Extra-large-pore 분자체의 골격구조.
