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공업화학 전망, 제24권 제1호, 2021
Ames Laboratory: 폴리에틸렌의 촉매 분해를 통해 알칸 생성-단백질 및 기타 생체 분자에서 반복적으로 조각을 잘라내는 효소를 모방해 제작한 다공성 촉매
다공성 실리카와 백금 나노 입자로 구성된 촉매 시스템을 통해 고밀도 폴리에틸렌을 디젤 연료 및 윤활유 제조에 사용되는 화합물로 변환하는 방법이 개발되었다(Nat. Catal., 2020, DOI: 10.1038/s41929-020- 00519-4). 새로운 촉매합성 시스템은 분자 사슬을 반복적으로 잘라내 단백질을 소화하는 천연 효소를 모 방했고, 이를 통해 플라스틱 폐기물을 용융 가공 및 재활용 통해 만든 것보다 더 가치 있는 제품으로 전환 할 수 있다.
촉매제조를 위해 Ames Laboratory의 Wenyu Huang, Aaron D. Sadow 및 Frédéric A. Perras 박사 연 구팀은 약 3 nm 직경의 백금 나노 입자를 실리카 구체에 증착 후, 나노 미터 크기의 구멍으로 가득 찬 실 리카 껍질을 성장시켰다. 개발된 촉매를 이용 시 촉매 기공의 길이와 너비, 폴리머-표면 상호 작용을 통해 폴리에틸렌 사슬을 구동해 좁은 기공으로 들어가는 것을 보여준다. 기공의 바닥에서 사슬은 Pt 나노 입자 촉매와 만나 수소 분해를 거쳐 일부분이 잘리고, 체인은 계속 들어가며, 세그먼트는 기공을 빠져 나가면서 연속적으로 잘리고 짧아진다. 식료품 쇼핑백 플라스틱을 포함해 다양한 플라스틱을 사용한 촉매 테스트 결 과, 디젤 연료 및 윤활유에 사용되는 알칸을 생성하도록 촉매 및 분해 절차를 조정할 수 있다.
National Renewable Energy Laboratory (NREL)의 Gregg T. Beckham 박사는 이 연구를 “촉매 설계, 분광학 및 고분자 과학의 우아한 조합 ”이라고 평하고, “이 작업이 고분자 분해를 위해 사용하는 새로운 다 공성 촉매 재료 설계로 이어질 것 ”으로 기대한다고 했다. 또한, 미네소타 대의 Marc A. Hillmyer 교수는
“맞춤형 기공 접근 방식이 매우 혁신적”이라며, “실제 폐기물 흐름으로 이동하는 것이 중요하다.”고 했다.
연구성과는 SpringerNature 출판 그룹의 Nature Catalysis 온라인판에 게재되었다(Nat. Catal., 2020, DOI: 10.1038/s41929-020-00519-4).
Figure. 생체 거대 분자의 공정 효소 촉매 변환의 이점을 활용, 고밀도 폴리에틸렌의 선택적 수소 분해에 영향을 미치고