과학자들은 중요한 산업용 화학 물질인 에틸렌 옥사이드를 생산하는 새로운 방법을 개발하여 지속 가능한 화학 물질 제조를 향한 상당한 진전을 이루었습니다. 연구원들은 니켈 강화 은 촉매를 사용하는 기술을 개척하여 잠재적으로 염소의 필요성을 제거하고 현재 생산 방법과 관련된 이산화탄소 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.
툴레인 대학의 화학 엔지니어 매튜 몬테모어(Matthew Montemore)가 주도한 이 개발은 터프츠 대학의 찰스 사이크스(Charles Sykes)가 개발한 단일 원자 합금 개념에서 영감을 얻었습니다. Montemore는 이 개념이 산화 반응에 적용되어 보다 깨끗하고 효율적인 에틸렌 산화물 생산 공정으로 이어질 수 있다는 이론을 세웠습니다. 핵심 혁신은 소량의 니켈 원자를 은 촉매에 성공적으로 통합한 데 있으며, 이는 팀이 성공적으로 극복한 기술적 과제입니다.
이 팀은 이미 그들의 발견의 상업적 잠재력을 인식했으며 특허를 출원하는 과정에 있습니다. 그들은 또한 이 기술을 기존 제조 시설에 통합하는 것에 대한 논의에 적극적으로 참여하고 있습니다.
세제에서 플라스틱에 이르기까지 수많은 제품의 핵심 성분인 에틸렌옥사이드는 현재 상당한 이산화탄소를 배출하는 공정을 통해 제조되고 있습니다. 사이언스(Science)에 발표된 연구에서 강조된 바와 같이, 기존 방법은 종종 에틸렌 옥사이드 분자 1개당 두 개의 이산화탄소 분자를 생성합니다. 염소를 첨가하면 이 비율을 개선할 수 있지만 독성으로 인해 고유한 환경 및 안전 문제가 발생합니다.
새로운 니켈 강화 촉매는 유망한 대안을 제공합니다. “은 촉매에 소량의 니켈 원자를 첨가하면 염소의 필요성을 제거하면서 생산 효율성을 유지할 수 있습니다”라고 연구원들은 설명했습니다. 이 획기적인 발전은 이산화탄소 배출을 줄여 환경에 미치는 영향을 해결할 뿐만 아니라 유해 염소 사용을 제거하여 공정을 더 안전하게 만듭니다.
Jalil 등이 이끄는 연구팀에 따르면, 은의 니켈 도펀트는 분자 산소를 효과적으로 활성화하고 친핵성 산소를 안정화하며, 그렇지 않으면 비선택적 반응으로 이어질 수 있습니다. 이러한 개선은 공정의 선택성을 크게 향상시킵니다. “니켈을 첨가하면 선택성이 25% 향상되었고, 염소를 첨가하면 니켈의 효과도 추가로 10% 증가할 수 있습니다.” 사이언스(Science)지에 따르면 결정적으로, 이 발견은 니켈만으로도 상당한 개선을 이룰 수 있어 염소의 필요성을 제거할 수 있음을 보여줍니다.
이 니켈 강화 촉매의 성공적인 구현은 에틸렌 옥사이드 생산에 혁명을 일으켜 보다 깨끗하고 지속 가능한 화학 물질 제조를 위한 새로운 표준을 설정할 수 있습니다.
매튜 몬테모어(Matthew Montemore)는 이 혁신의 두 가지 이점을 강조했습니다. 그는 “업계가 이것을 시도하고 유용하다는 것을 발견하고 상용화할 수 있다면 많은 CO2를 절약하고 동시에 많은 돈을 절약할 수 있다는 두 가지 이점이 있습니다”라고 말했습니다. 환경적, 경제적 이점에 대한 이러한 잠재력은 새로운 방법을 산업 채택에 특히 매력적으로 만듭니다.
