고려대학교(총장 정진택) 공과대학 화공생명공학과 최정규 교수팀 소속 정양환 석박사통합과정생의 주도로 탁월한 이산화탄소 분리 능력을 지닌 이종(hybrid) 제올라이트 분리막 제작 방법이 개발됐다.

DDR 제올라이트 결정을 분리막 형태로 제조하여 산업적인 규모의 이산화탄소 분리 공정에 적용할 수 있는 기술력은, 현재까지 일본의 한 회사만이 보유하고 있다고 알려져 있다. 이는 높은 성능을 지닌 DDR 제올라이트 분리막을 결함 없이 연속적으로 재현성 있게 제작할 수 있는 확고한 방법론의 부재에 기인한다.

최정규 교수와 정양환 통합과정생은 합성방법이 간편하고 재현성이 높으며 씨앗 입자에 적합한 작고 균일한 크기의 CHA(chabazite) 결정 구조를 가지는 SSZ-13(standard oil synthetic zeolite-13) 제올라이트 입자를 씨앗 입자로 사용하기로 했다. 이처럼 새로운 방법을 통해 CHA와 DDR 제올라이트 결정 구조를 동시에 가지는 이종(hybrid) 제올라이트 분리막을 쉽고 재현성 있게 제작했다. 이러한 구조는 촉매나 흡착제 분야에서 잘 알려진 이종(hybrid) 제올라이트로 구성된 core/shell 구조와 유사하다고 볼 수 있다. 게다가, 이종(hybrid) 제올라이트 분리막을, 높은 소수성을 띠도록 제작함으로써, 탄화수소가 산화될 때 이산화탄소와 더불어 성생되는 수증기에 의해 분리 성능이 저해되는 것을 막을 수 있었다.

다공성 지지대 위에 CHA 구조의 SSZ-13 제올라이트 씨앗 입자를 균일하게 증착시킨 후, DDR 구조를 성장시킬 수 있는 전구체 용액으로 씨앗 성장 시켜 연속적인 제올라이트 분리막을 성장시킬 수 있었다. 효과적으로 두 가지 결정구조를 갖는 CHA-DDR 이종(hybrid) 제올라이트 분리막을 얻을 수 있었다. 특히, 분리막의 대부분을 차지하는 DDR 제올라이트 구조 덕분에 탁월한 이산화탄소 분리 능력을 보일 수 있었다.
 

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