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화학반응공학
지지된 이온 액상(Supported Ionic Liquid-Phase; SILP) 촉매 작용
보다 효율적인 촉매를 개발하려는 궁극적인 목적은 보다 쉽게 가공할 수 있는 균일한 촉매를 이용한 선택성, 특이성 및 합성가능성과 비균일 촉매 사용 시의 장점을 두루 갖추고자 하는데 있습니다.
비균일 시스템에서의 분자 촉매반응에서 "지지된 이온 액상(SILP)" 촉매는 매우 이상적인 개념입니다. SILP
촉매에서 용해된 천이금속 복합체가 포함되어 있는 이온성 액체는 다공성 받침의 내부 깊숙이 퍼지게 됩니다.
전형적인 무기성 받침에서 이온성 액체의 뛰어난 친유성과 강력한 모세관 현상으로 인해, 육안으로 보기에는
건조한 고체지만, 받침의 막에는 용해된 촉매가 여전히 들어있는 물질이 만들어집니다. 이온성 액체의 증기압이
매우 낮기 때문에, SILP 재료는 연속 기체상 접촉(약 1100시간까지 안정성이 입증)시 안정성이 뛰어납니다.
SILP-촉매의 도식은 그림 1과 같습니다.

그림 1. 촉매반응 시의 SILP
이온성 액체에 들어갈 적합한 이온 및 가능한 첨가제를 선택하게 되면, 유체가 막에 가두어지므로 고체의 표면에
유체의 특성이 전달될 가능성이 있습니다. 그렇기 때문에, SILP는 뚜렷한 특성과 화학 반응성이 통제된 균일한
표면을 갖게 되는 것입니다. SILP는 이에, 기존 재료과학에서 고체의 비균일성 문제를 해결할 수 있는 방법입니다.

특정 이온성 액체의 특성이 고체 표면으로 전달되면서 현재의 합성 방법으로는 실현할 수 없는 특성을 갖는
디자인한 표면"이 만들어지므로 SILP 기술을 통해 새로운 표면 특성을 갖는 재료를 만들 가능성이 상당히 큽니다. 또한, 이미 확립된 고정층 반응공학을 이용하면 대규모 응용 분야에도 이 재료를 사용할 수 있습니다.
하이드로포밀화, 카르보닐화, 수소화 반응 등의 촉매반응에서 이미 우리는 성공적으로 SILP 촉매 재료를
만들었습니다.

부산 캠퍼스에서는 SILP를 촉매로 하여 짧은 사슬의 알켄(C3-> C5)의 하이드로포밀화 반응을 연구할 예정입니다. CRT 연구실의 연속반응기로 나노-SILP 촉매(S1)을 첨가한 상태에서 연속적인 하이드로포밀화 반응 단계 후 수소화반응이 일어나게 할 수 있습니다. 에인트호벤 대학에서 새로 개발한 리간드로 가지형 알데이드를 매우 선택적으로 제조할 수 있습니다. 이러한 반응중간체들은 효소경로(S2)를 통해 광학적으로 활성이 있는 알코올로 변환될 수
있습니다. 산업에서 관심을 두고 있는 단계 반응은 S3에 따라 펜틴이 헥산으로 변환되는 반응입니다. 농도구배가
없는 베르티형 반응기와 두 개의 관모양 반응기로 구성된 아주 정교한 기체상 반응기로 모든 반응을 연구할
예정입니다.
균일 촉매의 In-situ 분석
최근, 이온성 액체 외에도 분자 용매에서의 균일 촉매 연구가 이루어지고 있습니다. 일반적인 기술들은 NMR, UV-VIS, FT-IR 분광기를 토대로 하고 있습니다. 대부분의 경우, 연구했던 시스템은 실제 조건과 맞지 않거나(NMR에서 고농도), 정적 상태 조건(회분식 멸균기에서의 FT-IR)을 살펴볼 수가 없었습니다. 부산 캠퍼스에서는 CSTR
반응기를 ATR에 기반을 둔 in-situ FR-IR 탐침과 결합시킬 것입니다. 이에, 정적 상태 조건에서 시간에 따른 촉매의 성능을 살펴볼 수 있으며, 그로 인해 운동역학 매개변수를 결정하는데 걸리는 시간도 축소됩니다.
일반적인 고압 멸균기에는 기체 및 액체 투입 장치(MFC 및 HPLC), 압력 및 부피 제어장치 등이 장착되어 있고
온라인 샘플링 장치에 연결되어 있습니다. 이러한 방법으로, 활성종과 생성물 조성 모두를 통해 기전을 자세히
살펴볼 수 있을 것입니다.
SILP 재료의 심층 연구
새로 개발한 SILP 재료는 촉매반응과 분리과학 양쪽 모두에서 우수한 결과를 보여주었습니다. 고온 촉매반응 시
또는 온도 스윙을 통한 기체 정제가 이루어지는 동안 생기는 열응력으로 인해 받침 재료에서 이온성 액체가
중량적으로 약간 줄어들 수 있습니다. TG를 통해 이러한 열 안정성을 연구할 예정입니다.
최적화된 촉매에 있어 막분포 또한 연구해야 할 부분입니다. 이에, 정적 및 비정적 Wicke-Kallenbach 전지를
사용하여 막분포, 다공폐쇄 및 유효확산계수 등을 결정할 것입니다.
에어랑엔-뉘른베르크 FAU의 화학반응공학과 연구 활동
매우 선택적인 촉매반응의 혁신적인 개념 및 연속공정으로의 스케일업
매우 선택적인 효소반응을 위해 새로운 개념을 개발하는 것이 본교 화학반응공학과의 연구 활동 방향입니다. 이에, 새로운 효소 시스템의 개발, 특징 평가 및 조사 등이 연구 활동에 포함됩니다.
복잡한 선택성 문제를 안고 있으나 기존의 촉매로는 이를 해결하지 못한 산업 상의 관련 반응을 이용하여 본교에서 개발한 촉매 시스템을 연구하고 있습니다. 촉매의 고정화 및 재발생, 소형화 및 온라인 반응 모니터링 등의 새로운 개념을 방법론적으로 연구하고 있습니다.

연구분야는 아래와 같습니다 :
신소재 바이오매스 활용/가치실현
화학증착법 (CVD) 비균일 촉매반응
균일 촉매반응 이온성 액체
고정화 개념 운동역학 모델링
다공성 재료 반응기 및 미니플랜트 설계
지지된 이온 액상 촉매반응
(SILP)