주택소유자가 재생수의 안전한 처리를 위해 작은 규모에서 과산화수소를 생산할 수 있도록 하는 금 촉매 개발이 진행 중이다. 이것은 영국 카디프 대학교(Cardiff University) 화학스쿨에서 수행 중인 연구의 예상 결과 중 하나이며, 이곳에서 물리화학분야 부교수인 필립 다비스(Philip Davies) 박사를 포함한 연구진들은 나노 크기에서 우수한 금속의 특성을 찾아내기 위한 새로운 방법을 연구 중이다.

그들의 연구는, 폴리염화비닐(PVC, poly-vinyl chloride)의 전구체인 염화 비닐(vinyl chloride) 제작을 위해 금이 에스탈렌의 옥시염소화(hydrochlorination)를 위한 최상의 촉매가 될 것이라고 예상한 이 대학교 카디프 촉매 연구소(CCI, Cardiff Catalysis Institute) 책임자인 그라함 허칭스(Graham Hutchings) 교수의 연구에 그 뿌리를 두고 있다.

다비스(Davies) 박사는 "현재 사용되는 촉매는 수은에 기반을 두고 있는데, 이것은 명백하게 환경에 좋지 않다. 또한, 촉매로서의 수명이 상대적으로 짧다. 허칭스(Hutchings) 교수는 그 대안을 찾고 있었고, 열동역학에 기반을 두고 금이 최상의 것이라고 예측한 바 있다. 그리고 그는 그것을 증명했다. 이후에, 그는 모든 종류의 프로세스에 사용될 촉매로서의 금에 대한 연구를 시작했다. 예를 들어, 수소 첨가 크로톤알데히드(hydrogenation of crotonaldehyde)를 위한 선택형 촉매이다. 또한, 이것은 매우 좋은 선택형 산화 촉매"라고 말했다.

다비스(Davies) 박사는 과산화수소가 매우 반응성이 우수하고 효과적인 세척제로 산업계에 광범위하게 사용된다고 설명했다. 그런데, 이것은 대량으로 생산할 경우에만 경제성이 있어서 대형 프로세싱 공장과 그에 따른 고객에게 수송할 교통수단 비용이 필요하다.

그는 카디프 촉매 연구소(CCI)가 촉매로 금-팔라듐 혼합물을 사용하여 낮은 압력에서 수소-산소로부터 과산화수소를 창조하는 방법을 모색하고 있다고 덧붙였다.

"금과 팔라듐을 나노입자로 만들 필요가 있다. 그다음, 당신은 과산화수소를 작은 규모에서 매우 활동성이 높은 촉매로 만들 수 있다. 당신은 폭발성이 없는 상태에서 저압의 수소와 산소를 다루는 것이 가능하게 될 것이다. 이것은 완벽하게 안전하며, 많은 양의 제작과 수송 대신에 여기저기에 사용될 수 있는 작은 양의 과산화수소 제작이 가능하다"고 다비스(Davies) 박사는 말했다.

이렇게 소량으로 과산화수소를 생산함으로써, 주택소유자는 세척작업과 같은 활동에서 발생하는 폐수를 말하는 소위 재생수(grey water)라고 불리는 물을 더 효율적으로 사용할 수 있게 될 것이다. "이 물은 약간만 깨끗하게 작업을 진행하여 화장실이나 식기 세척에 다시 사용되도록 리사이클될 수 있는 물을 의미한다. 당신이 할 것은 과산화수소를 만들기 위한 촉매를 가지는 것이다. 그다음, 그것을 가라앉혀서 제거하는 것이 아니라 물을 다시 세척하기만 하면 되는 것"이라고 그는 말했다.

더욱 일반적으로, 이러한 촉매에 필요한 금의 양은 비용 경쟁력이 있을 정도로 충분히 적은 양이며 이 금속은 긴 수명주기가 있어서 재사용이 가능하다. "이것은 매우 선택적이고 생산적이다. 더 저렴한 촉매는 오래 지속되지 않으며 정밀하지가 않아서, 폐기해야 할 쓰레기만 양산하여 그렇게 효율적이지 못하다. 그러므로 전체 비용은 금보다 더 많이 소요된다"고 그는 덧붙였다.

이 대학교에 의하면, 카디프 촉매 연구소(CCI)에서 수행 중인 연구는 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 장치와 탄소 배출 감소를 위해 자동차 배기가스 내의 콜드 스타트(cold start) 촉매 개발을 이끌 것이다.

다비스(Davies) 박사에 의하면, 카디프 촉매 연구소(CCI)의 실제 기술은 시장에 근접하고 있으며, 이 연구소의 지원기업을 통해 라이선스를 획득하게 될 것이다.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 6월 25일]

 

This is one of the anticipated outcomes of research being conducted at Cardiff University’s School of Chemistry, where researchers including Dr Philip Davies, a senior lecturer in physical chemistry, are looking at new ways to exploit the properties of the noble metal at the nanoscale.

Their work stems from research carried out by Prof Graham Hutchings, FRS and director of the Cardiff Catalysis Institute (CCI) at the University, who predicted that gold would be the best catalyst for hydrochlorination of ethyne to make vinyl chloride, which is the precursor to poly-vinyl chloride (PVC).

Dr Davies said: ‘The present catalyst that’s used is mercury-based, which obviously is very environmentally bad. It’s also relatively short lived as a catalyst.

‘Hutchings was looking for an alternative and he predicted, based on thermodynamics, that gold would be the best. He subsequently proved that.

‘Afterwards, he started looking at gold as a catalyst for all sorts of processes. For example, it’s a selective catalyst for the hydrogenation of crotonaldehyde. It’s also a very good selective oxidation catalyst.’

Dr Davies explained that hydrogen peroxide (H2O2) is used extensively in industry as it is very reactive and an effective cleaning agent. It is, however, only economical to produce in bulk quantities, which requires large processing plants and subsequent transportation to customers.

He added that CCI is looking to create H2O2 from hydrogen-oxygen at low pressure using a gold-palladium mixture as a catalyst.

‘You need to make the gold and palladium into nanoparticles,’ said Dr Davies. ‘Then you can make a very active catalyst that makes H2O2 on a low scale. You’re dealing with low pressures of hydrogen and oxygen in a non-explosive…regime.

‘It’s perfectly safe and you can make small amounts of H2O2 that might be used there and then, instead of making large amounts and transporting it.’         

By producing H2O2 in such quantities, said Dr Davies, homeowners could make better use of so-called grey water, which is the wastewater from activities such as washing.

‘This is water that could be recycled for use again in flushing toilets or in dishwashers if you could just clean it up a bit,’ he said. ‘What you may do is have a catalyst that’s creating H2O2 up in your loft, which could then be used to clean up the water instead of just getting rid of it down the sink.’

More generally, the quantities of gold required in such catalysts are small enough to be cost competitive and the metal has a long lifespan, making it reusable.

‘It’s highly selective and productive…a cheaper catalyst won’t last as long, will give you more waste that you then have to dispose of because it’s not as precise, [and] it’s not as efficient. So, overall costs are better with gold.’

According to the University, research being conducted at CCI could lead to devices that convert carbon monoxide into carbon dioxide, and “cold start” catalysts in car exhaust systems to reduce carbon emissions.

Dr Davies said tangible technology from CCI is close to market, which will be licensed through CCI’s supporting companies.

 

[원문출처] : http://www.theengineer.co.uk/channels/design-engineering/news/cardiff-sets-gold-standard-for-catalysis-research/1018797.article]