KBSI, 수산화칼슘 탄산화 반응원리 규명

KBSI 서울서부센터 400 MHz 고체 핵자기공명 분광기 이미지(KBSI 제공)© 뉴스1

탄산화 반응에 영향을 미치는 물 삽입에 의한 수산화칼슘의 팽창과정 모식도 물분자, Ca, O, C 및 H는 각각 하늘색, 녹색, 빨간색, 회색 및 흰색으로 표시됨.(KBSI 제공) © 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 국내 연구진이 물이 수산화칼슘(Ca(OH)₂)의 층간으로 들어가 탄산화 반응을 촉진하는 원리를 규명했다.

수산화칼슘을 활용한 이산화탄소(CO₂)의 저감, 전환 및 산업적 응용기술 개발에 새로운 단서가 될 전망이다.

8일 한국기초과학지원연구원(KBSI)에 따르면 서울서부센터 한옥희 박사 연구팀이 물이 수산화칼슘의 탄산화 반응 초기에 층상구조 안으로 삽입돼 탄산화 반응을 빠르게 하는 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈으며, 삽입된 물의 양 측정도 성공했다.

지금까지는 통상 물이 수산화칼슘의 표면에 흡착해 탄산화 반응을 돕는다고 여겨졌다.

하지만, 이번 연구에서 탄산화 반응 초기에 층상구조인 수산화칼슘의 층간 간격이 늘어난다는 것을 XRD 분석 등을 통해 알 수 있었다.

공동연구팀은 고체 NMR 분석을 통해 탄산화 반응 초기에 수산화칼슘의 층간으로 물 분자가 들어감을 밝히고, 들어간 물의 양을 측정했다.

물과 섞인 수산화칼슘 시료를 분석한 결과, 일반적인 물이 4.8ppm에서 수소 핵종신호를 보이는 것과 달리 수산화칼슘 내부로 들어간 물 분자는 약 1ppm에서 신호가 관찰됐다.

이렇게 구분되는 신호 면적 크기를 활용해 수산화칼슘 층간으로 들어간 물을 정량할 수 있었다.

또, 특정한 조건에서 다양한 물질의 화학적 특성에 따른 반응속도를 고려하는 이론적 계산을 통해 수산화칼슘의 층간으로 먼저 물이 들어갔을 때 탄산화가 빠르게 진행된다는 사실을 알 수 있었다.

이번 연구결과는 원자 수준에서 물이 삽입된 수산화칼슘의 구조와 탄산화 반응과의 연관성을 실증한 세계 최초 사례이다.

향후 수산화칼슘을 공장 배기가스와 대기중 CO₂를 저감할 수 있는 포집제로 활용함은 물론 시멘트의 경도 조절, 치약의 기능을 강화하는 충진제의 특성향상 등 다양한 연구·산업분야에 활용될 전망이다.

KBSI 한옥희 박사는 “앞으로도 NMR 기술의 다양한 활용을 통해 신재생에너지, CO₂의 저장 및 전환 등 탄소중립 목표 달성에 기여할 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 화학분야 세계적 권위 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 최근 게재됐다.