숙성되는 과일, 채소 및 꽃들은 에틸렌(ethylene)을 내뿜는데, 이 물질은 일종의 식물의 호르몬 역할을 한다. 에틸렌은 숙성을 촉진시켜, 다른 숙성되지 않은 과일들도 숙성과정으로 돌입시키며, 채소를 빨리 상하게 하고 꽃도 빨리 시들게 한다. Angewandte Chemie (\"Low-Temperature Oxidation of Ethylene over Platinum Nanoparticles Supported on Mesoporous Silica\")지에 따르면, 이 에틸렌을 빠르고 완벽하게 분해시킬 수 있는 새로운 촉매 시스템이 일본 연구팀에 의해 개발되었다. 이 시스템은 저장창고의 공기 중에서 에틸렌을 없애, 부패 가능한 제품을 좀 더 오랫동안 신선하게 유지할 수 있도록 할 수 있다.
에틸렌은 단지 화학산업 분야를 위한 원료물질인 것만은 아니다. 에틸렌은 식물의 호르몬으로서도 작용하며, 과일의 성숙과 꽃이 피고 시드는 것과 같은 많은 생리학적은 과정들을 조절한다. 익숙한 예를 들자면, 플라스틱 백 내에 있는 바나나는 공기 중에 놔둔 바나나에 비해 훨씬 빨리 익는다. 이런 성숙과정의 가속화는 0°C 근처의 냉장고에서조차도 발생한다.
꽃, 채소 및 과일이 저장되어 있는 창고나 냉동 시설에서 미량의 에틸렌을 제거하는 것은 도매업자에게는 매우 중요한 일이다. 이전의 바이오기술로 제거하는 방법은 고가이고 복잡하거나 비효과적이었다. 에틸렌의 산화를 위한 적절한 촉매를 탐구하는 것 또한 그리 성공적이지 못하였다. 이유는 이런 과정을 발생시키고자 할 때 낮은 온도가 필수조건이었기 때문이다.
홋카이도 대학(Hokkaido University)의 Atsushi Fukuoka 등은, 효과적인 촉매를 개발하기 위해서 다양한 종류의 지지체와 서로 다른 금속을 결합시켜 실험하였다. 연구팀은 특수한 메조포러스 이산화실리콘(mesoporous silicon dioxide; MCM-41) 담지체에 백금 나노입자를 사용한 결과, 0∼ 20 °C 범위에서 에틸렌의 산화에서 매우 높은 활성을 보이는 것을 발견하였다. 에틸렌 농도가 50ppm일 때, 0°C에서 99.8%가 넘는 전환율을 보여주고 있다. 이는 이전에 성취하지 못한 정도의 수준이며 장기간 및 여러 번 사용한 후에도 거의 일정하게 유지되었다.
우선 백금 염 수용액과 담지체를 18시간 동안 혼합하여 만들었다. 그 다음 담지체를 건조시키고 우선 산소 분위기 하에서 가열한 후 수소 분위기 하에서 가열하였다. 이 과정을 거친 후, 이산화실리콘에 존재하는 거대한 구멍에 2.4nm 크기의 백금 입자를 포함하게 된다. 이 입자의 크기와 실리카의 효과는, 필요한 반응에 유리하다.
에틸렌과 산소는 처음에 이 촉매 상에서 빠르게 반응하여 포름알데하이드(formaldehyde; HCHO)를 형성하는데, 이 물질이 배금에 흡착된 후 일산화탄소와 수소로 분해된다. 그리고는 최종적으로 산소와 반응하여 이산화탄소와 물로 변환된다. 소량의 포름산(formic acid)이 부산물로 생성된다. 이 촉매의 특히 높은 활성은 이산화실리콘 담지체 상에 있는 백금에서 발생하는 일산화탄소의 이산화탄소로의 산화 때문이다. 본 반응 메커니즘의 세부사항은 현재 연구 중이다.
그림> 신선한 과일은 채소를 썩게 하지 않는다. 과일이나 채소에서 발생하는 에틸렌은 냉장고에서조차도 쉽게 상하게 만든다. 기체 혼합물에서 미량의 에틸렌을 산화적으로 제거하기 위해, 담지된 금속 나노입자가 개발되었다. 백금 촉매는 메조포러스 실리카에 담지되어 0°C에서조차도 50ppm의 에틸렌을 완벽히 전환시켰다.
키워드 : 에틸렌,백금,나노입자
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.nanowerk.com/news2/newsid=30454.php 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.02.19 17:28
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