본 논문에서는 이산화탄소 친화적인 PBEM-POEM (PBE) 공중합체를 기반으로 고분자 블렌드 분리막을 제조하 는 방법을 제시한다. PBE 공중합체는 자유 라디칼 중합 반응을 통해 손쉽게 합성이 가능하며, 이를 상용 고분자인 PEG와 다 양한 비율로 혼합하여 이산화탄소/질소 분리막을 제조하였다. 이산화탄소/질소 분리 성능을 테스트한 결과, PEG의 함량이 높을수록 이산화탄소 투과도는 감소하는 반면 이산화탄소/질소 선택도는 크게 증가하는 상충(trade-off) 관계가 나타났다. 그러 나 PBE/PEG (9 : 1)과 PBE/PEG (7 : 3)을 비교하면 이산화탄소 투과도는 단지 8.3% 감소한 반면에 질소 투과도는 69.1%나 감소하였다. 따라서 이산화탄소/질소 선택도가 33.8에서 100.3으로 크게 증가하였다. 이것은 PBE 공중합체의 80%를 차지하 는 POEM 사슬이 PEG와 상호작용하여 더욱 조밀한 구조가 되었기 때문이며, 이를 FT-IR, XRD, SEM 분석으로 확인하였다. PBE/PEG (7 : 3) 블렌드 막이 가장 최적의 기체 분리 성능을 가졌고, 이산화탄소투과도는 170.5 GPU, 이산화탄소/질소 선택 도는 100.3이었다.

In this paper, we develop a polymeric blend membrane based on CO2-philic poly(2-[3-(2H-benzotriazol-2-yl)- 4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacrylate) (PBEM-POEM) comb copolymer, which was synthesized by facile free radical polymerization. The PBEM-POEM (PBE) comb copolymer was blended with a commercial oligomer, low-molecular-weight poly(ethylene glycol) (PEG, Mw = 200 gmol-1) with various ratios to prepare CO2/N2 separation membranes. From the result of CO2/N2 separation test of the PBE/PEG blend membranes with the various PEG contents, we could conclude that with increasing PEG content, the CO2/N2 selectivity significantly increased while the CO2 permeability decreased showing trade-off relationship. However, when comparing the performance of the PBE/PEG (9 : 1) with the PBE/PEG (7 : 3) membrane, the CO2 permeance decreased by only 8.3%, while the N2 permeance decreased by 69.1%. Therefore, the CO2/N2 selectivity dramatically increased from 33.8 to 100.3. This could be because the POEM chains, which account for 80% of the PBE copolymer, favorably interact with PEG and lead to a more compact chain structure, which was confirmed by FT-IR, XRD and SEM analysis. The PBE/PEG (7 : 3) blend membrane had the most optimal gas separation performance, showing a CO2 permeance of 170.5 GPU and CO2/N2 selectivity of 100.3.

요 약
Abstract
1. Introduction
2. Experimental Section
    2.1. Materials
    2.2. Synthesis of PBE comb copolymer
    2.3. Preparation of PBE/PEG thin-film compositemembranes
    2.4. Gas permeation measurements
    2.5. Characterization
3. Results and Discussion
    3.1. Synthesis and spectroscopic characterization
    3.2. Structural and morphological properties
    3.3. Gas separation performances
4. Conclusions
Reference

• 문승재(연세대학교 화공생명공학과) | Seung Jae Moon (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University)
• 민효준(연세대학교 화공생명공학과) | Hyo Jun Min (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University)
• 김나운(연세대학교 화공생명공학과) | Na Un Kim (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University)
• 김종학(연세대학교 화공생명공학과) | Jong Hak Kim (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University) Corresponding author