본 연구는 GO (graphene oxide)를 활용한 기체 분리막 연구를 위해 기체투과도가 우수한 PTMSP [poly(1-trimethylsilyl- 1-propyne)]에 GO를 첨가하여 PTMSP-GO 고분자 복합막을 제조하고, N2, CH4, CO2에 대한 투과특성을 연구하였다. PTMSP-GO 복합막의 기체투과는 N2 < CH4 < CO2 순으로 높은 기체투과도 값을 가졌다. N2, CH4, CO2의 기체투과 경향은 GO 함량 0~10 wt% 범위에서 함량이 증감함에 따라 기체투과도가 감소하다가 10~30 wt% 범위에서 증가하는 현상을 보였다. 적은 GO 함량범위에서는 복합막 내에서 GO가 barrier로 작용하여 확산성 감소로 기체투과도가 감소하였고, 일정 함량범 위 이상에서는 계면에 생기는 void로 인해 기체투과도가 증가하였다. 그리고 CO2는 GO의 -COOH에 친화성을 가지고 있어 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4)는 GO 함량이 증가하면서 점차 증가하는데 선택도(CO2/N2)는 PTMSP-GO 10 wt%에서 10.6로 가장 높은 선택도를 보였고, 선택도(CO2/CH4)는 PTMSP-GO 20 wt%에서 3.4로 가장 높은 선택도를 보였다. 그러나 일정 함량 이상에서 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4) 모두 감소하였는데 GO 함량이 많아지면서 GO 충진물 간의 응집현상이 심해지고, GO 응집물로 인하여 CO2에 대한 용해도 효과가 낮아져 선택도가 감소되었다. PTMSP-GO 20 wt% 복합막은 PTMSP 단일막보다 증가된 CO2 투과도와 선택도(CO2/CH4)를 보이면서 기체투과 특성이 향상되었다.

In this study, PTMSP-GO composite membranes were prepared by the addition of GO (graphene oxide) into PTMSP [poly (1-trimethylsilyl-1-propyne)] having high gas permeability, to study of gaseous membrane using GO. Gas permeation properties for N2, CH4, CO2 were investigated by increasing the amount of GO in the PTMSP. PTMSP-GO composite membranes had higher gas permeability in the order of N2 < CH4 < CO2. The gas permeation tendency of N2, CH4, and CO2 increased as the content of GO increased from 0 to 10 wt%, but the gas permeability decreased as increased from 10 to 30 wt%. In the range of low GO contents, the gas permeability decreased due to the decrease of diffusivity because GO acts as a barrier in the composite membrane, and the gas permeability increased due to the void at the interface above the content range. And CO2 has an affinity with -COOH of GO, the selectivity (CO2/N2) and the selectivity (CO2/CH4) gradually increase with increasing GO content. And the selectivity(CO2/N2) showed the highest selectivity at 10.6 for PTMSP-GO 10 wt% and the selectivity (CO2/CH4) showed the highest selectivity at 3.4 for PTMSP-GO 20 wt%. However, above a certain amount of GO, selectivity (CO2/N2) and selectivity (CO2/CH4) decreased because the coagulation phenomenon between GO was increased and the solubility effect of CO2 decreased. The PTMSP-GO 20 wt% composite membrane exhibited enhanced gas permeation characteristics with increased CO2 permeability and selectivity (CO2/CH4) over PTMSP membrane.

요 약
 Abstract
 1. 서 론
 2. 실 험
  2.1. 시료 및 시약
  2.2. PTMSP-GO 복합막 제조
  2.3. 분석기기
  2.4. 기체투과 실험
 3. 결과 및 고찰
  3.1. 복합막의 물리적 특성
  3.2. 복합막의 기체투과 특성
 4. 결 론
 Reference

• 이슬기(상명대학교 화학과) | Seul Ki Lee (Department of Chemistry, Sangmyung University)
• 홍세령(상명대학교 계당교양교육원) | Se Ryeong Hong (Kyedang College of General Education, Sangmyung University) Corresponding author