본 연구에서는 hollow fiber 막모듈을 통한 순수 CH4, CO2 기체와 CH4/CO2혼합기체의 투과 특성을 살펴 보고, 이를 모사값과 비교하여 보았다. 순수 기체의 투고율은 온도에 따라 Arrhenius type으로 증가하였으며, 활성화에너지는 CO2는 6.61kJ/mol, CH4는 25.26kJ/mol로 나타났다. 혼합기체의 투과에 있어서 투과부의 유량과 CO2 조성, 그리고 배제부의 CH4조성은 cut의 증가에 따라 증가하였다. 분리인자는 5~20atm의 압력과 cut이 20으로 고정된 상태에서 20~40의 범위에 있었으며, 압력이 증가하고 온도가 감소할수록 증가하는 경향을 나타내었다. 실험결과와 모사결과는 투과부 유량과 CO2조성의 경우 8% 이내에서, 배제부의 CH4조성의 경우 15% 이내에서 일치하였다.

일반적으로 화학공정에서 적절한 조성으로 혼합하여 기체를 사용할 때는 순수하게 정제된 기체가 2종 또는 그 이상이 혼합된 기체보다 유용하게 이용된다. 또한 화학적으로 민감한 제품을 제조시 충진 기체로서도 순수한 기체가 필수적으로 이용되는 등 최근 화학공정 기술의 발달에 따라 순수하게 분리 또는 정제 된 각종 기체들이 제품 생산의 원료 및 공정상에서의 부원료로서 많이 이용되고 있어 기체 분리에 대한 필요성이 증가되고 있다. 예를 들어, 지구상의 생활을 떠받치고 있는 근원물질중의 하나인 산소는 생명체의 생명 유지 및 자연계에서 일어나고 있는 모든 현상에 어떠한 형태로든 관여하고 있으며 공기 부피의 약 5분의 1을 차지하고 있어 거의 무진장에 가깝게 존재하고 있다. 이러한 산소를 공기에서 가려내기란 그리 쉽지는 않다. 일반적으로는 대규모의 공기를 액화하고 액체공기의 분류에 의해 얻을 수 있지만 이를 위해 소요되는 에너지는 막대한 것이며, 일정한 규모의 설비와 장소가 필요하다. 본고에서는 고분자 막에 의해 기체를 분리하여 현재 각종 산업에 응용되고 있는 현황 및 향후 응용 가능성 있는 분야에 대한 개발 동향을 살펴보고자 관련 자료들에서 발췌하여 정리하였다.

The development of separation technology is an important research subject as is clear from its role in the Japanese government's research and development program for basic technology for the next generation(1981~1990). Japan is poor not only in mineral resources but also in energy resources and if a sudden change occurs in oil producing facility or an accident occurs in a nuclear power plant, then energy policy must undergo changes and economic foundations may collapse. Japan has already experienced this. Although, oil prices are stable at present and Japan can import oil at low cost due to the yen appreciation, Japan needs to promote development work for any new energy crisis that may come in the future. This has been the motive for gas separation membrane development in Japan. The study of gas permeation through polymer membranes, which is the basis for membranes for gas separation, at Japanese universities began many years ago, but interest in membranes for gas separation was aroused mainly by the Government. The development of gas separation membranes in Japan started with membranes for oxygen separation on an industrial scale.

여러가지 고분자막을 이용하여 N2-SO2 혼합기체를 분리하는 데 있어서 압력, 온도 등을 조작변수로 하여 투과계수와 분리인자를 계산하고 이에 따른 기체투과 특성을 규명하고 분리성능을 측정하였다. 실험한 압력의 범위는 0.1~1.0 MPa이었으며, 온도범위는 283~303 K이었다. 압력이 커질수록 투과계수와 분리인자가 증가하였으나, 온도증가에 따라 투과계수와 분리인자는 감소하였다. 본 실험에서 사용된 막 중 Film-Tech사의 FT-30이 N2-SO2 혼합기체의 분리능력이 가장 뛰어난 것으로 나타났다.

본 논문에서는 고에너지 전자선(6MeV)을 조사한 피부의 세포막 모델에서 공기의 주요 구성성분인 N2-O2 혼합기체가 압력차에 따른 투과도차의 변화를 나타내고 결국 N2-O2 분리투과성의 변화로 나타내어 기체분 자가 분리 전달되는 특성을 연구하였다. 이 실험에 사용한 재료로 피부의 세포막 모델은 polydimethyl siloxa ne (PDMS)분말을 polysulfone과 결합시킨 비다공성 복합막, 압축공기와 순도 99.9%인 산소, 질소기체통, 산 소분석기(LC-700H, Japan), soap-bubble flow meter, wet-test meter, pressure regulator, back-pressure regulator, permeation cell, Linac 전자선 조사기 등을 사용하였다. 실험방법으로는 N2-O2 기체투과 장치를 이용하여 피 부세포막모델의 온도는 36.5℃로 고정한 후에 기체의 온도도 15℃로 고정하고 조작압력법위를 1∼6 kgf/㎠ 로 하며 각각 1 kgf/㎠ 단위로 측정하였다. 방사선을 조사한 피부의 고분자막(세포막모델)에서 공기를 구성 한 N2-O2 혼합기체의 분자가 압력차에 따른 투과도차가 발생하여 피부세포에 비정상적으로 전달되는 과정을 실험을 한 결과 아래와 같은 결론을 추론하게 되었다. 피부의 고분자 막(세포막모델)에서 N2-O2 혼합기체의 투과분리특성의 변화에 대하여 알아본 결과 방사선을 조사하지 않은 때 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 1.19 × 10-4 ∼ 2.43 × 10-4과 1.72 × 10-4 ∼ 2.6 × 10-4[㎤(STP)/㎠ · sec · cmHg]이며 방사선조사로 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 0.19 × 10-4 ∼ 0.56 × 10-4 과 0.41 × 10-4 ∼ 0.76 × 10-4 [㎤(STP)/㎠ · sec · cmHg]이며 4∼10배 정도 낮아짐을 알 수가 있었고 방사선을 조사하지 않은 때 질소에 대한 산소의 이상분리인자 α *의 값은 1.32∼0.42로 나타내었으며 방사선조사로 질소에 대한 산소의 이상분리인자 α * 의 값은 0.237∼0.125이며 4∼5배 정도 낮아짐을 나타내었다. 또한, 압력차가 1∼6 kgf/㎠로 증가함에 따라서 작업변수인 cut가 0에 접근할수록 투과도상의 산소부화도는 증가하지만 반면에 압력비 Pr이 0에 가까워 질수록 투과도상의 산소부화도는 방사선조사로 4∼19배 정도 감소하였다. 방사선의 조사 유·무에 관계없이 압력차가 1∼6 kgf/㎠ 로 증가함에 따라서 질소, 산소 및 공기의 투과도는 증가하였지만 질소에 대한 산소의 선택성은 감소하였다.

Biogas is a gaseous mixture produced from the microbial digestion of organic materials in the absence of oxygen. Raw biogas, depending upon organic materials, digestion time and process conditions, contains about 45 ~ 75% methane, 30 ~ 50% carbon dioxide, 0.1% hydrogen sulfide gas, and a fractional percentage of water vapor. To achieve the standard composition of the biogas, treatment techniques like absorption or membrane separation are performed for the resourcing of biogas. In this paper, the experiments are performed using biogas produced in an environmental digestion facility for food waste. The membrane module was imported from overseas, its membrane process has achieved up to 98% of the methane and 99% of the carbon dioxide separated, and it has manufactured and stored pressurized carbon dioxide. The effects of the feed pressures on the separation of CO2-CH4 by the membrane are investigated. A chelate was utilized to purify the methane from the H2S concentration of 0.1%.

This study is to compose the optimized membrane module process system to selectively separate and treat toxic gas emitted from the semiconductor process. To optimize the operation of membrane module process system to treat toxic gas, the inlet toxic gas toward the membrane module shall have equal flux and equal pressure. Therefore, if the inlet flux on the membrane may be equalized only with the adjustment of pipe diameter and arrangement without installation of devices such as flowmeter at the junction between distributing pipe and separation membrane, the pipe composition of membrane module process system may be optimized to reduce the cost as well. Here, the inlet gas pressure toward the membrane module shall be above 3 bar, and thus in this study, the system was established for gas to be compressed with the compressor to stably maintain the pressure at the inlet of membrane module. Accordingly, the flow and pressure of gas within the pipe from the compressor to the membrane module were evaluated through the numerical analysis to optimize the diameter and arrangement of pipe - eventually to be reflected on the on-site design. Based on the result of flow analysis, the 5,000 LPM fluoride gas separation system to be applied to the actual semiconductor process was established, and to confirm the separation and return efficiency of NF3, CF4, and SF6, in this study 1,000 ppm of highly concentrated NF3, CF4, and SF6 were injected into the system to check the rate of separation and return. The system was continuously operated for 300 hours, and in case of SF6 and CF4, on average of 93% or higher return rate and concentration ratio of 1 were maintained, while in case of NF3, on average of 90% or higher return rate and concentration ratio of 1 were maintained. Therefore, it was confirmed that the fluoride gas separation system may be applied as a low-energy consumption high-efficiency system for the electronic industry.

In this research, chemical vapor deposition equipment built in the semiconductor·CVD (Chemical Vapor Deposition)process was introduced. Through polysulfone hollow fiber membranes under similar conditions to those of the actualprocess, conditions such as flow and pressure were used to observe the influence in order to separate and collect the SF6and CF4 substances. Results showed that as the retentate flow rate of the discharge unit increased and the residence timeto penetrate the membrane decreased, the emission concentration increased. As the pressure of the discharge unit increasedand the exhaust flow decreased, when the retentate flow rate was 10L/min, CF4 was shown to have a density of 4,963ppm, and it was 4,028ppm for SF6 the gas mixture had a concentration effect of three to four ratio. In addition, throughthe separation factor of fluorinated gases that arise in the actual process, the collection and concentration of SF6 and CF4were possible each gas’s recovery rate was higher than 99%.

In this work, the separation characteristics of CO2 from CO2 and CH4 mixed gas was studied using pressure swingadsorption (PSA) process. Zeolite 13X was used as an adsorbent to adsorb CO2 from gaseous stream in a fixed-bed ofadsorbent. The adsorption experiments were performed with various gas flow rates, adsorption pressures and temperatures.The deactivation model was used to analyze the adsorption kinetics of CO2 using the experimental breakthrough data.From this work, it was found that the activation energies of adsorption and deactivation were 29.15 and 13.0 kJ/mol,respectively. And the experimental breakthrough curves were agree very well with the adsorption isotherm models basedon Freundlich equation.

Of the 6 most abundantly recognized Greenhouse Gases, SF6 (Sulfur Hexafluoride) is one of the most potentially consequential gases to Global Warming. The permeation characteristics of fluorinated gases N2 and SF6 used in the semiconductor processes were examined by study through the processes that occur during the Hollow Fiber Membrane Separation Technology. The developed module had a permeance of 8.83 ~ 17.40 GPU for N2 with N2/SF6 selectivity of 8.64 ~ 40.80 at various pressure and temperature. The SF6 isolation results showed the variables increased SF6 concentration levels of 13% ~ 63%, with a yield increase of 50% ~ 96%. These results are proven to be well utilized in the semiconductor manufacturing processes in the recovery of SF6 through the Hollow Fiber Membrane Separation Technology.