Membrane potential is based on the difference in electric potential between membrane that is induced by the concentration differences. This study focused on membrane synthesis for ultra-thin ion exchange membrane. Using those membranes, prototype concentration cell were produced. Interestingly, those concentration cells responds to all external changes, for example, vibration, bending, temperatures. We expect that the concentration cells could extract the useful energy from any type of low-degree energies.

We present a facile, room temperature synthesis of poly(ethylenealt- maleic anhydride)-graft-poly(propylene glycol) (PEMA-g-PPG) graft copolymer-based CO2/N2 gas separation membrane with 100% conversion reaction without any further purification process. As confirmed by the Fourier transform infrared (FT-IR) and nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy, the PEMA-g-PPG was successfully synthesized with 100% conversion of PEMA and PPG monomers. It was confirmed that the PEMA-g-PPG was amorphous and rubbery state according to the X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC0 results. Therefore, PEMA-g-PPG/polysufulfone composite membrane exhibited high performance of CO2 permeability (99.1 Barrer) and selectivity (82.6 for CO2/N2 and 26.8 for CO2/CH4), surpassing conventional PEBAX block copolymer membrane.

분리막은 최초 개발 이후 소비자의 요구에 부합하기 위해 지속적으로 개발되어 왔으며 그 과정 중 혁신적인 기술 개발에 의해 상업적 적용과 패러다임의 변화가 이루어져 왔다. Roeb & Sourirajan의 비대칭막 개발 및 Cadotte의 복합막 개발, Yamamoto 의 침지막의 개발은 기존 분리막의 틀을 넘어서 상업적 적용과 대량생산을 가능하게 하는 계기가 되었다. 현재 분리막 시장은 분리막에 소모품의 개념을 넘어 내구재의 특성을 요구하고 있으며, 생산기술은 이러한 요구에 부합하기 위해 NIPS와 TIPS개념을 넘어 다양한 융합기술로 끊임없이 진화하고 있다. 이에 우리는 평막의 안정성과 중공사의 집적도를 갖으며, 세라믹막의 내구성과 안정성을 대체함과 동시에 고분자막의 장점을 잃지 않는 플라워 & 클로버 멤브레인의 개발을 통해 분리막에 새로운 패러다임 제시하고자 한다. 플라워 멤브레인은 융합생산기술을 통해 MF/UF/PV 등 다양한 분야에 적용 가능하다.

Living organisms are based on the mass flux that induces various biological reactions using nanosized asymmetric ion channels as highly selectivity. However, it is the aggressive challenge to use these channels for artificial membranes because these are fragile and susceptible to deterioration under pH, temperature, mechanical stress, etc. This study, for the first time, synthesized a virus nanochannel-embedded thin film composite membrane. This membrane shows the extremely high ion selectively as well as low resistance. This property can be used to extract various multi-energies, for example, external pressure, water dropping, temperature difference, etc. This electricity results from the entropy gradient between membrane like electric eels.

Mesoscale simulation은 원자의 그룹을 묶어서 하나의 단위로서 계산을 수행하는 전산모사 기술로 ns~μs의 시간 및 nm~μm의 크기까지 모사가 가능하다. 이러한, mesoscale simulation에는 (1) 입자 자체의 움직임을 계산하여 시스템을 모 사하는 particle-based mesoscale, (2) 입자의 움직임이 아닌 chemical potential filed나 density field 등의 변화를 계산하여 시 스템을 모사하는 field theory 등의 방법 등이 있는데, 두 방법 모두 고분자의 거시적 특성을 살펴보기 위한 강력한 전산모사 기술로서, 에너지-환경 분야용 고분자 분리막의 다양한 응용분야에서 활용되고 있다. 기존에는 주로 블록 공중합체 분야에서 연구결과들이 보고되었으나, 최근 들어 실제 고분자 분리막의 제조 조건 등을 모사한 연구 결과와 같이 좀 더 응용 분야에 가까운 다양한 에너지-환경용 고분자 분리막 관련 연구가 진행되고 있다. 이온 교환막의 경우에는 이온 전달 채널 형성을 분 석 및 예측하기 위한 다양한 mesoscale simulation 결과들이 발표되고 있고, 최근에는 CNT, graphene 등의 나노 첨가물 소재 에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 mesoscale simulation 관련 연구에 대한 동향을 정리하고, 어떤 분야에 서 유용하게 활용 가능한지 제시하며, 에너지-환경 분야에 종사하는 분리막 연구자들이 mesoscale simulation 기술에 좀 더 쉽게 다가갈 수 있는 기회를 제공하고자 한다.

Pressure retarded osmosis (PRO) has been considered as promising technology utilizing blue energy1. However, polymeric thin film composite membranes are insufficient to meet requirements: robustness, high permeability and selectivity. In this study, new type of membrane has been developed consisting of thermally rearranged poly(benzoxazole) (TR-PBO) electrospun membrane as a support layer and ultra-thin polyamide (PA) active layer2. Because TR-PBO has high mechanical strength, it can be used at high hydraulic pressure. This means that high concentrated solution can be used as a draw and, subsequently, high power density can be obtained. The characteristics and performance of the membrane will be presented.

분리막의 기체에 대한 선택투과성을 이용하여 혼합 가스 또는 유기증기 중의 특정성분을 분리하는 방법이 기체분리막 법이다. 최초로 실용화 된 것은 비대칭막이 개발되고 충분히 기체 투과량이 확보된 최근의 일이다. 기체분리막법의 최초 응용은 수소회수였으며, 최근에는 질소 분리, 제습, 산소농축, 메탄농축 등에 적용되고 있다. 최근 들어 기체분리막 공정은 천연가스, 비전통 가스, 바이오가스의 분리 정제 등에 적용되며. 에너지 분야로 응용이 확대되어가고 있다. 에너지 분야는 혹독한 운전조건, 높은 신뢰성을 요구 하는 분야이기 때문에 분리막에 대한 요구도가 높은 분야이다. 따라서 분리막의 신뢰성을 확보하기 위한 노력이 필요하다. 본 강연에서는 향후 분리막의 에너지 산업응용과 기체분리막의 해결과제에 대한 언급을 한다.

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.

In the past, the role of incineration facilities was mainly to reduce waste and stabilize disposed material. However, as a key aspect of waste management policy, the concept of “waste Minimization and sustainable resource circulation society” has become an issue, and the effective use of waste has been emphasized. As a result, to promote the recycling of wastes from January 1, 2018, the Framework Act on Resource Circulation has been implemented. In this study, estimation factors that can affect the increase of energy recovery are selected by reviewing the estimation method of industrial waste incineration facilities having a separate boiler; moreover, the effect of calculation factors on energy recovery was quantitatively evaluated. According to this study, when the heat loss, condensate temperature, and power consumption decrease by 10%, the energy recovery of the target facilities increase by 0.4% (0.22 ~ 0.63%), 1.09% (0.57 ~ 1.32%), and 1.16% (0.52 ~ 2.13%) on an average.