본 연구에서는 각기 다른 관능기를 가진 유기화된 무기입자를 sol-gel법을 이용해 제조하여 montorillonite가 가진 단점을 보완하였으며, 이를 sulfonated poly(arylene ether sulfone)(SPAES)고분자에 첨가해 복합막을 제막하였다. 제조 된 무기물은 사용한 실란화합물에 따라 상이한 색상 및 물성을 나타내었다. 최 종적으로 물리적 성능, 전기적 성능 등 복합막의 전반적인 물성변화를 나타내었으며 이에 따라 최적화된 관능기를 찾는 연구를 진행하였다.

PEBAX는 높은 CO2 선택도로 인하여 CO2 포집을 위한 분리막 연구에 널리 사용하고 있다. 본 연구에서는 Poly(ether block amides) (PEBAX) 2533을 에탄올에 용해, support를 PAN(Polyacrylonitrile), PSf(Polysulfone)로 사용하여 복합평 막을 제조하였다. 투과선택도를 향상시키기 위하여 Poly (ethylene glycol) (PEG) 를 첨가하여 막을 제조한 후 CO2, 와 N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 평가 하였다. PEG도입에 의한 PEBAX 복합막 제조는 PEBAX가 가지고 있는 투과도 한계를 향상 시킬 수 있다.

본 연구는 Hummer`s method를 이용하여 GO를 합성 후, 필터링을 통해 GO 막을 만들어. PVdF를 이용하여 나노섬유 막을 제조하였다. PVdF의 경우 접촉각 측정의 분석을 통해 친수성의 특징이 나타남을 알 수 있었으며, SEM, FT-IR, 라 만 분석 및 인장시험기, flux 실험을 실시하여, 카드뮴 이온 및 납 이온이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. PVdF/GO 나노섬유 막의 경우 수처리에 활용 시, 중금속이온의 함량이 감소할 것이라 예상된다.

본 연구는 수중 비소제거를 위해 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF와 복합화하여 전기방사법으로 제조하였다. TEM에서 산화물은 철이 망간을 감싼 형태이다. 인장강도는 PMF10이 PVdF보 다 2배 증가하였고 기공크기는 PVdF보다 작아지는 것이 확인되었다. 비소제거 실험에서 산화물은 As(Ⅲ)제거율이 80%이상 나왔고, As(V)도 제거되 었다. As(Ⅲ) 제거율은 PMF01이 30%로 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 따라 서 이산화물은 나노섬유와 복합화를 통해 수처리 필터소재에 대한 기초연구에 활용될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 효율 적/경제적으로 회수하기 위해 부식 억제 특성을 가진 지방족 아민(Aliphatic Amine)를 첨가제로 사용하여 내산성이 향상된 복합 NF 분리막을 제조하고자 한다. 지방족 아민를 첨가한 내산성 NF 분리막은 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였고 제조한 내산성 NF 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행한 결과를 flux와 rejection을 통해 확인하였다. 또한 XPS, FE-SEM, ATR-FTIR 등을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

Membrane distillation (MD) is a hydrid membrane process using the temperature difference as a driving force. In order to enhance the performance (flux) of the MD process, various membrane structures (asymmetric or bi-composite) and materials (PP, PVDF or PTFE) have been suggested. In this study, the support layer of the commercial PTFE/PP bi-composite membrane is modifed by forming the macro punctures in it. The size and location of macro punctures were varied according to the designed support layer porosities (50, 60, 70 and 80 %). The modified membrane test was conducted by using the DCMD configuration. The flux of a modified membranewas enhanced up to 27 % compared with that of pristine membrane when the size of the macro puncture and overall porosity of the support layer were larger than 20 mm2 and 60 %, respectively.

Thin-film composite (TFC) membrane is currently the most widely used membrane structure for reverse osmosis (RO) process. Most commercial membrane for RO consisted of porous support layer and dense polyamide permselective layer, yet the polyamide layer has a very rough surface morphology and considerable thickness, and these features are intrinsic properties of current RO membrane fabrication process. In this study, we present the new membrane fabrication, named layered interfacial polymerization (LIP). LIP could control the roughness and thickness of permselective layer without complicated process or significant membrane performance loss, and the performance itself was comparable to conventional IP membrane. Moreover, the fabricated membrane has a remarkable antifouling ability possibly due to the unique smooth morphology.

본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이며 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합 막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter로 기체투과 성능을 조사하였다. 코팅제는 Isocyanate와 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온 에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조 하였다. 코팅층은 3 μm 이하로 고른 분포를 보이고, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도 는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하게 하여 각각 의 기체(N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인하였다.

20 μm의 얇은 폴리에스터(polyester) 부직포 상에 폴리술폰(polysulfone) 고분자 지지체를 제조하였다. 폴리아미드 계면 중합이 일어날 폴리술폰 표면에 폴리 실록산 층이 형성될 수 있도록 실란 화합물을 중합하여 폴리실록산 지지체를 제조하였다. 얻어진 복합막 지지층에서 MPD 수용액과 TMC 유기용액을 계면 중합을 실시한 결과 정삼투 분리용 복합박막을 얻을 수 있었다. FE-SEM을 이용하여 지지층의 구조가 sponge-like 구조임을, EDX를 통하여 폴리실록산이 표면에 한하여 분포됨을 확인하였으며 1 M NaCl 유도용액하에서의 FO-mode 유량 이 79.2 - 117 LMH로 향상되었으며 RSF값은 2.12 - 7.97 GMH로 유지함을 확인할 수 있었다.

본 연구는 Hummer’s method를 이용하여 Graphene oxide (GO)를 합성하였으며, poly acrylonitrile (PAN)과 복합화하여 나노섬유 막을 제조하였다. 접촉각 측정, SEM, FT-IR, 인장강도, DI water를 이용한 flux 실험 및 BSA rejection 실험을 실시하여 막의 특성 분석을 진행하였다. PAN/GO 0.3 나노섬유의 경우, rejection 값이 59%로 PAN/GO 복합 나노섬유 막들 중 상대적으로 우수하였다. PAN/GO 복합 나노섬유 막을 수 처리 분야에 이용하여 얻은 자료는, 폐수 속의 유기물질 함량 감소 연구에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 비소(arsenic, As) 제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 poly vinylidene fluoride (PVdF)와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막 (polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF) 제조에 관한 기초 연구를 진행하였다. Transmission electron microscope (TEM) 분석을 통해 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하였으며, PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하 기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각 및 수투과도 분석을 진행하였다. 측정결과로부터 망간과 철 비율이 같은 PMF11 복 합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.7 kgf/cm2)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공 크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철 산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과 MF 소재의 도입에 따라 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내 었다. 제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)의 동시 제거 가능하며, 특히, MF01 샘플 의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 제조된 MF소재 및 PMF 복합막을 통해 수처리용 분리막의 기능성 향상을 위한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

분리막 시스템은 기존의 분리공정과 비교하여 우수한 효율과 낮은 가격으로 인하여 빠르게 성장하고 있다. 분리막 공정은 분리막, 모듈, 그리고 기계적 요소로 구성되어 있으며 향상된 효율을 얻기 위하여 분리막 공정에 사용되는 소재의 요 구사항 또한 증가가 되고 있다. 분리막 모듈은 분리막 시스템의 핵심 요소 중 하나로써 최근 들어 복합 소재들이 스테인레스 강 모듈과 비교하여 우수한 물성과 낮은 가격으로 인해 분리막 하우징에 적용되어 왔다. 본 리뷰에서는 다양한 종류의 유리 섬유와 이를 이용한 복합소재들에 대하여 정리하였으며 분리막 시스템에 적용을 위한 잠재성에 대하여 논의하였다.

폴리설폰막 위에 친수성 고분자를 Layer-by-Layer법으로 코팅하여 복합막을 제조하였다. FE-SEM 분석을 통하여 복합막 표면과 기공 내 코팅층을 확인하였다. 또한 100 ppm NaCl 용액에 대한 복합막의 투과성능 평가를 실시하였다. 복합 막 제조를 위한 코팅 고분자는 PVSA, PEI, PAA, PSSA, PSSA_MA를 사용하였다. 폴리설폰막 표면에 8,000 ppm PAA (이 온세기 0.35) 수용액을 3분 동안 코팅한 뒤 10,000 ppm PEI 수용액을 4분 동안 코팅하였다. 그 결과 PAA-PEI 복합막의 투과 도는 101 LMH, 제거율은 66.7%로 가장 좋은 투과성능을 나타내었다. PAA-PEI 복합막의 투과성능은 도레이케미칼의 NE 4040-70 (투과도 = 30 LMH, 염 배제율 = 40~70%) 제품과 유사한 성능을 보여주는 우수한 투과 특성을 나타내었다.

UF와 MF막은 주로 중공사막으로 제조되고 있으며 단일막과 복합막으로 구분할 수 있다. 단일막의 경우 장기간 사용시 단사와 탁도 유출 등의 문제점을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 고강도 직물을 이용한 Braid 지지체 위에 polymer를 코팅한 고기능성 복합막이 개발되어 적용되고 있다. Braid 보강막은 높은 인장강도를 가진 지지체를 사용함으로서 장기간 사용에 의한 강도 저하와 막성능 회복을 위한 물리⋅화학적 세정에 의한 막의 단사 등을 보완해준다. 이러한 Braid 보강막은 소재, 구조, 물성에 따라 다양한 분야에 적용되고 있으며 침지식 MBR공법은 물론 하수처리를 위한 가압형 모듈로도 적용되고 있다. 본 발표에서는 ㈜필로스가 직접 생산하는 Braid 보강막을 이용한 적용 사례를 소개하고자 한다.

직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells)는 액상의 메탄올을 연료로 직접 사용하는 전기 에너지 전환 장치로서 연료의 값이 싸고 취급이 용이하며 초소형화가 가능하다. Montmorillonite (MMT)가 첨가된 고분자 전해질 분리막의 경우 열적⋅물리적 성질이 개선되며 메탄올 투과도가 감소되는 장점을 가지고 있지만 이온전도도는 감소가 되는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 술폰산기(-SO3H)를 포함하는 MMT를 제조하여 Sulfonated Poly(arylene ether sulfone)(SPAES) 고분자와 sulfonated MMT(sulMMT)를 혼합하여 유⋅무기 복합막을 제조하고 특성평가가 이루어졌다.

본 연구에서는 Montmorillonitrile(MMt)계 무기물을 이용하여 SPAES고분자에 첨가한 후 제조된 용액을 이용하여 복합막을 제조하였으며 특성평가가 진행되었다. 개질되지 않은 MMt의 경우 고분자에 첨가되었을 경우 실리케이트층 구조로 인해 메탄올 투과도는 감소하나 이온전도도가 감소되는 문제점을 가지고 있으므로 본 연구에서는 MMt를 유기화 시켜 최적화된 메탄올 투과도와 이온투과도를 가지는 무기물을 제조하고자 하였으며 최종적으로 제조된 분리막의 특성평가를 진행하였다.

고분자 전해질 막의 성능을 개선하고자 사용된 대표적인 무기물인 solid acid가 첨가된 복합막의 경우 고온에서 높은 열안정성을 나타내며 친수성이 강해지는 장점을 나타내지만 물에 녹는 단점을 가지고 있다. 그러므로 본 연구에서는 phosphotungstic acid(PWA)의 이온전도성을 증가시키며 물에 용해되는 성질을 제거하기 위하여 실리카 입자를 sol-gel법을 이용하여 술폰산기와 아민그룹을 도입시킨 입자를 제조한 후 sulfonated poly(arylene ether sulfone)(SPAES) 고분자에 첨가하여 복합막을 제조하였으며 특성평가가 이루어졌다.

에폭시 수지는 기계적 물성, 내약품성, 치수 안정성 등이 우수하기 때문에 고기능 소재로서 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 에폭시 수지 제조공정에서 발생하는 부산물의 양도 증가하여 부산물 내의 원료 물질 회수에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 원료물질을 회수하는 증류/분리막 복합 공정에 적용할 수 있는 탈수용 복합막을 연구하였다. 실리카-지르코니아 졸에 α-알루미나를 분산시킨 코팅용액과 실리카 졸을 이용하여 Dip-coating법으로 실리카 복합막을 제조하였다. 에폭시 공정 부산물인 Epichlorohydrin/IPA/H2O을 이용하여 투과증발 실험한 결과 복합막은 총투과도 0.1∼0.7 kg/m²⋅h, 물의 선택도 50∼110를 나타내었다.

A novel cation exchange membrane consisting of polyvinylidene difluoride (PVDF) was prepared for the application of vanadium redox flow battery (VRFB). PVDF used as supporter has considerably high mechanical strength and an intrinsic hydrophobicity. For the successful preparation of the membrane, PVDF powders were modified by potassium hydroxide, which increased the hydrophilicity of PVDF powders. Modified PVDF were grafted with styrene sulfonic acid (SSA) using benzoyl peroxide (BPO) as initiative. The cross-sectional morphology and structure of PVDF/SSA was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and FT-IR. The membrane was characterized by water uptake, dimensional change, ion conductivity and ion exchange capacity (IEC) and cell performance of Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) with Nafion 212.

PEBAX[poly(ether-block-amide)는 열가소성인 탄소체로 부드럽고 유연한 폴리에테르와 단단한 폴리아마이드의 블록으로 이루어졌다. 두 compounds는 기체 분리막에 있어 필수적인 특성을 가지고 있다. 폴리에테르는 높은 투과도를 제공하고 폴리아마이드는 기계적 강도가 좋고 기체 선택성도 우수하다. GO(Graphene oxide)는 흑연으로부터 제조하여 재료의 습득이 용이할 뿐 아니라 기체투과에 선택적 배리어로서 작용한다. 본 연구에서는 GO에 열을 가한 뒤, 함량을 달리한 PEBAX-GO 복합막을 제조하고, 제조된 막의 물리화학적 특성, 기체투과도, 선택성에 대해 연구하였다.