본 연구에서는 순수 PEBAX® 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 개질된 fumed silica 나노입자를 혼합한 MMMs (mixed matrix membranes) 타입의 PEBAX®/fumed silica 하이브리드 분리막을 제조하고, 이산화탄소와 메탄의 투과 특성을 측정하였다. PEBAX®-1657/TS-530 하이브리드 소재의 경우, FT-IR과 XRD 분석을 통해 PEBAX® 고분자에 무기입자 가 비교적 잘 분산되었음을 확인하였다. 기체투과특성 측정 결과 TS-530을 10 wt% 혼합한 분리막의 경우, 순수 PEBAX® 분 리막과 비교하여 투과도 계수는 약간 감소하나 이상분리인자는 약간 증가하였다. 이는 비투과성 silica 입자의 도입에 따라 기 체 확산 경로가 줄어들고, 경로의 비틀림이 증가하기 때문으로 볼 수 있다. TS-530 함량이 증가함에 따라서는 투과도 계수와 이상분리인자 간에 전형적인 trade-off 경향을 보였다. 이는 TS-530 함량이 증가함에 따라 결정성이 감소하고, 고분자 사슬 간 충전 억제에 따라 자유부피가 증가하기 때문으로 볼 수 있다. 또한 무기입자 함량 증가에 나노간극의 형성 가능성이 높아지 고, 이에 따라 기체 확산도가 커지기 때문으로 판단된다.

Graphene oxide (GO), consisting of numerous oxygen functional groups and 2-D graphene sheet, has drawn intensive attention as a promising membrane material due to its molecular-sieving nanochannel and ease of scale up. However, GO membranes have generally showed a low gas permeability stemming from the high tortuosity of laminate structure. Herein, we prepared silica/GO hybrid membranes to overcome the low gas permeability of GO membrane by tuning its surface area and interlayer spacing. The size of silica nanoparticles grown on the GO nanosheets was successfully controlled by varying the concentration of silica precursor. In particular, the relationship between gas permeability of silica/GO hybrid membranes and the size of silica nanoparticles was investigated.

기존에 많이 이용되고 있는 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수 지법을 혼합한 공정이다. 이 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이 온교환막, 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 하지만 이온교환수지와 양･음이온교환막으로 인해 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 점 들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 바이폴라형태의 막으로 만든 전기흡착탈이온 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 모듈에 적용할 수 있는 높은 이온교환능력을 가지는 이온교환고분자를 합성하고, 이온교환수지을 대신 할 이온교환그룹을 가진 나노입자를 제조하여 이 둘을 적절하게 조절하여 하이브리드막을 제조하였다. 그리고 제조된 하이브리드막은 다양한 특성평가를 실시하였고, 그에 따른 고찰을 진행하였다.

기존에 많이 이용되고 있는 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 그리고 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이온교환막이 있으며 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 그리고 모듈의 성능을 결정하는 인자로는 이온교환수지의 균질한 크기 분포도가 있다. 하지만 이온교환수지와 양･음이온교환막으로 인해 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 점들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 bipolar 형태의 막으로 만든 electro-adsorption deionization(EAD) 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 현재 생산되고 있는 모듈보다 높은 이온교환능력을 가지는 이온교환고분자를 합성하고, 이온교환수지을 대신할 이온교환그룹을 가진 nano particle 제조하여 이 둘을 적절하게 조절하여 하이브리드막을 제조하였다. 그리고 제조된 하이브리드막은 전기화학적, 열적, 기계적 특성평가를 실시하였고, 그에 따른 고찰을 진행하였다.

탄소나노튜브(MWCNT)는 그 구조적 특징에 따라 열적, 기계적 안정성이 우수하며 고분자 매트릭스 내에 소량만 첨가하여도 향상된 물성을 얻을 수 있다. 그러나 탄소나노튜브를 고분자 복합체에 응용 시 분산이 필수적으로 요구되기 때문에 전처리 기술이 필요하다. 본 연구에서는 PEO 막의 CO2 투과도 향상을 위해 PEO/EVA 혼합물에 산처리를 통해 표면에 친수성기가 도입된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT-COOH)를 첨가하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 혼성막의 특성을 FT-IR, TGA, SEM 분석으로 확인하였다.

탄소나노튜브(MWCNT)를 고분자에 첨가하게 되면 그 물성을 향상시킬 수 있다. 기존의 연구 결과에서 PEO 막에 EVA 를 첨가함으로써 막의 기체투과도와 선택도의 향상을 확인하였다. 본 연구에서는 탄소나노튜브의 분산을 위하여 산처리 과정을 통해 표면에 카르복실기를 도입한 탄소나노튜브(MWCNTCOOH) 를 제조하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 막의 특성은 TGA, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, O2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도 또한 확인하였다.

스캐폴드는 손상된 조직을 보호, 지지하고, 세포분화 및 증식을 위한 공간을 임시로 제공하여 조직의 회복을 유도한다. 이에, 스캐폴드막은 생체친화성과 생분해성을을 지녀야 한다. 본 연구에서는 Poly(L-lactide)를 사용하였고, 상전이법을 기초로 하여 스캐폴드막을 제조하였으며, 대형공극을 형성하기 위하여 염 침출법을 복합하여 사용하였다. 그 결과 높은 공극률의 다공성 스캐폴드막을 얻을 수 있었으며, 기존의 여타 방식에 비해 월등히 간단한 방식으로 스캐폴드를 제조할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

탄소 한외여과 및 광촉매 코팅 폴리프로필렌(PP) 구의 혼성수처리 공정에서 물 역세척 주기(FT)의 영향을 알아보 고, 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막 및 정밀여과막을 사용한 기존 결과들과 비교하여 분리막의 영향을 고찰하였다. FT 6분일 때 초기 60분까지 최소 막오염 저항을 보이고 최대 총여과부피를 얻어서, FT 6분이 초기 막오염의 억제에 가장 효 과적이고 최적 조건이다. 탁도의 처리효율은 98.6% 이상이며 FT 변화의 영향이 보이지 않았는데, 탄소 또는 알루미나 정밀여 과막을 사용한 기존 연구와 일치하는 것이다. 유기물의 처리효율은 FT 6분에서 98.2%로 최대값을 보였는데, 알루미나 정밀여 과막의 결과와 유사하다. 반면에 탄소 정밀여과막에서는 유기물의 처리효율이 비역세척(NBF)에서 최소이고 FT가 감소할수록 증가하였으나, 알루미나 한외여과막에서는 NBF에서 최대이고 FT가 감소할수록 역시 증가하였다. 따라서 유기물 처리효율에 대한 물 역세척 주기의 영향은 동일한 재질의 분리막이라도 기공 크기에 따라 다른 기작을 보인다는 것을 알 수 있었다.

Fe(SO4)2, cyclohexanedione dioxime, phenylboronic acid을 이용하여 금속 템플레이트 중합을 실시한 후 메탄올로 세척하여 Fe(II) clathrochelate 화합물을 합성하였다. Fe(II) clathrochelate와 polyethersulfone을 이용한 유무기 복합 멤브레인을 제조하였다. 멤브레인 제조를 위하여 Fe(II) clathrochelate는 DMF, NMP, DMAC와 같은 멤브레인 제조에 이용되는 극성 아프로틱 용매에 잘 녹는 물질로 고안되었다. Fe(II) clathrochelate는 trifluorosactic acid와 같은 강산 존재하에서도 금속이 분리되지 않고 안정성이 유지되었다. UV-vis 분광법으로 용액 가용성을 확인하였으며 (i) 강산 및 (ii) 경쟁 킬레이트제를 이용하여 용액상의 안정성을 확인하였다. 유무기 복합막은 PES, PVP, TSA, Fe(II) clathrochelate를 DMF에 녹여 NIPS (비용매 유도 상전이) 방법으로 제조하였다. Fe(II) clathrochelate의 첨가는 표면의 기공 밀도의 향상, 평균기공 크기의 증가 및 유량 증가에 영향을 주었으며 상대적으로 비대칭 구조를 가지는 성능이 향상된 멤브레인을 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 뛰어난 전도도와 물리적 강도를 가지는 그라핀의 고른 분산성을 얻기 위하여 두 가지 다른 방법으로 그라핀을 개질시켰다. 그리고 SPAES/그라핀 복합막은 각기 다른 함량을 첨가하여 제조되었으며 그라핀의 제조방법과 첨가된 그라핀의 함량에 따른 성능을 비교하였다. 복합막의 모폴로지는 SEM을 이용하여 관찰하였으며 개질된 그라핀의 화학적 구조는 FT-IR과 TGA를 사용하여 분석되었다. 그라핀의 함량변화가 0.5~3.0 wt% 일 때 복합막의 이온전도도와 메탄올 투과도를 측정하였으며 80℃, 100% 가습상태에서 SPAES/그라핀 복합막의 이온전도도(0.216 S/cm)는 순수한 SPAES 전해질 막보다 높은 이온전도도(0.098 S/cm)를 나타내었으며 그라핀의 함량이 1.5 wt%까지 증가될 때 메탄올 투과도는 감소되었다.

본 연구는 poly(vinyl alcohol) (PVA)와 가교제 poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)을 이용하여 제조된 막에 tetraethylorthosilicate (TEOS)를 도입하여 물-에탄올 계에 대한 투과증발 실험을 다양한 가교온도별(120~140℃), 조업온도별(25~70℃)로 수행하였다. TEOS의 함량은 PVA 대비 3, 5, 7 wt%를 사용하였으며, 원액의 조성은 무게비로 물 10, 20, 30 및 50%에 대하여 조사하였다. 물 에탄올 = 10 : 90 조성, 조업온도 50℃에서 선택도 1730과 투과도 16.3g/m2·hr를 PVA/7 wt% PSSA_MA/5 wt% TEOS 막이 보여 주었다.

침지침강 상변환법으로 폴리에테르설폰(PES)-TiO2 복합막을 제조하였다. 14 wt% 및 20 wt%의 PES/NMP 기준 고분자 용액에 TiO2 나노입자를 PES에 대해 0~60 wt%로 첨가량을 달리하여 복합막 제조에 사용될 캐스팅 용액을 준비하였다. 제조된 PES-TiO2 복합막의 막 특성과 몰폴로지를 TiO2 첨가량에 따른 캐스팅 용액의 점도, coagulation value, 광투과도와 복합막의 인장강도, 세공크기 및 접촉각, 표면 및 단면 SEM 사진, BSA 용액의 한외여과 실험을 통해 규명하였다. 캐스팅 용액에 첨가시킨 TiO2 입자의 함유량이 증가함에 따라 점도는 증가하고 coagulation value는 낮아져 캐스팅 용액의 열역학적 불안정성이 증가하였다. TiO2 입자의 첨가량이 증가함에 따라 1) 순간분리의 침강형식을 유지하면서 침강속도가 빨라졌으며, 2) 순수투과량, 세공크기 및 압밀화 안정성이 증가하며, 3) 인장강도와 접촉각은 감소하였다. PES-TiO2 복합막의 BSA 용액에 대한 전량여과식 한외여과 실험결과 TiO2 입자의 함유량이 증가함에 따라 막의 친수화 특성이 증가하여 투과플럭스가 증가하였으며, TiO2가 첨가되지 않은 막과 비교하여 최대 7배까지 투과 플럭스가 향상되었다.

본 연구에서는 SEBS와 여러 가지의 유기화물로 처리된 MMT type의 clay를 이용하여 SSEBS-clay 하이브리드 막을 용액법으로 제조하였다. clay의 함량은 5 phr로 고정하였다. 용액법을 사용하여 clay를 SEBS에 분산시켰으며, 제조된 SSEBS-clay 하이브리드에서 clay의 특성피크가 완전히 박리되거나 이동하는 XRD 결과로부터 고분자의 clay 층간삽입을 확인하였다. Clay의 종류에 따라서 제조된 SSEBS-clay 하이브리드 막의 가스투과도, 기계적 물성 및 열적 성질을 측정하였다. SSEBS-clay 하이브리드 막은 clay 자체의 도입과 층간거리의 확대로 기체분자의 tortuosity를 증가시켜서 가스투과도를 저하시키는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 SEBS와 여러 가지의 유기화물로 처리된 MMT (montmorillonite) type의 clay를 이용하여 SEBS-clay 하이브리드 막을 용융삽입법으로 제조하였다. clay의 함량은 5 phr (per hundred resin)로 고정하였다. internal mixer를 사용하여 clay를 SEBS에 분산시켰으며, 제조된 SEBS-clay 하이브리드에서 clay의 특성피크가 완전히 박리되거나 이동하는 XRD 결과로부터 clay의 층간거리가 넓어지는 고분자의 clay 층간삽입을 확인하였다. Clay의 종류에 따라서 제조된 SEBS-clay 하이브리드 막의 가스투과도, 기계적 물성 및 열적 성질을 측정하였다. SEBS-clay 하이브리드 막은 clay 자체의 도입과 층간거리의 확대로 기체분자의 tortuosity를 증가시켜서 가스투과도를 저하시키는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 ionomer와 여러 가지의 유기화물로 처리된 MMT type의 clay를 이용하여 ionomer-clay 하이브리드 막을 용융삽입법으로 제조하였다. Twin extruder를 사용하여 clay를 ionomer에 분산시켰으며, 제조된 ionomer-clay 하이브리드에서 clay의 특성피크가 완전히 박리되거나 이동하는 XRD 결과로부터 clay의 층간거리가 넓어지는 고분자의 clay 층간삽입을 확인하였다. Clay의 종류에 따라서 제조된 ionomer-clay 하이브리드 막의 가스투과도, 기계적 물성 및 열적 성질을 측정하였다. ionomer-clay 하이브리드 막은 clay 자체의 도입과 층간거리의 확대로 기체분자의 tortuosity를 증가시켜서 가스투과도를 저하시키는 것을 확인하였다.