산업 응용에 적용할 수 있는 중합체 막의 상용화 전에, 고성능 중합체가 실질적인 도전, 즉 연장된 서비스 시간에 대한 장기 안정성을 극복해야하는 과제가 남아있다. 매우 높은 분수 자유 부피(fractional free volume) 및 높은 투과성을 나타내는 고유한 미세 다공성 중합체(polymers of intrinsic microporosity)는 비효율적 무작위 패킹에 의해 생성된 여분의 부피가 물질의 부피적 평형에서 멀어짐과 동시에, 다시 부피적 평형 상태로 복귀하려는 특성, 즉 자유 부피를 줄여가는 특정으로 인해 투과성을 감소시키는 물리적 노화에 영향을 받기 쉽다. 본 논문에서 우리는 미세 다공성 고분자의 물리적 노화를 재검토 하고 PIM에서 물리적 노화를 완화하려는 가장 두드러진 시도 중 일부를 논의할 것이다.

다양한 산업 부생가스에 포함되어 있는 CO를 고순도로 정제하면 고부가가치의 화학원료 및 신재생 연료로 사용되어 경제적인 효과를 기대할 수 있다. CO를 정제하기 위해서는 주로 CO2가 포함된 혼합기체로부터 CO를 분리해야 하지만 CO만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 CO/CO2 선택성 분리막에 대한 연구는 전 세계적으로 미미한 상태이다. 본 연구에서는 CO2친화성을 갖는 성질을 도입하여 CO2의 투과를 방해하고 상대적으로 CO를 선택적으로 투과할 수 있는 분리막을 개발하고자 하였다. 유기 졸-겔 법을 이용하여 Network former(TAPM)의 아민 그룹과 network linker(HDI)의 이소시아네이트 그룹으로부터 우레아 결합이 포함된 다공성 네트워크 구조를 제조하였다. 다양한 기체에 대한 순수가스 투과테스트를 통해 투과도를 확인하였고, 분리 메커니즘을 규명하기 위해 CO, CO2,N2에 대한 흡착 등온선을 측정하였다.

In this study, Tröger’s Base (TB) chemistry is exploited to introduce tunable microporosity in commercially available polyimide membranes. Considering that TB is a rigid, V-shaped and bridged alicyclic amine, there have been notable reports on accessing feasibility in TB for gas separation membrane applications. However, this presentation shows a different but much viable preparation approach in comparison to the already reported ones. This approach only requires commercially available monomers with two preparation steps, thus it can accommodate scalable and practical productions. Five different kinds of homopolymers and six copolymers were explored to demonstrate structure-property-performance relationships and to evaluate practical applicability towards industrial level.

Poly(imide siloxane)(Si-PI)와 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 혼합한 고분자를 사용하여 실리카가 함유된 탄소 분리막을 제조하였다. 고분자 혼합물의 열분해에 의해 제조 된 다공성 탄소 구조의 특성은 두 고분자의 미세 상 분리 거동과 관련이 있다. Si-PI와 PVP의 고분자 혼합물의 유리 전이 온도(Tg)는 시차 주사 열량계를 사용하여 단일 Tg로 관찰되었다. 또 한 C-SiO2 막의 질소 흡착 등온선을 조사하여 다공성 탄소 구조의 특성을 규명했다. Si-PI/PVP로부터 유도 된 C-SiO2 막은 IV형 등온선을 나타내었고 중간기공의 탄소 구조와 관련된 히스테리시스 루프를 가지고 있었다. 분자 여과 확인을 위해서, Si-PI/PVP의 비율과 열분해 온도 및 등온 시간과 같은 열분해 조건을 다르게 하여 C-SiO2 막을 제조하였다. 결과적으로, 120 분 간의 등온 시간 동안 550°C에서 Si-PI/PVP의 열분해에 의해 제조된 C-SiO2 막의 투과도는 820 Barrer (1 × 10-10 cm3 (STP) cm/cm2⋅s⋅cmHg)이었으며, O2/N2 선택도는 14이었다.

High membrane costs hinders large scale application of microporous ceramic membranes. Preparation on elements of large specific membrane area are a prospective strategy to overcome this problem. NF membranes with a cut-off of 450 Da were produced for first time in a 163-channel tube geometry of 1.25 m². The membranes were successful tested in drink water production and in treatment of produced water from oil production. Zeolite-NaA-membranes were prepared for the first time inside of 1.2 m long tubes in four channel geometry of 0.9 m². Natural gas is dried by stripping with triethylene glycol (TEG). TEG will be regenerated by distillation at 190°C to 205°C. A pilot plant for TEG drying with Zeolite-NaAmembranes at 120°C for a capacity of 10.000 m³/h natural gas and is running since October 2016.

The thermally induced phase separation(TIPS) method offers higher reproducibility with lower tendency for defect formation and narrower pore size distribution, rendering the method more suitable for microfiltration(MF) and ultrafiltration(UF) applications. PVDF is widely used in membrane technology due to their excellent chemical resistance and strong mechanical properties. In case of MF and UF applications, the stretching method has been applied for increasing the performance of membrane by extending pore size. In this work, the effects of dope and bore flow rates and dope composition on the tensile strength of membranes was investigated. A design of experiment(DOE) analysis was used to understand the effects of the stretching parameters such as temperature, stretching ratio and holding time on the membrane performance.

The H2/CO2selectivity across ZIF-7 membrane prepared by in-situ growth method at 105°C synthesis temperature for 2 h, was the highest at 15.98, nearly 4 times higher than H2/CO2 Knudsens E.q. factor of 4.7. ZIF-7 membranes prepared from in-situ growth method also surprisingly performed better than ZIF-7 membranes prepared by other innovative techniques such as electro-spray deposition and secondary growth methods. (selectivity : 9.59 and 4.7, respectively) Despite lower selectivity performance than the numerically predicted results, the micro-porous ZIF-7 membrane prepared in this work demonstrated higher H2 permeability of 3770 barrer. Performance comparison between various inorganic membranes, including ZIF-7 & ZIF-8 membranes, was made and a new upper boundary for inorganic membranes was also constructed and reported.

수처리용 MF 막의 소재로 널리 쓰이는 PVDF는 높은 소수성으로 인해 막 오염현상 등의 문제점을 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 현상을 해결하기 위해 PVDF 중공사막 표면과 기공 내부에 defluorination을 시켜 hydroxyl기를 형성하고 epoxy, aldehyde functional PEG를 grafting하여 기공 내부와 막 표면의 친수화를 달성하고자한다. 이를 통해 막 오염현상을 감소시킴은 물론 수투과도 향상 또한 기대할 수 있다. PVDF 중공사 표면에 grafting된 functional PEG를 확인하고, 개질된 막의 친수화 정도와 장기운전 성능을 평가하고자 한다.

기존의 폴리아마이드 박막 역삼투 복합막(PA TFC RO Membrane)은 우수한 분리투과특성을 지니고 있으나 내염소성이 상대적으로 낮은 단점을 지니고 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 표면에 -OH나 -COOH 기가 도입된 다공성 지지체를 제조하고, 그 표면에 폴리아마이드 박막을 형성하여 역삼투 복합막을 제조하였다. 제조된 역삼투막의 구조 및 분리투과 특성은 여러 가지 기기분석 방법과 투과테스트 방법으로 분석하였다. 폴리아마이드 박막을 제조하기 위하여 아민계 단량체로는 메타-페닐렌 디아민(MPD)과 2,6-디아민 톨루엔(2,6-DAT)을 사용하였고, 디엑시드계 단량체로는 트리-메소일 클로라이드(TMC)를 사용하였다. 제조된 복합막의 투과도는 800 psi에서 약 1.0 m3/m2day 이상이었으며 이때 염배제율은 99.0% 이상이었다. 내염소성도 친수성기가 없는 폴리설폰 지지체를 사용한 복합막에 비하여 우수한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 기존의 이차전지의 분리막보다 좋은 성능으로 각광받고 있는 PVdF (poly(vinylidene fluoride))에 공극률을 높여 전지의 성능을 향상시켜주는 수용성 고분자인 PEG (Poly(ethylene glycol))를 첨가하여 충전용 리튬 이차전지의 분리막을 상전이 방법으로 제조하였다. 용매인 DMF (N,N-dimethylformamide)에 PVdF-PEG를 단일상으로 녹인 후 깨끗한 유리판에 캐스팅하여 막을 얻었다. 기공은 증류수로 채워진 응고조에서 용매-빈용매 교환으로 형성되어진다. 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 분리막의 단면 관찰을 통해 다공성을 확인하였고 UTM (universal testing machine)을 이용하여 기계적 물성을 확인하였다. PEG-10의 정체시간 30 s에서 균일한 스폰지 구조를 확인할 수 있었으며, 이는 87%의 뛰어난 공극률을 가지며 인장강도의 경우 PEG-10에서 3.72 MPa로 가장 크게 나타났고, 신장률과 모듈러스 부분에서도 역시 75.45%와 275.27 MPa로 뛰어난 성능을 나타냈다.

본 연구에서는 Polyethylene (PE, Asahi) 이차전지용 막의 표면불소화를 통해 기계적 강도 및 열적 안정성과 고출력에서의 안정성을 높이기 위한 연구를 실시하였다. 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM), 접촉각(contact angle)을 통하여 불소가스 노출시간에 따른 막의 표면과 구조의 변화를 관찰하고, 인장강도와 표면 친수성 실험을 통하여 막의 기계적 물성을 확인하였다. 제조된 막의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여 충/방전 실험, 수명특성. 고율방전시험을 실시하여 고출력에서 온도에 대한 안정성이 향상되었음을 확인하였다.

본 연구에서는 불소계 고분자인 PVdF (poly(vinylidene fluoride))에 HFP (hexafluoropropylene)가 결합된 공중합체인 PVdF-HFP로 충전용 이차전지의 분리막으로 쓰이는 다공성 막을 상전이 방법으로 제조하였다. 용매인 DMF (N,N-dimethylformamide)에 PVdF-HFP를 단일상으로 녹인 후 깨끗한 유리판에 캐스팅하여 막을 얻었다. 기공은 증류수로 채워진 응고조에서 용매-빈용매 교환으로 형성되어진다. 얻어진 분리막에서 가장 높은 공극률은 60%로 얻어졌다. 시차주사현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 분리막의 단면 관찰을 통해 다공성을 확인하였고 UTM (universal testing machine)을 이용하여 측정된 분리막의 인장강도는 PVdF-HFP 30 wt%에서 최대 6.57 MPa의 값을 나타내었다.

조성이 각각 1.9 SiO2-1.5 Na2O-Al2O3-40 H2O인 반응물과 SiO2-0.13 Na2O-52 H2O-0.12 TPAOH 인 반응물로부터 다공성 지지판에 성장된 A 형 및 ASM-5형 제올라이트 결정박막을 합성하여 X 선회절분석기와 주사전자현미경으로 마그이 특성을 검토하였다. 알루미나 지지상에 붙어 성장한 ZSM-5gtud 제올라이트 결정은 치밀하게 서로 붙은 상태였다. A형 제올라이트는 지지체상에 치밀한 결정막으로 성장시키기가 어려웠으며, 반응시간을 연장시키면 물의 분리가 어려운 P형의 제올라이트결정막으로 전환되었다. 반응물을 조제할 때, 물은 첨가하지 않은 채로 혼합하고 디스크형으로 가압성형하여 100℃에서; 결정화시키면 단시간에 lcalf하게 성장된 A형 제올라이트 결정막을 합성할 수 있었다. 제조한 다공성 무기막들이 물과 알코올의 혼합액으로부터 물을 투과증발시키는 특성을 각각 검토하였다. 막으로 결정화시킨 A형 제올라이트는 미세세공의 분자체기능을 통하여 물과 알코올의 혼합수용랙에서 물만을 선택적으로 투과시키는 것을 알 수 있었다.

A review is presented for various gas transport mechanisms through microporous membranes of both polymeric and inorganic materials. Different transport modes manifest depending on the pore size and the flow regime, which is a function of pressure, temperature, and the interaction between gas molecules and the pore walls. For microporous membranes whose pores are small and the internal surface area huge, the surface diffusion becomes a significant factor. If the pores become even smaller, then the transport mechanism will be more of an activated diffusion type. When conditions are right capillary condensation will take place to create an enormous capillary pressure gradient, which will greatly enhance the permeation flux. At the same time the capillary condensate of the heavier component may block the membrane pores denying the passage of the lighter gas molecules. All of these phenomena will influence the separation of mixtures.

폴리스티렌과 싸이클로헥산 용액으로부터 제조된 멤브레인의 미세구조 형성에 미치는 coarsening의 효과를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 연구하였다. 고분자 용액의 열 분석은 DSC를 이용하여 행하여졌으며 demixing peak의 개시 온도로부터 binodal 곡선이 결정되었다. 열적으로 유도된 상 분리(TIPS) 공정과 freeze drying 기법을 이용하여 제조된 고분자 막의 미세 구조는 coarsening 시간과 quench 경로에 의해 큰 영향을 받음이 확인되었다. Spinodal decomposition이 상 분리 기구인 경우에는 멤브레인의 미세구조가 서로 잘 연결되고 거의 일정한 cell 크기를 갖게 되며, 용매를 제거하기 이전에 상 분리 시간을 증가시킴으로써 멤브레인의 pore 크기를 증가시킬 수 있음이 판명되었다. 또한 멤브레인의 cell 또는 pore 크기 증가는 coarsening time과 quench depth에 크게 의존함이 확인되었다. 본 연구에서는 특히 고분자 용액의 농도가 이로부터 제조되는 고분자 막의 구조에 미치는 역할을 규명하였다.