Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

본 연구에서는 혼합기체 투과 시 높은 CO2 선택도 특성을 가지는 분리막을 제조하기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane(POSS)와 Polyethylene glycol(PEG)의 추가적인 합성을 진행하여 POSS-PEG를 얻었다. 또한 투과도와 선택도를 향상시키기 위해 POSS-PEG를 용매에 희석시켜 추가적인 코팅을 진행하여 복합막을 제조하였다. 특성평가 진행은 POSS-PEG Film의 기체투과 특성을 측정하기 위해 Time lag를 사용하였으며, N2, O2, CO2를 혼합한 혼합기체에 대한 특성평가는 Bubble flowmeter와 Gas chromatography를 이용하여 진행하였다.

분리막 오염을 감소시키고 투과유속 향상을 위하여 관형분리막 모듈 내에 공기 분사노즐관을 삽입시켰다. 분리막 의 평균 기공크기는 0.1 μm이며 이스트를 오염물질로 사용하였다. 모든 투과실험은 노즐관을 모듈에 장착하고 공기를 주입 하지 않는 실험을 먼저 실시하고 연속해서 공기를 주입하는 투과실험을 하였다. 그 다음 노즐관을 제거한 후 공기를 주입시 키지 않으면서 투과유속을 측정하였다. 측정된 투과유속은 공기주입 효과를 분석하기 위하여 비교하였다. 공기주입에 대한 투과유속은 거의 일정하거나 증가하였다. 노즐관이 장착되고 공기 주입을 하지 않을 경우의 투과유속이 빈 관형 모듈의 경우 보다 높았다. 운전압력을 0.4 bar까지 감소시키면 노즐관이 장착되지 않는 경우와 비교하여 공기를 주입할 경우 투과유속이 21%까지 향상되었다. 기체량이 증가하여 기/액체 2상 흐름이 stratified-smooth에서 intermittent 상태로 변화됨에 따라서 공기 주입에 의한 투과유속은 30% 이상으로 증가하였다

컴퓨터 시스템의 발전과 더불어 과학적 이론의 수식화와 체계화를 통해 고분자 소재의 물성을 예측할 수 있는 다양한 종류의 시스템이 개발되어 왔으며 실제 분자동력학 시뮬레이션을 이용한 고분자 소재의 물성예측은 다양한 분야에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 탄화수소계 고분자인 술폰화폴리아릴렌이서술폰 계　고분자와 상용화된 폴리이서술폰, 폴리비닐리덴플로라이드 고분자 소재를 이용한 블렌드 막을 제조하였으며, 제조된 분리막의 함량변화에 따른 이온과 메 탄올 투과물성 변화 예측에 대한 연구를 진행하였으며, 실제 실험결과와 비교분 석을 진행하였다.

본 연구에서는 술폰산기, 암모늄기를 가지는 폴리에테르에테르케톤계 고분자 소재에 대한 투과거동을 분석하기 위하여 분자 동력학 시뮬레이션을 이용하여 분석을 진행하였다. 술폰산기와 암모늄기의 함량을 조절하여 다양한 모델을 구 성하였으며, 도입된 관능기의 함량의 변화에 따른 하이드로니움, 히드록사이드 이온의 투과 거동에 대한 분석을 진행하였으며, 실제 실험 결과와 비교를 진행 하였다.

본 연구에서는 이산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 기체분리용 고분자 분리막을 제조하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG)계 공중합체를 제조하였다. 우수 한 기계적, 열적, 화학적 특성을 가지는 폴리술폰계, 폴리이미드계 고분자에 폴리에틸렌글리콜을 도입하여 보다 우수한 이산화탄소 선택성을 가지는 분리막을 제조하고자 하였다. 또한 보다 높은 투과성능을 가지는 분리막을 제조하기 위하여 높은 자유체적을 가지는 카도비스페닐플루오렌 및 Durene을 도입하였다. NMR, FT-IR로 화학적 구조를 확인하였고 TGA 및 DSC로 열적 특성, WAXD로 결정화도를 평가하였다. 또한 CO2, O2, N2, CH4의 기체 투과도 역시 측정하였다. 측정에 사용 된 기체는 모두 순수 기체를 사용하였다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용 시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑 각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용 시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan을 사용해 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

Graphene oxide (GO) has received a lot of attention in membrane science for its CO2-philic nature, which can facilitate CO2 separation performance. In addition, GO has attractive properties for gas separation membrane material due to thin-film membrane formation and tunable transport channel. GO membrane can be generally prepared by coating GO nanosheets on microporous polymer supports for mechanical stability. However, the substrates for in thin GO layer should be carefully chosen for good adhesion between GO layer and support surface with maintaining good separation performance. In this study, we tried to modify the surface properties of high permeable support membranes by using gutter layer as an intermediate layer, and measured the gas transport properties of these GO thin-film composite membranes.

Recently, graphene oxide (GO) has been extensively investigated for gas and liquid separation because thin-film GO membranes show quite interesting separation performance. However, even GO membranes exhibit relatively low gas permeability due to high tortuosity caused by high aspect ratio of GO. Normally, the size of GO is in the range from a few hundred nanometers to a few micrometers, so inherent gas permeability would be very varied. For practical applications of GO membranes, the gas permeability should be improved. As such, in this study, we have modified the pristine GO sheets to reduce the gas permeation pathway, with maintaining GO’s excellent gas separation properties. This study will provide a further insight on how such two-dimensional nanosheets can be used for membrane applications, competing with existing membrane materials.

Graphene is well-known as a perfect barrier because of its dense and delocalized cloud consisting of p-orbitals. However, graphene membrane synthesized by chemical vapor deposition (CVD) intrinsically contains structural defects (e.q., grain boundaries and point defects), which allow any small molecules to penetrate through the defective graphene membrane. Here we prepared polycrystalline graphene membranes including such defects, and investigated the gas transport behavior through the graphene membrane. Also, we compared the gas permeation behavior (or barrier properties) of large-area, single crystalline graphene membrane without any structural defects.

하수처리장 반송슬러지를 채취하여 안정시킨 후 중공사막 모듈을 침지시키고 운전시간에 따른 막간차압(TMP)를 막 오염의 정도로 측정하였다. 사용한 분리막은 공칭 세공크기 0.4㎛인 P사의 중공사막이며 유효 막면적이 약 0.01m2 되도록 실험실적으로 모듈을 제작하였다. 기존 MBR공정에서 사용하는 운전 및 휴지 (F/R)방식과 동시에 자체적으로 개발한 사인파형 투과유속 연속운전(Sinusoidal flux continuous operation; SFCO)방법을 적용하였다. 운전변수으로는 Aeration 을 0, 100, 300 및 500 cc/min으로 변화시키면서 각 조건에 대한 막 오염 정도를 측정하였다.

본 연구에서는 입자크기가 다른 3가지 α-알루미나 분체로부터 주입성형법과 소결법을 혼용하여 튜브형 α-알루 미나 지지체를 제조하여 초기 α-알루미나 분체의 입자크기와 소결 온도가 지지체의 기공구조와 기체투과 특성에 미치는 영 향을 고찰하였다. 평균입경이 0.2, 0.5, 1.7 μm인 α-알루미나 분체를 사용했을 시 제조된 α-알루미나 지지체는 각각 약 80, 130, 200 nm의 평균 기공경을 가졌으며 평균 기공경은 소결 온도 보다는 초기 알루미나 분체의 입자크기에 의존하였다. 모 든 시편에서 소결 온도가 증가할수록 지지체의 부피 밀도는 증가하였고 겉보기 기공률은 감소하였다. He, N2, O2, CO2에 대 하여 30°C에서 단일기체 투과 특성을 평가한 결과, 기체 투과도는 기공경 제곱에 비례하여 증가하였고 기공률이 증가함에 따 라서 직선적으로 증가하였다. 이를 토대로 제조된 α-알루미나 지지체의 기체 투과는 점성유동(viscous flow)에 의하여 이루 어지며, α-알루미나 지지체의 기체 투과 특성은 초기 α-알루미나 분체의 입자크기와 소결온도를 제어함으로써 조절될 수 있 음을 확인할 수 있었다.

에스테르(ester)의 모델 수용액으로부터 에스테르 성분을 회수하기 위한 투과증발 공정에서, 공급액의 농도와 온 도 변화에 따른 에스테르와 물의 플럭스를 측정하였다. 공급액의 에스테르 농도가 0.15 wt%에서 0.60 wt%로 증가함에 따라 에틸 아세테이트(EA), 프로필 아세테이트(PA), 에틸 프로피오네이트(EP), 부틸 아세테이트(BA), 그리고 에틸 부티레이트(EB) 의 플럭스는 증가하였으며, 공급액의 온도가 30°C에서 50°C로 증가함에 따라 플럭스가 증가하였다. 에스테르 플럭스의 크기 는 (EA) < (PA, EP) < (BA, EB) 순서이었으며, 이는 에스테르와 막 표면과의 친화도에 크게 의존하는 것을 보여준다. 즉, EA는 분자쇄 내에 소수성 기(-CH2-)를 1개, (PA, EP)는 2개를 포함하고 있으나, (BA, EB)는 3개를 가지고 있어 가장 소수성이 크기 때문이다. 이러한 에스테르 분자의 소수성이 에스테르 플럭스에 미치는 영향뿐 아니라 막 표면의 소수성이 에스테르 플럭스에 미치는 영향에 관한 연구가 더 필요할 것이다. 온도가 증가함에 따라, EA, PA, EP, BA, and EB 수용액의 물 플럭스는 증가하였으나, 농도 변화에 따른 물 플럭스는 거의 변화가 없었다. 본 투과증발에 대한 실험결과는 기존의 열을 이용하 는 증발공정과 증류공정을 대체할 수 있는 공정으로서 향 성분의 회수공정을 개선하는 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 입자크기가 다른 3가지 α-알루미나 분말로 부터 주입성형법과 소결법을 혼용하여 튜브형 α-알루미나 지지체 제작하였고 이때에 초기 α-알루 미나 분말의 입자크기와 소결 온도가 지지체의 기공구조와 기공구조가 투과 특 성에 미치는 영향을 고찰하였다. 제작 된 지지체는 수은함침법과 Archimedes 법을 통하여 기공경과 기공률을 측정하였다. 또한 30°C에서 He, N2, O2, CO2 기체에 대하여 투과 특성을 고찰하여, 각 지지체의 토튜오서티를 계산 하였으며, 지지체의 기공경 및 기공률이 지지체의 기체 투과 특성에 미치는 영향을 고찰 하였다.

본 연구에서는 이산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 기체분리용 고분자 분리막을 제조하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG)계 공중합체를 제조하였다. 우수한 기계적, 열적, 화학적 특성을 가지는 폴리술폰계, 폴리이미드계 고분자에 폴리에틸렌글리콜을 도입하여 보다 우수한 이산화탄소 선택성을 가지는 분리막을 제조하고자 하였다. 또한 보다 높은 투과성능을 가지는 분리막을 제조하기 위하여 높은 자유체적을 가지는 카도비스페닐플루오렌 및 Durene을 도입하였다. NMR, FT-IR로 화학적 구조를 확인하였고 TGA 및 DSC로 열적 특성, WAXD로 결정화도를 평가하였다. 또한 CO2, O2, N2, CH4의 기체 투과도 역시 측정하였다. 측정에 사용 된 기체는 모두 순수 기체를 사용하였다.

폴리이미드는 높은 기계적 강도, 내열성 및 내화학성을 가지고 있으며 여러 기체에 대하여 우수한 투과선택성을 가지고 있어 기체분리막으로 많이 연구되고 있다. 본 연구에서는 지환족 다이안하이드라이드인 DOCDA와 메틸치환기를 1개, 2개, 3개 가지는 다이아민을 이용하여 폴리이미드를 합성하였다. 또한, 다 이아민인 ODA와 MDA를 50 mol%로 하여 폴리이미드 공중합체를 합성하였고. FT-IR을 통해 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였고. DSC와 TGA를 통해 열적안정성을 확인하였고 time-lag를 이용하여. CO2, O2, N2, CH4에 대한 기체 투과특성을 알아보았다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용 시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑 각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조 하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성 을 가지고 있으나 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있다. 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있는 고무상 고분자인 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 이용하였고 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인 하였다.

제올라이트 분리막은 미세기공이 결정구조에서 비롯되기 때문에 매우 좁고 균일한 미세기공 구조를 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서 다공성 지지체 표면에 결함이 없는 균일한 제올라이트 분리층을 안정적으로 형성하기 위한 연구는 매우 중요한 부분이다. 본 연구에서는 다공성 알루미나 지지체 표면에 물/알코올 분리성능이 우수한 투과증발용 NaA, CHA 제올라이트 분리막을 형성시키기 위하여 50-100 nm 크기의 종결정을 도입한 후 수열합성법으로 이차성장시켜 분리막을 제조하였다. 그리고 분리층에 존재하는 비 제올라이트 기공구조(non-zeolitic pore structure)를 상세하게 분석하기 위하여 H2,N2,SF6 등의 단일 가스 투과 거동을 분석함으로써 비제올라이트 기공의 크기를 예측하고자 하였다.

제올라이트 분리막은 알루미나 등 다공성 지지체 표면에 3차원적으로 서로 연결된 주기적인 미세기공을 갖는 제올라이트 층을 치밀하게 코팅한 복합 소재 이다. 현재 LTA, FAU, CHA, MOR, DDR 제올라이트 분리막이 투과증발 분야에서 상업화되었고 이는 PVA 판형 막에 비하여 현저한 물 투과도와 물/알코올 선택도를 갖기 때문이다. 국내의 경우도 충남대와 (주)파인텍 연구팀이 성공적으로 LTA, CHA 제올라이트 분리막을 연구하고 그 막모듈과 시스템을 상용화하였다. 본 발표에서는 국내외 제올라이트 분리막 개발 및 응용 동향을 소개하고, 특히 제올라이트 분리막이 투과증발 및 증기투과 분야에서 적용할 수 있는 유망 분야에 대하여 논의하도록 한다.