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폴리이서설폰은 상용화된 엔지니어링 고분자 소재 중에서 이산화탄소/질소 및 이산화탄소/메탄의 분리 능력이 아주 우수하면서 이산화탄소에 대한 가소화에 대한 저항력이 아주 뛰어난 것으로 알려져 있다[1-4]. 본 연구에서는 연소 배가스내 이산화탄소의 분리/회수를 위하여 건-습식 상전이법에 의해 비대칭구조의 폴리이서설폰 중공사막을 제조하였다. 제막용액은 고비점이면서 폴리이서설폰의 용매인 NMP와 저 비점의 폴리이서설폰의 팽윤제인 acetone를 일정한 조성으로 함께 녹여서 제조하였다. 방사용액의 농도, NMP와 acetone의 비, 방사높이, 증발조건, 실리콘 코팅조건을 변화시키면서 중공사를 제조하였으며, 얻어진 중공사막의 이산화탄소와 질소에 대한 기체투과도와 선택도는 순수기체를 통하여 측정하였다. 최적의 PES 중공사막은 PES/Acetone/NMP = 30/35/35 wt% 방사용액과 실리콘의 코팅조건하에 제조된 것으로 폴리이서설폰 소재 자체의 고유선택도인 30~40의 CO2/N2 선택도를 보였으며 25~50 GPU의 이산화탄소 투과플럭스를 보였다. 이러한 선택도와 투과도로부터 계산된 중공사 외표면의 선택층의 두께는 0.1;μm였다. 제조된 폴리이서설폰중공사막이 향후 연소 배가스내 이산화탄소 분리/회수용 막분리 공정에 적용될 경우 우수한 결과를 보일 것으로 예측된다.
It is well-known that polyethersulfone (PES) has high CO2 selectivity over N2;(or;CH4) and excellent pressure resistance of CO2 plasticization among muy commercialized engineering plastics[1-4]. Asymmetric PES hollow fiber membranes for flue gas separation were developed by dry-wet spinning technique. The dope solution consists of PES, NMP and acetone. Water and water/NMP mixtures are used in outer and inner coagulants, respectively. Gas permeation rate (i.e., permeance) and CO2/N2 selectivity were measured with pure gas, respectively and the micro-structure of hollow fiber membranes was characterized by scanning electron microscopy. The effects of polymer concentration, ratio of NMP to acetone, length of air gap, evaporation condition and silicone coating were investigated on the CO2/N2 separation properties of the hollow fibers. Optimized PES hollow fiber membranes exhibited high permeance of 25~50 GPU and CO2/N2 selectivity of 30~40 at room temperature and have the apparent skin layer thickness of about 0.1;μm. The developed PES hollow fiber membranes, would be a good candidate suitable for the flue gas separation process.
