분리막 소재의 투과도와 선택도 사이의 trade-off 관계로 인해 여전히 많은 연구가 필요하다. 특히 고분자 분리막에 무기물 나노입자가 들어가 있을 때, 기체투과 거동의 학문적 이해는 여전히 부족하다. 따라서 본 연구에서는 분리막 소재로 가장 많이 사용되는 PDMS에 2~5 nm의 기공을 가지고 있으며 직경이 약 5 nm 크기의 aluminosilicate hollow nanoparticles 인 allophane을 이용하여 복합매질 분리막을 제조하여 기체투과특성을 연구하였다. 대표적인 분리막 소재인 PDMS에 친수성 allophane, 그리고 나노입자에 undecylenic acid로 표면을 개질한 allophane을 막 내부에 고르게 분산시켜 함량 별로 복합매질 분리막을 제조하였다. 나노입자가 분산된 혼합매질 분리막 내에서 기체의 투과 특성을 파악하고, 이에 따른 기체투과 거동과 나노입자가 가지고 있는 기공의 역할을 평가하고자 하였다. 표면개질된 allophane을 첨가함에 따라 기체 투과도와 산소/질소 그리고 이산화탄소/메탄의 선택도가 동시에 점진적으로 향상되는 결과를 얻었다.

In order to improve gas separation properties of polymeric membranes which have been widely applied in the industry field, aluminosilicate hollow nanoparticles named as allophanes were synthesized by sol-gel method and formulated in Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) matrix to investigate the gas separation properties of PDMS membrane. Transmission electron microscope (TEM), Energy dispersive X-ray analysis (EDX), X-ray diffractometer (XRD), Surface area and pore size analyzer (BET) and Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) were carried out to characterize the synthetic allophanes. Then the PDMS mixed matrix membranes were prepared by adding different volume fraction of allophanes. To examine the effect of allophanes addition in PDMS matrix using unmodified allophane and modified ones, the gas permeation experiments were performed using oxygen, nitrogen, methane and carbon dioxide. As the volume fraction of modified allophane increased up to 4.05 Vol% the permeability of four test gases through PDMS mixed matrix membranes increased. Also, the selectivity of O2/N2 and CO2/CH4 increased with the contents of the modified allophane. Further improvement of gas separation properties of PDMS mixed matrix membranes containing higher volume percent of allophanes can be expected as long as well dispersion of allophanes in PDMS matrix can be achieved for better PDMS membranes.

요 약
 Abstract
 1. Introduction
 2. Experimental
  2.1. Materials
  2.2. Allophane synthesis and characterization
  2.3. Allophane surface modification andcharacterization of modified allophanes
  2.4. Preparation of pure PDMS membranesand PDMS mixed matrix membranes
  2.5. Permeation measurements
 3. Results and discussion
  3.1. Structure and properties of syntheticallophanes
  3.2. Characterization of surface modifiedallophanes
  3.3. Gas separation properties of PDMSmixed matrix membranes
 4. Conclusions
 Reference

• 방효길(명지대학교 환경에너지공학과) | Xiaoyi Fang (Department of Environmental Engineering and Energy, Myongji University)
• 정범석(명지대학교 환경에너지공학과) | Bumsuk Jung (Department of Environmental Engineering and Energy, Myongji University) Corresponding author