논문 상세보기
유리상 고분자 멤브레인은 높은 투과도와 선택도를 동시에 달성하면서도 에너지 소비가 낮아, 고성능 기체 분리 용 멤브레인 후보로 주목받아 왔다. 그러나 기존 고분자 멤브레인은 Robeson 상한선으로 표현되는 투과도-선택도 간의 고유 한 상충관계에 의해 성능이 제한되는 한계를 지닌다. 최근 수년간, 고유 자유부피가 큰 유리상 고분자, 특히 고유 미세다공성 고분자(PIMs) 및 6FDA 기반 폴리이미드와 같은 고성능 재료의 개발이 활발히 이루어지며 이러한 병목 현상을 극복하고 있 다. 고분자 주 사슬 구조 설계, 후 합성 기능화, 고분자 블렌딩, 다공성 필러를 포함한 혼합 매질 멤브레인(mixed-matrix membrane, MMM) 제조, 열재배열 공정 등 다양한 전략을 통해 기체 분리 성능이 크게 향상되었다. 본 총설에서는 유리상 고 분자 기반 기체 분리 멤브레인의 최신 연구 동향을 다룬다. 특히, PIM-1 및 유도체, 6FDA 기반 폴리이미드, MMM을 중심으 로 어떻게 투과도-선택도 상충관계, 물리적 노화, 가소화 저항성과 같은 핵심 기술적 과제를 해결하는지를 다룬다. 최신 문헌 분석을 통해, 유리상 고분자 멤브레인이 기체 분리 성능의 새로운 기준을 제시하고 있으며, 탄소 포집부터 천연가스 처리에 이르기까지 상업적 적용 가능성이 높아지고 있음을 논의한다. 마지막으로, 이러한 멤브레인 기술이 산업적 응용으로 이어지 기 위한 주요 과제와 향후 연구 방향에 대해 고찰한다.
Glassy polymer membranes have emerged as important candidates for high-performance gas separations due to high permeability and selectivity along with low energy consumption. However, the performance of conventional polymeric membrane is constrained by an inherent trade-off between permeability and selectivity plotted with the Robeson upper bound. In recent years, significant progress has been made to develop high free volume glassy polymers notably polymers of intrinsic microporosity (PIMs) and polyimides such as 6FDA-based polymers that overcome the previous bottleneck performances. Strategies including polymer backbone architecture modification, post-synthetic functionalization, polymer blending, mixed-matrix membrane (MMM) formation with porous fillers, and thermal rearrangement have collectively enabled gas separation performance improvements. This review highlights and discusses recent developments in glassy polymer- based gas separation membranes. We focus on PIM-1 and related intrinsic microporosity polymers, 6FDA-based polyimide membranes, and MMMs, providing how each approach addresses challenges such as the permeability and selectivity trade-off, physical aging, and resistance to plasticization. By analyzing state-of-the-art literatures, we discuss that these advanced glassy polymer membranes are redefining the gas separation performance and achieving the commercially available from carbon capture to natural gas processing.
Abstract
1. Introduction
2. Glassy Polymer-Based Membranes
2.1. Intrinsically microporous polymers
2.2. 6FDA-based polyimide membranes
2.3. Mixed-matrix membranes
2.4. Overall discussion
3. Conclusion
Acknowledgements
Reference
