본 연구에서는 α-Al2O3 중공사 지지체 위에 γ-Al2O3, SiO2 산화막 및 Pd 금속막을 각각 증착하여 수소 분리막을 제작하고, 암모니아 열분해 반응 후 생성되는 혼합기체(H2, N2, NH3)에 대한 투과 성능을 비교⋅분석하였다. scanning electron microscope과 atomic force microscope 분석 결과, 산화막 코팅을 통해 표면 조도가 크게 개선되어 Pd 무전해도금 시 결 함 억제에 기여할 수 있음이 확인되었다. 기체투과실험은 450°C, 0.5~2.0 barg 조건에서 수행되었으며, 산화막 기반 분리막은 기공 투과 메커니즘에 의해 최대 수소 순도가 82%에 머무른 반면 금속막 기반 분리막은 용해–확산 기반의 bulk diffusion 메 커니즘을 통해 97% 이상 순도의 수소를 안정적으로 분리하였다. 특히 Pd/α 중공사막은 2 barg에서 15 mL/min 이상의 수소 flux와 1900 이상의 H2/NH3 seperation factor을 기록하며 산화물 기반 분리막보다 월등한 성능을 보였다. 결론적으로 산화물 막은 단독 분리 성능은 제한적이지만 Pd 증착을 위한 전처리 및 중간층으로서 유효함이 확인되었으며, Pd 중공사막은 고온 수소 정제 공정에 가장 적합한 선택지임을 입증하였다.

In this study, hydrogen separation membranes were fabricated by depositing γ-Al2O3, SiO2 oxide layers, and Pd metal films onto hollow fiber supports, and their permeation performance was compared under gas mixtures (H2, N2, NH3) generated from ammonia decomposition. scanning electron microscope and atomic force microscope analyses confirmed that oxide coatings significantly improved surface roughness, thereby suppressing defects during Pd electroless plating. Gas permeation test were carried out at 450°C and 0.5~2.0 barg. The oxide-based membranes, governed by pore diffusion mechanisms, exhibited a maximum hydrogen purity of 82%, whereas the metal-based membranes achieved hydrogen purity above 97% with a hydrogen flux of 15 mL/min and an H2/NH3 separation factor exceeding 1900 at 2 barg, demonstrating far superior performance. In conclusion, while oxide membranes showed limited separation ability as stand-alone layers, they proved effective as pretreatment and interlayers for Pd deposition. The Pd hollow fiber membrane ultimately exhibited outstanding hydrogen flux, purity, and selectivity, verifying its suitability as the most effective option for high-temperature hydrogen purification.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 실 험
    2.1. α-Al2O3 중공사막 지지체 제작 및 비투과층 밀봉
    2.2. γ-Al2O3 코팅 분리막 제조(γ/α HFM)
    2.3. SiO2 코팅 분리막 제조(S/α HFM)
    2.4. Pd 무전해도금을 위한 Pd seeding
    2.5. Pd 무전해도금
    2.6. 기체 투과실험 및 구조 분석
3. 실험 결과 및 분석
    3.1. 분리막의 구조 분석
    3.2. 기체투과실험
4. 결 론
감 사
Reference

• 허승희(동국대학교 화공생물공학과) | Seung Hee Huh (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 한성우(동국대학교 화공생물공학과) | Sung Woo Han (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 황재연(동국대학교 화공생물공학과) | Jae Yeon Hwang (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 장학룡(동국대학교 화공생물공학과) | Xuelong Zhuang (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 신민창(동국대학교 화공생물공학과) | Min Chang Shin (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 박소희(동국대학교 화공생물공학과) | So Hee Park (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 강은희(동국대학교 화공생물공학과) | Eun Hee Kang (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 박상민(동국대학교 화공생물공학과) | Sang Min Park (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea)
• 박정훈(동국대학교 화공생물공학과) | Jung Hoon Park (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Dongguk University, Seoul 04620, Republic of Korea) Corresponding author