본 연구에서는 roll to roll (R2R) 설비를 이용해 폭 60 cm의 역전기투석용 양이온 및 음이온교환막을 제막했다. 양이온 및 음이온교환막의 전해질로 아크릴아마이드계 술폰산 및 암모늄염, 가교제로 다이아크릴아마이드를 사용했다. 또한, 지지체로 16 um 두께의 PE계 다공성 필름을 사용했다. R2R 설비로 제작된 양이온 및 음이온교환막은 swelling 후 18 um의 두께, 0.6 Ω⋅cm² 이하의 저항, 85% 이상의 permselectivity, 1.3 meq g-1 이상의 ion exchange capacity(IEC)를 지니고 있었다. 또한, 제조된 이온교환막의 전극 유효면적 5 × 5 cm의 역전기투석 셀 test 결과 2.5 W/m²의 전력밀도를 보였다.

Well-defined methacrylate based amphiphilic block copolymers (BCs) used as additives to fabricate poly(vinylidene fluoride) (PVDF) UF membranes, where the amphiphilic BC additives hydrophilically altered PVDF with PPEGMA block segment by strong interaction with the other PMMA block segment, which reduced water resistance to the PVDF polymer solution during phase separation. FT-IR and XPS studies showed carbonyl groups of BCs in the PVDF membranes. Obtained membranes showed porous surface layer and finger-like pore structures on the sublayers, of which sizes were increased with the increase of BC contents. Obtained membranes showed MWCO with 100K PEO and the best water flux was achieved in the PVDF membrane with BC/LiCl additive and improved the anti-fouling property for BSA protein.

Microcapsule membranes are fabricated with PLGA through double emulsion method and solvent evaporation method. In outer aqueous phase, surfactants such as PVA were replaced with metal salts as CaCl2 and MgCl2. Inside the microcapsule membrane, BSA was encapsulated as the model drug. Morphologies, BAS encapsulation efficiencies and BAS releasing behaviors are investigated. Through the process, microcapsule membranes with diameters of μm are generated and, through this work, we got a conclusion that the metal salts could be a good choice to replace PVA to solidify the microcapsule membrane surfaces.

본 연구에서는 시판되는 역삼투법(reverse osmosis)용 UF평막을 이용하여 -NH기를 가지고 있는 piperazine (PIP)과 -COCl기를 가지고 있는 trimesoyl chloride (TMC)의 계면중합을 통해 나노복합막을 제조하였다. UF평막을 PIP수용액에 침지시킨 후 TMC를 녹인 hexane 용액에 침지시켜 계면중합반응을 진행하였고, 별도의 건조과정 없이 초순수에 세척하여 나노복합막을 제조하였다. PIP와 TMC의 농도, 침지 시간, 친수화 유무, 공급액의 종류 등을 달리하여 제조한 나노복합막의 투과도 및 염 배제율을 측정하였다.

Membrane fabrication is a critical area that hampers forward osmosis (FO) technology from industrialization. Herein, electrospun poly(vinyl alcohol) (PVA) nanofiber (NF) was used as a support layer for thin film composite (TFC) FO membrane. The PVA NF was incorporated with sulfonated graphene oxide (sGO). The oxygenous-rich sGO enhanced the hydrophilicity and mechanical strength of PVA NF as revealed by contact angle and tensile strength measurements, and pure water flux. On this support, the active polyamide layer was formed through interfacial polymerization. Meanwhile, FO performance of sGO/PVA TFC membrane is currently being evaluated. This work was supported by NRF of Korea funded by the Ministry of Science and ICT (2016R1A2B1009221 and 2017R1A2B2002109) and Ministry of Education (2009-0093816 and 22A20130012051 (BK21Plus)).

본 연구에서는 막 증류법에 사용되는 PVDF 분리막을 나노입자로 개질하여 젖음 현상에 미치는 영향을 확인하였다. 나노입자를 분리막에 적용하기 위하여 널리 사용되는 dip-coating 방법의 경우, 나노입자에 의한 기공 막힘 현상과 나노입자와 표면과의 부착력이 약하다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, plasma 전처리를 통해 분리막 표면의 기공 크기를 키워주었으며, Fenton 반응을 통해 분리막 표면에 SiO2의 성장 작용기인 OH기를 생성시켜 주었다. 이로부터 SiO2를 성장시켜 준 뒤, fluoroalkylsilanes (FAS)를 이용하여 SiO2 표면의 소수성 처리를 통해 막을 준비하였다. 상기 방법을 통해 준비된 분리막과 처리 전분리막의 젖음 정도를 막증류 법으로 비교하였다.

제련 산업 공정에서 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 나노 분리막을 적용하여 폐산에 잔존하는 금속들을 경제적으로 분리, 회수하고자 한다. 본 연구에서는 15 wt% 폐산 용액에 적용 가능한 나노분리막을 제조하고자 하였으며, 다공성 PSf 지지막 위에 수용액상으로 다양한 aliphatic amine과 유기상으로 trimesoyl chloride (TMC), diisocyanate계를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75 psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM 분석을 통해 확인하였다.

포토리소그래피는 웨이퍼 위에 선폭을 나노급으로 줄인 패턴을 제조하는 반도체 제조 공정의 핵심 기술이며 선폭을 줄이고 불량을 줄이기 위하여 photo-resist 용액 제조 및 정제 기술이 중요하다. 특히 photo-resist solution 내에 함유되어 있는 soft particle의 정제가 매우 중요하다. 현재 개발되어 있는 멤브레인 필터는 soft particle 정제 성능이 상당히 미흡한 수준이다. 나일론이나 폴리에틸렌 위에 아라미드 고분자를 함침하여 soft particle 정제 특성을 살펴보았다. 또한 팔라듐 나노입자를 합성하여 투과 특성에 사용하였다.

해수담수화의 성장과 함께 붕소 제거를 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 흡착제, 이온교환수지 등 많은 방법으로 붕소가 제거되고 있는데, 그 중에서 분리막을 이용하여 제거하는 기술은 높은 선택성과 효율로 인해 빠른 성장을 보이고 있는 기술 중에 하나이다. 붕소 제거는 여러 분리막 중에서 역삼투막이 많이 사용되는데, m-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 이용한 역삼투막 제조가 현재 가장 많이 사용되는 기술이다. MPD와 TMC를 이용하여 Polysulfone 지지체 위에 polyamide 활성층을 제조하는데, 이를 통해 높은 수투과량과 염제거율을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 polyamide 활성층에 표면개질을 이용하여 염제거율 및 보론 제거율을 증가시킬 것이다.

Various methods for suppressing the membrane fouling have been investigated over the last two decades. For instance, micropatternings including lines, pillars or pyramids on the porous membrane surface as a passive strategy and coating nanoparticles including TiO2, silver and chitosan on the membrane as an active strategy have been verified useful in improving fouling resistance. Here we successfully fabricated biomimeticpatterned ultrafiltration membranes with high pattern fidelity to enhance the fouling resistance. Also, we investigated the synergistic effect of biomimetic patterns and nanoparticles on fouling resistance of our UF membranes. The excellent long-term performance of our nanoparticles containing patterned biomimetic UF membranes in membrane bioreactor further demonstrated its feasibility for ultrafiltration applications.

본 실험에서는 폴리올레핀을 이용하여 중공사 형태의 분리막을 제조하였다. 권취속도를 달리하여 중공사막을 제조하였으며, 보어로는 질소를 사용하였다. 제조된 중공사는 만능재료시험기를 이용하여 응력과 변현율을 측정하였다. 그리고 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 각각의 샘플의 결정화도를 측정하였고, 권취속도와 어닐링 효과에 따른 결정화도의 거동을 조사하였다. 냉연신과 열연신을 거친 중공사 분리막은 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 단면, 표면의 모폴로지를 관찰하였다.

Pebax[(Poly(ether-block-amide))]은 열가소성 탄성체로 유연하고 부드러운 성질과 단단한 성질을 모두 포함하고 있는 소재이다. 그래서 분리막으로 이용할 경우 기계적 특성과 선택도, 투과도 모두 좋은 결과를 얻기에 용이한 장점이 있다. ZIF-7 (Zeolitic Imidazolate Framework-7)은 금속 이온과 유기 리간드의 조합으로서 간단한 공정으로 다공성 나노구조의 합성이 용이하기 때문에 기체분리막이나 기체 센서 부문에서 응용이 가능하다. 본 연구에서는 Pebax에 ZIF-7을 함량별로 다르게 첨가해서 Pebax/ZIF-7 복합막을 제조하고, ZIF-7 함량에 따른 CO2와 N2에 대한 선택도와 투과도를 연구하고자 한다. 기체 투과 실험은 Sepra Tek 회사의 VPA-601 제품을 이용해서 측정하였다.

To remove SO2 from flue gas, a thin film nanocomposite (TFN) hollow fiber membrane was decorated with Nafion/TiO2 nanoparticles. Morphological and structural analyses of the TFN membranes were performed using FTIR, SEM, EDX, TEM, and AFM. The gas permeation experiments were performed with pure gases and a mixed gas within a pressure range of 1-3 bar and feed gas flow rate of 0.03-0.15 L/min. The obtained experimental results suggest that the addition of Nf/TiO2 nanoparticles improved the membrane performance by introducing sulfonate and hydroxyl functional groups to the membrane, and thus increased SO2 permeability and selectivity. The SO2 permeability was found to be 411-1671 GPU, while the ideal selectivities achieved for SO2/N2 and SO2/CO2 were 2928 and 72, respectively. Overall, an SO2 removal efficiency of 93% was achieved by using the Nf/TiO2 incorporated TFN membrane.

PEBAX 는 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 또한 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 투과도를 촉진시킨다. PEGDA 를 첨가하면 Tg 가 증가하므로 CO2/N2 선택도를 증가시킨다. 본 연구에서는 PEBAX (2533)/PEGDA 혼합 막을 PEGDA 분자량 별로 제조하고 PEBAX (2533)/PEGDA - PES 복합 막을 PEGDA 함량별로 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 확인하였다.

Separation of propylene and propane is one of the most important processes in the petrochemical industry due to the large demand of propylene as a feedstock for organic chemicals. It is now carried out with cryogenic distillation, which consumes a lot of energy due to a small differences in relative volatility of propylene and propane. The incorporation of a highly selective membranes has the potential to reduce the energy demands for the process. Polyimides, especially the 6FDA-based polyimide membranes offer excellent C3H6/C3H8 separation properties, chemical, thermal and mechanical stability. In this study, we synthesized polyimides from 6FDA and sterically hindered diamines containing ortho ethyl substituents. Characterization and gas permeation properties of propylene and propane were investigated.

이온전도성 분리막을 이용한 산소 제조 기술은 효율적으로 산소를 제조할 수 있으며, 산소부화 연소기술, 순산소 연소기술 등에 적용 범위가 넓다. 고온에서 운전하는 특성상 열적, 화학적으로 안정적이어야 하며, 특히 이산화탄소 재순환기술을 적용하기 위해서는 이산화탄소 내성이 필수적이다. 본 연구에서는 높은 투과성능을 가지는 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ를 상전이 및 소결법으로 중공사막을 제조하였으며 표면을 페롭스카이트-플로라이트 이중상 물질로 개질하여 이산화탄소 내성을 갖도록 하였다. 제조한 분리막을 산소 분리 모듈에 적용하여 부피당 면적에 따른 투과도 및 산소 유량 변화를 관찰하였다.

Current petrochemical product mainly comes from light olefin, such as ethylene and propylene. these olefins can be obtained as mixture form of olefin/paraffin, which is co-product of naphtha cracking process. However, the mixture of light olefin and paraffin is considerably difficult to separate because they have similar physicochemical properties such as density, boiling point, and molecular weight. Cryogenic distillation is currently utilized, but still suffered from high operating cost. Membrane separation with polyimide-based material is a promising alternative due to its lower energy cost and modular operation. Here, we synthesized composite membrane with metal-organic framework (MOF) based on polyimide exhibiting high permeability and selectivity in propylene/propane separation, as well as simple preparation and high stability.

철강 산업에서 발생하는 COG 부생가스에는 수소가 메탄, 질소, 황화수소, 분진 등과 함께 100만 톤 정도가 다성분의 혼합가스로 포함되어 있으나 경제적인 수소 분리기술이 부족하여 주로 저부가가치의 발전용으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 COG 부생가스내 수소를 회수할 수 있는 비대칭 구조의 폴리이미드 중공사막의 제조를 연구하였다. 이를 위해 지환족 다이안하이드를 사용한 유기용매에 대한 용해성이 높은 폴리이미드 소재를 합성하여 수소, 메탄, 질소, 산소 등의 기체투과특성을 확인하였고 그 중 가장 수소 선택성이 높은 DOCDA-ODA를 이용하여 용해성 폴리이미드를 합성하였다. 확보된 폴리이미드를 이용해 건습식 방사법에 의한 중공사막을 제조하였다.

촉진수송막이란 특정기체의 이동을 촉진시키기 위한 운반체를 포함하고 있는 분리막을 말하며 일반적으로 올레핀/파라핀 분리에는 π-complexation을 할 수 있는 은이온이 운반체로 사용된다. 본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리를 위해 은이온이 함침된 아민계 고분자를 이용하여 촉진수송막을 제조하였고 이들의 프로필렌/프로판 분리특성을 알아보았다. 순수가스 테스트를 통해 압력변화에 따른 투과도와 선택도를 구하였으며, 혼합가스 테스트를 통해 stage-cut에 따른 투과측 프로필렌 농도 및 회수율 변화를 알아보았다. 그 결과, 2bar, 25°C에서 95%의 프로필렌을 99.6%까지 농축 시킬 수 있음을 확인하였다.

1970년대 중반 석유 파동 이후 대체 에너지 개발에 대한 관심이 커지면서 그 중에서 혐기성 공정에서 발생하는 바이오가스 생산과 활용 기술 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 바이오 가스의 주성분은 50-70%CH4/30-40%CO2으로 이루어져 있고 이 때 메탄을 > 95% 순도로 농축하면 도시가스와 자동차 연료로 사용이 가능하다. 바이오가스의 정제기술로 막 분리법은 낮은 에너지 소모량, 이동성 및 쉬운 작동성 등의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 바이오가스를 95% 이상의 메탄으로 농축하기 위해 폴리설폰 중공사막과 다단 분리막 공정을 이용하였다. 분리막 공정에서 압력, 온도, 막면적 등 다양한 공정 변수에서 95% 이상의 메탄 순도를 얻기 위한 연구를 진행하였다.