이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 막 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성을 가지고 있다. 하지만 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있기 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 고무상 고분자인 폴리에틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 본 연구에서는 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인하였다.

PEBAX[poly(ether-block-amide)는 soft flexible polyether부분과 hard rigid polyamide 부분으로 이루어진 열가소성 탄소체이다. 부드러운 polyether 부분은 기체투과에 있어 높은 투과도를 제공하고 단단한 polyamide 부분은 기계적 강도가 좋고 기체 선택성 또한 우수하다. GO(Graphene oxide)는 자연계에 널리 존재하는 흑연으로부터 제조되는데 기체투과에 있어 선택적 배리어로서 작용할 수 있다. 본 연구에서는 PEBAX-GO 복합막을 GO 함량을 달리하여 제조하고 제조된 막의 물리화학적 특성, 기체투과도, 선택성에 대해 연구하였다.

A novel poly (ethylene glycol)-imidazolium-functionalized 6FDA-durene polyimides (PEG-Im-PIs) with various PEG chain lengths and PEG-IM contents have been developed as novel polymer membranes for high performance CO2-separation. The synthesis, characterization of these materials, together with the properties of the corresponding polymer membranes, including gas separation properties, will be discussed in detail.

기체 분리막 소재에 있어서, 자유체적 및 기계적 특성은 기체투과 성능 및 소재 응용에 있어서 필수적인 요소 들이다. 따라서, 기체 투과 성능의 핵심인 자유체적 비율을 최대한 높이면서도, 동시에 높은 연신율을 가질 수 있는 고분자 구조의 설계가 필수적이며, 이를 위해서는 각각의 특성을 분자 수준에서 이해하고 분석을 할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 분자전산모사(molecular simulation) 기술을 이용하여, 기존에 실험적으로 밝혀진 TR-polymer와 spiro-group이 도입된 TR-PBO 간의 차이를 분자수준에서 밝혀냄으로서, 고분자 구조내의 특정 작용기가 최종 고분자 소재의 자유체적 및 기계적 특성에 어떻게 작용하는지를 규명하고자 한다.

본 연구에서는 Chloroform에 Poly(ethylene oxide) (PEO)와 poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)를 10%(w/v)로 용해시켜 glass plate에 캐스팅한 후 상온에 방치하여 용매를 완전히 날린 후 70℃에서 24시간 이상 건조시켰다. Blend 조성은 PEO/EVAc-1(wt/wt) 80/20, 60/40, 40/60, 20/80으로 제조하였고 제조된 막의 두께는 100-150μm 이다. 사용한 PEO는 MW100,000,EVA의 VAc 함량은 40wt%이다. 기체투과 실험은 B. S. Chem 사의 GPA-2001을 사용하여 측정하였으며, 기체 투과막의 단면적은 14.7cm²이다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used as membranes in the fields of green power generation and electrolysis. In spite of their high ion-conducting properties, it is difficult to apply them in the freestanding membrane state to harsh operation conditions owing to their chemical and electrochemical degradation issues. A promising membrane concept to satisfy this purpose would be “pore-filling membrane” composed of PFSA ionomers and porous PTFE support films. In this study, the porous PTFE support film treated with a cheap hydrophilic polymer is used as a reinforced material. Interestingly, the resulting PFSA-PTFE pore-filling membranes exhibit an extremely high proton conductivity with a fairly reduced ionomer content, which may give a valuable information to design a desirable pore-filling membrane.

Forward osmosis (FO) is an emerging technology to produce clean water with low energy consumption. The key elements in FO are a water-permeable membrane, and a draw solution inducing an osmotic pressure difference across the membrane. A desirable draw solution should result in a high osmotic pressure difference,together with an internal concentration polarization as low as possible.The draw solution should also have a very low toxicity,particularlywhen usedin drinking water purification. Furthermore, it is important to be easily recovered from a feed solution after FO operation for a certain period time. The multiple requirements make it difficult to develop an effective draw solution. In the present study, thermally and pH-sensitive oligomeric mixtures are used as potential draw solutions for FO system.

중공사막 지지체에 계면중합반응을 통해 막을 형성하여 복합막을 제조하였으며 복합막의 성능평가를 위해 코팅용액의 농도, 코팅시간 및 건조온도 등을 변화시켜 실험을 수행하였다. PART 1 실험에서는 PVAm과 -NH 작용기를 갖는 수용상의 PEI, -COCl작용기를 갖는 유기상의 Trimesoyl chloride 사이의 계면중합 반응을 통해 복합막을 제조하였다. PART 2 실험에서는 PEI를 piperazine(PIP)으로 대체하여 계면중합반응을 하였다. PART 1에서는 PVAm 10,000ppm과 PEI 4,000ppm을 혼합하였을 때 투과도와 배제율 측면에서 가장 좋은 결과를 보였으며 PART 2에서는 PVAm과 PIP의 농도가 높아짐에 따라 투과도는 감소하고 배제율은 증가하는 결과를 얻었다.

바이폴라막을 제조하기 위하여 sulfonated Poly(ether ether ketone)과 aminated polysulfone을 double casting 하고, 막의 내구성 향상을 위해 2시간 동안 표면불소화 처리를 하였다. 각각의 이온교환고분자 막은 FT-IR, 함수율, IEC, 이온전도도 등의 특성평가를 진행하였으며 제조된 막으로 차아염소산발생 실험을 진행하였다. 그 결과 Trimethylamine함량과 전류밀도가 차염발생량에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 아민 함량과 전류밀도가 높아짐에 따라 차염발생량이 증가하였다.

이온교환막이 결합된 축전식 탈염공정(Membrane capacitive deionization, MCDI)을 진행하기 위하여 양이온고분자로는 Sulfonated PPO(Poly(2,6-dimethyl-1.4-phenyl oxide)를 사용하였으며 음이온고분자로써 Aminated Polysulfone을 제조하여 전극 표면에 직접 코팅하여 사용하였다. 코팅여부는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며, 성능을 알아보기 위하여 흡/탈착실험을 진행하였다. 유속(15, 25, 30 ml./min), 흡착시간(2, 3, 5, 7 min), 유입수의 농도(100, 200, 300, 500ppm)를 변화시켰는데 그 결과 유속은 느릴수록, 흡착시간은 길어질수록, 유입수의 농도가 낮을수록 염 제거 효율이 높게 나타났다.

설폰화된 Polyetheretherketone 양이온교환막과 TMA 함량에 따라 1:1부터 3:1까지 아민화된 Polysulfone 음이온교환막을 이용하여 바이폴라막을 제조하였다. HCl, NaOH, NaCl을 일정 유량 및 정전류의 조건하에서 순환시키면서 산과 염기의 농도변화를 측정하였다. HCl의 경우 7.1g/L에서 17.3g/L, NaOH는 7.7g/L에서 20.4g/L로 2∼3배 정도 농도가 증가하는 것을 보였다. 아민함량의 증가에 따라 산과 염기의 농도는 증가하는 경향을 나타냈지만, 정전류에 따른 전압은 2:1음이온교환막이 가장 안정된 수치를 나타냈다. 또한, 막의 저항을 줄이기 위해 양이온교환막 표면을 촉매처리하여 실험한 결과, 보다 감소한 전압 값을 관찰할 수 있었다.

본 연구에서는 P E I 중공사막 표면에 고무상 고분자인 PDMS를 코팅한 모듈을 이용해 물-Butanol 혼합액의 분리특성을 향상시키는데 중점을 두었다. 먼저 A사에서 개발한 막 면적 890㎠ 모듈을 실험실 테스트 규모로 온도를 변화시키면서 농도 1wt.%의 1-Butanol - Water 혼합액에 대하여 투과증발 실험을 실시하였다. 반응온도 30℃에서 투과도는 58.6g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 9.2%를 나타내었다. 반응온도 40℃에서 투과도는 109.5g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 5.6%를 나타내었다. 반응온도 50℃에서 투과도는 206.9g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 3.0%를 나타내었다. 같은 방법으로 A사에서 개발한 막 면적 1㎡의 모듈을 파일롯 테스트에 적용하여 실험하여 본 결과 비슷한 경향을 보였다.

염도차가 있는 두 용액을 멤브레인을 통해 혼합시 염도차에너지를 생산할 수 있다. 특히, 삼투현상을 기본으로 하는 압력지연삼투(PRO) 공정을 사용하면 염도차에너지를 수력에너지로 변환할 수 있다. 이 압력지연삼투 기술의 핵심은 PRO 멤브레인으로, 이 멤브레인의 성능에 따라 생산되는 전력량이 결정된다. 본 연구에서는 개발중인 PRO 멤브레인 모듈의 성능인 물플럭스 기반의 전력밀도(W/m2)를 분석하여 평가를 수행하였다. PRO 멤브레인 모듈의 성능은 삼투압차가 클수록 커지지만, 삼투압차에 비례하지는 않았다. 이론적으로는 삼투압차의 절반 정도에서 최고의 전력밀도를 보이지만, 실제로는 멤브레인의 특성에 따라 최적 압력은 영향을 받는 것으로 보였다. 삼투압차와 압력차외에도 두 용액의 유량은 성능에 영향을 미쳤다.

Perfluorinated sulfonic acid ionomers (PFSAs) have been used as cationic membrane materials for polymer electrolyte fuel cells, redox flow batteries. PFSAs exhibit high ionic conductivity and chemical toughness. Unfortunately, it is difficult to tune fundamental characteristics of commercially available PFSA membranes. On the other hand, protonated PFSA emulsion in water-alcohol mixture is useful in making modified PFSA membranes. The formation of the PFSA membranes, however, requires additional steps such as NaCl treatment, water treatment, and drying. These processes act as rate-determining steps for PFSA membrane fabrication. In this study, a simple salt conversion process is achieved in the PFSA emulsion. The process contributes to enhanced morphological transition and fast proton transport through the resulting membranes.

SPAE (Sulfonated poly(arylene ether sulfone), SPAES) copolymers exhibit a lot of advantages such as a relatively low production cost, and easy control of ionic conductivity and gas barrier properties, when they are used as membrane materials for polymer electrolyte fuel cells, redox flow batteries, and electrolysis. SPAES copolymer membranes are fabricated by evaporating polar aprotic solvents from their concentrated solutions. This conventional process, however, is needed to be excluded, owing to additional production cost associated with the organic solvent separation and hazardous issues. In this study, a benign membrane fabrication method is developed based on SPAES nanodispersions in water-alcohol mixtures. Their fundamental characteristics are systematically investigated in comparison with those made from the conventional method.

본 연구는 SWRO/PRO 조합공정에서 PRO 공정 유입수로써 적합한 유입수질 조건과 전처리 기술을 알아보고자 하였다. 실험에 사용된 유입수로는 P시의 하수처리장 방류수를 사용하였으며, 유도용매는 역삼투막 농축수를 활용하였고, 이때 사용한 PRO막은 Toray사의 CTA재질막을 사용하였다. 본 연구에서 응집-침전, 모래여과, DMF, 활성탄여과, 정밀여과공정, 역삼투공정 등 총 6가지 전처리공정을 선정하여 평가하였고, PRO 공정 성능에 영향을 크게 주는 것으로 확인하였다. 향후 SWRO/PRO 조합공정에서 안정적인 에너지 절감 효과를 기대할 수 있는 최적 공정을 도출할 계획이다.

Photovoltaic (PV) modules are environmentally energy conversion devices to generate electricity via photovoltaic effect of semiconductor from solar energy. One of key elements in PV modules is “backsheet,” a multilayered barrier film. A desirable backsheet should exhibit barrier properties. A representative backsheet materials is composed of polyvinyl fluoride (PVF) and poly(ethylene terephthalate) (PET). In this study, we utilize PET films with high crystallinity, instead of PVF. Since it is well known that PET is suffering from hydrolysis, it is needed to understand PET decomposition behavior. To evaluate their hydrolysis behavior, accelerated PET decomposition test protocols are used. Electro chemical PV module performances are investigated to prove the efficacy of hydrolyticall durable PET films selected via the screening process.

연료로부터 벤젠 또는 톨루엔과 같은 유독한 방향족 성분의 제거 및 분리는 최대 허용 농도의 감소로 인해 점점 더 많이 주목 받고 있다. 그 중에서도 가솔린의 벤젠 함량은 지금 법률상으로 유럽에서 1% 이하로 제한되고 있다. 이러한 분리공정에 있어서 에너지의 소모를 줄이고 분리효율을 높일 수 있는 투과증발 공정이 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택성을 나타내는 sulfonated SEBS 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR과 FT-IR 분석을 통해 술폰화가 되었음을 확인 하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 sulfonated SEBS막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

분리막을 이용한 투과증발법은 에너지 소모가 적고 경제적이며 환경친화적이기 때문에 분자스케일 액체/액체 분리에 있어서 매우 주목 받고 있는 기술이다. 방향족 화합물과 지방족 화합물을 분리하는 공정은 석유정제, 석유화학공정 등에서 특히 중요한 분리공정 중의 하나이다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택성을 나타내는 PEG가 함유된 폴리이미드 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR 스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼에서 PEG 특성 피크의 확인을 통하여 PEG가 도입되었음을 확인 하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 PEG 함량이 다른 막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

온실가스로 인한 지구 온난화 현상이 기후 변화를 초래하고 있기 때문에 메탄과 이산화탄소 감축에 대한 저감 기술이 절실하다. 바이오가스는 음식물쓰레기 처리장, 축산분뇨처리장, 등에서 발생하는데, 본 연구는 음식물쓰레기처리장에서 바이오가스를 분리정제 하기 위해 제습, 탈황, 탈실록산 처리된 바이오가스를 막분리 공정으로 운전하였고, 유량, 압력, 막 면적에 변화에 따른 공정개선으로 98% 이상의 고순도 메탄가스와 90% 이상의 회수율을 만족하는 결과를 얻었다.