CO2 포집을 위한 아민 흡수 공정은 현재 가장 상용화에 근접한 기술로 알려져 있다. 하지만 흡수탑 장치의 규모가 크고, 흡수제 재생을 위한 에너지가 과다하게 필요로 한다는 문제점이 제기되고 있다. 이러한 문제를 해결하고, 기존 공정에 비해 고효율-저에너지 기술인 접촉 분리막 공정의 연구가 주목받고 있 다. 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 높은 세라믹 소재를 이용하여 중공사 막을 제조하고, 이를 모듈화하여 기-액 접촉 분리막 공정에 적용한 실험을 수행 하였다.

전기방사를 사용하여 제조된 나노섬유의 활용은 필터분야, 보호 의류 분야, 에너지 저장기능분야 등 다양한 분야가 있다. 이에 본 연구에서는 우수한 물성을 가지는 polybenzimidazole을 이용하여 방사 용액의 농도, 인가 전압, 방사 거리, collector speed에 따라 방사를 진행하였고, 후처리 과정까지 연구해보았다. 각각의 변수에 따라 nanofiber의 형태, sheet의 기계적 물성 등의 특성을 평가하였으며, 분리막 분야에 적용 가능한 적합한 방사조건에 대하여 연구하였다.

Facilitated olefin transport membrane, containing positively charged silver nanoparticles (AgNPs) as olefin carriers dispersed in poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), leads extremely high separation performances for propylene/propane mixtures. In this study, as representatives of electron withdrawing nitrobenzene compounds, 1,2-dinitrobenzene (DNB) and 3,4-dinitro toluene (DNT) were used for PVP/AgNPs membranes. The correlation between the surface charge density of AgNPs and the separation performance was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). A fairly good linear correlation between the surface charge density and the separation performance was confirmed, which meant that the positive charge density on the surface of AgNPs may be a key factor in determining the separation performance of facilitated olefin transport membranes.

Polyimides (PIs) are known to have the high mechanical and thermal stability, but they have limited application for gas separation due to their low permeability. To overcome the low permeability of PIs, we developed PDMS-containing PI copolymers with different PDMS compositions as highly permeable polymer membranes. The piperazinium group was further introduced on the side chains of the PDMS-PIs both as crosslinkers and CO2-solubilizing groups. The preparation and properties of the corresponding polymer membranes for CO2 separation will be discussed.

High oxygen permeability and structural stability are required in the presence of high concentrations of CO2 for application of oxygen transport membrane in the oxy-fuel combustion process. MIEC membranes based on alkaline earth metal such as Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ have low CO2 stability. Carbonates were formed over the surface of membranes including alkaline earth metal in the presence of CO2 and oxygen permeation fluxes are deteriorated. In this work, dense dual-phase hollow fiber membranes were prepared by a phase inversion spinning and sintering process. The oxygen permeation fluxes of dual-phase hollow fiber membrane were evaluated at various temperatures.

A cost-effective, easy method for enhancing the CO2 permeance and CO2/N2 selectivity of mixed matrix membranes (MMMs) was fabricated using commercially available MgCO3 crystals. The MgCO3 crystals were homogenously dispersed in polymer matrices via mechanical stirring to prepare MMMs. In particular, an amphiphilic comb polymer (CP) consisting of poly(ethylene glycol) behenyl ether methacrylate (PEGBEM) and poly(oxyethylene methacrylate) (POEM) was shown to be ideal matrix because of the interactions between its carbonyl oxygen atoms and MgCO3. Through SEM, HR-TEM, WAXS, DSC, FT-IR, N2 adsorption-desorption isotherm measurements and Raman spectroscopies, the MgCO3 and CP/MgCO3 hybrids were characterized. The CP/MgCO3 MMM with 45 wt% MgCO3 exhibited the highest CO2/N2 selectivity of 93.8 and CO2 permeance of 30.9 GPU.

In the electronic device area, several conductive polymers have been used such as Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS). In the connection of this concept, PEDOT-PSS was applied to CO2/N2 separation, which is the first attempt to this area. To be specific, the polymer was blended to poly(2-[3-(2H- benzotriazol-2- yl)-4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacrylate) (PBEM-POEM or PBE). The conductive polymer formed the interconnected network by interacting with PBE owing to the specific interaction. This structure give the facile pathway to CO2 and N2, which result in the increased permeability of the gases. Especially, improved CO2 solubility caused the permeability (59.6 Barrer) to be increased, which brought about the enhanced CO2/N2 selectivity (77.4) of PEDOT-PSS 5 wt% membrane.

In olefin/paraffin separation process, new technology such as membrane separation process has been ever demanding for both economic and environmental reasons. facilitated olefin transport membrane, containing positively charged silver nanoparticles (Ag NPs) by electron acceptor 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) as olefin carriers dispersed in poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), shows extremely high separation performance for propylene/propane mixtures. However, higher permeance is always demanding for practical applications. In this study, POSSs were added to PVP/Ag NPs/TCNQ membranes. Among various kinds of POSS, trisilanolisooctyl POSS showed higher permeance with a moderate selectivity. Therefore it is concluded that mesoporous POSS is an effective additive in improving the gas permeance.

탄소나노튜브(MWCNT)를 고분자에 첨가하게 되면 그 물성을 향상시킬 수 있다. 기존의 연구 결과에서 PEO 막에 EVA 를 첨가함으로써 막의 기체투과도와 선택도의 향상을 확인하였다. 본 연구에서는 탄소나노튜브의 분산을 위하여 산처리 과정을 통해 표면에 카르복실기를 도입한 탄소나노튜브(MWCNTCOOH) 를 제조하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 막의 특성은 TGA, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, O2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도 또한 확인하였다.

폴리이미드는 높은 기계적 강도, 내열성 및 내화학성을 가지고 있으며 여러 기체에 대하여 우수한 투과선택성을 가지고 있어 기체분리막으로 많이 연구되고 있다. 그러나 유기용제에 대한 낮은 용해성으로 인해 막을 제조할 때 많은 제약을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하기 위해 지환족 다이안하이드라이드인 DOCDA와 다양한 다이아민을 이용하여 용해성 폴리이미드를 합성하였다. FT-IR을 통해 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였고 DSC와 TGA를 통해 열적안정성을 확인하였다. H2, CO2, O2, N2, CH4에 대한 기 체투과특성을 time-lag를 이용하여 알아보았다.

음식물 및 축산 폐기물 처리장 등 혐기성 공정에서 발생하는 바이오가스의 주성분은 50~70% 메탄과 20~40% 이산화탄소로 구성되어 있다. 바이오 가스 내 메탄을 95% 이상의 고순도로 농축할 경우 도시가스와 이송수단의 연료로 사용이 가능하며 온실가스 감축에도 큰 효과가 있어 신재생 에너지로써 큰 주 목을 받고 있다. 본 연구에서는 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스를 95% 이상의 메탄으로 농축하기 위해 폴리설폰 중공사막과 다단 분리막 공정을 이용하였다. 순수기체 투과도와 혼합기체 투과성능을 알아보았고 폴리설폰 분리막을 이용하여 3, 4 단의 분리막 공정을 설계하여 분리 농축 실험을 실시하였다.

A series of bisimidazolium-PEG mediated crosslinked polyimides with different PEG chain length have been prepared for gas separation membranes. The bisimidazolium-PEG was used both as crosslinkers and CO2-solubilizing groups. The crosslinked 6FDA-durene polyimide membranes prepared displayed excellent chemical, mechanical and thermal stabilities. Furthermore, high CO2/N2 and CO2/CH4 selectivity was obtained while keeping relatively high permeability. The preparation and the effect of the PEG chain length within the bisimidazolium-PEG groups on the structures and physicochemical properties of the polymers, as well as the gas separation properties of the corresponding membranes will be discussed.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용 시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑 각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조 하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

연소 후 생성되는 연소가스 중 CO2는 온실가스 기체중 하나로, CO2를 처리하기 하기 위해 CCS 기술 개발이 세계적으로 주목 받고 있다. 하지만 단일막을 이용한 CO2 포집 공정에서는 약 14%의 CO2를 포함한 연소 배기가스로부터 고 순도, 고회수율을 달성하기란 매우 어렵다. 본 연구에서는 다단막 공정 디자인 및 다양한 운전 변수를 통하여 14%의 CO2를 가지고 있는 혼합모사가스로부터 순도 73% 회수율 74%의 포집 효율을 얻을 수 있었다.

Flat sheet membranes consisting of a selective layer and a porous support usually require gutter layer to reduce the bulk pores of the substrates. The gutter layer mitigates the geometric restrictions of support, which enables selective layer to have defect-free morphology with thin thickness (< 100 nm). For this reason, the gutter layer has been introduced to many industrial membranes, and the systematical studies of the effects of the gutter layer properties on membrane performance should be needed. Herein, we introduced several gutter layers with different thicknesses into graphene oxide intercalated polymer TFC membranes to determine the relationship between gutter layer properties and total membrane performances. This study provides more practical insight to determine the optimum gutter layer properties in designing TFC membranes.

멤브레인 드라이어는 일부의 공기와 수증기만을 상변화 없이 회수하는 기술로서 건조공정에 적용할 경우 타 제습기술 대비하여 폐열회수율을 높이고 에너지 사용율을 저감할 수 있는 기술이다. 멤브레인 드라이어의 성능은 기체분리막 의 특징에 따라 크게 달라지는데, 기체분리막은 선택도와 투과도에 Trade-off관 계가 있어 선택도가 높아지면 투과도가 낮아진다. 따라서 본 연구에서는 건조공 정에 멤브레인 드라이어를 적용하기 위한 기초 테스트로 선택도가 다른 2종의 막을 선정하여 멤브레인 드라이어의 성능을 관찰하였다. 그 결과, 선택도가 높 은 기체분리막을 사용한 경우 에어 회수율은 증가하였지만 수분제거 성능은 하락하였다. 따라서 건조공정에 적용하기 위해선 적절한 선택도를 가진 기체분리 막을 선택해야 한다.

Graphene oxide (GO) has been extensively studied for membrane material for gas and liquid separation due to its outstanding features such as selective CO2 or water vapor transport properties. Although GO membranes can be easily fabricated in the form of thin-film composite membranes by using high-flux polymeric support membranes, it shows relatively low gas permeability due to high tortuosity. Here we report the way to improve gas permeation rate through porous graphene oxide by reducing the gas permeation pathway, with maintaining GO’s two-dimensional structure. We also used polymer, which has high CO2/N2 selectivity, and prepared GO/polymer composite membranes as a function of GO concentration. This study will provide a further insight on how such two-dimensional nanosheets can be harmonized with polymer and improved membrane properties.

Graphene oxide (GO), a highly oxidized graphene sheet, is a distinguished 2-D nanosheet. GO membranes exhibit good CO2 separation properties due to its various polar functional groups with oxygen resulting in high CO2 sorption properties. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes expecting the synergistic effect. There is, however, little research on GO as a crosslinker even though it has high potential due to available functional groups for further reaction. Here, we prepared GO/polymer membranes by crosslinking reactions between polar groups of GO and bi-functional polymer matrix at different temperatures. Optimum crosslinking condition was found by analyzing gas transport, chemical properties of samples. Degree of crosslinking in GO/polymer nanocomposites affected gas transport behavior.

Usually olefin/paraffin separations (e.g., ethane/ethylene and propane/ propylene) by distillation process are energy-intensive because such molecules have very similar molecular size and boiling point. Membrane process has been considered as an alternative method to achieve energy- efficient olefin/paraffin separation. However, based on solution-diffusion mechanism, it is hard to design good membrane materials to separate them efficiently. Here we report fundamental separation properties of olefin/paraffin through graphene oxide (GO) membranes having slit-like channels. Analogue to carbon molecular sieve membranes, GO membranes showed ability to separate these molecules. To improve the separation properties, GO membranes have been modified by various methods.

폴리이미드는 높은 기계적 강도, 내열성 및 내화학성을 가지고 있으며 여러 기체에 대하여 우수한 투과선택성을 가지고 있어 기체분리막으로 많이 연구되고 있다. 본 연구에서는 지환족 다이안하이드라이드인 DOCDA와 메틸치환기를 1개, 2개, 3개 가지는 다이아민을 이용하여 폴리이미드를 합성하였다. 또한, 다 이아민인 ODA와 MDA를 50 mol%로 하여 폴리이미드 공중합체를 합성하였고. FT-IR을 통해 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였고. DSC와 TGA를 통해 열적안정성을 확인하였고 time-lag를 이용하여. CO2, O2, N2, CH4에 대한 기체 투과특성을 알아보았다.