상용화되고 있는 이온교환막의 경우 제조공정은 PVC를 분말을 paste로하여 PVC천에 함침시켜 제조하고 있다. 이러한 제조공정은 공정상의 어려움 및 제조 원가의 상승의 요인으로 지적되어 왔고, 이에 최근 PVC 비다공성 필름 지지체 가 특정 모노머에 팽윤하는 성질을 이용하여 함침 시키는 기술이 소개되고 있다. 그러나 이 또한 이온교환기를 도입하기 위해서는 슬폰화반응 및 4급 아민화 반응이 수반되어져야만 한다. 본 연구에서는 이런 이온교환기의 도입공정을 보다 단순화시키기 위한 방안의 제안 및 기초실험과정을 보고하고자 한다.

Thin-film composite (TFC) membrane is currently the most widely used membrane structure for reverse osmosis (RO) process. Most commercial membrane for RO consisted of porous support layer and dense polyamide permselective layer, yet the polyamide layer has a very rough surface morphology and considerable thickness, and these features are intrinsic properties of current RO membrane fabrication process. In this study, we present the new membrane fabrication, named layered interfacial polymerization (LIP). LIP could control the roughness and thickness of permselective layer without complicated process or significant membrane performance loss, and the performance itself was comparable to conventional IP membrane. Moreover, the fabricated membrane has a remarkable antifouling ability possibly due to the unique smooth morphology.

최근의 물 부족 문제 해결의 대안으로 양질의 처리수를 확보 할 수 있는 방류수 재이용 막여과 공정을 도입함에 있어, 처리수량의 안정성 확보(막오염 제 어)가 필수이다. 본 연구는 산화그래핀을 기존 PVDF 중공사막에 적용하여 내오 염성을 향상시키고, 상용화 수준으로 모듈화하여, 공업용수에 적합한 방류수 재이용 막여과 공정 최적화를 구현하였다.

현재까지 상당한 기술적인 진보가 있어왔지만, 연구개발의 커다란 기술적 어려움으로 꼽히는 것은 오염물질의 비가역적인 흡착에 의한 분리막 오염과 이로 인한 시스템 성능 저하이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 redox 반 응을 이용한 표면개질을 통해 분리막의 표면을 산화/환원 반응을 통해 개질하는 것으로서, 고분자 분리막의 탄소를 바탕으로 음이온 및 양이온을 가진 작용 기를 순차적으로 중합하여 오염물질과 분리막의 전기적 반발력을 향상시켜 분리막의 표면 오염을 저감하는 것이다. 본 연구에서는 양이온, 음이온성 오염물 질을 동시에 제거할 수 있는 표면개질 방법을 개발하고자 redox 반응을 이용한 접목중합을 통해 고분자 분리막의 표면을 개질하는 연구를 수행하였다.

Crosslinked PVA membranes were fabricated by solution casting of the substituted PVA (SPVA), synthesized by the reaction of PVA with glycidyl acrylate (GMA) without catalyst in different molar ratios [-OH(PVA)/GMA], followed by electron beam irradiation. The chemical changes in the SPVA compared to PVA were confirmed from H-NMR and FT-IR analysis. Crosslinking degree and dimensional stability of the crosslinked PVA membranes also investigated by measuring gel fraction and dimensional change of the membranes under acidic and basic solution.

Crosslinked ion exchange resin composite membranes were prepared by casting sulfonated polystyrene(SPS) solution with suspended ion exchange resin(crosslinked SPS) and crosslinker (trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (TMPETA)) follow by gamma-ray irradiation. The physicochemical properties of the composite membranes were evaluated by measuring gel-fraction, ion exchange capacity, water-uptake and dimensional stability. We confirmed that the introduction of ion exchange resin and radiation crosslinking in the membranes improved the water uptake, dimensional stability and permselectivity.

Membrane application for CO2 capture is competing with other methods such as amine absorption or absorbent, by reasons of low energy and cost effect. Though membrane separation is promising technology, there exists critical challenge: ‘the upper bound.’ Most of researches have focused on improving gas transport properties of selective layer, but we recognized the importance of membrane support layer shich highly affects affinity with coating layer. Here we adjusted several fabrication conditions for highly porous PAN membrane by NIPS method; concentration, temperature, and additive. In this study, experimental results regarding porosity and pore size, are compared to theoretical dusty-gas model. Moreover, we prepared composite membrane and compared fabricated membrane with commercial one in terms of gas permeance and selectivity.

MOF(Metal-organic frameworks)의 일종인 ZIF-8은 큰비표면적과 높은 열적⋅ 화학적 안정성을 가지고 있어 분리막 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 3.4Å 크기의 기공입구와 11.6 Å 크기의 기공 크기를 가지고 있는 ZIF-8을 분리 막으로 합성시 프로필렌/프로판을 분자체 효과를 통해 분리해 낼 수 있다. 본 연구에서는 ZnO 층을 형성하고 이를 전환시켜 결함 없는 ZIF-8 막을 합성하고 이를 통해 프로필렌/프로판을 분리하고자 했다. 우선, 매크로기공을 가진 디스크 모양의 α-알루미나 지지체 위에 ZnO 층을 형성하고, 2-methylimidazole 용액에서 용매열 합성하여 ZnO를 ZIF-8 분리막으로 전환시켰다. 합성된 ZIF-8 분리막 은 XRD, SEM, 기체투과장치, GC 등을 이용하여 분석하였다.

본 연구에서는 정삼투분리막 적용을 위한 중공사막을 제조하는 것으로서, 염에 대한 안정성을 갖는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)를 이용하여 제조하였다. 형태학적 구조를 갖기 위한 인자로는 첨가제와 공기 중의 노출시간(에어갭) 이 조절되었다. 제조된 분리막의 순수성능을 알아보기 위하여 염의 종류에 따른 정삼투(FO) 성능을 알아보았다. FO 테스트에서는 용액간 삼투압이 발생하도록 유도용액과 공급용액을 나누어 모듈로 공급하였다. 염의 종류, 용액의 농도, 용 액의 온도, 용액의 공급 방향에 따른 성능을 테스트 하였다.

본 실험에서는 고분자의 농도, 첨가제의 종류 및 함량에 따라 도프 용액을 이용하여 분리막제조하였다. 분리막의 모폴로지는 전자주사현미경(SEM)을 통해 관찰 하였으며, 막의 모폴로지와 순수투과도의 관계를 확인할 수 있었다. 필터화 모듈을 제조하여 수투과도 및 바이러스, 박테리아 등과 같은 미생물 제거성능을 측정하였다. 제조된 중공사막의 단면은 sponge 형태로 표명으로 갈수록 치밀한 형태를 띄는 것을 확인하였으며, 수투과도는 50-70 ml/min으로 높은 값을 나타 내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6의 값의 높은 수치를 보였다.

이차전지용 분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 방지하면서 전해질 내에서 리튬이온을 자유롭게 이동할 수 있게 하는 역할을 수행한다. 분리막은 절연 체이며, 이온전도도가 높은 특성을 가지고 있어야 한다. 다양한 분리막 중에서 도 일반적으로 사용되는 것은 다공성 구조의 폴리올레핀계 분리막이다. 그 중에 서도 폴리에틸렌 분리막은 가격이 저렵하고, 절연성, 화학적 안정성, 기계적 강 도 등이 우수한 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 컴파운드된 소재를 이용하여 3층 구조의 multi-layer 필름을 제조하였고 이축 연신기를 이용하여 속도와 연신비에 따라서 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막 표면의 모폴로지를 확인 하기 위해서 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, porosity와 electrolyte up-take를 측정하였다. Porosity와 electrolyte up-take는 상용화된 제품인 celgard와 비교 한 결과 celgard 보다 우수한 성능을 가지는 것을 확인하였다.

폴리벤즈이미다졸(PBI)는 현재 상용 고분자들 중에서 가장 내열성이 좋은 이종고리화합물이다. 우수한 기계적, 화학적 물성 때문에 해당 고분자는 나노공학, 전기공학, 광학, 재료공학과 같은 분야 외에도 쓰임새가 다양하다. 본 연구는 다 공성 폴리벤즈이미다졸 분리막 제조에 있어서 다양한 조건들을 변화함에 따라 나타나는 모폴로지를 관찰하고자 하였고, 그 결과를 이용하여 나노여과막으로써의 다양한 모폴로지 조절을 용이하게 하고자 하였다. 폴리벤즈이미다졸 분리막 제조는 용매-비용매 상전이법을 이용하였고 나이프캐스팅 법을 통하여 분리막 을 제조하였다. 용매와 조용매는 각각 DMAc와 THF를 사용하였으며 IPA와 증류 수로 세척하였다. 모폴로지의 관찰은 주사전자현미경(SEM)을 통해 진행 되었으며 표면과 단면 위주로 촬영을 진행하였다.

현재 수준의 단백질 분리는 공정비용이 많이 들고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해서 공정이 비교적 간단하고 친환경적인 분리막을 이용한 방법들이 연구되고 있다. 먼저, 단백질 분리공정을 두 가지 정도로 나눌 수 있고, 이는 단백질 크기에 따른 분리공정과 pH에 따른 단백질 표면의 전하 차이를 이용한 분리 공정을 들 수 있다. 본 연구는 폴리술폰의 표 면전하를 개질하여서 유사한 크기의 단백질을 분리하고자 하였으며, 용매를 이 용한 고분자용액을 만들고 비용매에 침전하여 분리막을 제조하는 상변환법을 이용하여 제조하였고, 제조된 분리막 표면의 Zeta potential을 측정하여 pH에 따른 표면의 전위차를 확인하였다. 폴리술폰의 표면개질을 확인하고자 FT-IR 과 1HNMR을 이용하여 화학구조를 분석하였으며, UV Spectrometer를 이용하여 단 백질의 농도를 측정하였다.

세계적으로 물의 사용량이 증가하고 물의 오염이 증가되는 상황에 기존 고분자 소재를 사용한 여러 분리막 소재들은 기계적 강도와 화학적 안정성 등이 기 대에 미치지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 성능이 우수하면서도 물성이 뛰어난 고분자 소재 또는 시스템을 개발하는 것이 중요하 다. 본 연구에서는 기존 PES, PSf 소재보다 강도 및 내화학성이 우수한 Poly(ethylene-chlorotrifluoroethylene) (ECTFE)를 이용하여 분리막을 제조하였고 기존 PVDF, EVOH 분리막과 비교 분석하였다. ECTFE와 같은 소재들은 NIPS (Nonsolvent Induced Phase Sepataion)방식으로는 용해를 시키기에 충분한 온 도를 만들어 낼 수 없기에 고온을 사용하는 TIPS(Thermally Induced Phase Seaparation) 방식을 이용하여 분리막을 제조 하였다. 분리막의 특성평가로는 주사방출현미경(SEM), DSC 그리고 Hot stage 등으로 특성평가를 진행하여 TIPS 분리막의 제조 방식에 따른 소재의 변화를 관찰하였다.

고분자 분리막을 통한 기체 분리메커니즘은 기체의 용해 및 확산으로 진행 되어진다. 따라서 기체 분리 성능은 용해도 또는 확산도에 좌우되어진다. 이에 연구자들은 산화탄소와 같은 극성 기체의 용해도를 향상시키기 위해 acylation, bromination, sulfonation과 같은 화학적 개질을 통한 연구들을 진행하였고 또한 술폰산기를 가지는 고분자에 금속이온을 치환시켜 이산화탄소 선택도를 증가시킨 연구가 진행되어 보고되었다. 본 연구에서는 biphenol기와 fluorene기를 가 지는 Sulfonated Poly(arylene ehter sulfone) (SPAES) 고분자 분리막을 제조하였 으며 술폰화 정도와 치환된 극성 그룹의 종류에 따른 기체투과특성을 알아보고자 하였다.

본 연구에서는 sol-gel 법을 이용하여 montorillorite가 가진 단점을 보완하기 위해 각기 다른 관능기를 가진 무기입자를 제조하였으며, sulfonated poly(arylene ether sulfone)에 입자를 첨가해 복합막을 제막하였다. 제조한 무기 입자의 관능기에 따라 복합막의 물성, 전기적 성능 등의 변화를 관찰하였으며, 이에 따라 최적화된 관능기를 찾는 연구를 진행하였다.

본 연구에서는 경상대학교가 보유한 기기를 이용하여 고분자 분리막의 특성 평가를 진행하였으며, 다양한 기기를 이용해 분리막의 특성을 평가하였다. 분리 막의 표면 개질 정도와 막의 fouling에 대한 정보를 얻기 위해 zeta potential 측정기를 이용하였고, BET 비표면적 측정기를 이용해 막의 비표면적 및 기공크 기 분포를 측정하였다. 또한 Time-lag 장비를 이용해 특정 기체에 대한 분리막 의 solubility와 diffusivity를 측정하였으며, 산소투과도 측정기(OTR)과 수분투습 도 측정기(WVTR)를 이용해 일정시간 동안 막을 통과하는 산소와 수증기의 양을 측정하였다.

Thin-film composite membranes (TFCs) have dominated desalination markets for recent decades, but a higher water permeance is still necessary to reduce the energy consumption. Although most researches have focused on the ultrathin active layer of TFCs, the supports should also be considered to further enhance the membrane performances. In this study, TFCs were fabricated on PSf supports containing carbon nanotubes (CNT) by interfacial polymerization. CNT/PSf supports show rougher and more porous surface morphologies than those of bare PSf supports. Because of such surface characteristics, CNT/PSf supports were favorable to increase the roughness and surface area of TFCs. Consequently, TFCs prepared on CNT/PSf nanocomposite supports showed a 41% enhanced water permeance without losing its salt rejection compared to the bare TFCs.

고염도 용액에서 sodium alginate 파울링을 가압식 전량여과 조건에서 관찰하였다. NaCl 및 CaCl2를 이용하여 이온 강도를 0.6 M로 제조한 용액에 sodium alginate를 2, 20 그리고 50 mg/L 투여한 후 공극크기 0.1 μm의 친수 성 PVDF 멤브레인을 통해 0.2 bar의 정압 조건에서 여과하였다. Na 혹은 Ca에 의한 이온강도가 높은 경우 파울링은 감소하였으나, Na와 Ca가 모두 존재하는 경우 여과 초기 파울링이 급격히 증가하는 경향을 나타내으며, 이온 강도가 높 은 경우 sodium alginate 농도에 따른 파울링속도에는 큰 차이가 없었다.

Radioactive liquid waste has given soil & water pollution and further congenital defect to the humanity. With this regard, there are lots of interests in reducing concentration of radioactive material even if it is in low level (ppm). There are filtration driven by pressure such as ultra-filtration, nano-filtration, and reverse osmosis to separate radioactive liquid waste. Among them, Nano-Filtration membrane shows promising performance in both permeability and selectivity. Commercial nanofiltration membrane were applied to separate model solutions. Model seawater was desalinated to 6,100 ppm with flux of 90 L/ ㎡h. On the other hands, Model nuclides (Co, Cs, and Sr) solutions are separated from 10 ppm to 2 ppm, 0.23 ppm, and 0.13 ppm. Commercial nanofiltration membranes show the trade-off property between selectivity and flux.