Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)random copolymers have been perceived as alternatives to perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers owing to their cheap production cost and low hydrogen permeability. In spite of their advantages, there are some issues to overcome such as membrane durability and relatively low proton conductivity in the low humidity range. An approach to solve these problems is to fill SPAES copolymers into porous support films (e.g., poly(tetra fluoro ethylene), PTFE). However, it is difficult to make defect-free pore-filling membranes. In this study, SPAES nanodispersion in a water-alcohol mixture is made under a modified supercritical condition and used to make highly proton conductive and chemical durable SPAES-PTFE pore-filling membranes.

Lithium ion battery are one of representative rechargeable batteries with high energy density, tiny memory effect, and low self-discharge and composed of anode, cathode, electrolyte, and membrane separator. The importance of membrane separator has been improved further as electric vehicle market increases rapidly. The conventional membrane separators are based on polyolefin (e.g., polyethylene and/or polypropylene). In case of lithium ion battery with a high capacity, polyolefin membrane separators are suffering from low thermal resistance and easy short-circuit formation leading to overheating. For these reasons, in this study, gel polymers are in-situ synthesized in electrolytes used as solvent, which are located in pores of polyolefin separators to obtain gel polymer electrolyte-polyolefin reinforced membranes.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers such as Nafion® and 3M ionomers have been used as polymer electrolyte membrane materials for fuel cells owing to their excellent chemical inertness, and high proton conductivity. The membrane characteristics are highly affected by their fabrication history as well as chemical structure. It is important to choose appropriate solvents for membrane preparation, since a relatively low solubility of PFSA ionomers may result in fairly different morphological features, which influence the transport behavior of small molecules such as proton and water through the resulting membranes. In this study, PFSA membranes are prepared using a variety of solvents with different properties and their fundamental characteristics and morphologies are compared each other.

Salined water electrolysis is one of representative commercial processes to produce valued chemicals such as chlorine, hydrogen. The most important issue in the electrolysis is to reduce energy consumption. A plausible solution is to accelerate Na+ion transport through cation exchange membranes and to reduce interfacial resistance with electrodes. The conventional membrane materials are based on PFSAs such as Nafion®. In spite of their robust chemical resistance, there are several critical demerits including expensive production cost and difficult tuning capability. For this, a SPAES random copolymer-silica nanocomposite is used as a membrane matrix with a high ionic conductivity and radiation-grafted with a highly sulfonated poly(strylene) to provide a branched polymer architecture for improved interfacial characteristics.

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEFCs) are eco-friendly energy conversion systems to convert hydrogen directly into electricity via an electrocatalytic reaction. Representative membrane materials of PEFCs are Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers including Nafion® and 3M ionomers. In spite of high proton conductivity, it is difficult to apply PFSA free-standing membranes in real PEFC applications owing to their weak mechanical failures and thermo-chemical decomposition during PFEC operations, in addition to a relatively high production cost. In this study, Nafion nanodispersions in water-alcohol mixtures are fabricated using a supercritical fluid technique. The fundamental membrane characteristics are compared with those of counterpart membranes obtained from a commercially available Nafion emulsion.

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 등 에서 특히 중요한 분리공정 중의 하나이다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택 성을 나타내는 PEG가 함유된 폴리이미드 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR 스 펙트럼과 FT-IR 스펙트럼에서 PEG 특성 피크의 확인을 통하여 PEG가 도입되었 음을 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.

고분자 분리막은 연료전지, 정수 및 기체분리 등과 같은 여러 과학기술분야에서 핵심 요소로 각광받고 있다. 본 연구에서는 고분자 분리막을 제조와 특성평가를 실시하였다. Zeta potential, 전기영동이동도를 측정하여 전기적특성평가를 진행하였으며, Time lag를 통하여 특정 기체에 대한 분리막의 diffusivity와 solubility를 측정하였다. 분리막의 기공크기에 따른 분리와 이온의 흡착작용 등으로 수투과를 실시하여 water purity를 증가시켰다. 그리고 수분투습도 측정기 (WVTR)와 산소투과도 측정기(OTR)을 이용한 분석과 BET 비표면적 측정기를 이용한 고분자 시료의 비표면적 및 기공 크기분포 분석을 통한 특성평가가 이루어졌다.

아민 흡수제를 이용한 흡수 공정은 CO2 포집 기술 중 가장 널리 알려진 공정이지만, 커다란 규모의 장치와 높은 재생에너지를 필요로 하는 문제점이 제기되고 있다. 따라서 기존 흡수 공정보다 높은 효율을 달성할 수 있는 접촉 분리막 공정 연구가 주목받고 있다. 특히, 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용하여 장기 안정성을 확보하였으며, 이를 모듈화 하여 실험실 규모의 CO2 흡수 성능을 평가하였다.

PVDF Membrane has been used as material for the UF membrane through in-situ interfacial polymerization (IP) because of it’s outstanding properties such as high chemical resistance, thermal stability, and mechanical strength. In this study, surface morphology change of PVDF membrane was researched depending on evaporation time. 13% PVDF 6020 was used for casting and the evaporation time period was from 5s to 600s. The surface morphology of the membrane was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and filtration was conducted in the cross flow method to evaluate the a performance of UF membrane. As a result, average pore size was increased with longer evaporation times which caused the decrease of rejection.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련 산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 지지막 에 aliphatic amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면 중합하여 제조하였다. 제조한 분리막의 초기 유량 및 제거율은 25 GFD, 95 %의 결과를 나타냈으며, 내산성은 20일 동안 유지 하였다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

본 연구에서는 높은 제거성능을 가지는 분리막 개발하기 위해, 상전이법을 이용하여 이중구조의 중공사형 한외여과막을 제조하였다. 방사조건에서 에어갭, 내부응고제를 조절하여 중공사를 제조하였다. 분리막의 단면과 표면 모폴로지는 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 관찰 할 수 있었으며, 수투과도와 제 거성능 평가는 0.2cm2 의 테스트 모듈을 제작하여 각각 측정하였다. 50nm PS latex bead를 이용하여 분리막의 공칭공경을 측정하였다. 측정결과 50nm 이하의 공칭공경을 가지는 것을 확인 할 수 있었으며, 박테리아 제거성능은 우수한 것을 확인 하였다.

본 실험에서는 폴리프로필렌를 이용하여 중공사의 형태로 제조되었다. 권취속도를 달리하여 중공사막을 제조하였으며, 코어로는 질소를 사용하였다. 제조된 중공사는 만능재료시험기를 이용하여 응력과 변현율을 측정하였다. 그리고 시차 주사열량계(DSC)를 이용하여 각각의 샘플의 결정화도를 측정하였고, 권취속도와 어닐링 효과에 따른 결정화도의 거동을 조사하였다. 냉연신과 열연신을 거친 중 공사 분리막은 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 단면, 표면의 모폴로지를 관찰 하였다.

현재의 단백질 분리 공정들은 비용과 시간이 많이 들고 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해서 분리막을 이용한 방법들이 계속적으로 연구되고 있다. 먼저, 단백질 분리공정에는 단백질 크기에 따른 분리공정 과 pH에 따른 단백질 표면의 전하 차이를 이용한 분리 공정이 있다. 그 중에서도 본 연구는 유사한 크기의 단백질을 분리하기 위해 폴리술폰을 개질하여 전하를 부여하였으며, 상전환법을 이용하여 분리막을 제조하였고 제조된 분리막 표면의 Zeta potential을 측정하여 pH에 따른 표면의 전위차를 확인하였다. FT-IR 과 1HNMR을 이용하여 화학구조를 분석하였으며, UV Spectrometer를 이용하여 단백질의 농도를 측정하였다.

본 연구에서는 환경 친화적 재료를 제조할 목적으로 자연계에 풍부한 bacteri al cellulose를 지지체로 하여 이온교환 특성이 있는 acrylic acid 단량체를 자외선 그라프트 중합법으로 고정시켰다. 이 중합체를 중금속 흡착제로서 막분리 hy brid시스템에 적용하기 위해 모델 용질로 Pb에 대한 흡착거동을 조사하였고 이에 대한 흡착 등온식 및 Benaissa model과 Kurniawan model 속도식을 적용하여 해석하였다.

The hollow fiber membranes were prepared via hybrid process of the thermally induced phase separation(TIPS) and the non-solvent induced phase separation(NIPS). The spinning dope solution consisted of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) / dibutyl phthalate (DBP) / 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), where DBP was used as a diluent and NMP as a solvent for PVDF. Various bore fluids were tested different ratio solvent/diluent mixture. Depending on the miscibility of dope solution and internal coagulant the samples underwent the different phase separation mechanisms and rates. Phase separation mechanism study for various combinations were performed to support the interpretation of the membrane structure. Membrane characterizations were performed such as water flux, porosity, pore size, and mechanical strength.

본 연구에서는 최근 분리, 흡착과 같은 물리적인 수처리 공정이 중요해짐에 따라 Track-etched polycarbonate(PC) membrane이 친수성이며 균일한 기공크 기를 가지고 기계적 강도가 우수하다는 점을 이용하여 표면이 하전되어있는 입자를 포함한 콜로이드 용액의 제거능력에 대해 조사형 분리 특성을 파악하였다. 유화중합을 이용하여 각각 양전하, 음전하로 각각 하전된 균일하며 착색된 나노 입자(70 ~200nm)를 제조하고, SEM, DSC, FT-IR 및 제타 전위를 측정하여 라텍스의 특성을 파악하였다. 이후 PC membrane의 표면전하 및 기공크기와 입자의 표면전하 및 입자크기에 따른 수투과도 및 배제율을 조사하였다.

본 연구에서는 각기 다른 관능기를 가진 유기화된 무기입자를 sol-gel법을 이용해 제조하여 montorillonite가 가진 단점을 보완하였으며, 이를 sulfonated poly(arylene ether sulfone)(SPAES)고분자에 첨가해 복합막을 제막하였다. 제조 된 무기물은 사용한 실란화합물에 따라 상이한 색상 및 물성을 나타내었다. 최 종적으로 물리적 성능, 전기적 성능 등 복합막의 전반적인 물성변화를 나타내었으며 이에 따라 최적화된 관능기를 찾는 연구를 진행하였다.

Graphene is well-known as a perfect barrier because of its dense and delocalized cloud consisting of p-orbitals. However, graphene membrane synthesized by chemical vapor deposition (CVD) intrinsically contains structural defects (e.q., grain boundaries and point defects), which allow any small molecules to penetrate through the defective graphene membrane. Here we prepared polycrystalline graphene membranes including such defects, and investigated the gas transport behavior through the graphene membrane. Also, we compared the gas permeation behavior (or barrier properties) of large-area, single crystalline graphene membrane without any structural defects.

Recently, graphene oxide (GO) has been extensively investigated for gas and liquid separation because thin-film GO membranes show quite interesting separation performance. However, even GO membranes exhibit relatively low gas permeability due to high tortuosity caused by high aspect ratio of GO. Normally, the size of GO is in the range from a few hundred nanometers to a few micrometers, so inherent gas permeability would be very varied. For practical applications of GO membranes, the gas permeability should be improved. As such, in this study, we have modified the pristine GO sheets to reduce the gas permeation pathway, with maintaining GO’s excellent gas separation properties. This study will provide a further insight on how such two-dimensional nanosheets can be used for membrane applications, competing with existing membrane materials.

Graphene oxide (GO) has received a lot of attention in membrane science for its CO2-philic nature, which can facilitate CO2 separation performance. In addition, GO has attractive properties for gas separation membrane material due to thin-film membrane formation and tunable transport channel. GO membrane can be generally prepared by coating GO nanosheets on microporous polymer supports for mechanical stability. However, the substrates for in thin GO layer should be carefully chosen for good adhesion between GO layer and support surface with maintaining good separation performance. In this study, we tried to modify the surface properties of high permeable support membranes by using gutter layer as an intermediate layer, and measured the gas transport properties of these GO thin-film composite membranes.