본 연구에서는 이산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 기체분리용 고분자 분리막을 제조하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG)계 공중합체를 제조하였다. 우수 한 기계적, 열적, 화학적 특성을 가지는 폴리술폰계, 폴리이미드계 고분자에 폴리에틸렌글리콜을 도입하여 보다 우수한 이산화탄소 선택성을 가지는 분리막을 제조하고자 하였다. 또한 보다 높은 투과성능을 가지는 분리막을 제조하기 위하여 높은 자유체적을 가지는 카도비스페닐플루오렌 및 Durene을 도입하였다. NMR, FT-IR로 화학적 구조를 확인하였고 TGA 및 DSC로 열적 특성, WAXD로 결정화도를 평가하였다. 또한 CO2, O2, N2, CH4의 기체 투과도 역시 측정하였다. 측정에 사용 된 기체는 모두 순수 기체를 사용하였다.

가교(cross-link)는 사슬 내 외부의 유동성 감소 및 사슬 간격 변화, 내화학성, 내가소성, 선택도 등 기체분리막의 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 개질 방법 중 하나이다. 본 연구는 선형의 지방족 가교제를 도입하여 폴리이미드 분리 막을 제조하였고 기존 폴리이미드 분리막이 가지고 있는 기체 분리 성능보다 더욱 향상시키고자 하였다. 가교 후 지방족 가교제의 분해와 주쇄의 이미드 고리의 풀림으로 인해 가교 전 보다 열분해 온도는 감소함을 확인하였다. 또한, 가교제의 사슬길이, 가교도와는 관계없이 가교 후 기체의 확산 감소로 인한 투 과도가 감소하는 것을 확인하였다. 기체분리특성은 CH4, N2, O2, CO2에 대한 단 일 기체로 측정하였으며 CO2/CH4, O2/N2 선택도는 가교 전보다 후가 더욱 향상 된 결과를 나타내었다.

Thermally rearranged polybenzoxazole (TR-PBO) membranes has a excellent gas separation properties due to its high fractional free volume and suitable cavity size.1) Furthermore, thermally rearranged poly(benzoxazole-co-imide) (TR-PBOI) materials show the improved mechanical strength and gas separation properties.2) In this study, TR-PBOI asymmetric hollow fiber membranes was fabricated via NIPS method. In detail, the influence of co-solvent system and polymeric additives with various molecular weight on gas separation performance was observed. For further performance optimization, dope & bore flow rate and coagulation temperature were controlled.3) The characterization on membranes was conducted by FE-SEM, pure and mixed gas permeation test with micro-GC system.

최근 온실가스로 인해 기후 이상현상이 급증하면서 이산화탄소 분리 및 포집 기술에 관한 관심이집중 되고 있다. 본 연구에서는 이산화탄소 분리를 위한 고분자 분리막 재료로 극성 기체인 CO2에 대한 높은 용해선택도를 보이는 polyethylene glycol(PEG)와 폴리설폰 공중합체를 제조하였다. 공중합체의 합성 여부는 H-NMR 및 FT-IR 분석을 통해 확인되었다. 도입된 PEG 분자량에 따른 기체 분리 특성 및 열적, 물리적 특성이 평가되었다. 도입된 PEG의 분자량이 증 가할수록 이산화탄소 투과도와 CO2/N2 선택도가 증가하는 것을 확인 하였다.

고분자 분리막을 통한 기체 분리는 기체의 용해 및 확산으로 진행되며 따라서 기체 분리 성능은 기체의 용해도 또는 확산도에 좌우된다. 이에 이산화탄소와 같은 극성 기체의 용해도를 향상시키기 위해 acylation, bromination, sulfonation과 같은 화학적 개질을 통한 연구들이 진행되었으며 또한 술폰산기 를 가지는 고분자에 금속이온을 치환시켜 이산화탄소 선택도를 증가시킨 연구가 보고되었다. 본 연구에서는 biphenol기와 fluorene기를 가지는 Sulfonated Poly(arylene ehter sulfone) (SPAES) 고분자 분리막을 제조하였으며 술폰화 정 도와 치환된 극성 그룹의 종류에 따른 기체투과특성을 알아보고자 하였다.

본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이며 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합 막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter로 기체투과 성능을 조사하였다. 코팅제 는 Isocyanate와 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 코팅층은 3 um 이하로 고른 분포를 보이고, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도 는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하게 하여 각각의 기체 (N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인 하였다.

탄소나노튜브(MWCNT)는 그 구조적 특징에 따라 열적, 기계적 안정성이 우수하며 고분자 매트릭스 내에 소량만 첨가하여도 향상된 물성을 얻을 수 있다. 그러나 탄소나노튜브를 고분자 복합체에 응용 시 분산이 필수적으로 요구되기 때문에 전처리 기술이 필요하다. 본 연구에서는 PEO 막의 CO2 투과도 향상을 위해 PEO/EVA 혼합물에 산처리를 통해 표면에 친수성기가 도입된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT-COOH)를 첨가하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 혼성막의 특성을 FT-IR, TGA, SEM 분석으로 확인하였다.

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 이용 시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan을 사용해 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

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 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.

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 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.

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.

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.

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.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우 수한 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 폴리에 틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 이에 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 확인 하였다.

Graphene oxide (GO) is an intriguing two-dimensional nanosheet, a highly oxidized graphene sheet. Due to its various oxygen-containing polar functional groups, graphene oxide shows high CO2 sorption properties, and also thin-film GO membranes exhibit good CO2 separation properties, particularly in the presence of water molecules. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes, in the form of mixed-matrix membranes, to expect the synergistic effect of GO and polymer matrix. Here, we prepared novel GO/polymer membranes via crosslinking reactions between polar groups on basal plane of GO and bi-functional crosslinking agents, and then conducted the gas permeation measurements to see the possible enhancement for permeability/selectivity performance.

Carbon nanomaterials such as graphene and its derivatives can be used for membrane applications due to its scalable area and one-atom-thickness, if pores or channels can be well-engineered. Particularly, graphene oxide (GO), a highly oxidized graphene sheet, shows promising membrane building block for gas separation as well as liquid separation. Due to its various polar groups, GO-based membranes also show good candidate for CO2 separation. In this regard, we tried to prepare large-scale GO-based, thin-film composite membrane for post-combustion CO2 capture, and also fabricated membrane modules (e.g., spiral wound membrane or plate-and-frame modules) to apply for real flue gas separation. In this study, the separation performance of two kinds of membrane modules will be compared in terms of gas permeance, selectivity, and pressure drop.

While commercial polystyrene-based ion exchange membranes have simple manufacturing processes, they also possess the poor durability due to their brittleness. Poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate with hydrophilic side chain of poly(ethylene glycol) (PEG) was used as a co-monomer to make the membranes have improved flexibility. Hydrophilicity/hydrophobicity of the anion exchange membrane was able to be adjusted by varying the chain lengths of the PEG. For the preparation of the anion exchange membranes, a porous PE substrate was immersed into monomer solutions and thermally polymerized. The prepared membranes were then subsequently post-aminated using trimethylamine. The prepared pore-filled anion exchange membranes were evaluated in terms of ion exchange capacity, electric resistance and water uptake.

염석효과를 바탕으로 가압법과 상전이를 이용하여 복합막을 제조하였다. 수용 성을 띄는 고분자 폴리스티렌설폰산(poly(styrene sulfonic acid)과 폴리에틸렌이 민(polyethylene imine)을 사용하였으며, 질산마그네슘의 첨가로 생긴 고분자입 자들을 다공성 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylylidene –fluoride) 막 표면에 가압하는 방식으로 기공 내부로 들어가게 하여 막을 제조하였다. 제조된 막은 가정용 정수기에 대한 적용 가능성을 확인하고자 100ppm의 NaCl용액에 대해 4 bar하에서 배제율과 투과도를 측정하였다. PSSA 4 min, PEI 2 min 동안 코팅 한 2중층 복합막에 대해 배제율 81.7%, 투과도 148.3 LMH의 결과값을 얻을 수 있었다.