증류에 의한 올레핀/파라핀 분리는 끓는점이 유사하여 에너지 소모가 높기 때문에, 분리막을 이용한 연구가 많이 진행 중이다. 특히 CMS 분리막은 sieving separation에 의한 투과/분리 성능이 우수하다. 따라서 본 연구에서는 중공사형 α-alumina 지지체에 γ-alumina 중간층을 형성한 후 Matrimid로 코팅하여 열분해함으로써 높은 기계적 강도와 충진 밀도를 갖는 중공사형 CMS 복합막을 제조하였다. 제조된 CMS 분리막은 20 - 35 GPU 프로필렌 투과도와 10 이상의 프로필렌/프로판 분리도를 보였다. 이 연구는 2014년 정부(미래창조과학부)의 재원으로 국가과학 기술연구회 융합연구단 사업(No. CRC-14-01-KRICT)의 지원을 받아 수행된 연구입니다.

최근 온실가스로 인해 기후 이상현상이 급증하면서 이산화탄소 분리 및 포집기술에 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 합성여부는 H-NMR 및 FT-IR 분석을 통해 확인되었다. 도입된 PEG 분자량에 따른 기체 분리 특성 및 열적, 물리적 특성이 평가되었다. 도입된 PEG의 분자량이 증가할수록 이산화탄소 투과도와 CO2/N2 선택도가 증가하는 것을 확인 하였다.

The CO2 separation membranes based on a graft copolymer consisting of hydrophobic poly(ethylene-alt-maleic anhydride) (PEMA) backbone and hydrophilic poly(propylene glycol) PPG side chains were fabricated by a facile one-pot process. The reaction between O-(2-aminopropyl)-O’-(2-methoxyethyl) polypropylene glycol (AMPPG) and PEMA was conducted in butanol at room-temperature. Without any post-treatment, the as-synthesized PEMA-g-PPG solution could be directly coated onto a microporous polysulfone support to fabricate thin-film composite membranes. The PEMA-g-PPG membrane exhibited high selectivity (82.6 for CO2/N2 and 26.8 for CO2/CH4) and good CO2 permeability (99.1 Barrer), which is a close value to the upper boundary limit (2008). The PEMA-g-PPG membrane could be commercially feasible owing to simple, inexpensive and scalable process.

Graphene-based derivatives such as graphene oxide(GO) have great potential as membrane material due to their controllable d-spacing, extremely large surface area and tunability of multifunctional groups. GO, highly oxidized graphene, has especially good affinity to CO2 arose from its oxide functional groups(e.g. carboxylic acid, hydroxyl groups) on 2-D nanosheet plane. Here, we synthesized GO/polymer composite materials and fabricated large-area thin film composite(TFC) membrane for CO2 separation using polymeric porous support. Further, we have produced flat-sheet membrane modules with the TFC membranes and tested the performance of the module under CO2/N2 mixed gas and flue gas conditions. The membrane module exhibited high CO2 separation performance as 74% of purity and 22% of recovery under flue gas condition including CO2, O2 and N2.

분리막을 이용한 기체 투과 특성은 이산화탄소 분리성능이 탁월하다. 복합막제조에 앞서 Si-PEG를 합성한 뒤, 1H-NMR, GPC, FT-IR등을 이용하여 합성을 확인하고 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter을 이용하여 기체투과 성능을 측정하였다. 코팅제는 Isocyanate와 합성한 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 제조한 기체투과 복합막은 3um 이하로 고른 분포를 보이고, 50GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅제의 조성을 다양하게 변화하여 각각의 (N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인 하였다.

Thin-film nanocomposite (TFN) reverse osmosis (RO) membranes have drawn keen attention to overcome the limitations in polymeric desalination membranes. However, preparation of TFN-RO membranes using conventional protocol involves problems such as a waste of expensive nanomaterials and inaccurate control of loading amount. In this work, we suggest a new protocol of TFN-RO membranes through pre-adsorption of carbon nanotubes (CNTs) on the support layer using spray coating. SEM images of spray coated supports showed well-dispersed adsorption of CNTs compared with those using conventional method. RO performances of TFN membranes using spray coating were comparable to conventionally prepared membranes. Thus, this new protocol is useful to prepare TFN membranes in terms of cost-efficiency.

Piezodialysis involves the preferential permeation of ions over water molecules through charge mosaic membranes (CMM). This energy-efficient process incites interest as an alternative route to water desalination. But the development of effective CMMs remains a challenge due to their difficult fabrication. Herein, preparation of the positive and negative domains of a CMM were optimized. Negative poly(sodium styrene sulfonate) was blended in poly(vinyl alcohol) matrix, same as that of the positive poly(diallyldimethyl ammonium chloride). Results reveal that a balance between the two domains is critical for the CMM to achieve high salt enrichment and mechanical stability. This work was supported by NRF funded by the Korea government (MSIP) (No. 2017R1A2B2002109) and Basic Science Research Program of Ministry of Education (2009-0093816).

최근, 전세계적으로 물 부족 현상과 지역개발 및 산업 고도화, 인구증가와 함께 물 수요는 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 해수담수화 방법이 있다. 해수 담수화의 많은 방법 중 이온 교환막을 이용한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 Anion exchange resin을 대체할 수 있는 물질로 Polystyrene Latex입자를 제조 하였다. 제조된 입자에 chloromethylation과 amination을 통해 –NH3+, -NR3+, -PR3+, -SR2+등의 관능기를 도입하였으며, 제조된 입자와 고분자를 합하여 하이브리드 막 제조를 하였다. 특성평가로는 SEM, TGA, DSC, FT-IR, IEC Value를 통한 측정을 진행하였다.

세라믹 중공사형 분리막은 열적, 화학적 안정성, 내구성이 우수하며 packing density를 증가 시킬 수 있어 수처리용 분리막으로 적합하다. 중공사형 세라믹분리막은 보통 상전이법에 의해 제조하지만, 생산 속도 및 세라믹 함량 제한이라는 기술적 한계를 갖는다. 뿐만 아니라 세라믹 소재가 갖는 특성인 취성으로 인해 scale-up의 한계가 있는 것으로 보고되었으며 이를 해결하기 위해 고강도 세라믹 중공사형 분리막의 제조가 요구되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 제막 방식인 상전이-압출 공정을 통해 생산속도를 높여 세라믹 분리막의 대량 생산에 적합할 것으로 사료되며, 제조 용액 내세라믹 분말의 함량 증가 및 소결 조건을 통해 고강도 세라믹 중공사형 분리막을 제조 할 수 있었다.

제련 과정 중 발생하는 폐황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 공정수에서 희소금속 회수가 처리기술 부족으로 중화되어 폐기되고 있는 실정이다. 일반적으로 습식제련공정에서의 모액(침출액)은 황산(10~15%) 용액 상태이며, 모액중의 유가금속 (Cu, Zn 등) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있다. 희소금속은 첨단소재로서의 가치가 높고 수요가 급증하고 있으나 공정수에서 희소금속 처리 기술 부족으로 폐 황산 속 희소금속은 중화되어 폐기되고 있다. 희소금속 처리기술로서 분리막 공정을 희소금속 회수에 적용하면 효율적인 분리/농축을 가능하게 하여 경제적인 이점이 있다. 본 연구에서는 내산성이 뛰어난 방향족 모노머인 메타페닐렌디아민과 파라페닐렌디아민, 지방족 아민모노머인 피페라진와 블렌딩하여 계면중합을 실시하고 물성을 평가한다. 그리고 제조된 분리막의 내산성을 평가하기 위하여 15 wt% 황산용액에 침지한 후 투과성능을 측정하였다.

제련 산업 공정에서 다량 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 분리 및 회수 기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 PSf 지지막 위에 amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 확인하였다.

본 연구에서는 다공성 PAN(Polyacrylonitrile) 중공사 분리막을 지지체로 이용하여 계면중합반응을 통해 나노여과막을 제조하였다. 지지체로는 PAN을 사용하였으며 수용상으로는 피페라진으로 중공사 분리막 내부에 코팅한 후 유기상인 TMC와 반응하여 계면중합이 일어나도록 진행하였다. 지지체로 사용된 UF 중공사 분리막은 분획분자량 10,000, 30,000, 100,000Da를 각각 사용하였으며 피페라진(Piperazine) 농도를 0.1%, 02%, 0.3%, TMC(Trimesoyl Chloride)의 농도를 0.05%, 0.1%, 0.2%로 변화시켜 제조 하여 5bar에서의 수투과도(LMH)와 MgSO4 2000ppm, Na2SO4 2000ppm, NaCl 500ppm 수용액으로부터 염배제율(Rejection, %)을 확인하였다.

정밀여과막 제조에 있어 폴리술폰 고분자 용액에 술폰산기를 가지는 폴리술폰(s-PSF)의 첨가가 분리막의 구조 및 투과 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 정밀여과 고분자 분리막은 폴리술폰/아프로틱 용매계/폴리비닐피롤리돈/2-부톡시에탄올을 함유하는 고분자 용액을 이용하여 캐스팅 한 후 물에 침지하여 제조하였다. 캐스팅 공정은 증기유도 상전이와 용매-비용매 상전이 공정 시간을 조정하여 비대칭 구조가 발달된 정밀 여과막을 얻을 수 있었다. DMF 단일용매와 NMP/DMAc 혼합용매계 두 가지 용매 조건에 대한 제막 결과를 비교하여 살펴보았다. 비대칭성이 나타나며 유량 향상을 보인 용매는 DMF 단일용매로 s-PSF 함량 1.53wt%이었으며 14,475(L/m²hr)의 유량과 0.246㎛의 평균기공을 나타내었다.

본 연구에서는 혼합기체 투과 시 높은 CO2 선택도 특성을 가지는 분리막을 제조하기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane(POSS)와 Polyethylene glycol(PEG)의 추가적인 합성을 진행하여 POSS-PEG를 얻었다. 또한 투과도와 선택도를 향상시키기 위해 POSS-PEG를 용매에 희석시켜 추가적인 코팅을 진행하여 복합막을 제조하였다. 특성평가 진행은 POSS-PEG Film의 기체투과 특성을 측정하기 위해 Time lag를 사용하였으며, N2, O2, CO2를 혼합한 혼합기체에 대한 특성평가는 Bubble flowmeter와 Gas chromatography를 이용하여 진행하였다.

현재 상용 고분자들 중 폴리벤즈이미다졸(PBI)은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 내열성과 내화학성이 우수하다고 알려져 있다. 또한, 해당 고분자는 기계적 물성 및 화학적 물성 또한 우수하여 재료공학, 나노공학, 광학 이외에도 다양한 분야에 활용되고 있다. 본 연구는 용매-비용매 상전이법을 이용하여 폴리벤즈이미다졸 분리막을 제조하였고, 제조 시 다양한 조건들을 변화시켜 나타나는 모폴로지를 관찰하여 모폴로지 조절이 가능한 폴리벤즈이미다졸 분리막을 제조하였다. 용매와 조용매는 각각 DMAc와 THF를 사용하였고 나이프캐스팅법을 통하여 분리막을 제조하였다. 모폴로지는 주사전자현미경(SEM)을 통해 표면과 단면을 관찰하여 확인하였다.

본 연구에서는 clay를 고분자와 복합하여 전기방사법을 이용해 나노섬유 복합막을 제조하였다. 다양한 친·소수성 고분자에 균일하게 clay를 nanofiller로 첨가함으로서 일반적으로 나노섬유 자체가 보여주는 취약한 물리적 기계적 특성을 증가시켜 수처리 막으로의 활용 가능성을 확인하였다. 그리고 고분자와 clay간의 interaction이 제조된 복합막들의 특성에 어떤 영향을 나타내는지 고찰해보았다. 이러한 결과를 바탕으로 nanofiller를 활용한 다양한 나노섬유 복합막의 제조 및 나노섬유의 물리적 특성을 보완 하는 연구의 기초자료로 활용할 수 있을 것이라 생각된다.

내열성이 우수한 polystyrene(PS)를 혈액투석용 분리막으로 사용하기 위해 생체적합성이 우수한 고분자를 블랜딩하여 나노파이버 혈액투석막을 제조하였다. 제조된 PS nanofiber mambrane은 직경(fiber meter), 표면특성, 기공크기 분석을 통해 혈액투석용 분리막으로 최적화하였다. PS nanofiber membrane을 음이온 및 친수성 고분자 용액으로 화학적 개질하여 혈액투석막의 효율을 향상시키고자 하였다. 개질 용액의 음이온기는 혈액 속 단백질 흡착을 저지시켜 내오염성을 향상시켰으며 친수성기는 혈액 속 과잉수분 및 염분을 제거하였다.

최근 먹는물 수질 기준 강화에 따라 정수처리시설에 고분자 나노여과(Nanofilatration, NF)막이 도입되고 있으나, 화학 세정으로 인한 막의 주기적인 교체가 불가피하다. 반면, 세라믹 막은 강한 물리/화학적 내구성을 지니고 있으나, NF막 제조 기술의 한계로 상용화되지 못하고 있다. 연구에서는 알루미나-지르코니아 나노물질을 여과코팅 방법으로 세라믹 막의 평균 공극 크기를 감소시켰고, SEM-EDX, 분획분자량, 자연유기물, 염(CaCl2) 제거를 통해 막의 특성 변화를 분석하였다. 제조된 막은 분획분자량이 400 Da.이고, Suwannee river 자연유기물과 염의 제거율이 각각 92%와 58%였다. 이취미 물질인 지오스민 제거평가 결과, 실험조건에서 65%의 지오스민이 제거됨을 확인하였다.

We report on a unique fabrication technique, DSC for high performance PA TFC RO membranes. DSC allows the simultaneous and continuous spreading of two reactive monomer solutions to create an unsupported PA layer, which is then adhered onto a porous support to form a membrane. DSC facilitates the characterization of the PA layer structure by easily isolating it. The DSC-PA layer exhibits a thinner and smoother structure with a more wettable and less negatively charged surface than one prepared via conventional interfacial polymerization (IP). DSC enables the formation of an extremely thin (~9 nm) and dense PA layer using a very low MPD concentration, which is not feasible by conventional IP. Importantly, the DSC-assembled membrane shows the excellent water flux and NaCl rejection, exceeding both the IP control and commercial RO membranes.

Hemodialysis membrane was prepared with polyamide6 via electrospinning technology for portable or wearable hemodialysis machine. Polyamide6 polymer solution was formed nanofiber membrane with fiber diameter of 72 ㎚, pore size 140 ㎚. Polyamide6 nanofiber membrane was chemically modified to enhance hemodialysis performance. Modified polyamide6 membrane showed an excellent hemodialysis performance and antifouling resistance against protein supplements by the esterification and crosslinking reaction.