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.

본 연구는 수중 비소제거를 위해 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF와 복합화하여 전기방사법으로 제조하였다. TEM에서 산화물은 철이 망간을 감싼 형태이다. 인장강도는 PMF10이 PVdF보 다 2배 증가하였고 기공크기는 PVdF보다 작아지는 것이 확인되었다. 비소제거 실험에서 산화물은 As(Ⅲ)제거율이 80%이상 나왔고, As(V)도 제거되 었다. As(Ⅲ) 제거율은 PMF01이 30%로 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 따라 서 이산화물은 나노섬유와 복합화를 통해 수처리 필터소재에 대한 기초연구에 활용될 것으로 기대된다.

수처리 공정에 대한 관심도가 매우 높음에 따라 본 연구에서는 이온교환막에 사용되는 이온교환수지를 대신할 물질로 이온그룹을 도입한 입자를 제조하였다. 기존의 이온교환 수지보다 나노 단위의 입자가 표면적으로 증가시켜 더 높은 이온교환능이 기대된다. 양이온은 –NH3 +,-NR3 +,-PR3 +,-SR2 +등의 관능기를 그리고 음이온은 -SO3 -,-COO-,-PO3 -,-C6H4O-등의 관능기를 도입한 단분산된 나노크기의 입자를 제조하여 각각 양전하와 음전하로 높게 하전시킬 수 있다. 입자들에 대해 제타전위를 측정하고, IEC, FT-SEM 및 FR-IR을 측정하여 특성평가를 진행하였다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 효율 적/경제적으로 회수하기 위해 부식 억제 특성을 가진 지방족 아민(Aliphatic Amine)를 첨가제로 사용하여 내산성이 향상된 복합 NF 분리막을 제조하고자 한다. 지방족 아민를 첨가한 내산성 NF 분리막은 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였고 제조한 내산성 NF 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행한 결과를 flux와 rejection을 통해 확인하였다. 또한 XPS, FE-SEM, ATR-FTIR 등을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

PVDF(Polyvinylidene fluoride)는 물리⋅화학적 물성이 우수하지만 극소수성을 띠어 유기물에 의한 오염이 쉽다. 따라서 본 연구에서는 친수성기를 가진 기능성 말단기가 부착된 탄소나노튜브 (MWCNT)를 첨가하여 PVDF막의 친수성 증가를 통하여 수투과도 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. 초음파를 통하여 MWCNT를 분산시킨 후 상전이 공정으로 분리막을 제조하였으며, 말단기의 종류 및 농도차이에 따른 성능 변화를 확인해 보았다. 그 결과, PVDF-ODA MWCNT막이 PVDF막 보다 수투과도가 2배 이상 향상되었으며, 내오염성도 우수 하였다. 제조된 분리막의 특성은 SEM, FT-IR, XRD를 이용하여 분석하였다.

In this study investigated a facile method to prepare modified hydrophilic polypropylene-grafted-maleic anhydride/polyamide 6 (PP-grafted-MAH/PA6), poly(methyl methacrylate) (PMMA) substrate and polyvinyl alcohol-chitosan (PVA-Chitosan) nanofiber membranes for selective urea and excess water flux under various conditions. Fiber diameters and pore sizes were controlled via electrodeposition spinning. The prepared membranes were applied to blood-dialysis membrane, such and a high water and urea flux of 150-250 mg/g membranes were found under the defined optimum conditions. Smaller fiber diameter with a mesopore density increased the efficiency of urea and water flux in blood. In the as-prepared smart membranes showed high flux capacity and selectivity, and promising demonstration.

Capacitive deionization (CDI) is one of the promising desalination processes. It consumes relatively small energy for operation compared with other competing processes such as reverse osmosis. Additionally, it does not produce any secondary wastes for a re-use. Comparing to the conventional CDI, membrane-CDI (MCDI) which uses porous carbon electrodes together with ion-exchange membranes (IEMs) has gained great interests due to the higher ion selectivity and removal efficiency. In this work, we have developed a pore-filled IEMs (PFIEMs) for the applications to cost and energy efficient CDI processes. As a result, they were shown to possess excellent electrochemical and mechanical properties. Their electrochemical characteristics have also been optimized for the successful applications to MCDI processes. (NRF-2015H1C1A1034436)(MOTIE-No. 10047796)

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 확인 할 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/min 으로 높은 값을 나타내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6 의 값의 높은 수치를 보였다.

전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 그리고 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이온교환막이 있으며 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 그리고 모듈의 성능을 결정하는 인자로는 이온교환수지의 균질한 크기 분포도가 있다. 이러한 점들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 bipolar형태의 막으로 만든 electroadsorption- deionization(EAD) 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 현재 생산 되고 있는 모듈보다 높은 이온교환능력을 가지며 바인더 역할을 할 수 있는 고 무상의 고분자를 합성하고 이온교환수지대신 이온교환능을 가진 nano particle을 이용하여 복합막을 제조하였다.

Salined water electrolysis is an electrochemical reaction to produce chlorine gas and sodium hydroxide as major products from salined water. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers and their derivatives have been usually used as polymeric electrolytes with high sodium ion selectivity and barrier property to chlorine and hydrogen gases. In spite of their industrial importance, there is little information on the relationship of their chemical features and electrochemical performances. In this study, membrane requirements for salined water electrolysis are described and fundamental and electrochemical characteristics of PFSA and hydrocarbon ionomer materials are compared each other. The obtained results are expected to provide membrane material design factors for low energy-consuming salined water electrolysis.

In this study, ultra-fine soft-magnetic micro-powders are prepared by high-pressure gas atomization of an Fe-based alloy, Fe-Hf-B-Nb-P-C. Spherical powders are successfully obtained by disintegration of the alloy melts under high-pressure He or N2 gas. The mean particle diameter of the obtained powders is 25.7 μm and 42.1 μm for He and N2 gas, respectively. Their crystallographic structure is confirmed to be amorphous throughout the interior when the particle diameter is less than 45 μm. The prepared powders show excellent soft magnetic properties with a saturation magnetization of 164.5 emu/g and a coercivity of 9.0 Oe. Finally, a toroidal core is fabricated for measuring the magnetic permeability, and a μr of up to 78.5 is obtained. It is strongly believed that soft magnetic powders prepared by gas atomization will be beneficial in the fabrication of high-performance devices, including inductors and motors.

A thick film of Li7La3Zr2O12 (LLZO) solid-state electrolyte is fabricated using the tape casting process and is compared to a bulk specimen in terms of the density, microstructure, and ion conductivity. The final thickness of LLZO film after sintering is 240 μm which is stacked up with four sheets of LLZO green films including polymeric binders. The relative density of the LLZO film is 83%, which is almost the same as that of the bulk specimen. The ion conductivity of a LLZO thick film is 2.81 × 10−4 S/cm, which is also similar to that of the bulk specimen, 2.54 × 10−4 S/ cm. However, the microstructure shows a large difference in the grain size between the thick film and the bulk specimen. Although the grain boundary area is different between the thick film and the bulk specimen, the fact that both the ion conductivities are very similar means that no secondary phase exists at the grain boundary, which is thought to originate from nonstoichiometry or contamination.

This study investigates the thermal shock property of a polycrystalline diamond compact (PDC) produced by a high-pressure, high-temperature (HPHT) sintering process. Three kinds of PDCs are manufactured by the HPHT sintering process using different particle sizes of the initial diamond powders: 8-16 μm (D50 = 4.3 μm), 10-20 μm (D50 = 6.92 μm), and 12-22 μm (D50 = 8.94 μm). The microstructure observation results for the manufactured PDCs reveal that elemental Co and W are present along the interface of the diamond particles. The fractions of Co and WC in the PDC increase as the initial particle size decreases. The manufactured PDCs are subjected to thermal shock tests at two temperatures of 780oC and 830oC. The results reveal that the PDC with a smaller particle size of diamond easily produces microscale thermal cracks. This is mainly because of the abundant presence of Co and WC phases along the diamond interface and the easy formation of Co-based (CoO, Co3O4) and W-based (WO2) oxides in the PDC using smaller diamond particles. The microstructural factors for controlling the thermal shock property of PDC material are also discussed.