극성 기체인 CO2를 분리하기 위해 UiO-66과 PVC-g_POEM을 사용하여 Membrane을 만들었다. UiO-66(MOFs)는 높은 수분 안정성뿐 아니라, 강산 및 강염기 수용액 하에서도 안정된 구조를 유지한다. 또한 다양한 용매에 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 PVC-g-POEM 고분자 매트릭스에 높은 비표면적을 갖는 UiO-66 입자를 분산하여 Mixed Matrix Membrane을 제조하였다. 분리막 두께에 변화시키며, 다양한 이성분계 혼합기체에 대한 투과 실험을 실시하였다. 합성된 MMM의 결정상은 XRD로, 두께 및 표면 등은 SEM을 통해 분석하였으며, 기체 투과 실험에서 투과된 기체의 조성은 GC를 이용하여 분석하였다.

PEBAX[poly(ether-block-amide)는 열가소성인 탄소체로 부드럽고 유연한 폴리에테르와 단단한 폴리아마이드의 블록으로 이루어졌다. 두 compounds는 기체 분리막에 있어 필수적인 특성을 가지고 있다. 폴리에테르는 높은 투과도를 제공하고 폴리아마이드는 기계적 강도가 좋고 기체 선택성도 우수하다. GO(Graphene oxide)는 흑연으로부터 제조하여 재료의 습득이 용이할 뿐 아니라 기체투과에 선택적 배리어로서 작용한다. 본 연구에서는 GO에 열을 가한 뒤, 함량을 달리한 PEBAX-GO 복합막을 제조하고, 제조된 막의 물리화학적 특성, 기체투과도, 선택성에 대해 연구하였다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 막 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성 을 가지고 있다. 하지만 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있기 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 고무상 고분자인 폴리에틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 본 연구에서는 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI과 PEG를 공중합 시켜 높은 물성과 이산화탄소 분리성능을 가지는 분리막을 제조하였다.

본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 위해 Poly(ethylene glycol)로 개질된 Graft copolymer로 film을 제조 하였다. 높은 기체 선택성을 가져 분리막으로 널리 사용되는 Polysulfone을 클로로메틸화하고, 구조적으로 이산화탄소에 높은 친화성을 가지는 Poly(ethylene glycol)을 사용하였다. 분자량이 5000인 Poly ethylene glycol을 사용하였고 합성된 공중합체는 TGA와 DSC로 고분자의 열적특성을 확인하고 FT-IR 과 1H-NMR을 이용하여 화학구조를 분석하였다. Time lag 기계를 사용하여 Film의 기체투과 성능을 조사하였으며, Poly(ethylene glycol)의 분자량에 따른 효과를 알아보았다.

본 연구에서는 bulky하면서 큰 자유체적을 가지는 플루오렌기를 도입하여 새로운 폴리술폰(PSf)고분자를 합성하고 해당 고분자에 PEG를 공중합시켜 분리막을 제조하였다. PEG 특성 피크 (2950 cm−1,1110cm−1)의 확인을 통해 PEG가 도입을 확인하였으며. PSf-PEG 분리막이 단일 유리전이온도를 가지는 것을 확인 하였다. 분자량 6000 PEG가 10 mol%가 포함된 PSf-PEG분리막에서만 60 °C 부근에서 용융점이 나타났다. PSf-PEG 분리막의 CO2기체투과도는 PEG함량에 따라 감소하는 거동을 보였지만 CO2/N2선택도는 증가하는 경향을 보였다. 비슷한 함량에서 PEG의 분자량이 증가함에 따라 CO2투과도는 증가하는 경향을 보였다.

가교는 사슬 간격과 사슬 내 외부의 유동성을 감소시켜 분리막의 선택도, 내화학성 등을 증가시키는 것 과 같이 기체분리막의 성능을 향상시키기 위한 여러 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 지방족 가교제 중 선형가교제를 사용하여 폴리이미드 분리막의 기체 분리 성능을 높이고자 하였고, 선형가교제의 알킬 길이에 따른 영향 또한 비교 분석 하였다. 가교 여부는 이미드 그룹의 특성피크 증가와 이미드 그룹의 특성피크 감소를 통해 확인하였다. 기체분리특성은 CH4, N2, O2, CO2 단일 기체에 대해서 측정하였으며 가교제 및 가교도에 관계없이 가교 후 기체의 확산 감소로 인해 네 기체 모두 투과도가 감소하였다. 반면 CO2/CH4, O2/N2 기체상의 선택도는 가교 전보다 향상된 결과를 나타내는 것을 확인하였다.

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

막 접초기용 최적의 중공사막을 탐색하기 위하여 기공구조 및 기공도를 제어하여 중공사막을 상전이법으로 제조하였다. 상전이법으로 제조한 중공사막의 기공구조는 도프용액의 용매와 내외부응고제의 상호작용에 의해 결정되며, 용매와 응고제를 달리하여 제조한 중공사막의 특성을 비교하였다. SEM 이미지를 통해 기공구조를 확인하였으며, 기체투과도 측정실험을 통해 기공도 및 기공크기를 계산하였다. 막 젖음 현상을 방지하기 위해 금속산화물의 친수성표면을 소수성으로 개질하였으며, 최소침투압력을 측정하여 기공도 및 기공구조에 따른 소수성 특성을 비교하였다. 또한 실제 이산화탄소 흡수 실험을 통해 기공도와 기공크기가 흡수특성에 미치는 영향을 분석하고 최적화된 중공사막을 탐색하였다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 분리 막 소재로 이용할 경우 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. Chitosan은 키틴에서 탈 아세틸화하여 얻은 불용성 고분자 물질로 Chitosan을 넣은 고분자막은 CO2의 막 투과도가 높아지는 특징이 있다. 본 실험에서는 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 IR, XRD, TGA, SEM을 통하여 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 3bar의 조건에서 온도별, 첨가된 고분자의 함량별로 행하였다.

Poly(ethylene oxide) (PEO)내 극성 에테르기는 CO2에 대한 높은 친화력을 가지므로 CO2 분리막의 중요 소재로 이용되고 있으나 PEO막은 높은 결정성과 낮은 기체 투과도를 보이는 단점이 있어 다른 고분자와의 공중합이나 혼합을 통한 개질막이 연구되고 있다. Poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)는 기계적, 열적 안정성이 양호하며 산업적으로 널리 이용되고 있고 극성 카보닐기를 가지고 있다. 본 연구에서는 CO2에 대한 우수한 투과선택도를 갖는 분리막 개발을 위해 PEO와 EVA의 혼합막을 제조하였다. 실험 범위에서 PEO와 EVA는 혼화성이 양호하였고 유연한 제막 특성을 나타내었다. 혼합막 특성은 DSC, SEM 등으로 관찰하였고, 기체 투과도를 측정하였다.

전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 모듈을 제조 하는데 있어 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환막이 있으며 그사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 이온교환수지의 균질한 크기 분포도 및 당량비 또한 장치의 성능을 결정하는 매우 중요한 인자이다. 이러한 점들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 bipolar형태의 막으로 만든 electroadsorption-deionization(EAD) 공정 모듈이 생산되고 있다. 지금 생산되고 있는 모듈보다 성능을 더 높이기 위하여 이온교환능력을 가지며 바인더 역할을 할 수 있는 고무상의 고분자를 제조 하였다.

Poly(meta-phenylene isophthalamide)(m-Aramid)는 우수한 강도, 내화학성, 내열성이 우수하다는 특성을 지니고 있다. 이러한 특성을 섬유 직경이 수십에서 수백나노의 멤브레인(Membrane)을 제조할 수 있는 전기방사법을 이용하면 미세한 구멍(Pore)을 가지게 되어 수처리 분야에 사용하기 적합하다. 본 연구에서는 m-Aramid 용액을 전기방사법을 이용하여 멤브레인을 제조하였다. 여러 섬유 평균직경의 나노섬유상 멤브레인을 제조하고, 중금속 흡착능을 지닌 보혜마이트(Boehmite)를 도입하여, 섬유 평균 직경에 따른 수투과유량(Flux)와 입자제거 효율 및 중금속 흡착성능을 평가하였다.

A simple method for generating pores in a cellulose acetate (CA) polymer matrix was developed using a combination of an ionic liquid and water pressure treatment. A porous CA membrane was successfully prepared using the ionic liquid (BMIM-BF4) and subsequent water pressure treatment. Pores were generated in the CA polymer matrix when the CA/ionic liquid composite was subjected to water pressure. The characteristics of the thus-generated porous membrane were evaluated using porosimetry. FT-IR and Thermogravimetric analysis (TGA) showed that when the CA polymer was subjected to water pressure, most of the BMIM-BF4 incorporated in the polymer during its preparation was removed, thereby generating the observed pores. In addition, it was observed that the flux varied with water pressure, indicating that the pore size was controllable.

혼합매질 막의 제조에 널리 사용되고 있는 TiO2 나노입자의 대안으로서 ZnO 나노입자가 혼합된 Polyethersulfone(PES) 막을 제조하고 특성을 평가하였다. ZnO는 TiO2에 상응하는 기능적 특성을 갖고 있으면서도 가격이 낮다는 장점이 있어 혼합매질 막의 제조에 활용이 가능할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 N-methyl pyrrolidone(NMP)를 용매로 사용하여 각기 다른 농도의 PES 용액에 낮은 비율로 ZnO 나노입자를 혼합시켜 침지침강에 의한 상변환법을 사용하여 혼합매질 막을 제조한 후 표면 및 단면 관찰, 접촉각 측정, 여과/막오염 특성, 그리고 인장 강도를 측정하여 특성을 평가하였다. 그 결과 낮은 비율의 ZnO 나노입자로 순수 투과도와 막오염 정도를 충분히 개선할 수 있었다.

본 연구에서는 표면 각인법을 이용하여 라이소자임 분자가 각인된 P(AN-co-MA) 분자각인 막(Molecularly imprinted membrane, MIM)을 제조하고 그 특성을 평가하였다. MIM을 제조하기 위한 기본 막으로는 P(AN-co-MA) 고분자를 상변환법을 통해 제조한 비대칭 고분자막을 사용하였으며, 주형분자로는 라이소자임(lysozyme), 기능성 단위체로는 Acrylamide, 가교제로는 N,N´-Methylenebisacrylamide, Iniferter로는 Sodium N,N-diethyldithiocabamate를 사용하였다. MIM 제조 시 영향을 미치는 변수들의 조절을 통해 라이소자임 분자각인 고분자막의 최적 제조조건을 결정하였으며, 제조된 MIM의 특성을 평가하였다.

본 실험에서는 고분자의 농도, 첨가제의 종류 및 함량에 따라 도프 용액을 이용하여 분리막 제조하였다. 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/min으로 높은 값을 나타내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6의 값의 높은 수치를 보였다.

본 연구에서는 높은 제거성능을 가지는 분리막 개발하기 위해, 상전황법을 이용하여 중공사 형태의 한외여과막을 제조하였다. 방사조건에서 고분자 농도, 에어갭, 내부응고제를 조절하여 중공사를 제조하였다. 분리막의 단면과 표면 모폴로지는 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 관찰 할 수 있었으며, 수투과도와 제거성능 평가는 0.2cm2 의 테스트 모듈을 제작하여 각각 측정하였다. 50nm와 30nm PS latex bead를 이용하여 분리막의 공칭공경을 측정하였다. 측정결과 30nm 이하의 공칭공경을 가지는 것을 확인 할 수 있었으며, 미생물 제거성능은 log 6 이상의 높은 값을 나태내는 것을 확인하였다.

최근 온실가스로 인해 기후 이상현상이 급증하면서 이산화탄소 분리 및 포집기술에 관한 관심이 집중 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 증가할수록 이산화탄소 투과도와 CO2/N2 선택도가 증가하는 것을 확인 하였다.

식용수의 비소오염으로 인한 피해로 비소에 대한 관심이 증대되고 있으며, 아시아 지역뿐만 아니라 북남미, 유럽까지 비소로 오염된 지하수가 발견되고 있다. 본 연구에서는 As(Ⅲ)와 As(V)의 흡착특성을 가진 것으로 알려진 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF고분자를 이용하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 복합막의 물리적 특성과 비소제거 성능을 확인하였다. 복합화 전 합성된 망간-철 산화물을 ICP를 이용하여 비소제거율을 측정한 결과 As(V)는 43.6%, As(Ⅲ)는 65.5%의 제거율을 보였다.

본 연구에서는 개선된 Hummers법으로 제조된 산화그래핀에 기능화된 산화철(Fe3O4)을 합성하여 나노섬유 분리막을 제조하였다. 기질 고분자인 PVdF(polyvinylidene fluoride)와 제조된 Fe3O4-GO(MGO)은 전기방사법을 이용하여 나노섬유 분리막을 제조하고, 제조된 막에 대한 비소(Ⅲ,V) 제거 실험을 진행하였다. 먼저 MGO의 비소제거 실험에서 비소(Ⅲ) 이온의 경우 83%, 비소(V)이온의 경우 70%까지 MGO에 대한 비소제거 성능이 확인되었으며, 막의 경우에도 MGO의 함량이 높을수록 비소제거가 각각 80%까지 확인되었다.