본 연구는 둘 이상의 기체 혼합물에서 높은 기체분리 성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이다. 실험에 사용된 코팅제는 isocyanate와 PEG-silicone, 소량의 촉매를 사용하여 코팅하였으며, 고온의 가교과정을 통하여 복합막을 제조하였다. 지지체 위에 gutter layer를 형성시키기 위하여 실리콘 용액을 이용하였으며, 이는 SEM을 통하여 확인하였다. 최종적으로 제조된 복합막은 bubble flowmeter로 기체투과 성능을 평가하였다. 코팅층은 3 μm 이하로 고른 분포를 갖는 복합막이 제조되었음을 확인하였다. 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하 게 하여 기체 투과 성능을 확인하였다.

연소 후 생성되는 연소가스 중 CO2는 온실가스 기체중 하나로, CO2를 처리하기 하기 위해 CCS 기술 개발이 세계적으로 주목 받고 있다. 하지만 단일막을 이용한 CO2 포집 공정에서는 약 14%의 CO2를 포함한 연소 배기가스로부터 고 순도, 고회수율을 달성하기란 매우 어렵다. 본 연구에서는 다단막 공정 디자인 및 다양한 운전 변수를 통하여 14%의 CO2를 가지고 있는 혼합모사가스로부터 순도 73% 회수율 74%의 포집 효율을 얻을 수 있었다.

A series of bisimidazolium-PEG mediated crosslinked polyimides with different PEG chain length have been prepared for gas separation membranes. The bisimidazolium-PEG was used both as crosslinkers and CO2-solubilizing groups. The crosslinked 6FDA-durene polyimide membranes prepared displayed excellent chemical, mechanical and thermal stabilities. Furthermore, high CO2/N2 and CO2/CH4 selectivity was obtained while keeping relatively high permeability. The preparation and the effect of the PEG chain length within the bisimidazolium-PEG groups on the structures and physicochemical properties of the polymers, as well as the gas separation properties of the corresponding membranes will be discussed.

In the electronic device area, several conductive polymers have been used such as Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS). In the connection of this concept, PEDOT-PSS was applied to CO2/N2 separation, which is the first attempt to this area. To be specific, the polymer was blended to poly(2-[3-(2H- benzotriazol-2- yl)-4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacrylate) (PBEM-POEM or PBE). The conductive polymer formed the interconnected network by interacting with PBE owing to the specific interaction. This structure give the facile pathway to CO2 and N2, which result in the increased permeability of the gases. Especially, improved CO2 solubility caused the permeability (59.6 Barrer) to be increased, which brought about the enhanced CO2/N2 selectivity (77.4) of PEDOT-PSS 5 wt% membrane.

Polyimides (PIs) are known to have the high mechanical and thermal stability, but they have limited application for gas separation due to their low permeability. To overcome the low permeability of PIs, we developed PDMS-containing PI copolymers with different PDMS compositions as highly permeable polymer membranes. The piperazinium group was further introduced on the side chains of the PDMS-PIs both as crosslinkers and CO2-solubilizing groups. The preparation and properties of the corresponding polymer membranes for CO2 separation will be discussed.

CO2 포집을 위한 아민 흡수 공정은 현재 가장 상용화에 근접한 기술로 알려져 있다. 하지만 흡수탑 장치의 규모가 크고, 흡수제 재생을 위한 에너지가 과다하게 필요로 한다는 문제점이 제기되고 있다. 이러한 문제를 해결하고, 기존 공정에 비해 고효율-저에너지 기술인 접촉 분리막 공정의 연구가 주목받고 있 다. 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 높은 세라믹 소재를 이용하여 중공사 막을 제조하고, 이를 모듈화하여 기-액 접촉 분리막 공정에 적용한 실험을 수행 하였다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성 을 가지고 있으나 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있다. 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있는 고무상 고분자인 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 이용하였고 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.

There have been continuous research activities towards the designing of various separation technologies for the sequestration of CO2. Organic polymer membranes pay a great attention for its eco-friendliness, simple operation and energy-saving. Polymer membranes such as polyimides, polyethers, TRs and PIMs are well known for their high permeability and excellent mechanical, chemical, and thermal properties. However, the foremost challenge for these polymeric membrane materials is their enhanced selectivity to CO2 without sacrificing permeability. The selectivity problems would be overcome by ionic liquids (ILs), which lead to a considerable attention on RTILs-based sequestrations for CO2/N2 and CO2/CH4 separations. The current research trends based on RTIL polymer membranes, together with our original concept of applying RTIL to various polymeric structures will be presented.

고분자 분리막을 통한 기체 분리메커니즘은 기체의 용해 및 확산으로 진행 되어진다. 따라서 기체 분리 성능은 용해도 또는 확산도에 좌우되어진다. 이에 연구자들은 산화탄소와 같은 극성 기체의 용해도를 향상시키기 위해 acylation, bromination, sulfonation과 같은 화학적 개질을 통한 연구들을 진행하였고 또한 술폰산기를 가지는 고분자에 금속이온을 치환시켜 이산화탄소 선택도를 증가시킨 연구가 진행되어 보고되었다. 본 연구에서는 biphenol기와 fluorene기를 가 지는 Sulfonated Poly(arylene ehter sulfone) (SPAES) 고분자 분리막을 제조하였 으며 술폰화 정도와 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. 코팅제는 Isocyanate와 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온 에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조 하였다. 코팅층은 3 μm 이하로 고른 분포를 보이고, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도 는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하게 하여 각각 의 기체(N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인하였다.

Graphene oxide (GO) has been extensively studied for membrane material for gas and liquid separation due to its outstanding features such as selective CO2 or water vapor transport properties. Although GO membranes can be easily fabricated in the form of thin-film composite membranes by using high-flux polymeric support membranes, it shows relatively low gas permeability due to high tortuosity. Here we report the way to improve gas permeation rate through porous graphene oxide by reducing the gas permeation pathway, with maintaining GO’s two-dimensional structure. We also used polymer, which has high CO2/N2 selectivity, and prepared GO/polymer composite membranes as a function of GO concentration. This study will provide a further insight on how such two-dimensional nanosheets can be harmonized with polymer and improved membrane properties.

Flat sheet membranes consisting of a selective layer and a porous support usually require gutter layer to reduce the bulk pores of the substrates. The gutter layer mitigates the geometric restrictions of support, which enables selective layer to have defect-free morphology with thin thickness (< 100 nm). For this reason, the gutter layer has been introduced to many industrial membranes, and the systematical studies of the effects of the gutter layer properties on membrane performance should be needed. Herein, we introduced several gutter layers with different thicknesses into graphene oxide intercalated polymer TFC membranes to determine the relationship between gutter layer properties and total membrane performances. This study provides more practical insight to determine the optimum gutter layer properties in designing TFC membranes.

CO2 capture technologies have been highlighted over the past decades because of global warming. Among the various technologies for CO2 capture, facilitated CO2 transport membranes show high CO2 selective performance by introducing carrier which interacts with CO2. In this presentation, we prepared and investigated facilitated CO2 transport membrane comprising potassium bis[(trifluoromethyl)sulfonylimide] (TF2N) dissolved in a polymer matrix of Pebax1657. Adding potassium salt to the membrane shows further improvement in gas permeabilities while maintaining or even improving the gas selectivity, compared to the corresponding neat polymer membrane. Therefore, we have demonstrated that KTF2N can act as dual carrier for CO2 and its facilitated transport membrane could be very effective in enhancing the CO2 separation performance.

하수슬러지와 같이 수분이 많이 함유된 폐기물 소각에 있어 순산소 연소기술은 공기 중의 질소를 배제하므로 장치의 크기를 줄일 수 있고 NOX의 배출을 줄 일 수 있는 고효율 연소 기술이다. 순산소 연소는 고효율 연소의 장점은 있으나 산소 제조 비용이 고가라는 문제점이 대두되어 왔다. 최근 저가 산소를 제조하기 위한 이온전도성 분리막 및 모듈이 개발되었고, 이를 소각로의 배열을 이용하여 운전한다면 산소제조 비용을 낮출 수 있는 장점이 있지만 장시간 대기 중의 CO2 노출 시 분리막 표면에 탄산염이 형성되어 성능이 저하됨을 확인되었다. 본 연구에서는 소각로에 순산소를 공급하고 고농도의 CO2를 sweep gas로 활 용하여 이온전도성 산소 분리막을 운영할 수 있도록 CO2 내성을 갖는 중공사막을 개발하였다.

Cu nanoparticles generated by redox reduction with Fe2+ ions and porous KIT-6 were utilized for high selectivity and permeance. When positively polarized Cu nanoparticles were generated and porous KIT-6 materials were incorporated into ionic liquid 1-butyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate (BMIM BF4), these membranes showed the selectivity for CO2/N2 and CO2/CH4 was largely enhanced to 16.4 and 23.4, respectively while neat BMIMBF4 was 5.0 and 4.8, respectively. Furthermore, the CO2 permeance was also enhanced to 50.7 GPU. It was thought that these enhancements of separation performance was attributed to both the facilitated transport by polarized CuNPs and the increase of diffusivity by porous materials. Therefore, highly selective and permeable membrane for CO2 separation was successfully prepared.

바이오 가스로부터 바이오 메탄을 생산하기 위해 물리흡수제 특성평가 및 CO2/CH4흡수 연구를 진행하였고, polypropylene (PP) 중공사막 막접촉기에 적용해보았다. 물리흡수제 중 propylene carbonate (PC)는 PP 중공사막과 가장 높은 58.3° 접촉각을 보였고, 5 wt% PC를 물과 혼합할 경우 90° 이상의 접촉각이 관찰되었다. 또한 CO2 흡수실험에서 PC/물 혼합 흡수제는 물 흡수량(0.121 mmol/g) 보다 높은 0.148-0.157 mmol/g의 흡수량을 보이며, 막접촉기에 가장 적합한 물리흡수제로 선정되었다. PC/물 혼합 흡수제를 막접촉기에 적용 후 얻어진 CO2 제거율(98.0-97.8%)과 CH4 순도(98.5-98.3%)는 바이오 메 탄으로서 매우 높은 가능성을 보여주었다. 하지만 PC/물 혼합 흡수제의 경우에는 물 흡수제와 비교하여 성능 변화가 매우 미 비하였다. 이는 물보다 우수한 PC 흡수능과 함께 그에 따른 막접촉기 탈기 막 모듈 및 시스템 개선과 공급 유량 조절을 통해 CH4 손실 최소화 등 공정 최적화가 필요한 것으로 분석된다.

The objective of this study was to evaluate size-different chitosan nanoparticles as a CO2 indicator. CO2 gas is dissolved to form H2CO3 which makes the solution acidic. Chitosan is acid soluble and its appearance (turbidity) changes depending on pH in aqueous solution. Two size-different chitosan nanoparticles were fabricated by ionic gelation between chitosan (0.30 and 0.50%, w/v) and 0.07% sodium tripolyphosphate (TPP) solution. The sizes of chitosan nanoparticles were 630.77 and 1194.87 nm, respectively. To investigate the effect of chitosan nanoparticles as CO2 indicator, the initial pH of chitosan nanoparticle suspension was adjusted to 8.0. Thereafter, 100% CO2 gas was injected into the chitosan nanoparticle suspension, and the changes of pH and absorbance (600 nm of absorption wavelength) of the suspension over time were measured for 28 min. Absorbance at the appearance transition and its corresponding time was calculated using logistic function (R2> 0.99).As a result, pH of chitosan nanoparticle suspension decreased rapidly under CO2 gas injection for 10 min and finally reached around 6.0. In addition, there was significant difference in appearance transition time which was6.62 and 12.45 min for small- and large-sized chitosan nanoparticle suspensions, respectively. This study suggests that chitosan nanoparticle suspension might be useful as a food quality indicator for CO2 emitting foods such as fermented foods.

CO2는 기공 메커니즘에 어떤 영향을 주는가? 햇빛에 의해 유도된 기공 열림에서 독립적인 CO2의 효과를 분리해서 본다는 것은 어려운 일이기 때문에, CO2에 의한 기공 열림 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않은 실정이다. 기공은 또한 CO2 농도에 따라 다르게 반응 할 수 있다. 기공 열림과 닫힘의 식물의 생체적인 리듬도 관여하므로, CO2의 반응에 대한 해석은 많은 요소들을 고려해야 한다. 세포간극 내강 (Ci)의 감소된 CO2에서는 기공을 열린다는 것이 일반적으로 정해진 사실이다. 기공 열림의 정도를 결정하는 것은 삼투 물질이고, CO2가 삼투 물질의 수송에 영향을 준다고 가정하는 것이 CO2가 기공 메커니즘에 영향을 주는 유일한 방법이다. 그러나 CO2가 어떻게 공변세포 내의 삼투물질 농도에 영향을 주는지 그 메커니즘은 불분명하다. 지금까지, CO2는 공변세포의 삼투퍼텐셜을 증가시키는 이온과 유기물이 어떻게 공변세포 막을 통한 수송 메커니즘이 이루어지는지는 알려진 것이 없다. 따라서 이 연구에서는 CO2에 의한 삼투물질들의 공변세포 막 투과성에 대해 초점을 두었다. 잎을 일정한 농도의 CO2에 노출할 때 CO2–관련 된 반응들이 나타난다. 빛에 의한 기공 열림의 가설은 K+, Cl-, 슈크로스 그리고 말산2-를 포함하는 공변세포 내 삼투물질 농도의 증가에 있다. CO2가 H+를 세포 밖으로 방출하는 것을 나타내는 막의 과분극 (hyperpolarization)을 유도했다는 보고가 있다. 이는 CO2가 막 투과성에 관련된 첫 번째 증거이다. 온전한 잎에서 CO2는 빛에 의해 유도된 막의 과분극 보다 3∼4 배까지 공변세포의 막 과분극을 유도했다. 이러한 결과들은 CO2가 막 투과성에 영향을 주는 인지질 이중층과 수송단백질의 물리적인 특성에 변화를 초래한다는 것을 의미한다.