본 연구에서는 다공성 Polyacrylonitrile (PAN) 중공사막을 지지체막으로 하여 Poly styrene sulfonic acid (PSSA) 와 polyethyleneimine (PEI)을 이용하여 layer-by-layer법으로 선택층을 형성시켰다. 코팅용액에 Mg염을 첨가하여 염석법(salting out method)을 이용하였다. 코팅용액의 이온세기, 고분자 농도, 코팅시간 등을 달리하여 나노여과막을 제조하였으며 NaCl, MgCl2, CaSO4 100 mg/L를 공급액으로 하여 2 atm의 구동 압력에서 투과도와 염 배제율을 평가하였다. PSSA 20,000 ppm, 코팅시간 3분, 이온세기 1.0, PEI 30,000 ppm, 코팅시간 1분, 이온세기 0.1의 조건으로 코팅한 막이 가장 우수한 성능을 보여 주었다. 100 ppm의 NaCl, MgCl2, CaSO4 공급액에서 각각 20.4, 19.4, 18.7 LMH의 투과도와 67, 90, 66.6%의 염 배제율을 나타내었다.

다공성 분리막은 입자성 물질을 제거하는데 산업적으로 다양하게 응용되고 있다. 기존 다공성 분리막 제작 방법 과 다르게, 용액퍼짐 상분리법은 매우 간단하게 기공을 형성할 수 있다. 먼저 지지층으로 메쉬 위에 물을 적신 후, 물과 혼합 되지 않은 용매에 폴리설폰 용액을 흘려준다. 이때 물과 혼합되지 않은 용매는 쉽게 기화되어 폴리설폰은 얇은 막으로 만들어지게 된다. 기공을 형성하기 위해 폴리설폰 용액에 물과 혼합할 수 있는 물질을 넣게 되면, 넣어주는 농도 비율에 따라 기공크기를 조절할 수 있게 된다. 막의 두께는 쉽게 용액의 농도로 조절이 된다. 다공성 분리막은 메쉬의 형성을 그대로 유지하고 있어 3차원 구조체를 형성하는데 매우 유용하다. 본 연구에서 제시된 용액 퍼짐 상분리법은 매우 낮은 생산단가와 쉬운 공정조절에 의해 기존 분리막에 비해 높은 가격경쟁력을 가질 수 있는 특징을 보이고 있다.

올레핀은 석유화학산업에서 대부분의 물질의 근간이 되는 핵심적인 물질이며 특히 고분자 합성에 있어 매우 중요하다. 이러한 올레핀 물질을 효율적으로 분리/가공하는 공정은 산업발전에 있어 지대한 영향을 끼친다. 본 연구에서는 올레핀 물질 중 프로필렌 기체를 선택적으로 분리하는 고분자 복합막을 제조하여 투과 및 선택 성능을 증대시키고자 고투과성 매질 인 poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP)에 양친성 고분자를 이용하여 개질하였다. 또한 올레핀 분자와 상호작용이 있는 AgBF4 염 및 촉진수송을 극대화 시키기 위하여 이온성 액체인 EMIM-BF4를 첨가하여 올레핀/질소 투과 분리 성능을 향상시 켰다. 기존 PTMSP 복합막의 경우 굉장히 높은 자유부피를 가져 높은 기체 투과성능을 보이는 반면 투과시키고자 하는 기체에 대한 선택적인 분리 성능이 매우 떨어져 낮은 선택도를 보인다. 이를 극복하고자 양친성 고분자를 PTMSP 계면에 그래프트 공중합을 시켰으며 올레핀과 높은 상호작용을 보이는 AgBF4 염 및 EMIM-BF4 이온성 액체를 첨가하여 프로필렌/질소에 대한 선택도를 향상시켰다.

염료감응형 태양전지는 지속 가능한 에너지원으로서 많은 관심을 받고 있다. 염료감응형 태양전지의 효율과 장기 안정성은 전극 물질과 전해질에 의해 크게 영향을 받는데 본 총설에서는 전해질에 초점을 두어 서술하고자 한다. 고분자 전해질막은 염료감응형 태양전지에서 기존의 액체 전해질을 대체하기 위한 대안으로 제시되어 왔다. 기존의 액체 전해질은 높 은 효율을 나타낼 수 있지만 장기적인 안정성 문제와 누액 문제로 인해 고분자 전해질막에 관한 관심은 지속적으로 증가하고 있으며 매년 이와 관련된 논문들이 활발히 보고되고 있다. 본 총설은 염료감응형 태양전지를 위한 고분자 전해질막의 개념과 개발에 대한 간단한 설명을 다루고 있으며 고분자 매트릭스의 개질, 유-무기 가소제 및 이온성 액체와 같은 첨가제의 도입에 따른 염료감응형 태양전지의 효율과 전기화학적 특성에 대해서도 최근의 연구들이 정리되어 있다.

이방성 입자는 독특한 물리적 특성 때문에 다양한 분야에서 발표되고 있다. 여기서, 이방성 도토리구조 나노 입자를 제조하기 위해 새로운 동적 상분리 방법이 도입된다. 동적 상분리 방법은 용제 증발 및 무용제에 의한 침전으로 구성된다. 하부층은 비용매 희석제로서 물을 공급함으로써 제어되며, 상부층의 상분리는 휘발성 용매의 확산 및 증발에 의존한다. 이 상태에서, 도토리 형 입자가 제조되었다. 물이 채워진 밀폐된 상자(자발적 상분리)하에서, 단분산 폴리스틸렌 입자가 합성되었다. 동적 상분리와 자발적 상분리가 공존할 때, 캡과 입자의 크기가 변경되었다. 또한, 폴리스틸렌 용액의 부피는 입자 형상에 영향을 미친다. 독특한 구조가 다양한 응용 분야에 활용될 수 있기 때문에 멤브레인 기반의 제어된 물 공급과 같은 첨단 기술이 개발되면 단분산의 도토리와 같은 입자가 제조될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOTPSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 H3PO4의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.

본 연구는 막 결합형 축전식 탈염공정에서의 이온교환막의 두께와 탈착간의 관계를 규명하기 위하여 진행하였다. APSf/SPEEK 양, 음이온교환고분자를 합성하여 시판되는 탄소전극에 직접 캐스팅하여 이온교환막이 결합된 탄소전극을 제조하였다. 양, 음이온교환고분자를 캐스팅 하지 않은 것, 1회 캐스팅, 2회 캐스팅한 것으로 탈착시험을 하였다. 탈착 조건은 –0.1, -0.3, -0.5, -1.0 V로 하였으며 100 mg/L의 NaCl 수용액을 공급액으로 하여 완전 흡착을 한 다음 증류수로 공급액을 변경하여 완전탈착이 될 때 까지 관찰 하였다. 이온교환막의 두께가 두꺼워질수록 완전탈착까지 걸리는 시간이 증가하였고 높은 전위의 탈착 전압에서는 막의 두께가 탈착에 그다지 큰 영향을 끼치지 않는 것을 확인하였다.

본 실험에서는 실제 원수와 모사 원수를 이용하여 유기막(PES, PVDF 및 PTFE)을 이용하여 재질에 따른 막오염 특성을 분석하고자 하였다. 먼저 원수를 운전압력 1kgf/cm2로 여과하였다. 재질별 소요된 여과 시간은 약 5분, 약 13분, 약 17분으로 각각 나타났다. 또한 모사 원수 실험을 진행하였고, 원수 실험과 동일한 결과를 나타냈다. Jucker 와 Clark(1994)에 따르면 소수성 재질의 막이 유기물 흡착에 의한 Flux 감소가 크다고 보고하였고, 본 실험에서도 소수성 재질의 막이 높은 Flux 감소율을 나타났다. 실험 결과를 통해 막 재질 특성이 조류 유입에 따른 Flux 감소율에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구는 환경부의 “환경정책기반공공기술개발사업”으로 지원받은 과제입니다.

In this work, economical, facile and eco-friendly technology for gas separation was utilized, especially for propane and propylene. This materials are commonly used in petrochemical process as principle and base sources. In present state, adsorption or cryogenic distillation method are used for their separation, however, intensive energy cost and complex process are needed. In particular, we fabricated polymeric composite membrane with high scalability, propylene and propane gases are effectively separated. Whats more, Ag ion is pivotal materials with pi complexation effect. MgO nanosheet was incorporated for enhancing and activating Ag ion in polymer composite membrane. Lastly, Ag-friend polymer matrix was used for getting higher perm-selecetivity.

소수성 PE막은 높은 내화학성 및 상대적으로 낮은 가격으로 다양한 산업소재로 사용되고 있다. 이중 다공성 PE소재는 MBR, 2차전지 separator, MF등 다양한 분야에 사용되고 있으며, 목적에 따라 친수화가 필요로 한다. 하지만 PE의 화학적 안정적 구조로 친수화를 하기 위해서는 고에너지의 플라즈마처리가 필요로하지만, 다공성막의 경우 내부까지 친수화를 하기 어려워진다. 이를 해결하기 위해 간단한 용액 함침기술을 통하여 PE막을 친수화하였다. 친수화된 PE막에 수처리용 RO 및 NF막을 계면중합을 통하여 제작하였다. 본 기술을 간단한 화학적처리 방법을 통해 소수성 폴리올레핀의 적용분야 확장에 쉽게 접근할 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구에서는 polyvinylidene fluoride (PVDF) 중공사막을 지지체로 한 저압용 나노복합막을 제조하였다. Poly styrene sulfonic acid (PSSA)와 polyethyleneimine (PEI)을 layer-by-layer 및 염석 효과 방식으로 지지체막에 코팅하였다. 막의 투과도와 염 배제율 성능을 알아보고자 NaCl, MgCl2, CaSO4 100 mg/L수용액을 1 L/min의 유량으로, 2 bar의 압력을 상온에서 가해주었다. 20,000 ppm의 PSSA (이온세기 1.0)용액에 3분, 30,000 ppm (이온세기 0.1)용액에 1분 코팅한 막이 가장 우수하였다. 투과도와 염 배제율은 NaCl 공급액에서는 38.5 LMH, 57.1%, MgCl2는 37.9 LMH, 90.2%, CaSO4는 32.4 LMH, 54.6%로 각각 측정되었다.