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.

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.

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.

We present a high-performance polymeric membrane based on self-cross-linkable poly(glycidyl methacrylate-g-poly-(propylene glycol))-co-poly(oxyethylene methacrylate) (PGP-POEM) graft copolymer for CO2/N2 separation. The self-cross-linked membranes can be easily prepared under mild conditions without any additional cross-linking agents or catalyst. We investigated the gas separation performance of the membranes as a function of POEM content in the copolymer. The self-cross-linked PGP-POEM membranes showed an improvement in both permeance and selectivity with increasing POEM content up to 51.2 wt %. The best performance of the membrane was achieved by optimizing membrane thickness, showing a CO2 permeance of 500 GPU (1 GPU = 10-6 cm3 (STP)/(s cm2 cmHg)) and CO2/N2 selectivity of 22.4.

급진적인 산업발전에 따른 무분별한 이산화탄소 배출로 인하여 지구온난화, 이상 기후 등의 문제가 불거지고 있으며 이는 한 나라에만 국한되지 않은 국제적인 문제가 되었다. 위와 같은 문제를 해결하고자 본 연구에서는 이산화탄소에 대해 높은 친화도를 가지고 있는 PEGBEM-g-POEM 가지형 공중합체를 합성하였으며 CaCO3염을 첨가하여 염의 중량에 따 른 혼합매질분리막의 이산화탄소/질소 투과 성능을 관찰하였다. CaCO3염이 고분자 중량 대비 50% 첨가되었을 때 최적의 이 산화탄소/질소 분리 투과성능을 보였으며, 선택도는 염을 추가하기 전 44.7에서 45.42로 크게 변하지 않은 반면 이산화탄소 투과도는 염을 첨가하기 전 22.5 GPU에서 28.16 GPU로 약 25% 향상되었다. 이는 첨가한 염과 이산화탄소간의 상호작용으 로 인하여 향상된 고분자 복합막의 이산화탄소에 대한 용해도에 기인하는 것으로 생각된다. 또한 염을 과량으로 첨가한 경우 에는 고분자가 복합막의 표면을 충분히 메우지 못하여 계면결함이 생성되었으며 이로 인해 이산화탄소 기체 분리성능이 감소하였다. 기체분리성능 향상을 위해서는 적정량의 염 첨가가 필수적인 것으로 분석되었다.

고분자 분리막은 가격이 저렴하고, 쉽게 제조가 가능하며, 투과도와 선택도가 우수하여 수처리 분야뿐만 아니라 기체분리에서도 중요한 역할을 한다. 하지만, 고분자 분리막은 일반적으로 투과도와 선택도의 역상관 관계를 나타내는 단점 이 있다; 즉, 투과도가 높으면 선택도가 낮고, 선택도가 높으면 투과도가 높다. 이러한 단점을 극복하기 위한 방안 중의 하나 가 촉진수송이다. 지난 수십 년간 촉진수송 이론은 촉진수송 분리막 제조에 있어 매우 중요하고 다양한 모델을 제시하는 데 에 핵심적인 역할을 하였다. 한편, 촉진수송에서 주된 역할을 하는 운반체의 특성, 매질의 유동성 및 고분자 복합체의 물리화 학적 성질 등을 이해하는 것은 중요하다. 운반체의 유동성에 따라 촉진수송 분리막의 종류를 3가지로 나눌 수 있다; 즉, 이동 상 운반체 분리막, 준이동상 운반체 분리막, 고정상 운반체 분리막. 또한 촉진 운반체가 특정물질과 상호작용하는 데에는 4가 지 종류의 가역반응으로 나눌 수 있다; 즉, 수소원자 전달 반응, 친핵성 첨가반응, 파이-착체 반응, 그리고 전기화학 반응. 이 러한 촉진수송 분리막은 이산화탄소, 산소, 올레핀(프로필렌, 에틸렌)의 투과도를 선택적으로 향상시키는 역할을 한다. 이와 같이 본 총설에서는 다양한 촉진수송 분리막에 관련된 주요 연구내용과 이러한 연구를 수행하는 대표적인 전략들을 소개하 고자 한다.

The mixed matrix membranes for CO2/N2 separation, which is composed of commercially available MgCO3 and amphiphilic comb polymer matrix based on poly(ethyleneglycol) behenyl ether methacrylate and poly(oxyethelene methacrylate) synthesized via a facile free radical polymerization, were fabricated. The use of a CP improved the dispersion of the MgCO3 in ethanol due to the specific interaction between CP and MgCO3. The MMMs were characterized using scanning electron microscopy(SEM), high-resolution transmission electron microscopy(HR-TEM), and wide-angle X-ray scattering (WAXS). The best performance of gas separation for CP/MgCO3 MMM was shown in the case of 45wt% MgCO3 with the highest CO2 /N2 selectivity(93.8) and good CO2 permeance (30.9GPU). This performance of this CP/MgCO3 MMM is higher than other MgCO3 commercially available MMMs.

In this study, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) was introduced into polymer gas separation membrane. The composite membrane consisted of poly(2-[3-(2H-benzotriazol –2-yl)-4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacryalate) (PBEMPOEM) comb copolymer matrix and PEDOT-PSS filler. PEDOT-PSS has strong ionic bonding interaction between PEDOT and PSS, and sulfonic acid groups in PSS interact with water molecules with hydrogen-bond. Because of these specific properties, the incorporation of PEDOT-PSS could form CO2 pathway for gas transport through the membrane. PEDOT-PSS chains were homogeneously dispersed in the PBEM-POEM matrix as a network. The best performance of prepared PEDOT-PSS/PBEM-POEM composite membranes was CO2 permeability of 59.6 Barrer with a CO2/N2 selectivity of 77.4, being close to the 2008 Robeson upper boundlines.

A cost-effective, easy method for enhancing the CO2 permeance and CO2/N2 selectivity of mixed matrix membranes (MMMs) was fabricated using commercially available MgCO3 crystals. The MgCO3 crystals were homogenously dispersed in polymer matrices via mechanical stirring to prepare MMMs. In particular, an amphiphilic comb polymer (CP) consisting of poly(ethylene glycol) behenyl ether methacrylate (PEGBEM) and poly(oxyethylene methacrylate) (POEM) was shown to be ideal matrix because of the interactions between its carbonyl oxygen atoms and MgCO3. Through SEM, HR-TEM, WAXS, DSC, FT-IR, N2 adsorption-desorption isotherm measurements and Raman spectroscopies, the MgCO3 and CP/MgCO3 hybrids were characterized. The CP/MgCO3 MMM with 45 wt% MgCO3 exhibited the highest CO2/N2 selectivity of 93.8 and CO2 permeance of 30.9 GPU.

촉진수송은 기존의 고분자 막에서는 힘든, 투과도와 선택도를 동시에 향상시킬 수 있는 기술 중 한 가지이다. 촉진 수송 분리막을 이용한 올레핀/파라핀 분리는 기존의 증류공정을 대체할 수 있는 기술로써 많은 관심을 받아왔다. 본 연구에서 는 테트라플루오로붕산은/질산알루미늄의 혼합염이 포함된 고분자 블렌드 기반의 촉진수송 올레핀 분리막을 제조하였다. 자유 라디칼중합법을 이용하여 폴리다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 가지형 공중합체를 합성하였다. 또한, 폴리 다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 매질에 폴리에틸렌옥사이드를 다양한 비율로 혼합하였다. 폴리에틸렌옥사 이드를 폴리다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 가지형 공중합체 질량 대비 70%를 혼합하였을 때, 혼합기체 선택도 및 투과도는 5.6 및 10.05 GPU에 도달하였다. 이와 같은 복합막의 올레핀 분리 성능이 향상된 이유는, 분리막에 첨가 된 은이온이 올레핀 기체분자의 선택적인 촉진 수송을 하였고, 또한 고투과성의 고분자 블렌드가 사용되었기 때문이다. 또한 은이온의 은나노입자로의 환원을 억제시키는 질산알루미늄의 첨가로 인해 복합막의 장시간 안정도를 향상시킬 수 있었다.

Amphiphilic comb copolymers composed of poly(ethylene glycol) behenyl ether methacrylate (PEGBEM) and poly(oxyethylene methacrylate) (POEM) were synthesized via facile free radical polymerization. The structure of PEGBEM-g-POEM comb copolymer was confirmed by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC) and nuclear magnetic resonance (1H NMR). Due to great solubility in ethanol, the PEGBEM-g-POEM comb copolymer could be directly coated onto the polysulfone supporting layer to prepare composite membranes. The maximum CO2/N2 selectivity of the PEGBEM-g-POEM membrane reached 84.7 together with a high CO2 permeance of 21.9 GPU (1 GPU = 10-6cm³(STP) / (s×cm²×cmHg).

Membranes, which consist crosslinked polymer electrolyte, modified structures by using poly(styrene-b-butadiene-b-styrene) (SBS) triblock copolymer and a sulfonated monomer, 2-sulfoethyl methacrylate (SEMA). With thermal-initiator, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), the SEMA membranes were crosslinked. Owing to increase of SO3-groups, the water uptake and ion exchange capacity of membranes was enhanced. By using the series of the equipment, like wide angle X-ray scattering, small angle X-ray scattering, and transmission electron microscopy, microphase-separated morphology and amorphous structures of crosslinked SBS/SEMA membranes was identified. Universal testing machine and thermo gravimetric analysis were performed to investigate mechanical properties and thermo behavior of synthesized polymer membrane.