급냉법에 의한 역 열유도상전이(RTIPS) 공정을 사용하여 mesoporous polystyrene (PS), polyethersulfone (PES) 막 을 제조하였다. 급냉법에 의한 RTIPS 공정은 급냉 및 승온 시 도포 용액 내 용매 분자들의 결정 생성 및 성장을 통해 나노 규 모의 상전이를 야기시켜 mesoporous 기공들을 형성된다. 시차주사열량계(TA: DSC) 사용해 측정된 사용 용매 dimethylformamide (DMF)와 여러 고분자 함량의 고분자용액들에 대한 엔탈피 변화와 주사현미경(SEM)을 사용하여 측정한 고분자함량에 따른 제조된 막 구조, 그리고 비표면적 분석기(BET) 사용하여 측정한 고분자 함량에 따라 제조된 막의 기공크기분포 및 표준편 차 분석을 통해 RTIPS 공정 시 상전이 거동을 살펴보았다.

The membrane research in Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) has played a leading role in the development of membrane technologies. For the past 30 years, the membrane research in KRICT has focused on expanding the fundamental knowledge in membrane technology, supported by the deep chemistry background in KRICT. Particularly, it has explored developing novel membrane materials and processes. The global interest in the membrane technology now is higher than ever, with its unparalleled energy efficiency compared to alternative separation processes. Based on increasing demand for membrane technologies, the membrane research in KRICT has been conducting in four main topics: 1) water and wastewater treatment including seawater desalination 2) greenhouse gas capture, 3) ion conducting membranes for energy conversion and storage, 4) industrial gas and liquid separation/purification processes. In this presentation, research achievements in membrane preparation and application conducted by KRICT will be introduced.

본 연구의 목적은 금속 중공사형 필터에 무기 입자를 코팅하여 금속/세라믹 복합 한외여과막을 제조하는 것이다. 직경이 2.0 mm이며 기공 크기가 2~8 μm 범위를 갖는 니켈 중공사 필터에 급냉건조법과 침지-건조법으로 실리카 졸과 티타니아 졸을 코팅하여 금속쎄라믹 복합 한외여과막을 제조하였다. SEM과 PMI 결과로부터 기공 크기가 50 nm 수준을 갖는 것을 확인하였다. 기공 크기는 입자 크기, 소성시간 및 온도에 따라 차이를 보였다.

니켈입자와 고분자를 함유한 니켈슬러리를 상전환법을 이용하여 중공사 형태로 성형한 후, 소결법을 이용하여 1,150℃ 환원조건에서 소결하여 금속 필터를 제조하였고 니켈 입자를 표면에 함침한 후, 800℃ 환원조건에서 소결하여 금속 정밀여과막을 제조하였다. 소결조건에 따른 금속 중공사 필터와 정밀여과막의 기공크기, 강도를 살펴보았다. 금속 중공사 정밀여과막은 산, 염기 및 염소에 대한 저항성이 뛰어났으며 역세척에 의한 투수량 회복률이 우수하였다.

실크 생산공정 중 발생하는 부산물인 세리신을 회수하기 위하여 제조된 폴리에테르술폰 중공사 한외여과 모듈을 운전하였다. 부산물에 함유되어 있는 비누를 염화칼슘을 이용하여 침진시킨 후 침전된 비누가 함유된 세리신 용액의 침지형 및 가압형 모듈 운전 시 막오염 거동을 살펴보았다. 또한 가압형 모듈 운전 시 비누와 단백질이 막오염에 미치는 영향을 조사하였다. 비누를 제거함으로써 막오염이 줄어드는 경향을 보였다. 이로부터 비누가 침전될 때와 침전되기 전에 단백질 상호간에 영향을 끼치며 분리막에도 영향을 미침을 보여주고 있다.

광촉매 반응이 자연유기물에 의한 나노여과막의 오염에 미치는 영향을 살펴보았다. 광촉매 분해공정은 자연유기물의 분해와 변형에 효율적이었으며 이산화티타늄과 고정화 비드를 광촉매로 사용하였다. 광촉매적 특성을 비교하기 위하여 칼슘 이온 존재 시의 휴민산의 광분해를 모델 반응으로 설정하였다. 광분해 전에는 치밀한 막오염층이 형성되어 막오염을 가속화시킨 반면, 광분해 후에는 막오염이 크게 감소하였다.

분리막 접촉기를 통한 이산화탄소의 흡수거동 예측을 위한 공정모사를 위해 시스템의 흡수제로 탄산칼륨 수용액을 선정하였고, 시스템에서의 이산화탄소와 관련된 가역반응을 고려하였으며, 사용된 반응속도상수, 평형상수, 용해도 그리고 확산계수는 탄산이온의 농도와 온도의 함수로 사용하였다. 또한 분리막 접촉기 공정모사를 위한 조작 조건으로 중공사막의 기공상태는 비젖음성 조건을 선택하였으며, 이러한 조작조건하에서 이산화탄소 분리거동을 다양한 공정변수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 혼합기체의 압력변화에 대해 고찰하였다. 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동을 확인할 수 있었고, 흡수제의 유속 증가에 따라 이산화탄소의 흡수속도가 점차 증가함을 확인할 수 있었으며, 분리막 접촉기에서 혼합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 영향 및 흡수제의 재사용에 따른 흡수속도를 확인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통해 분리막 접촉기의 구성 및 조작에 필요한 각각의 인자들이 흡수속도에 미치는 영향과 예측, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다

고분자를 크게 두가지로 대별해 보면 유리상 고분자(Glassy polymer)와 고무상 고분자(Rubbery polymers) 혹은 일레스토머로 나눌수가 있으며 이는 고분자의 유리전이온도(Glass transition temperature)에 따른 분류이다. 즉 유리전이온도가 상온 보다 높아 상온에서 유리상인 고분자를 유리상 고분자라 하고 유리전이온도가 상온보다 낮아서 상온에서 고무상인 고분자를 고무상 고분자라 한다. 이들 두 종류 고분자는 화학적 구조, 화학적 성질, 그리고 물리적 성질면에 있어서 상당히 다르다.

이산화탄소의 분리회수가 필요한 공정은 지금까지 천연가스정제, 암모니아 제조시 수소정제, 매립지 가스, Enhanced oil revovery (EOR), Bio 가스정제 등이 있었으며, 최근에는 지구온난화의 주원인인 CO2를 배출가스(Flue gas)로부터 분리하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 논문에서는 지구협약에 의해 방출규제가 따를 것으로 예상되는 Flue gas에 포함된 CO2의 배출제어를 중심으로 분리막을 이용한 이산화탄소 분리회수기술을 살펴보고자 한다.

건습식방법에 의해 제조된 중공사는 1차적으로는 방사원액 및 내외부응고제의 조성과 양 그리고 방사높이 드의 방사조건에 의해 막의 전체적인 구조 및 투과성능이 영향을 받지만 제조된 중공사의 건조과정이나 용매처리, 열처리등에 의해서도 큰 영향을 받는다. 본 실험실에서는 건습식방사법에 의해 한외여과용 폴리설폰중공사막을 제조하여 후처리조건을 변화시켜가면서 그 중공사막의 투과특성을 조사하였다. 그 결과 건습식방사법에 의해 제조된 폴리설폰중공사는 건조시간이나 건조온도가 증가하면 막의 수축이 크게 일어나서 툭수헝이 크게 감소하고 역으로 용질배제율은 높아지며 한범 감소된 막의 투수성은 회복이 불가능하다. 따라서 중공사의 투과성능을 보존하기위해서는 100%글리세린으로 처리하여 막의 건조를 피해야한다는 사실과 20℃의 흐르는 water에서 수세하는 경우 단시간에 중공사의 잔여용매(NMP, DMAc)를 제거하기는 어려우며 이러한 잔여용매는 중공사막의 투과성능의 안정성 및 재연성을 크게 손상시키기 때문에 열수처리를 해주어야 한다는 것을 알았다. 100℃ 열수처리결과 단시간에 잔여용매의 제거가 가능하였으며 투과성능도 안정적으로 얻을 수 있었다.

Recently many countries agreed to reduce emissions of greenhouse gases into the atmosphere or at least to keep them at the current level at the Kyoto Protocol. Carbon dioxide has been proven to be 80% of greenhouse gases, contributing to the increase of the earth’s surface temperature. It is reported that half of the CO2 emissions are produced by industry and power plants using fossil fuels. In this article, we review and analysis domestic and abroad R&D policy trends relating to UN framework convention on climate change(UNFCCC).