멤브레인은 분리 기술 및 다양한 사용처에 따라서 유기물, 액체, 용질, 증기, 기체, 이온 또는 전자 등 다양한 물질 을 선택적으로 분리할 수 있다. 멤브레인은 크게 대칭막과 비대칭막으로 나누며, 기공의 유무에 따라 다공성과 비다공성으로 분류된다. 또한 멤브레인의 계면은 분자적으로 균일하거나, 또는 화학적으로 또는 물리적으로 불균일할 수 있다. 제조기술로 는 용융 압출 제조법, 연신법, 템플레이트 침출법, 트랙-에치법, 용액 캐스팅법, 상전이법 및 용액 코팅법 등이 있다. 제조된 멤브레인은 정밀여과, 한외여과, 나노여과, 역삼투, 기체분리 및 에너지 분야와 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다. 본 총설에서는 멤브레인의 분류 및 종류에 따른 제조 방법에 대한 튜토리얼을 제공한다.

높은 안전성과 견고한 기계적 특성을 가진 고체상 슈퍼커패시터는 차세대 에너지 저장 장치로서 세계적 관심을 끌고 있다. 슈퍼커패시터의 전극으로서 경제적인 탄소 기반 전극이 많이 사용되는데 수계 전해질을 도입하는 경우 소수성 표 면을 가진 탄소 기반 전극과의 계면 상호성이 좋지 않아 저항이 증가한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 전극 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수화된 전극과 수계 전해질 사이의 향상된 계면 성질을 기반으로 더 높은 전기화학적 성능을 얻는 방법을 제시한다. 풍부해진 산소 작용기들로 인한 표면 친수화 효과는 접촉각 측정을 통해 확인하였으며, 전력과 지속시간을 조절함으로써 친수화 정도를 손쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. 수계 전해질로 PVA/H3PO4 고체상 고분자 전해질막을 사 용하였으며 프레싱하여 전극에 도입하였다. 15 W의 낮은 전력으로 5초간 산소 플라즈마 처리를 시행하는 것이 최적 조건이 었으며 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 약 8% 증가하였다.

본 논문에서는 UiO-66 입자를 합성하고, 이를 열가소성 탄성중합체인 polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS) 블록공중합체 매질에 삽입하는 방식으로 CO2/N2 기체를 분리하기 위한 혼합 매질 분리막을 제조하였다. UiO-66 가 고분자 매질에서 미치는 영향을 확인하기 위해 SBS와 UiO-66의 질량 비율을 변화시켜가며 혼합 매질 분리막을 제조하였 다. 또한 UiO-66 입자의 균일한 분산을 위해서 두 차례에 걸친 초음파 처리 및 자성 막대를 이용한 물리적 혼합을 활용하였 다. 제조된 시료들은 푸리에 변환 적외분광법(FT-IR), 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인하였다. 또한 기체 투과 성능은 time-lag method를 통해 확인하였다. 이때, UiO-66의 함유량이 증가함에 따라 혼합 매질 분리막의 투과도는 크게 증가하였지만, CO2/N2 선택도는 크게 감소하지 않았다. 가장 좋은 성능을 보인 20%의 UiO-66 입자를 함유한 분리막의 경우 663.8 barrer의 CO2 투 과도와 13.3의 CO2/N2 선택도를 보여주었다. 이러한 결과는 Robeson plot에서 순수 고분자 막에 비해 upper bound에 더 가까 운 성능을 나타냈는데, 첨가된 UiO-66가 선택도를 크게 희생시키지 않고 기체 투과도는 두 배 이상 향상시켰기 때문이다.

본 논문에서는 이산화탄소 친화적인 PBEM-POEM (PBE) 공중합체를 기반으로 고분자 블렌드 분리막을 제조하 는 방법을 제시한다. PBE 공중합체는 자유 라디칼 중합 반응을 통해 손쉽게 합성이 가능하며, 이를 상용 고분자인 PEG와 다 양한 비율로 혼합하여 이산화탄소/질소 분리막을 제조하였다. 이산화탄소/질소 분리 성능을 테스트한 결과, PEG의 함량이 높을수록 이산화탄소 투과도는 감소하는 반면 이산화탄소/질소 선택도는 크게 증가하는 상충(trade-off) 관계가 나타났다. 그러 나 PBE/PEG (9 : 1)과 PBE/PEG (7 : 3)을 비교하면 이산화탄소 투과도는 단지 8.3% 감소한 반면에 질소 투과도는 69.1%나 감소하였다. 따라서 이산화탄소/질소 선택도가 33.8에서 100.3으로 크게 증가하였다. 이것은 PBE 공중합체의 80%를 차지하 는 POEM 사슬이 PEG와 상호작용하여 더욱 조밀한 구조가 되었기 때문이며, 이를 FT-IR, XRD, SEM 분석으로 확인하였다. PBE/PEG (7 : 3) 블렌드 막이 가장 최적의 기체 분리 성능을 가졌고, 이산화탄소투과도는 170.5 GPU, 이산화탄소/질소 선택 도는 100.3이었다.