본 연구는 시스템 다이내믹스를 기반으로 해양구조물 분리시스템(Separation system)의 설계검증 방법을 제안하였다. 해양구조물 분리시스템은 부가가치 측면에서 EPC 프로젝트의 성공 여부를 결정할 수 있는 상부구조(Topsides)의 가장 중요한 시스템 중 하나이다. 그럼에도 불구하고, 설계검증에 대한 지금까지의 실태는 설계 작업의 프로세스 진행이나 도면작성 및 제공에 국한되어 있어 기본설계 단계에서 설계검증의 미흡으로 인하여 계약 후 잦은 설계변경에 의한 기업손실이 발생되어 왔다. 이러한 맥락에서 본 연구의 목적은 해양구조물의 전체 프로젝트 수행 기간에 성공적인 사업수행을 도모하고자 설계검증 모델을 구축하여 적용하도록 하였다. 제안된 설계검증 방법은 상세 설계의 효과적인 실행뿐만 아니라 초기설계 단계에서 기술적 오류나 불일치 사항을 미리 찾아냄으로써 해양구조물의 엔지니어링, 조달 및 건조에 대한 경쟁력을 향상시키는데 기여 할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 먼저 건조한 실적선 자료를 바탕으로 설계검증을 수행하여 FPSO 분리시스템에 적용하고 ISO 15288 국제 표준을 준수하였다. 결과적으로, 제안된 설계검증 방법이 해양구조물의 FEED 검증 프로세스에 적용될 수 있으며, 향후 해양 프로젝트의 성공적인 수행에 의한 이익창출을 도모할 수 있을 것이다. 또한, 해양구조물 건조 시 설계변경 에 의한 막대한 손실을 최소화 할 수 있을 것으로 기대한다.

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 연구에서는 세라믹 중공사 접촉막 모듈을 이용하여 CH4/CO2 혼합가스에서 CO2 분리 실험을 수행하였다. 높은 성능의 접촉막 모듈을 제작하기 위해 고투과성 중공사막의 제조 실험을 진행하였으며, 제조한 중공사막은 N2 기체투과실험을 통해 투과 성능을 평가하였다. 최종적으로 고투과도 중공사막을 이용하여 CH4/CO2 혼합 기체 분리를 위한 Hollow fiber membrane contactor (HFMC)를 제작하였다. 실험에는 CH4/CO2 혼합 기체(34.5% CO2, CH4 balance)와 monoethanolamine (MEA) 를 사용하였으며, CO2 제거 효율이 흡수제의 유량에 따라 어떠한 영향을 받는지 평가하였다. CO2 제거 효율은 액체유량이 증가함에 따라 같이 상승하였으며, CO2 흡수 flux 또한 액체유량과 함께 증가하는 결과를 보였다.

다층 구조를 가진 5A 제올라이트를 탄소 분자체 분리막에 첨가한 복합막을 제조하고 질소/산소의 분리 특성을 평가하였다. 제올라이트의 첨가는 선택도에는 미세한 영향을 주지만 투과도를 크게 증가시키는 방법으로 전체적인 탄소막의 질소/산소의 분리 성능을 상승시켰다. 특히 메조포어를 함유한 다층구조의 제올라이트 첨가제는 분리막의 투과도를 보다 효율적으로 상승시켜 아주 우수한 분리 성능에 도달하였다. 이 연구의 결과는 저렴한 탄소막 전구체와 제올라이트 소재를 활용하 고도 고성능의 질소/산소 분리막을 손쉽게 제조할 수 있다는 것을 제시한다.

올레핀 가스는 다양한 석유화학물질의 합성에 사용되는 산업적으로 매우 중요한 물질로, 합성 과정에서 미반응된 올레핀은 다량의 질소와 함께 배출된다. 이러한 화학 공정의 경제성을 향상시키기 위해서는 미반응한 올레핀을 질소로부터 효 율적으로 회수해야 한다. 본 연구에서는 올레핀 중 프로필렌을 질소로부터 효과적으로 분리하기 위해 PGMA-co-PMMA (PGM) 가지형 공중합체를 합성하고, 4,4’-diaminoazobenzene (DAAB)를 도입하여 가교된 멤브레인을 제조하였다. PGM과 DAAB는 상온에서 에폭사이드-아민 반응을 통해 쉽게 반응하여 별도의 열처리 없이도 가교 구조의 멤브레인을 형성하였다. 유리상 고 분자인 PGM 기반의 멤브레인은 C3H6에 비해 N2를 더 빠르게 투과시키는 결과를 나타내었는데, 순수 PGM 멤브레인의 경우, 0.12 barrer의 N2 투과도와, 32.4의 높은 N2/C3H6 선택도를 보고하였다. DAAB가 가교제로 도입됨에 따라 멤브레인의 열적 안 정성이 크게 향상된 것을 TGA 결과로부터 확인하였다. 1 wt%의 DAAB 함량에서 N2/C3H6 선택도는 감소하였으나, N2 투과도가 약 4.7배 증가하는 결과를 나타내었다. 본 연구에서는 많이 연구되지 않은 유리상 고분자 기반의 멤브레인에서의 N2/C3H6 기체 분리 특성을 분석하였으며, 가교를 통해 멤브레인의 열적 안정성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

유기 양이온과 유기/무기 음이온을 포함하고 있는 이온성 액체는 저온 용융 염의 종류이며 이산화탄소 분리 기능 에 대한 잠재력을 갖고 있다. 지구 온난화와 기후 변화의 문제점을 극복하기 위해 이온성 액체를 기반으로 한 막을 개발하여 연도가스에서 이산화탄소를 걸러내는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 리뷰에서는 홀로 설 수 있는 중합 이온성 액체(PIL), 이온성 액체와 이온성 액체 복합 막의 혼합의 기술이 논의될 것이다. 새로운 이온성 액체의 모노머 도입, 그리고 중합 이온성 액체 막과 복합 막의 미세구조변형은 막의 기계적 특성을 향상시켜 가스투과율과 선택도를 크게 향상 시키는데 시용되어 왔 다. 이온성 액체 모너머의 양이온과 음이온의 다양한 변형은 막의 가스 분리성에 큰 영향이 있다.