지구온난화의 주요 원인인 CO2로 인한 대기 기온 상승은 세계적으로 큰 화두가 되고 있다. 고분자 분리막을 이용한 이산화탄소 포집용 분리막 제조는 공정의 단순화와 가격적인 측면에서 우수하며 이산화탄소 분리성능이 우수하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 Si-PEG를 이용한 이산화탄소 포집용 기체 분리막을 제조하였다. 분리막 제조에 앞서 Si-PEG를 합성한 뒤, 1H-NMR, GPC, FT-IR을 통해 합성의 유무를 판단하였다. 복합막 제조는 지지체위에 Si-PEG를 코팅하여 제조하였다. 코팅제는 Isocyanate, Si-PEG, 촉매를 사용하여 코팅을 실시하였으며 가교를 위하여 고온공정을 진행하였다. 제조한 기체투과 복합막은 50GPU의 이산화탄소 포집값을 보이며 질소에 대한 이산화탄소의 선택도는 15의 결과를 보여 기체분리막으로의 활용 가능성을 확인하였다.

Poly(ethylene glycol) (PEG)는 CO2와 높은 친화력을 가지고 있기 때문에 CO2 분리막으로 많이 사용되고 있다. 하지만 PEG의 이용한 기체분리막은 낮은 물성 및 높은 결정화도로 인해 제조에 어려움, 낮은 투과도 및 CO2에 대한 가소화 현상으로 인한 선택도의 감소 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 가교시스템을 도입하여 결정화도를 줄이고, 가교밀도를 조절함으로써 기계적 강도를 향상 시켰다. PEG와 가교가 가능한 모노머를 혼합한 후 자유라디칼 중합을 통해 PEG계 가교형 고분자를 제조하였고, time-lag 장비를 이용하여 기체투과 특성을 알아보았다.

오랜 기후변화와 관련하여 지구온난화를 늦추고자 온실가스 중 대부분의 비율을 차지하고 있는 이산화탄소를 분리 및 저장 할 수 있는 연구가 활발하다. 본 연구에서는 고 투과성을 지닌 Polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)와 이산화탄소에 대한 선택도를 지닌 Poly(ethylene glycol)을 이용하여 POSS-PEG 공중합체를 합성하였고 이를 다공성 지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조하였다. 특성평가로는 NMR과 FT-IR 스펙트럼으로 합성의 유무를 확인한 뒤 복합막에 N2,O2,CO2 세 종류의 기체를 투과 특성함으로써 성능을 확인하였다. single gas를 투과시켰을 때 CO2/N2 선택도 24, Mixture gas를 투과시켰을 때 최대 70%의 CO2 분리성능을 나타내었다.

In this study, we prepared thin composite membranes in which a support layer and a selective layer are covalently bonded in a simple method. The graft polymerization was carried out using UV/Ozone on a commercial Poly(sulfone) (PSf) ultrafiltration membrane with Poly((ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (PEGMA) possessing CO2affinity. As a result, nano-pores on the surface membrane were covered with PEGMA. The covalent bonding of the composite membranes has the advantage of improving stability. In addition, due to the thin selective layer formed by the graft polymerization, highly gas permeation characteristics are exhibited, and efficient process performance can be expected. The final composite membranes were investigated in terms of their chemical structures and elements, morphology, and gas permeation properties.

이산화탄소 분리막은 이산화탄소에 대한 선택성이 우수하면서도 투과성이 뛰어나야 그 성능을 제대로 발휘할 수 있는데, 대부분의 고분자 분리막들은 투과도 및 선택도에 있어 매우 뚜렷한 상충관계를 보이고 있으며, 이러한 상충관계를 극복할 수 있는 고투과성 및 고선택성을 갖는 분리막의 개발이 시급하다 할 수 있다. 근래 PEG (polyethylene glycol)가 이산화탄소에 대한 투과선택도가 뛰어난 것이 밝혀져 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 연구는 이에 더해 내구성이 우수한 표면고착된 PEG 함유 고분자 복합막을 제조하여 이의 이산화탄소에 대한 분리에 대하여 발표한다.

기체분리용 기능소재에 대한 세계적인 시장의 요구가 증가함에 따라 광범위한 연구개발이 진행되고 잇다. 본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 포집성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이다. Isocyanate와 SI-PEG, 소 량의 촉매를 사용하여 코팅액을 제조한 뒤 PAN지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조하였다. SEM기기를 활용하여 복합막의 코팅층을 확인하였고 Bubble flowmeter를 사용하여 기체투과특성평가를 실시하였다. 기체복합막의 두께는 3 um 이하로 고른 분포를 보이며, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다.

최근 전세계적으로 이산화탄소 분리기술에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 특히 분리막을 이용한 이산화탄소 분리는 타 방식에 비해 다양한 장점으로 광범위하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 고선택성을 지닌 Polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)과 고투과성을 지닌 Poly(ethylene glycol)으로 이산화탄소 포집에 우수한 성능을 나타내는 POSS-PEG를 합성하고 특성평가하는 것에 중점을 두었다. 1H-NMR스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼을 활용 하여 합성의 유무를 확인하였고 PAN지지체에 코팅하는 방식으로 복합막을 제조하였다. 기체특성평가를 실시하기 위해 기체투과에 필요한 실험모듈을 제작하였고 이산화탄소 투과특성을 평가하였다.

미국 Lick 천문대에서 위상이 다른 세 시기에 공생별 AG Peg을 분광 관측하고 방출선 H I, He II, O III를 조 사하였다. 6개의 O III Bowen 선의 FWHM과 선세기를 측정하고 형광 기작 효율을 연구하였다. 세 시기의 O III 일반 선과 Bowen 선의 평균 FWHM은 큰 차이가 없었으나 선세기 비는 약 4.0 배 정도로 O III Bowen 선이 높았다. O III Bowen 선의 이론적 세기 비와 관측 세기 비를 비교한 결과, O III λ 3759.87만 제외하고 관측한 세기가 이론적 세기보 다 크다는 사실을 알았다. O III λ 3791.26과 3754.67의 선세기 비는 세 시기 중에서 2001년도만이 Saraph and Seaton (1980)의 모델과 잘 일치하였다. 다른 두 시기는 AG Peg의 효율(R)을 구할 수 없었으나 2002년은 R=0.47을 얻었다. 이 때문에, 2002년 효율 결과를 기초로 He II λ 4685.68에 대한 O III 일반선과 Bowen 선의 세기 비를 구하여 시기에 따른 효율 변화를 알아보았다. 그 결과 AG Peg의 효율은 1998년이 가장 높았고 2001년이 가장 낮았다. 결론적으로, 위상에 따른 효율 변화는 이온화된 가스의 전자 온도 변화에 기인하는데, AG Peg의 효율은 전자 온도가 증가함에 따라 증가하고 있다. 우리 연구 결과는 선세기 비 및 효율의 경향성 파악과 공생별에서 이온화된 껍질의 물리적 조건을 이해하는데 사용될 수 있다.

4,4'(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (6FDA)와 4,4'-oxydianiline (ODA)로부터 용해성이 있는 폴리이미드인 chloromethylated polyimide(CPI)를 합성하고 이를 chloromethylmethyl ether로 hloromethylatation 시켰 다. 다음 CPI를 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene(DBU) 촉매 존재하에서 carboxy-terminated PEG와 반응함으로써 PEG-grafted polyimide를 합성하였다. 합성된 고분자는 1H-NMR, FT-IR, DSC, TGA 등으로 구조 분석하였다. PEG-grafted polyimide의 고분자 고체전해질로의 응용을 위해 lithium trifluoromethanesulfonate와 lithium perchlorate 등의 리티움염을 섞은 후 impedance spectroscopy를 이용하여 이온전도도를 측정하였는데 그 결과 상온 에서 10-5 ~ 10-6 S/cm 정도의 전도도를 얻었다.

분리막을 이용한 기체 투과 특성은 이산화탄소 분리성능이 탁월하다. 복합막제조에 앞서 Si-PEG를 합성한 뒤, 1H-NMR, GPC, FT-IR등을 이용하여 합성을 확인하고 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter을 이용하여 기체투과 성능을 측정하였다. 코팅제는 Isocyanate와 합성한 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 제조한 기체투과 복합막은 3um 이하로 고른 분포를 보이고, 50GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅제의 조성을 다양하게 변화하여 각각의 (N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인 하였다.

본 연구에서는 혼합기체 투과 시 높은 CO2 선택도 특성을 가지는 분리막을 제조하기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane(POSS)와 Polyethylene glycol(PEG)의 추가적인 합성을 진행하여 POSS-PEG를 얻었다. 또한 투과도와 선택도를 향상시키기 위해 POSS-PEG를 용매에 희석시켜 추가적인 코팅을 진행하여 복합막을 제조하였다. 특성평가 진행은 POSS-PEG Film의 기체투과 특성을 측정하기 위해 Time lag를 사용하였으며, N2, O2, CO2를 혼합한 혼합기체에 대한 특성평가는 Bubble flowmeter와 Gas chromatography를 이용하여 진행하였다.

공생별 AG Peg는 적색거성(GS)과 백색왜성(WD)으로 구성된 성운으로 둘러싸인 쌍성계이다. AG Peg의 분광 자료는 1998년, 2001년, 그리고 2002년의 세 시기에 미국 Lick 천문대에서 관측한 자료로 HI 발머 방출선 자료를 분 석하였다. AG Peg의 선세기와 폭은 각 시기에 따라 변하는데, Hα와 Hβ선에서 모두 청색편이, 적색편이, 넓은 폭 성 분이 나타났다. 가스 성운의 운동학적 특성을 보여주는 방출선은 WD주변에 형성된 강착원반의 반경이 매우 큼을 보여 준다. 관측자의 시선 방향을 고려하면, 1998년 관측은 AG Peg의 GS와 WD가 나란히 하늘에 있는 반면, 2002년에는 WD가 GS의 전면에, 2001년에는 WD가 GS의 뒷면에 위치하였다. 이러한 상대적인 위치와 분광선의 변화를 고려하여, 우리는 GS에서 WD로의 가스유입이 지속적으로 이루어지고, 그 결과 형성된 두꺼운 원반의 회전이 관측된 분광선 윤 곽의 형성을 가져온 것으로 결론지었다.

본 연구에서는 이산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 기체분리용 고분자 분리막을 제조하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG)계 공중합체를 제조하였다. 우수 한 기계적, 열적, 화학적 특성을 가지는 폴리술폰계, 폴리이미드계 고분자에 폴리에틸렌글리콜을 도입하여 보다 우수한 이산화탄소 선택성을 가지는 분리막을 제조하고자 하였다. 또한 보다 높은 투과성능을 가지는 분리막을 제조하기 위하여 높은 자유체적을 가지는 카도비스페닐플루오렌 및 Durene을 도입하였다. NMR, FT-IR로 화학적 구조를 확인하였고 TGA 및 DSC로 열적 특성, WAXD로 결정화도를 평가하였다. 또한 CO2, O2, N2, CH4의 기체 투과도 역시 측정하였다. 측정에 사용 된 기체는 모두 순수 기체를 사용하였다.

본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이며 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합 막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter로 기체투과 성능을 조사하였다. 코팅제 는 Isocyanate와 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 코팅층은 3 um 이하로 고른 분포를 보이고, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도 는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하게 하여 각각의 기체 (N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인 하였다.

PEBAX는 높은 CO2 선택도로 인하여 CO2 포집을 위한 분리막 연구에 널리 사용하고 있다. 본 연구에서는 Poly(ether block amides) (PEBAX) 2533을 에탄올에 용해, support를 PAN(Polyacrylonitrile), PSf(Polysulfone)로 사용하여 복합평 막을 제조하였다. 투과선택도를 향상시키기 위하여 Poly (ethylene glycol) (PEG) 를 첨가하여 막을 제조한 후 CO2, 와 N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 평가 하였다. PEG도입에 의한 PEBAX 복합막 제조는 PEBAX가 가지고 있는 투과도 한계를 향상 시킬 수 있다.

본 연구에서는 매우 벌키한 그룹인 플루오렌기를 도입하고 CO2와 친화력이 좋은 현상을 이용해 선택도와 투과도를 높일 수 있는 PEG기와의 공중합반응을 통해 위 두 인자들을 조절하였다. FT-IR을 통해 PEG의 특성 피크 (2950 cm− 1,1110cm−1)가 잘 나타나 있는 것을 확인하였다. PSf-PEG 분리막이 유리전이온 도를 하나만 가지는 것을 확인하였으며 분자량이 6000인 PEG가 10 mol%가 포함 된 PSf-PEG 분리막에서만 60 °C 부근에서 용융점이 나타난 것을 확인할 수 있었다. PSf-PEG 분리막의 이산화탄소 기체투과도는 PEG 함량에 반비례하여 감소하였지만 이산화탄소 선택도는 증가하는 경향을 보였다. 같은 함량에서 PEG 의 분자량이 증가할수록 이산화탄소의 투과도 또한 증가하는 경향을 확인 할 수 있었다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우 수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성을 가지고 있다. 하지만 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있기 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 고무상 고분자인 폴리에 틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인 하였다.

Cellulose acetate-graft-(glycidylmethacrylate-g-polyethylene glycol) (CA-g- (GMA-g-PEG) was synthesized and incorporated into acetylated methyl cellulose (AMC) to prepare high rejection performance ultrafiltration membranes. H1-NMR and X-ray photoelectron spectroscopy study confirmed the successful synthesis of CA-g-(GMA-g-PEG) and utilized for hydrophilic modification agent. Polyethyleneimine(PEI), HumicAcid(HA) and Citric Acid(CA) ligands was used to bind the metal ions in aqueous solution.The rejection efficiency of AMC/CA-g-(GMA-g-PEG) blend membranes was studied in terms of pH, concentration and time. The successful developments would allow the safe and economical advancement in the fabrication of AMC blend membranes for ultrafiltration applications.