Graphene oxide (GO), consisting of numerous oxygen functional groups and 2-D graphene sheet, has drawn intensive attention as a promising membrane material due to its molecular-sieving nanochannel and ease of scale up. However, GO membranes have generally showed a low gas permeability stemming from the high tortuosity of laminate structure. Herein, we prepared silica/GO hybrid membranes to overcome the low gas permeability of GO membrane by tuning its surface area and interlayer spacing. The size of silica nanoparticles grown on the GO nanosheets was successfully controlled by varying the concentration of silica precursor. In particular, the relationship between gas permeability of silica/GO hybrid membranes and the size of silica nanoparticles was investigated.

온실가스의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 분리하기 위하여 이산화탄소와 친화성이 좋은 에틸렌글리콜 사슬이 도입된 폴리설폰 기반의 고분자와 아민이 기능화된 ZIF8 무기입자 (ZIF8-A) 를 복합화한 유무기 복합 기체분리막 (MMM)을 제조하였다. 제조된 분리막은 XRD, TGA, FT-IR, SEM 및 NMR 분석을 통해 분리막의 구조와 물성특성을 확인하였다. CO2/N2, CO2/CH4에 대한 가스 투과 특성을 조사하였고, 그 결과 ZIF8-A 구조 내 아민 함량 증가에 따라 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 ZIF8-A 구조 아민기능기와 에칠렌글라이콜 사슬과의 입자와의 계면저항성이 낮은 것에 기인한 것으로 판단하였다.

Carbon molecular sieve (CMS) membrane surpasses the upper-bound trade-off and plasticization phenomenon of polymer membrane. Recently, supported CMS membranes have been investigated to provide both high performance and mechanical strength. Herein, we have investigated the supported CMS hollow fiber membranes on low-cost alumina hollow fiber. To prepare the thin and uniform layers, the dip-coating parameters for intermediate and polymeric layers were varied in terms of the withdrawal rate and solution viscosity, respectively. Then, in order to confirm its feasibility in real industry, mixture gas was permeated through prepared CMS membranes. Moreover, the property of long-term stability was characterized in harsh conditions and further modified.

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.

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.

In the present work, AMC/ZnO, AMC/Au, and AMC/Zeo conjugated membranes was prepared by vapor induced phase separation (VIPS) method and used for fouling study. each membrane the nanoparticles [Zinc oxide (ZnO), gold(Au) & Zeolite (Zeo)] was used separately. The prepared membranes are characterized by surface morphology and contact angle to investigate the influence of nanoparticles. The fouling resistant ability of the AMC conjugated membranes was analyzed using bovine serum albumin(BSA) protein and calculated the series model analysis by means of resistance. The fouled membranes was investigated to realize the surface properties considered as essential for fouling propensity. The experimental results correlate the changes in BSA separation efficiency and fouling resistance properties of AMC conjugated membranes with surface morphology.

In the epoxy resin manufacturing process, carcinogenic ECH (epichlorohydrin), IPA (isopropanol) and Biphenol-A materials has been generally used. After the reaction, byproducts containing ECH/IPA/Water is remained along with final product. But, in the recovery process, ECH and IPA forming an azeotropic mixture with water containing feed solution at any temperature condition, the recovery of high purity ECH is difficult only by distillation. Therefore, pervaporation process could be suitable countermeasure due to its mild operation condition for separation of azeotropic mixtures at the point of energy and cost saving. In this study, Alumina-PVA composite membrane was prepared for pervaporation dehydration of ECH/IPA/Water feed mixtures and pervaporation performance and stability of the prepared composite membrane was identified.

본 연구에서는 막증류법에서 문제가 되는 젖음 현상을 방지하기 위해 분리막의 표면을 초소수성으로 개질하고, 젖음 현상의 가속화를 통해 초소수성 표면의 젖음 방지의 평가에 관한 연구를 진행하였다. 분리막의 표면을 물리적 처리를 통해 기공을 키우고, 산화 처리를 통해 하이드록실기를 형성시켜 성장을 준비한다. 성장을 통해 표면에서부터 형성된 나노 입자를 통해 코팅 방법이 가지는 분리막과 나노 입자 사이의 불안정성을 해결하였고, 성장한 나노 입자의 화학적 개질을 통해 초소수성 막을 준비하였다. 준비된 분리막은 막 증류법의 운전 도중 계면활성제를 첨가함으로써 젖음 현상의 가속화를 통해 개질 전후의 방지효과를 비교하였고, sonication 처리를 통해 나노 입자와 분리막 사이의 안정성을 확인하였다.

소수성 PE막은 높은 내화학성 및 상대적으로 낮은 가격으로 다양한 산업소재로 사용되고 있다. 이중 다공성 PE소재는 MBR, 2차전지 separator, MF등 다양한 분야에 사용되고 있으며, 목적에 따라 친수화가 필요로 한다. 하지만 PE의 화학적 안정적 구조로 친수화를 하기 위해서는 고에너지의 플라즈마처리가 필요로하지만, 다공성막의 경우 내부까지 친수화를 하기 어려워진다. 이를 해결하기 위해 간단한 용액 함침기술을 통하여 PE막을 친수화하였다. 친수화된 PE막에 수처리용 RO 및 NF막을 계면중합을 통하여 제작하였다. 본 기술을 간단한 화학적처리 방법을 통해 소수성 폴리올레핀의 적용분야 확장에 쉽게 접근할 수 있을 것으로 기대한다.

염색공정으로부터 배출되는 염료⋅염색 폐수를 효과적으로 제거하고 재활용하기 위해 막분리법을 적용하고자 하였고, 본 연구에서는 상용화된 나노복합막 표면을 실란 커플링제로 개질하여 분리막 성능을 향상시키고자 하였다. NaCl, MgSO4를 사용하여 개질한 막의 성능 평가를 진행하였고, 그 결과 상용막에 비해 투과도와 제거율이 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 염색, 염료 폐수의 분리 특성을 확인하고자 인공염색 폐수를 적용하였고, UV 흡광도 측정을 통해 99% 이상의 제거 성능을 확인할 수 있었다. 제조된 분리막의 표면 특성은 AFM, XPS, FE-SEM, FT-IR, Contact angle 등을 이용하여 분석하였다.

천연가스, 산업공정, 화석연료의 연소과정과 같은 대규모 고정 배출원에서 발생하는 온실가스인 CO2를 포집하기 위한 기술 개발이 전 세계적으로 활발하게 수행되고 있다. 특히, 습식 흡수 법은 비교적 낮은 CO2분압에서도 높은 제거 효율을 달성할 수 있어 많은 개발이 이루어져온 포집 기술이다. 하지만 흡수제의 재생에 필요한 에너지가 과다한 문제가 있으며, 충분한 부지가 확보되어야하기 때문에 공정 상용화에는 큰 걸림돌이 있다. 이러한 문제를 극복하고 공정 효율을 개선 할 수 있는 접촉분리막 공정 기술이 최근 주목받고 있다. 본 연구에서는 접촉분리막과 화학적 습식 아민 흡수제를 이용한 이산화탄소 제거 특성을 분석하였다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been commonly used as representative polymer electrolyte membrane (PEM) materials for fuel cell electric vehicles owing to their fast proton transport and excellent chemical resistance. However, PFSA materials still have weakness associated with chemical degradation occurring as a result from radical attacks, which induce membrane thickness reduction, leading to hydrogen crossover, and/or reduced electrochemical performances. In this study, cerium derivative radical scavengers were designed as functional additives to enhance the chemical durability of PFSA PEM. Their optimum content was suggested, comprehensively considering their radical resistance as well as other fundamental characteristics associated with long-term durability and electrochemical performance.

하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

최근 수자원 부족의 문제에 대한 탈출구를 찾기 위해 해수담수화 공정이 지속적인 연구가 이루어지고 있다. 그 중 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 이온교환막을 이용한 전기투석법과 이온교환수지를 이용한 이온교환수지법을 혼합하여 이루어지는 공정으로 현재 사용되고 있는 해수담수화 공정의 효율을 더 높이 올려줄 것이라 예상하고 있다. 하지만, 이 공정은 이온교환막 사이에 이온교환수지가 있는 구조이기 때문에 기존 모듈보다 비교적 사이즈가 크다는 단점이 있다. 또한, 이온교환수지의 크기 분포와 당량비가 모듈의 성능에 영향을 준다. 본 연구는 현재 상용화되고 있는 이온교환공정에서 쓰이고 있는 모듈의 문제해결과 성능 향상을 위해 진행되었다. 개질을 통해 이온교환용량을 더욱 향상시키고 일반적인 이온교환수지가 아닌 더 작고 균질한 이온교환능력을 가진 이온교환 나노입자를 제조하여 제막을 진행하였고, 다양한 특성평가가 이루어졌다.

Forward Osmosis process has no, as yet, reliable method to predict fouling. This study utilized the concept of fouling reversibility to develop the index. The osmotically-driven reversibility index, denoted as ORI, was acquired by measuring the flux recovery after physical cleaning cycle and the protocols of ORI were developed systematically by considering all the critical factors of FO process. The applicability of ORI was examined by investigating FO process when treating secondary effluents from various full-scale wastewater treatment plants. The results demonstrated that the normalized final flux by fouling in FO was closely correlated to the ORI measurements with high statistical reliability. The ORI has proven to be useful evaluation parameter for continuous operation and determining cleaning cycles of FO process.

Saline water electrolysis is an electrochemical process to produce valued chemicals by applying electric power. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been used as polymer electrolyte membrane (PEM) materials owing to their high sodium ion selectivity and barrier properties. However, sulfonic acid groups in PFSA ionomers are chemically decomposed under a basic catholyte condition, which makes the PEM materials lose their ionic selectivity and Faraday efficiency. In this study, double layered membranes were prepared by anchoring cross-linked hydrocarbon ionomers, as a protection layer to catholyte atmosphere, into the water channels, particularly, located at around the surface of a PFSA membrane. Here, each monomer results in the identical chemical architecture and different free volume content when polymerized.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been used as polymer electrolyte membrane (PEM) materials owing to their excellent chemical durability and proton conductivity. However, the PFSA ionomers are suffering from fast hydrogen crossover and, thereby, chemical degradation in the membrane state. To solve these issues is to make reinforced membranes by filling proton-conductive PFSA ionomers in the pores of chemically robust poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) support films. However, it is very difficult to obtain PFSA-PTFE reinforced membranes with improved hydrogen barrier property. In this study, PFSA-PTFE reinforced membranes were fabricated by immersing commercial reinforced membrane in PFSA ionomer dispersions with different chemical architectures and particle sizes and their effects were systematically investigated.

PEMFC is an eco-friendly and sustainable electrochemical generation system to convert chemical energy of fuels into electric energy. Proton exchange membrane(PEM) is key material to decide PEMFC performances. Representative PEM materials is perfluorinated sulfonic acid(PFSA) composed of a chemically stable PTFE backbone and ion conductive side chains. PFSA is classified into long-side chain(LCC-PFSA) and short-side chain(SCC-PFSA). Normally, SCC-PFSA can induce high packing density and gas barrier properties when it is made in PEM state. In spite of these advantages, it is hard to make desirable SCC-PFSA PEMs due to its relatively high Tg and low EW. In this study, the effects of PEM fabrication histories on basic properties of SCC-PFSA ionomers were observed by varying parameters such as casting solvent and thermal annealing condition.

막증발 기술은 최근 해수담수화 분야에서 많은 주목을 받고 있으며, 기존 증발법과 역삼투를 대체하는 대안기술로서 개발이 활발하게 추진되고 있다. 그러나 막증발 기술의 실용화를 위해서는 극복하여야 할 몇 가지 문제점이 있다. 본 연구에서는 막증발 기술을 효율적으로 적용하기 위하여 해결해야 하는 1) 스케일업 2) 막오염 억제 3) 막젖음 예측 및 방지기술 개발하고자 하였으며, 이를 통하여 저탄소 담수화를 실현시키기 위한 방안을 제시하고자 하였다.

The slow diffusion of pollutants to the surface of electrodes has limited the contact between OH radicals and micropollutants in electro-oxidation processes. In this study, conductive hollow fiber membrane (CHF) made with multi-walled carbon nanotube (CHF) was fabricated and operated with flow-through system. During the electro-oxidation of three micropollutants, a conventional flow-by reactor showed less than 60% of removals at the hydraulic retention time (HRT) of 30 minutes, while flow-through operation could achieve complete removal for all tested micropollutants at the same HRT. Moreover, the flow-through system exhibited complete removals even at the HRT of 1 minutes, while that of flow-by system were less than 10 %.