습식 동 제련공정은 황화광석을 원료로 하며, 제련 공정 중 약 2~15%의 폐황산이 발생하게 된다. 이 황산용액에는 유가금속(Cu, Zn) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있으며, 첨단소재로서의 희 소금속 및 유가금속의 용도 및 수요가 다양해짐에 따라 이를 회수하여 활용하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 막분리를 이용하여 희소금속을 분리할 시 효율적이며 친환경적인 장점이 있다. 본 연구에서는 폴리에틸렌이민, 피페라진, 트리메조일클로라이드 용액을 사용하여 다공성 지지막 위에 폴리아미드 계면중 합을 하였으며, 제조된 분리막의 투과 특성 및 15%의 황산용액에 대하여 내산성 특성을 살펴보았다.

본 연구에서는 2차 암모늄기를 가지는 PEEK계 고분자 소재를 합성하였으며 이를 이용하여 분리막을 제조한 후 연료전지 적용을 위한 특성평가를 진행하였다. 이온교환능기의 함량에 따른 분리막의 물성변화에 대해 관찰하였으며, 기존의 폴리에테르에테르케톤 고분자에 비해서 도입된 암모늄기의 함량이 증가함에 따라 이온교환능 및 이온전도도가 향상이 되었으며, 비스페놀 에이계 단량체 도입을 통해서 용해의 용이성을 증가하여 가공성이 향상된 것을 확인 할 수 있었다. 특히 일부 샘플의 경우 장기 안정성 테스트 진행 후에도 분리막의 형상을 유지 함으로써 우수한 내 알칼리성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

분리막을 이용한 산업은 석유에너지 자원의 고갈과 동시에 친환경 에너지자원의 필요성이 대두되어 최근들어 많은 연구가 이루어지고 있다. 이온기 그룹을 포함하는 고분자 분리막의 경우 해수담수, 전지시스템 등 친환경 에너지 자원의 개발과 더불어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이온교환 관능기를 포함하는 탄화수소계열 고분자를 합성하여 준비한 후 소수성의 고분자와 블렌 딩을 진행하였으며 이에 따른 이온교환능 및 이온전도도를 분석하여 연료전지용 고분자 전해질 막에 대한 평가가 이루어졌으며, 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 내열성 및 우수한 물리적 강도를 가짐과 동시에 우수한 이온전도도를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.

폴리벤즈이미다졸(PBI)은 우수한 내열성, 내화학성으로 잘 알려진 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이다. 이러한 최상위 급의 물성을 지녔음에도 불구하고 PBI는 가 공성이 매우 떨어지기 때문에 다양한 분야의 적용에 한계를 지닌다. 기존 압축 성형을 이용한 PBI 성형물은 무게가 가벼우면서 우수한 강도 및 내열성을 나타내어 가혹한 환경을 가지는 산업분야에서 주로 사용되어 왔으나, 기체에 의한 open, closed pore의 조절, 싱크마크, 스프링백 등과 같은 압축성형 공정 자체 의 문제점 때문에 양질의 결과물을 얻기 힘들다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 개선 된 고온 압축성형방법을 이용하여 PBI 압축성형물을 제 조하였고 고성능의 압출성형물 이상의 물성을 지니기 위하여 개질 된 카본나노 튜브와 그래핀 옥사이드를 도입하여서 기계적 강도를 높이고자 하였다. 각각의 보강제들은 초음파균질기를 통하여 고분자 용액에 골고루 분산되었고, 인장강도와 굽힘강도를 측정하기 위해 각각 ASTM규격에 맞는 압축성형 시편을 제작하였으며 UTM장비를 통해 강도 및 모듈러스를 측정하고 비교하였다.

바이오 메탄을 생산하기 위해 물리흡수제 특성평가 및 CO2/CH4 흡수 연구를 진행하였다. 상용 물리흡수제 중 프로필렌카보네이트(PC)는 PP 중공사막과 가장 높은 58.3° 접촉각을 보였고, 5 wt% PC를 물과 혼합할 경우 90° 이상의 접촉각 이 관찰되었다. PC/물 혼합 흡수제는 약 0.150 mmol/g의 흡수량으로 물 흡수제에 비해 높은 CO2 흡수능을 같는 것으로 보이며, 막접촉기에 가장 적합한 물 리흡수제로 선정되었다. PC/물 혼합 흡수제를 막접촉기을 통해 측정된 CO2 제 거율 약 98.0%, CH4 순도는 약 98.4%으로 바이오 메탄 정제를 위한 흡수제로 높은 가능성을 보여주었다. 그러나 물보다 우수한 PC의 CO2 흡수능에 맞추어 막접촉기 탈기 막 모듈 및 시스템 개선이 필요하다.

이번 연구에서는 기존의 이온교환 수지를 대체 할 수 있는 물질에 대한 연구를 진행하였다. 이에 대한 물질로는 유화중합을 통해 Styrene monomer를 활용한 Polystyrene particle을 제조하였다. 이온기가 도입된 입자의 경우 기존의 이온교환수지보다 표면적이 훨씬 크고, 입자 크기가 작아 좁은 분포를 나타내어 더 높은 이온 교환 용량을 나타냄을 확인 하였다. 단분산된 입자에 Sulfonation 반응을 통해 -SO3 -관능기를 도입하였으며 이외에도 -COO-, -PO3 -, -C6H4O- 등의 관능기를 도입함으로써 SEBS 고분자 분리막을 음전하로 높게 하전 시킬 수 있 었다. 입자를 제조하고 이에 따른 특성평가는 SEM, FT-IR, Zeta potential, IEC value등의 전기적 특성과 TGA, DSC 등의 열적 특성을 파악하였다.

Thin-film composite membranes (TFCs) have dominated desalination markets for recent decades, but a higher water permeance is still necessary to reduce the energy consumption. Although most researches have focused on the ultrathin active layer of TFCs, the supports should also be considered to further enhance the membrane performances. In this study, TFCs were fabricated on PSf supports containing carbon nanotubes (CNT) by interfacial polymerization. CNT/PSf supports show rougher and more porous surface morphologies than those of bare PSf supports. Because of such surface characteristics, CNT/PSf supports were favorable to increase the roughness and surface area of TFCs. Consequently, TFCs prepared on CNT/PSf nanocomposite supports showed a 41% enhanced water permeance without losing its salt rejection compared to the bare TFCs.

본 연구에서는 경상대학교가 보유한 기기를 이용하여 고분자 분리막의 특성 평가를 진행하였으며, 다양한 기기를 이용해 분리막의 특성을 평가하였다. 분리 막의 표면 개질 정도와 막의 fouling에 대한 정보를 얻기 위해 zeta potential 측정기를 이용하였고, BET 비표면적 측정기를 이용해 막의 비표면적 및 기공크 기 분포를 측정하였다. 또한 Time-lag 장비를 이용해 특정 기체에 대한 분리막 의 solubility와 diffusivity를 측정하였으며, 산소투과도 측정기(OTR)과 수분투습 도 측정기(WVTR)를 이용해 일정시간 동안 막을 통과하는 산소와 수증기의 양을 측정하였다.

본 연구에서는 sol-gel 법을 이용하여 montorillorite가 가진 단점을 보완하기 위해 각기 다른 관능기를 가진 무기입자를 제조하였으며, sulfonated poly(arylene ether sulfone)에 입자를 첨가해 복합막을 제막하였다. 제조한 무기 입자의 관능기에 따라 복합막의 물성, 전기적 성능 등의 변화를 관찰하였으며, 이에 따라 최적화된 관능기를 찾는 연구를 진행하였다.

고분자 분리막을 통한 기체 분리메커니즘은 기체의 용해 및 확산으로 진행 되어진다. 따라서 기체 분리 성능은 용해도 또는 확산도에 좌우되어진다. 이에 연구자들은 산화탄소와 같은 극성 기체의 용해도를 향상시키기 위해 acylation, bromination, sulfonation과 같은 화학적 개질을 통한 연구들을 진행하였고 또한 술폰산기를 가지는 고분자에 금속이온을 치환시켜 이산화탄소 선택도를 증가시킨 연구가 진행되어 보고되었다. 본 연구에서는 biphenol기와 fluorene기를 가 지는 Sulfonated Poly(arylene ehter sulfone) (SPAES) 고분자 분리막을 제조하였 으며 술폰화 정도와 치환된 극성 그룹의 종류에 따른 기체투과특성을 알아보고자 하였다.

현재 수준의 단백질 분리는 공정비용이 많이 들고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해서 공정이 비교적 간단하고 친환경적인 분리막을 이용한 방법들이 연구되고 있다. 먼저, 단백질 분리공정을 두 가지 정도로 나눌 수 있고, 이는 단백질 크기에 따른 분리공정과 pH에 따른 단백질 표면의 전하 차이를 이용한 분리 공정을 들 수 있다. 본 연구는 폴리술폰의 표 면전하를 개질하여서 유사한 크기의 단백질을 분리하고자 하였으며, 용매를 이 용한 고분자용액을 만들고 비용매에 침전하여 분리막을 제조하는 상변환법을 이용하여 제조하였고, 제조된 분리막 표면의 Zeta potential을 측정하여 pH에 따른 표면의 전위차를 확인하였다. 폴리술폰의 표면개질을 확인하고자 FT-IR 과 1HNMR을 이용하여 화학구조를 분석하였으며, UV Spectrometer를 이용하여 단 백질의 농도를 측정하였다.

폴리벤즈이미다졸(PBI)는 현재 상용 고분자들 중에서 가장 내열성이 좋은 이종고리화합물이다. 우수한 기계적, 화학적 물성 때문에 해당 고분자는 나노공학, 전기공학, 광학, 재료공학과 같은 분야 외에도 쓰임새가 다양하다. 본 연구는 다 공성 폴리벤즈이미다졸 분리막 제조에 있어서 다양한 조건들을 변화함에 따라 나타나는 모폴로지를 관찰하고자 하였고, 그 결과를 이용하여 나노여과막으로써의 다양한 모폴로지 조절을 용이하게 하고자 하였다. 폴리벤즈이미다졸 분리막 제조는 용매-비용매 상전이법을 이용하였고 나이프캐스팅 법을 통하여 분리막 을 제조하였다. 용매와 조용매는 각각 DMAc와 THF를 사용하였으며 IPA와 증류 수로 세척하였다. 모폴로지의 관찰은 주사전자현미경(SEM)을 통해 진행 되었으며 표면과 단면 위주로 촬영을 진행하였다.

본 실험에서는 고분자의 농도, 첨가제의 종류 및 함량에 따라 도프 용액을 이용하여 분리막제조하였다. 분리막의 모폴로지는 전자주사현미경(SEM)을 통해 관찰 하였으며, 막의 모폴로지와 순수투과도의 관계를 확인할 수 있었다. 필터화 모듈을 제조하여 수투과도 및 바이러스, 박테리아 등과 같은 미생물 제거성능을 측정하였다. 제조된 중공사막의 단면은 sponge 형태로 표명으로 갈수록 치밀한 형태를 띄는 것을 확인하였으며, 수투과도는 50-70 ml/min으로 높은 값을 나타 내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6의 값의 높은 수치를 보였다.

본 연구에서는 정삼투분리막 적용을 위한 중공사막을 제조하는 것으로서, 염에 대한 안정성을 갖는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)를 이용하여 제조하였다. 형태학적 구조를 갖기 위한 인자로는 첨가제와 공기 중의 노출시간(에어갭) 이 조절되었다. 제조된 분리막의 순수성능을 알아보기 위하여 염의 종류에 따른 정삼투(FO) 성능을 알아보았다. FO 테스트에서는 용액간 삼투압이 발생하도록 유도용액과 공급용액을 나누어 모듈로 공급하였다. 염의 종류, 용액의 농도, 용 액의 온도, 용액의 공급 방향에 따른 성능을 테스트 하였다.

Crosslinked ion exchange resin composite membranes were prepared by casting sulfonated polystyrene(SPS) solution with suspended ion exchange resin(crosslinked SPS) and crosslinker (trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (TMPETA)) follow by gamma-ray irradiation. The physicochemical properties of the composite membranes were evaluated by measuring gel-fraction, ion exchange capacity, water-uptake and dimensional stability. We confirmed that the introduction of ion exchange resin and radiation crosslinking in the membranes improved the water uptake, dimensional stability and permselectivity.

Crosslinked PVA membranes were fabricated by solution casting of the substituted PVA (SPVA), synthesized by the reaction of PVA with glycidyl acrylate (GMA) without catalyst in different molar ratios [-OH(PVA)/GMA], followed by electron beam irradiation. The chemical changes in the SPVA compared to PVA were confirmed from H-NMR and FT-IR analysis. Crosslinking degree and dimensional stability of the crosslinked PVA membranes also investigated by measuring gel fraction and dimensional change of the membranes under acidic and basic solution.