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.

In this study, mixed-matrix membranes (MMMs) containing MgO nanosheets (MgO-NSs) and AgBF4 in a comb copolymer matrix were successfully prepared for olefin/paraffin separation. The MgO-NSs, which were synthesized via a non-hydrothermal method, showed a large surface area with multi-mesopores. Two kinds of comb copolymers, POEM-g-PEGBEM and PHMEP-g-PEGBEM, were used as a matrix for dispersion of the MgO-NSs and AgBF4. The separation efficiency was enhanced by addition of MgO-NSs due to the dual-functionality. MgO-NSs resulted in the enhancement of the activity of silver through specific interaction and also led to increased diffusivity due to its mesoporous structure. The interactions among the MgO-NSs, silver ions, and polymer matrix were systematically characterized by using FT-IR, XPS, SAXS, and XRD analysis.

As ZIF materials have their unique properties such as high surface area, tunable pore structure, thermal and chemical stability, they can be used in various applications including gas separation and catalysis. For synthesis of ZIF membranes, fixing sub-micron ZIF seed particles on the support is challenging and important. In this work, ZIF-8 seed layer was synthesized by conversion synthesis of ZnO layer on support in H-mIm solution, followed by the secondary growth synthesis of ZIF-8 membranes. The parameters of conversion seeding had been investigated to control the reaction rate combining the dissolution rate of ZnO and the crystallization rate of ZIF-8. This ZIF-8 membranes showed the better coverage of seeding layer and improved gas separation properties compared with the membranes prepared by traditional dip-coating seeding method.

Separation of light olefin and paraffin element is one of the most crucial issuses in petrochemical industry due to its profitable potential as precursor of petrochemical products, but facing technical predicament from similar physicochemical properties of two components. Membrane technology is considered as a good alternative for current cryogenic separation, however, current olefin/paraffin separation membranes are suffered from generally low permeability and selectivity, as well as its durability problem. Here, we have synthesized mixed matrix composite membrane using polyimide-based ZIF-8/graphene oxide 2-D nanocomposite, presenting high propylene/ propane separation performance and long-term stability.

본 연구에서는 고투과성 Ni-ZiO2 모세관 지지체를 NIPS 방법에 의해서 제조되었으며, 기체분리용 고투과성 분리막 제조에 사용하고자 하였다. 이때 Ni:ZrO2 비율을 각각 100:0, 70:30, 50:50, 30:70으로 섞어 만든 도프용액을 이용하여 모세관 지지체를 제조한 후 소결온도를 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500°C으로 달리하여 Ni:ZrO2 비율과 소결온도가 Ni-ZiO2 모세관 지지체의 기계적 안정성, 기공구조 및 단일기체투과도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

The hollow fiber composite membrane used in pervaporation test was prepared by dip coating method on the Polyether Sulfone hollow fiber using tartaric acid added PVA solution. And each membrane solution contains H2SO4 as acid catalyst for esterification reaction between PVA and TA. Also, to increase coating uniformity, specific amount of SDS(sodium dodecyl sulfate) was contained. Prepared membrane was characterized by IR spectroscopy, swelling to observe cross-linking degree of PVA and Tartaric acid then, finally used in pervaporation test. The pervaporation test was mainly studied about effect of catalyst amount in the membrane solution and the test was performed until pervaporation value converged.

최근 환경 문제를 해결하기 위한 방법으로 분리막을 이용한 많은 연구가 이루어지고 있고, 그중에서도 고분자막을 이용한 기체분리는 빠른 속도로 발전하고 있는 분야로써 시장 규모 및 응용 범위가 확대되고 있다. 본 연구에서는 다 양한 모노머를 사용하여 poly(ether ether ketone)를 합성 후, 이미다졸륨 그룹을 도입한 고분자를 이용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성평가 를 진행하였고, 이어서 타임렉 방법을 이용하여 기체특성평가를 진행하였다. 그 리고 동일고분자를 분자동역학시뮬레이션(Molecular dynamics simulation)의 COMPASS force field로 계산하여 진행하였다. 마지막으로 분자동역학시뮬레이션 계산값과 실험 측정값을 비교 분석하는 연구를 진행하였다.

‘용매 이동 유도 상분리‘라는 신 기법을 이용하여 바이젤 중공사막을 개발했고 이를 물/기름 에멀젼 분리에 적용하였다. 바이젤막은 미세유체장치를 이용한 방사법을 통해 제조되며, 제조액으로는 실리카 나노입자가 분산된 삼성분계 혼 합액 (물/가교 가능한 단량체/ 에탄올)을 사용한다. 실리카 나노 입자의 양, 입자 표면을 개질하는 계면활성제의 양에 따라 표면층의 기공 크기 및 하부 층의 구조 변화를 살펴보았다. 바이젤 막의 장점은 후 코팅 공정을 거치지 않고도, 막 표면 전체를 실리카 입자 층으로 덮어 anti-fouling 효과를 보유한다는 점이다. 물/기름 에멀젼에서 순수 물을 얻는 정밀여과에 적용하였으며, 상용 폴리설폰 중공사막보다 우수한 oil rejection 및 투과도를 보여주었다.

The potential application of palladium-ruthenium composite membranes to the separation of hydrogen from chlorosilane gases in silicon-based industries was investigated. Ru/Pd/Al2O3/PSS membranes were prepared by electroless plating. Hydrogen permeation tests and temperature programmed desorption analysis revealed that the addition of a Ru over layer on Pd changed the hydrogen adsorption characteristics, resulting in improved stability of the membrane at low temperatures. The Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane had a stable hydrogen permeation flux of 1.8 m3m-2h-1 over a period of 1,200 h at 180°C without suffering hydrogen embrittlement. After exposure to impurities such as HCl and SiHCl3 , the hydrogen permeation flux of the Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane was stable over a period of 9h with feed pressure of 2.0 bar at 225°C.

Membrane-based gas separation is one of the next generations’ gas separation technology for various gas and chemical industries (e.g. air separation, H2, CO2 separation, hydrocarbons, and fluorinated gas separation, etc). Membrane has the advantages of i) low energy consumption without a phase change during the separation, ii) small footprint and easy scale-up of membrane modules, and iii) clean process without any emission of harmful byproducts. Membrane materials are mostly composed of polymeric, inorganic and metallic materials whereas membrane modules are fabricates as flat-sheet, plate-and-frame, spiral-wound and hollow fibers. In this presentation, the evaluation method of membrane materials and modules for gas separation applications will be discussed.

2015년 파리기후변화협약에 의한 신기후체제로 전세계 195개국이 온실가스 감축을 약속하게 되었다. 한국도 2013년 기준 온실가스 배출이 7억 톤을 기록 하였으며 BAU대비 37% (3.1억 톤)의 감축의무를 약속하고 있다. 국내외의 철강, 화학, 환경분야 및 천연가스전, 석탄전, 세일가스 등에서 대량 발생하는 산업부 생가스로부터 이산화탄소, 메탄, 일산화탄소, 수소 등을 분리하여 탄소자원화 (carbon resources utilization)의 원료로 사용하거나 수소, 메탄 등의 신재생 에 너지를 확보하는 분리기술에 대한 중요성이 높아지고 있다. 본 발표에서는 이러한 부생가스들의 발생현황과 이들로부터 고순도의 이산화탄소 및 메탄을 분리 회수할 수 있는 막분리기술의 연구동향과 화학연구원에서 수행중인 기체분리막 기술을 소개한다.

올레핀/파라핀 분리는 산업에서 가장 중요하고 도전적인 분리 이슈 중의 하 나이다. 흡착 및 막은 에너지 절약적 분리 기술이기에 올레핀/파라핀 분리를 위한 흡착 및 막 기술의 개발이 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 유무기 하이브리드 세공체(metal-organic framework, MOF)의 기공 내부에 올레핀 분자와 π complexation이라는 특별한 인력을 지니는 Cu 1가 이온을 효율적이며 안정적으로 함침하는 방법을 제시하였다. 또한, Cu 1가 이온이 함침된 MOF를 고분자 막과 결합하여 올레핀 선택 분리용 혼합기질막(mixed matric membranes)을 성공적으로 개발하였다.