아민 흡수제를 이용한 흡수 공정은 CO2 포집 기술 중 가장 널리 알려진 공정이지만, 커다란 규모의 장치와 높은 재생에너지를 필요로 하는 문제점이 제기되고 있다. 따라서 기존 흡수 공정보다 높은 효율을 달성할 수 있는 접촉 분리막 공정 연구가 주목받고 있다. 특히, 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용하여 장기 안정성을 확보하였으며, 이를 모듈화 하여 실험실 규모의 CO2 흡수 성능을 평가하였다.

분리막을 이용한 투과증발법은 에너지 소모가 적고 경제적이며 환경친화적이기 때문에 분자스케일 액체/액체 분리에 있어서 매우 주목 받고 있는 기술이다. 방향족 화합물과 지방족 화합물을 분리하는 공정은 석유정제, 석유화학공정 등 에서 특히 중요한 분리공정 중의 하나이다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택 성을 나타내는 PEG가 함유된 폴리이미드 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR 스 펙트럼과 FT-IR 스펙트럼에서 PEG 특성 피크의 확인을 통하여 PEG가 도입되었 음을 확인 하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 PEG 함량이 다른 막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

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.

Graphene oxide (GO) is an intriguing two-dimensional nanosheet, a highly oxidized graphene sheet. Due to its various oxygen-containing polar functional groups, graphene oxide shows high CO2 sorption properties, and also thin-film GO membranes exhibit good CO2 separation properties, particularly in the presence of water molecules. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes, in the form of mixed-matrix membranes, to expect the synergistic effect of GO and polymer matrix. Here, we prepared novel GO/polymer membranes via crosslinking reactions between polar groups on basal plane of GO and bi-functional crosslinking agents, and then conducted the gas permeation measurements to see the possible enhancement for permeability/selectivity performance.

Graphene oxide (GO) can be used as a membrane material itself or a nanofiller to enhance gas separation performance of polymer membranes. Since GO has high CO2 affinity due to some polar groups, particularly GO membranes or GO/polymer membranes have been extensively studied for CO2 separation. Although ultrathin GO membranes show outstanding CO2 separation properties, the gas permeance through GO membranes is still low owing to high tortuosity caused by high aspect ratio of GO sheets. In this study, mixed-matrix membranes consisting of modified GO (as a dispersed phase) and high permeable polymer were prepared by combining each advantage of GO and high permeable polymer for improving gas separation performance. Both single-gas and mixed-gas permeation experiments were conducted with or without humidified feeds for post-combustion CO2 capture.

Carbon nanomaterials such as graphene and its derivatives can be used for membrane applications due to its scalable area and one-atom-thickness, if pores or channels can be well-engineered. Particularly, graphene oxide (GO), a highly oxidized graphene sheet, shows promising membrane building block for gas separation as well as liquid separation. Due to its various polar groups, GO-based membranes also show good candidate for CO2 separation. In this regard, we tried to prepare large-scale GO-based, thin-film composite membrane for post-combustion CO2 capture, and also fabricated membrane modules (e.g., spiral wound membrane or plate-and-frame modules) to apply for real flue gas separation. In this study, the separation performance of two kinds of membrane modules will be compared in terms of gas permeance, selectivity, and pressure drop.

The thermally induced phase separation(TIPS) method offers higher reproducibility with lower tendency for defect formation and narrower pore size distribution, rendering the method more suitable for microfiltration(MF) and ultrafiltration(UF) applications. PVDF is widely used in membrane technology due to their excellent chemical resistance and strong mechanical properties. In case of MF and UF applications, the stretching method has been applied for increasing the performance of membrane by extending pore size. In this work, the effects of dope and bore flow rates and dope composition on the tensile strength of membranes was investigated. A design of experiment(DOE) analysis was used to understand the effects of the stretching parameters such as temperature, stretching ratio and holding time on the membrane performance.

염석효과를 바탕으로 가압법과 상전이를 이용하여 복합막을 제조하였다. 수용 성을 띄는 고분자 폴리스티렌설폰산(poly(styrene sulfonic acid)과 폴리에틸렌이 민(polyethylene imine)을 사용하였으며, 질산마그네슘의 첨가로 생긴 고분자입 자들을 다공성 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylylidene –fluoride) 막 표면에 가압하는 방식으로 기공 내부로 들어가게 하여 막을 제조하였다. 제조된 막은 가정용 정수기에 대한 적용 가능성을 확인하고자 100ppm의 NaCl용액에 대해 4 bar하에서 배제율과 투과도를 측정하였다. PSSA 4 min, PEI 2 min 동안 코팅 한 2중층 복합막에 대해 배제율 81.7%, 투과도 148.3 LMH의 결과값을 얻을 수 있었다.

Since Loeb and Sourirajan has introduced phase inversion method for membrane fabrication, the phase separation technique became the mainstream of membrane fabrication methods. Phase inversion includes solvent evaporation, vapor induced phase separation, thermally induced phase separation (TIPS) and nonsolvent induced phase separation (NIPS). Among those, NIPS and TIPS process is widely studied and employed for membrane fabrication. Depending on the membrane fabrication processes such as NIPS and TIPS, corresponding morphology differs from macrovoid structure to spherulitic structure, respectively. In this presentation, comparison of NIPS and TIPS effect on the final membrane morphology and controlling the membrane morphology by tuning the NIPS and TIPS effect will be presented.

제올라이트 분리막은 알루미나 등 다공성 지지체 표면에 3차원적으로 서로 연결된 주기적인 미세기공을 갖는 제올라이트 층을 치밀하게 코팅한 복합 소재이다. 현재 LTA, FAU, CHA 제올라이트 분리막이 투과증발 분야에서 상업화되었고 이는 PVA 판형 막에 비하여 현저한 물 투과도와 물/알코올 선택도를 갖기 때문이다. 국내의 경우도 ㈜파인텍에서 LTA 제올라이트 분리막과 시스템이 사업화되었다. 최근 제올라이트 분리막을 이산화탄소 포집, 수소 회수 등 기체분 리에 이용하려는 연구가 시도되고 있다. 제올라이트 분리막은 고분자 분리막에 비하여 가격이 비싸다고 알려져 있으나 원자재 측면에서 보면 오히려 저렴할 수 있다. 대량 생산, 생산 공정 개선 등이 이루어진다면 폴리머 분리막과 대등 한 가격경쟁력을 가질 것이 예상된다.

Facilitated transport membranes in the solid state have been attractive because they can improve both the permeability and the selectivity simultaneously to overcome the trade-off behavior. The carrier activity for facilitated transport plays a key role in determining separation performance. We have reported the solid-state facilitated transport membranes containing surface-activated Ag nanoparticles (NPs) as an olefin carrier for separation of olefin/paraffin mixtures, particularly propylene/propane mixture. Interestingly, the surface positive charge density of Ag atom in Ag NPs was linearly correlated with the propylene solubility and also with the propylene/propane selectivity. In addition, the separation performance has been maintained unchanged up to 500 hours.

메탄을 순도 95% 이상으로 분리, 회수하기 위하여 메탄에 대한 분리특성이 우수한 폴리설폰 중공사 분리막 모듈 을 2단으로 연결하고 재순환 흐름을 이용하여 회수율을 90% 이상으로 유지할 수 있도록 공정을 설계하였다. 이렇게 설계된 2단 공정을 통한 메탄 분리 거동 특성을 이론적으로 예측하기 위하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용하여 수 치 해석하였다. 개발한 프로그램을 사용하여 수치 해석을 수행한 결과 공정 변수에 따라 최종 메탄의 농도 변화에 미치는 영향을 고찰할 수 있었다. 공급 기체 압력과 분리막 길이와 공급측 메탄 농도 증가, 유량이 감소함에 따라 최종 생산물 내 메탄 농도 증가를 관찰할 수 있었으며, 메탄의 회수율은 감소함을 알 수 있었다.

후쿠시마 원전사고 이후 광역의 방사성 오염부지가 발생되었으며, 이에 대한 제염작업으로 인하여 다량의 제염폐기물이 발 생하였다. 일본에서는 이를 보관하기 위하여 각 지역에 임시저장시설이 운영되고 있으며, 이들 시설들은 피난지시해제가 이루어진 지역의 일반인에 대하여 방사선학적 영향을 미칠 것으로 판단된다. 본 연구에서는 임시저장시설 인근에 거주하 는 일반인의 방사선학적 안전성 확보를 위하여 임시저장시설 특성에 따른 거리별 공간 방사선량률 및 선량제한치를 만족하 는 임시저장시설로부터의 이격거리를 평가하였다. 이를 위해 임시저장시설의 형태 및 크기, 복토 두께 등을 고려하였으며, MCNPX를 이용하여 방사선량률을 평가하였다. 복토에 의한 차폐효과는 두께가 10 cm일 때 68.9%, 30 cm일 때 96.9%, 50 cm 일 때 99.7%로 나타났다. 임시저장시설 형태에 따른 공간 방사선량률은 지상 보관형일 때 가장 높게 나타났으며, 이어서 반 지하 보관형, 지하 보관형일 순으로 나타났다. 임시저장시설 크기에 따른 공간 방사선량률은 5 × 5 × 2 m 시설을 제외한 시 설에 대하여 유사하게 나타났다. 이는 임시저장시설 내 적재된 제염폐기물에 의하여 자기차폐가 이루어지기 때문이다. 최종 적으로 크기가 50 × 50 × 2 m이고, 복토가 없는 임시저장시설의 경우, 지상 보관형의 평가된 이격거리는 14 m(최소농도), 33 m(최빈농도), 57 m(최대농도)이며, 반지하 보관형의 이격거리는 9 m(최소농도), 24 m(최빈농도), 45 m(최대농도), 지하 보관형의 이격거리는 6 m(최소농도), 16 m(최빈농도), 31 m(최대농도)로 나타났다.

전량여과(dead-end filtration)를 사용하여 계란 난백용액으로부터 라이소자임 효소의 분리정제에 대한 연구를 수 행하였다. 전량여과 시 사용된 한외여과 막의 분획분자량과 난백용액의 pH 변화에 따른 라이소자임의 난백에 존재하는 다른 종류의 단백질인 오발부민과 콘알부민에 대한 막을 통한 투과선택도(permselectivity)를 측정하여 투과선택도가 가장 큰 값을 나타내는 전량여과의 최적 운전조건을 결정하였다. 이 결과 난백용액으로 라이소자임을 효과적으로 투과 분리시키기 위한 최 적 운전조건은 한외여과 막의 분획분자량 30 kDa, 난백용액의 pH 11이었다. 최적 운전조건에서 난백 내 총 단백질에 대한 라이소자임의 투과선택도가 약 83의 가장 큰 값을 나타내었다.

비용매 유도 상분리(NIPS) 법으로 제조된 폴리이미드 전구체를 이용하여 탄소분자체 중공사 분리막을 제조하였 으며, 온도변화에 따른 열처리 조건이 탄소분자체 중공사막의 기체 분리 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 열처리 온도 250~ 450°C에서 승온 속도, 안정화 시간을 조정하여 최적화 하였을 때, 중공사 분리막의 단일기체 N2, SF6, CF4 투과도는 각각 20, 0.32, 0.48 GPU이었고, N2/SF6 선택도는 62, N2/CF4 선택도는 42로 가장 높은 값을 나타내었다. SF6/CF4/N2 혼합기체 평가 에서는 0.5 MPa에서 stage cut이 0.2일 때, SF6, CF4 회수율이 각각 99, 98% 이상으로 높게 나타났고, 농축농도는 stage cut 0.8에서 주입농도의 4.5배 이상이었다. 이로부터 제조된 탄소분자체 중공사 분리막은 불화가스 회수용 분리막으로써 우수한 소재임을 확인할 수 있었다.

화학산업에 있어서 종래의 분리 기술에 의한 문제점을 해결하기 위해 투과증 발 공정 기술을 촉진시켜 왔다. 요즘 투과증발의 대부분은 bio-butanol, isopropanol 및 다른 유기용제류의 탈수를 위해 사용되고 있으며, 그 중 유기용 제의 탈수공정은 유기물의 분리공정에 비해 상당한 발전을 이루고 있다. 본 연 구에서는 물에 대한 고선택성을 나타내는 분리막 모듈을 이용하여 IPA와 물의 공비혼합물을 대상으로 공급액 온도, 투과액의 응축 온도와 같은 투과증발 공정 변수가 IPA 탈수 성능에 미치는 영향을 알아보았다. 또한 water uptake 및 접촉 각을 측정하여 친수화 정도를 알아보았다.

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.

Radioactive liquid waste has given soil & water pollution and further congenital defect to the humanity. With this regard, there are lots of interests in reducing concentration of radioactive material even if it is in low level (ppm). There are filtration driven by pressure such as ultra-filtration, nano-filtration, and reverse osmosis to separate radioactive liquid waste. Among them, Nano-Filtration membrane shows promising performance in both permeability and selectivity. Commercial nanofiltration membrane were applied to separate model solutions. Model seawater was desalinated to 6,100 ppm with flux of 90 L/ ㎡h. On the other hands, Model nuclides (Co, Cs, and Sr) solutions are separated from 10 ppm to 2 ppm, 0.23 ppm, and 0.13 ppm. Commercial nanofiltration membranes show the trade-off property between selectivity and flux.

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.