반도체 및 디스플레이 공정에서 배출되는 N2/NF3 혼합 가스 분리를 위한 폴리썰폰 중공사막 제조 연구를 수행하였다. 먼저 non-solvent induced phase separation (NIPS)와 vapor induced phase separation (VIPS) 혼합 공정을 이용하여 기체 투과성이 높은 고분자 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막 표면에 PDMS(polydimethylsiloxiane)와 Teflon AF1600® 고 분자 소재를 이용하여 얇은 박막을 추가적으로 코팅하는 방법으로 기체 분리막을 완성하였다. 제조된 분리막은 코팅된 고분 자 소재의 기체 분리 특성에 따라 상이한 N2/NF3 분리 성능을 보여주었다. 특히 Teflon AF1600® 이 코팅된 중공사막의 경우 N2/NF3 분리 성능(> 14)을 보여주었고, N2 투과도는 4.5 GPU를 나타내었다. 상용 폴리썰폰 막과 비교해 볼 때, 투과도는 약간 감소하였지만 기체 선택도는 크게 증가하였다. 이런 특징은 N2/NF3를 분리하는 분리막 구조로써 큰 가능성을 지니는 것으로 판단된다. Abstract:

일반적으로 건축물의 구조해석과 설계에 있어 작업효율을 확보하기 위하여 상부구조물과 하부구조물을 별도로 모델링하여 해석 및 설계를 진행하는 분리해석 방법을 사용한다. 하지만, 상기 분리해석을 사용할 경우, 상부구조물의 고정지점과 변형된 기초구조물과는 실제 연결된 지점에서 변위차가 발생하여 구조해석의 기본요건인 변형적합성 조건을 만족하지 못하게 되고 상부구조-하부구조의 상호작용을 고려하지 못하기 때문에 실제와는 다른 구조해석 및 설계결과를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 초고층 철골구조물을 대상으로 구조물의 부등침하 등에 큰 영향을 미치는 상재(常載)하중에 대한 분리해석과 일체해석의 해석결과 차이를 비교 분석하였다. 분석결과에 따르면 분리해석방법을 사용할 경우, 상부구조물의 구조해석에 있어 기초의 변형을 고려하지 못하기 때문에 부재력을 과소평가할 수 있고 이로인해 비안전측 설계결과를 가지고 올 수 있다. 하부 기초구조물을 분리해석으로 해석하였을 경우, 상부구조물의 강성을 고려하지 못하기 때문에 기초의 부등침하 과대평가, 부재력의 과대/과소 평가를 초래할 수 있어 비경제적이고 불안전한 설계결과를 가져올 수 있다. 특히, 기초의 변형이 상부구조물에 큰 영향을 미칠 수 있는 건축구조물, 지반의 강성이 작아서 기초에 큰 변형이 예상되는 건축물, 지반조건이 불균질하여 부등침하가 예상되는 건축구조물 등에는 분리해석을 지양해야 할 것이다.

본 연구에서 개발 예정인 해조류 펄프 분리 가공은 해조류자체의 배당체 및 다당류의 복합체로 서 개발상 많은 어려움이 있다. 그러나 정제 공정을 개발하고 응용기술을 도입하여 아직 미개척분야인 펄 프 응용기술을 확립할 수 있도록 한다. 따라서 본 제품이 개발 대량 생산되어지면 수출향상에 기여함은 물 론 생분해성 기능성소재 개발의 실용화로 어민 소득증대 향상에 기여할 수 있다. 따라서 연구의 최종 목표 는 1,2차년도의 기술적 데이터를 종합하여 해조류 펄프를 적용하여 생분해성이 향상되고, 고분자의 특수 성질을 갖는 새로운 기능성 생분해성 플라스틱, 포장재료 등의 원재료 제품 및 시제품개발을 목표로 한다.

본 연구에서는 높은 이산화탄소 분리성능을 가지는 폴리이미드의 제조를 위해 2,2-bis(3,4-carboxylphenyl) hexafluoropropane과 두종류의 아민인 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylenediamine, Poly(ethylene glycol) bis(3-aminopropyl) terminated을 이용하여 합성을 진행하였다. 합성된 고분자를 비용매 상전이법으로 비대칭 분리막을 제조하기 위하여 고분자의 용 해도 지수 추정 값과 비용매 상전이 계수 측정을 통해 용매를 선정하였고, 고분자 용액 점도 측정을 통해 분리막 제조를 위 한 도프용액 중의 고분자의 함량을 결정하여 질산리튬을 첨가제로 사용하여 최종적으로 분리막을 제조하였다. 제조된 평판형 비대칭 분리막은 전자주사현미경(SEM)을 통해 질산리튬과 휘발성 용매 함량에 변화에 따른 모폴로지의 변화를 확인하였으 며, 이의 변화에 따른 기체 투과도 변화를 확인하였다. 분리막 제조를 위한 도프용액 중의 휘발성 용매 함량이 작을수록 선택 도 변화가 없으면서 이산화탄소 투과도가 증가하는 것을 확인하였다.

촉진수송은 기존의 고분자 막에서는 힘든, 투과도와 선택도를 동시에 향상시킬 수 있는 기술 중 한 가지이다. 촉진 수송 분리막을 이용한 올레핀/파라핀 분리는 기존의 증류공정을 대체할 수 있는 기술로써 많은 관심을 받아왔다. 본 연구에서 는 테트라플루오로붕산은/질산알루미늄의 혼합염이 포함된 고분자 블렌드 기반의 촉진수송 올레핀 분리막을 제조하였다. 자유 라디칼중합법을 이용하여 폴리다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 가지형 공중합체를 합성하였다. 또한, 폴리 다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 매질에 폴리에틸렌옥사이드를 다양한 비율로 혼합하였다. 폴리에틸렌옥사 이드를 폴리다이메틸실록세인-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 가지형 공중합체 질량 대비 70%를 혼합하였을 때, 혼합기체 선택도 및 투과도는 5.6 및 10.05 GPU에 도달하였다. 이와 같은 복합막의 올레핀 분리 성능이 향상된 이유는, 분리막에 첨가 된 은이온이 올레핀 기체분자의 선택적인 촉진 수송을 하였고, 또한 고투과성의 고분자 블렌드가 사용되었기 때문이다. 또한 은이온의 은나노입자로의 환원을 억제시키는 질산알루미늄의 첨가로 인해 복합막의 장시간 안정도를 향상시킬 수 있었다.

최근 에너지 효율이 높은 분리 공정기술의 수요가 증가하면서 분리막을 이용한 기체 분리가 큰 관심을 모으고 있다. 현재 분리막에 의한 기체 분리 시장은 고분자막이 독점하고 있으며, 고분자 재료 물성의 한계로 탄화수소와 같은 응축 기체분리보다는 비응축 기체 분리에 제한되고 있다. MOF 재료는 금속 이온과 유기 리간드가 결합하여 형성하는 결정성 나노 기공 구조로, 높은 비표면적과 기공 구조 제어, 기능성 부여가 가능해 분리막 재료로 큰 관심을 끌고 있다. 본 총설에서는 다양한 MOF 분리막의 합성 방법과 MOF 분리막을 통한 기체 분리 응용에 대해 살펴보고자 한다.

Waste treatment technology for the separation and solidification of radioactive nuclides generated from the pyrochemical process has been intensively studied to achieve the reduction of radioactive waste volume. The present study reports the separation efficiency of group II fission products in LiCl waste salt generated from a electrolytic reduction process through a layer- melt crystallization method using Sr and Ba nuclides as a surrogate material of group II fission products. The concentrated group II nuclides are converted into stable oxide form in consideration of solidification by a conversion/distillation process, where selective oxidation of group II nuclides proceeds by Li2O oxidant and residual salts are removed by a vacuum distillation process. Finally, to immobilize separated group II nuclides, a preliminary solidification study was conducted using SiO2-B2O3-Al2O3 matrix, and high density glass-based waste form was fabricated under 50wt% waste loading of strontium oxide surrogate material. Through the verification of the crystallization, conversion/distillation, and solidification processes, the treatment flow for the separation and solidification of group II fission products in LiCl waste salt has been established.

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 등에서 특히 중요한 분리공정 중의 하나이다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택성을 나타내는 PEG가 함유된 폴리이미드 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR 스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼에서 PEG 특성 피크의 확인을 통하여 PEG가 도입되었음을 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.

연료로부터 벤젠 또는 톨루엔과 같은 유독한 방향족 성분의 제거 및 분리는 최대 허용 농도의 감소로 인해 점점 더 많이 주목 받고 있다. 그 중에서도 가솔린의 벤젠 함량은 지금 법률상으로 유럽에서 1% 이하로 제한되고 있다. 이러한 분리공정에 있어서 에너지의 소모를 줄이고 분리효율을 높일 수 있는 투과증발 공정이 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택성을 나타내는 sulfonated SEBS 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR과 FT-IR 분석을 통해 술폰화가 되었음을 확인 하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 sulfonated SEBS막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

The H2/CO2selectivity across ZIF-7 membrane prepared by in-situ growth method at 105°C synthesis temperature for 2 h, was the highest at 15.98, nearly 4 times higher than H2/CO2 Knudsens E.q. factor of 4.7. ZIF-7 membranes prepared from in-situ growth method also surprisingly performed better than ZIF-7 membranes prepared by other innovative techniques such as electro-spray deposition and secondary growth methods. (selectivity : 9.59 and 4.7, respectively) Despite lower selectivity performance than the numerically predicted results, the micro-porous ZIF-7 membrane prepared in this work demonstrated higher H2 permeability of 3770 barrer. Performance comparison between various inorganic membranes, including ZIF-7 & ZIF-8 membranes, was made and a new upper boundary for inorganic membranes was also constructed and reported.

본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 위해 Poly(ethylene glycol)로 개질된 Graft copolymer로 film을 제조 하였다. 높은 기체 선택성을 가져 분리막으로 널리 사용되는 Polysulfone을 클로로메틸화하고, 구조적으로 이산화탄소에 높은 친화성을 가지는 Poly(ethylene glycol)을 사용하였다. 분자량이 5000인 Poly ethylene glycol을 사용하였고 합성된 공중합체는 TGA와 DSC로 고분자의 열적특성을 확인하고 FT-IR 과 1H-NMR을 이용하여 화학구조를 분석하였다. Time lag 기계를 사용하여 Film의 기체투과 성능을 조사하였으며, Poly(ethylene glycol)의 분자량에 따른 효과를 알아보았다.

본 연구에서는 bulky하면서 큰 자유체적을 가지는 플루오렌기를 도입하여 새로운 폴리술폰(PSf)고분자를 합성하고 해당 고분자에 PEG를 공중합시켜 분리막을 제조하였다. PEG 특성 피크 (2950 cm−1,1110cm−1)의 확인을 통해 PEG가 도입을 확인하였으며. PSf-PEG 분리막이 단일 유리전이온도를 가지는 것을 확인 하였다. 분자량 6000 PEG가 10 mol%가 포함된 PSf-PEG분리막에서만 60 °C 부근에서 용융점이 나타났다. PSf-PEG 분리막의 CO2기체투과도는 PEG함량에 따라 감소하는 거동을 보였지만 CO2/N2선택도는 증가하는 경향을 보였다. 비슷한 함량에서 PEG의 분자량이 증가함에 따라 CO2투과도는 증가하는 경향을 보였다.

고분자 분리막을 통한 기체 분리는 기체의 용해 및 확산으로 진행되며 따라서 기체 분리 성능은 기체의 용해도 또는 확산도에 좌우된다. 이산화탄소와 같은 극성 기체의 용해도를 향상시키기 위해 acylation, bromination, sulfonation과 같은 화학적 개질을 통한 연구들이 진행되었으며 또한 술폰산기를 가지는 고분자에 금속이온을 치환시켜 이산화탄소 선택도를 증가시킨 연구가 보고되었다. 본 연구에서는 biphenol기와 fluorene기를 가지는 Sulfonated Poly(arylene ehter sulfone) (SPAES) 고분자 분리막을 제조하였으며 술폰화 정도와 치환된 극성 그룹의 종류에 따른 기체투과특성을 알아보고자 하였다.

A novel CO2 soluble azide cross-linker was used for fabrication of cross-linked 6FDA-durene membrane (AIM-PIs) and studied along the cross-linking density changed for high performance CO2-separation. The synthesis, characterization of these materials, together with the properties of the corresponding polymer membranes, including gas separation properties, will be discussed in detail.

프로필렌은 석유화학제품의 기초원료이며 Naphtha Cracker에서 나오는 프로필렌/프로판 혼합물을 저온증류하여 생산된다. 이들을 분리하기 위해서는 많은 에너지가 소비되기 때문에 저소비형 공정인 막분리법이 대체법으로 연구가 진행되고 있다. 분리막 소재 중 폴리이미드는 높은 기계적 강도, 내열성, 내화학성을 가지고 있으며 특히 cardo 구조의 폴리이미드는 분별자유부피가 크기 때문에 투과도가 좋은 특징을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 cardo 구조의 BAPF를 이용하여 폴리이미드 및 폴리이미드 공중합체를 합성하였고 FT-IR을 통해 합성이 이루어졌음을 확인하였다. 또한, time-lag 장치를 통해 프로필렌과 프로판의 기체투과특성을 알아보았다.

폴리설폰 분리막을 이용한 바이오 메탄 가스 농축 특성을 수치 해석적 방법으로 분석하였다. Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 사용하여 분리막 모듈 2단 공정을 수치 해석하였다. 전산 모사 결과 다음과 같은 결과들을 얻을 수 있었다. 공급측 압력이 높고 분리막 면적이 넓고 공급 유량이 적고 공급 기체 내 메탄 몰분율이 낮을수록 메탄의 순도는 높아지고 회수율은 감소함을 알 수 있었다. 주어진 전형적인 메탄 공급 농도 0.5 몰분율 조건에서는 2단 공정으로는 메탄 순도 95%와 메탄 회수율 95%를 얻기 어려우므로 이와같은 목적을 충족시키기 위해서는 3단 공정으로 구성하거나 공급 기체 내의 메탄 순도를 어느 수준 높일 필요가 있을 것으로 판단된다.

Poly(ethylene oxide) (PEO)내 극성 에테르기는 CO2에 대한 높은 친화력을 가지므로 CO2 분리막의 중요 소재로 이용되고 있으나 PEO막은 높은 결정성과 낮은 기체 투과도를 보이는 단점이 있어 다른 고분자와의 공중합이나 혼합을 통한 개질막이 연구되고 있다. Poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)는 기계적, 열적 안정성이 양호하며 산업적으로 널리 이용되고 있고 극성 카보닐기를 가지고 있다. 본 연구에서는 CO2에 대한 우수한 투과선택도를 갖는 분리막 개발을 위해 PEO와 EVA의 혼합막을 제조하였다. 실험 범위에서 PEO와 EVA는 혼화성이 양호하였고 유연한 제막 특성을 나타내었다. 혼합막 특성은 DSC, SEM 등으로 관찰하였고, 기체 투과도를 측정하였다.

Polymer electrolyte membranes consisting of a PVP/AgCF3SO3/Al(NO3)3 complex were prepared for the separation of a propylene/propane mixture. In this study, the effect of Al(NO3)3 on inhibiting the reduction of silver ions generated from AgCF3SO3 was investigated, where AgCF3SO3 was used as a cost-effective alternative to AgBF4 in the facilitated olefin transport membranes. When Al(NO3)3 was incorporated into a PVP/AgCF3SO3 complex membrane, the selectivity of propylene/propane and mixed gas permeance showed 5 and 0.5GPU, respectively. Moreover, the PVP/AgCF3SO3/Al(NO3)3 complex membranes showed long-term stability although AgCF3SO3 is easily reduced to silver nanoparticles. It was thus proved that Al(NO3)3 played the role of a retardant for the reduction of silver ions generated from AgCF3SO3 as well as from AgBF4.

매립지에서 발생되는 바이오 가스를 정제하여 고순도 메탄을 얻음으로써 높은 열량을 갖는 가스로 전환 시킬 수 있다. 이를 자동차 연료나 도시가스로 활용할 경우 경제적 효과가 매우 클 것으로 예상된다. 본 연구에서는 다양한 조건의 공급기체 변화와 그에 따른 공정조건의 변화를 통해 최종 메탄농도 95%와 회수율 95%를 만족하는 3단 중공사막 모듈 재순환 공정에 대하여 메탄과 이산화탄소 혼합기체 투과실험으로 얻은 메탄 분압의 함수로 나타낸 투과도를 이용하여 메탄농도 75%∼80%, 공급유량 30 L/min∼100 L/min, 공급압력 5 atm∼15 atm, 막면적 0.85 m²∼3.42 m²으로 변화시켜 전산모사를 수행하였으며, 이러한 조건 변화들에 따른 메탄순도와 회수율의 변화를 전산모사 하고자 하였다.

In this study, novel mixed matrix membranes (MMMs) with hollow zeolite imidazole frameworks (H_ZIF-8) were introduced with regard to CO2/CH4 gas separation. H_ZIF-8 nanoparticles (low density and large BET surface area) and amphiphilic PVC-g-POEM (poly(vinyl chloride)-g-poly(oxyethylene methacrylate)) graft copolymer showed good interfacial properties and uniform distribution, which resulted in improved gas permeation properties interacted with PVC-g-POEM by secondary bonding interactions. Two Tg values expressed the glassy PVC chains and the rubbery POEM chains, suggesting that the copolymer had a well-defined and microphase-separated structure. We observed that H_ZIF-8 interrupted the mobility of polymer chain, contributing to the increased Tg, was dispersed homogeneously in the coopolymer matrix without noticable aggregation.