이산화탄소 분리를 위해 이온성 액체/금속 산화물 복합막이 제조되었으며, 이온성 액체로서 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM+BF4 -)와 금속산화물로서 Al2O3가 사용되었다. 13 nm의 Al2O3가 이온성 액체 BMIM+BF4 - 에 도입되었을 때, 복합체 분리막의 성능은 CO2/N2 선택도 30.5과 CO2 투과도 45.7 GPU로 관찰되었다. neat BMIM+BF4 - 분 리막의 성능(CO2/N2 선택도 5와 CO2 투과도 17 GPU)에 비해서 성능이 증가한 이유는 Al2O3의 옥사이드 층과 이온성 액체 내 자유로운 이온농도의 상승으로 인해 CO2 용해도가 상승한 것으로 확인되었다. 특히 Al2O3 나노입자는 질소 기체에 대해 서 장애물로서 작용함으로써 질소기체의 투과도가 감소하여 결과적으로 이산화탄소 분리 성능은 급격히 증가하였다.

연구에서는 펄프공정으로부터 배출되는 리그닌 추출물 내의 금속이온분리를 위한 연구를 진행하였다. α- Alumina 분말에 DMAc (N,N-dimethylacetamide) 용매와 PESf (Polyethersulfone) 고분자를 혼합하고 PVP (Polyvinylpyrrolidone) 분산제를 첨가하여 슬립 캐스팅 방법으로 분리막을 제조하였다. 분리막은 CFP (Capillary Flow Porometer) 장치 를 통해 기공크기를 측정하고 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 장치를 이용하여 실제 분리막 표면과 단면을 관찰하였다. 플럭스는 분리 실험장치를 이용하여 시간당 여과된 무게를 측정하여 계산하였다. 기공크기측정은 0 psi에 서 30 psi까지 서서히 증가하는 승압조건에서 진행하였다. 분리막의 기공크기는 0.4 μm 크기를 가지며 플럭스는 분리막의 파 울링에 의해 초기 플럭스 값인 6.36 kg⋅m-2⋅h-1에서 1.98 kg⋅m-2⋅h-1으로 감소하여 3시간 이후부터 일정해지는 것을 확인 하였다. 투과 실험 후 막 오염물질은 간단한 세척을 통해 제거 가능하였다. 분리실험을 통해 초기 리그닌 추출물 내에 포함되 어 있던 Na은 69%만큼 줄었고, Fe은 87%, K은 95%, Ca은 93%, Mg은 96%만큼 제거됨을 보였다

본 연구에서는 RO(Reverse osmosis) membrane과 이온교환수지를 이용하여 방사성 이온을 제거하였다. RO필터 2개회사, 3종(1종은 세정한 폐필터)으로 요오드와 세슘을 포함하는 공급수에 대해 2bar, 4bar의 압력, 10, 50, 100ppm의 공급수 농도로 실험을 하였다. 대체적으로 고압에서 높은 제거율을 얻을 수 있었으며, 고농도에서 높은 제거율을 얻을 수 있었다. 세정한 폐필터에 대한 결과 값으로 미루어 보았을 때, 세정효과가 큰 것을 확인할 수 있었다. 이온교환수지 도 3개회사의 제품을 사용하였으며, 같은 농도하에서 수지의 양을 달리하여 제거율을 비교하였다. 비교적으로 요오드보다 세슘에 대한 제거율이 높았으며, 혼합수지에 비해 단일수지의 제거율이 높은 것을 확인 할 수 있었다.

Salined water electrolysis is an electrochemical reaction to produce chlorine gas and sodium hydroxide as major products from salined water. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers and their derivatives have been usually used as polymeric electrolytes with high sodium ion selectivity and barrier property to chlorine and hydrogen gases. In spite of their industrial importance, there is little information on the relationship of their chemical features and electrochemical performances. In this study, membrane requirements for salined water electrolysis are described and fundamental and electrochemical characteristics of PFSA and hydrocarbon ionomer materials are compared each other. The obtained results are expected to provide membrane material design factors for low energy-consuming salined water electrolysis.

There have been continuous research activities towards the designing of various separation technologies for the sequestration of CO2. Organic polymer membranes pay a great attention for its eco-friendliness, simple operation and energy-saving. Polymer membranes such as polyimides, polyethers, TRs and PIMs are well known for their high permeability and excellent mechanical, chemical, and thermal properties. However, the foremost challenge for these polymeric membrane materials is their enhanced selectivity to CO2 without sacrificing permeability. The selectivity problems would be overcome by ionic liquids (ILs), which lead to a considerable attention on RTILs-based sequestrations for CO2/N2 and CO2/CH4 separations. The current research trends based on RTIL polymer membranes, together with our original concept of applying RTIL to various polymeric structures will be presented.

Cu nanoparticles generated by redox reduction with Fe2+ ions and porous KIT-6 were utilized for high selectivity and permeance. When positively polarized Cu nanoparticles were generated and porous KIT-6 materials were incorporated into ionic liquid 1-butyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate (BMIM BF4), these membranes showed the selectivity for CO2/N2 and CO2/CH4 was largely enhanced to 16.4 and 23.4, respectively while neat BMIMBF4 was 5.0 and 4.8, respectively. Furthermore, the CO2 permeance was also enhanced to 50.7 GPU. It was thought that these enhancements of separation performance was attributed to both the facilitated transport by polarized CuNPs and the increase of diffusivity by porous materials. Therefore, highly selective and permeable membrane for CO2 separation was successfully prepared.

We developed a positively charged membrane with acid resistance via the introduction of a branched-poly(ethyleneimine) (b-PEI) hydrogel layer onto the surface of a polyethersulfone (PES) membrane, which was achieved by immobilization of b-PEI at the PES membrane surface using cross-linking agent. The combined results of ATR FT-IR, XPS and FE-SEM measurements confirmed that the b-PEI hydrogel layer was successfully coated on the PES NF membrane surface. In particular, the b-PEI hydrogel coated membrane surface had positive charge at whole pH range. The positively charged surface could enhance multivalent ion rejection. As a result, the membrane effectively recovered acid substance under strong acidic condition. Moreover, the selective separation was well preserved after exposure to highly concentrated sulfuric acid solution.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used for renewable energy generation, including polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), owing to their excellent resistance to harsh chemicals and good ion-transport properties. PFSA materials experience critical chemical decomposition to radical attacks, and fast hydrogen crossover leading to fairly reduced electrochemical performances, when they are used as membrane materials. Similar chemical degradation also occurs in PEFC electrodes containing PFSA ionomer binders used as both mechanical supporters and proton conductors and shortens PEFC lifetime. In this study, several approaches based on their morphological rearrangement to overcome these economical and technical issues are proposed. They include pore-filling membrane formation, nanodispersion, and their combination.

물/알코올 계의 투과증발 실험을 수행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol) (PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid (SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급원액으로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올과 물을 각각 90 : 10 비율로 혼합하여 사용하였다. PVA10/SSA9/PSSA_MA90의 막 조건에서의 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올의 투과도는 각각 202.6, 47.8, 20.2 g/m2hr이었으며 메탄올 혼합액에서의 선택도가 가장 우수하게 나타났다. 또한 PVA10/SSA11/PSSA_MA80의 막 조건에서의 선택도는 각각 34.2, 291, 991로서 이소프로필알코올 혼합액에서 가장 좋은 결과를 나타내었다.

물/알코올 계의 투과증발 실험을 진행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol)(PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid(SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid)(PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급액으로는 Ethanol, Iso propyl alcohol(IPA), Methanol과 물을 각각 90:10 비율로 혼합하여 사용하였다. 투과증발실험은 60℃에서 진행되었으며 실험결과 SSA의 함량이 적을수록, PSSA_MA함량이 높을수록 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 또한 IPA, Ethanol, Methanol 순으로 높은 투과도를 나타내었으며 선택도는 그 반대의 경향을 나타내었다.

본 연구는 이산화탄소를 효율적으로 분리하기 위한 이온성액체 지지분리막 제조를 목적으로 한다. 공칭크기 0.1 mum PVDF 정밀여과막에 이온성액체인 [bmim][PF6] (1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)를 분리막 세공내로 흡입시켜 고정화하였다. 제조된 이온성액체 지지막에 대한 N2, H2, CO2 기체의 투과도는 0.075, 0.203, 1.380 GPU로 측정되었으며 CO2/N2, H2/N2의 선택도는 각각 14.2와 2.69이었다. 또한 이온성액체 지지분리막은 이온성 액체가 운전압력 2.0 bar까지 세공 내에 고정되어 안정적으로 운전 가능하였다.

다공성 Poly(propylene) 분리막의 지지 하에 전해질 용액 (EC/DEC 1 : 1 혼합물 내의 LiPF6 1 M 용액) 내에서 DEGDMA [Di(ethylene glycol) dimethacrylate]의 70℃ 열중합을 통하여 겔 고분자 전해질(GPE)막이 합성 되었다. 합성된 겔 고분자 전해질막의 이온전도도 및 전기화학적 안정성은 AC 임피던스법 및 CV (cyclic voltametry)법에 의하여 측정 평가하였다. 겔 고분자를 전해질로, 그리고 양극 및 음극으로는 각각 LiMi0.8Co0.2O2 및 graphite로 이용하여 리튬이온전지(LIB)도 제작하였다. 열중합을 통하여 리튬 이온전지에 적합한 이온전도도(10 -3 S/cm 이상) 및 전기화학적 안정성을 보이면서 자체적인 성상을 유지하는 겔 고분자 전해질막을 얻을 수 있었다. 단량체 함량 5%의 전구체로 제작한 겔 고분자 전지는 단량체 함량이 7.0% 및 10.0%인 경우에 비하여 우수한 고율 및 충-방전 효율을 보였다.

제올라이트 분리막 제조 시 제올라이트 골격 내에 존재하는 Na+ 양이온을 K+ 이온과 Ca2+ 이온으로 교환하여 보다 효율적인 물/에탄올 혼합물로부터 물의 분리를 도모하고자 하였다. NaA형 제올라이트 분리막을 각각의 0.5 M KCI CaCl2, 80℃ 수용액에서 4시간 동안 이온교환 하였다. Na+ 이온을 K+ 이온으로 교환한 결과, 이온 교환 전 총 투과플럭스는 900g/m2⋅hr∼2,500g/m2⋅hr이었으나 이온 교환 후 600g/m2⋅hr∼2,000g/m2⋅hr 정도로 낮아졌으며, 이온 교환 전 600∼2,200의 선택도를 나타내던 분리막의 선택도가 이온 교환 후에 850∼2,500까지 높아짐을 확인하였다 또한, Na+ 이온을 Ca2+ 이온으로 교환한 결과, 제올라이트 분리막의 전체 투과플럭스와 선택도 모두 이온 교환 전 후 유사한 결과 값이 나타남을 확인하였다. 따라서 친수성 제올라이트 분리막의 유효세공경을 제어하고 적절한 크기로 조절하여 유기물/물 혼합물 분리에 활용한다면 보다 효과적인 유기물의 선택적 분리가 가능할 것으로 판단된다.

열적, 기계적, 화학적 안정성이 우수한 제올라이트 분리막의 물/에탄올 선택도를 이온교환 실험을 통해 더욱 효과적으로 높이고자 하였다. KA형 제올라이트 분리막을 직접 합성하는 것은 용이하지 않으므로 NaA형 제올라이트 분리막을 합성한 후 이를 다시 이온교환 하여 KA형 제올라이트 분리막을 제조하였다. 공급되는 에탄올의 농도 변화 및 투과 증발실험 온도의 변화가 투과플럭스와 물 선택도에 미치는 영향을 고찰하였다. 이온교환 실험 후 전체 투과플럭스는 감소하였고 물 선택도는 증가함을 관찰할 수 있었다.

본 연구에서는 칼슘 이온 제거를 위해 칼슘용액에 임계미셀농도(CMC) 이상으로 음이온계면활성제인 sodium dodecyl sulfate (SDS)를 주입하여 미셀을 형성한 후, 미셀 표면에 칼슘 이온의 흡착 또는 결합으로 형성된 응집체들을 2종류의 세라믹 분리막으로 배제하였다. 그 결과, 99.98% 이상 칼슘 배제율을 보였다. 또한 본 실험범위에서 TMP가 증가할수록 막오염(Rf)은 증가하는 경향을 보였지만, 구동력의 증가로 인해 총여과부피(VT) 및 무차원한 투과선속(J/Jo), 투과선속(J) 역시 증가하였다. 또한 세라믹 분리막에 대하여 주기적 질소 역세척을 실시할 경우, 질소 역세척 시간(BT) 및 여과 시간(FT), 즉 역세척 주기의 영향을 조사하였다. 그 결과, NCMT-6231 (평균기공 0.07 μm) 및 NCMT-7231 (0.10 μm) 분리막의 최적 BT는 각각 10초, 15초이었다. 또한, 최적 FT는 2종류 분리막 모두 5분으로, 빈번한 질소 역세척이 막오염을 효과적으로 감소시켰다. 한편 칼슘용액으로 실험하여 도출된 최적 운전조건을 두유 포장팩 세척수로 사용하고 있는 지하수에 적용한 결과, 2종류의 분리막 모두 칼슘을 99.98% 이상 제거할 수 있었다.