백색을 띄고 물리적·화학적으로 안정한 지르코니아는 열전도도가 낮고 강도와 인성, 내식성이 우수하여 단열재, 내화물과 같은 고온 재료와 각종 산업용 구조세라믹스에 사용되고 있다. 이러한 지르 코니아를 낮은 경도 및 굴절률 등과 같은 단점을 가진 고분자 코팅제에 도입하게 되면 화학적, 전기적, 광학적인 특성이 향상된다. 이와 같이 유기 소재에 무기 소재를 혼합하여 사용하는 유-무기 하이브리드 코팅을 목적으로 본 연구에서는 지르코니아 표면에 trimethylchlorosilane(TMCS)과 hexamethyldisilazane(HMDZ)을 사용하여 실릴화반응을 통한 -CH3기를 도입하여 소수성을 나노지르코 니아 표면에 도입하였다. 소수화된 지르코니아 표면에서의 TMCS와 HMDZ에 의해 도입된 Si-CH3의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy를 통해 확인하였고, silicon 원소의 존재를 FE-SEM/EDS와 ICP-AES 를 통해 확인하였다. 또한, 개질 전후의 지르코니아를 아크릴레이트 단량체에 분산하여 침강속도를 확인 하여 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. 지르코니아 입자의 크기 및 분포는 입도 분석기를 통해 확인 하였으며, BET 분석을 통해 개질 반응 전후의 비표면적은 18 m2/g 정도로 큰 변화가 없었다.

Al2O3 nanosol dispersed under ethanol or N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP) was studied and optimized with various dispersion factors and by utilizing the silane modification method. The two kinds of Al2O3 powders used were prepared by thermal decomposition method from aluminum ammonium sulfate(AlNH4(SO4)2) while controlling the calcination temperature. Al2O3 sol was prepared under ethanol solvent by using a batch-type bead mill. The dispersion properties of the Al2O3 sol have a close relationship to the dispersion factors such as the pH, the amount of acid additive(nitric acid, acetic acid), the milling time, and the size and combination of zirconia beads. Especially, Al2O3 sol added 4 wt% acetic acid was found to maintain the dispersion stability while its solid concentration increased to 15 wt%, this stability maintenance was the result of the electrostatic and steric repulsion of acetic acid molecules adsorbed on the surface of the Al2O3 particles. In order to observe the dispersion property of Al2O3 sol under NMP solvent, Al2O3 sol dispersed under ethanol solvent was modified and solventexchanged with N-Phenyl-(3-aminopropyl)trimethoxy silane(APTMS) through a binary solvent system. Characterization of the Al2O3 powder and the nanosol was observed by XRD, SEM, ICP, FT-IR, TGA, Particles size analysis, etc.

현재의 단백질 분리 공정들은 비용과 시간이 많이 들고 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해서 분리막을 이용한 방법들이 계속적으로 연구되고 있다. 먼저, 단백질 분리공정에는 단백질 크기에 따른 분리공정 과 pH에 따른 단백질 표면의 전하 차이를 이용한 분리 공정이 있다. 그 중에서도 본 연구는 유사한 크기의 단백질을 분리하기 위해 폴리술폰을 개질하여 전하를 부여하였으며, 상전환법을 이용하여 분리막을 제조하였고 제조된 분리막 표면의 Zeta potential을 측정하여 pH에 따른 표면의 전위차를 확인하였다. FT-IR 과 1HNMR을 이용하여 화학구조를 분석하였으며, UV Spectrometer를 이용하여 단백질의 농도를 측정하였다.

본 연구에서는 친수성을 가지고 있으며 외부 온도에 따라 형태를 변하는 특성을 가지는 N-isopropylacrylamide (NIPAM)를 이용하여 상용화 된 정삼투막인 HTI 분리막에 표면 개질을 하고 그에따른 표면 및 투과 특성 변화를 고찰 하고자 한다. 표면 개질을 확인 하는 방법으로 푸리에 변환 적외선 분광기 (FT-IR) 및 광전자분광기 (XPS)를 이용하였으며, 이러한 표면 개질이 정삼투 공정에 미치는 영향을 알아보기 위하여 표면의 친수성을 측정 할 수 있는 접촉각 측정 및 수투과도/Reverse salt flux와 같은 투과 특성 평가를 이용 하였다. 위와 같은 표면 및 투과 특성 평가를 바탕으로 성공적으로 표면 개질을 되었음을 증명 할 수 있었다.

마이크로지르코니아는 높은 내약품성, 높은 전기저항성 등의 우수한 열적 기계적 성질을 가지 므로 다양한 분야에 사용되어 진다. 또한 지르코니아 표면을 친수화시키면, 물에 대한 분산성이 우수하 여 분산이 용이할 뿐만 아니라 대부분의 오염물질은 소수성을 띄기 때문에 오염물질에 대한 저항성을 높일 수도 있다. 본 연구에서는 지르코니아 표면에 γ-aminopropyltrimethoxysilane (APS)을 사용하여 서로 다른 pH 조건에서의 가수분해와 축합반응을 통한 친수성기의 도입과 물에 대한 분산성을 조사하 고 γ-ureidopropyltrimethoxysilane (UPS)을 사용한 결과와도 비교하였다.친수화로 개질된 마이크로지르코니아에의 지르코니아 표면의 수산기와 가수분해된 실란의 수산기와의 공유결합의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy 및 ninhydrin 반응을 통해 확인하였다. 그러나, SEM/EDS의 결과로는 지르코니아 표면에 도입된 Si의 존재는 확인할 수 없었다. 또한, 입도 분석 결과 마이크로지르코니아는 개질 반응 중 일부 입자의 파쇄 및 aggregation이 일어남을 알 수 있었다. APS 로 개질한 경우 pH가 중성일 때 수분산성이 향상되었으나, 0.5~2% 농도의 UPS로 개질된 경우는 모든 경우 수분산성이 향상되며 분산안정성도 우수하였다.

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.

현재까지 상당한 기술적인 진보가 있어왔지만, 연구개발의 커다란 기술적 어려움으로 꼽히는 것은 오염물질의 비가역적인 흡착에 의한 분리막 오염과 이로 인한 시스템 성능 저하이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 redox 반 응을 이용한 표면개질을 통해 분리막의 표면을 산화/환원 반응을 통해 개질하는 것으로서, 고분자 분리막의 탄소를 바탕으로 음이온 및 양이온을 가진 작용 기를 순차적으로 중합하여 오염물질과 분리막의 전기적 반발력을 향상시켜 분리막의 표면 오염을 저감하는 것이다. 본 연구에서는 양이온, 음이온성 오염물 질을 동시에 제거할 수 있는 표면개질 방법을 개발하고자 redox 반응을 이용한 접목중합을 통해 고분자 분리막의 표면을 개질하는 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 역삼투막의 내오염성을 향상시키기 위해 실란 커플링제로 표 면 개질하여 steric hinderance를 일으키고 에폭시 코팅으로 친수성을 향상시키고자 하였다. 상용 역삼투막을 UV로 식각하여 표면을 활성화한 후 말단기가 다 른 실란 커플링제를 sol-gel 공법으로 표면 개질하고 에폭시를 이용하여 코팅하였다. 그 결과, 친수성 및 내오염성이 향상된 것을 확인하였고, FT-IR, SEM, XPS 를 통해 막의 특성을 분석하였다.

본 연구에서는 분리막 공정의 가장 큰 단점인 파울링을 저감시키기 위해 상용 나노막 표면을 실란 화합물로 개질하여 내오염성 및 내염소성이 향상된 복 합막을 제조하고자 하였다. 각기 다른 말단 관능기를 포함한 실란 커플링제로 (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTES), Octyltrimethoxysilane (OcTES), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS)을 사용해 표면을 개질하였다. 실란을 표면에 그래프팅 시킨 결과 막 표면의 친수화 증가로 인한 개질막의 투과 수량 향상과 내오염성 및 내염소성에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 또한 AFM, XPS, FT-IR을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

이 연구의 목적은 폴리머의 물리적 혼합 또는 화학적 합성 방법을 통해 막증류 법에 사용되는 막의 소수성을 변화시킴으로써 막증류법의 수투과도 변화를 측정 하고자 한다. 막의 소수성을 향상시키기 위해, 물리적 혼합 방법으로 PTFE 을 섞어 준비하였고, 화학적 결합 방법으로는 Styrene, pentafluorostyrene 등을 ATRP 방법을 통해 합성하여 막을 준비하고, 그에 따른 화학적 구조를 FT-IR로 확인하였다. 두 방법을 통해 준비된 중공사 막을 MD에 적용하였을 때 순수 막과 비교하여 소수성 및 성능의 향상 여부를 확인하였다.

Ceramic membrane technology has been remarkably progressed for water treatment. The advantages were founded on the intrinsic properties of ceramics. Membrane fouling is regarded as a serious obstacles which deteriorate the stable purification process. The surface modification of ceramic membranes would be necessary to relieve the severe membrane fouling and to improve filtration efficiency. We aimed to develop a unique ceramic membrane with resistance to fouling. The ceramic membranes are subjected to chemical modification, and the surface charge effects were extensively investigated.

유리섬유 번들의 인장강도와 복합재료의 매트릭스수지인 페놀수지와의 접착성을 향상시키기 위하여 관능기를 가진 실란 커플링제와 페놀 수지를 이용하여 표면을 개질하였다. 일반적으로 보강재인 유리섬유의 표면을 화학적으로 개질하므로 복합재료의 특성을 조절할 수 있다. 본 연구에서는 에폭시계인 glycidyltrimethoxysilane(G-silane)과 아미노계 aminopropyltriethoxysilane (A-silane)과 페놀 수지를 사 용하여 여러 농도와 온도에서 유리섬유 표면에 1단계 처리 및 2단계 복합처리를 수행하였다. 이 때 열처 리 조건이 인장강도를 향상시키는 데 가장 중요하였다. 즉 170oC에서 처리된 유리섬유의 인장강도가 10.05 gf/D로 최대를 나타내었다. 개질 후의 유리섬유 표면은 전자현미경과 적외선분광법을 이용하여 분 석하였다. 실란의 종류와 처리 조건에 따른 유리 섬유 기계적 강도에 관한 영향도 고찰하였다.

수처리용 MF 막의 소재로 널리 쓰이는 PVDF는 높은 소수성으로 인해 막 오염현상 등의 문제점을 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 현상을 해결하기 위해 PVDF 중공사막 표면과 기공 내부에 defluorination을 시켜 hydroxyl기를 형성하고 epoxy, aldehyde functional PEG를 grafting하여 기공 내부와 막 표면의 친수화를 달성하고자한다. 이를 통해 막 오염현상을 감소시킴은 물론 수투과도 향상 또한 기대할 수 있다. PVDF 중공사 표면에 grafting된 functional PEG를 확인하고, 개질된 막의 친수화 정도와 anti-fouling 특성을 평가하고자 한다.

Reverse electrodialysis (RED) is one of the promising processes for generating electricity from the salt concentration gradient between river and sea water. A RED stack contains alternately arranged anion and cation exchange membranes which separate salt solutions of different concentrations. The power generation performance of RED significantly depends on the characteristics of ion exchange membranes. In this work, we have prepared high performance pore-filled anion-exchange membranes. In addition, the optimization of membrane design parameters has been investigated using the membranes via various electrochemical analyses in terms of the enhancement of RED performances. Finally, the membrane surface has been modified with acid-doped polypyrrole for the improvement of the membrane properties. (No. 10047796) (No. 2015H1C1A1034436)

약: 본 연구에서는 Polysulfone (PSf), Polyetherimide (PEI)를 각각 비율을 달리하여 아민화하였고, Polyether ether ketone (PEEK)을 설폰화하였다. 합성한 두 이온교환고분자를 더블캐스팅방법으로 SPEEK (sulfonated PEEK)/APSf (aminated PSf) 및 SPEEK/APEI (aminated PEI) 바이폴라막을 제조하였다. 각각의 막 표면을 불소화하고, 아민화 비율에 따라 차아염소산 나트륨발생량을 비교하였다. 아민화 비율이 증가할수록 차아염소산나트륨 발생 농도 또한 증가하였다. SPEEK/APSf 3 : 1 막의 경우 불소화 전의 차아염소산나트륨 농도와 총 운전시간은 61.0 ppm, 220 min이고, 불소화한 막의 경우 58.6 ppm, 570 min이 다. 또한 SPEEK/APEI 3 : 1 막에서 역시 불소화 전후의 차아염소산나트륨 농도는 각각 60.1 ppm, 58.3 ppm이고, 총 운전시간 은 150 min에서 440 min으로 내구성이 크게 향상되었다. 따라서 표면 불소화가 막의 내구성에 중요한 역할을 한다고 사료된다.

본 연구는 역삼투막의 막오염을 해결하기 위하여 실란-에폭시 층을 형성시킨 다층 표면개질법을 이용하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. Sol-gel법을 이용하여 Octyltrimethoxysilane (OcTES)을 막 표면에 가교를 통해 고분자화 하였으며 n = 8인 OcTES의 알킬기가 자발적인 self-assembly를 통하여 막 표면에 가지구조를 형성시켰다. 그 위에 ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE)의 ether기를 ring-opening을 통해 막 표면에 친수성을 부여하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. FE-TEM, AFM을 이용하여 막의 단면 및 표면구조 분석을 하였고 막 표면의 ridge and valley 구조와 OcTES, EGDE의 다층 표면개질로 인한 bridge 구조를 확인하였으며, 거칠기의 증가를 통해 막 표면의 가지가 잘 형성되었음을 확인하였다. XPS를 통하여 막 표면의 화학구조에 대한 관찰과 표면개질이 잘 이루어졌음을 확인하였으며, contact angle 분석을 통해 표면개질막의 표면에 친수성이 부여되었음을 확인하였다. EGDE 표면개질 조건 최적화를 진행한 결과 EGDE 농도는 0.5 wt%, ring-opening 온도는 70°C가 가장 적합하였고, 내오염성 실험 결과 및 막오염지수(MFI)는 SUL-H10, PA-OcTES1.0, PA-OcTES1.0-EGDE0.5이 68.7, 60.4, 5.4 (10E-8 hr/mL2)로 나타나 다층 표면 개질막의 내오염성이 매우 향상되었음을 확인할 수 있었다.

수처리용 MF 막의 소재로 널리 쓰이는 PVDF는 높은 소수성으로 인해 막 오염현상 등의 문제점을 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 현상을 해결하기 위해 PVDF 중공사막 표면과 기공 내부에 defluorination을 시켜 hydroxyl기를 형성하고 epoxy, aldehyde functional PEG를 grafting하여 기공 내부와 막 표면의 친수화를 달성하고자한다. 이를 통해 막 오염현상을 감소시킴은 물론 수투과도 향상 또한 기대할 수 있다. PVDF 중공사 표면에 grafting된 functional PEG를 확인하고, 개질된 막의 친수화 정도와 장기운전 성능을 평가하고자 한다.

습식흡수제를 이용한 이산화탄소 포집 공정은 재생 시 많은 에너지가 필요한 단점이 있어 에너지를 낮추기 위한 다양한 대체 기술이 개발되고 있다. 이런 연구의 일환으로 최근에 분리막과 흡수제를 혼합하는 접촉막 기술이 개발되고 있으며, 흡수제의 단점을 극복하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 세라믹소재를 이용하여 중공사막을 제조하였고 젖음성을 제어하기 위해 소수성 코팅을 한 중공사막을 개발하였다. 중공사막의 XRD, SEM, FT-IR 및 Porosimeter를 이용하여 분석하였고, 기공에 따른 CO2 분리 특성을 규명하였다.

연구에서는 제조된 유무기 나노복합막의 치수안정성, 수소이온 전도능력 및 전기화학성능을 향상시키기 위하여 실리카 나노입자를 선정하였다. 이를 위하여, 소수성 실리카(Aerosil® 812, Degussa)와 친수성 실리카(Aerosil® 380, Degussa)를 각각 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(SPAES) 고분자 매트릭스에 도입하였다. 이들 실리카 입자들은 비이온성 분산제인(Pluronics® L64)을 사용함으로써 SPAES 매트릭스에 고르게 분산시킬 수 있었다. 실리카 함량은 최종 제조된 고분자의 미세 구조 및 특성에 중요한 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 연구에서는 과량의 실리카가 도입된 나노 복합막의 특성을연구하기 위하여, 실리카의 함량을 5 wt%까지 증가시켰다. 이를 통하여 소수성 실리카가 포함된 나노복합막이 실리카가 도입되지 않은 SPAES막에 비하여, 더 낮은 수소이온 전도도에도 불구하고, 29% 더 높은 전기화학 성능을 나타내는 것을 관찰하였으며, 이는 같은 소수성을 가지고 있는 촉매층과의 접합성 향상에 따른 것으로 나타났다. 이외의 나머지 복합막들 또한실리카가 도입되지 않은 SPAES막에 비하여 높은 성능을 나타냈다.