최근 유기용매나노분리막(OSN) 기술의 응용분야가 확대되고 있으며 그에 따른 분리막 성능향상이 요구되고 있다. 본 연구에서는 박막복합막 형태의 OSN 분리막을 제조하여 용매의 투과성능을 측정하였다. 먼저 비용매상전이법(NIPS)을 활용하여 한외여과막 지지체를 제조하였고, 지지체의 성능을 최적화하기 위해 고분자(PSf or PES)와 기공형성제(PVP or Pluronic F-127)의 종류 및 조성의 영향을 확인하였다. 지지체 표면에 MPD와 TMC 단량체를 계면중합하여 폴리아미드 박막을 형성하였다. 제막된 박막복합막 OSN 분리막의 용매투과성능과 배제율을 측정하여 평가하였다. OSN 지지체로는 PSf 대비 PES 지지체의 성능이 안정적이었으며 Pluronic F-127보다 PVP를 도프용액에 첨가하였을 때 성능이 더 향상되었다. 기존 TMC-MPD 반응을 활용하여 박막복합막을 제조하였을 때 Acetonitrile 용매의 투과성능이 EtOH보다 월등히 높은 것을 확인 할 수 있었다.

본 연구에서는 한외여과 polysulfone (PSf) 중공사막에 첨가제를 섞는 방법을 통해 친수성 증가에 따른 분리막 특성 및 성능을 향상하고자 하였다. 15 nm 크기의 fumed silica (FS)를 0.1, 0.3, 0.5 wt%로 방사 용액에 분산시켜 혼합 매트릭스 분리막을 제조하였다. 단면 및 표면상태를 확인하기 위해 SEM 분석을 진행하였으며, FS가 함유될수록 중공사막의 평균 기공 반경이 4 nm 이상 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 분리막의 친수성 분석을 위해 접촉각 측정을 진행하였으며, FS 함유로 분리막의 친수성이 높아진 것을 확인하였다. 수투과도의 경우 FS가 섞인 분리막은 91~96 LMH 수준을 보였으며 PSf 분리막보다 5~11%의 증가율을 보였다. 내오염성 평가에서도 친수도가 상승한 FS 혼합 중공사막 표면에 소수성을 띄는 BSA가 흡착되지 못하여 상대 유량 감소율이 PSf 단일막 보다 낮아졌음을 확인하였다.

신재생 에너지의 확대를 위한 대용량 에너지 저장장치로서 레독스 흐름전지 기술의 중요성이 부각되고 있다. 레독스 흐름전지는 양극 및 음극 전해액을 셀에 순환시켜 전해액에 용해되어 있는 활물질의 산화 및 환원 반응을 유도시키는 전지로서 전지의 효율 및 수명 확보를 위해서 양쪽 전해액을 분리시켜 주며 이온전달을 일으킬 수 있는 멤브레인의 사용이 필수적이다. 그러나 기존 레독스 흐름전지에 사용되는 멤브레인은 활물질 차단 특성, 이온 전달 특성, 물리화학적 내구성 및 가격 측면에서 부족한 특성이 많으며, 이를 개선함으로서 레독스 흐름전지의 효율, 수명 향상 및 가격저감 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 레독스 흐름전지용 멤브레인의 문제점을 정리하고, 이를 개선시키기 위한 멤브레인 소재 및 구조설계 전략에 대해 논의한다. 특히 활물질 차단과 내구성 향상 혹은 가격저감을 동시에 만족시키는 복합막 기술을 소개한다.

Polyvinylidene fluoride (PVDF)의 중공사막 표면에 2번 딥코팅하여 layer-by-layer 방식으로 나노복합막을 제조하 였다. 1차 코팅에서 poly(vinylsulfonic acid)(PVSA)와 Poly(styrene sulfonic acid)(PSSA)의 농도, 이온세기(Ionic strength, IS) 등을 변화시키며 막을 제조하였으며, 2차 코팅 용액으로는 Poly(ethyleneimine) 10,000 ppm I.S = 0.3으로 고정하였다. 막의 특성평가를 위해 각각의 100 ppm NaCl, CaSO4, MgCl2, 그리고 25 ppm Methyl Orange (MO) 공급액에 대한 막의 투과도와 염배제율을 측정하였다. 코팅용액의 코팅 물질의 농도가 올라갈수록 염배제율이 상승하였으며, 본 실험 조건에서 PVSA보다 는 PSSA를 이용하여 제조한 중공사막이 염배제율이 높은 것을 확인하였다. 대표적으로 PSSA 30,000 ppm I.S = 1.0에서 중공사막을 제조하였을 때 25 ppm MO용액의 투과도 1.848 LMH, 염배제율 76.3%로 가장 높은 값을 나타내었다.

In this study, we prepared thin composite membranes in which a support layer and a selective layer are covalently bonded in a simple method. The graft polymerization was carried out using UV/Ozone on a commercial Poly(sulfone) (PSf) ultrafiltration membrane with Poly((ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (PEGMA) possessing CO2affinity. As a result, nano-pores on the surface membrane were covered with PEGMA. The covalent bonding of the composite membranes has the advantage of improving stability. In addition, due to the thin selective layer formed by the graft polymerization, highly gas permeation characteristics are exhibited, and efficient process performance can be expected. The final composite membranes were investigated in terms of their chemical structures and elements, morphology, and gas permeation properties.

본 연구에서는 PAN과 폴리설폰의 두 지지체와 PEBAX 1657, 2533 두 선택층을 형성하였고, 지지체의 투과저항으로 인한 복합 막의 기체 투과도와 선택도의 차이를 확인하였다. 투과선택도를 향상시키기 위하여 PEG를 첨가하여 20에서 50 wt% 범위에서 농도를 달리하여 막을 제조한 후 CO2, N2 기체 투과성능을 측정하였다. 투과 성능이 가장 우수한 복합막의 물성 평가로써, PEBAX 복합평막의 미세구조를 관찰하였고, PEG 함량의 증가로 인한 Polyether 유리전이온도의 변화를 확인하였다. PEG 첨가제에 의한 PEBAX 복합평막은 에틸렌옥사이드 그룹으로 이루어진 PEG가 이산화탄소에 친화성을 가지고 있어서, PEG가 증가함에 따라 이산화탄소의 투과도를 향상시킬 수 있었다.

PEBAX 는 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 또한 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 투과도를 촉진시킨다. PEGDA 를 첨가하면 Tg 가 증가하므로 CO2/N2 선택도를 증가시킨다. 본 연구에서는 PEBAX (2533)/PEGDA 혼합 막을 PEGDA 분자량 별로 제조하고 PEBAX (2533)/PEGDA - PES 복합 막을 PEGDA 함량별로 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 확인하였다.

친수성을 띄는 silica 나노입자(7, 11, 15 nm)를 0.1, 0.2, 0.3 wt%의 비율로 고분자(Polysulfone)에 섞은 후, 상전이 공정에 의하여 중공사막을 제조하였다. 용매로는 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP)을 사용하였다. 또한 중공사막 제조 시내부 응고제는 NMP/증류수(1:1) 혼합용액을 사용하였으며 외부 응고제로는 증류수를 사용하였다. 본 연구는 Silica 나노입자의 크기 및 함량이 분리막 구조에 미치는 영향과 그에 따른 특성을 살펴보았다.

본 연구에서는 해수를 유도용액으로 사용하고 하수처리수를 공급수로 사용하는 정삼투막 공정의 유기/바이오 오염물에 의한 막오염을 저감하기 위해 폴리도파민/탄소 나노 튜브 복합 분리막을 제작하였다. 분리막은 기존 계면중합반응에 탄소 나노 튜브를 첨가하여 초박형 복합 분리막을 제조한 후, 폴리도파민으로 코팅시켜 제조하였다. 제작 된 분리막은 알긴산나트륨(Sodium alginate)용액과 미생물(Pseudomonas aeruginosa PA01) 부착 실험을 통하여 수투과도와 막오염도를 평가하였다. 그 결과, 폴리도파민/탄소 나노 튜브 복합 분리막은 복합되지 않은 분리막에 비하여 높은 수투과도와 낮은 막오염 성능을 보였다.

We report on the fabrication of a high performance reverse osmosis membrane based on a hydrophilic polyacrylonitrile support via an aromatic solvent-assisted interfacial polymerization process. The use of aromatic solvent (toluene or xylene) produced the membranes with unprecedentedly high NaCl rejection (~99.9%) and superior water flux, outperforming both the control membrane prepared using a conventional aliphatic solvent (n-hexane) and commercial membranes. The membranes fabricated using toluene or xylene had roof-like structures covering a thin and highly dense polyamide (PA) layer, which was induced by enhanced amine diffusion and the extended miscible layer resulting from the increased miscibility of aromatic solvent with water. The high performance of the membranes is attributed to thin and highly cross-linked basal PA layer.

ZSM-5 zeolite membranes can be tuned for hydrophilicity with varied Si/Al ratio allowing dehydration of various organic-water mixtures. α-Al2O3 supports were dip coated by silicalite-1 seed particles, dried (180°C for 12h) and calcined (450°C for 5h) for the secondary growth process. Hydrothermal synthesis of ZSM-5 zeolite membranes was carried out at 180 °C for 48 h. SEM and XRD results indicate excellent crystal morphology with high purity and preferred orientation. Prepared membranes showed a maximum perm-selectivity of 24 at 30°C for H2/SF6 separation. At that condition, H2 and SF6 permeance was 212 and 9 GPU, respectively. It was found that the permeance was higher at low Si/Al ratios, so it is expected that prepared membrane can be applicable for acetic acid dehydration.

기존에 많이 이용되고 있는 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수 지법을 혼합한 공정이다. 이 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이 온교환막, 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 하지만 이온교환수지와 양･음이온교환막으로 인해 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 점 들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 바이폴라형태의 막으로 만든 전기흡착탈이온 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 모듈에 적용할 수 있는 높은 이온교환능력을 가지는 이온교환고분자를 합성하고, 이온교환수지을 대신 할 이온교환그룹을 가진 나노입자를 제조하여 이 둘을 적절하게 조절하여 하이브리드막을 제조하였다. 그리고 제조된 하이브리드막은 다양한 특성평가를 실시하였고, 그에 따른 고찰을 진행하였다.

Carbon dioxide recovery by vacuum stripping at low temperatures (below 100°C) could be a promising technology to substitute the desorption process in conventional aqueous amine absorption process. We prepared composite membranes by coating hydrophobic silicalite-filled PDMS layers on porous PE supports and used as new membrane strippers for CO2 recovery to prevent typical pore wetting problem of hydrophobic PTFE porous membranes. CO2 fluxes were measured under various operation conditions, such as different vacuum pressures, stripping temperatures, CO2 loadings, types of amine solutions and operation time. The composite membranes showed excellent long-term stability in vacuum stripping process when compared with porous PTFE membranes.

Pebax 의 hard amide block 은 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 soft ether block 은 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 의 투과도를 촉진시킨다. 또한 Pebax 기준으로 PEGDA 를 첨가하였을 때 첨가되는 PEGDA 분자량이 증가함에 따라 CO2/N2 선택도가 증가하는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 Pebax-2533 / PEGDA 혼합 막과 PES 지지체를 사용한 Pebax-2533 / PEGDA / PES 복합 막을 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도 또한 확인하였다.