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.

이온교환막은 전기투석, 연료전지 외에도 수처리 공정에 있어 관심도가 매우 높다. 본 연구에서는 이온교환막에 사용되는 이온교환수지를 대신할 물질로써 입자를 제조하였다. 나노단위의 입자가 표면적을 증가시켜 기존의 이온교환수지보다 더 높은 이온교환능이 기대된다. 단분산된 나노크기의 입자를 제조하여 양이온은 -NH3+,-NR3+,-PR3+,-SR2+등의 관능기를 그리고 음이온은 –SO3-,-COO-,-PO3-,-C6H4O- 등의 관능기를 도입함으로써 각각 양전하와 음전하로 높게 하전시킬 수 있다. 입자를 제조하고 이에 따른 제타전위를 측정하고 IEC, FT-SEM, TGA 및 FT-IR을 측정하여 특성을 파악하였다.

Poly(meta-phenylene isophthalamide)(m-Aramid)는 우수한 강도, 내화학성, 내열성이 우수하다는 특성을 지니고 있다. 이러한 특성을 섬유 직경이 수십에서 수백나노의 멤브레인(Membrane)을 제조할 수 있는 전기방사법을 이용하면 미세한 구멍(Pore)을 가지게 되어 수처리 분야에 사용하기 적합하다. 본 연구에서는 m-Aramid 용액을 전기방사법을 이용하여 멤브레인을 제조하였다. 여러 섬유 평균직경의 나노섬유상 멤브레인을 제조하고, 중금속 흡착능을 지닌 보혜마이트(Boehmite)를 도입하여, 섬유 평균 직경에 따른 수투과유량(Flux)와 입자제거 효율 및 중금속 흡착성능을 평가하였다.

혼합매질 막의 제조에 널리 사용되고 있는 TiO2 나노입자의 대안으로서 ZnO 나노입자가 혼합된 Polyethersulfone(PES) 막을 제조하고 특성을 평가하였다. ZnO는 TiO2에 상응하는 기능적 특성을 갖고 있으면서도 가격이 낮다는 장점이 있어 혼합매질 막의 제조에 활용이 가능할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 N-methyl pyrrolidone(NMP)를 용매로 사용하여 각기 다른 농도의 PES 용액에 낮은 비율로 ZnO 나노입자를 혼합시켜 침지침강에 의한 상변환법을 사용하여 혼합매질 막을 제조한 후 표면 및 단면 관찰, 접촉각 측정, 여과/막오염 특성, 그리고 인장 강도를 측정하여 특성을 평가하였다. 그 결과 낮은 비율의 ZnO 나노입자로 순수 투과도와 막오염 정도를 충분히 개선할 수 있었다.

본 연구에서는 표면 각인법을 이용하여 라이소자임 분자가 각인된 P(AN-co-MA) 분자각인 막(Molecularly imprinted membrane, MIM)을 제조하고 그 특성을 평가하였다. MIM을 제조하기 위한 기본 막으로는 P(AN-co-MA) 고분자를 상변환법을 통해 제조한 비대칭 고분자막을 사용하였으며, 주형분자로는 라이소자임(lysozyme), 기능성 단위체로는 Acrylamide, 가교제로는 N,N´-Methylenebisacrylamide, Iniferter로는 Sodium N,N-diethyldithiocabamate를 사용하였다. MIM 제조 시 영향을 미치는 변수들의 조절을 통해 라이소자임 분자각인 고분자막의 최적 제조조건을 결정하였으며, 제조된 MIM의 특성을 평가하였다.

본 실험에서는 고분자의 농도, 첨가제의 종류 및 함량에 따라 도프 용액을 이용하여 분리막 제조하였다. 분리막의 모폴로지는 전자주사현미경(SEM)을 통해 관찰 하였으며, 막의 모폴로지와 순수투과도의 관계를 확인 할 수 있었다. 필터화 모듈을 제조하여 수투과도 및 바이러스, 박테리아 등과 같은 미생물 제거성능을 측정하였다. 제조된 중공사막의 단면은 sponge 형태로 표명으로 갈수록 치밀한 형태를 띄는 것을 확인하였으며, 수투과도는 50-70 ml/min으로 높은 값을 나타내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6의 값의 높은 수치를 보였다.

본 연구에서는 평균입경 0.2, 0.5, 1,7㎛ 크기의 α-알루미나 분말을 이용하여 다공성 α-알루미나 지지체의 기공구조를 조절하고자 하였다. 다공성 α-알루미나 지지체는 슬립캐스팅공법을 이용하여 제조한 후 소결하였으며, 이 때 소결 온도가 지지체의 기공특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 제조된 다공성 α-알루미나 지지체는 수은기공분석기를 이용하여 기공크기 및 기공률 등을 분석하였으며, 단일기체투과장치를 이용하여 기체 투과도를 측정하였다. 그 결과 평균입경 0.2, 0.5, 1.7㎛ 크기의 α-알루미나 분말을 이용하여 제조된 지지체는 각각 80, 130, 200㎚의 기공경을 가졌으며, CO2 단일기체에 대해 각각 1300, 1700, 5000GPU를 나타냈다.

식용수의 비소오염으로 인한 피해로 비소에 대한 관심이 증대되고 있으며, 아시아 지역뿐만 아니라 북남미, 유럽까지 비소로 오염된 지하수가 발견되고 있다. 본 연구에서는 As(Ⅲ)와 As(V)의 흡착특성을 가진 것으로 알려진 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF고분자를 이용하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 복합막의 물리적 특성과 비소제거 성능을 확인하였다. 복합화 전 합성된 망간-철 산화물을 ICP를 이용하여 비소제거율을 측정한 결과 As(V)는 43.6%, As(Ⅲ)는 65.5%의 제거율을 보였다.

본 연구에서는 개선된 Hummers법으로 제조된 산화그래핀에 기능화된 산화철(Fe3O4)을 합성하여 나노섬유 분리막을 제조하였다. 기질 고분자인 PVdF(polyvinylidene fluoride)와 제조된 Fe3O4-GO(MGO)은 전기방사법을 이용하여 나노섬유 분리막을 제조하고, 제조된 막에 대한 비소(Ⅲ,V) 제거 실험을 진행하였다. 먼저 MGO의 비소제거 실험에서 비소(Ⅲ) 이온의 경우 83%, 비소(V)이온의 경우 70%까지 MGO에 대한 비소제거 성능이 확인되었으며, 막의 경우에도 MGO의 함량이 높을수록 비소제거가 각각 80%까지 확인되었다.

다공성 지지체인 Polyvinylidene flouride(PVDF) 중공사막에 가압법을 이용하여 수용성 고분자인 Poly(styrene sulfonic acid) (PSSA)와 Polyethyleneimine (PEI)으로 강제 파울링 유도시켜 나노여과막을 제조하였다. 가압법과 담금법의 차이 및 코팅용액의 농도, 코팅시간, 가교제의 영향에 대하여 알아보기 위하여 NaCl 100 ppm 에서 투과도와 제거율을 측정하였다. 측정결과 PSSA 2%에 이온세기 0.3으로 2분 코팅한 다음 PEI 3wt%에 이온세기 0.1으로 1분 코팅한 경우가 투과도 118 LMH, 제거율 79.1%로 가장 좋은 결과를 나타내었다.

In order to observe the effect of radiation crosslinking on the properties of cationic exchange membrane, the crosslinked SPS/TMPETA membranes were fabricated by solution casting of various composition of sulfonated polystyrene(SPS) prepared by sulfonation of polystyrene(PS) and trimethylolpropane ethoxylate triacrylate(TMPETA) crosslinker followed by an electron beam irradiation. The physicochemical properties of the membranes before and after radiation crosslinking were evaluated by measuring gel-fraction, ion exchange capacity, water-uptake and tensile strength. We confirmed that the introduction of radiation crosslinking in SPS membranes improved the water uptake, and tensile strength. The thermal properties of the prepared membranes were also observed using DSC and TMA.

막분리 공정의 응용범위와 시장규모가 증가함에 따라 효과적인 물질분리를 위해 다양한 분리공정이 이용되고 있다. 이중 정수처리공정에서 수질의 안전성, 자동화 등의 장점 때문에 분리막에 대한 관심이 증가되고 있으며, 정수처리에 사용되는 대부분의 분리막은 강한 내구성, 장수명성 등이 요구되어, 이를 위하여 막오염 저항성이 크게 요구된다. 일반적으로 셀룰로오스 계열은 친수성이 강하며 막오염 저항성이 우수하고 정밀여과막이나 한외여과막 소재로 사용된다. 본 연구에서는 고분자량을 갖는 친수성 소재인 아세틸화된 메틸 셀룰로오스를 사용하여 한외중공사막을 다양한 조건에서 제조하고 제조된 막의 구조적 특성 및 투과분리 특성에 대하여 살펴보았다.

물 부족 현상을 해결하기 위하여 다양한 수처리 기술이 연구⋅개발되고 있다. 최근에는, 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투 시스템의 경우 가압 조건이 필요하지 않으므로 에너지 비용을 저감할 수 있고, 막 오염 및 파쇄현상이 역삼투 시스템에 비해 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이에 사용되는 유도 용질의 경우 높은 친수성을 가져야 하며, 농도 대비 높은 삼투압을 보여야 한다. 또한 유도용액 후처리 공정에서의 분리가 용이하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 정삼투 시스템에서 사용한 Citrate 계 유도용질의 회수에 사용되는 폴리아마이드 나노여과막을 제조하고, 제조된 막의 투과⋅분리 특성에 대하여 평가를 진행하였다.

고분자 분리막을 이용한 기체 분리는 기체의 막에 대한 투과도 차이를 이용하여 분리하는 친환경적인 공정 방법이다. 기체 분리용 고분자 소재는 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리이미드 등의 방향족 고분자들이 주로 사용되었다. 유리상 고분자인 폴리이미드는 높은 온도에서 기계적 강도가 매우 좋으며, 내화학성, 높은 기체 선택성을 보이는 뛰어난 소재로 많은 응용분야에서 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 폴리이미드계 고분자 중 애경유화(주)에서 합성된 폴리이미드 고분자를 이용하여 상전이법에 의해 중공사막을 제조하였으며 분리막에 대한 기체 투과 특성 및 기계적 물성, 신뢰성 테스트를 통하여 신뢰성을 확보하였다.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막 분리공정을 적용하고자 내산성 NF 분리막을 제조하였다. 지방족아민 모노머인 piperazine을 이용하여 제조한 막은 산에 취약한 polyamide 구조를 지니고 있어 내산성을 가지는 triazine polymer를 첨가하여 NF 분리막을 제조하였다. 제조한 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였으며 내산성은 10일 동안 유지되었다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

We reported a novel polymer/metal nanoparticles/electron acceptor composite for facilitated olefin transport and ionic liquid/Cu nanocomposite membrane for facilitated CO2 transport. The electronic structure of the metal nanoparticles such as AgNP and Cu NP surface was tuned by the electron acceptor p-benzoquinone(p-BQ) and ionic liquid to induce positive charges on the surface. The chemically activated metal surface is expected to form complexes with olefin or CO2 molecules, resulting in gas carrier for facilitated transport. Such facilitated transport membranes were applied for separation of olefin/paraffin or CO2/N2 mixtures. In particular, the interaction between gases and the carriers in a permeable polymer matrix or ionic liquid was expected to show excellent separation performance with long-term stability. In this study, the preparation method and characteristics of facilitated transport membranes will be introduced in detail.

Gas separation is one of the major chemical processes to manufacture petrochemicals and to recover the valuable chemicals from mixtures. However, the conventional gas separation processes requires enormous energy consumption and high costs. Membrane-based gas separation has been a major separation technology for various applications including natural gas sweetening, nitrogen generation, olefin/paraffin separation, CO2 capture, and biogas upgrading, etc. Most commercial gas separation membranes have been prepared using polymeric materials (e.g. cellulose acetate, polyimide, polyamideimide, polysulfone, and poly(dimethyl siloxane)(PDMS), etc.) as the form of hollow fiber membrane or thin film composite (TFC). In this presentation, polymeric gas separation membranes will be briefly introduced in terms of materials and fabrication methods.

Amphiphilic copolymeric membranes are ideally suited for separation of greenhouse gases and control its emission to the environment. Amphiphilic copolymers are a class of polymer that self-assemble in a nanophase domain. Amphiphilic copolymers are also useful in the pressure retarded osmosis process in which clean energy is generated from sea water which is highly essential at the current demand of clean and renewable energy demand. Mixed matrix membrane is another kind of separation process in which the pristine polymer are mixed with inorganic counterpart to prepare higher selectivity as well as permeability. Amphiphilic copolymer comes into handy again due to its synergistic effect mainly with the hydrophilic counterpart and the inorganic filler introduced into the copolymer.

Zeolite membranes can be used as vapor separation membranes due to the adsorption properties of zeolite crystals. Recently, vapor separation membranes are paid attention in the petrochemical complexes by combining with distillation separation methods. Heat duty for separation can be reduced by the combination of distillation and membrane. Zeolite membranes are usually crystalized on porous ceramic substrates such as a porous alumina substrates. Here, we had paid attention to novel porous silica substrates. In this study, effects of porous silica substrates on preparation of MFI zeolite membranes were investigated to obtain high permselective membranes. Acetic acid vapor permeation tests were conducted for the typical application in the petrochemical complexes. Porous silica (pore size: 500 nm) or porous α-alumina (pore size: 700 nm) were used as ceramic substrates. The seed crystals were coated by changing the seed slurry (0.5g L-1) of pH from 2 to 12. MFI membranes were crystalized at 180 °C for 16 h. The parent gel compositions for the membranes synthesis were SiO2: TPABr: Na2O: H2O=1: 0.2: 0.04: 600 (mol/mol). Vapor permeation tests of acetic acid/water were carried out at 110 °C. N2 permeance through the membrane prepared on the silica substrate was 3.6 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1, while that through the membrane prepared on the alumina substrate was only 1.4 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1. The initial resistance through the alumina substrate was lower than that through the silica substrate. This shows that the effective MFI layer was thinner on the silica substrate. N2 permeances through all the membranes were similar at around 4 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1. The maximum N2/SF6 permeance ratio was 79.3 through the membrane coated at pH 2. Thus, seed coating was important to obtain high gas permselective membranes. The separation factor of acetic acid through the MFI membrane was over 20. Thus, we have concluded the MFI membrane was acetic acid permselective membrane.

다공성 PE (polyethylene) 정밀여과막 지지체 위에 이온교환고분자 물질을 염석법 및 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅하여 저압용 나노여과막을 제조하였다. 제조한 나노여과막의 코팅유무는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며 코팅물질, 코팅시간, 이온세기에 따라 NaCl 100 ppm에서 투과도와 배제율을 측정하였다. PEI와 PSSA_MA의 농도를 동일하게 10,000 ppm으로 하고, 3 atm의 코팅압력을 주어 코팅한 결과, PEI의 투과도는 91.2 LMH, 제거율은 64.6% 이었으며 PSSA_MA의 투과도는 122.7 LMH, 제거율은 38.1%의 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구로부터 염석법과 가압법을 통해 복합막 제조가 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.