본 연구에서는 분자동역학에서 원자의 움직임을 정의하는 가장 중요한 요소인 force-field가 실제 고분자 및 기체 분자의 움직임에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였다. Repeat unit과 고분자 구조는 본 연구에서 사용된 5종의 force-field 에서 모두 정상적으로 작용을 하였고, 최종 고분자 3D 모델에서 고분자 linear chain의 분포에서도 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 실제 기체 분자의 움직임은 매우 다른 경향을 나타내었으며, 이는 같은 functional form을 사용하는 COMPASS와 pcff 에서도 관찰되었다. 따라서 동일한 구조라고 하더라도 기체 분자의 운동은 시간에 따라 지속적으로 force-field의 영향 하에서 움직이기 때문에, 고분자 linear chain과 같은 거대 분자에 비하여 그 영향을 훨씬 크게 받는다는 것을 알 수 있으며, 결론적으로 서로 다른 force-field의 사용 시에는 결과 비교에 있어서도 매우 신중을 기해야 할 것이다.

수처리 분리막 분야에서 고분자는 세라믹과 함께 가장 중요한 소재로 이용되고 있다. 본 총설에서는 이러한 고분자 분리막 소재의 기술동향을 상용화 제품을 중심으로 분석하고자 하였으며, 이를 위하여 수처리 분리막의 종류에 따라 MF (Microfiltration), UF (Ultrafiltration), NF (Nanofiltration)/RO (Reverse Osmosis) 분리막으로 구분하여, 국가별, 소재별, 회사 별 고분자 분리막 제품 동향을 살펴보았다. 이를 통하여, 각 분리막 종류별로 주로 사용되고 있는 소재의 종류를 파악할 수 있었으며, 동시에 시장 지배적인 위치에 있는 업체들을 파악하고 이들 업체들이 어떤 소재들로 제품 포트폴리오를 구성하고 있는지 분석할 수 있었다. 이러한 결과들을 바탕으로 각각의 분리막 종류에 따른 소재 시장의 특징을 제시하였으며, 이런 특징을 바탕으로 각 시장에 신규로 진입하기 위한 기술 개발 전략을 제안하였다.

Poly(ether block amide) (PEBA)는 이산화탄소 분리에 매우 적합한 상용 블록 공중합체 중 하나이다. 기체분리막의 경우 높은 투과도 뿐 아니라 강한 기계적 강도 또한 필요로 한다. PEBA공중합체의 결정성 폴리아마이드(polyamide) 블록은 기계적 강도를 제공하며 동시에 rubbery한 폴리에테르(polyether) 부분은 이산화탄소와의 친화도를 부여하여 이산화탄소 촉진 수송에 기여한다. PEBA공중합체에서 결정성 상과 rubber한 상의 조성은 기체분리막에 적합하게 조절될 수 있다. PEBA 공중합체를 기반으로 한 분리막은 좋은 투과도를 갖지만 추가적으로 분자체 효과를 이용하여 큰 기체 투과도 손실 없이 분리막의 선택도를 향상시킬 수 있다. 혼합 매질 분리막은 혼합막의 한 종류로서 고분자 매트릭스와 유기 첨가제로 이루어져 있다. 하지만 고분자 매트릭스와 유기 첨가제간의 양립성(compatibility)에 따른 문제점 또한 존재한다. 따라서 본 총설에서는 PEBA 공중합체를 기반으로 한 혼합막의 장점과 한계에 대해 다루고자 한다.

본 연구에서는 Na형 Faujasite 제올라이트 분리막의 프로필렌/프로페인 분리 거동을 예측하기 위하여 제올라이트 13X 입자의 프로필렌 및 프로페인 단일기체에 대한 중량식흡착 거동을 관찰하고자 하였다. 제올라이트 13X 입자의 프로필렌 및 프로페인에 대한 중량식흡착 거동은 자성부유평형저울(MSB)을 이용하여 323, 343, 363 K의 온도와 0.02-1 bar의 압력 범위에서 0.1 bar씩 증가시키면서 측정되었다. 그 결과, 온도가 증가할수록 프로필렌 및 프로페인의 흡착량은 감소하였으며, 프로필렌/프로페인의 흡착 선택도는 증가하였다. 또한 흡착 온도가 증가함에 따라 프로필렌과 프로페인의 확산계수는 증가하여 아레니우스 식을 따랐고, 프로필렌/프로페인 확산 선택도는 323 K에서 0.9753으로 최대값을 가졌다. 흡착 특성을 통해 분리막의 투과선택도를 계산하였고, Na형 Faujasite 제올라이트 분리막의 단일 기체 투과 특성과 비교하였다. 그 결과 계산된 투과선택도와 측정된 투과선택도가 모두 323 K에서 최대값을 갖는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 중량식 흡착법으로 예측된 분리막의 프로필렌/프로페인 분리거동 예측이 합리적이며 또한 표면확산에 기반한 프로필렌/프로페인 분리용 제올라이트 분리막의 분리성능예측에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 염색⋅염료 산업의 폐수 처리 및 재활용 공정에 분리막을 적용하고자 실란 커플링제를 이용하여 상용화된 나노복합막을 표면 개질하였다. 실란 커플링제는 말단 관능기가 다른 octyltrimethoxysilane (OcTMS)와 (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS)을 사용하였으며, 표면 개질을 통해 염료 분리 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. XPS, FE-SEM, EDX 분석을 통하여 막 표면의 화학 구조 변화 및 실란 적층을 확인하였고, AFM 분석을 통해 개질막의 표면 모폴로지를 확인하였다. Zeta potential을 통해 실란 개질 막이 상용막 대비 표면 전하가 중성으로 변하는 것을 확인하였다. 그 결과, OcTMS와 APTMS로 개질한 막의 내오염성은 NE70에 비해 약 2배 이상 향상되었다. 또한, 실란으로 표면 개질한 나노복합막은 음이온 염료(Orange II) 용액에서 약 90% 이상, 양이온 염료(Safranin-O) 용액에서 약 98% 이상의 염료 제거율을 나타내어 양이온 염료 용액 처리에 적합한 것을 확인하였다.

OBIGGS에서는 대기 중의 미량의 오존이 고분자 분리막의 손상을 가져오기 때문에 전단에 오존 제거장치를 설치하여 분리막에 전해지는 기체에서 오존의 농도를 감소시켜 분리막의 손상을 막고 있다. 본 연구에서는 OBIGGS용 기체 분리막을 이용하여 오존 노출시간에 따른 인장강도와 기체투과특성을 평가하여 오존 노출환경과 투과특성의 관계를 확인하였다. 폴리이미드계와 폴리설폰계 두 종류의 중공사 분리막을 이용하였고, 6.37 cm2의 유효 막 면적을 가지는 중공사 모듈을 제조하여 사용하였다. 오존 챔버를 이용하여 오존의 농도를 2-3 ppm으로 유지하였으며, 챔버 내의 기체를 펌프를 이용하여 모듈내로 지속적으로 공급하였으며, 오존 노출시간에 따라서 기체투과특성과 인장강도를 각각 평가하였다. 그 결과 폴리이미드계 중공사 분리막은 투과도에서 20%의 감소만 나타났을 뿐, 선택도와 인장강도에서 다른 큰 변화를 나타내지 않고 균일하게 유지되는 것을 확인하였다. 하지만 폴리설폰계 중공사 분리막을 사용하였을 때는 투과도가 80% 이상 감소하였고, 인장강도는 70% 이상 감소하는 결과를 나타내었다.

연구에서 Poly(ethylene-co-vinylalcohol) EVOH 중공사막은 열유도상분리(TIPS)법을 이용하여 제조하였다. 다양한 조건에서 제조된 모든 분리막에서 액-액 상분리에 의해 기공이 서로 연결되어 있는 스폰지 구조가 관찰되었다. 글리세롤과 PEG200은 TIPS 방법에서 희석제로 사용하였고, 냉각조에 글리세롤을 혼합한 냉매를 사용하여 중공사 외표면의 기공을 조절하였다. 또한 혼합냉매의 온도를 높여 큰 기공의 형성을 유도하였다. 본 연구에서는 고분자의 농도, 희석제, 냉각조의 영향에 따른 분리막의 구조, 투과도, 기계적 강도에 대해 실험을 통해 알아보고 상호관계에 대해 심도 있게 연구하였다.

개인주의화와 자율성 고조의 삶에서 통일성과 조화를 이루어내야 하는 오늘의 사회 현상과 조우하듯 현재 교회도 자기의 벽을 허물어 가고 있다. 이 같은 변천과 함께 교회의 본질은 하나(Una)이며 동시에 보편적(Catholica)이라는 주장 하에 오늘의 시대사조에 교회가 창의적 대응을 할 수 있다는 사실은 대단히 고무적이라고 볼 수 있다. 교회에서의 에큐메니컬 운동을 공시적, 통시적 시각에서 살펴보는 것은 시의에 적절한 연구이자 교회 통합의 본질적 의미를 고민할 수 있는 중요한 학술적 단초라고 할 수 있다. 본 논문에서는 에큐메니컬 운동 측면에서 교회사를 일별하고 있다. 1910년에 시작되어 1960년대 본격적으로 시작된 근·현대 에큐메니컬 운동을 살펴보고, 그 시작을 선교 단계에서의 교회 다양성 문제로 규정, 다양성 극복을 위한 교회의 노력을 살펴보았다. 본론의 후반에서는 총 7차에 걸쳐 일어난 에큐메니컬 공의회 개최를 최초의 에큐메니컬 운동의 시작으로 규정하고 그 내용을 고찰해 보았다. 근·현대의 에큐메니컬 운동이 선교에 있어서 다양성 문제점 극복에 천착하였다면, 초기 교회에서의 에큐메니컬 운동은 삼위일체론, 신성과 인성의 규정문제, 이콘의 사용 문제 등 교회의 기본이 되는 교리 확립과 전파에 중심을 두고 있었음을 알 수 있다.

정삼투 여과막(FO) 기술 분야는 해수 담수화에서 이미 다양한 연구가 진행되었으나, 하폐수 처리 분야의 적용에서는 상대적으로 많은 연구가 필요한 상황이다. FO 기술은 비 다공성 특성막과 각 용액 사이의 삼투압 차이를 이용하여 원폐수로부터 수분을 비롯하여, 질소-인과 같은 이온성 물질까지 분리할 수 있다. 본 연구에서는 FO 막을 혐기성 유동상 미생물반응기(AFBR)를 통해 처리된 처리수 내 존재하는 질소(주로 암모니아성 질소)를 제거하기 위해 적용되었다. 유도용액(Draw Solution, DS)의 종류(NaCl, CaCl2, Na2CO3)에 따라 투과량은 NaCl, CaCl2, Na2CO3 순으로 높게 나타났으며, 암모니아성 질소의 배제율은 각각 42.25%, 78.83%, 70.35%으로 나타났다.

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) ultrafiltration membrane with Poly((ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (PEGMA) possessing CO2 affinity. 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 and weatherability. 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, and gas permeation properties.

본 연구는 냉동전처리 기술이 분리막 기반의 슬러지 탈수공정에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 냉동법은 응집법이나 원심분리법과는 달리, 슬러지 Cell lysis를 통해 Cell의 체액을 유출시킬 수 있음을 확인하였다. Cell lysis 이후 슬러지를 정밀여과법으로 분리하여 슬러지 탈수효율을 증가시키고자 하였으나, 냉동전처리로 인해 슬러지의 모세관 흡입시간과 여과소요시간이 약 13배 증가함으로써 슬러지 탈수효율이 감소하였다. 이는 슬러지로부터 방출된 유기물에 의한 슬러지 케이크 형성과 작은 슬러지 입자에 의한 세공차단현상에 의한 것이다. 적절한 공극 크기 및 슬러지 흡착에 내성을 갖는 분리막의 개발이 이루어 진다면, 냉동전처리와 분리막 공정의 혼성화기술은 슬러지 탈수에 적용 가능할 수 있을 것으로 보인다.

알칼라인 수전해 공정에 사용되는 복합 분리막은 고분자와 나노 세라믹 입자로 구성되며 기계적 안정성과 높은 이온 전도성을 가지는 것이 필수적이다. 나노 세라믹 입자는 알칼라인 용액 내 수산화이온(OH-)의 전도성을 높인다고 보고되어 왔으나 세라믹 입자의 비율에 따른 OH-의 관계와 효과의 이해가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 여러 물성 측정(버블포인트, 이온 저항 등)을 통하여 분리막 성능에 입자의 비율이 미치는 영향과 원인을 연구하였다. 입자의 비율이 증가하면 이온 저항은 감소하며, 높은 버블포인트를 유지한다. 이는 분리막 내의 OH-증가로 이온 저항이 낮아지며, 입자의 밀집한 배열이 버블포인트를 유지하는 것으로 판단된다. 따라서 비율의 증가에 따라 OH-상호 작용으로 높은 전도성과 안정성을 가져온다.

본 실험에서는 실제 원수와 모사 원수를 이용하여 유기막(PES, PVDF 및 PTFE)을 이용하여 재질에 따른 막오염 특성을 분석하고자 하였다. 먼저 원수를 운전압력 1kgf/cm2로 여과하였다. 재질별 소요된 여과 시간은 약 5분, 약 13분, 약 17분으로 각각 나타났다. 또한 모사 원수 실험을 진행하였고, 원수 실험과 동일한 결과를 나타냈다. Jucker 와 Clark(1994)에 따르면 소수성 재질의 막이 유기물 흡착에 의한 Flux 감소가 크다고 보고하였고, 본 실험에서도 소수성 재질의 막이 높은 Flux 감소율을 나타났다. 실험 결과를 통해 막 재질 특성이 조류 유입에 따른 Flux 감소율에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구는 환경부의 “환경정책기반공공기술개발사업”으로 지원받은 과제입니다.

다양한 산업 부생가스에 포함되어 있는 CO를 고순도로 정제하면 고부가가치의 화학원료 및 신재생 연료로 사용되어 경제적인 효과를 기대할 수 있다. CO를 정제하기 위해서는 주로 CO2가 포함된 혼합기체로부터 CO를 분리해야 하지만 CO만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 CO/CO2 선택성 분리막에 대한 연구는 전 세계적으로 미미한 상태이다. 본 연구에서는 CO2친화성을 갖는 성질을 도입하여 CO2의 투과를 방해하고 상대적으로 CO를 선택적으로 투과할 수 있는 분리막을 개발하고자 하였다. 유기 졸-겔 법을 이용하여 Network former(TAPM)의 아민 그룹과 network linker(HDI)의 이소시아네이트 그룹으로부터 우레아 결합이 포함된 다공성 네트워크 구조를 제조하였다. 다양한 기체에 대한 순수가스 투과테스트를 통해 투과도를 확인하였고, 분리 메커니즘을 규명하기 위해 CO, CO2,N2에 대한 흡착 등온선을 측정하였다.

수소는 반도체, 수소화 반응, 연료전지 등 다양한 산업 공정에 사용될 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 가져 미래의 에너지 원으로 각광 받는다. Water Gas Shift(WGS)와 같은 일반적인 수소제조 공정에서 수소 뿐만 아니라 일산화탄소, 이산화탄소 메탄과 같은 불순물들이 포함되며, 농축 및 정제의 필요성이 있다. Pd 수소분리막을 이용한 수소 분리공정은 수소만을 선택적으로 분리하여 99% 이상의 순도를 쉽게 얻을 수 있다. 본 연구에서는 상전이법을 통하여 중공사형 알루미나 지지체를 제조하고, 무전해 도금법을 이용하여 Pd를 코팅하였다. 무전해 도금법을 이용하여 제조한 분리막을 SEM, EDS, XRD 등의 분석을 통하여 특성을 파악하였으며, 온도 및 압력에 따른 수소 분리실험을 진행 하였다. 본 연구는 “교육부 기본연구(NRF-2017R1D1A1B03036250)”의 지원으로 수행되었습니다.

Graphene oxide (GO), consisting of numerous oxygen functional groups and 2-D graphene sheet, has drawn intensive attention as a promising membrane material due to its molecular-sieving nanochannel and ease of scale up. However, GO membranes have generally showed a low gas permeability stemming from the high tortuosity of laminate structure. Herein, we prepared silica/GO hybrid membranes to overcome the low gas permeability of GO membrane by tuning its surface area and interlayer spacing. The size of silica nanoparticles grown on the GO nanosheets was successfully controlled by varying the concentration of silica precursor. In particular, the relationship between gas permeability of silica/GO hybrid membranes and the size of silica nanoparticles was investigated.

온실가스의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 분리하기 위하여 이산화탄소와 친화성이 좋은 에틸렌글리콜 사슬이 도입된 폴리설폰 기반의 고분자와 아민이 기능화된 ZIF8 무기입자 (ZIF8-A) 를 복합화한 유무기 복합 기체분리막 (MMM)을 제조하였다. 제조된 분리막은 XRD, TGA, FT-IR, SEM 및 NMR 분석을 통해 분리막의 구조와 물성특성을 확인하였다. CO2/N2, CO2/CH4에 대한 가스 투과 특성을 조사하였고, 그 결과 ZIF8-A 구조 내 아민 함량 증가에 따라 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 ZIF8-A 구조 아민기능기와 에칠렌글라이콜 사슬과의 입자와의 계면저항성이 낮은 것에 기인한 것으로 판단하였다.