한외여과를 통하여 난백으로부터 라이소자임을 분리, 정제하는 연구를 수행하였다. 교반식 한외여과장치에 분획 분자량(MWCO)이 각각 10 kDa, 30 kDa 및 100 kDa의 셀룰로즈 재질 분리막을 사용하여 알부민과 라이소자임의 투과실험 데이터를 수집하였다. 단백질 용액은 20 mM, pH 6, 7, 8의 인산염 완충용액에 난단백 함량을 1%,;2%,;3% 및 10% 첨가하여 제조하였으며, 막간압력차(TMP)는 0.5~3 bar의 구간에서 실험을 하였다. 분리막의 분획분자량이 증가하면서 투과유속은 증가하였으며, 분리막에서의 막간압력차가 증가하면서 그리고 공급원액의 난백농도가 감소하면서 투과유속은 증가하였다. 또한, 분리막의 분획분자량이 감소하면서 알부민의 라이소자임에 대한 선택도는 증가하였으며, 모든 분리막에서 pH 와 공급원액의 난백농도 그리고 막간압력차가 증가하면서 라이소자임의 알부민에 대한 선택도는 증가하였다.

유기증기에 대한 PDMS의 단점을 보완하기 위해 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI)와 1,4-butanediol(BD)를 이용하여 poly(dimethylsiloxane)를 기초로 한 polyurethane-polysiloxanes (PU/PDMS)를 합성하였다. 그리고 poly(tetrafluoroethylene) (PTFE)를 다공성 지지체로 이용하여 복합막을 제조하여 SEM 분석으로 코팅층의 존재와 두께를 확인하였다. 증기투과실험에서 투과온도와 feed의 농도가 증가할수록 flux는 점차 증가하였고, separation factor는 이와 반대로 점차 감소하는 'trade-off'현상을 보였다. 본 연구에서의 PU/PDMS는 soft segment의 함량보다는 비교적 hard segment의 함량이 높기 때문에 투과온도의 증가에 따른 영향이 크지 않았던 것으로 사료된다. PU/PDMS막은 VOCs와 상대적으로 높은 친화도를 가지고 있기 때문에 PU/PDMS 균질막과 비교하여 복합막의 형태에서도 향상된 flux와 높은 separation factor를 나타내었다.

졸겔법에 의해 Si(OC2H5/)4-(CH3O)3B-C2H5OH-H2O계로부터 다공성의 SiO2-B2O3 막을 제조하였다. SiO2-B2O3막의 특성을 BET, IR spectrophotometer, X-ray diffractometer, SEM 과 TEM을 사용하여 조사하였다. 700{℃에서 얻어진 SiO2-B2O3 막의 평균 기공직경은 0.0048 mu{m}이고, 표면적은 354.398 m2/g이었으며, 입자의 크기는 7 nm인 무정형의 다공체이었다. SiO2-B2O3 막의 수소/질소 혼합 기체 분리 특성은 기체분리 압력을 달리하여 조사하였다. 25{℃, ΔP 155.15cmHg에서 수소/질소 혼합 기체를 분리하여 본 결과 SiO2-B2O3 막의 수소에 대한 real separation factor(α)는 4.68이었다. 그리고 투과셀의 압력차(ΔP)값이 증가할수록 real separation factor(α), head separation factor(β), tail separation factor((equation omitted))값이 증가하였다.

PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막을 제조하고, 막의 특성을 FT-IR, GPC, SEM 등을 사용하여 조사하였다. PTMSP-Silica-PEI 복합막은 silica의 함량이 23∼60 wt%로 증가하면서 입자의 크기는 점차 작아지고 입자의 분포는 균일하게 되었다. PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막에 의한 H2/N2 혼합기체분리는 25{℃, ΔP 5 psi∼30 psi 범위에서 조사되었다. PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막들의 수소에 대한 분리인자(α, β, (equation omitted)) 값은 투과셀의 압력이 증가할수록 그리고 silica의 함량이 증가할수록 증가하였다. 25{℃, ΔP 30 psi에서 PTMSP-PEI 복합막의 수소에 대한 α, β, (equation omitted) 값은 2.28, 1.58, 1.44이고 silica 60 wt%인 PTMSP-Silica-PEI 복합막의 수소에 대한 α, β, (equation omitted) 값은 3.34, 1.95, 1.72 이었다.

PTMSP/PDMS-PEI 복합막을 제조하고, 막의 특성을 FT-IR, 1H-NMR, DSC, TGA, GPC, SEM을 사용하여 조사하였다. 제조된 PTMSP/PDMS copolymer의 수평균분자량((equation omitted))은 501,516이었고, 중량평균분자량((equation omitted))은 675,560이었다. 제조된 고분자 복합막에 의한 H2/N2 혼합기체분리는 25{℃에서 압력의 변화에 따라 조사하였다. PTMSP/PDMS-PEI 복합막들의 수소에 대한 분리인자(α, β, (equation omitted)) 값은 투과셀의 압력이 증가하면 증가하였다. PTMSP/PDMS-PEI 복합막의 수소에 대한 α, β, (equation omitted) 값은 ΔP 345.55 kPa와 25{℃에서 각각 21.50, 49.14, 1.84이었다.

본 연구는 에스텔화 막반응공정에 의한 2,2,2-trifluoroethyl metacrylate (TFEMA)의 생산을 위한 선행연구로, 가교된 poly(vinyl alcohol) 복합막을 이용하여 TFEA (2,2,2-trifluoroethanol)/water 혼합용액을 대상으로 투과증발 특성을 연구하였다 복합막은 다공성 polyethersulfone (PES) 지지체 위에 PVA와 glutaraldehyde (GA)를 같이 녹인 수용액을 코팅한 후 산 촉매 하에서 열가교시킴으로써 제조하였다. SEM (scanning electron microscopy)을 통하여 선택층의 두께는 2-3 μm로 확인되었고, 제조한 PVA 코팅층의 수평윤도는 가교제의 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 투과증발 실험결과 가교제의 농도가 증가할수록, 투과도는 감소하고 TFEA/water의 선택도는 증가하는 경향을 보였다. 그리고 85-95wt%의 TFEA 혼합용액의 전범위에서 운전온도가 증가할수록 투과도는 증가하였지만, 선택도는 90 wt% TFEA 농도 이하에서는 감소하는 경향을 보인 반면, 95 wt%에서는 증가하는 흥미로운 경향을 보였다. 0.1 moi GA로 가교된 PVA 복합막은 운전온도 80℃, 90 wt% TFEA 농도에서 1.5 kg/m2hr의 매우 높은 투과도와 320의 선택도를 보였으며, 따라서 TFEA의 에스텔화 막반응공정에 적용 가능성을 보여주었다.

Carbon molecular sieve (CMS) membranes were prepared by pyrolysis of polyimides having carboxylic acid groups and applied to the hydrogen separation. The polymeric membranes having carboxylic acid groups showed different steric properties as compared with polymeric membranes having other side groups (-CH3 and -CF3) because of the hydrogen bond between the carboxylic acid groups. However, the microporous CMS membranes were significantly affected by the decomposable side groups evidenced from the wide angle X-rat diffraction, nitrogen adsorption isotherms, and single gas permeation measurement. Furthermore, the gas separation properties of the CMS membranes were essentially affected by the pyrolysis temperature. As a result, the CMS membranes Prepared by Pyrolysis of polyimide containing carboxylic acid froups at 700℃ showed the H2 permeability of 3,809 Baller [1×10-10 H cm(STP)cm/cm2.s.cmHg], H2/N2, selectivity of 46 and H2/CH4 selectivity of 130 while the CMS membranes derived from polyimide showed the H2 permeability of 3,272 Barrer, H2/N2 selectivity of 136 and H2/CH4 selectivity of 177.

PDMS (polydimethylsiloxane) 복합막을 통한 기체분리 공정에서 다공성 지지체의 투과저항과 PDMS 코팅두께가 에틸렌/질소의 분리성능(투과도, 선택도)에 미치는 영향에 관하여 조사하였다. 이를 위해 Pinnau 등이 제시한 복합막 투과저항 모델이론식〔1〕이 사용되었다. 지지체의 투과도 또는 투과저항은 PES (polyethersulfone)/NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 고분자 용액의 농도를 변화시키면서 조절하였다. 복합막은 PES 지지체 위에 n-hexane에 녹인 2액형 PDMS 용액을 spin coater를 사용해 코팅하여 제조하였다. 선택층의 코팅 두께는 spin coater의 회전속도를 통해 조절하였다. 투과기체 분리특성은 단일기체 투과도 측정 장치를 통해 조사하였으며, 지지체 및 복합막의 단면구조 및 코팅두께는 SEM (scanning electron microscope)을 통하여 확인하였다 얻어진 실험결과는 복합막의 투과저항모델의 이론식과 매우 잘 일치함을 확인 할 수 있었다. 에틸렌/질소의 분리에 있어 PDMS 막 고유의 선택도를 얻기 위해서는 지지체의 투과저항과 코팅층의 최적화가 중요함을 확인하였다.

PTMSP-PEI와 PDMS-PEI 복합막을 제조하고, 막의 특성을 FT-IR, 1H-NMR, DSC, TGA, GPC, SEM을 사용하여 조사하였다. 제조된 PTMSP의 수평균분자량 (equation omitted)은 477,920 이었고, 중량평균분자량 (equation omitted)은 673,329이었고, 유리전이온도 (Tg)는 224℃이었다. 제조된 고분자 복합막들에 의한 H2/N2 혼합기체분리는 25℃에서 압력의 변화에 따라 조사되었다. PTMSP-PEI와 PDMS-PEI 복합막들의 수소에 대한 분리인자 (α, β, equation omitted)값은 투과셀의 압력이 증가하면 증가하였다. PTMSP-PEI 복합막의 수소에 대한 (α, β, equation omitted 값은 ΔP 30psi 와 25℃에서 2.28, 1.17, 1.96이었고, PDMS-PEI 복합막의 (α, β equation omitted 값은 3.70, 1.53, 2.42 이었다.

불완전 분리의 실질적인 분리투과 특성을 근거로 하는 모사모델을 이용하여 투과증발 막촉진 에스터화 반응의 실질적인 거동을 연구하였다. 막의 분리효율, 막의 물제거 능력을 모델에 포함시킴으로써 반응모사를 통하여 이들이 막촉진반응에 어떻게 영향을 끼치는지를 체계적으로 관찰할 수 있었다. 막을 통한 비완전분리가 일어날 경우에 초기 반응물 몰비율이 1이 아닐 때 반응 혼합물중 소량으로 존재하는 반응성분이 투과되거나, 혹은 초기 반응물 몰비율이 1인 반응 혼합물중 어느 반응성분이 투과되든지 반응이 완결될 수 없었다. 생성물인 에스터가 물과 함께 일부 투과될 경우 정방향 반응속도를 증가시켜 시간에 따른 반응 전환률을 증가시킨다. 막을 통한 불완전 분리시 막을 통한 투과로 인하여 발생하는 반응혼합물의 부피감소로 인하여 반응성분 뿐 아니라 생성성분의 농도가 증가되는데 이들 농도증가가 반응속도에 상반된 영향을 끼친다; 반응물 농축은 반응속도를 증가시키나 생성물 농축은 역방향의 반응을 촉진시킴으로서 반응속도를 감소시킨다. 반응초기에는 반응물 농축효과가 우세하나 반응이 진행됨에 따라 생성물 농축효과가 우세하여 반응속도를 저하시킴이 모사결과 관찰되었다.

탈지대두박을 이용한 isoflavone의 분리 및 정제를 위한 최적 조건을 찾고자 absorption resin인 Amberlite XAD-1180를 사용하여 흡착제 활성화용매의 농도, 흡착된 isoflavone의 용출용매의 농도, 용출용매의 양과 용출속도, 시료와 흡착제의 비율 그리고 수지에 미치는 pH와 ion의 영향을 조사하였다. 수지의 활성화와 용출에는 Amberlite XAD-1180의 경우 methanol 75%로 활성화시켜 ethanol 80%로 용출시키는 경우가 가장 높은 값을 보였으며, 이때 사용하는 absorption resin은 isoflavone 흡착을 위해 사용한 단백질제거 탈지대두박용액양의 약 0.5배로, ethanol의 양은 단백질제거 탈지대두박용액 양의 4배를 사용하여 flow rate 12 mL/min의 경우가 적절한 조건임이 밝혀져 흡착제 사용이 isoflavone 함량을 최고 2~3배까지 향상시키는 결과를 보였다. 이때 분리된 isoflavone의 순도는 최고 40%까지 얻을 수 있었다. pH와 ion의 영향에서는 pH는 5.0, NaCl은 0.25 N 이하에서 isoflavone의 유출량이 높았다.

분리막을 이용한 정수처리 공정의 최적화를 위하여 유기물 성분인 humic acid와 탁도를 유발하는 kaolin을 모사 용액으로 제조하여 막내 비저항 값을 최소화하면서 flux의 안정된 경향을 나타내는 최적의 운전 조건을 검토하여 보았다. 그 결과 압력이 증가함에 따라 낮은 비저항값에서 효율적인 분리막을 운전할 수 있으며 선속도가 증가함에 따라 높은 전단율에 의해 cake load는 줄어들었으며 이에따라 비저항값과 flux는 증가하는 경향을 나타내었다. 따라서 최적의 운전조건은 압력 2.0 kgf/cm2, 선속도 0.92 m/sec으로 알 수 있었다.

Ethyl cellulose(EC)와 platinum(II) acetylacetonate(Pt), rhodium(III)acetylacetonate(Rh)를 이용하여 용매증발법으로 고분자-금속 착체막을 제조하였다. 이때 최종 분리막의 제막조건을 최적화하기 위하여 금속염의 조성을 변화시켰다. (0.3-4.0 wt%). FTIR을 이용하여 EC-금속착체막을 분석하였으며 SEM을 이용하여 막의 구조를 관찰하였다. 그리고 산소, 질소, 이산화탄소, 메탄 가스들의 투과성능을 조사하였다. 금속염들은 모든 가스들의 선택도의 감소없이 투과도를 향상시킨다는 것을 알 수 있었다 그러나 Pt의 경우 산소와 질소가스의 투과성능에 더 영향이 있었으며, Rh은 이산화탄소와 메탄가스의 투과도에 더 영향이 있음을 알 수 있었다. EC-Pt 착체막의 경우에는, Pt의 산소와의 친화력특성에 기인하여 산소/질소의 선택도가 증가(37%)하는 것을 보여주었다.

Polyvinylpyrrolidone을 포함하는 폴리이미드 전구체의 열분해 공정을 통해 탄소분자체막을 제조하였으며 열분해성 고분자를 포함하는 전구체를 통해 제조된 막의 구조 및 기체 투과 특성에 대해 연구 하였다. 열분해성 고분자를 포함하는 전구체의 열적 특성을 조사한 결과 열적으로 안정한 폴리이미드의 경우 550℃에서 분해되는 것을 확인할 수 있었으며 열분해성 고분자의 경우 400℃에서 분해가 시작되는 것을 TCA를 통해 확인하였다 제조된 탄소분자체막의 기체 투과 특성을 조사한 결과 최종 열분해 온도가 증가됨에 따라 기체 투과도는 감소하였으며 열분해성 고분자를 포함한 전구체로부터 제조된 탄소분자체막의 경우 기체 투과가 향상됨을 알 수 있었다. 열분해성 고분자를 함유하는 전구체로부터 550℃에서 열분해를 통해 제조된 탄소분자체막의 경우 O2 투과도 808 Barrer [10-10cm3 (STP)cm/cm2scmHg]과 O2/N2선택도 7을 나타내었다.