이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.

본 연구에서는 흑연, 열경화성 수지, 그리고 카본 블랙을 사용하여 조성과 제조 조건을 달리하여서 탄소 복합체를 제조하였다. 제조된 탄소 복합체의 고분자 전해질 연료전지용 bipolar plate로의 응용 가능성을 살펴보기 위하여 연속 흐름 기체 투과 장치를 사용하여서 산소의 투과도를 측정하였다 실험 결과 카본 블랙의 양이 증가할수록 산소 투과도가 증가하였으며, 탄소 복합체의 성형 시간이 증가할수록 투과도가 감소하였다 반면에 성형 압력은 산소 투과도에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 준 회분식 교반조를 사용하여 polybutene (PB)와 polyisobutylene (PIB)고분자를 용해한 벤젠 용액을 연속상, 물을 불연속상으로 구성한 w/o 에멀션액막에 CO2을 흡수시켜 흡수속도를 측정하였다. 점탄성을 나타내는 Deborah 수를 사용하여 점탄성 비뉴튼액체에서 구한 부피물질전달계수 (kLa)를 고찰하고, 수용액에 첨가한 2-amino-2-methyl-1-propanol(AMP)와 CO2의 반응 메카니즘을 해석하였다.

본 총설에서는 지구온실기체인 배가스내의 이산화탄소의 분리기술중 가장 잠재성이 큰 막분리기술에 관해 기술하였다. 고분자막에 대한 기체투과(용해확산)이론과 이산화탄소/질소의 물리적인 특성을 배경으로, 많은 문헌에서 발표된 고분자소재의 투과데이터를 분석하고 이를 통해 고분자막의 물리화학적인 구조와 이산화탄소/질소의 투과선택성의 상관관계를 설명하였다. 상업적으로 기체분리에 가장 널리 사용되는 중공사막모듈의 및 분리막공정의 동향에 대해 소개하였다. 마지막으로 국내외에서 발표된 이산화탄소/질소 분리막에 대한 현재까지의 연구동향과 앞으로의 전망에 대해 기술하였다.

본 연구에서는 4종류의 탄소계 관형 세라믹막으포 제지공장의 방류수를 물로 주기적 역세척하면서 한외여과하였을 때, 물 역세척 주기와 막간압력차 (TMP), 유량의 영향과 최적운전조건을 규명하였다. 역세척 시간(BT)은 3초로 고정하였고, 역세척 주기(FT)는 여과시간을 15~60초로, TMP는 1.00~2.50kgf/cm2로, 유량은 0.25~1.75 L/min로 변화시켜 가면서 각각 그 영향을 살펴보았다. 또한, 최적조건은 무차원 투과선속 (J/JO) 및 총 여과부피 (VT), 막오염에 의한 저항 (Rf)의 측면에서 고찰하였다. 그 결과 최적 역세척 주기는 BT/FT=0.20로, 빈번한 역세척은 막오염을 감소시켰다. 한편, VT측면에서 최적 TMP는 1.00~1.55kgf/cm2로 TMP 증가는 막오염을 심화시켜 투과선속을 감소시켰으나, 유량 증가는 막오염을 감소시켜 투과선속을 증가시키는 경향을 보였다. 본 연구에서 사용한 탄소계 세라믹 분리막에 의한 오염물질 제거율은 탁도의 경우 88~98%로 높았으나, CODcr의 경우 48~72%, 총용존고형물 (TDS)의 경우 37~76%였다.

분리막 접촉기를 통한 이산화탄소의 흡수거동 예측을 위한 공정모사를 위해 시스템의 흡수제로 탄산칼륨 수용액을 선정하였고, 시스템에서의 이산화탄소와 관련된 가역반응을 고려하였으며, 사용된 반응속도상수, 평형상수, 용해도 그리고 확산계수는 탄산이온의 농도와 온도의 함수로 사용하였다. 또한 분리막 접촉기 공정모사를 위한 조작 조건으로 중공사막의 기공상태는 비젖음성 조건을 선택하였으며, 이러한 조작조건하에서 이산화탄소 분리거동을 다양한 공정변수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 혼합기체의 압력변화에 대해 고찰하였다. 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동을 확인할 수 있었고, 흡수제의 유속 증가에 따라 이산화탄소의 흡수속도가 점차 증가함을 확인할 수 있었으며, 분리막 접촉기에서 혼합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 영향 및 흡수제의 재사용에 따른 흡수속도를 확인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통해 분리막 접촉기의 구성 및 조작에 필요한 각각의 인자들이 흡수속도에 미치는 영향과 예측, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다

이산화탄소의 분리회수가 필요한 공정은 지금까지 천연가스정제, 암모니아 제조시 수소정제, 매립지 가스, Enhanced oil revovery (EOR), Bio 가스정제 등이 있었으며, 최근에는 지구온난화의 주원인인 CO2를 배출가스(Flue gas)로부터 분리하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 논문에서는 지구협약에 의해 방출규제가 따를 것으로 예상되는 Flue gas에 포함된 CO2의 배출제어를 중심으로 분리막을 이용한 이산화탄소 분리회수기술을 살펴보고자 한다.

유리전이온도가 95℃인 폴리스티렌 균질막에서 CO2의 수착과 투과실험을 온도는 60℃, 수착실험은 1.6 MPa 범위, 투과실험은 2.5 MPa 범위 내에서 각각 행하였다. 낮은 기체압력하에서는 수착등온선이 dual-mode sorption model에 일치하였으나 1.3 MPa 이상에서는 직선이었고, 직선부분은 원점까지 외삽되었다. 평균투과계수의 압력의존성은 dual-mode mobility model로부터 위로 편기되었다. 수착등온선으로부터 폴리스티렌 막은 1.3 MPa의 기체압력에서 수착된 CO2의 가소화거동에 의해서 유리전이가 일어난다는 것을 알았고, 이는 평균투과계수의 증가와 일치하였다.

Membrane separation is extensively used for water/wastewater treatment because of its efficiency separation processes. However, particles in the feed water can deposit and accumulate on the membrane surface to created cake layer. As a consequence, the selectivity of the membrane and flux through the membrane are decreased, which is called fouling/blocking phenomenon. In order to solve fouling problem, we developed a novel membrane named Carbon Whisker Membrane (CWM) which contains vapor-grown carbon fibers/whiskers on the surface of the membrane and a layer of carbon film coated on the ceramic substrate. We firstly employed polymethyl methacrylate (PMMA) as a testing material to investigate the fouling mechanism. The results suggested that Carbon Whiskers on the surface of the membrane can prevent the directly contact between the membrane body and particles so that the fouling/blocking could not occurred easily compared to the membrane without carbon whiskers. We also researched the relationship with the diameter, density of carbon whisker on the membrane surface and total flux of solutions. Finally, we will be able to control the diameter and density of carbon whiskers on the membrane and existence of carbon whiskers on the membrane, it is important factor, might be prevent fouling/blocking in the water treatment.