Growing demands for reducing energy consumption have raised interest to design advanced materials for thin film composite (TFC) desalination membranes with high permselectivity and low fouling. Here, we synthesized a star-shaped polymer as a new building block material, which can be assembled into selective layer of the TFC membrane via a facile interfacial polymerization (IP). Star polymer with compact globular structure and high density amine functional groups enabled to fabricate higher permselectivity and lower fouling propensity membrane compared to commercial membranes. In addition, star polymer assembled TFC membrane can function as either nanofiltration or reverse osmosis membrane by simply adjusting IP process conditions, which cannot feasible in conventional materials, demonstrating remarkable versatility of our star polymer.

SiHCl3를 제조하는 공정에서 배출되는 클로로실란 혼합가스 중 수소의 재이용을 위하여 분리공정이 필수적이며, Pd계 분리막이 사용될 수 있다. 일반적인 Pd분리막의 경우 300°C 이하에서 수소 흡착에 의한 취성문제와 공존하는 불순물가스에 의한 손상문제가 있을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 해결하고자 Pd layer 위에 Ru을 무전해 도금하여 Pd/Ru 복합 분리막을 제조하였고 저온에서 수소 투과도 및 안정성을 평가한 결과 180°C에서 50일 동안 수소에 의한 취성이 발생하지 않았으며 1.8 m3m-2h-1의 안정적인 투과량을 나타내었고. 또한 5% HCl, 0.5% SiHCl3가 포함된 가스를 225°C의 온도에서 2 bar로 주입하였을 때 9 hr 동안 Pd/Ru 복합 분리막이 손상되지 않고 수소의 투과량이 2.0 m3m-2h-1 이상으로 유지됨을 확인하였다.

본 연구는 GO (graphene oxide)를 활용한 기체 분리막 연구를 위해 기체투과도가 우수한 PTMSP [poly(1-trimethylsilyl- 1-propyne)]에 GO를 첨가하여 PTMSP-GO 고분자 복합막을 제조하고, N2, CH4, CO2에 대한 투과특성을 연구하였다. PTMSP-GO 복합막의 기체투과는 N2 < CH4 < CO2 순으로 높은 기체투과도 값을 가졌다. N2, CH4, CO2의 기체투과 경향은 GO 함량 0~10 wt% 범위에서 함량이 증감함에 따라 기체투과도가 감소하다가 10~30 wt% 범위에서 증가하는 현상을 보였다. 적은 GO 함량범위에서는 복합막 내에서 GO가 barrier로 작용하여 확산성 감소로 기체투과도가 감소하였고, 일정 함량범 위 이상에서는 계면에 생기는 void로 인해 기체투과도가 증가하였다. 그리고 CO2는 GO의 -COOH에 친화성을 가지고 있어 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4)는 GO 함량이 증가하면서 점차 증가하는데 선택도(CO2/N2)는 PTMSP-GO 10 wt%에서 10.6로 가장 높은 선택도를 보였고, 선택도(CO2/CH4)는 PTMSP-GO 20 wt%에서 3.4로 가장 높은 선택도를 보였다. 그러나 일정 함량 이상에서 선택도(CO2/N2)와 선택도(CO2/CH4) 모두 감소하였는데 GO 함량이 많아지면서 GO 충진물 간의 응집현상이 심해지고, GO 응집물로 인하여 CO2에 대한 용해도 효과가 낮아져 선택도가 감소되었다. PTMSP-GO 20 wt% 복합막은 PTMSP 단일막보다 증가된 CO2 투과도와 선택도(CO2/CH4)를 보이면서 기체투과 특성이 향상되었다.

계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야 에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다. 분리 막의 성능은 다양한 중합 성능에 의해 영향을 받고 있으며, 본 연구에서는 유기 용액의 퍼짐 속도가 어떻게 분리막 표면 및 구조에 영향을 주는지를 주사전자현미경을 통해 고찰하였다. 퍼짐 속도는 7.6과 25 mm/sec로 조절하였으며, 유기상 용액은 1~3방울까지 조절하였다. 관찰된 결과는 퍼짐 속도가 7.6 mm/sec에서는 한 방울 떨어트릴 경우, 25 mm/sec에서는 두 방울 떨어트릴 경우 폴리아마이드 막에 균열을 발견할 수 없었다. 반면 나머지 경우에 모두 균열이 발생하였다. 따라서, 초기 유기 용액의 퍼짐 속도는 폴리아마이드 분리막의 성능에 영향을 줄 것으로 관찰되었다.

본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리용 NaY 제올라이트 분리막을 제조하기 위해서 알루미나 지지체 표면에 종결정을 진공여과법으로 코팅한 후 NaY 수열용 액을 이용하여 90°C-110°C에서 16-24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 올레핀 과 π-결합을 형성하는 Ag+ 이온을 NaY 결정 구조내에 포함된 Na+ 이온과 이 온교환시킴으로써 올레핀/파라핀 선택도와 안정성을 향상시키고자 하였다. 이온 교환된 NaY 제올라이트 분리막의 올레핀/파라핀 분리성능은 C3H6/C3H8= 90/10의 혼합기체를 이용하여 분석한 결과, 700 GPU의 투과도와 1.13의 선택도를 나타내었다. 낮은 선택도는 제조된 분리막에 비제올라이트 기공이 존재하기 때문으로 판단되었으며 향후 비제올라이트기공을 억제하기 위한 연구를 진행할 계획이다.

기체분리용 기능소재에 대한 세계적인 시장의 요구가 증가함에 따라 광범위한 연구개발이 진행되고 잇다. 본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 포집성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이다. Isocyanate와 SI-PEG, 소 량의 촉매를 사용하여 코팅액을 제조한 뒤 PAN지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조하였다. SEM기기를 활용하여 복합막의 코팅층을 확인하였고 Bubble flowmeter를 사용하여 기체투과특성평가를 실시하였다. 기체복합막의 두께는 3 um 이하로 고른 분포를 보이며, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다.

최근 전세계적으로 이산화탄소 분리기술에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 특히 분리막을 이용한 이산화탄소 분리는 타 방식에 비해 다양한 장점으로 광범위하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 고선택성을 지닌 Polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)과 고투과성을 지닌 Poly(ethylene glycol)으로 이산화탄소 포집에 우수한 성능을 나타내는 POSS-PEG를 합성하고 특성평가하는 것에 중점을 두었다. 1H-NMR스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼을 활용 하여 합성의 유무를 확인하였고 PAN지지체에 코팅하는 방식으로 복합막을 제조하였다. 기체특성평가를 실시하기 위해 기체투과에 필요한 실험모듈을 제작하였고 이산화탄소 투과특성을 평가하였다.

20 μm의 얇은 폴리에스터(polyester) 부직포 상에 폴리술(polysulfone) 고분자 지지체를 제조하였다. 폴리술폰 표면에 3-aminopropyldimethyl silane을 sol-gel 중합함으로써 폴리실록산 지지체를 제조한 후 MPD 수용액과 TMC 유 기용액의 계면 중합을 실시를 통하여 정삼투 복합박막을 얻었다. FE-SEM/EDX 분석을 통하여 폴리실록산이 표면에 한하여 분포됨을 확인하였다. 1 M NaCl 유도용액/순수 인입용액 하에서의 FO-mode 유량이 146 - 209 LMH로 향상되 었으며 RSF값은 0.42 - 16.3 GMH로 유지함을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 Polyvinylidene Fluoride(PVDF)와 Polyacrylonitrile(PAN)의 중공 사막 표면에 계면중합하여 복합막을 제조하였다. 지지체 중공사 막은 기존에 상 용화된 제품을 사용하였고, Poly(4-styrene sulfonic acid)(PSSA)와 Polyetherimide 의 농도변화, 이온세기의 변화, 코팅시간의 변화에 따라 막을 제조하였다. 제조한 막의 특성평가를 위해 NaCl, MgCl2, CaSO4 100ppm의 공급액을 이용하여 일정 가동압력과 공급유량에서 막의 투과도와 배제율을 측정하였다.

Separation of light olefin and paraffin element is one of the most crucial issuses in petrochemical industry due to its profitable potential as precursor of petrochemical products, but facing technical predicament from similar physicochemical properties of two components. Membrane technology is considered as a good alternative for current cryogenic separation, however, current olefin/paraffin separation membranes are suffered from generally low permeability and selectivity, as well as its durability problem. Here, we have synthesized mixed matrix composite membrane using polyimide-based ZIF-8/graphene oxide 2-D nanocomposite, presenting high propylene/ propane separation performance and long-term stability.

본 연구에서는 고투과성 Ni-ZiO2 모세관 지지체를 NIPS 방법에 의해서 제조되었으며, 기체분리용 고투과성 분리막 제조에 사용하고자 하였다. 이때 Ni:ZrO2 비율을 각각 100:0, 70:30, 50:50, 30:70으로 섞어 만든 도프용액을 이용하여 모세관 지지체를 제조한 후 소결온도를 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500°C으로 달리하여 Ni:ZrO2 비율과 소결온도가 Ni-ZiO2 모세관 지지체의 기계적 안정성, 기공구조 및 단일기체투과도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

습식제련 공정 침출액은 다양한 유가금속 및 희소금속을 함유하고 있지만, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되고 있다. 폐산 용액에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정 개발의 필요성이 강조되고 있으며, 본 연구에서는 내산/내열성이 우수한 나노복합막을 제조하고자 하였다. 나노복합막은 polysulfone(PSf) 위에 지방족 아민과 아실클로라이드(acyl chloride) 를 계면중합하여 제조하였다. 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 투과수량 및 이온 제거율을 측정하 였다. 내열성 평가는 운전 온도 60°C에서 투과평가를 진행하였다. 제조막의 특 성은 FTIR, XPS, FE-SEM 등의 분석 통해 확인하였다.

The potential application of palladium-ruthenium composite membranes to the separation of hydrogen from chlorosilane gases in silicon-based industries was investigated. Ru/Pd/Al2O3/PSS membranes were prepared by electroless plating. Hydrogen permeation tests and temperature programmed desorption analysis revealed that the addition of a Ru over layer on Pd changed the hydrogen adsorption characteristics, resulting in improved stability of the membrane at low temperatures. The Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane had a stable hydrogen permeation flux of 1.8 m3m-2h-1 over a period of 1,200 h at 180°C without suffering hydrogen embrittlement. After exposure to impurities such as HCl and SiHCl3 , the hydrogen permeation flux of the Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane was stable over a period of 9h with feed pressure of 2.0 bar at 225°C.

Living organisms are based on the mass flux that induces various biological reactions using nanosized asymmetric ion channels as highly selectivity. However, it is the aggressive challenge to use these channels for artificial membranes because these are fragile and susceptible to deterioration under pH, temperature, mechanical stress, etc. This study, for the first time, synthesized a virus nanochannel-embedded thin film composite membrane. This membrane shows the extremely high ion selectively as well as low resistance. This property can be used to extract various multi-energies, for example, external pressure, water dropping, temperature difference, etc. This electricity results from the entropy gradient between membrane like electric eels.

수용액과 유기용액에 방향족 단량체를 사용하여 계면중합을 통하여 폴리아미드 나노여과막을 제조하고 황산내구성, 내열성 실제 제련액 투과물성을 평가하였다. 수용액에 지방족 디아민을 사용한 나노여과막에 비해서 방향족 디아민을 사용한 경우에 내산성이 매우 우수하였다. 방향족 단량체를 사용한 경우에는 1 가 이온 제거율 낮추기 위하여 첨가제 사용하였다. 내열성은 실제 제련액의 경우는 2가 이상의 이온에 대해서는 회수가 가능하였고 1가 이온 및 황산의 경우 에는 투과수로 빠져 나오는 것을 확인하였다.

올레핀/파라핀 분리를 위해 Poly(ethylene oxide)(PEO)/AgBF4/Al(NO3)3/Ag2O 복합막이 제조되었으며, Ag2O가 도 입되었을 때, 복합체 분리막의 초기성능은 선택도 13.7과 투과도 21.7 GPU로 관찰되었다. PEO/AgBF4/Al(NO3)3 분리막의 성 능(선택도 13와 투과도 7.5 GPU)에 비해서 초기성능이 증가한 이유는 Ag2O의 첨가로 인한 Ag ion의 활성도 증가로 생각되 었다. 하지만 시간에 따른 성능저하 현상이 관찰되었는데 이는 고분자 matrix인 PEO 때문인 것으로 생각되었다. PEO 고분자 는 Ag2O 입자를 안정화 시킬 수 없기 때문에 용매가 증발하면서 Ag2O 입자끼리 뭉치게 되고, Ag2O가 barrier 역할을 하게 돼서 시간이 지나면 투과도가 감소하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 복합막의 물성향상을 위해 clay를 도입한 polysulfone 나노섬유 복합막을 제조하였다. Polysulfone/clay 복합막은 clay가 들어간 N,N-dimethyl acetamide와 acetone 혼합용매에 polysulfone을 첨가한 후 전기방사법 을 이용하여 제조하였으며, 제조된 나노섬유 복합막은 적층수를 변화해 기공크기를 조절한 후 사용하였다. 전반적인 분리막 의 특성은 SEM, contact angle, 기공특성, tensile strength, water flux 분석을 사용하여 고찰하였다. 특히 SEM image로 clay의 도입을 확인하였으며 contact angle 측정을 통해 표면이 개질된 결과를 확인할 수 있었다. 그리고 clay의 도입량에 따른 복합 막의 기계적 물성을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제조된 분리막은 수처리용 분리막으로 충분히 활용 가능할 것으로 판단 된다.

이산화탄소 분리를 위해 이온성 액체/금속 산화물 복합막이 제조되었으며, 이온성 액체로서 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM+BF4 -)와 금속산화물로서 Al2O3가 사용되었다. 13 nm의 Al2O3가 이온성 액체 BMIM+BF4 - 에 도입되었을 때, 복합체 분리막의 성능은 CO2/N2 선택도 30.5과 CO2 투과도 45.7 GPU로 관찰되었다. neat BMIM+BF4 - 분 리막의 성능(CO2/N2 선택도 5와 CO2 투과도 17 GPU)에 비해서 성능이 증가한 이유는 Al2O3의 옥사이드 층과 이온성 액체 내 자유로운 이온농도의 상승으로 인해 CO2 용해도가 상승한 것으로 확인되었다. 특히 Al2O3 나노입자는 질소 기체에 대해 서 장애물로서 작용함으로써 질소기체의 투과도가 감소하여 결과적으로 이산화탄소 분리 성능은 급격히 증가하였다.

FO is prominent membrane technology for desalination due to no hydraulic pressure requirement and low fouling propensity compared to RO. TFC membrane was widely used due to excellent perm-selectivity and chemical resistance. TFC membrane consists of dense and support layer. Academic efforts focused on advance TFC membranes characteristics and performances. This work attempts to fabricate TFC FO membrane with highly permeable ultra-thin intermediate layer on the support layer using polydopamine and graphene oxide. Role of the intermediate layer on performances was demonstrated via characterization and FO operation.

증류에 의한 올레핀/파라핀 분리는 끓는점이 유사하여 에너지 소모가 높기 때문에, 분리막을 이용한 연구가 많이 진행 중이다. 특히 CMS 분리막은 sieving separation에 의한 투과/분리 성능이 우수하다. 따라서 본 연구에서는 중공사형 α-alumina 지지체에 γ-alumina 중간층을 형성한 후 Matrimid로 코팅하여 열분해함으로써 높은 기계적 강도와 충진 밀도를 갖는 중공사형 CMS 복합막을 제조하였다. 제조된 CMS 분리막은 20 - 35 GPU 프로필렌 투과도와 10 이상의 프로필렌/프로판 분리도를 보였다. 이 연구는 2014년 정부(미래창조과학부)의 재원으로 국가과학 기술연구회 융합연구단 사업(No. CRC-14-01-KRICT)의 지원을 받아 수행된 연구입니다.