While commercial polystyrene-based ion exchange membranes have simple manufacturing processes, they also possess the poor durability due to their brittleness. Poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate with hydrophilic side chain of poly(ethylene glycol) (PEG) was used as a co-monomer to make the membranes have improved flexibility. Hydrophilicity/hydrophobicity of the anion exchange membrane was able to be adjusted by varying the chain lengths of the PEG. For the preparation of the anion exchange membranes, a porous PE substrate was immersed into monomer solutions and thermally polymerized. The prepared membranes were then subsequently post-aminated using trimethylamine. The prepared pore-filled anion exchange membranes were evaluated in terms of ion exchange capacity, electric resistance and water uptake.

The water uptake, ionic conductivity, vanadium (VO2+) permeability and stability of polysulfone (PSF) based AEMs in alkaline media and in strongly oxidizing solutions were assessed. The highest ion conductivity was obtained with PSF-trimethylammonium (TMA)+. PSF-TMA+ also had better alkaline stability in comparison to PSF-AEM with different bases. PSF-TMA+ was demonstrated to show fuel cell performance. PSF-TMA+ demonstrated a 40-fold reduction in vanadium (VO2+) permeability when compared to Nafion® membrane. Comprehensive 2D NMR studies verified that PSF-TMA+ remained chemically stable even after exposure to a 1.5 M vanadium(V) solution for 90 days. Excellent energy efficiencies (85%) were attained and sustained over several charge–discharge cycles for a vanadium redox flow battery prepared using the PSF-TMA+ separator.

생전분과 검류의 혼합물은 화학적 변성전분의 물리적 기능성을 부분적으로 대체할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구는 생전분과 음이온성 검 혼합물 페이스트의 유변학적 특성에 대한 건열처리의 효과를 탐색하였다. 전분원료 로 감자전분, 고구마전분, 찹쌀전분 및 멥쌀전분을, 음이온성 검류는 carboxymethylcellulose (CMC), low-methoxy pectin (LMP), sodium alginate (NAG), λ-carrageenan (λCG) 과 xanthan gum (XAT)를 사용하였다. 음이온성 검들은 1% (w/w) 용액으로 제조하고 pH 5.5 (NAG)로 조정하여 전분과 혼합한 후 50°C에서 건조하여 전분-음이온성 검 혼합물을 제조 하였다. 전분과 음이온성 검의 혼합율은 건조중량 대비 99:1 이었다. 전분-음이온성 검 혼합물은 130°C의 컨백션오븐 에서 4시간 동안 건열 처리하였다. 건열처리 전후의 전분-음이온성 검 혼합물들은 페이스팅 점도 특성과 점탄특성을 조사하였다. 주어진 음이온성 검에 있어 전분-음이온성 검 혼합물들의 페이스팅 점도 특성은 점도 수준에 있어 차이는 있었으나 각각의 전분원료들이 보유한 고유의 페이스팅 점도특성들의 차이와 유사한 경향을 나타내었다. 감자전분과 고구마전분의 경우에 있어 건열처리 여부에 관계없이 생전분의 페이스팅 점도보다 낮은 수준을 나타내었으며, 건열처 리된 전분-음이온성 검 혼합물들은 무처리 혼합물들보다 낮은 수준을 나타내었다. 전분-음이온성 검 혼합물 페이스트 의 점탄특성은 혼합물들의 페이스팅 점도특성의 최종점도의 경향과 유사하였다. 전반적인 결과들을 종합할 때, 감자 및 고구마전분에 있어 음이온성 검류의 첨가와 이들 혼합물의 건열처리는 적합하지 않았다.

분리막을 이용한 산업은 석유에너지 자원의 고갈과 동시에 친환경 에너지자원의 필요성이 대두되어 최근들어 많은 연구가 이루어지고 있다. 이온기 그룹을 포함하는 고분자 분리막의 경우 해수담수, 전지시스템 등 친환경 에너지 자원의 개발과 더불어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이온교환 관능기를 포함하는 탄화수소계열 고분자를 합성하여 준비한 후 소수성의 고분자와 블렌 딩을 진행하였으며 이에 따른 이온교환능 및 이온전도도를 분석하여 연료전지용 고분자 전해질 막에 대한 평가가 이루어졌으며, 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 내열성 및 우수한 물리적 강도를 가짐과 동시에 우수한 이온전도도를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.

본 연구에서는 불균질 양/음이온교환막을 제조하기 위하여 Polyvinylidene Fluoride (PVDF)와 상용 양이온수지(Purolite사의 C100MR/5035) 와 음이온수지 (Purolite사의 A430MR/100) 를 사용하여 불균질 양/음 이온교환 용액을 제조하였다. 제조한 용액은 캐스팅법으로 제막하여 특성을 평가하였다. 지지체인 PVDF의 양에 대한 양/음이온교환수지의 함량을 달리하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. 제조한 이온교환막의 특성을 알아보기 위하여 FT-IR, 이온교환용량, 함수율, 인장강도 등을 측정하였다.

AEMFCs have been realized as a desirable alternative to PEMFCs. AEMs are the most important components of AEMFCs, and the high ion conductivity, good dimensional, mechanical and alkaline stabilities are required for AEMs. High conductivity mostly leads to a poor dimensional and mechanical stabilities. Chemical cross-linking of polymers have been attempted in an effort to overcome these problems, but the cross-linking inevitably reduced the conductivity due to the increased hydrophobicity of the membrane. Our group developed terminal crosslinking in which cross-linking was restricted only to the terminus of the polymer chains to minimize the loss of conductivity. Synthesis and properties of these terminally-crosslinked membranes will be detailed.

The anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) have been regarded as the promising power sources. To develop promising AEMs, the most important components in AEMFCs, the properties of the conducting groups as well as the polymer backbones should be both considered. We recently developed PPO-based anion exchange membranes having various conducting groups, including ammonium, imidazolium, mopholinium. The preparation, characterization and properties of the corresponding membranes will be discussed in detail.

본 연구에서는 기존의 음이온 교환 수지를 대체하기 위한 물질로써 Emulsion polymerization을 통해 Polystyrene Latex입자를 제조하였다. 관능기를 도입한 입자를 활용하였을 때 기존의 이온교환 수지가 가지고 있는 특성보다 좁은 분 포도를 가지며 훨씬 높은 표면적을 나타낸다. 단분산된 나노크기의 입자에 Chloromethylation과 Amination 반응을 통해 -NH3 +, -NR3 +, -PR3 +, -SR2 + 등의 관능기를 도입함으로써 SEBS 고분자 분리막을 양전하로 높게 하전시킬 수 있다. 입자를 제조하고 SEM, FT-IR, Zeta potential, IEC value 등의 전기적 및 TGA, DSC등의 열적인 부분을 특성평가 진행하였다.

현재 사용되는 전기탈이온(EDI)공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 이 공정은 전기투석을 위한 양/음이온교환막이 사용되고 두 막 사이 에 이온교환수지로 채워서 모듈을 제작한다. 전기탈이온공정은 농축수가 강한 산성과 염기성이기 때문에 전극의 손상과 같은 문제점을 초래한다. 이러한 문제 점을 해결하기 위해서 전기흡착탈이온(EAD)공정을 사용한다. 전기흡착탈이온공 정은 반대 전하 이온을 흡착시켜 제거하고 역전을 통해서 탈착시켜 이온교환기 를 재생시키는데, 이 때 재생시간이 필요하다. 따라서, 이온교환막을 Bipolar막으 로 제조하여 해결할 수 있고, 전기탈이온공정과 공통적으로 모듈을 작게 만들기 위해서 나노사이즈의 이온교환입자를 제조하여 별도의 처리과정 없이 성능을 구현하고자하였다. 본 연구는 현재 생산되고 있는 모듈보다 높은 이온교환능력 을 가지며 바인더 역할을 할 수 있는 고무상의 고분자를 합성하고 이온교환수 지대신 이온교환능을 가진 nano particle을 이용하여 복합막을 제조하였다.

Alkaline direct liquid fuel cells (ADLFCs) employing anion-exchange membranes as a fuel barrier have attracted significant attention as promising alternative energy sources. ADLFCs are allowed to use more abundant anode catalysts which are cheaper than the catalyst used in that using hydrogen fuel. In this work, novel pore-filled anion-exchange membranes (PFAEMs) were successfully fabricated by combining a highly porous poly(tetrafluoroethylene) film and cationic polyelectrolytes with structurally stable anion-exchange sites. The results of the membrane characterizations revealed that the optimization in the crosslinking degree and hydrophilicity of membranes should be considered for the successful application of the PFAEMs to ADLFCs. (KETEP)(20153030031720) and (MOTIE) (No. 10047796).

상업적으로 이용되는 폴리스티렌계 이온교환막은 제조 공정이 쉽고 간단하지만 막이 가지는 취성 때문에 내구성이 약하다는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위하여 친수성 그룹인 poly(ethylene glycol)을 곁사슬로 가지고 있는 poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate를 공중합시켜 음이온 교환막을 합성하였다. 지지체로는 내화학성 및 기계적 강도가 우수한 다 공성 PE 지지체를 사용하였고, 여기에 다양한 조성의 vinylbenzyl chloride, styrene, poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate, divinylbenzene, benzoyl peroxide를 녹인 단량체 용액을 지지체 기공에 채운 뒤 열중합 가교시켜 trimethylamine을 이 용하여 음이온 교환기를 도입해 세공충전 음이온 교환막을 합성하였다. 또한 poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate의 곁사슬 길이와 각 단량체가 차지하는 비율의 변화가 음이온 교환막의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 알아보았다.

We have hybridized Angelic gigas Nakai flower extract (AGNF) and two-dimensional layered double hydroxide (LDH) nanomaterials through reversible dehydration-hydration in order to obtain the nanopowder of natural extract. The Angelica gigas Nakai flower was treated with methanol to extract carbohydrate, polyphenol, and flavonoid components. LDH with an uniform size of 250 nm was prepared by hydrothermal method and calcined at 400ºC to obtain layered double oxide (LDO) precursor. For hybridization, AGNF in 40% methanol was reacted with LDO powder at various AGNF/LDO weight ratios: 0.15, 0.30, 0.85, and 1.70. The hybrids were obtained in fine powder which had enhanced hydrophilicity and water dispersity compared with dried AGNF. The X-ray diffraction and scanning electron microscopic results revealed that the house-of-cards structure of nanomaterials could encapsulate AGNF moiety inside their cavity. Quantitative analyses using UV-Vis spectra exhibited that the content of AGNF in hybrid increased upon AGNF/LDO ratio in reactant increased. According to 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging assay, AGNF/LDO showed higher antioxidant activity compared with an equivalent amount of AGNF itself.

Reverse electrodialysis (RED) is one of the promising processes for generating electricity from the salt concentration gradient between river and sea water. A RED stack contains alternately arranged anion and cation exchange membranes which separate salt solutions of different concentrations. The power generation performance of RED significantly depends on the characteristics of ion exchange membranes. In this work, we have prepared high performance pore-filled anion-exchange membranes. In addition, the optimization of membrane design parameters has been investigated using the membranes via various electrochemical analyses in terms of the enhancement of RED performances. Finally, the membrane surface has been modified with acid-doped polypyrrole for the improvement of the membrane properties. (No. 10047796) (No. 2015H1C1A1034436)

음이온 교환막의 치환체 특성을 파악하기 위하여 탄화수소의 분자구조가 다른 세 종류의 음이온 교환기를 vinyl benzyl chloride (VBC) base 막에 도입하였다. 지방족계로 trimethylamine (TMA), 고리형계로 N-methylpiperidine (MP), 방향족계로 pyridine (Py)은 아민화 반응을 통하여 도입되었다. 각각의 반응속도는 막저항(MER)과 이온교환능력(IEC) 변화의 관측으로부터 Py < MP < TMA의 순서로 반응하고 있음을 보여주었다. 한편 SEM image에서는 Py 치환체 막이 가장 균일하고 치밀한 구조를 보여주었으며, 전기화학적 특성에서도 Py이 상용막(AMX)과 비슷한 막저항(5.0 Ω·cm2 >, in 0.5 mol/L NaCl)을 나타내었다. 이 모든 결과로부터 치환체의 공명구조는 균질한 이온교환막의 제조에 기여하고 있음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 이온교환막을 이용한 전기화학적 수처리 공정의 효율을 향상시키기 위해 낮은 전기적 저항, 높은이온선택 투과성, 및 농도분극 조건에서 낮은 물분해 플럭스 특성을 갖는 새로운 세공충진 음이온 교환막을 개발하였다. 다공성 폴리올레핀 기재에 이온교환능이 우수한 4급 암모늄기를 포함한 공중합 고분자를 충진하여 상용막 이상의 성능을 갖는 기저 멤브레인을 제조하였다. 또한 기저 막 표면에 이미다졸륨 고분자를 코팅하여 전기화학적 성능을 유지하며 동시에 물분해플럭스를 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하였다. 제조된 세공충진 음이온 교환막은 상용막 대비 약 1/6∼1/8 수준의 매우낮은 전기적 저항을 나타내었으며 동시에 농도분극 조건에서 양이온 교환막 수준의 낮은 물분해 플럭스를 나타내었다

새싹은 영양분이 풍부한 식품이다. 하지만 생산 과정에서 종피에 있는 미생물에 의한 오염 가능성이 존재한다. 이 실험의 목적은 음이온 처리가 새싹의 생장과 살균에 미치는 효과를 구명하는 것이다. 음이온 처리는 4종류의 새싹의 생장과 살균효과에 긍정적인 효과를 보였다. 대조구에 비해 음이온 처리한 적양배추와 케일 새싹의 배축길이는 약 1.26배 증가하였으며, 상추, 적양배추, 케일 유근의 길이는 1.4~1.6배 증가하였다. 모든 새싹의 생체중은 음이온 처리했을 때 대조구에 비해 16.0~38.5% 유의적으로 증가하였다. 유근의 활력 또한 음이온 처리가 대조구에 비해 유의적으로 높은 수치를 보였다. 음이온 처리된 상추, 적양배추, 다채 새싹의 일반 세균 수는 대조구에 비해 각각 41%, 66%, 19% 감소하였으며, 배수되는 물의 세균 수 또한 감소되었다. 결국 음이온처리는 새싹의 생장을 향상시켰으며, 동시에 살균하는데도 효과적이었다.

폴리스티렌계 음이온교환막은 제조가 쉽고 공정이 간단한 장점을 갖고 있으나 막의 취성이 높아 내구성이 떨어지 는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하여 유연하고 우수한 내구성을 갖는 막을 만들기 위해 acrylonitrile-butadiene rubber를 첨 가제로 사용하여 음이온교환막을 제조하였다. 다양한 조성의 vinylbenzylchloride와 styrene, divinylbenzene, acrylonitrile- butadiene rubber 그리고 benzoyl peroxide로 이루어진 단량체 용액을 지지체인 직물 형태의 지지체인 poly(propylene)위 에 캐스팅 후 열중합 가교시킨 다음 trimethylamine과 acetone을 이용하여 음이온 교환기(-N+(CH3)3)를 함유하는 복합막을 제 조하였다. 음이온 교환막 제조시 첨가제의 함량에 따른 막의 성능을 평가하여 최적화 비율을 찾고, 단량체의 함량을 변화하여 함수율, 이온교환용량(IEC) 및 전기저항 값을 측정하였다. 그 결과 최적화 비율로 제조된 막들은 아스톰사의 상용화 음이온 교환막(AMX)보다 높은 IEC와 낮은 전기저항 값을 나타내는 동시에 유연성과 내구성이 우수한 막이 만들어진 것을 확인할 수 있었다.

아스팔트 콘크리트 포장은 공용 수명에 따라 영구변형이나 균열과 같은 포장 파손이 발생난다. 이에 도로 포장 유지 보수 방법인 균열 보수법은 도로의 노후화를 저감시키는 유지 보수 공법으로 이용되고 있다. 도로 포장 유지 보수에서 균열 발생시 간단한 균열 실링과 패칭을 통해 포장면의 침하를 지연 시킬 수 있 다는 연구 결과가 있다. 이는 균열부의 산화를 지연시킴과 동시에 수분 침투로부터 표층과 중층간, 중층과 기층간의 안정된 층을 형성하는 것이다(강인원, 2012). 도로교통 제 129호에 다르면 미국에서 균열 발생이 10~20%인 경우 균열 실링이 효과적이라고 보고되고 있다. 국내 균열 보수의 경우 대부분 가열식 보수법이 적용되고 있다. 가열식 균열 보수법은 특수 장비와 시공 기술자가 필요하다. 이는 시공시 시간 및 비용을 초래한다. 또한 높은 온도에서 시공하기 때문에 공해물질 발생하여 인체나 환경에 피해를 줄 수 있다. 이에 상온식 균열 보수제를 개발하여 시공성, 비용 및 환경적 이익을 얻고자 한다. 하지만 상온식 균열 보수제는 가열식 균열 보수제에 비해 내구성, 접착성, 양생 시간 등 이 취약한 것은 사실이다. 이에 경화속도가 빠른 고내구성 상온식 균열 보수제를 개발하여 적용하고자 한다.