본 연구는 pressure retarded osmosis (PRO) 분리막의 구조적 특성이 미치는 영향에 대하여 수행되었다. 이를 위해, 유사 분자구조를 가지며 자유부피는 차이가 나는 BPS-XX, BisA-XX가 선택되었다. BPS-XX와 BisA-XX는 축중합 반응을 통해 합성되었으며, 또한 더 세분화된 결과를 위해서 20~60 mol.%로 술폰화되었다. 자유부피의 변화에 따른 분리막의 특성을 입증하기 위해서 몇 가지 특성평가가 진행되었다. 연구 결과에서 동일 분자구조에서 자유부피가 증가하면 막의 투과도가 증가하였고, 선택도는 감소하였다. 본 연구의 투과도-선택도 결과에서, 분자의 기본 구조와 자유부피 조절에 따라서, 고 투과도와 선택도를 가진 막을 제조 가능함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 높은 투과도를 갖는 PTMSP에 1, 3, 5 wt% LDH 함량으로 용액 삽입법에 의하여 PTMSP/LDH 복합막을 제조하였다. 복합막의 물리화학적 특성은 FT-IR, TGA, XRD, UTM, SEM을 사용하여 조사하였고, H_2, N2, CO2 기체에 대한 투과도와 선택도 성질을 고찰하였다. PTMSP/LDH 복합막의 기체 투과도는 LDH 함량이 증가함에 따라 감소하였고, H2와 CO2의 선택도는 LDH의 함량이 5 wt%일 때 최대값을 보였다. 그리고 PTMSP와 PTMSP/LDH 복합막은 기체투과 압력이 증가함에 따라 기체의 투과도가 증가하였다. PTMSP/LDH 복합막의 기체투과도는 PTMSP 막에 비해 압력 증가에 대한 차이가 다소 작게 나타났다.

n-Pentane의 분리 및 회수를 위해 분리막의 제조가 용이하고 유기용매에 대한 내용매성이 있는 polyetherimide (PEI)를 지지체로 poly (dimethyl siloxane) (PDMS)를 코팅하여 중공사 복합막을 제조하였다. 제조된 기체 분리막의 특성을 알아보기 위하여 n-Pentane과 질소를 이용하여 공급농도와 stage cut의 변화에 따른 n-pentane과 질소의 투과도, permeate, retentate의 농도, 농축도, 회수율을 측정하였다. n-pentane과 질소의 투과도는 각각 2485.3, 9.9 GPU를 나타내었고, stage cut이 감소하고 공급농도가 증가할수록 투과측의 n-pentane 농도는 증가하는 경향을 나타내었다. 반면 회수효율의 경우에는 stage cut이 증가할수록 공급농도가 감소할수록 증가하는 경향을 나타내었다.

기체분리용 분리막의 투과성능을 향상시키기 위해 비이온성 첨가제로 Triton X-100을 사용하여 건습식 상분리법에 의하여 polysulfone 중공사 막을 제조하였으며, 첨가제에 따른 기체투과 거동의 변화를 관찰하였다. 또한 에어갭, 고분자의 농도, 도프탱크 온도와 같은 다양한 방사 조건을 조절하여 그 영향을 관찰하였다. 제조된 중공사 막은 전자주사현미경(SEM)과 bubble flow meter를 통해 각각 모폴로지와 기체투과 특성에 대한 평가를 실시하였다. SEM 분석을 통해 Triton X-100이 첨가된 막은 다양한 에어갭에서도 매끄러운 외부 스킨층을 가지는 것을 확인하였다. 중공사 막의 거대기공은 에어갭이 4에서 90 cm로 증가함에 따라 더욱 발달하며, 높은 투과도를 나타내는 것을 확인하였다. 또한 상대적으로 낮은 고분자 농도(30 wt% polysulfone)와 높은 첨가제 농도(15 wt% Triton X-100) 조건에서 높은 투과도를 나타내었다. 도프 탱크 온도를 조절하였을 때, 100℃에서 제조된 막은 첨가제와 용매의 휘발로 인해 낮은 투과특성을 나타냈다.

본 연구에서는 PDMS (poly-dimethylsiloxane)와 PEBAX (polyether block amides) 분리막을 이용해 N2, O2, CF4와 SF6의 단일 기체 투과특성에 관하여 연구하였다. 다양한 압력으로 공급된 기체의 투과유량을 진공가압 연속흐름방식으로 측정하였으며, 이를 이용하여 투과도를 산정하였다. PDMS 분리막에서는 상부의 압력이 증가할수록 SF6를 제외한 다른 기체의 투과도는 감소하였다. 또한 SF6의 투과도가 CF4보다 높게 나타나고 있으며 이것은 SF6가 더 높은 임계온도를 가지고 있기 때문이다. PDMS 분리막에서 투과도는 O2 > N2 > SF6 > CF4 순으로 감소하였다. 반면에 PEBAX 분리막에서 기체의 투과 경향은 O2 > N2 > CF4 > SF6 순으로 감소하였다. 이러한 경향은 각 기체의 운동 반경의 크기(AA)(SF6 > CF4 > N2 > O2) 순서와 반대로 나타났다. SF6/CF4의 순수 기체의 선택도는 PDMS 분리막에서 0.7 MPa일 때 2.1로 나타났다.

Ionomer is a thermoplastic that is composed of covalent bonds and ionic bonds. It is possible to use this material in processes such as injection molding or extrusion molding due to the material's high oil resistance, weatherproof characteristics, and shock resistance. In this study, a new ionomer having a multifunctional group was prepared by a stepwise neutralization system with the addition of acidic and salt additives. In step I, to increase the contents of the multifunctional group and the acid degree in ethylene acrylic acid (EAA), MGA was added to the ionomer resin (EAA). A new ionomer was prepared via the traditional preparation method of the ionic cross-linking process. In step II, metal salt was added to the mixture of EAA and MGA. The extrusion process was performed using a twin extruder (L/D = 40, size : Φ30). Ionomer film was prepared for evaluation of gas permeability by using the compression molding process. The degree of neutralized and ionic cross-linked new ionomer was confirmed by FT-IR and XRD analysis. In order to estimate the neutralization of the new ionomer film, various properties such as gas permeation and mechanical properties were measured. The physical strength and anti-scratch property of the new ionomer were improved with increase of the neutralization degree. The gas barrier property of the new ionomer was improved through the introduction of an ionic site. Also, the ionic degree of cross-linking and gas barrier property of the ionomer membrane prepared by stepwise neutralization were increased.

본 연구에서는 hydroxy polyimide (HPI)로 용매 증발법에 의해 제조가 되었다. 비다공성막의 기체투과성능측정 결과로써, CO2 투과도는 약 85 Barrer이고, CO2/N2선택도는 23으로 측정되었다. 고분자, 용매, 비용매-첨가제의 3성분계 시스템을 도입하여 평막과 중공사막을 제조하였고, 모폴로지와 기체투과성능을 전계방출형전자주사현미경과 버블플로우메타로 측정하였다. 평막과 중공사막에서 CO2투과도와 CO2/N2 선택도는 각각 18.28 GPU, 70 GPU를 6.72, 8.63으로 나타남을 확인하였다. 중공사막이 평막보다 기체투과특성이 우수하다는 것을 확인하였다.

YBaCo2O5+δ조성의 산화물을 고상반응법을 이용하여 합성하였으며, 합성된 분말은 압축 성형 후 1,180℃에서 소결하여 치밀한 분리막을 제조하였다. YBaCo2O5+δ 분리막은 X-선 회절분석기(XRD)와 전자 주사 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. XRD 분석결과 1,150℃ 이상에서 다른 불순물 없이 이중층 페롭스카이트 구조가 얻어졌다. 산소투과량은 분리막 양면에 산소분압 차이에 따라 750~950℃ 온도범위에서 측정하였다. 산소투과량은 온도와 산소분압이 증가할수록 증가하였고, 두께 1.0 mm의 YBaCo2O5+δ 분리막은 950℃, PO2 = 0.42 atm에서 약 0.15 mL/cm2·min의 최대 투과량을 보였다. 산소투과에 대한 활성화 에너지는 산소 분압이 감소할수록 감소하였고 PO2 = 0.21 atm의 조건에서 76.0 kJ/mol이었다.

VOCs의 분리 및 회수를 위해 PEI 고분자를 이용하여 상분리법으로 중공사 지지체 분리막을 제조하였고 PDMS 고분자를 코팅하여 PEI-PDMS 중공사 복합막을 제조하였다. 제조된 기체 분리막의 특성을 알아보기 위하여 산소와 질소를 이용하여 순수 기체 투과도를 측정하였으며, xylene, ethyl benzene, toluene, cyclohexane을 이용하여 stage cut과 feed 농도 변화에 따른 투과성능을 측정하였다. 또한 VOCs에 대한 내용매성을 알아보기 위하여 DMA을 이용하여 용매 함침 시간에 따른 stress-strain 특성을 알아보았다. 산소와 질소의 순수 투과도는 각각 63 GPU와 30 GPU를 나타내었고, stage cut이 증가할수록 permeate VOCs 농도는 감소하는 경향을 나타내었다. Recovery efficiency의 경우 permeate 농도와는 반대로 state cut이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다. DMA 인장 테스트 결과 stress는 11.93 MPa, strain은 13.52%로 측정되었다.

니오븀 금속을 기반으로 하는 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막의 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 직경 10 mm, 두께 0.5 mm의 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막을 제작하였으며, 2가지 조성(H2 100%, H2 60% + CO2 40%)의 공급가스를 450℃의 온도에서 투과시킬 때 압력에 따른 수소 투과 특성에 관한 실험을 진행하였다. 본 실험에서의 최대 수소 투과량은 순수한 수소를 투과시킬 경우 절대압력 3 bar에서 5.58mL/min/cm2로 나타났다. 또한 공급가스 조성에 따른 각각의 경우 모두 Sievert's law에 잘 부합하였으며, 이산화탄소와의 혼합가스 사용시, 투과량은 수소 분압 감소에 비례하여 감소하였다. 투과 실험 후 XRD 분석을 통하여 Nb56Ti23Ni21 합금 분리막의 이산화탄소에 대한 화학적 안정성에 대한 실험을 수행하였다.

보론이 도프된 바나듐 합금 분리막은 아직까지 연구된 적이 없다. 본 연구에서는 팔라듐이 코팅된 새로운 V99.8B0.2 조성의 합금 분리막을 합성하여 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 대하여 연구를 수행하였다. 순수 수소, 수소와 이산화탄소의 혼합가스를 400℃, 절대압력 1.0~3.0 bar에서 공급하여 수소 투과 특성을 알아보았다. 순수 수소를 공급하여 측정한 결과 0.5 mm 두께의 분리막은 최대 48.5mL/min/㎠의 투과량을 보였다. 본 연구 결과는 수성가스 전이반응(WGS)에서 생성된 수소를 분리할 수 있는 비 팔라듐계 수소 분리막의 합성에 새로운 방향을 제시하고 있다.

팔라듐이 코팅된 V53Ti26Ni21 합금 분리막을 통해 수소 투과시 혼합가스의 영향에 대해 알아보았다. 순수 수소, 수소, 이산화탄소 및 일산화탄소의 혼합가스를 공급가스로 주입할 때, 450℃, 1-3 bar의 압력에서 팔라듐이 코팅된 V53Ti26Ni21 합금 분리막의 수소 투과 실험을 수행하였다. 수소만을 공급한 투과 실험에서 팔라듐 코팅된 V53Ti26Ni21 합금 분리막(두께: 0.5 mm)의 수소 투과량은 3 bar, 450℃ 조건에서 5.36mL/min/㎠였다. 또한 수소/이산화탄소, 수소/일산화탄소 및 수소/이산화탄소/일산화탄소를 공급한 투과실험에서 V53Ti26Ni21 합금 분리막의 수소 투과량은 각각 4.46, 5.20, 3.91mL/min/㎠였다. 따라서, 수소/이산화탄소, 수소/일산화탄소 및 수소/이산화탄소/일산화탄소 혼합가스를 각각 공급할 때 투과량은 온도와 압력에 상관없이 수소 분압 감소만큼 감소하였고 모든 경우 Sievert 법칙을 잘 만족시켰다. 투과 후 분리막의 XRD 결과로부터 V53Ti26Ni21 합금 분리막은 여러 혼합가스에 대해 안정성과 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) 조성을 갖는 치밀한 관형 분리막은 압출 성형 방법으로 제조하였다. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ 관형 분리막의 구조적 특성은 x-선 회절분석기 (XRD)와 전자 주사 현미경 (SEM)을 이용하여 분석하였으며, 상대밀도는 94.10%를 보였다. 산소투과량 분석은 700~950℃ 범위에서 공급 측과 투과 측의 운전조건에 따라 측정되었다. 공급 측과 투과 측에서 대기 중 공기와 진공펌프를 사용할 경우, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ 관형 분리막의 산소투과량은 900℃에서 1.37 mL/min·㎠로 높게 나타났다.

공기 중 산소의 분압이 높아지면 불연성인 질소의 감소로 높은 열효율을 낼 수 있으며, 고농도의 질소는 LNG선의 방폭기체 및 청과류의 신선도를 유지하는데 이용되므로 효율적인 공기 중의 산소/질소 분리 공정은 매우 중요하다. 분리막은 적은 에너지 소모로 산소와 질소를 동시에 분리 농축시킬 수 있다. 본 연구에서는 막 재료로 폴리이서설폰을, 방사용매로 NMP를 그리고 첨가제로는 비용매이면서 PES를 잘 팽윤시키는 Acetone을 사용하였다. 방사용액을 아세톤의 첨가량의 변화에 따라 0, 6.5, 15, 25, 31.5% (wt%)로 조절하여 제조하였고, 각 방사용액을 0~10 cm의 방사높이 변화에 따라 방사하였다. 제조된 중공사막은 실리콘을 코팅하여 산소 및 질소의 선택도 및 투과도를 코팅전후와 비교하여 조사하였다. Acetone의 함량 변화에 크게 관계없이 방사높이가 증가할수록 투과도는 감소하고 선택도는 증가하였다. 연신방법을 이용하여 방사한 결과 자유낙하(free fall)로 방사한 중공사막에 비해 선택도는 약간 감소하였지만 투과도는 증가하는 것으로 나타났다. 최적의 중공사막은 폴리이서설폰 37 wt%, Acetone 6.5 wt% NMP 56.5 wt%의 용액을 사용하였고, 실리콘 코팅 후에 외경 320mum 7.3의 O2/N2 선택도 및 산소투과도 4.3 GPU의 우수한 성능을 나타내었다.

본 연구는 폴리에틸렌 정밀여과 막을 이용한 Al2O3 콜로이드 현탁액의 운전압력 순환변화에 따른 투과거동을 검토하였다. 운전압력의 순환은 0.49에서 1.96 bar까지 증가시키는 증압운전 후 다시 0.49 bar로 감소시키는 감압운전으로 행하였다. 연속적으로 운전압력을 순환변화 시킨 결과, 증압운전과 감압운전의 투과유속이 서로 다른 이력(hysteresis)을 나타냈다. 현탁액의 투과저항은 감압운전의 경우가 증압운전의 경우보다 컸으며, 투과저항 증가율도 컸다. 막오염 형태는 증압운전과 감압운전 모두 운전초기에 케익오염이 강하게 나타났으며, 막오염의 크기는 감압운전의 오염이 증압운전의 오염보다 컸다.

Ethylene vinyl acetate (EVA-28)/Co-Al LDH 나노복합막은 유기화된 LDH를 사용하여 용액 삽입법으로 제조하였다. LDH의 유기화는 충간에 dodecyl sulfate (DS) anion을 삽입시켜서 제조하였다. 제조된 막의 특성을 알아보기 위하여 XRD, FT-IR, SEM을 측정하였다. EVA/LDH 나노복합막의 기체투과도는 압력 3, 4, 5 bar에서 LDH 함량 1, 3, 5 wt% 변화에 따라 조사하였다. O2와 CO2의 투과도는 1 wt% LDH에서 최소값을 가지며 LDH 함량이 증가하면서 입자의 응집현상으로 인하여 투과도는 증가하였다. O2 대한 CO2의 선택도는 LDH 함량 1 wt%에서 최대값을 나타내고 그 이상에서는 감소경향을 나타내었다.

A promising candidate material for a H2 permeable membrane is SiC due to its many unique properties. Ahydrogen-selective SiC membrane was successfully fabricated on the outer surface of an intermediate multilayer γ-Al2O3 witha graded structure. The γ-Al2O3 multilayer was formed on top of a macroporous α-Al2O3 support by consecutively dipping intoa set of successive solutions containing boehmite sols of different particle sizes and then calcining. The boehmite sols wereprepared from an aluminum isopropoxide precursor and heated to 80oC with high speed stirring for 24 hrs to hydrolyze theprecursor. Then the solutions were refluxed at 92oC for 20 hrs to form a boehmite precipitate. The particle size of the boehmitesols was controlled according to various experimental parameters, such as acid types and acid concentrations. The topmost SiClayer was formed on top of the intermediate γ-Al2O3 by pyrolysis of a SiC precursor, polycarbosilane, in an Ar atmosphere. Theresulting amorphous SiC-on-Al2O3 composite membrane pyrolyzed at 900oC possessed a high H2 permeability of 3.61×10−7mol·m−2·s−1·Pa−1 and the H2/CO2 selectivity was much higher than the theoretical value of 4.69 in all permeation temperatureranges. Gas permeabilities through a SiC membrane are affected by Knudsen diffusion and a surface diffusion mechanism,which are based on the molecular weight of gas species and movement of adsorbed gas molecules on the surface of the pores.

IPCC (Intergonvernmental Pane1 of Climate Change)에서 CO2의 23,900배에 해당하는 지구온난화지수를 가진 SF6 (Sulphur hexafluoride) 가스와 중전기 산업에서 아크 발생에 의해 생긴 SF6의 주요 분해 부산물 중 하나이며 CO2의 6,300배에 해당하는 지구온난화지수를 가진 CF4 (Tetrafluoromethane) 가스의 배출에 대한 규제가 적극 검토되고 있다. 본 연구는 O2, CF4에 대한 SF6의 분리 회수의 기초 연구로써, 상용화된 PSF (polysulfone), PC (tetra-bromo polycarbonate)와 PI (polyimide) 고분자 분리막을 사용하여 O2, CF4와 SF6 가스의 압력과 온도 변화에 따른 투과도 및 투과선택도 연구를 수행하였다. 압력 변화에 따른 O2의 투과도는 PSF 중공사 분리막에서 압력 1.1 MPa일 때, 37.5 GPU로 가장 높게 나타났고, SF6와 CF4의 경우 압력 1.1 MPa에서 PC 중공사 분리막이 각각 2.7 GPU와 2.5 GPU로 가장 높은 투과플럭스를 나타냈다. 온도 변화에 따른 O2의 투과플럭스는 막의 온도가 45℃일 때 PSF 중공사 분리막이 41.2 GPU로 가장 높게 나타났고, SF6와 CF4는 막의 온도가 25℃일 때, PC 중공사 분리막이 각각 2.4 GPU와 2.3 GPU로 가장 높은 투과플럭스를 나타냈다. 압력과 온도 변화에 따른 O2/SF6와 CF4/SF6의 투과선택도 결과, 높은 단일 기체 투과플럭스를 보인 PSF와 PC 중공사 분리막이 가장 낮은 투과선택도를 나타내고, 가장 낮은 투과플럭스를 보인 PI 중공사 분리막이 가장 높은 투과선택도를 나타냄을 확인할 수 있다.

본 연구에서는 poly(phenylene oxide) (PPO)의 막 표면에 100 ppm의 농도를 갖는 불소가스를 접촉시켜 표면불소화하였다. 표면 개질된 막의 특성을 알아보기 위하여 표면접촉각, XPS, 기체투과 실험을 수행하였다. 표면특성 분석 결과 불소처리 시간이 증가함에 따라 막 표면에 -CF2, -CF3의 perfluoro group의 결합으로 인해 막의 소수성이 증가함을 알 수 있었다. 기체투과 측정으로부터 불소화시간이 증가함에 따라 기체에 대한 투과도는 감소하였으며, 불소노출이 60분 경과한 막의 경우 질소 33%, 산소 23%, 이산화탄소 3%의 감소율을 나타내었다. 선택도의 경우 질소 대비 산소의 경우 3.92로부터 4.47로, 이산화탄소에 대한 질소의 경우 18.09에서 25.4로 증가함을 얻었다.

공칭 세공크기 0.1 μm이고 내경이 5 mm인 정밀여과용 관형 분리막 내에 자체 설계한 배출봉을 삽입하여 막오염 감소효과에 따른 투과유속을 측정하였다. 원료용액으로는 에멀젼 상태의 dioctyl tinoxide (DOTO) 입자를 사용하였으며 0.5 wt%까지 농도를 변화시키면서 1.6 bar 이내에서 운전하였다. 배출봉의 효과는 매 실험마다 배출봉을 삽입한 경우와 사용하지 않은 경우의 투과유속을 비교하여 평가하였다. 배출봉을 사용할 경우 운전압력 1.6 bar에서 최대 20%의 투과유속이 향상되었다. 또한 DOTO 농도가 증가함에 따라서 배출봉에 의한 투과유속 향상효과는 크게 나타났으며 0.5 wt% 농도에서 43%까지 투과유속이 향상되었다.