본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 분리성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이며 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter로 기체투과 성능을 조사하였다. 코팅제는 Isocyanate와 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 혼합 하였고 지지체 위에 코팅하여 오븐에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 코팅층은 3㎛이하로 고른 분포를 보이고, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅 방법과 코팅제의 조성을 다양하게 하여 각각의 기체(N2,O2, CO2) 투과 성능을 확인하였다.

분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

수처리 분리막에서 poly(vinyl alcohol) (PVA)는 물질 고유의 친수성과 높은 화학적, 열적, 그리고 물리적 특성으로 인해 많이 사용되고 있다. 그러나 PVA를 이용한 막의 경우 제거율이 RO막에 미치지 못한다. Citric acid를 이용해 crosslinking을 시도하면 막에 charge가 부여되고, 이것은 막에서 donnan효과를 통해 rejection의 향상을 가져올 것이라 기대 된다. 본 연구에서는 poly(vinyl alcohol)-g-polyethylene oxide (PVA-g-PEO) copolymer를 citic acid를 이용해 crosslinking을 하여 복합막을 제조하였다. Crosslinking 정도와 charge density에 의한 막 특성의 변화와 그에 따른 투과도와 제거율에 대해 연구하였다.

Arsenic (As) in drinking water was guided to 10μg/L by World Health Organization (WHO). People living in highly As-contaminated areas can be poisoned by As through inhalation, dermal absorption, and digestion. Many researches and technologies were applied to remove Arsenic in water, such as oxidation, coagulation–precipitation, absorption, ion exchange and membrane techniques. This study aimed to develop microfiltration membranes possessing capability of removing Arsenic. Iron composite Polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes were synthesized via phase inversion method for this objective. The As removal of the membranes were investigated by using dead-end filtration system. Membrane properties were characterized by various analytical tools for studying As removal mechanism of these membranes.

제련공정 산업에서 발생하는 희소/유가 금속을 함유한 산 폐수는 금속의 산세정 과정에서 다량 방출된다. 주로 중화나 치환법, 이온교환법 등을 사용하였지만 큰 비용과 친환경적이지 못한 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 막분리법을 적용하여 분리하기 위해 내산성이 향상된 thin-film composite NF membranes (TFC-NF)을 제조하고자 하였다. TFC-NF는 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였다. 제조 한 TFC-NF는 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였고 ATR-FTIR, XPS, FE-SEM 등을 통해 막의 특징을 분석하였다.

본 연구에서는 주위에서 취할 수 있는 식물을 이용하여 엽록체를 추출하고, PP부직포 위에 도포하여 복합막을 제작하였으며, 산소 발생에 대한 연구를 진행하였다. 엽록체의 도입 방법에 따른 실험에서 딥 코팅법과 스프레이 코팅법을 이용하였으며, 밀폐된 용기와 진공오븐내 초를 이용한 연소시험에서 스프레이 코팅이 우수한 결과를 나타내었다. 엽록체 활성증가를 위해 nylon6/6 나노섬유를 부직포 위에 전기방사하여 지지체를 제조 후, 엽록체를 도입하였다. 따라서 본 연구는 산소발생용 분리막 및 공기청정기용 필터소재로의 응용에 대한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 우리 주위에서 흔히 채취할 수 있는 식물을 이용하여 엽록체를 추출하고, 이를 다양한 방법으로 PP부직포 위에 도포하여 복합막을 제작하였으며, 산소 발생여부에 대한 연구를 진행하였다. 제조된 엽록체의 도입 방법에 따 른 실험에서, 딥(dipping) 코팅법과 스프레이(spraying) 코팅법을 이용하였으며, 밀폐된 용기와 진공오븐 내 초를 이용한 연소 시험 모두에서 스프레이 코팅이 비교적 우수한 결과를 나타내었다. 또한, 엽록체의 활성을 증가시키기 위해 nylon6/6 나노섬 유를 PP부직포 위에 전기방사하여 복합지지체를 제조한 후, 엽록체를 도입하여 제조한 샘플의 경우, 나노섬유가 도입되지 않 은 샘플에 비해 낮은 활성을 가진다는 것을 확인하였다. TiO2가 포함된 샘플들의 경우, 포함되지 않은 샘플들에 비해 엽록체 함량이 50%가 도입되었지만, 16%에서 21%까지 도달되는 시간과 초를 이용한 연소실험에서 각각 유사한 결과값을 나타내었 다. 따라서 본 연구에서 도입된 스프레이 코팅법과 TiO2 접목은 산소발생용 분리막 및 공기청정기용 필터소재로의 응용에 대 한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 dimethylformamide (DMF)와 acetone의 혼합용액에 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 분산시키고 기질 고분자인 PVdF (polyvinylidene fluoride)를 도입하여 전기방사법으로 나노섬유를 제조하였다. 또한 PVdF/GO 복합 나노 섬유를 평막 형태로 적층시켜 기공크기 0.4 μm인 정밀여과막을 제조하였다. 그리고 GO의 고유한 항균 특성으로 생물학적 오염을 줄일 수 있는 PVdF/GO 복합막의 막오염을 평가하기 위하여 막간 압력차(transmembrane pressure, TMP)를 측정하였 다. 유효 막면적이 0.01 m2인 PVdF/GO 평막과 상용화된 MBR용 CPVC (chlorinated polyvinyl chloride) 평막을 MLSS 4,500 mg/L인 활성슬러지 수용액 내에서 동시에 투과 실험하였다. 공기를 주입하지 않을 경우, 투과유속이 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 79%까지 감소하였다. 또한 운전/휴직 방식으로 운전할 경우, 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 69%까지 감소함을 확인하였다.

Chitosan에 HNT (halloysite nanotube)의 함량을 0, 3, 5, 10 wt%로 가하여 chitosan-HNT 복합막을 제조하였다. 복합막의 구조는 FT-IR, XRD, TGA, SEM으로 알아보았다. 기체투과 실험은 30˚C, 4kg/cm2 조건에서 수행하였고, chitosan-HNT 복합막의 HNT 함량 변화에 따른 CO2와 CH4의 기체투과도와 선택도를 조사하였다. Chitosan-HNT 복합막의 기체 투과도는 HNT 함량이 3 wt%에서 가장 큰 값을 보였고, 그 이상의 함량에서는 감소하였다. 선택도(CO2/N2)는 0~10 wt% 범위에서 HNT 내의 OH기와 CO2 간의 친화력으로 인하여 증가하였고, 약 1.3~3.8의 값을 보였다.

고무상 고분자인 PDMS (polydimethylsiloxane)에 HNT (halloysite nanotube)의 함량을 5, 10, 20, 30 wt%로 달리하여 PDMS-HNT 복합막을 제조하고, FT-IR, XRD, TGA, SEM에 의해서 막의 특성을 조사하였다. 기체투과 실험은 25°C, 3 kg/cm2 조건에서 수행하였고, PDMS-HNT 복합막의 HNT 함량 변화에 따른 H2, N2, CH4, CO2들의 기체투과도와 선택도를 조사하였다. H2, N2, CH4, CO2의 투과기체에 대해 HNT 함량이 0~30 wt% 범위에서 HNT 함량이 증가할수록 기체들의 투과도는 전체적으로 감소하는 경향을 보였다. 선택도(CO2/N2)는 14~44의 값을 보였고, 선택도(CO2/CH4)는 3.0~7.7의 값을 보였다.

본 연구에서는, 산화그래핀(GO) 및 산화철이 기능화된 산화그래핀(M-GO)을 용매인 dimethylformamide (DMF)에초음파분쇄법을 이용하여 완전히 분산시킨 후, 기질고분자인 polyacrylonitrile (PAN)에 첨가하여 전기방사함으로써, 나노섬유 형태의 복합분리막을 제조하였다. 제조된 나노섬유 분리막은 적층수를 변화시켜 기공크기를 조절하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석 결과로부터 약 500 nm 크기의 고른 직경분포를 가진 나노섬유 복합분리막이 제조되었음을 확인하였다. 또한, Raman spectroscopy 분석과 Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (EDS) 분석 결과로부터 GO 및 M-GO가 분리막 내에 분산되어 있음을 확인하였다. 최종 나노섬유 복합분리막은 상용막(0.27 µm, 55%)과 유사한 기공특성(0.21~0.24 µm,40%)을 보여주었으며, 수투과도 측정결과 PAN 막에 비해 약 200% 향상된 성능을 보여주었다. 이러한 결과로부터, 전기방사법으로 제조된 나노섬유 복합분리막은 수처리용 분리막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.

Poly (vinylidene fluoride) (PVDF)의 소수성 중공사막 표면에 계면중합하여 복합막을 제조하였다. Piperazine (PIP)과 trimesoyl chloride (TMC)의 농도변화, polyethylene glycol (PEG)의 함량변화에 따라 막을 제조하였으며, 막의 특성평가를 위해 100 ppm의 NaCl, CaSO₄, MgCl₂ 용액과 NaCl과 CaSO₄를 혼합하여 제조한 300 ppm의 공급액에 대한 막의 투과도와 배제율을 알아보고자 하였다. TMC를 사용하여 계면중합하였을 때 막의 투과도와 배제율이 가장 높게 나타났으며, 0.1~1 wt%로 TMC 농도를 변화시켜 가며 실험을 수행한 결과 0.1 wt%일 때 NaCl 100 ppm에 대해 투과도 48.3 LMH (L/m²·hr)와 배제율 59%로 가장 높은 값을 나타내었다. 또한, 투과도를 향상시키기 위해 annealing처리와 piperazine에 PEG를 첨가하여 실험을 수행하였다. 실험결과 처리하지 않은 막에 비해 투과도는 전체적으로 향상되는 모습을 나타냈지만배제율이 감소하는 경향을 나타내었다.

Poly vinylidene fluoride (PVDF) 중공사막을 polyethylenimine (PEI)와 p-xylylene dichloride (XDC)를 이용해 친 수화 시킨 후 poly(vinyl alcohol) (PVA)과 가교제인 poly(acrylic acid-co-maleic acid) (PAM) 혼합용액을 코팅하여 막을 제조 하였다. 중공사막 표면의 코팅여부는 scanning electron microscope (SEM)을 통해 관찰하였으며, 막의 특성평가를 위해 물/에 탄올 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 공급액 조성은 90 wt% 에탄올 수용액을 사용하였으며, 가교제 농도, 공급 액과 반응온도 변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였다. 투과도는 반응온도 100°C, PAM 농도 3 wt%, 공급액온도 70°C 에서 1,480 g/m 2 hr, 그리고 선택도는 반응온도 100°C, PAM 농도 15 wt%, 공급액온도 25°C에서 αW/E = 82의 결과를 얻을 수 있었다.

Poly(vinyl alcohol) (PVA)에 대하여 가교제로써 glutaraldehyde (GA), maleic anhydride (MA)를 이용하여 제조한 코팅용액을 알칼리로 가수분해 시킨 poly acrylonitrile (PAN) 중공사 막표면에 코팅하여 막을 제조하였다. 제조된 막의 투과 특성평가를 위해서 물/에탄올 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 60°C의 90 wt%의 물/에탄올 혼합액에 대하여 반응온도 및 가교제의 농도변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였다. 일반적으로 반응온도, 가교제 농도가 증가할 경우 투과 도는 낮아지고, 선택도는 증가하는 경향을 보여주었다. 가교제로 GA의 대표적 결과는 반응온도 120°C, GA 11 wt%로 투과 도는 165 g/m 2 hr 선택도는 81이고, MA는 반응온도 120°C, MA 11 wt%로 투과도는 174 g/m 2 hr 선택도는 73의 결과를 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 복합 중공사 막을 이용하여 가스 중 수분(water vapor)의 제거에 관한 연구를 수행하였다. 막 소 재로는 PEI (Polyetherimide)를 사용하였고 건/습식 상전이 법을 이용하여 중공사 형태로 제조한 후, 표면에 PEBAX (Polyether block amides) 3533또는 PEBAX1657를 코팅하여 복합 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사 막에 대한 SEM 관찰을 통하 여 외부 표면에 치밀한 선택층과 망상구조의 하부로 이루어진 비대칭 구조임을 확인하였다. 막의 수분 투과특성을 확인하기 위하여 수분활성도(Water activity), 온도와 압력 변화에 따른 수분과 N2의 투과도를 측정하였다. PEBAX3533을 코팅한 복합 중공사 막의 수분 투과도는 운전 조건에 따라 385.6∼727.3 GPU, 수분/N2 선택도는 61.7∼118.5의 값을 나타내었다. PEBAX1657 코팅의 경우, 수분 투과도는 204.1∼562.1 GPU, 수분/N2 선택도는 85.3∼175.4의 값을 나타내었다. 막의 수분 제거율은 PEBAX3533 코팅한 경우에 90%를 나타내었다.

The bipolar plate is the most important and most costly component of proton exchange membrane fuel cells. The development of a suitable low density bipolar plate is scientif-cally and technically challenging due to the need to maintain high electrical conductivity and mechanical properties. Here, bipolar plates were developed from different particle sizes of natural and expanded graphite with phenolic resin as a polymeric matrix. It was observed that the particle size of the reinforcement significantlyinfluencesthe mechanical and electri-cal properties of a composite bipolar plate. The composite bipolar plate based on expanded graphite gives the desired mechanical and electrical properties as per the US Department of Energy target, with a bulk density of 1.55 g.cm-3 as compared to that of ~1.87 g.cm-3 for a composite plate based on natural graphite (NG). Although the bulk density of the expanded-graphite-based composite plate is ~20% less than that of the NG-based plate, the I-V perfor-mance of the expanded graphite plate is superior to that of the NG plate as a consequence of the higher conductivity. The expanded graphite plate can thus be used as an electromagnetic interference shielding material.

혼합가스에서 CO2를 선택적으로 분리할 수 있는 poly (etherimide) (PEI)-poly (dimethylsioxane) (PDMS) 재질의 복합막 및 모듈을 제조하여 CO2/H2 분리특성을 확인하였다. 제조된 중공사 복합막 모듈은 모듈의 단수에 따라 25℃, 일정 압력에서 stage-cut별로 분리된 가스의 유량, 농도, H2 회수율, CO2 제거율 등의 성능을 측정하였으며, H2 회수율을 높이기 위해 1단 시험에서 2단 직렬시험과 3단 직렬 + 병렬 시험으로 단수를 증가시켜 시험하였다. 각각의 운전조건에 대한 결과들을 확인한 결과 3단 운전조건에서 stage-cut을 0.32로 하였을 때 Product가스의 H2 농도는 97%이었으며 그때의 H2 회수율은 85%이었다. 또한, CO2 제거율은 약 90%의 결과를 얻을 수 있었으며 재순환 가스의 농도는 공급 가스와 유사하게 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 혼합기체 중의 SO2 제거를 위하여 폴리이서이미드 복합 중공사막을 이용하였으며, 지지체로 사용한 중공사막은 건-습식 상전이 법으로 제조하였다. PEBAX1657(R)과 PEG를 혼합하여 제조한 용액을 지지체 표면에 코팅하여 복합막을 제조하였다. 중공사 복합막의 기체투과 특성을 확인하기 위하여 모듈을 제작하였고, 온도와 압력변화에 따른 SO2, CO2, N2 단일 기체투과를 실시하였다. 그 결과, 운전조건에 따라서 SO2 투과도는 220~1220 GPU를 나타내었으며, SO2/N2 선택도는 100~506을 나타내었다. 그리고 혼합기체 분리거동을 관찰하기 위하여 SO2, CO2, N2로 구성된 혼합가스를 이용하여 온도, 압력, 잔류부 유량을 변화시키면서 투과기체의 유량과 각 성분의 농도변화를 측정하였다. 그 결과, 압력과 온도가 증가할수록 SO2 제거효율이 높아지는 경향을 나타내었다.

고분자는 우수한 투과선택도 및 가공성으로 인하여 여러 기체 혼합물의 분리를 위한 막의 소재로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 polyamide 복합막을 이용하여 CH4 및 CO2 혼합기체의 분리특성에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 위한 모사 기체로는 순수 메탄과 이산화탄소를 혼합하여 사용하였으며, 서로 다른 운전조건에서의 투과실험을 수행하였다. 주입 기체의 유량은 800~1000 cm3/min으로 변화시켰으며, stage cuts의 변화는 50~60 %로 하였다. 또한 분리막의 운전 온도는 30~70℃에서 변화시켰으며 기체의 초기 주입압력은 6 bar로 설정하였다. 각 실험조건에서 메탄과 이산화탄소의 투과도를 평가하였고 이때 permeate에서의 이산화탄소에 대한 선택도를 함께 평가하였다. 또한 본 연구에서는 Arrhenius plots를 이용하여 메탄과 이산화탄소의 분리막에 대한 투과 활성화 에너지를 얻었다.

연료전지는 석유엔진과 비교하여 높은 전류밀도와 효율성, 그리고 친환경적이기 때문에 21세기 들어 대체 발전시스템으로서 각광받아왔다. 연료전지 시스템에서 고분자 전해질 막은 핵심부품으로써 현재 Nafion막이 연료전지시스템에서 사용 중이지만 높은 제조단가와 고온에서 낮은 전도도를 가지는 단점을 가지고 있다. 그러므로 많은 학자들이 낮은 제조단가, 높은 물리적 특성들을 달성하기 위한 연구를 진행하여 왔으며 연료전지의 상용화와 동시에 고성능의 연료전지의 개발을 위하여 많은 방법들이 개발되어 왔다. 그중, 유무기 복합막은 유기물과 무기물의 물성을 균일하게 조합할 수 있으므로 잠재성을 가지고 있는 제조방법이다. 본고에서는 다양한 무기물이 사용되어 제조된 유무기 복합막의 연구동향에 대하여 조사하였다.