세계적인 급속한 도시화, 산업의 발달 및 인구의 증가, 기후 온난화 등 물의 공급과 수요의 불균형이 초래되고 있다. 본 연구에서는 기계적 물성이 뛰어난 Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)와 첨가제 Silica를 사용 하였다. 희석제로는 플라스틱 가공 공정에 많이 이용되는 dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP)를 사용하여 새로운 분리막 제조 방법인 TIPS(Thermally Induced Phase Seaparation) 방식을 이용하여 분리막의 기초 연구를 실시 하였다. 실험의 특성 평가로는 주사방출현미경(SEM), DSC 그리고 Hot stage 등으로 특성평가를 진행하여 TIPS 분리막의 제조 방식에 따른 소재의 변화를 관찰 하였다.

세계적으로 물의 사용량이 증가하고 물의 오염이 증가되는 상황에 기존 고분자 소재를 사용한 여러 분리막 소재들은 기계적 강도와 화학적 안정성 등이 기 대에 미치지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 성능이 우수하면서도 물성이 뛰어난 고분자 소재 또는 시스템을 개발하는 것이 중요하 다. 본 연구에서는 기존 PES, PSf 소재보다 강도 및 내화학성이 우수한 Poly(ethylene-chlorotrifluoroethylene) (ECTFE)를 이용하여 분리막을 제조하였고 기존 PVDF, EVOH 분리막과 비교 분석하였다. ECTFE와 같은 소재들은 NIPS (Nonsolvent Induced Phase Sepataion)방식으로는 용해를 시키기에 충분한 온 도를 만들어 낼 수 없기에 고온을 사용하는 TIPS(Thermally Induced Phase Seaparation) 방식을 이용하여 분리막을 제조 하였다. 분리막의 특성평가로는 주사방출현미경(SEM), DSC 그리고 Hot stage 등으로 특성평가를 진행하여 TIPS 분리막의 제조 방식에 따른 소재의 변화를 관찰하였다.

Perfluorinated sulfonic acid ionomers (PFSAs) have been used as cationic membrane materials for polymer electrolyte fuel cells, redox flow batteries. PFSAs exhibit high ionic conductivity and chemical toughness. Unfortunately, it is difficult to tune fundamental characteristics of commercially available PFSA membranes. On the other hand, protonated PFSA emulsion in water-alcohol mixture is useful in making modified PFSA membranes. The formation of the PFSA membranes, however, requires additional steps such as NaCl treatment, water treatment, and drying. These processes act as rate-determining steps for PFSA membrane fabrication. In this study, a simple salt conversion process is achieved in the PFSA emulsion. The process contributes to enhanced morphological transition and fast proton transport through the resulting membranes.

We developed a 3D simulation model of microstructure evolution of vertically aligned porous structure due to phase separation during film growth. The model proves its validity by reproducing the results of previous researches which are topological features of the microstructures and effects of varied processing parameters. The model will be extended by including bulk diffusion effect and elastic effect.

We investigated phase separation by adding different concentrations of MTBE, to the mixtures of naphtha, ethanol and water. The phase separation temperatures of the Naphtha-Ethanol-Water solutions have dropped when the concentration of MTBE increases more. When adding IPA and IBA to the solutions of Gasoline-Ethanol and Gasoline base-Ethanol individually, IBA shows lower temperatures of phase separation than IPA, and it shows synergistic effect when mixtures of IPA and IBA is applied.

Gasohol, which is combined solution of gasoline and ethanol, is difficult to apply to the field, because it usually brings phase separation by mingling of water. We investigated phase separation by adding different concentrations of "Ethanol", anhydrous and fermentative, to "Gasolines", gasoline, gasoline base and naphtha, Placing ethanol itself open to the air, the concentrations of water are increased in length of time. The phase separation temperatures of the gasolines-ethanol solutions have dropped in the following order : gasoline, gasoline base and naphtha. When adding water to the solutions of gasolines and anhydrous ethanol, the temperatures of phase separation is higher when the concentration of water increases more. Thus, it is obvious that the water is sensitive in phase separation.

Polysulfone (PSf/NMP/alcohol 용액과 chlorinated poly(vinyl chloride) (CPVC)/THF/Alcohol 용액에 대한 광산란 패턴을 SALS (Small angle light scattering)와 FE-SEM (field emission scanning electron microscope)을 이용하여 조사하였다. PSf 용액에서는 시간에 따라 q값의 최대 산란 강도를 보이는 광산란 거동을 나타내어 스피노달 (SD) 상분리 거동을 나타내는 반면, CPVC 용액에서는 q값이 증가함에 따라 광산란 강도가 줄어드는 핵성장 (NG) 거동을 나타냈다. 각 고분자 용액에서 상분리 중반과 후반부에서 비용매 첨가제로 사용된 알코올의 탄소수가 증가할수록 농도분극의 증가율은 줄어들었다. 또한, SD에서의 초반부의 시간에 따른 산란 강도는 비용매 첨가제의 종류에 무관하게 Cahn의 건형 이론에 잘 부합되었다. 또한, SALS 장치로 얻어진 기공크기와 전자현미경으로 얻어진 영역 크기는 상호간에 비교되었다. 20PSf/70NMP/10n-butano1 (w/w%) 용액에 대한 산란 패턴은 초기 상분리 거동에서부터 후기 거동까지 매우 선명하게 관측되었고, 초반, 중반, 그리고 후반부에 대한 SD에 대한 이론적 결과와 잘 일치하였다. 최고의 산란강도를 나타낸 각도의 크기는 n-butanol>n-propanol>methanol>no alcohol 순으로 관찰되었으며, 이 순서로 최종 형성된 막 단면의 기공 크기가 감소되는 것으로 조사되었다.

최근 화석연료의 부족으로 인해 전 세계적으로 신재생에너지(Renewable Enerygy) 확보에 총력을 기울이고 있으며 특히 풍력, 태양열, 태양광 및 바이오에너지(Bioenergy) 분야에서의 기술개발이 활발히 이루어져 신재생에너지의 공급비중이 증대되고 있는 추세이다. 특히 이러한 신재생에너지 중 혐기성소화에 의해 생산되는 바이오가스(Biogas)는 사료용 옥수수(Sorghum)와 같은 생분해성 유기물(Biodegradable Volatile Solids) 함량이 높은 에너지작물(Energy Crops)과 음식물류 페기물, 음폐수, 가축분뇨와 같은 유기성 폐자원과의 통합 혐기성소화(Anaerobic Co-digestion)를 통해 대규모 바이오가스 플랜트로 건설 및 운영되고 있다. 그러나 생산된 바이오가스는 대략 55 ~ 65%의 CH4와 35 ~ 45%의 CO2 그리고 1% 미만의 Trace Gas를 함유하고 있기 때문에 직접 수용용이나 가정용 연료로 사용할 수 있는 양질의 메탄(>95%)은 아니다. 따라서 바이오가스로부터 CO2 및 Trace Gas를 분리하는 고질화 과정(Biogas Upgrading)을 통해 생산된 바이오메탄(Biomethane)을 가정용 LNG공급망에 직접 주입하거나 수송용 연료로 저장･활용하는 시스템이 확대･보급되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 대량의 고순도메탄 생산을 위해 2상 혐기성소화와 CO2 탈기탑 사이의 Leachate 순환을 통해 CO2 흡수와 탈기를 반복하여 고순도메탄(>95%)을 회수하는 혐기성소화조로부터 직접 고질화 달성이 가능한 시스템을 개발하는데 연구목적을 두고 있다. Sorghum을 주입시료로 하고 기존의 단일 혐기성소화 반응조 대신 상분리 기술을 고순도메탄 회수 System에 도입하여 바이오메탄 대량생산을 시도한 결과, 유기물부하율(Organic Loading Rate, OLR)을 5kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 메탄 생성조(Phase II)에서의 CH4 함량은 95.4%이었으며, 이 함량을 달성하기 위한 Leachate Recycle Ratio는 6.9L/L CO2, g Alkalinity/L CO2 생산비(Alkalinity/CO2 Ratio, ACR)은 42.8g Alk/L CO2이었다. CH4 생산량은 1.60v/v-d(Biogas Volume/Reactor Volume-day), TVS 제거효율은 70.4%로써 아주 우수한 결과를 보였다. 또한 OLR 10kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 In-Situ Methane Enrichment System의 Leachate Recycle Ratio 8.7L/L CO2, ACR 65.1g Alk/L CO2 조건에서 Phase II의 CH4 함량은 95.2%이었으며, CH4이 2.44v/v-d가 생성되었고, TVS 제거효율은 58.8% 이었다. 그러나 OLR 15kg VS/m³-d일 때 CH4 함량은 90.8%로써 한국의 바이오메탄 규격에는 미치지 못하였으며, CH4 생산량도 2.09v/v-d로 낮고 TVS 제거효율도 35.9%에 불과하여 반응조 효율과 경제성 측면에서 만족할만한 결과를 얻지 못하였다.

현재 화석연료의 매장한정량에 따른 고갈가능성과 환경적 문제에 대한 위기감이 높아짐에 따라 대체에너지원의 필요성이 더욱 높아지고 있다. 대체 에너지원 중 하나인 바이오매스는 에너지원과 화학물질 원료로서 이용 가능하며 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오매스는 지속가능한 자원이며 탄소중립적인 특징을 가진다. 또한, 유기성화합물로 이루어져 있어 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다. 바이오매스 이용을 위한 열화학적 변환 공정으로는 연소, 가스화, 열분해 방법이 있다. 열분해방법은 무산소 조건, 400~600℃ 하에서 열적분해가 일어나는 공정으로 고형분인 바이오촤, 바이오오일, 바이오가스를 얻을 수 있다. 액상인 바이오 오일은 다양한 유기화합물이 혼합되어 있는 상태로 이를 분리하여 화학물질의 원료, 수지합성, 의약품, 유기용매로의 이용 가능성이 매우 높다. 바이오오일의 분리방법으로 용매추출법, 분자증류법, column chromatography 외에도 다양한 연구가 진행되고 있다. 이번 연구에서는 바이오오일 유용물질 회수를 위한 기초실험으로 용매추출법을 이용한 상분리 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 폐톱밥을 원료로 느린 열분해를 통해 생성된 바이오오일의 상분리 실험을 진행하였다. 선행 실험을 통해 셀룰로오스로부터 유도되는 유용 물질중 하나인 Furfural 생성 최적 조건을 찾은 후 극성이 다른 용매를 선택하였다. 용매와 바이오오일의 부피비는 1:1로 설정하였으며 상분리 결과는 GC/MS로 분석하였다. 각 용매와 분리 조건에 따른 soluble, insoluble 상의 결과를 GC/MS를 통해 비교하였다. Furfural 및 기타 유용물질 분리에 적합한 용매를 선정하였으며 주요 유기물질 회수방안에 대한 연구를 진행하였다.