본 연구에서는 PEBAX 2533에 합성된 PEI-GO@ZIF-8의 함량을 달리 첨가하여 혼합막을 제조하고 N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. PEBAX/PEI-GO@ZIF-8 혼합막의 N2 투과도는 PEI-GO@ZIF-8 함량이 증가함에 따라 감소하였고, CO2 투과도는 PEI-GO@ZIF-8 함량에 따라 다른 경향을 보였는데 순수 PEBAX 막에서 PEI-GO@ZIF-8 0.1 wt%까지 CO2 투과도는 증가하다가 그 이후의 함량에서는 감소하였다. PEI-GO@ZIF-8 0.1 wt% 혼합막은 CO2 투과도 221.9 Barrer, CO2/N2 선택도는 60.0으로, 제조된 혼합막들 중 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도가 향상되어 가장 높은 투과 특성을 보였고 Robeson upper-bound에 도달하는 결과를 얻었다. 이는 충진물이 PEBAX 내에 고루 분산되면서 CO2와 친화적인 상호작용을 하는 GO의 -COOH, -O-, -OH 작용기와 PEI에 결합된 아민기 그리고 CO2에 대해 gate-opening 현상이 일어나는 ZIF-8의 영 향 때문이다.

본 연구에서는 zeolitic imidazolate framework-9 (ZIF-9)을 합성하고 poly(ether-b-amide)-1657 (Pebax-1657) 내에 함량을 달리하여 Pebax/ZIF-9 혼합막을 제조한 다음 단일기체 (N2, CO2)를 투과하여 혼합막에 대한 기체 투과 특성을 조사하 였다. 순수 Pebax 막 내에 혼입되는 ZIF-9 함량이 증가함에 따라 N2 투과도는 점차 감소하고, CO2 투과도는 Pebax/ZIF-9 3 wt% 혼합막까지 증가하다가 그 이후의 함량에서는 감소하였다. 그리고 혼합막들 중 Pebax/ZIF-9 3 wt% 혼합막은 극성 기체 인 CO2에 대해 gate-opening 현상이 일어나면서 선택적으로 CO2를 받아들여 가장 높은 선택도 69.3을 보였다. 또한 CO2 투 과도와 CO2/N2 선택도가 모두 증가하여 Robeson upper-bound에 가장 근접하는 결과를 얻었다.

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 막은 내구성 및 열적⋅화학적 안정성 등의 물성은 우수하나 소수성이 커서 수투과도가 낮고 단백질 및 유기물에 의한 막오염이 쉽게 발생한다. 본 연구에서는 PVDF 막의 내오염성을 개선시키고자 바이오 기능성 물질인 β-cyclodextrin (β-CD)을 PVDF 막 구조 내에 분산 함침시킨 PVDF/β-CD 혼합기질 비대칭막을 상변환 법을 통해 제조하고, β-CD 함침량에 따른 순수 투과 유속(PWF) 측정과 BSA 용액을 대상으로 한 막여과 실험을 수행하여 내오염성 특성을 평가하였다. 이 결과 PVDF 고분자 매질 내에 β-CD를 함침시키면 막의 친수성을 증가시켜 접촉각을 감소시키고 이로 인해 내오염성을 향상시킬 수 있었다. β-CD 함침량이 2 wt%인 도프용액을 사용하여 제조된 PVDF/β-CD 혼합 기질 비대칭막의 PWF는 64 L/m2⋅h, BSA 배제도는 95%를 나타내었으며, β-CD를 첨가하지 않고 제조된 pristine PVDF 막에 비해 투과 유속 향상성이 최대 80%에 달해 β-CD를 첨가시킴으로서 PVDF 막의 내오염성을 증가시킬 수 있었다.

본 연구에서는 PEBAX2533에 합성된 GO와 PEI-GO의 함량을 달리 첨가하여 혼합막을 제조하고 N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. PEBAX/GO 혼합막의 N2와 CO2 투과도는 전체적으로 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, GO 0.3 wt%에서 가장 높은 CO2/N2 선택도 58.9를 보였다. 그리고 PEBAX/PEI-GO 혼합막에서 N2 투과도는 PEI-GO 함량이 증가함에 따라 감소하였고, CO2 투과도는 PEI-GO 함량에 따라 다른 경향을 보였으며 전체적으로 PEBAX/GO 혼합막보다 더 높은 CO2/N2 선택도를 보였다. 특히 PEI-GO 0.3 wt%는 혼합막들 중 가장 높은 CO2/N2 선택도인 73.5를 보이며 Robeson upper bound 위에 위치하는 긍정적인 결과를 얻었다. 이는 본연의 GO 구조에 의한 molecular sieving channel 효과와 CO2에 친화성이 있는 GO의 구조 내에 존재하는 작용기 그리고 GO를 PEI로 개질함으로써 PEI에 결합되어 있는 amine에 의한 효과가 함께 작용했기 때문으로 생각된다.

Polyamide (PA) thin-film composite (TFC) membranes consisting of m-phenylenediamine (MPD) and trimesoylchloride (TMC)　monomers have been widely used in desalination process for decades. Still, a rational design of PA TFC membranes by tailoring monomer species and concentration could further reduce the energy consumption in desalination process. In this study, we prepared PA TFC membranes using mixed amine monomer depends on the number of -NH₂group and investigated the desalination performance of prepared membranes. The crosslinking between amine and acyl chloride group was confirmed by infrared spectroscopy regardless of amine species. Surface morphologies which were characterized using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) showed increased surface roughness.

지방산 혼합물 단분자층 LB막의 전기화학적 특성을 통하여 그 안정성을 순환전압전류법으로 조사하였다. 지방산혼합물 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적 특성은 0.01N KClO4 용액에서 3 전극 시스템으로 순환전압전류법에 의해 측정하였다. 측정범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 250 mV/s로 설정하였다. 그 결과 지방산혼합물 LB막은 순환전압전류곡선으로부터 산화전류로 인한 비가역 공정으로 나타났다. 지방산혼합물 LB막은 전해질농도가 0.01 N NaClO4 용액에서 확산계수(D)는 각각 7.9×10-2 cm2s-1을 얻었다.

본 연구에서는 혼합기체 투과 시 높은 CO2 선택도 특성을 가지는 분리막을 제조하기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane(POSS)와 Polyethylene glycol(PEG)의 추가적인 합성을 진행하여 POSS-PEG를 얻었다. 또한 투과도와 선택도를 향상시키기 위해 POSS-PEG를 용매에 희석시켜 추가적인 코팅을 진행하여 복합막을 제조하였다. 특성평가 진행은 POSS-PEG Film의 기체투과 특성을 측정하기 위해 Time lag를 사용하였으며, N2, O2, CO2를 혼합한 혼합기체에 대한 특성평가는 Bubble flowmeter와 Gas chromatography를 이용하여 진행하였다.

본 연구에서는 poly(ethylene oxide) (PEO)와 poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) 혼합으로 구성된 막을 통한 단일기체(N2, O2, CO2)의 투과 성질을 조사하였다. FT-IR 분석 결과 제조된 막에서 새로운 흡수피크는 보이지 않았는데, 이 것은 PEO와 EVA가 물리적으로 혼합되었음을 나타낸다. SEM 관찰에서는 PEO/EVA 혼합 매트릭스에서 EVA 함량이 증가 함에 따라 PEO의 결정상이 감소함을 보여 주었다. DSC 분석결과 PEO/EVA 혼합막의 결정화도는 EVA 함량이 증가함에 따 라 감소하였다. 기체투과 실험은 4~8 bar의 공급압력에서 이루어졌다. PEO/EVA 혼합막에서 CO2의 투과도는 공급 압력 증 가에 따라 증가하였다. 그러나 N2와 O2의 투과도는 공급 압력에 무관하였다. 반면에, PEO/ EVA 혼합막의 모든 기체의 투과 도는 반결정성 PEO에서 무정형 EVA의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 특히, 40 wt% EVA 혼합막은 64 Barrer의 CO2 투과도와 61.5의 CO2/N2 이상선택도를 보였다. 높은 CO2 투과도와 CO2/N2 이상선택도는 PEO의 극성 에테르기 또는 EVA의 극성 에스터기와 극성 CO2 간의 강한 친화성에 기인한다.

PEBAX®는 폴리에테르가 우수한 CO2용해도를 나타내어 기체분리막의 소재로 주목받고 있지만 폴리아마이드의 crystallinity로 인해 투과성능면에서 제약을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 PEBAX® 막의 기체투과특성을 향상시키기 위해 합성된 aluminosilicate hollow nanoparticles를 막 내부에 고르게 분산시켜 함량별로 혼합막을 제조한다. 분산된 나노입자의 함량에 따른 CO2 용해도 증가, 확산 속도의 증가로 인하여 선택도와 투과도의 향상을 예측할 수 있다. 첨가된 나노입자의 morphology와 yield를 확인하고, 첨가량이 증가할수록 선택도의 변동없이 투과도가 증가하는 것을 알 수 있다.

In the electronic device area, several conductive polymers have been used such as Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS). In the connection of this concept, PEDOT-PSS was applied to CO2/N2 separation, which is the first attempt to this area. To be specific, the polymer was blended to poly(2-[3-(2H- benzotriazol-2- yl)-4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacrylate) (PBEM-POEM or PBE). The conductive polymer formed the interconnected network by interacting with PBE owing to the specific interaction. This structure give the facile pathway to CO2 and N2, which result in the increased permeability of the gases. Especially, improved CO2 solubility caused the permeability (59.6 Barrer) to be increased, which brought about the enhanced CO2/N2 selectivity (77.4) of PEDOT-PSS 5 wt% membrane.

최근 물 부족 문제가 대두되면서 막기반 해수담수화 기술이 해결책으로 주목 받고 있다. 공정 기술에서 에너지 소모 저감이 핵심으로 고려되고 있는 가운데, 고분자 막기반 해수담수화 공정의 에너지 소모량이 더 이상 줄어들지 않는 정체 현상을 보이면서, 성능 향상 및 에너지 소모량을 줄이기 위한 막개발이 핵심 으로 고려되고 있다. 최근 신소재를 이용한 막개발이 활발한 가운데, 원자수준 의 두께 및 물리/화학적 안정성, 높은 강도 등을 장점으로 하는 그래핀 (Graphene) 막 개발 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 물질이동 기작을 밝히기 위해 물 및 유기 용매가 그래핀 막에서 가지는 투과 성능을 온도 및 습도 조건을 달리하는 조건에서 측정하고, 이를 바탕으로 그래핀 막의 투과 성능 및 기작에 대해 평가하고자 하였다.

Poly(ethylene oxide) (PEO)내 극성 에테르기는 CO2에 대한 높은 친화력을 가지므로 CO2 분리막의 중요 소재로 이용되고 있으나 PEO막은 높은 결정성과 낮은 기체 투과도를 보이는 단점이 있어 다른 고분자와의 공중합이나 혼합을 통한 개질막이 연구되고 있다. Poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)는 기계적, 열적 안정성이 양호하며 산업적으로 널리 이용되고 있고 극성 카보닐기를 가지고 있다. 본 연구에서는 CO2에 대한 우수한 투과선택도를 갖는 분리막 개발을 위해 PEO와 EVA의 혼합막을 제조하였다. 실험 범위에서 PEO와 EVA는 혼화성이 양호하였고 유연한 제막 특성을 나타내었다. 혼합막 특성은 DSC, SEM 등으로 관찰하였고, 기체 투과도를 측정하였다.

혼합매질 막의 제조에 널리 사용되고 있는 TiO2 나노입자의 대안으로서 ZnO 나노입자가 혼합된 Polyethersulfone(PES) 막을 제조하고 특성을 평가하였다. ZnO는 TiO2에 상응하는 기능적 특성을 갖고 있으면서도 가격이 낮다는 장점이 있어 혼합매질 막의 제조에 활용이 가능할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 N-methyl pyrrolidone(NMP)를 용매로 사용하여 각기 다른 농도의 PES 용액에 낮은 비율로 ZnO 나노입자를 혼합시켜 침지침강에 의한 상변환법을 사용하여 혼합매질 막을 제조한 후 표면 및 단면 관찰, 접촉각 측정, 여과/막오염 특성, 그리고 인장 강도를 측정하여 특성을 평가하였다. 그 결과 낮은 비율의 ZnO 나노입자로 순수 투과도와 막오염 정도를 충분히 개선할 수 있었다.