유연한 전기변색 소자(electrochromic device, ECD)는 스마트 윈도우 등 다양한 분야에서 응용이 기대되는 유망한 기술이다. 고분자 전해질은 유연한 ECD의 탈-변색 성능 및 물리적 안정성을 결정하는 중요한 구성요소이다. 본 연구에서는 효과적인 유연한 ECD 제조 및 내구성 향상을 위해 치수안정성이 우수한 세공충진 고분자 전해질 멤브레인(PFPEM)을 개발 하였다. 저렴하며 물리적 및 화학적 안정성이 우수한 폴리에틸렌 재질의 다공성 지지체의 세공에 접착력이 우수한 polyvinyl acetate와 이온전도도를 향상시킬 수 있는 polyethylene glycol을 사용하여 제조한 고분자 전해질을 충진하였다. 제조된 PFPEM의 최적 리튬 염(LiTFSI) 함량은 약 27 wt%에서 결정되었으며 우수한 치수안정성와 접착 강도 그리고 종래의 고분자 전해질에 근접하는 이온전도 특성을 가지고 있음을 확인하였다. 다공성 지지체의 사용으로 가시광 투과율이 저하되었으나 변색 상태에서는 오히려 장점으로 작용할 것으로 전망되었다.

멤브레인 기반의 MBRWG (Membrane Bioreactor for Waste Gas) 처리기술은 폐가스 흐름에 대한 높은 선택성을 바탕으로 효과적인 생물학적 제거를 수행할 수 있다. MBRWG에는 몇 가지 잠재적 이점이 있는데, 이 중 가장 두드러진 점은 기상과 액상이 멤브레인 양쪽으로 명확히 분리되어 액상 내 생물막의 최적제어가 용이하고 이를 통해 효과적인 생분해와 생물막의 활성화를 도모할 수 있다는 것이다. MBRWG 처리기술은 특히 xylene 같은 소수성 독성 기체 성분 제거에 유리한데 이는 소수성 기체의 물질전달속도, 독성 및 제거율이 생물막 인근의 액상흐름 및 수분제어에 민감하게 변화하기 때문이다. MBRWG 처리에 쓰이는 다양한 멤브레인 중에서 PDMS-중공사막(hollow fiber)이 가장 높은 기체 물질 전달을 제공한다고 보고되었다. Capillary 형태도 중공사막형태에 비해 비표면적은 낮지만 비교적 활발한 연구가 진행되고 있다. 소수성 기체성분 제거 외에도 기존 생물학적 폐가스 처리 장치에서 배출된 잔류 기체 혼합물이나 먼지를 제거하기 위한 후단 공정에서 멤브레인 활용을 고려할 수 있다.

리튬 이온 배터리(LIB) 수요는 화석 연료에 대한 부담을 줄이기 위해 전 세계적으로 매년 증가하고 있다. LIB는 전기 자동차, 고정식 저장 시스템 및 기타 다양한 응용 분야에 사용된다. 리튬은 해수, 염수, 염호에서 구할 수 있으며 환경 친화적이고 저렴한 방법으로 추출하면 리튬 채굴의 부담을 크게 줄일 수 있다. 주로 나노여과(NF)와 같은 막 분리 공정은 용액에서 리튬 금속을 분리하는 효과적인 방법이다. 전기투석 및 전기 분해는 리튬 분리에 사용되는 다른 분리 공정이다. 역삼 투압(RO) 공정은 이미 해수 담수화를 위한 잘 정립된 방법이다. 따라서, 리튬 금속을 목적으로 사용되는 개질된 RO 분리막은 용액속에 존재하는 다른 금속 원소의 간섭에 의한 문제를 해결할 수 있는 좋은 대안 방법이다. 적합한 NF 막을 찾거나 개발하여 리튬을 선택적으로 제거하는 것은 도전적일 수 있지만 흥미로운 연구 영역이다. 이 총설에서는 나노여과, 전기투석, 전기분해 및 기타 공정을 이용한 리튬 회수에 대해 자세히 설명한다.

급격한 산업화와 인구수 증가로 인한 환경 수질 오염이 발생하고 있다. 더불어 날씨 패턴의 변화로 인해 빗물이 부족해지자, 폐수를 깨끗한 물로 재활용하기 위한 요구가 나날이 늘어나고 있다. 색변화를 이용한 수중 속 중금속 검출은 아주 간단하고 효과적인 기술이다. 본 논문에는 멤브레인을 이용한 수은 이온 색검출에 대해 자세하게 논의되어 있다. 셀룰로 스, 폴리카프로락톤, 키토산, 폴리설폰 등의 멤브레인이 금속 이온 검출을 지지체로서 사용되었다. 지지체로서 사용된 멤브레 인들은 나노 섬유를 기반으로 하며 표면적이 크며, 중금속 검출의 활성 부위로 사용하기에 탁월하다. 나노 섬유를 기반으로 한 재료는 에너지, 환경, 그리고 바이오메디컬 연구에서 다양하게 응용될 수 있다. 나노 섬유로 이루어진 멤브레인들은 폴리머에 있는 적용기를 많이 받아들일 수 있으며, 표면적이 넓고 다공성이라는 장점이 있다. 이로 인해 멤브레인의 표면 구조를 변화시키거나 리간드를 섬유 표면에 부착해 나노 입자 결합을 더 쉽게 해준다.

파울링은 멤브레인 성질의 효과를 저해한다는 점에서 큰 문제다. 멤브레인의 표면적인 특성에 파울링의 영향이 감소하는 문제를 해결하기 위해 다양하고 기발한 멤브레인의 패턴화가 제시되었다. 패턴화된 멤브레인의 진행 과정과 멤브레인의 파울링 효과의 분리 과정을 이 글을 통해 짚어보려 한다. 패턴화된 멤브레인의 효과를 최대한 활용하는 다양한 분리 과정을 분석해야 하는데 바로 나노여과, 역삼투, 미세여과, 한외여과, 투과증발이다. 이러한 분리 과정들을 사용하면 파울링 효과를 줄이는데 큰 효과가 있다는 점이 증명되었다. 또한, 패턴화된 멤브레인에 이로운 요소도 더해진다. 각각의 패턴화된 멤 브레인과 분리 과정들은 플럭스, 염 제거율, 친수성 등에 대한 임계값을 구하는데 주목할 만한 결과가 나왔지만, 아직 파악되지 않은 부분을 확인할 필요도 있다. 본 총설에서는 분리공정을 위한 패턴화된 멤브레인의 효과에 대해 논의할 것이다.

본 연구에서는 싸이크론 헥산에서 PVC와 트리에틸디아민 (TEDA), 1,4-디메틸피페라진 (DMP) 및 1,4-비스(이미다졸-1-일메틸)벤젠을 각각 치환반응시켜서3가지 형태의 PVC 멤브레인, AEM-1, AEM-2, and AEM-3를 제조하였다. AEM-1, AEM-2, and AEM-3멤브레인의 성공적인 제조 여부를 이온전도도(S/cm), 물함수율 (%), 접촉각, 이온교환능력 (meq/g), 열분석, SEM 및 XPS 분석 통하여 확인하였다. 또한, 제조된 가교 음이온 PVC멤브레인을 사용하여 유기전해질에서 전기화학 캐퍼 시터 실험을 수행한 결과, 제조된 AEM-1, AEM-2 AEM-3 멤브레인의 경우 유기전해질에서 충/방전 실험결과 매우 안정적임을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과로 치환반응 후에 용매 캐시팅법으로 제조 된 PVC기반 멤브레인 (AEM-1, AEM-2, 및 AEM-3)의 경우 유기전기화학캐퍼시터 (슈퍼캐퍼시터)용 분리막으로 사용될 수 있다.

최근 오염물질 수위의 급격한 상승세와 더불어 가속화되는 자연환경 파괴로 인해 다양한 환경 속에 쌓이는 오염 물질의 검출 및 모니터링은 현대 사회의 중요한 미션 중 하나로 자리 잡았다. 본 논문에는 멤브레인 기반의 광학 센서를 활용한 미량 오염물질 검출에 대한 최근 연구 동향이 요약되어 있다. 본 논문에 포함된 연구들은 섬유소로 이루어진 멤브레인을 검출을 위한 플랫폼으로 사용하였으며, 금속 나노 입자나 형광단을 색 변화 검출을 위해 이용하였다. 제조된 광학 센서들은 모두 적절하거나 특출한 수준의 감도를 보였고, 대부분의 센서에서 타겟 물질이 아닌 이온이나 물질에는 반응하지 않는 정확성 또한 확인되었다. 검출 플랫폼으로 이용된 섬유소 멤브레인의 물리적, 화학적 특성들은 멤브레인 합성 방법이나 색 변화를 위한 광학 물질 등을 바꾸는 방법을 통해 각 연구의 목적에 맞추어 최적화될 수 있었다. 또한, 멤브레인을 기반으로 하여 제조 된 센서들은 운반이 편리하고 기계적 성질이 강해 현장에서 바로 오염물질을 검출할 수도 있다는 사실이 제시되었다. 이러한 장점 덕분에 멤브레인 기반 센서들은 식용수에서 검출된 중금속의 정량화와 자연 수질환경에서 발견되는 미량 중금속 및 유독성 항생제의 감지 등 다양한 목적을 위해 활용될 수 있었다. 몇몇의 연구에서 제조된 센서들은 항균성이나 재활용성 또한 나타내었다. 대부분의 센서들이 타겟 물질을 감지한 후 육안으로도 식별 가능한 색 변화를 보였으나, 본 논문에 포함된 많은 연구들은 형광 발산, UV-vis 분광학, RGB 색 강도 차이 등을 비교 분석한 더 상세한 검출 결과를 제시하였다.

물 공급은 늘어나는 담수 수요와 다르게 줄어들고 있다. 담수의 수요를 충당하기 위해서 나노여과법은 가장 효율 적이고 경제적인 방법이라고 할 수 있다. 해수담수화를 위한 나노여과법의 일반적인 방법으로는 나노여과 멤브레인을 이용한 역삼투압 방식이다. 하지만 기존의 멤브레인들은 주요 특성인 안정성, 경제성, 그리고 살균 및 방오특성이 부족하다. 기존의 나노여과 멤브레인을 향상시키기 위해서 친수성과 방오성이 높은 흑연 산화물이 가장 향상성이 높으며 널리 연구되고 있는 재료이다. 멤브레인 변형은 다른 레이어에 적용될 수 있다. 얇은 막으로 이루어진 멤브레인은 다른 세 레이어로 구성되어 있 다, 표면의 폴리아미드 레이어, 기공 레이어, 그리고 전체적인 구조를 구성하는 지원 직물이다. 정삼투압 토한 에너지 효율적 인 해수담수화 방식이지만 효율이 생물 오염 때문에 떨어진다. 산화그래핀 결합은 향균 기능을 향상할 수 있으며 멤브레인 표면에 바이오필름 생성을 억제할 수 있다. 압력지연삼투는 해수에서 청정에너지를 발전시키는 최고의 방법 중 하나이다. 멤 브레인의 생물 오염은 합성 폴리머 멤브레인의 합성 레이어에 산화 그래핀을 합성하여 줄일 수 있다. 나노여과 멤브레인을 개량하는 여러 연구가 각자의 장단점을 가지고 이루어지고 있다. 이 보고서는 나노여과 멤브레인의 개량, 성질, 그리고 성능 에 대해 논의한다.

이온성 액체 기반 혼합 멤브레인(MMM)은 이산화탄소 분리 매체로써 다양한 종류의 이온성 액체와 무기성 필러 폴리머에 의해 만들어진다. 이온성 액체와 무기성 필러의 강한 상호작용은 이산화탄소의 금속 유기체의 프레임워크 내 친화 력, 선택성, 흡착성을 높여 분리성능을 향상시킨다. 또, 이온성 액체에 의해 혼합 매트릭스 멤브레인의 구조적 특성이 조절되 어 이산화탄소 투과성과 선택성을 향상시킨다. 이 리뷰에서는 이산화탄소 분리를 위한 고분자 막에서의 이온성 액체(IL)와 금속 유기체 프레임워크(MOF)의 다양한 조합에 대한 연구가 논의될 것이다.

본 연구에서는 플렉시블 전기변색 소자(ECD)에 적용하기 위한 고분자 전해질 멤브레인의 최적 설계 조건을 도출 하고자 하였다. 전해질 멤브레인의 제조를 위한 기저 고분자로 접착력 및 투명도가 우수한 polyvinyl butyral (PVB)을 선정하 였으며 가소제로는 adipate계 고분자를 사용하였다. 실험결과, ECD 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 전해질 멤브레인의 이온 전도도 및 투과도임을 확인할 수 있었다. 또한 상기 인자는 리튬염의 해리 특성과 밀접한 관계를 갖고 있음을 알 수 있 었다. 종합적으로 다양한 리튬염 중 음이온의 크기가 큰 LiTFSI 염이 25 wt.% 정도의 함량으로 용해될 때 최적의 ECD 성능 을 확인할 수 있었다.