알루미나 중공사 지지체 기반 나노여과 분리막은 높은 충진밀도와 열⋅화학적 안정성을 갖지만, 큰 표면 기공과 거칠기 및 곡면 구조로 인해 선택층 전구체의 침투와 결함이 발생하기 쉽다. 기존 총설이 세라믹 나노여과 분리막의 소재와 응용 전반을 다룬 것과 달리, 본 총설은 알루미나 중공사 지지체의 비대칭 미세구조와 표면 특성이 선택층 형성과 분리 성능에 미치는 영향에 초점을 둔다. 상분리와 소결에 의한 지지체 제조, 무기⋅고분자⋅유–무기 복합 선택층, 졸–겔⋅원자층증착⋅계 면중합, 중간층⋅희생층 기반 계면 제어를 고찰하였다. 최근 연구는 선택층 소재의 미세화에서 지지체–선택층 계면의 정량 제 어, 전구체 침투와 비선택적 결함 억제 및 구조적 안정성과 투과성의 균형으로 확장되고 있다. 향후에는 정량적 계면 설계, 반복 코팅⋅소결의 축소, 실제 폐수 장기운전, 다중 중공사 모듈의 재현성과 경제성 검증이 요구된다.

중공사막 위에 완충층과 선택층을 유도하기 위한 역계면중합(inverse interfacial polymerization, IIP) 연구를 진행 하였다. 점도 조절된 polydimethylsiloxane (PDMS) 층은 다공성 polyethersulfone (PES) 지지체로의 모세관 침투를 억제하여 연속적인 피복과 제어된 선택층 형성을 가능하게 했다. 아민 말단 폴리디메틸실록산(amine-terminated polydimethyl siloxane, N-PDMS)은 계면 적합성을 향상시키고 폴리아미드 네트워크와의 공유결합에 참여하였다. PDMS, 가교제, trimesoylchloride (TMC), polyethylenimine (PEI) 농도를 체계적으로 변화시킨 결과, 네트워크 연속성, 가교 밀도, 계면 성장 동역학에서 뚜렷 한 전이가 나타났으며, 구조–전달 전이 임계값이 투과도–선택성 균형을 지배함을 확인하였다. 최적화된 멤브레인(2 wt% PDMS, 10:1 베이스 대 가교제, 0.2 wt% N-PDMS, 0.1 mmol TMC, 1 wt% PEI)은 2 bar 조건에서 350 GPU 이상의 CO2 투 과도와 14의 CO2/N2 선택성을 달성했으며, 72 h 동안 안정성을 유지하였다. 이러한 결과는 고성능 CO2 분리를 위한 확장 가 능한 전략으로서 계층적 구조–전달 제어의 중요성을 강조한다.

본 연구에서는 α-Al2O3 중공사 지지체 위에 γ-Al2O3, SiO2 산화막 및 Pd 금속막을 각각 증착하여 수소 분리막을 제작하고, 암모니아 열분해 반응 후 생성되는 혼합기체(H2, N2, NH3)에 대한 투과 성능을 비교⋅분석하였다. scanning electron microscope과 atomic force microscope 분석 결과, 산화막 코팅을 통해 표면 조도가 크게 개선되어 Pd 무전해도금 시 결 함 억제에 기여할 수 있음이 확인되었다. 기체투과실험은 450°C, 0.5~2.0 barg 조건에서 수행되었으며, 산화막 기반 분리막은 기공 투과 메커니즘에 의해 최대 수소 순도가 82%에 머무른 반면 금속막 기반 분리막은 용해–확산 기반의 bulk diffusion 메 커니즘을 통해 97% 이상 순도의 수소를 안정적으로 분리하였다. 특히 Pd/α 중공사막은 2 barg에서 15 mL/min 이상의 수소 flux와 1900 이상의 H2/NH3 seperation factor을 기록하며 산화물 기반 분리막보다 월등한 성능을 보였다. 결론적으로 산화물 막은 단독 분리 성능은 제한적이지만 Pd 증착을 위한 전처리 및 중간층으로서 유효함이 확인되었으며, Pd 중공사막은 고온 수소 정제 공정에 가장 적합한 선택지임을 입증하였다.