본 연구에서는 막 증류법에 사용되는 PVDF 분리막을 나노입자로 개질하여 젖음 현상에 미치는 영향을 확인하였다. 나노입자를 분리막에 적용하기 위하여 널리 사용되는 dip-coating 방법의 경우, 나노입자에 의한 기공 막힘 현상과 나노입자와 표면과의 부착력이 약하다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, plasma 전처리를 통해 분리막 표면의 기공 크기를 키워주었으며, Fenton 반응을 통해 분리막 표면에 SiO2의 성장 작용기인 OH기를 생성시켜 주었다. 이로부터 SiO2를 성장시켜 준 뒤, fluoroalkylsilanes (FAS)를 이용하여 SiO2 표면의 소수성 처리를 통해 막을 준비하였다. 상기 방법을 통해 준비된 분리막과 처리 전분리막의 젖음 정도를 막증류 법으로 비교하였다.

뛰어난 물성을 가진 poly (vinylidene fluoride) (PVDF)는 정밀여과 (MF)와 한 외여과 (UF) 분리막의 소재로써 많이 연구되고 있다. 기공의 크기를 조절하는 것은 분리막을 제조하는데 있어 중요한 요소이다. 본 연구에서는 매우 간단한 방법으로 분리막의 기공 크기를 조절하는 새로운 방법을 제시하고자 한다. PVDF 한외여과 분리막의 기공 크기는 유리판 위에 150 ㎛의 두께로 주조된 PVDF 도프 용액이 응고조 (증류수)속으로 들어가는 속도를 통해 조절되었다. 이 때 PVDF 한외여과 분리막의 기공 크기는 응고조에 들어가는 PVDF 도프 용액의 속도가 감소될수록 증가하는 경향을 보였다.

막 접초기용 최적의 중공사막을 탐색하기 위하여 기공구조 및 기공도를 제어하여 중공사막을 상전이법으로 제조하였다. 상전이법으로 제조한 중공사막의 기공구조는 도프용액의 용매와 내외부응고제의 상호작용에 의해 결정되며, 용매와 응고제를 달리하여 제조한 중공사막의 특성을 비교하였다. SEM 이미지를 통해 기공구조를 확인하였으며, 기체투과도 측정실험을 통해 기공도 및 기공크기를 계산하였다. 막 젖음 현상을 방지하기 위해 금속산화물의 친수성표면을 소수성으로 개질하였으며, 최소침투압력을 측정하여 기공도 및 기공구조에 따른 소수성 특성을 비교하였다. 또한 실제 이산화탄소 흡수 실험을 통해 기공도와 기공크기가 흡수특성에 미치는 영향을 분석하고 최적화된 중공사막을 탐색하였다.

For effective CO2 separation using pore size controlled membrane, silica was deposited in the mesopores of a γ-alumina film by chemical vapor deposition of tetraethoxysilane (TEOS) and phenyl-substituted ethoxysilanes at 773-873K. The membranes prepared with phenyl-substituted ethoxysilanes were calcined to remove the phenyl group and control the pore size. The gas permselectivity of prepared membranes was evaluated by using H2, CO2, N2, CH4 and C3H8 single component and a mixture of CO2 and N2. The membranes produced using TEOS contained micropores having permselectivity only to hydrogen, but the phenyl-substituted ethoxysilane derived membranes possessed micropores which are recognizable molecules of CO2, N2 and CH4. In the diphenyldiethoxysilane-derived membrane, the CO2 permeance and selectivity of CO2/CH4 were 10-6 ㎥(STP)·m-2·s-1·kPa-1 and 11, respectively. Therefore, the use of phenyl-substituted ethoxysilane was effective in controlling micropore size for CO2 separation.