본 연구에서는 올레핀/파라핀 분리용 NaY 제올라이트 분리막을 제조하기 위해서 알루미나 지지체 표면에 종결정을 진공여과법으로 코팅한 후 NaY 수열용 액을 이용하여 90°C-110°C에서 16-24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 올레핀 과 π-결합을 형성하는 Ag+ 이온을 NaY 결정 구조내에 포함된 Na+ 이온과 이 온교환시킴으로써 올레핀/파라핀 선택도와 안정성을 향상시키고자 하였다. 이온 교환된 NaY 제올라이트 분리막의 올레핀/파라핀 분리성능은 C3H6/C3H8= 90/10의 혼합기체를 이용하여 분석한 결과, 700 GPU의 투과도와 1.13의 선택도를 나타내었다. 낮은 선택도는 제조된 분리막에 비제올라이트 기공이 존재하기 때문으로 판단되었으며 향후 비제올라이트기공을 억제하기 위한 연구를 진행할 계획이다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, PEBAX)는 열가소성 탄성체로서 단단하고 견고한 성질과 부드럽고 유연한 성질을 동시에 지니고 있기 때문에 분리 막 이용 시 우수한 기계적 특성, 선택도, 높은 투과도를 제공할 수 있다. Chitosan은 갑 각류에서 얻을 수 있는 친환경적인 고분자 물질이나 Chitosan을 분리 막 이용시 낮은 기계적 안정성, 열적 안정성, gas barrier 성질들로 인해 이용하는데 한계가 있다. NaY Zeolite 친수성이 강한 가장 대표적인 제올라이트로서 강한 친수성과 분자체 효과에 의한 기체 투과 특성을 제공한다. 본 실험에서는 PEBAX와 Chitosan에 NaY Zeolite를 첨가하여 복합 막을 제조 하고 물리화학적 특성을 알아보았다. 기체 투과 실험은 국산 Sepra Tek사재 VPA-601을 사용하여 측정하였다. 기체투과실험은 일정압력의 조건에서 온도별, 고분자의 함량별로 행하였다.

PEBAX[poly(ether-block-amide)]에 NaY zeolite를 첨가하여 PEBAX-NaY zeolite 복합막을 제조하고 제조한 복합 막에 대한 C3H6와 C3H8의 투과도와 선택도(C3H6/C3H8)에 대하여 조사하였다. SEM관찰에 의하면 PEBAX-NaY zeolite 복합 막 내에 NaY zeolite는 0.5∼2.5 μm의 덩어리 상태로 분산되어 있었다. TGA측정에 의하면 PEBAX에 NaY zeolite가 첨가되 면 첨가된 NaY zeolite 양만큼의 질량 변화를 알 수 있었다. 기체투과 실험에 의하면 PEBAX-NaY zeolite 복합막 내의 NaY zeolite함량이 증가할수록 C3H6와 C3H8의 투과도는 감소하였고, C3H6의 투과도는 C3H8의 투과도보다는 크게 나타났으며, 기 체선택도(C3H6/C3H8)는 감소하는 경향을 나타내었다.

PEBAX[poly(ether-block-amide)]-NaY zeolite 복합막에 대한 H2, N, CO2, CH4의 투과도와 선택도에 대하여 연 구하였다. PEBAX-NaY zeolite 복합막에 대한 H2, N2, CO2, CH4 투과도는 막 내의 NaY zeolite 함량이 증가할수록 H2의 투 과도는 증가하였고, N2, CO2, CH4의 투과도는 감소하는 경향을 나타내었다. PEBAX-NaY zeolite 복합막 내의 NaY zeolite 함량이 증가함에 따라 N2에 대한 H2와 CO2의 선택도, CO2에 대한 H2의 선택도, 그리고 CH4에 대한 기체 선택도는 증가하였 고, 그외의 H2, N2, CO2에 대한 기체(H2, N2, CO2, CH4)의 선택도는 감소하였다. 그리고 각 기체들에 대한 가장 높은 선택도 는 CO2인 경우에 얻어졌고, H2, N2, CH4에 대한 CO2의 선택도 값은 12~156이었다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]-NaY zeolite 복합막이 PTMSP에 0∼50 wt% NaY zeolite를 첨가하여 제조되었다. 이 막들의 특성을 FT-IR, 1H-NMR, GPC, DSC, TGA, SEM에 의해서 조사하였다. 기체투과 실험은 23∼26°C, 2 kgf/cm2에서 행하였고, 복합막에 대한 수소와 질소의 투과선택성은 NaY zeolite 함량에 따라 조사하였다. TGA 측정에 의하면 PTMSP에 NaY zeolite가 첨가되었을 때 PTMSP의 열적 안정성은 향상되었다. SEM 관찰에 의하면 NaY zeolite는 PTMSP-NaY zeolite 복합막 내에 약 1.5 µm 크기로 분산되어 있었다. PTMSP-NaY zeolite 복합막에 대한 N2와 H2의 투과도는 NaY zeolite 함량이 증가하면 증가하였다. 그리고 PTMSP-NaY zeolite 복합막의 N2에 대한 H2의 선택성은 NaY zeolite 함량이 증가하면 감소하였다.

본 연구에서는 친수성 NaY 제올라이트 분리막의 단일기체, 이성분계 및 삼성분계 혼합기체에서의 CO2 투과거동에 대하여 고찰하였다. 분리막을 통한 CO2 투과는 표면확산에 의해 지배되며 CO2 분리는 흡착된 CO2 분자에 의한 blocking 효과에 의해 나타남을 재확인하였다. 진공모드에서 얻어진 CO2 투과도는 He sweeping 모드에서 얻어진 값보다 작았지만 가압모드에서 얻어진 CO2 투과도 값과 유사하였다. 특히, NaY 제올라이트 분리막은 실제 연소배가스 조건과 유사 한 14%CO2-80%N2-6%O2 모델기체에 대하여 진공모드에서 CO2 투과도 약 1 × 10 -7 mol/m 2 secPa, CO2 선택도 10 이상의 우수한 분리성능을 보였다. 따라서, NaY 제올라이트 분리막은 연소후 이산화탄소 회수용 분리막으로 응용 가능성 있는 소재임을 확인하였다.

고분자 분리막에 비하여 열적, 기계적, 화학적 안정성이 우수한 친수성 NaY 제올라이트 분리막을 이용한 투과 증발 막분리 공정을 적용하여 이소프로필 알코올(iso-propyl alcohol, IPA)/물 혼합물에서 선택적으로 물을 분리하고자 하였다. 공급되는 IPA의 몰분율 변화 및 투과 증발 실험 온도의 변화가 투과플럭스와 물 선택도에 미치는 영향을 고찰하였다. IPA의 몰분율이 증가함에 따라 물 투과플럭스와 선택도는 감소함을 관찰할 수 있었다. 실험 온도의 증가에 따라 물 투과플럭스는 증가하였으나 선택도는 감소하였다 친수성 NaY 제올라이트 투과증발 실험 결과 1.9×10 2∼3.5×10 3 g/m 2 ⋅hr의 물 투과플럭스와 7.0×10 2∼2.0×10 4의 선택도를 나타내었다.