본 연구에서는 비용매 유도 상분리법을 이용하여 폴리에테르이미드 계열의 중공사형 분리막을 제조하였다. 제조 된 중공사막의 모폴로지 조절을 위해 첨가제로는 THF, Ethanol, LiNO3를 사용하였다. 또한 높은 수소분리막의 개발을 위해 모폴로지와 기체투과성능을 특성평가를 통해 방사조건을 최적화하였다. 그 결과 THF의 함량이 증가할수록 수소/이산화탄소 선택도가 증가하였다. 하지만 trade-off 관계로 인하여 투과율은 감소하였다. Ethanol을 첨가하였을 때는 finger-like 구조를 나타냈고, LINO3를 첨가하였을 때 Sponge 구조를 보였다. 특히, PDMS 코팅층을 최적화한 중공사막의 경우, 투과율은 40 GPU, 수소/이산화탄소 선택도는 5.6을 나타냈다.

아민화된 폴리이서이미드(polyetherimide (PEI))막을 실험실에서 합성하여 아민화별로 제조된 막을 이용하여 이산화탄소, 질소, 메탄, 산소, 이산화황의 기체투과도와 확산도 및 용해도를 Time-lag법으로 상온에서 측정하였다. 일반적으로 아민기의 주사슬에 반응되는 아민화율이 증가할수록 분자사이의 공간이 좁아지기 때문에 투과도가 전체적으로 감소했지만, 이산화황은 산 성질의 이산화황과 염기 성질의 아민기의 결합으로 인하여 증가하였다. 건기체에 대한 확산도 및 용해도는 아민화율이 증가할수록 이산화황을 제외한 모든 기체에서 감소하였고 또한 용해도 역시 감소하였다. 그러나 이산화황의 경우 아민화율이 증가하면서 용해도가 증가하게 되어 확산도 또한 증가한 것으로 사료된다. 이산화탄소/질소의 경우 선택도는 아민화율이 3일 경우 60을 나타내었다. 습기체의 경우 상대습도가 100일 때 투과도가 70 barrer을 나타내었고 질소에 대한 선택도는 약 18 정도를 보여주었다.

아연공기전지의 분리막으로 사용하기 위한 Polyetherimide (PEI) 재질의 막을 제조하였다. 막의 제조는 상전이법을 통하여 이루어졌으며, 캐스팅 용액은 PEI, n-methylpyrolidone (NMP) 및 polyvinylpyrolidone (PVP)으로 이루어졌다. 제조한 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 캐스팅 용액 내의 PEI 함량과 캐스팅 용액에 대한 PVP 첨가량이 분리막의 모폴로지, 기계적 강도와 이온전도도에 미치는 영향은 각각 SEM, 인장강도실험 및 임피던스 실험을 통하여 측정, 평가하였다. 아연공기전지의 전기화학적 성능은 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 중의 PEI 함량이 증가함에 따라 분리막의 기계적 강도는 증가하였으며, 캐스팅 용액에의 PVP 첨가는 분리막의 기계적 강도에 큰 영향을 미치지 않았다.용액 내의 PEI 함량이 증가하면서 분리막의 이온전도도는 감소하였다. 용액에 PVP를 첨가하는 데에 있어서 첨가량 10 wt%까지는 첨가량의 증가에 따라 분리막의 이온전도도는 증가하였다. PVP 첨가량이 10 wt%에서 이온전도도는 0.1 S/cm의 최대값을 보인 후 추가의 첨가에 따라서는 이온전도도가 감소하였다. 분리막의 이온전도도는 공기아연전지의 용량에 큰 영향을 미쳤으며, 높은 이온전도도를 갖는 분리막으로 제조한 전지가 높은 용량을 보였다.

본 연구에서는 혼합기체 중의 SO2 제거를 위하여 폴리이서이미드 복합 중공사막을 이용하였으며, 지지체로 사용한 중공사막은 건-습식 상전이 법으로 제조하였다. PEBAX1657(R)과 PEG를 혼합하여 제조한 용액을 지지체 표면에 코팅하여 복합막을 제조하였다. 중공사 복합막의 기체투과 특성을 확인하기 위하여 모듈을 제작하였고, 온도와 압력변화에 따른 SO2, CO2, N2 단일 기체투과를 실시하였다. 그 결과, 운전조건에 따라서 SO2 투과도는 220~1220 GPU를 나타내었으며, SO2/N2 선택도는 100~506을 나타내었다. 그리고 혼합기체 분리거동을 관찰하기 위하여 SO2, CO2, N2로 구성된 혼합가스를 이용하여 온도, 압력, 잔류부 유량을 변화시키면서 투과기체의 유량과 각 성분의 농도변화를 측정하였다. 그 결과, 압력과 온도가 증가할수록 SO2 제거효율이 높아지는 경향을 나타내었다.

본 연구에서는 pellet 상태의 polyetherimide (PEI)를 carbon tetrachloride(CCl4)와 1 ,2-dichloro-ethane (DCE) 의 부피비 5:1 하에서 PEI를 불균일한 상태로 유지시키고, chlorosulfonic acid (CSA)를 이용하여 PEI의 표면을 sulfonation 시킴으로써 , 음이온성을 띠며 친수성이 향상된 sulfonated polyetherimide (SPEI)를 제조하였다. 불균일한 상태가 유지되면서 가장 적합한 sulfonation 반응조건은 PEI: CSA 의 1 : 1 mole ratio, 온도 10℃, 3 시간이었다. 이온교환용량이 0.2~1.2meq/g을 갖는 SPEI를 합성할 수 있었고, FT-IR 측정을 통하여 sulfonic acid peak가 1020cm-1 와 1170cm-1부근에서 관찰되었다. 분자량 분포는 sulfonation을 시킴으로써 좀 더 넓게 나타났고, 접촉각 측정을 통하여 친수성이 향상되었음을 확인하였다.

Sulfonated Polyetherimide 막은 pore 형성을 위한 polyvinylpyrrolidone 과 저비점 용매 dichloromethane을 첨가하여 투과성능을 최적할 수 있었다. SPEL 막의 친수성은 단백질등의 투과시 모든 pH 범위에서 막 오염을 효과적으로 억제할 수 있으며, 도입된 sulfonic acid group의 음이온성으로 인하여 동일한 전하의 용질을 쉽게 분리할 수 있었다.