본 연구에서는 다공성 탄소 전극의 음극과 양극 표면에 각각 양이온교환고분자(Nafion)와 음이온교환고분자 (aminated polyphenylene oxide, APPO)를 코팅하여 막 결합형 축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정에 적용하였다. 또한 위 공정의 성능을 탄소 전극만으로 구성한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 공정과 비교 평가해 보고 염 제거 효율이 최대로 나타나는 MCDI 공정의 최적 운전 조건을 탐색하고자 하였다. 염 제거 효율은 MCDI 공정이 CDI 공정에 비해 높게 나타났으며 Nafion과 APPO를 적용한 MCDI 공정에서 흡착 조건이 1.2 V, 3 min이고 탈착 조건이 -1.0 V, 1 min 일 때의 염 제거 효율이 82.1%로 최댓값을 보임을 확인했다.

음이온 교환막은 전기투석, 전기흡착식 탈염(capacitive deionization), 연료전 지 등에서 탈염과 전기 에너지 생산에 활용될 수 있다. 가교되어 있지 않은 음 이온 교환막은 물이나 유기용매에 대해 취약하거나 내구성이 약해서 장기간 사용해야 하는 경우 멤브레인의 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 폴리 페닐렌 옥사이드계 음이온 교환막과 가교제의 종류와 실험 조건에 따라 가교하고 가교된 멤브레인의 물성과 특성을 조사하였다. 가교제의 종류로는 BADGE, m-PDA, HMDA를 사용하였다. 가교제 함량에 따른 유기용매 용해 여부와 IR 특성 피크 변화를 조사하였다. 가교결합 반응속도는 HMDA>m-PDA>BADGE 가교 제 순으로 빨랐다. 가교 전후의 이온교환용량, 함수율 등을 측정하고 비교하였다. 가교된 음이온 교환막의 내화학성과 기계적 특성이 우수하였다.

Trimethylamine과 chloromethyl ethyl ether를 사용하여 PPO를 기반으로 하는 APPO를 제조하여 특성평가를 진행 하였다. 전기⋅물리적 특성을 알아보기 위해 8 wt%의 APPO chloroform 용액으로 APPO막을 제막하여 특성평가를 진행하였 다. 접촉각은 44.4°, 함수율은 37.9%의 결과값을 얻을 수 있었다. 전기적 특성인 이온교환용량과 이온전도도는 각각 2.3 meq/g, 0.027 S/cm로 측정되었다. 또 time-lag 장치를 이용하여 단일기체(질소, 산소, 메탄, 이산화탄소, 이산화황)에 대한 확 산도 및 용해도를 알아보았다. 산성가스인 이산화탄소와 황산의 경우, 투과도는 각각 20.7, 511.5 barrer로 측정되었다. 선택도 의 경우, 이산화탄소/메탄은 39.8, 이산화탄소/질소는 42.2, 이산화황/이산화탄소는 24.7로 측정되었다.