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.

메탄화 공정은 탄소 포집 및 활용(CCU) 기술의 하나로, 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술이다. 본 연구는 메탄화 반응기 배출가스에서 생성가스인 메탄과 미반응 수소를 분리하기 위한 가스 분리 시스템 설계를 위한 사전 연구로, 소형 막 모듈을 이용한 2단 분리막 시스템을 설계⋅제작하고 시험 가스인 질소-수소 혼합가스에 대한 분리 성능을 실험적으로 평가하 였다. 1단 막 모듈에서는 질소-수소 혼합가스에 대한 혼합 가스 선택도를 측정하였으며, 1단 및 2단 막 모듈 모두에서 잔류 측과 투과 측의 목표 가스 회수율 및 순도를 분석하였다. 본 연구에서 수행한 국내 A사 막 모듈의 성능 분석 결과는 향후 메 탄화 반응 가스 분리 시스템 설계 및 최적화 연구의 기초자료로 활용될 수 있다.

Covalent organic framework (COF) membranes have emerged as promising candidates for hydrogen purification due to their tunable pore sizes and robust structures. However, achieving high selectivity and permeability simultaneously remains a challenge due to the inherent pore size distribution of COF materials. In this study, we fabricated two distinct COF membranes, TpPa-1 and TpTGCl, with pore sizes of 1.8 nm and 0.39 nm, respectively, using tailored synthesis methods. The TpTGCl membrane, synthesized via room temperature interfacial polymerization and vacuum-assisted filtration, exhibits an ultrathin nanosheet structure with an interlayer π–π stacking distance of 0.33 nm. This unique architecture, combined with its affinity for CO2 adsorption, enables exceptional hydrogen separation performance, achieving a H2/ CO2 selectivity of 52.5 and a H2 permeability of 3.49 × 10– 7 mol m− 2 s− 1 Pa− 1. Molecular dynamics simulations confirmed the steric hindrance effect as the primary mechanism for the selective permeation of hydrogen. The TpTGCl membrane effectively sieves larger gas molecules ( CO2, N2, CH4, etc.) without the need for material modification or excessive membrane thickness. This study demonstrates the potential of COF membranes with tailored pore sizes for high-performance hydrogen purification and offers valuable insights for the development of advanced separation technologies.

Combining CuPc with semiconductor materials as organic‒inorganic hybrid photocatalysts can effectively improve the light absorption capacity and separation efficiency of photogenerated electrons and holes in semiconductor photocatalysts. Herein, a CuPc/Bi2WO6 Z-scheme heterojunction was successfully designed and used for CO2 photoreduction. The separation of photogenerated electrons and holes is greatly enhanced because of the formation of a compact organic‒inorganic heterointerface and the built-in electric field between CuPc and Bi2WO6, which increases the photocatalytic CO2 reduction efficiency. Moreover, the photosensitizer CuPc can effectively enhance the light absorption of Bi2WO6. The optimal 1CuPc/ Bi2WO6 composite exhibits the best photocatalytic performance, with a CO production rate of 2.95 μmol g− l h− 1, which is three times greater than that of Bi2WO6 under visible-light irradiation. This work provides a new idea for the construction of an organic‒inorganic photocatalytic system for CO2 reduction.