본 연구에서는, 혐기성 처리수에 용해된 바이오가스의 회수를 위해 불화 실리카/고분자 중공사 복합막을 제조하 고 막접촉기에서의 성능을 평가하였다. 복합막은 상용 폴리에테르이미드인(PEI) Ultem®을 이용하여 만든 중공사막 표면에 불 화 실리카를 강력한 공유 결합을 통해 코팅하는 방법으로 제조되었다. 막접촉기는 바이오가스로 포화된 수용액을 중공사의 외부에 공급하고, 중공사 내부로 기체를 투과시키는 방법으로 운전하였다. 높은 공극률을 가진 중공사막(PEI-fSiO2-A)은 액상 속도가 0.03 m/s일 때 메탄 회수 유량이 8.25 × 10-5 cm3 (STP)/cm2⋅s에 달했고 불화 실리카에 의해 표면 소수성이 매우 높 아져 물과의 접촉각이 75.6°에서 120~122°로 향상되었다. 본 연구에서 제조된 복합막은 바이오가스의 투과 속도와 소수성 모 두에서 탈기용으로 제조된 상용 폴리프로필렌 막보다 우수한 성능을 나타냈다.

분리막 소재의 투과도와 선택도 사이의 trade-off 관계로 인해 여전히 많은 연구가 필요하다. 특히 고분자 분리막에 무기물 나노입자가 들어가 있을 때, 기체투과 거동의 학문적 이해는 여전히 부족하다. 따라서 본 연구에서는 분리막 소재로 가장 많이 사용되는 PDMS에 2~5 nm의 기공을 가지고 있으며 직경이 약 5 nm 크기의 aluminosilicate hollow nanoparticles 인 allophane을 이용하여 복합매질 분리막을 제조하여 기체투과특성을 연구하였다. 대표적인 분리막 소재인 PDMS에 친수성 allophane, 그리고 나노입자에 undecylenic acid로 표면을 개질한 allophane을 막 내부에 고르게 분산시켜 함량 별로 복합매질 분리막을 제조하였다. 나노입자가 분산된 혼합매질 분리막 내에서 기체의 투과 특성을 파악하고, 이에 따른 기체투과 거동과 나노입자가 가지고 있는 기공의 역할을 평가하고자 하였다. 표면개질된 allophane을 첨가함에 따라 기체 투과도와 산소/질소 그리고 이산화탄소/메탄의 선택도가 동시에 점진적으로 향상되는 결과를 얻었다.

PEBAX®는 폴리에테르가 우수한 CO2용해도를 나타내어 기체분리막의 소재로 주목받고 있지만 폴리아마이드의 crystallinity로 인해 투과성능면에서 제약을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 PEBAX® 막의 기체투과특성을 향상시키기 위해 합성된 aluminosilicate hollow nanoparticles를 막 내부에 고르게 분산시켜 함량별로 혼합막을 제조한다. 분산된 나노입자의 함량에 따른 CO2 용해도 증가, 확산 속도의 증가로 인하여 선택도와 투과도의 향상을 예측할 수 있다. 첨가된 나노입자의 morphology와 yield를 확인하고, 첨가량이 증가할수록 선택도의 변동없이 투과도가 증가하는 것을 알 수 있다.

PEBAX®는 폴리에테르가 우수한 CO2용해도를 나타내어 기체분리막의 소재로 주목받고 있지만 폴리아마이드의 crystallinity로 인해 투과성능면에서 제약을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 PEBAX® 막의 기체투과특성을 향상시키기 위해 합성된 aluminosilicate hollow nanoparticles를 막 내부에 고르게 분산시켜 함량별로 혼합막을 제조한다. 분산된 나노입자의 함량에 따른 CO2 용해도 증가, 확산 속도의 증가로 인하여 선택도와 투과도의 향상을 예측할 수 있다. 첨가된 나노입자의 morphology와 yield를 확인하고, 첨가량이 증가할수록 선택도의 변동없이 투과도가 증가하는 것을 알 수 있다.

In this study, novel mixed matrix membranes (MMMs) with hollow zeolite imidazole frameworks (H_ZIF-8) were introduced with regard to CO2/CH4 gas separation. H_ZIF-8 nanoparticles (low density and large BET surface area) and amphiphilic PVC-g-POEM (poly(vinyl chloride)-g-poly(oxyethylene methacrylate)) graft copolymer showed good interfacial properties and uniform distribution, which resulted in improved gas permeation properties interacted with PVC-g-POEM by secondary bonding interactions. Two Tg values expressed the glassy PVC chains and the rubbery POEM chains, suggesting that the copolymer had a well-defined and microphase-separated structure. We observed that H_ZIF-8 interrupted the mobility of polymer chain, contributing to the increased Tg, was dispersed homogeneously in the coopolymer matrix without noticable aggregation.