중공사막 위에 완충층과 선택층을 유도하기 위한 역계면중합(inverse interfacial polymerization, IIP) 연구를 진행 하였다. 점도 조절된 polydimethylsiloxane (PDMS) 층은 다공성 polyethersulfone (PES) 지지체로의 모세관 침투를 억제하여 연속적인 피복과 제어된 선택층 형성을 가능하게 했다. 아민 말단 폴리디메틸실록산(amine-terminated polydimethyl siloxane, N-PDMS)은 계면 적합성을 향상시키고 폴리아미드 네트워크와의 공유결합에 참여하였다. PDMS, 가교제, trimesoylchloride (TMC), polyethylenimine (PEI) 농도를 체계적으로 변화시킨 결과, 네트워크 연속성, 가교 밀도, 계면 성장 동역학에서 뚜렷 한 전이가 나타났으며, 구조–전달 전이 임계값이 투과도–선택성 균형을 지배함을 확인하였다. 최적화된 멤브레인(2 wt% PDMS, 10:1 베이스 대 가교제, 0.2 wt% N-PDMS, 0.1 mmol TMC, 1 wt% PEI)은 2 bar 조건에서 350 GPU 이상의 CO2 투 과도와 14의 CO2/N2 선택성을 달성했으며, 72 h 동안 안정성을 유지하였다. 이러한 결과는 고성능 CO2 분리를 위한 확장 가 능한 전략으로서 계층적 구조–전달 제어의 중요성을 강조한다.

본 연구에서는 시판되는 역삼투법(reverse osmosis)용 UF평막을 이용하여 -NH기를 가지고 있는 piperazine (PIP)과 -COCl기를 가지고 있는 trimesoyl chloride (TMC)의 계면중합을 통해 나노복합막을 제조하였다. UF평막을 PIP수용액에 침지시킨 후 TMC를 녹인 hexane 용액에 침지시켜 계면중합반응을 진행하였고, 별도의 건조과정 없이 초순수에 세척하여 나노복합막을 제조하였다. PIP와 TMC의 농도, 침지 시간, 친수화 유무, 공급액의 종류 등을 달리하여 제조한 나노복합막의 투과도 및 염 배제율을 측정하였다.

Development of forward osmosis (FO) membranes with high salt selectivity is a essential issue to realize the FO technology. To improve salt selectivity of the FO membrane, a polyamide thin film composite FO membrane was fabricated by the interfacial polymerization method using aromatic hydrocarbon organic solvents on polyacrylonitrile (PAN) supports. The aromatic hydrocarbon organic solvent accelerated amine diffusion rate toward the organic phase and the subsequent reaction, which can improve membrane performance by fabricating a thin and highly dense basal PA layer. As a result, the prepared FO membrane showed ~1.7 times higher flux and ~4.5 times higher salt selectivity compared to HTI-CTA commercial membrane with 1.0 M NaCl draw solution and DI water feed solution in FO mode.

계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야 에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다. 분리 막의 성능은 다양한 중합 성능에 의해 영향을 받고 있으며, 본 연구에서는 유기 용액의 퍼짐 속도가 어떻게 분리막 표면 및 구조에 영향을 주는지를 주사전자현미경을 통해 고찰하였다. 퍼짐 속도는 7.6과 25 mm/sec로 조절하였으며, 유기상 용액은 1~3방울까지 조절하였다. 관찰된 결과는 퍼짐 속도가 7.6 mm/sec에서는 한 방울 떨어트릴 경우, 25 mm/sec에서는 두 방울 떨어트릴 경우 폴리아마이드 막에 균열을 발견할 수 없었다. 반면 나머지 경우에 모두 균열이 발생하였다. 따라서, 초기 유기 용액의 퍼짐 속도는 폴리아마이드 분리막의 성능에 영향을 줄 것으로 관찰되었다.