공유결합 유기 구조체(covalent organic framework, COF)는 정밀한 기공 설계와 우수한 구조적 안정성을 동시에 갖춘 새로운 다공성 유기 소재로, 기존 고분자 분리막이 지닌 투과도–선택도 한계를 극복할 수 있는 유망한 대안으로 주목받 고 있다. 본 총설에서는 2차원 COF를 분리막 소재 측면에서 정리하고, 모노머 수준의 분자 설계와 다양한 화학 결합 전략을 통해 기공 크기와 구조를 원자 수준에서 정밀하게 조절함으로써 높은 투과도와 선택도를 동시에 달성할 수 있다는 점을 그 주요 장점으로 논의한다. 용매열 합성, 계면 중합, 나노시트 조립, 혼합 매트릭스 막 등 2차원 COF를 제조하는 방법을 살펴 보며, 이렇게 제조된 2차원 COF 분리막의 응용 분야로서 기체 분리, 수처리 및 유기용매 나노여과, 그리고 이온분리에 대해 다루었다. 마지막으로, COF 분리막의 상용화를 위해 해결해야 할 기술적 과제와 향후 연구 방향을 제시하였다.

분자 각인 막(molecularly imprinted membrane, MIM)은 선택적 분자 인식과 막의 장점을 통합할 수 있는 분리 공 정으로 주목받고 있다. 흡착, 추출, 증류와 같은 기존 기술은 낮은 선택성이나 높은 에너지 요구로 인해 한계가 있다. 반면 MIM은 템플릿 구조를 모방한 결합 부위를 제공함으로써 더 높은 정밀도와 안정성을 구현한다. 최근 연구에서는 약물 정제, 리소자임 회수, 키랄 분리, CO2 포집 등 다양한 분야에서 MIM의 활용 가능성이 입증되었다. 표면 분자각인, 나노필러 도입, 친화력 기반 상호작용과 같은 설계 전략은 이러한 광범위한 시스템에서 높은 선택성과 투과성을 가능하게 한다. 본 리뷰는 이러한 설계 전략들을 최신 동향 중심으로 정리하며, MIM이 다양한 분리 문제를 해결하는 데 있어 점점 더 중요한 역할을 수행하고 있음을 강조한다.

초순수(UPW) 생산 공정에서는 이온과 유기물의 효과적인 제거가 필수적이며, 그 핵심 공정으로 역삼투(RO)가 활용된다. 본 연구에서는 다양한 RO 막 모듈의 성능을 평가하여 생산수 수질을 비교⋅분석하였다. 실험 결과, 모든 막에서 생산수 전기전도도(EC)는 거의 동일하게 나타나 염 투과 특성이 일정함을 확인하였다. 반면, 생산수 총유기탄소(TOC) 농도는 막 모듈 간 뚜렷한 차이가 관찰되어, 유기물 제거 효율이 막 모듈 특성에 크게 의존함을 보여주었다. 흥미롭게도, 원수의 농도가 높아질수록 생산수 TOC 품질이 개선되거나 저하되지 않는 경향을 나타냈으며, 이는 2차 RO 공정에서 높은 회수율을 유지하면서도 TOC 제거 효율을 저하시키지 않을 수 있음을 시사한다. 또한, 막 성능은 수 투과계수(A)와 염 투과계수(B)를 이용해 표준화하였으며, 이를 통해 막 간의 성능 비교가 가능함을 확인하였다. 분석 결과, 특히 B값이 낮은 막일수록 생산수 TOC를 더 효과적으로 감소시키는 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 염 투과 성능이 비교적 균일한 반면, 유기물 제거 효율이 모듈 선택의 핵심 기준임을 강조한다. 따라서 A 및 B값을 활용한 표준화된 비교는 유기물 제거에 효과적인 막 모듈을 합리적이고 정량적으로 선택할 수 있는 근거를 제공하며, 초순수 제조 공정의 효율성과 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

본 연구에서는 산업계의 높은 에너지 소비를 줄이기 위한 에너지 효율적 분리 공정의 일환인 분리막 기술을 이용 하여, 우수한 산소 차단막을 개발을 목표로 하였다. 기존 화학적 처리 방식과 달리, 고유의 결정 구조가 보존되어 있는 물리 적 분쇄된 실크 피브로인 분말을 polyvinyl alcohol (PVA) 고분자 용액과 혼합하여 복합막을 성공적으로 제조하였다. 이때 물 리적 분쇄 과정에서 발생한 미세 입자가 유발하는 공정상의 기포 문제는 분말 세척을 통해 효과적으로 억제하였다. Time-lag 측정 결과, 제조된 복합막은 실크 입자가 기체 확산 경로를 방해하는 tortuous path를 형성하여 확산도와 용해도를 급격히 감 소시켰다. 그 결과, 순수 PVA 막 대비 압도적으로 우수한 산소 차단 성능을 나타내며 친환경 고성능 차단 소재로서의 가능성 을 확인하였다.

본 연구에서는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 바이페닐(biphenyl), 7-브로모-1,1,1-트라이플루오로헵탄-2-온(7-Bromo- 1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 단량체로 사용하여 강산 촉매하에서 축합중합을 수행함으로써 가지형 구조의 이오노머 전구체 (BFBC7Br)를 합성하였다. 이후 4차 암모늄기로의 개질 반응을 통해 OH⁻ 이온 전달이 가능한 디벤조퓨란–바이페닐 기반 이 오노머(BFBN)를 제조하였다. 합성된 BFBN의 화학 구조, 분자량 및 열적 특성을 분석하였으며, 용액 캐스팅(solution casting) 공법을 이용하여 BFBN 막을 제조하고 그 수화 거동 특성을 평가하였다. 또한 기계적 물성과 이온전도도를 PiperION 막과 비교함으로써 구조적 차이에 따른 성능 특성을 분석하였다. 그 결과, BFBN 막은 PiperION 대비 유연한 알킬 측쇄의 도입으 로 인해 변형 수용성(연신율)이 향상되었으며, 가지형 구조가 형성하는 친수/소수 영역의 미세상 분리 효과로 인해 우수한 OH⁻ 이온 전도도를 나타내었다.

하수 성상의 복잡성과 인구증가 그리고 빠른 도시화에 대응하기 위해 오염원에서 하수를 재이용하는 중수도 시스 템의 중요성이 부각되고 있다. 중수(greywater)는 가정 하수 중 변기를 제외한 세면대, 욕실, 싱크대, 세탁기 등에서 발생하는 하수를 의미한다. 본 연구는 가압식 한외여과(ultrafiltration) 분리막 시스템을 이용하여 중수의 직접 여과 및 주기적 역세척을 포함하는 분리막 여과 공정 수행을 통해 역세수의 성상에 따른 투과도 회복 효과를 분석하였다. 실험 결과, 세제에 일반적으 로 포함된 계면활성제 성분이 막 파울링(fouling) 완화에 지배적으로 기여하였고 계면활성제 부재 시 분리막 투과도는 여과 시작 15 min 만에 초기 투과도 대비 90%가 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 기존 연구 결과와 달리 분리막에서 생산되 는 투과수를 역세척수로 사용했을 때 수돗물을 적용하였을 때보다 투과도 회복률이 약 16% 더 높음을 확인할 수 있었다. 특 히, 투과수를 이용한 화학적 강화 역세척(chemical enhanced backwash, CEB)을 수행하였을 때 투과수의 성분과 첨가된 차아 염소산나트륨(NaOCl)의 시너지 효과로 인해 분리막 파울링을 효과적으로 감소시킬 수 있었다.

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.

Developing highly durable and active catalysts is essential for improving the performance and longevity of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). In this study, we propose a novel strategy to enhance catalyst dispersion and stability by incorporating pyrrolic nitrogen-rich carbon (pNC) quantum dots into highly crystalline carbon supports. The introduction of pNC generates strong anchoring sites for Pt nanoparticles, facilitating uniform dispersion and minimizing aggregation, which are key factors in enhancing catalytic performance and durability. The synthesized Pt/CVC150 catalyst exhibited excellent oxygen reduction reaction activity, with a half-wave potential of 0.842 V and a limiting current density of 6.3 mA cm− 2. Under accelerated stress test conditions, the catalyst retained 61.4% of its initial peak power density after prolonged cycling, indicating enhanced durability. Furthermore, single cell testing confirmed its improved electrochemical activity and stability of the Pt/CVC150 catalyst in a practical PEMFC operating environment. These findings suggest that the incorporation of heteroatom-doped carbon moieties onto carbon supports represents a promising strategy for the development of nextgeneration PEMFC catalysts with enhanced performance and longevity.