Multivalent ions in natural aqueous solutions—such as seawater, brackish water, and freshwater—can negatively affect the performance of ion exchange membranes (IEMs) used in electrochemical energy and environmental devices. In this study, a pore-filling cation exchange membrane (CEM) permeable to multivalent ions was fabricated to minimize performance degradation caused by such ions. To achieve this, multilayer pore-filling CEMs were prepared by performing two impregnation processes using monomer electrolyte solutions of different compositions (varying deionized water content and monomerto- crosslinker ratios). As a result, a highly crosslinked electrolyte polymer formed on the internal side of the CEM, while a low-crosslinked polymer formed on the external side. Due to the presence of the low-crosslinked outer polymer layer, the multilayer pore-filling CEM exhibited a smaller increase in resistance caused by Mg2+ ions. Furthermore, based on the correlation between permselectivity and resistance measured in a 0.45 M NaCl + 0.05 M MgCl2 solution, which simulated the Mg2+ concentration in seawater, an optimal structure of multilayer pore-filling CEM was identified, and it exhibited a minimized increase in resistance and a permselectivity of over 90 %.

본 연구에서는 낮은 막 저항과 높은 수산화 이온 전도성을 가지는 세공 충진 이온교환막 제조법으로 연구하였다. 알칼리 내구성을 향상하기 위해 폴리 테트라 플로오 에틸렌 소재인 다공성 지지체를 사용하였고 세공에는 단량체 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA), vinylbenzyl chloride (VBC)를 이용하여 copolymer를 제조했다. 가교제는 divinylbenzene (DVB)를 사용하였고 가교제 함량별로 이온교환막을 제조하여 DMAEMA-DVB와 VBC-DMAEMA-DVB copolymer에서 가교제 함량이 미치는 영향에 관해 연구하였다. 그 결과, PTFE 소재 지지체를 이용하여 화학적 안정성이 향상 했고 저압 UV 램프를 사용하여 낮은 온도에서 빠른 광중합이 가능하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 음이온교환 막 연료전지에 요구되는 이온교환막의 물리적 및 화학적 안정성을 확인하기 위해서 인장강도와 내알칼리성 테스트를 진행하였 다. 그 결과, 가교도가 증가할수록 인장강도 대략 40 MPa가 증가하였고, 최종적으로 이온전도도와 내알칼리성 테스트를 통해 가교제 함량이 증가할수록 알칼리 안정성이 증가하는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 막 증류법에 사용되는 PVDF 분리막을 나노입자로 개질하여 젖음 현상에 미치는 영향을 확인하였다. 나노입자를 분리막에 적용하기 위하여 널리 사용되는 dip-coating 방법의 경우, 나노입자에 의한 기공 막힘 현상과 나노입자와 표면과의 부착력이 약하다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, plasma 전처리를 통해 분리막 표면의 기공 크기를 키워주었으며, Fenton 반응을 통해 분리막 표면에 SiO2의 성장 작용기인 OH기를 생성시켜 주었다. 이로부터 SiO2를 성장시켜 준 뒤, fluoroalkylsilanes (FAS)를 이용하여 SiO2 표면의 소수성 처리를 통해 막을 준비하였다. 상기 방법을 통해 준비된 분리막과 처리 전분리막의 젖음 정도를 막증류 법으로 비교하였다.

수분을 포함한 압축공기는 공압 시스템에서 부식과 관석 등의 여러가지 문 제를 유발하기 때문에 기상 내의 수분을 효율적으로 제거하기 위한 다양한 기술이 개발되어오고 있다. 특히, 분리막을 이용한 제습 방법은 에너지 소비가 작 고, 장치를 소형화할 수 있다는 장점으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 제습용 중공사막을 상전이 방적법으로 제조하고, 친수성 또는 소수성으로 표면 개질하였다. 선택도와 투과도 향상을 위하여 기공 구조를 제어하였으며, SEM, 기체 투 과도, 접촉각 측정 등으로 중공사막의 특성을 분석하였다. 또한, 분리막을 모듈 화하여 제습 실험을 수행하였으며, 여러 운전 조건에서의 특성을 확인하였다.