기체분리공정에서 사용되는 분리막은 높은 기체 투과 및 분리성능과 고온·고압 조건에서 높은 안정성을 보여야 한다. 하지만 고분자분리막(특히, 유리상 고분자)은 응축 가능한 기체 분자(예를 들어, CO2, H2S, hydrocarbon 등)에 노출되면 고분자 사슬이 부풀어 오르는 가소화 현상을 보여 안정성 측면에서 한계를 보인다. 이러한 가소화 현상은 고압의 복합기체 분리공정에서 선택도를 감소시켜 장기적으로는 고분자분리막이 분리공정에 도입될 수 없는 문제를 가져온다. 이러한 가소화 현상 문제를 해결하기 위해서 분리막 연구자들은 분리막 열처리, 고분자 혼합, 고분자구조의 열적 재배열, 혼합매질분리막 제 작, 가교화 방법 등을 통하여 분리막의 가소화 저항을 향상시켰다. 본 총설에서는 고분자 분리막의 가소화 저항의 개념 및 현 상에 대해서 알아보고 이를 해결할 수 있는 인자들과 그와 연관된 연구들을 살펴보도록 할 것이다.

본 연구는 (주)퓨어엔비텍에서 제조한 multi-bore 형태의 중공사 막을 이용하여 오염된 원수의 투과 후 오염된 막의 재사용을 위해 화학적 세정효율에 대해 파악하고자 하였으며 이를 위해 제조된 중공사 막의 재료는 내화학성이 좋은 PSf (polysulfone) 소재를 사용하였다. 실험은 소혈청 알부민(BSA)을 이용한 내오염성 평가 및 염기성 용액인 차아염소산나트륨 (NaOCl), 산성 용액인 구연산(citric acid)을 이용해 장기 함침하여 내화학성 평가를 진행하였다. 시간에 따른 수투과도와 인장강도를 측정하여 분리막의 기계적 강도와 성능의 감소에 대한 결과를 관찰하였다. 이후 소혈청 알부민으로 오염된 막의 화학적 용액에 따른 역세척 후 회복효율을 파악하였다. PSf 중공사 막은 뛰어난 내화학성을 가졌으며 화학적세척결과 차아염소 산나트륨의 효율이 높음을 확인하였다.

수용액과 유기용액에 방향족 단량체를 사용하여 계면중합을 통하여 폴리아미드 나노여과막을 제조하고 황산내구성, 내열성 실제 제련액 투과물성을 평가하였다. 수용액에 지방족 디아민을 사용한 나노여과막에 비해서 방향족 디아민을 사용한 경우에 내산성이 매우 우수하였다. 방향족 단량체를 사용한 경우에는 1 가 이온 제거율 낮추기 위하여 첨가제 사용하였다. 내열성은 실제 제련액의 경우는 2가 이상의 이온에 대해서는 회수가 가능하였고 1가 이온 및 황산의 경우 에는 투과수로 빠져 나오는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 효율 적/경제적으로 회수하기 위해 부식 억제 특성을 가진 지방족 아민(Aliphatic Amine)를 첨가제로 사용하여 내산성이 향상된 복합 NF 분리막을 제조하고자 한다. 지방족 아민를 첨가한 내산성 NF 분리막은 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였고 제조한 내산성 NF 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행한 결과를 flux와 rejection을 통해 확인하였다. 또한 XPS, FE-SEM, ATR-FTIR 등을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

We developed a positively charged membrane with acid resistance via the introduction of a branched-poly(ethyleneimine) (b-PEI) hydrogel layer onto the surface of a polyethersulfone (PES) membrane, which was achieved by immobilization of b-PEI at the PES membrane surface using cross-linking agent. The combined results of ATR FT-IR, XPS and FE-SEM measurements confirmed that the b-PEI hydrogel layer was successfully coated on the PES NF membrane surface. In particular, the b-PEI hydrogel coated membrane surface had positive charge at whole pH range. The positively charged surface could enhance multivalent ion rejection. As a result, the membrane effectively recovered acid substance under strong acidic condition. Moreover, the selective separation was well preserved after exposure to highly concentrated sulfuric acid solution.

고상반응법을 이용하여 SrCo0.8Fe0.1Nb0.1O3-δ 조성의 산화물을 합성하였으며, 합성된 분말은 압축 성형 후 1250°C 에서 소결하여 치밀한 세라믹 분리막을 제조하였다. XRD 분석을 통해 단일상의 페롭스카이트 구조를 확인하였다. 산소 분압 이 0.21 atm, 측정 온도가 800~950°C인 조건하에서 산소투과를 분석한 결과 온도가 증가할수록 산소투과량은 증가하였고, 950°C에서 1.839 mL/min⋅cm2로 최대값을 나타내었다. 니오븀(Nb)을 포함한 세라믹 분리막의 상안정성 및 이산화탄소 내성을 확인하기 위하여 900°C에서 이산화탄소가 500 ppm이 포함된 혼합공기를 이용하여 장기투과 실험을 수행하였다. 이산화탄소에 노출된 SrCo0.8Fe0.1Nb0.1O3-δ의 상안정성은 XRD와 TG로 분석하였다. 분석 결과, 이산화탄소에 노출된 SrCo0.8Fe0.1Nb0.1O3-δ 조 성의 경우 약 8%의 SrCO3가 생성되었으나, 이 수준의 SrCO3 생성량은 분리막의 산소투과도에 큰 영향을 주지 않는 것을 확 인하였다.

본 연구는 역삼투막의 막오염을 해결하기 위하여 실란-에폭시 층을 형성시킨 다층 표면개질법을 이용하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. Sol-gel법을 이용하여 Octyltrimethoxysilane (OcTES)을 막 표면에 가교를 통해 고분자화 하였으며 n = 8인 OcTES의 알킬기가 자발적인 self-assembly를 통하여 막 표면에 가지구조를 형성시켰다. 그 위에 ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE)의 ether기를 ring-opening을 통해 막 표면에 친수성을 부여하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. FE-TEM, AFM을 이용하여 막의 단면 및 표면구조 분석을 하였고 막 표면의 ridge and valley 구조와 OcTES, EGDE의 다층 표면개질로 인한 bridge 구조를 확인하였으며, 거칠기의 증가를 통해 막 표면의 가지가 잘 형성되었음을 확인하였다. XPS를 통하여 막 표면의 화학구조에 대한 관찰과 표면개질이 잘 이루어졌음을 확인하였으며, contact angle 분석을 통해 표면개질막의 표면에 친수성이 부여되었음을 확인하였다. EGDE 표면개질 조건 최적화를 진행한 결과 EGDE 농도는 0.5 wt%, ring-opening 온도는 70°C가 가장 적합하였고, 내오염성 실험 결과 및 막오염지수(MFI)는 SUL-H10, PA-OcTES1.0, PA-OcTES1.0-EGDE0.5이 68.7, 60.4, 5.4 (10E-8 hr/mL2)로 나타나 다층 표면 개질막의 내오염성이 매우 향상되었음을 확인할 수 있었다.