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.

계면 중합(interfacial polymerization, IP) 기반 복합 박막(thin-film composite, TFC) 분리막은 유기 용매 나노여과 (organic solvent nanofiltration, OSN)의 핵심 기술이나, 투과도와 선택성의 상충 관계 해결이 과제다. 본 연구에서는 resorcinol( RES)과 trimesoyl chloride (TMC)의 폴리아릴레이트 선택층 내에 필라[5]아렌 (P[5])을 공유 결합으로 담지하는 IP 전략을 제안한다. 제조된 분리막은 P[5]의 거대고리 구조에 의한 자유 부피 증가로 우수한 메탄올 투과도를 보였으며, 이소프 로판올(isopropanol, IPA) 전처리를 통해 선택성 저하 없이 성능을 추가 개선하였다. 특히 P[5] 도입은 500 Da 부근에서 급격 한 분자량 차단(molecular weight cutoff, MWCO) 특성을 유도했는데, 이는 P[5]가 매트릭스 내에서 정밀한 자유 부피 분포를 조절했음을 시사한다. 본 연구는 빠른 용매 수송과 옹스트롬(Å) 수준의 정밀 분리가 가능한 고성능 OSN 분리막의 확장 가능 한 제조 경로를 제시하며, 이는 정밀 화학 및 제약 공정에 적합할 것으로 기대된다.

이온교환막은 전하를 띤 작용기를 통해 특정 이온을 선택적으로 투과시키는 분리막으로, 전기투석, 역전기투석, 바이폴라막 전기투석 등 다양한 전기화학 공정에서 핵심 소재로 활용되고 있다. 최근 음이온교환막(anion-exchange membrane, AEM) 연구는 단순한 전하 선택성을 넘어 양성자 차단 AEM과 1가 이온 선택성 AEM과 같이 특정 이온에 대한 선택 적 투과를 제어하는 방향으로 발전하고 있다. 양성자 차단 AEM은 폐산 회수 및 산/염기 재생 공정에서 양성자 누출에 의한 효율 저하 문제를 해결하기 위한 핵심 소재로 주목받고 있으며, 1가 이온 선택성 AEM은 해수 담수화 및 자원 회수 과정에서 2가 음이온을 효과적으로 차단하기 위해 연구되고 있다. 본 총설에서는 이러한 기능성 AEM의 구조적 설계, 이온 수송 메커 니즘, 주요 성능 인자 및 최신 연구 동향에 대해 소개하고자 한다.

가스 분리막은 에너지 효율적인 가스 정제와 탄소 포집을 위한 핵심 기술이지만, 기존의 고분자 분리막은 투과도 와 선택도 사이의 상충관계를 피하기 어렵다. 이러한 한계를 극복하기 위해 다공성 소재가 유망한 대안으로 주목받고 있다. 본 리뷰에서는 가스 분리막 분야에서 최근 활발히 연구되고 있는 주요 다공성 소재인 금속-유기 골격체(MOFs), 제올라이트, 그리고 기타 다공성 소재에 대한 연구 동향을 정리한다. 조절 가능한 기공 구조를 갖는 MOF는 혼합매질 막(MMMs)에 필러 또는 단독 막 형태로 적용되어 선택도와 투과도를 향상시킨다. 제올라이트는 우수한 분자체 성능과 높은 내구성을 바탕으로 까다로운 분리 공정에서도 탁월한 성능을 보인다. 또한 다양한 차세대 다공성 소재 는 기존의 한계를 뛰어넘는 성능을 구현 할 수 있는 분리막 재료로 평가된다. 최근 연구들은 다공성 필러를 도입하거나 다공성 구조를 지닌 매트릭스를 설계함으로써, 기존 고분자 분리막의 한계를 넘어서는 높은 선택도와 투과도를 동시에 달성할 수 있음을 보여준다. 본 리뷰는 다공성 소재 기반 고성능 가스 분리막 연구의 최신 동향을 정리하고, 향후 발전 방향에 대한 통찰을 제공하는 데 목적이 있다.

본 연구에서는 과불화 알킬 사슬이 도입된 산화 그래핀(perfluoroalkyl-grafted graphene oxide, FGO)을 합성하고, 이를 과불소화계 고분자인 나피온(Nafion)에 복합화하여 바나듐 레독스 흐름 전지(vanadium redox flow battery, VRFB)용 이 온 교환 막을 개발하고자 하였다. FGO는 염기성 촉매 하에서 카르복실산기를 함유한 폴리(헥사플루오로프로필렌 옥사이드) (157 FSL, DuPont)의 카르복실산기와 GO의 에폭시기 간 개환 에스터화 반응을 통해 합성하였다. 합성된 FGO를 Nafion 기 지체에 함량을 달리하여 첨가한 복합막(N/FGO_X)을 제조하고, 함수율, 체적 안정성, 수소 이온 전도도, 바나듐 이온 투과도 및 셀 성능을 평가하였다. N/FGO 복합막은 Nafion 단일막 대비 낮은 함수율과 체적 변화율을 보였으며, FGO의 물리적 차단 효과에 의해 바나듐 이온 투과도가 감소하면서도 수소 이온 전도도를 유지하여 우수한 이온 선택도를 나타내었다. VRFB 단 위 셀 평가 결과, FGO가 도입된 복합막은 Nafion 단일막을 적용한 셀 대비 높은 방전 용량, 쿨롱 효율 및 에너지 효율을 유 지하였다.

본 연구에서는 α-Al2O3 중공사 지지체 위에 γ-Al2O3, SiO2 산화막 및 Pd 금속막을 각각 증착하여 수소 분리막을 제작하고, 암모니아 열분해 반응 후 생성되는 혼합기체(H2, N2, NH3)에 대한 투과 성능을 비교⋅분석하였다. scanning electron microscope과 atomic force microscope 분석 결과, 산화막 코팅을 통해 표면 조도가 크게 개선되어 Pd 무전해도금 시 결 함 억제에 기여할 수 있음이 확인되었다. 기체투과실험은 450°C, 0.5~2.0 barg 조건에서 수행되었으며, 산화막 기반 분리막은 기공 투과 메커니즘에 의해 최대 수소 순도가 82%에 머무른 반면 금속막 기반 분리막은 용해–확산 기반의 bulk diffusion 메 커니즘을 통해 97% 이상 순도의 수소를 안정적으로 분리하였다. 특히 Pd/α 중공사막은 2 barg에서 15 mL/min 이상의 수소 flux와 1900 이상의 H2/NH3 seperation factor을 기록하며 산화물 기반 분리막보다 월등한 성능을 보였다. 결론적으로 산화물 막은 단독 분리 성능은 제한적이지만 Pd 증착을 위한 전처리 및 중간층으로서 유효함이 확인되었으며, Pd 중공사막은 고온 수소 정제 공정에 가장 적합한 선택지임을 입증하였다.

본 연구에서는 기존 고분자 분리막 제조 시 일반적으로 사용되는 polyethylene terephthalate (PET) 부직포 지지체 를 대체하기 위해, 바이오유래 친환경 생분해성 소재인 셀룰로오스 기반의 한지를 지지체로 적용하고 그 물리적·화학적 특성 을 비교하였다. 먼저 두 지지체의 구조적 특성과 기공 분포를 분석하였으며, 이후 도프용액 점도를 8, 11, 15 wt%로 조절하 여 지지체 구조에 따른 용액의 침투거동과 막 형성 특성을 평가하였다. 저점도 조건에서는 지지체 내부로 도프용액이 쉽게 침투하여 불균일한 막이 형성되는 문제가 나타났으며, 이를 개선하기 위해 유기용매 침액(pre-wetting) 기법을 적용한 결과 투 과도 상대 표준편차가 최대 84.5% 감소하고 투과 성능이 향상되는 경향을 보였다. 이를 통해 낮은 점도 조건에서는 지지체의 용매 침액 과정이 균일한 막 형성을 위해 필수적임을 확인하였다.

최근 수질 오염 문제의 심화와 수자원 회수의 중요성이 부각되면서, 분리막 기반 수처리 기술이 큰 관심을 받고 있다. 분리막 공정은 높은 분리 성능과 낮은 에너지 소비로 인해 기존 전통적 기술보다 친환경적인 대안으로 여겨져 왔으나, 석유 화학 기반 고분자, 단량체 및 유기용매에 의존하는 제조 및 폐기 과정에서의 환경적 한계가 지적되고 있다. 이에 따라 친환경적이고 생분해성이 우수한 천연물질 기반 분리막이 지속 가능한 대안으로 주목받고 있으며, 최근 다양한 연구가 활발 히 진행되고 있다. 본 총설에서는 천연소재를 활용한 수처리 분리막 연구를 소재별로 체계적으로 정리하고, 각 소재의 특성과 활용 사례를 고찰한다. 또한, 이러한 분리막의 잠재적 장점과 한계점을 논의하고, 향후 연구 방향을 제시함으로써 지속 가능 한 수처리 기술 개발을 위한 방향성을 제공하고자 한다.

재생에너지의 빠른 확산과 함께 수소에너지는 지속 가능한 산업을 위한 대안으로 점차 주목받고 있으며, 특히 넷 제로(Net-Zero) 탄소 배출 달성에 핵심적인 에너지원으로 인식되고 있다. 수소 생산 기술 중 수전해는 고순도의 그린 수소를 생성할 수 있는 방법으로, 이 중 알칼라인 수전해는 저비용 소재 활용과 대규모 상용화 가능성 측면에서 유망한 기술로 주목 받고 있다. 전형적인 알칼라인 수전해 시스템은 전극, 액상 KOH 전해질, 그리고 다공성 분리막으로 구성되며, 분리막은 이온 전달뿐만 아니라 전극 간 물리적 분리와 수소/산소 크로스오버 억제 기능을 동시에 수행하는 핵심 요소이다. 최근에는 고분 자/KOH/H2O로 이루어진 3상 구조를 활용하는 이온 솔베이팅 분리막이 기존 다공성 격막의 가압/차압 운전의 어려움과 수소 차단성 한계를 극복할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 본 리뷰에서는 다양한 이온 솔베이팅 분리막 고분자 시스템의 연구 진전을 정리하고, 이들의 분자 설계 전략, 성능 특성 및 평가 방법을 소개한다. 마지막으로 차세대 알칼라인 수전해 전해질막 개발을 위한 남은 과제와 향후 연구 방향을 논의한다.

폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)은 뛰어난 화학적 저항성, 열적 안정성, 그리고 기계적 강도를 지닌 고 성능 고분자로, 유기용매 나노여과(organic solvent nanofiltration, OSN) 분리막의 이상적인 소재로 잘 알려져 있다. 그러나 이 러한 이점에도 불구하고, 가교되지 않은 PBI는 강한 유기용매에 노출될 경우 상당한 팽윤, 제한적인 선택성, 그리고 장기 안 정성 저하를 보이는 경우가 많다. 이러한 문제를 극복하기 위해, PBI 분리막의 내구성과 분리 성능을 향상시키고자 다양한 가교 전략이 개발되어 왔다. 본 리뷰에서는 공유결합, 이온결합, 수소결합, 및 기타 가교 메커니즘으로 구분되는 PBI 기반 OSN 분리막의 가교에 관한 최근의 발전을 요약하였다. 특히 가교 화학과 분리 성능 간의 관계에 중점을 두었으며, 마지막으 로 견고하고 고성능인 OSN 분리막을 위한 향후 설계 전략에 대한 전망을 논의하였다.

리튬(Li)은 전기차 및 에너지 저장 장치 기술의 급성장에 따라 수요가 급격하게 증가하고 있으며, Li 염호 자원은 전 세계 리튬 공급의 약 60%를 차지하는 핵심 원천이다. 그러나 Li 염호에는 마그네슘 이온(Mg2+)을 비롯한 다양한 공존 이 온이 존재하여 선택적인 Li+ 분리가 어렵다. 기존 Li 회수 기술 중 나노여과(nanofiltration, NF) 분리막 기술은 낮은 에너지 소비, 간단한 운전, 친환경이라는 장점으로 인해 Li 회수에 유망한 기술로 부상하고 있다. 하지만, 널리 사용되는 폴리아마이 드 기반 NF 분리막은 표면 음전하 특성을 가지며 넓은 기공 크기 분포로 인해 Li 선택도가 낮다는 한계가 있다. 이러한 문제 를 극복하기 위해 최근 폴리아마이드 선택층에 표면 코팅/그래프팅, 첨가제 활용, 중간층 도입 등을 활용하는 연구들이 진행 되고 있다. 또한, 폴리아마이드 이외에 새로운 화학 구조를 갖는 소재들도 활용되고 있다. 본 총설에서는 Li 염호로부터 Li을 선택적으로 회수하기 위한 NF 분리막의 구조 및 특성과 최근 연구 현황에 대해 소개하고자 한다.

Covalent organic framework (COF) membranes have emerged as promising candidates for hydrogen purification due to their tunable pore sizes and robust structures. However, achieving high selectivity and permeability simultaneously remains a challenge due to the inherent pore size distribution of COF materials. In this study, we fabricated two distinct COF membranes, TpPa-1 and TpTGCl, with pore sizes of 1.8 nm and 0.39 nm, respectively, using tailored synthesis methods. The TpTGCl membrane, synthesized via room temperature interfacial polymerization and vacuum-assisted filtration, exhibits an ultrathin nanosheet structure with an interlayer π–π stacking distance of 0.33 nm. This unique architecture, combined with its affinity for CO2 adsorption, enables exceptional hydrogen separation performance, achieving a H2/ CO2 selectivity of 52.5 and a H2 permeability of 3.49 × 10– 7 mol m− 2 s− 1 Pa− 1. Molecular dynamics simulations confirmed the steric hindrance effect as the primary mechanism for the selective permeation of hydrogen. The TpTGCl membrane effectively sieves larger gas molecules ( CO2, N2, CH4, etc.) without the need for material modification or excessive membrane thickness. This study demonstrates the potential of COF membranes with tailored pore sizes for high-performance hydrogen purification and offers valuable insights for the development of advanced separation technologies.