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.

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.

본 연구에서는 고분자 점도 조절제를 첨가하여 졸-겔법 기반 알루미나 나노여과막을 단일 공정으로 제조하고, 코 팅층의 구조 및 성능을 제어하는 방법을 제시하였다. Hydroxypropyl cellulose (HPC, Mw ~80000) 고분자를 알루미나 졸에 첨가하여 점도를 10 mPa·s에서 최대 4200 mPa·s까지 조절하였으며, 이를 통해 알루미나 중공사 지지체 표면에 균일하고 결 함이 없는 선택층을 형성하였다. HPC 함량이 증가할수록 코팅층 두께가 증가하였으나, 기공 크기 증가에 따라 분리 성능이 저하되었다. 2:1 (졸:HPC 고분자 용액) 혼합비에서 제조된 나노여과막은 두께 3.20 μm의 얇은 선택층을 형성하여 높은 수투 과도(12.9 LMH/bar)와 우수한 제거 성능(PPG 1050 Da 제거율 60%, PEG 1500 Da 제거율 90%, MgCl2 제거율 80%)을 나타 냈다. 반면, 1:2 혼합비에서는 선택층 두께가 10.2 μm로 증가하였으나, 기공 크기가 증가하여 3400 Da MWCO와 64% 염 제 거율을 보였다. HPC 고분자를 활용한 점도 제어는 졸-겔 코팅층의 두께, 기공 구조 및 분리 성능을 효과적으로 조절할 수 있 음을 입증하였다.