분리막 기술은 에너지 효율성과 연속공정 구성의 이점을 지니고 있으나, 소재 자체의 열역학적 선택도 한계로 인 해 유사 물질 간의 정밀 분리에 제약이 있다. 본 총설에서는 entrainer-assisted membrane separation (EMS) 전략을 통해 크기 공비(size-azeotrope) 난제를 공정 기반으로 극복하는 방안을 고찰한다. Ni/Na, Li/Na 등 혼합계 및 이온교환계에서의 실제 적 용 사례를 중심으로 EMS 전략의 작동 원리, 공정 설계의 유연성, 소재 재사용성과 확장 가능성을 정리하였으며, 향후 기술 적용을 위한 과제와 소재–공정 통합 설계 방향을 제안하였다.

본 연구에서는 높은 이산화탄소 투과성과 선택성을 가지는 미세다공성 고분자 PIM-1을 합성하고, 나노미터 수준 에서 두께를 정밀하게 조절할 수 있는 water casting 기법을 적용하여 박막복합막을 제조하였다. 제조된 분리막의 성능을 평 가하기 위해 FTIR-ATR, BET, GPC, XRD, TEM-EDS 등의 분석을 수행하였으며, 기체 투과 시험을 통해 CO2/N2 선택성과 투과도를 측정하였다. 연구 결과, 본 연구에서 제조된 박막복합막은 2700 GPU 이상의 CO2 투과도와 약 25의 CO2/N2 선택도 를 나타내며, 기존의 PIM-1 기반 분리막보다 우수한 성능을 보였다. 이를 통해 water casting 기법을 이용한 PIM-1 기반 분리 막이 경제적이고 효율적인 이산화탄소 분리 기술로 활용될 가능성을 제시하였다.

청정에너지는 원유 사용으로 인한 이산화탄소 배출로 환경오염이 계속 증가하는 이 시기에 필요한 에너지이다. 리튬 이온 배터리는 훌륭한 대안 중 하나이지만 막대한 수요로 인해 오염은 물론 비용이 증가한다. 배터리에서 사용한 리튬 을 재활용하는 것이 상기 문제를 해결하는 가장 좋은 방법이다. 정전 용량 탈이온화 공정(capacitive deionization, CDI)에서 는, 셀을 통과하는 전해질에 존재하는 양이온과 음이온이 전극 물질로 전환되고 전극의 극성이 반대가 됨으로써 탈착된다. 전 극의 특성을 개선하는 것이 리튬 이온 회수를 향상시키는 데 있어 핵심이다. 주요 문제는 리튬 이온의 낮은 탈삽입과 선택성 이다. 망간 산화물과 같은 전이 금속 산화물이 탄소 나노튜브로 코팅될 경우, 리튬 회수 성능이 향상된다. 본 리뷰 논문에서 는 폴리머 기반 전극과 복합 전극에 의한 리튬 회수에 대해 설명하며, 최근 전극 소재의 발전이 CDI 성능 향상에 어떻게 기 여하는지에 대해 초점을 맞춘다. 이러한 발전이 리튬 회수 효율 개선에 어떻게 기여하는지 설명하며, 기존 문헌을 보완하고 확장하는 관점을 제시한다.

다결정성 ZIF-8 분리막의 C3H6/C3H8 kinetic 분리 성능 향상을 목적으로 상대적으로 부피가 큰 2, 4-dimethylimidazole (dmIm)이 ZIF-8 구조 내 2-methylimidazole들을 일부 대체한 혼합 리간드 ZIF-8 유사체 분리막을 이차성장법을 이용 하여 제조하였다. 25°C, 1 bar의 feed 압력에서 C3H6/C3H8 (50/50, V/V) 혼합가스를 대상으로 측정된 분리막의 선택도는 ~180이었으며, 이는 기 보고된 대부분의 다결정성 ZIF-8 분리막들의 선택도보다 높았다. 선택도 향상의 원인인 ZIF-8 구조 내 dmIm 도입으로 인한 기공 입구 크기의 축소를 77 K에서의 질소 등온흡착실험과 Maxwell-Stefan model을 이용하여 C3H6 와 C3H8 막투과도 데이터로부터 계산된 확산계수들을 통해 증명하였다.

PIM-1 (polymer intrinsic microporosity-1)은 뒤틀린 구조에 기인한 높은 기체 투과 특성을 가지고 있기 때문에 기 체 분리막 소재 중 하나로 활발히 연구되어졌다. 높은 기체 투과 특성의 장점에도 불구하고 높지 않은 기체 선택성의 한계점 이 존재함에 따라 본 연구에서는 PIM-1 분리막에 PEG/PPG-CN을 첨가함으로써 CO2의 용해도 증가에 따른 기체 선택도를 높이고 열처리를 진행하여 PIM-1과 PEG/PPG-CN의 사이아노기가 트라이아진으로 전환되는 재배열을 유도하였다. 그 결과 2 wt%의 PEG/PPG-CN이 첨가되고 열처리된 PIM-1 분리막의 성능은 열처리만 된 PIM-1 분리막과 비교하였을 때 단일 및 혼 합 기체 조건에서 더 높은 이산화탄소의 투과도와 선택도를 가지는 것으로 측정되었다. 혼합 기체 조건에서는 단일 기체 조 건에서 보다 높은 이산화탄소 투과도와 선택도를 보이며 실제 기체 분리 공정의 적용 가능성이 높다는 것을 확인하였으며 트 라이아진의 가교에 의하여 기체 분리막이 가소화 저항성(anti-plasticization)을 가지는 것으로 확인되었다.