Korean Chemical Engineering Research

The Korean Institute of Chemical Engineers (한국화학공학회)
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Gas Permeation Properties of Carbon Dioxide and Methane for $PEBAX^{TM}$/TEOS Hybrid Membranes

$PEBAX^{TM}$/TEOS 하이브리드 분리막을 통한 이산화탄소와 메탄의 기체투과특성

  • Kim, Hyunjoon (Department of Chemical Engineering, Kyonggi University)
  • 김현준 (경기대학교 화학공학과)
  • Published : 2011.08.01
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Abstract

Poly(ether-block-amide)(PEBA, $PEBAX^{TM}$) resin is a thermoplastic elastomer combining linear chains of hard-rigid polyamide block interspaced soft-flexible polyether block. It was believed that the hard polyamide block provides the mechanical strength and permeation selectivity, whereas gas transport occurs primarily through the soft polyether block. The objective of this work was to investigate the gas permeation properties of carbon dioxide and methane for $PEBAX^{TM}$-1657 membrane and compare with those obtained for other grade of $PEBAX^{TM}$, $PEBAX^{TM}$-2533. And the organic/inorganic hybrid membranes were prepared using $PEBAX^{TM}$ and TEOS(tetraethoxysilane) by sol-gel process, and gas permeation properties were studied. $PEBAX^{TM}$-2533 membrane exhibited higher gas permeability coefficients than $PEBAX^{TM}$-1657 membrane. This was explained by the increase of chain mobility. The permeability coefficients for $PEBAX^{TM}$/TEOS hybrid membranes were higher than pure $PEBAX^{TM}$ membranes. This results were explained by the reduction of crystallinity of polyamide block by the introduction of TEOS. Ideal separation factor of hybrid membranes does not change much. This might be due to the increase of solubility selectivity.

Poly(ether-block-amide)(PEBA, $PEBAX^{TM}$)는 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TCU)로서 hard-rigid amide block과 soft-flexible ether block으로 구성되어 있으며, 분자량과 두 block간의 구성비에 따라 여러 종류가 있다. $PEBAX^{TM}$는 분리막소재로 이용할 경우, $PEBAX^{TM}$의 hard amide block은 우수한 기계적 특성과 선택도를, 그리고 soft ether block은 높은 투과도를 제공할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2종류의 $PEBAX^{TM}$를 사용하여 기체분리막을 제조하고, 종류에 따른 이산화탄소와 메탄의 투과특성 변화를 연구하였다. 또한 순수 $PEBAX^{TM}$ 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 무기전구체로서 TEOS(tetraethoxysilane)를 사용하여 $PEBAX^{TM}$/TEOS 하이브리드막을 제조하고, 그 투과특성을 순수 $PEBAX^{TM}$ 분리막의 결과와 비교하였다. 순수 $PEBAX^{TM}$-1657과 $PEBAX^{TM}$-2533 분리막의 투과도 측정 결과, ether block의 비율이 상대적으로 높은 $PEBAX^{TM}$-2533 분리막의 투과도 계수가 보다 높은 투과도 계수값을 가졌다. 이는 $PEBAX^{TM}$-2533의 경우, 상대적으로 높은 ether block 함량 때문에 고분자 사슬의 유연성이 보다 크기 때문으로 볼 수 있다. $PEBAX^{TM}$/TEOS 하이브리드 분리막의 투과특성을 순수 $PEBAX^{TM}$ 분리막의 결과와 비교할 때, 하이브리드 분리막의 기체 투과도 계수가 보다 높음을 알 수 있다. 이는 TEOS의 축합반응으로 생성된 silica domain에 의해 결정성이 감소하고 또한 이산화탄소와 silanol group과의 친화도(affinity) 증가에 따른 용해도가 증가하기 때문으로 볼 수 있다. 하이브리드 분리막의 투과도 계수 증가에도 불구하고 이상분리인자는 거의 비슷하거나 약간 감소하였음을 알 수 있다. 이는 이산화탄소와 silanol group의 친화도 증가로 인한 용해선택도의 증가에 기인한 것으로 볼 수 있다.

Keywords

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