Abstract
In the present study, superflux nickel capillary supports for gas and vapor separation membranes were prepared by a combined process of NIPS and sintering. Nickel capillary precursors were prepared by NIPS process from PSf-Ni-DMAC-PEG400 dope solution and was sintered at various temperatures in $H_2$ atmosphere to reliably produce Ni capillary support. The optimized Ni capillary support has an outer and inner diameters of 722 and $550{\mu}m$, and its thickness was $94{\mu}m$. It has 3-dimensional pore channel network and its porosity and mean pore diameter was 26% and $4{\mu}m$, respectively. Also, its mechanical strength was tested in tensile mode: its fracture load was 2.84 kgf and the fracture elongation was 13%. Finally, its single gas permeance was measured: He, $N_2$, $O_2$, and $CO_2$ permeance was 432,327, 281,119, 264,259, and 193,143 GPU, respectively. The superflux behavior could be explained from viscous flow through the macropores having a diameter of $4{\mu}m$ and narrow thickness. It could be concluded that the superflux behavior of the Ni capillary support was from the 3-D pore channel network and the small thickness.
본 연구에서는 비용매 유도 상분리와 소결 공정을 혼용하여 기체 및 액체에 대하여 슈퍼플럭스 거동을 보이는 니켈 모세관 지지체를 성공적으로 제조하였다. 니켈 모세관 전구체는 니켈, 폴리술폰, DMAC, PEG를 이용하여 도프용액을 제조한 후 NIPS 공정에 의하여 제조된 후에, 다양한 소결온도에서 수소 분위기 조건에서 소결하여 니켈 모세관 지지체를 제조하였다. 최적의 니켈 모세관 지지체는 $950^{\circ}C$ 소결온도에서 얻어졌는데 외경 $722{\mu}m$, 내경 $550{\mu}m$, 두께 $94{\mu}m$이었다. 니켈 모세관 지지체 기공율은 26%, 평균 기공경은 $4{\mu}m$이었으며 3차원으로 서로 연결된 기공구조를 갖고 있었다. 그리고 파괴하중은 2.84 kgf, 파괴 연신율은 13%이었다. 니켈 모세관 지지체의 He, $N_2$, $O_2$, $CO_2$에 대한 단일 기체 투과도는 상온에서 각각 432,327, 281,119, 264,259, 193,143 GPU로 슈퍼플럭스 거동을 보였다. 이는 3차원적으로 서로 연결된 $4{\mu}m$ 크기 마크로기공을 통하여 viscous flow가 일어났기 때문에 나타나는 현상으로 설명되었다.
