본 연구에서는 Poly(ethylene oxide) (PEO)/Ag Nanoparticles (NPs)/7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane (TCNQ) 분리막 시스템을 제조하여 기존의 PEO/Ag NPs/p-Benzoquinone (p-BQ) 복합체 분리막보다 더 향상된 성능을 보이는 고투과성올레핀 촉진수송 나노복합체 분리막을 얻고자 하였다. 고분자 지지체 PEO와 은 나노 입자 전구체 $AgBF_4$는 1 대 0.4 몰비로 고정하고 전자 수용체인 TCNQ 함량은 다양하게 조절하였으며 1/0.4/0.004 몰비에서 가장 높은 올레핀 분리막 성능을 확인하였다. 따라서 이 비율에서 long-term test를 진행하였고 초반에는 투과도 약 23 GPU, 선택도 약 6 (프로필렌/프로판)의 수치를 보였으나 32시간 만에 투과도는 약 6 GPU, 선택도는 약 2 (프로필렌/프로판)로 감소하는 것을 확인하였다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]에 LDH (layered double hydroxide)의 함량을 0, 1, 3, 5 wt%로 달리하여 PTMSP/LDH 복합막을 제조하고, PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량에 따른 $H_2$, $N_2$, $CH_4$, $C_3H_8$, $n-C_4H_{10}$의 기체투과도와 선택도를 조사하였다. PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량이 0~5 wt%로 증가하면 $H_2$와 $N_2$의 투과도는 점차 감소하였고, $n-C_4H_{10}$의 투과도는 급격히 증가하였다. 그리고 $CH_4$와 $C_3H_8$의 투과도는 0~3 wt% 범위에서는 감소하고 3~5 wt% 범위에서는 증가하였다. PTMSP/LDH 복합막의 LDH 함량이 5 wt%로 증가하면 $H_2$와 $N_2$에 대한 $H_2$, $N_2$, $CH_4$, $C_3H_8$, $n-C_4H_{10}$의 선택도는 점차 증가하였고, $CH_4$에 대한 $C_3H_8$과 $n-C_4H_{10}$의 선택도는 0~3 wt% 범위에서는 증가하고, 3~5 wt% 범위에서는 감소하였다. PTMSP/LDH 복합막의 $CH_4$과 $n-C_4H_{10}$의 투과도가 증가하면 $H_2$와 $N_2$에 대한 $CH_4$과 $n-C_4H_{10}$의 선택도는 증가하였고, $n-C_4H_{10}$의 투과도가 증가하면 $CH_4$에 대한 $n-C_4H_{10}$의 선택도는 $n-C_4H_{10}$의 투과도 182,000 barrer까지는 증가하다가 그 이상에서는 감소하였다. $C_3H_8$의 투과도가 증가하면 $H_2$와 $N_2$에 대한 $C_3H_8$의 선택도는 $C_3H_8$의 투과도 46,000~50,000 barrer 범위에서는 감소하고 50,000~52,300 barrer 범위에서 증가하였고 52,300~60,000 barrer 범위에서는 감소하였다. 그리고 $C_3H_8$의 투과도가 증가하면 $CH_4$에 대한 $C_3H_8$의 선택도는 52,300 barrer까지는 급격히 감소하였고, 그 이상에서는 급격히 증가하였다.

소수성의 폴리에틸렌 다공성막 표면에 오염물질이 흡착됨으로써 발생되는 파울링 현상으로 인한 투과도 감소 문제를 해결하고자 함산소불소화법을 이용하여 막 표면을 친수화 하였다. 함산소불소화 처리 후 접촉각은 $93^{\circ}$에서 $50^{\circ}$까지 감소하였고, 수투과량은 60% 이상 증가하였다. 또한, 모델오염물질 Albumin (form bovine serum, BSA), Humic acid sodium salt (HA), Alginic acid sodium salt (SA) 100 ppm의 수용액을 이용하여 투과도 평가 실험을 수행한 결과 막이 친수화 됨에 따라 오염물질이 흡착되는 정도가 감소하여 투과도가 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 특히 SA에 대해서는 파울링 개선효과가 크게 나타나 처리하지 않은 PE막에 비해 투과도가 두 배 이상 향상된 값을 나타내었다.

무정형의 괴상의 다공성 borosilicate는 trimethylborate (TMB)/ tetraethylorthosilicate (TEOS) 몰비 0.01~0.10 겔체를 $700{\sim}800^{\circ}C$ 온도범위에서 열처리 하였을 때 얻어졌다. BET와 SEM 관찰에 의하면 $700{\sim}800^{\circ}C$에서 얻어진 borosilicate의 표면적은 $251.12{\sim}355.62m^2/g$이고, 기공직경은 3.5~4.9 nm이며, 입자크기는 30~60 nm이었다. TGA측정에 의하면 borosilicate가 poly[1-(trimethylsilyl)propyne](PTMSP)에 첨가되었을 때 PTMSP-borosilicate 복합막의 열적 안정성은 향상 되었다. SEM관찰에 의하면 borosilicate는 $1{\mu}m$ 크기로 복합막 내에 분산되어 있었다. 기체투과실험에 의하면 PTMSP에 borosilicate 함량이 증가하면 자유부피, 공동, 기공률이 증가하여 기체투과가 용해확산에 의한 것보다 분자체거름, 표면확산, Knudsen 확산에 의해 일어나는 경우가 점차 증가함으로 해서 $H_2$와 $N_2$의 투과도는 증가하고 선택도($H_2/N_2$)는 감소하였다.

올레핀/파라핀 분리 기술로 silver nanoparticles(AgNPs)를 운반체로 사용하여 보다 효과적으로 올레핀을 분리하는 고성능 올레핀 촉진수송 분리막을 제조하고자 하였다. 기존에 성능이 밝혀진 PVP/AgNPs/TCNQ 나노복합체 막에 추가적으로 할로겐 물질을 첨가하여 AgNPs의 표면을 더 양극화시킴으로써 성능을 향상시키고자 하였다. 제조한 용액을 TEM과 EDS로 분석해서 AgNPs의 형성과 iodine의 존재를 확인하였다. Propylene/propane 혼합기체의 분리 성능 실험을 통해 기존 PVP/AgNPs/TCNQ 나노복합체 분리막과 기체 분리 성능을 비교하였고, long-term stability 실험을 통해 분리막의 안정성을 조사하였다.

폴리에스터(polyester) 부직포 상에 폴리술폰(polysulfone) 고분자 지지체를 만든 후, 그 표면에 폴리아미드 복합 박막을 형성시킴으로써 정삼투(FO) 공정에 적합한 분리막을 제조하였다. PSF 지지체는 19 중량%의 함량으로 디메틸 포름아미드(DMF)에 균일하게 용해된 폴리술폰 용액을 상 전이 공정을 통하여 제조되었으며, 기계적 보강재로 $100{\mu}m$의 두께를 가지는 폴리에스터 부직포를 사용하였다. 19 중량%의 PSF/DMF 용액으로 제조된 PSF 지지층은 sponge-like구조를 가지는 비대칭 내부 구조를 나타내었다. 정삼투(FO) 공정에서 내부의 농도 분극을 줄이기 위하여, $20{\mu}m$의 얇은 부직포 보강층을 가지는 지지체 상에 9~19 중량%의 PSF/DMF 용액으로 PSF 지지체를 제조하였다. 이들 얇은 부직포 보강층에서 제조된 지지층들은 공극률이 향상된 sponge-like구조를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 각각의 지지층들 표면에 방향족 폴리아미드 가교 반응을 통하여 복합 박막을 얻을 수 있었다. FO 운전 결과, 12 중량%의 DMF/PSF 용액으로 제조한 지지체를 가지는 복합 박막이 가장 우수한 투과 성능을 보여 주었다. 이 경우 4.5 LMH의 유량과 3.47 GMH의 염의 역확산 속도를 가지는 역삼투 분리막에 사용되는 두꺼운 부직포에 비해 약 2.5배 유량이 많은 24.3 LMH의 유량과 1.5 GMH의 염의 역확산 속도를 보여주고 있다. 부직포의 두께 저하와 이에 적합한 PSF 캐스팅 용액의 최적화를 통하여 부직포와 PSF층의 경계면 공극률을 향상시킬 수 있었다.

폴리스티렌계 음이온교환막은 제조가 쉽고 공정이 간단한 장점을 갖고 있으나 막의 취성이 높아 내구성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하여 유연하고 우수한 내구성을 갖는 막을 만들기 위해 acrylonitrile-butadiene rubber를 첨가제로 사용하여 음이온교환막을 제조하였다. 다양한 조성의 vinylbenzylchloride와 styrene, divinylbenzene, acrylonitrile-butadiene rubber 그리고 benzoyl peroxide로 이루어진 단량체 용액을 지지체인 직물 형태의 지지체인 poly(propylene)위에 캐스팅 후 열중합 가교시킨 다음 trimethylamine과 acetone을 이용하여 음이온 교환기($-N+(CH_3)_3$)를 함유하는 복합막을 제조하였다. 음이온 교환막 제조시 첨가제의 함량에 따른 막의 성능을 평가하여 최적화 비율을 찾고, 단량체의 함량을 변화하여 함수율, 이온교환용량(IEC) 및 전기저항 값을 측정하였다. 그 결과 최적화 비율로 제조된 막들은 아스톰사의 상용화 음이온 교환막(AMX)보다 높은 IEC와 낮은 전기저항 값을 나타내는 동시에 유연성과 내구성이 우수한 막이 만들어진 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 거대고리 금속 이온 착화합물과 유도체를 이용하여 미세 다공성 구조를 가지는 분리막의 제조에 관한 것이다. 고분자와 금속이온 리간드 착물 시스템을 이용함으로써 기존의 방법들에 비해 상 전이 과정을 보다 정교하게 제어할 수 있었다. 금속염, cyclohexanedione dioxime, hydroxyphenylboronic acid와의 축합 반응을 통하여 금속 clathrochelate 착물을 얻을 수 있었다. PES, PVP, BE와 금속 clathrochelate 착물을 DMF에 녹인 후 비용매 유도 상 전이법을 통하여 유무기 혼성고분자막을 제조하였다. 제조된 분리막의 구조는 FE-SEM과 microflow permporometer로 조사하였다. p-Hydroxyphenyl group을 가지는 Fe(II) clathrochelate 착물의 첨가는 분리막의 구조에 있어 기공 크기 분산도를 좁혀주고, 표면의 기공 밀도를 높여 주었으며 최대 기공 크기를 감소시킴을 볼 수 있었다.

FASs로 표면 개질한 소수성 막을 이용하여 수용액으로부터 에스테르 성분을 분리/농축 가능성을 알기 위하여, FASs (Fluoloalkyl-silanes-coupling agent)의 용해도 파라미터를 구하여 에스테르와 물의 용해도 파라미터와 비교하였다. FASs의 용해도 파라미터는 ${\delta}_t=16.9$이었으며, 에스테르(ethyl acetate ${\delta}_t=18.1$, propyl acetate ${\delta}_t=18.0$, ethyl propionate ${\delta}_t=17.9$, butyl acetate ${\delta}_t=17.4$, ethyl butyrate ${\delta}_t=17.0$)의 용해도 파라미터와 비슷하였다. 그러나, 물의 용해도 파라미터는 ${\delta}_t=47.8$이었으며, FASs의 용해도 파라미터(${\delta}_t=16.9$)와는 큰 차이를 나타내었다. 이것은 FASs로 표면 개질한 소수성 막이 물 보다는 에스테르 성분에 매우 큰 친화도를 나타내는 것을 의미한다. FASs로 표면개질한 알루미나 막을 통한 이들 에스테르 성분들의 투과플럭스에 대한 실험치는 용해도 파라미터에 의해 예측한 투과플럭스 크기의 순서와 거의 동일하였으며, 용해도 파라미터에 의한 투과플럭스 예측은 천연 향의 수용액으로부터 향의 주성분인 에스테르 성분을 분리/농축하는 데 적용할 수 있음을 보여준다.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]에 TEOS (tetraethoxysilane), TMOS (tetramethoxysilane), MTMOS(methyltrimethoxysilane), 그리고 PTMOS (phenyltrimethoxysilane)의 함량을 0, 15, 20, 30 wt%로 달리하여 졸-겔법을 이용하여 PTMSP-silica 복합막을 제조하였다. PTMSP-silica 복합막의 알콕시실란 함량에 따른 $H_2$, $N_2$의 기체투과도와 $N_2$에 대한 $H_2$의 이상 선택도를 조사하였다. $H_2$와 $N_2$의 투과도는 알콕시실란 함량이 0~20 wt% 범위에서는 증가하다가 알콕시실란 함량이 20~30 wt% 범위에서는 감소하였다. $N_2$에 대한 $H_2$의 이상 선택도는 TEOS와 PTMOS의 함량이 0~15 wt% 범위에서는 감소하였으며, 15~30 wt% 범위에서는 다시 증가하였다. Robeson upper bound와 비교할 때, PTMSP-silica 복합막은 TEOS 함량이 30 wt%, MTMOS 함량이 20 wt% 그리고 PTMOS 함량이 30 wt%에서 투과도와 이상 선택도가 동시에 향상된 것으로 나타났다.