본 연구에서는 소수성 PTFE (Polytetrafluoroethylene) 분리막의 산소동위원소 분리특성을 확인하기 위해 물의 온도에 따른 수증기의 막 투과특성을 Air Cap Membrane Distillation (AGMD)과 Vacuum Enhanced Membrane Distillation (VEMD) 방법을 이용하여 각각 측정하였다. 투과된 수증기는 트랩에서 수거하여 투과플럭스 (permeation flux)를 측정하였고$ H_2^{16}O$와 $H_2^{18}O$의 성분비는 다이오드 레이저 흡수분광법을 이용하여 측정하였다. 분리막을 투과한 수증기에서 무거운 산소동위원소의 성분비가 감소함을 확인하였고 분리계수는 실험 조건에 따라 1.004~1.01로 측정되었다. 또한 분리막의 기공에 있는 공기가 산소동위원소의 분리에 미치는 영향을 확인하였고 기공내 공기가 없을 때 동위원소 분리계수가 증가함을 관찰하였다.
플라스마 고분자막을 통한 일반기체들(He, $H_2,\;CO_2,\;O_2,\;N_2,\;CH_4$등)의 투과특성을 조사하였으며 IR 분석을 통하여 플라즈마 고분자의 화학적 구조를 살펴 보았다. 플라즈마 고분자막은 불소를 함유한 방향족 화합물의 플라즈마 중합에 의하여 제조하였으며 이 막을 통한 기체투과실험은 $35^{\circ}C$, 1기압에서 행하였다. 이 막들의 투과계수는 투과기체의 분자 크기가 커질수록 감소하는 경향을 나타내었다. 플라즈마 고분자의 $O_2/N_2$ 선택투과도는 상용고분자보다 약간 낮았으나 $CO_2/CH_4$ 선택투과도는 상용고분자보다 매우 높은 것으로 나타났다. FT-IR 분석을 통하여 플라즈마 고분자는 방향족과 지방족 구조를 모두 포함한 구조를 이루고 있다는 것을 알 수 있었다.
얇은 도체 평판에 소형 리지 원형 개구, H-형태 개구, U-형태 개구, 예루살렘 십자형 개구와 같은 다양한 투과 공진 개구에 대하여 개구 모양에 무관하게 투과 단면적은 해석적으로 $2G{\lambda}^2/4{\pi}$로 주어지게 된다. 이러한 표현식에 대해 MOM 방법을 사용하여 계산한 결과와 비교하여 일치함을 확인하였다. 또한 두꺼운 도체 평판 내에 투과 공진기 구조에 대해 투과 단면적을 연구했으며, 투과 효율 관점에서 이들 두 소형 개구 구조 간에 동등함을 보였다.
Ethanol을 주로 생산하는 균주인 Z. mobilis의 cell wall 투과성을 높인 후 고정화하여 sorbitol 생산에 이용 하였다. 그러나, toluene으로 투과성을 높은 cell은 oxidoreductase의 유출, 손실로 인하여 sorbitol conversion efficency가 급격히 저하되었다. 따라서, 이와같은 enzymcd의 유출을 방지 하기 위하여, 투과성을 향상시킨 cell을 0.25% glutaraldehyd로 처리한 후 alginate와 chitin에 고정화하여 회석율 $0.2h^{-1}$에서 연속배양을 한 결과 210시간동안 효소활성도의 저하는 거의 일어나지 않았다. 이와같은 연속배양에서 얻어진 sorbitol productivity는 3.5g / l-h로 측정 되었다.
본 연구에서는 PTMSP[poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]의 기체투과에 대한 선택도와 열적 안정성, 시간에 따른 노화현상으로 인한 투과특성의 감소를 개선하기 위해서 PTMSP/PDMS[poly(dimethylsioxane)] graft copolymer에 zeolite를 삽입하여 PTMSP/PDMS-NaY zeolite 복합막과 PTMSP/PDMS-NaA zeolite 복합막을 제조하였다. 물리 화학적 특성을 FT-IR, $^1H$-NMR, TGA, SEM, GPC을 사용하여 조사하였고, $H_2$와 $N_2$ 기체에 대한 투과도와 선택도 성질을 고찰하였다. PTMSP/PDMS-NaY zeolite 복합막과 PTMSP/PDMS-NaA zeolite 복합막 $H_2$와 $N_2$ 투과도는 PTMSP/PDMS graft copolymer 단일막보다 증가하였고, zeolite 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 반면에 선택도($H_2/N_2$)는 zeolite 함량이 증가함에 따라 감소하였다. PTMSP/PDMS-NaA zeolite 복합막은 PTMSP/PDMS-NaY zeolite 복합막보다 높은 투과도와 선택도를 보였다.
PEBAX[poly(ether-block-amide)에 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework)의 함량을 0, 1, 3, 7, 10, 20 wt%으로 하여 PEBAX-ZIF 복합막을 제조하였다. 기체투과 실험은 압력 $6kgf/cm^2$ 하에서 25, 35, $40^{\circ}C$로 온도를 달리하여 진행되었고, PEBAX-ZIF 복합막의 ZIF-8 함량 변화에 따른 $C_3H_6$과 $C_3H_8$의 기체투과도와 선택도($C_3H_6/C_3H_8$)를 조사하였다. $C_3H_6$과 $C_3H_8$의 투과기체에 대해 ZIF-8 함량 0~7 wt% 범위에서는 함량이 증가할수록 기체 투과도가 증가하다가 7~20 wt% 범위에서 함량이 증가하면 감소하는 경향을 보였다. 선택도($C_3H_6/C_3H_8$)는 PEBAX-ZIF 7 wt% 복합막에서 3.6~3.8의 값을 가지며, 가장 낮은 활성화에너지 값을 나타냈다.
본 연구에서는 pH 및 용매조성의 변화에 따라 투과도가 변화하는 고분자막을 제조하고자 다공성 폴리우레탄 대칭막을 상전이법에 의해서 제조하고 다공성 대칭막의 표면에 친수성 고분자를 그라프트시켰다. 다공성 대칭막은 응고조로 DMSO/메탄올을 이용하여 얻을 수 있었다 또한 ceric ammonium nitrate (CAN)를 이용하여 다공성 대칭막 표면에 폴리아크릴아미드를 그라프트시키고, 가수분해하여 폴리아크릴산이 그라프트된 다공성 대칭막을 얻었다. 친수성 고분자가 그라프트된 고분자막을 통한 pH 및 용매조성의 변화에 따른 투과도의 변화를 비타민 $B_2$인 리보플라빈을 이용하여 검토하였다. pH에 따른 투과도의 변화는 폴리아크릴산이 그라프트된 경우 pH가 감소함에 따라 투과도는 증가하였으며 또한 용매조성에 따른 투과도의 변화는 비용매에 대한 용매의 양이 증가함에 따라서 증가하였다.
Polysulfone막의 효율을 향상시키기 위하여 막에 브롬화 시킨 후 막의 구조 및 기체투과 특성에 대해 연구하였다. 막의 특성은 FT-IR, 1H-NMR, TGA, Contact angle 등을 사용하여 조사하였고, 브롬화된 막의 기체투과 특성을 알아보기 위해 He, $N_2,\;CO_2,\;O_2$를 사용하였다. 브롬화된 Polysulfane막의 기체투과결과 브롬의 양이 증가할수록 투과도는 감소하고 투과 선택도는 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 그 중 질소는 불소화에 따라서 가장 큰 영향을 받아 투과도가 최고 36%까지 낮아지는 결과를 나타내었으며, 이산화탄소에 대한 질소의 투과선택도는 15% 이상의 매우 향상된 결과를 나타내었다.
무한 도체 평판에 위치한 파장에 비하여 작은 개구의 투과 효율을 향상시키는 방법으로써, 기존에 제안된 H-형태의 공진 개구를 변형하여 공진 주파수를 낮추어 파장 대비 개구의 크기를 소형화하고, 공진 개구의 투과 효율을 향상시켰다. 공진 개구를 등가 회로로 표현하여 계산된 최대 투과 단면적은 시뮬레이션을 통해 계산된 변형된 소형 공진 개구에서의 최대 투과 단면적과 일치함을 보이고, 최대 투과 단면적이 $2D{\lambda}/4{\pi}$의 정량적 수식으로 표현되어 투과 효율을 비교할 수 있다. 본 논문에서 제안한 변형된 공진 개구는 H-형태의 개구와 비교하여 최대 투과 단면적은 $846mm^2$에서 $2,431mm^2$으로 약 2.87배 증가되었으며, 공진 주파수는 5.06 GHz에서 2.92 GHz로 낮아져 개구의 길이 대 파장 비는 0.178에서 0.103으로 소형화되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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