• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1994년도 심포지움시리즈 Jan-94 기체분리막 기술 및 응용
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• pp.113-129
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• 1994

수소는 여러 기체중에서 분자의 크기가 가장 작고, 막에 의한 분리가 쉬워 기체 막분리 공정 중에서 제일 먼저 개발 상업화 되었다. 기체분리막의 발전 역사를 살펴보면 1965년 Du Pont 사가 polyethyleneterephthalate(PET) 중공사 기체분리 장치를 만든 것이 최초이다. 그러나 이 장치는 시판되지 않았다. 1979년 Monsanto사가 다공성 polysulfone 중공사에 polyimethylsiloxane계 고분자를 박막형태로 도포한 복합막을 개발하여 이것을 이용한 공업적 규모의 수소분리장치(Prism separator) 를 개발하였는데 이 장치가 널리 퍼지게 되었다. 이 분리막은 현재 석유화학 및 석유정제공업 플랜트 폐가스로부터 수소회수, Oxo합성 기체중의 CO/H$_{2}$ 몰비 조절등의 분야에서 사용되고 있다. 본 논문에서는 수소 분리 회수용 고분자기체막을 중심으로 분자설계, 공정현화 및 최근 연구동향 등을 살펴보고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.156-157
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• 2014

수소 분리막은 수소 분리층과 지지체로 구분되며, 수소 분리막의 수소 투과 및 선택도는 지지체의 표면조도, 평탄도 및 거대기공 크기에 크게 의존한다. 본 연구에서는 표면연마 및 $ZrO_2$ 파우더 매립을 사용한 표면처리 공정을 통해 다 공성 스테인레스 강 지지체의 표면조도 및 평탄도와 거대기공을 제어함으로써 균일하고 치밀한 분리층을 형성 할 수 있었으며, 상용화 공정($350^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$, 1bar(${\Delta}P$))에서 무한대의 수소 선택도와 $17.5ml/min{\cdot}cm^2{\cdot}atm$의 수소 투과도를 얻을 수 있었다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1994년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.19-20
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• 1994

막(Membrane)을 이용한 기체분리는 막층 네에서의 기체분자의 투과성의 차이를 이용하여 기체분리를 행하는 것으로 공기중 산소의 분리 (산소부화막 이라고도 한다), 수성가스중의 수소의 농축분리, 탄화수소가스중 이산화탄소의 분리, 그 외에 산업폐가스 (황화수소, 일산화탄소, 아황산가스 등)의 분리등이 있다. 이 중 산소부화막은 의료용 산소공급장치나 산업용 용광로의 연소효율 증진에 효과적으로 이용될 수 있으며 산업폐가스이 분리공정은 환경공학적 측면에서 활용이 가능하다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.433-438
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• 1998

수소와 물 사이의 촉매교환공정은 중수 생산 및 삼중수소 분리를 위해 개발되어 왔다. 국산 소수성 촉매를 이용하여 새로운 튜브형 촉매탑을 고안하고, 수소와 물 사이의 수소 동위원소 분리를 실증하는 실험을 수행하였다. 국산 소수성 측매는 Styrene Divinyl Benzene Copolymer 담체에 백금을 담지한 촉매로써, 모양은 실린더형이며, 직경이 4mm이다. 촉매 작용을 하지 않는 충전물은 wire mesh ring(3mmx3mm)이고, 튜브는 PCI사 membrane(PVDF)이다. 촉매합의 직경은 2.5cm, 높이는 35cm였고, 온도는 333k, 압력은 0.1MPa였다. 기상 촉매반응만 시켰을 때 촉매탑이 정상상태에 도달되는데 약 3-5시간이 필요했으며, 액체 흐름이 있는 경우가 훨씬 짧았다. 촉매탑의 분리성능을 평가하기 위해 수소 동위원소 분리실험에서 얻은 기체 농도를 이용하여 물질전달계수(Kya)를 계산하였다. Kya는 0.2-0.5 sec$^{-1}$였으며, 액체와 기체 유속에 의해 크게 영향을 받았다.

• 멤브레인
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• 제21권4호
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• pp.345-350
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• 2011

보론이 도프된 바나듐 합금 분리막은 아직까지 연구된 적이 없다. 본 연구에서는 팔라듐이 코팅된 새로운 $V_{99.8}B_{0.2}$ 조성의 합금 분리막을 합성하여 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 대하여 연구를 수행하였다. 순수 수소, 수소와 이산화탄소의 혼합가스를 $400^{\circ}C$, 절대압력 1.0~3.0 bar에서 공급하여 수소 투과 특성을 알아보았다. 순수 수소를 공급하여 측정한 결과 0.5 mm 두께의 분리막은 최대 $48.5mL/min/cm^2$의 투과량을 보였다. 본 연구 결과는 수성가스 전이반응(WGS)에서 생성된 수소를 분리할 수 있는 비 팔라듐계 수소 분리막의 합성에 새로운 방향을 제시하고 있다.

• 공업화학
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• 제9권1호
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• pp.121-128
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• 1998

삼중수소를 함유하는 수소동위원소 시설의 운용이나 취급 또는 핵융합소재의 관리기술분야에서는 기체크로마토그래피 분리법이 중요한 분석 및 농축기술중의 하나로 활용되고 있다. 수소, 중수소 및 삼중수소의 수소동위원소 혼합기체시료를 상용 기체크로마토그래피를 사용하여 분리하였다. 기체시료는 특별히 제작된 진공-시료주입장치를 통해 액체질소온도의 분위기로 유지된 분리컬럼을 통과하는 비활성 캐리어 기체의 흐름을 주입하였다. 10% 함량의 염화망간으로 부분-비활성화한 산화알루미늄 고정상에서 수소동위원소들이 완전히 분리됨을 확인할 수 있었다. 그리고 이성질체피크의 억제와 분리 용리시간이 단축되어 실제 수소동위원소의 분리 및 농축기술에 유용하게 적용할 수 있는 비교적 우수한 분리조건을 얻었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.745-748
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• 2009

수소는 지구상에 풍부하게 존재하는 원소로 최근 수소경제시대에 대한 기대와 함께 청정 에너지 carrier로 주목받고 있다. 본 연구에서는 고순도 수소 생산을 위해 water gas shift (WGS) 반응과 $CO_2$의 분리를 하나의 unit operation의 형태로 수행하는 신개념의 thermal swing sorption enhanced reaction (TSSER) 공정의 타당성을 테스트하는데 목적을 두고 있다. Le Chatelier 원리를 기본으로 하는 흡착분리 동시 반응 (sorption enhanced reaction, SER)에서는 수소생산 반응의 열역학적 한계를 극복할 수 있고 정반응의 속도를 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 $K_2CO_3$가 첨가된 hydrotalcite에 대한 고온에서의 $CO_2$ 화학흡착 평형 및 거동 데이터를 실험을 통하여 측정하였다. 또한 WGS 상용촉매와 화학 흡착제를 이용하여 흡착분리 동시 반응을 실험과 수치해석 시뮬레이션으로 수행하였고, 연구결과로부터 연료전지에 사용할 수 있는 고순도의 수소 (~10 ppm CO)를 직접 생산할 수 있으며, 동시에 고압상태의 $CO_2$를 고순도로 포집할 수 있음을 확인할 수 있었다. 고압, 고순도의 $CO_2$ 포집은 이후 $CO_2$ 저장에 용이하게 이용되어 온실가스 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술논문집
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• pp.222-222
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• 2004

가압 중수로형 원자력발전소에서는 중수 중의 중수소와 중성자의 반응에 의하여 수소동위원소인 삼중수소(트리튬)가 불가피하게 생성되는데 발전소의 가동 년수가 증가함에 따라 계통내 중수중의 삼중수소 농도도 증가하게 된다. 따라서 계통내 삼중수소화 중수로부터 삼중수소를 분리하여, 중수는 원자로로 순환하고 분리된 삼중수소는 별도로 저장할 필요가 있다. 이 과정에서 분리$\cdot$농축된 삼중수소는 방사성 물질일 뿐만 아니라 앞으로 핵융합 연구에 매우 중요하게 이용되어야 할 자원이기 때문에 이를 안전하게 저장하기 위한 기술(저장기술)과 경우에 따라 지정된 장소로 운반하기 위한 기술(운반기술)이 필요하다.(중략)

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.148-154
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• 2011

금속-세라믹 복합 분리막은 특히 석탄가스화 공정이나 메탄 개질에서 발생되는 혼합가스로부터 수소를 분리하기 위해 개발되어졌다. 수소투과 금속인 팔라듐과 세라믹 지지체로 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 이용하여 cermet 수소분리막을 제조하였다. 이렇게 제조된 분리막은 팔라듐의 연속상이 잘 발달된 치밀 구조를 보였다. Pd/YSZ 분리막의 수소 투과량은 100% 수소를 흘려 0.5~2 atm에서 측정되었다. 수소 투과량은 $450^{\circ}C$, 2 atm에서 0.333 mL/$min{\cdot}cm^2$를 보였다. 수소 투과 후 분리막의 표면과 단면에서 균열이 형성되었다.

• 멤브레인
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• 제21권3호
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• pp.290-298
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• 2011

팔라듐이 코팅된 $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ 합금 분리막을 통해 수소 투과시 혼합가스의 영향에 대해 알아보았다. 순수 수소, 수소, 이산화탄소 및 일산화탄소의 혼합가스를 공급가스로 주입할 때, $450^{\circ}C$, 1-3 bar의 압력에서 팔라듐이 코팅된 $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ 합금 분리막의 수소 투과 실험을 수행하였다. 수소만을 공급한 투과 실험에서 팔라듐 코팅된 $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ 합금 분리막(두께: 0.5 mm)의 수소 투과량은 3 bar, $450^{\circ}C$ 조건에서 $5.36mL/min/cm^2$였다. 또한 수소/이산화탄소, 수소/일산화탄소 및 수소/이산화탄소/일산화탄소를 공급한 투과실험에서 $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ 합금 분리막의 수소 투과량은 각각 4.46, 5.20, $3.91mL/min/cm^2$였다. 따라서, 수소/이산화탄소, 수소/일산화탄소 및 수소/이산화탄소/일산화탄소 혼합가스를 각각 공급할 때 투과량은 온도와 압력에 상관없이 수소 분압 감소만큼 감소하였고 모든 경우 Sievert 법칙을 잘 만족시켰다. 투과 후 분리막의 XRD 결과로부터 $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ 합금 분리막은 여러 혼합가스에 대해 안정성과 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.