• 멤브레인
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• 제28권4호
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• pp.243-251
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• 2018

메탄은 중요한 온실가스 중의 하나이며, 바이오가스의 주 성분이다. 이러한 바이오가스로부터 메탄의 몰분율 농도를 0.95 이상으로 회수하기 위하여 폴리설폰 중공사 분리막 모듈을 3단으로 연결하여 회수율을 99% 이상으로 얻을 수 있도록 공정을 설계하고 전산 모사하였다. 수치 해석 시 이산화탄소 투과도와 선택도를 이산화탄소의 부분증기압 함수로 나타내어 전산 모사를 수행하여 정확도를 높이고자 하였다. 공급 기체 압력, 공급 기체 내 메탄 농도, 그리고 분리막 모듈 내 분리막 면적이 클수록, 생성물 내 메탄 몰분율 농도가 증가함을 알 수 있었다. 그러나 생성물 내 메탄 몰분율 농도를 0.95 이상, 동시에 메탄 회수율을 99% 이상 얻기 위해서는 분리막 모듈의 분리막 면적을 적절히 선택하여야 하며, 선정된 분리막 모듈을 다단 공정으로 구성함에도 불구하고 공급 기체 압력, 공급 기체 유속, 그리고 공급 기체 메탄 농도를 제한적 범위 내에서 조절하여야 함을 알 수 있었다.

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• 제19권3호
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• pp.237-243
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• 2009

본 연구는 polyimide (Pl)막에 2,2'-bis(3,4-carboxylphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA)과 4,4'-dia-minodiphenylmethane (DAM)을 이용하여 폴리이미드 막을 중합반응을 통해 합성하였고, 합성된 Pl막을 5분에서 20분까지 설폰화 반응을 통해 막에 설폰산기를 도입하였다. 개질된 막에 대한 기체 투과도와 분리요인을 단일 기체인 $N_2$, $O_2$, $CO_2$에 대해 조사하였다. 설폰화 반응을 진행한 모든 범위의 시간에서 bulky한 그룹의 $-{SO_3}H$의 도입으로 인하여 확산도와 용해도는 모두 감소되었다. 설폰화 반응 시간이 20분 경과하였을 때, $N_2$ 가스의 확산도와 용해도는 각각 21%와 26%까지 감소하였다. 결과적으로 설폰화 반응이 20분이 지났을 때 $O_2/N_2$와 $CO_2/N_2$의 분리 효율은 증가하는 것을 알 수 있었다.

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• 제26권5호
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• pp.365-371
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• 2016

메탄을 순도 95% 이상으로 분리, 회수하기 위하여 메탄에 대한 분리특성이 우수한 폴리설폰 중공사 분리막 모듈을 2단으로 연결하고 재순환 흐름을 이용하여 회수율을 90% 이상으로 유지할 수 있도록 공정을 설계하였다. 이렇게 설계된 2단 공정을 통한 메탄 분리 거동 특성을 이론적으로 예측하기 위하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용하여 수치 해석하였다. 개발한 프로그램을 사용하여 수치 해석을 수행한 결과 공정 변수에 따라 최종 메탄의 농도 변화에 미치는 영향을 고찰할 수 있었다. 공급 기체 압력과 분리막 길이와 공급측 메탄 농도 증가, 유량이 감소함에 따라 최종 생산물 내 메탄 농도 증가를 관찰할 수 있었으며, 메탄의 회수율은 감소함을 알 수 있었다.

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• 제31권4호
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• pp.268-274
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• 2021

지구 온난화 이슈에서 가장 고질적인 문제 중 하나는 온실가스의 배출이다. 다양한 온실 가스 중 가장 높은 비중을 차지하는 이산화탄소(CO₂)는 이를 분리하기 위해 연구자들이 지속적으로 연구를 진행해오고 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 이산화탄소 기체를 분리하기 위해 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 공중합체를 제조하여 기체 분리막에 활용했다. 공중합체는 자유 라디칼 중합법을 활용했으며, 곁사슬을 위한 단량체로 아크릴산(acrylic acid)를 사용하여 PVA-g-PAA(VAA) 그래프트 공중합체를 제조했다. 본 공중합체를 이산화탄소 기체분리막에 적용한 사례는 최초이며, 폴리설폰 지지체에 복합막 형태로 제조했다. 공중합체 합성 결과는 FT-IR을 통해, 합성한 공중합체 의 거동은 TEM과 DSC, TGA를 통해 분석하였다. AA 그래프팅을 통해 공중합체는 나노 구조를 형성하며, PVA의 결정화도를 급격하게 감소시켜 이산화탄소의 용해도를 증가시켰고, 이는 이산화탄소 기체 분리 성능을 향상시켰다. 이를 통해 이산화탄소 분리막 분야에 용액-확산 및 그래프팅 방법이라는 새로운 접근법을 제시하였다.

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• 제27권6호
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• pp.499-505
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• 2017

인위적인 온실 가스 배출로 인한 자연 재해가 증가하고 있으며 이로 인해 기체 분리막의 개발이 촉진되게 되었다. 이산화탄소($CO_2$)는 지구 온난화의 주요 원인이다. 고유의 유연성을 가지는 유기 고분자 막은 기체 분리막의 좋은 후보군 중 하나이며, 이 중 이산화탄소에 대한 높은 확산도를 가지고 있는 폴리디메틸실록산(PDMS)은 유망한 소재이다. 또한, 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 이산화탄소에 대한 높은 용해도를 가지고 있는 고분자로 기체 분리막에 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 용이한 조건에서 간단한 단일 반응 자유 라디칼 중합에 의하여 다양한 조성의 폴리디메틸실록산-폴리비닐피롤리돈(PDMS-PVP) 빗살 공중합체를 합성하였다. PDMS와 PVP로 합성된 공중합체는 FTIR을 통해 분석하였다. 고분자의 형태학 및 열적 특성은 TEM, TGA 및 DSC를 통하여 분석하였다. PDMS-PVP 빗살 공중합체를 다공성 폴리설폰 지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조했으며, 제조한 복합막의 기체 투과 특성을 분석하였다. 그 결과 이산화탄소의 투과도 및 이산화탄소/질소 선택도가 각각 140.6 GPU 및 12.0에 도달하였다.

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• 제10권3호
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• pp.130-138
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• 2000

건/습식 상전환법을 이용하여 비대칭 polyethersulfone (PES) 기체분리막을 제조하였으며, $CO_2$, $N_2$등의 기체에 대한 투과특성을 조사하였다. 분리막 제조에 있어서 주요 변수인 캐스팅 용액과 증발시간 등이 분리막의 구조에 미치는 영향을 파악하고 투과특성을 조사하여 최적의 제조조건을 확립하였다. 또한 제조된 분리막의 표피층에 존재하는 pin-hole과 같은 결점을 보완하기 위하여 실리콘 수지를 코팅하여 그 투과특성의 변화를 조사하였다. 실리콘 수지 코팅이 결점을 보완하는데 효과적임을 확인하였다. 본 연구에서 분리막 제조에 주로 사용한 캐스팅 용액은 PES, 14-methyl-2-pyrrolidone, 아세톤, 에탄올로 구성되었으며, 응고제로는 증류수를 사용하였다. 캐스팅 용액 중의 PES 함량이 높아질수록, 휘발성 유기용매의 비율이 높아질수록, 증발시간이 길수록, 에탄을 첨가제의 농도가 낮을수록 $CO_2$/$N_2$의 선택도는 높아지고 투과도는 낮아지는 결과를 보였다. 최적의 분리막 제조조건 하에서 얻어진 분리막의 분리성능은 $CO_2$/$N_2$의 선택도가 61이고 $CO_2$의 투과도는 21 GPU인 우수한 결과를 보였다.

• 멤브레인
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• 제10권3호
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• pp.148-154
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• 2000

본 연구에서는 sulfur-succinic acid의 가교제를 이용한 가교된 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol), PVA) 가교막을 이용하여 MTBE-methanol 혼합액에 대하여 조업온도, 가교제의 조성에 따른 증기투과 공정의 투과 특성을 조사 하였다. 팽윤 실험을 통해 PVA/SSA 가교막에 대하여 가교제 조성에 따른 막의 구조와 PVA의 하이드록실기(-OH), SSA의 설폰기(-$SO_3$H)와 용매와의 수소결합의 두 가지 인자가 상호 보완적으로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 투과 특성에 있어 SSA의 설폰기가 중요한 인자로 작용하였다. 예를 들면 7% SSA 막에 대해서는 수소결합의 효과보다는 가교도의 효과가 투과 특성에 중요한 요인으로 작용하며 5% SSA에 대해서는 수소결합의 효과가 중요하게 작용하였다. 증기투과 공정에 있어 막과 직접 접촉하는 증기상이 액상에 비하여 methanol의 농도가 낮아 PVA의 하이드록실기와 methanol과의 수소결합 확률이 감소함에 따라 투과 특성에 영향을 미친다. 결과적으로 7% SSA 막에 대하여 MTBE/mthanol=80/20 혼합액에 대하여 공급액의 온도 3$0^{\circ}C$에서 선택도 2187, 투과도 4.84g/$m^2$hr를 보여 주었다.

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• 제9권3호
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• pp.157-162
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• 1999

본 실험실에서 개발된 sulfur-succinic acid의 가교제를 이용한 가교된 폴리비닐알코올 (poly(vinyl alcohol), PVA) 균일막은 15$0^{\circ}C$에서 반응이 일어나므로 복합막을 제조할 때 지지체의 가공구조을 파괴할 우려가 있어 반응온도를 10$0^{\circ}C$이하로 낮추고자 하였다. 이 때 촉매로서 염산이 사용되었고, 결과 막은 가교반응의 유무를 관찰하기 위하여 화학적.열적 분석을 행하였다. 이로부터 반응온도 10$0^{\circ}C$, 반응시간 90분, 촉매(염산) 농도 1.5%일 때 최적의 막을 제조할 수 있는 조건을 알 수 있었다. 또한 폴리설폰 한외여과 막 위에 coating하여 복합막을 제조하였으며 , 이의 분리특성을 조사하기 위하여 메틸터셔리부틸에테르/메탄올 혼합액에 대하여 조업온도 30, 40, 5$0^{\circ}C$에서 투과증발실험을 수행하였다. 실혐 결과 공급액의 온도 5$0^{\circ}C$에서 5.09g/$m^2$hr의 투과도와 3$0^{\circ}C$에서 1622의 선택도를 얻었다.

• 멤브레인
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• 제11권2호
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• pp.66-73
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• 2001

중공사막의 일단이 자유롭게 움직여 막 오염 현상을 줄일 수 있도록 고안된 침지형 프리엔드 중 공사막 모듈에 아주 짧은 주기로 역세를 실시하는 역충격을 적용하여 중공사막의 기초 오염 특성을 조사하였다. 본 연구에 사용된 막은 폴리설폰(PS, polysulfone)과 폴리아크릴로니트릴(PAN, polyacrylonitrile) 재질의 내경 0.7mm, 외경 1.3mm, 분획분자량 50,000인 한외 여과막을 사용하여 모듈을 제작 후 MLSS 10,000mg/L의 반응조를 침지하였다. PS 중공사막의 역충격 유무에 따른 투과율과 압력 변화를 측정하였다. 역충격을 가하지 않은 경우, 모듈의 투과율은 초기 3시간 동안 급격히 감소하였고 150시간 이후에 일정한 투과율을 나타내었다. 역충격을 가한 모듈의 투과율 감소율은 현저히 줄어들었다. PS과 PAN 재질 중공사막의 역충격에 대한 영향을 15kPa에서 비교한 결과 초기 투과율은 PS 막이 19lmh, PAN 막이 16lmh이었다. 그러나 PS 막은 급격한 막 오염으로 인하여 압력이 30kPa까지 상승하였고 PAN 막은 15kPa에서 거의 일정하게 유지되었다. 160시간 이후 역충격을 멈추었을 때 PAN 막의 투과율은 역충격이 있을 때보다 더욱 감소하였고 PS 막은 역충격을 주었을 경우와 비슷한 투과율을 나타내었다. PAN 막은 역충격으로 인하여 막의 오염이 지연되고 있는 상태에서 역충격의 영향이 없어지므로 막의 오염이 계속적으로 생기는 것이고, PS 막의 경우는 초기의 급격한 막의 오염 때문에 역충격으로 인한 막오염 지연효과가 적었다.

• 멤브레인
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• 제28권2호
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• pp.121-128
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• 2018

세 가지의 다른 화학 성분으로 구성된 터폴리머는 기체분리막에 거의 활용되지 못하였다. 본 연구에서는 poly(2-[3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxyphenyl] ethylmethacrylate)(PBEM), poly(oxyethylene methacrylate)(POEM), methyl methacrylate (MMA)로 구성된 터폴리머를 자유라디칼 중합법으로 합성하였고, 이를 기반으로 하여 이산화탄소/질소 분리를 위한 복합막 제조 공정을 개발하였다. 합성된 PBEM-PMMA-POEM 용액을 다공성 폴리설폰 지지체위에 코팅하여 복합막을 제조하였다. 성공적인 중합, 특성 및 구조분석을 위하여 푸리에 변환 적외선 분광학, X-ray 회절분석법, 열중량 분석 및 전계방사 주사전자 현미경을 사용하였다. PBEM-PMMA-POEM 터폴리머 분리막의 기체 투과도 및 이산화탄소/질소 선택도를 $25^{\circ}C$에서 측정하였다. 최고의 이산화탄소/질소 선택도는 30.2에 도달하였으며, 이산화탄소 투과도는 57.4 GPU ($1GPU=10^{-6}cm^3$(STP)/($s\;cm^2\;cmHg$))이었다.