The direct fluorination of polymers is a heterogeneous reaction using the mixture of $F_2$ and inert gas. In general, the resulting fluorinated polymers have good barrier property chemical stability similar to those of the fluoro-polymers, and could be prepared from the simple process. In this study, the polysulfone dense films were surface fluorinated using the direct fluorination technique and gas permeability and selectivity of the prepared membranes were measured with varying both $F_2$ concentration and reaction time. The introduction of $F_2$ was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), water contact angles, and atomic force microscopy (AFM). As the $F_2$ increased, the permeability decreased while the selectivities for $O_2$, $CO_2$, and He gases relative to $N_2$ increased.
The PTMSP/PDMS graft copolymer were synthesized from the PTMSP[poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)] and the PDMS[poly(dimethylsiloxane)] and then the PTMSP/PDMS-borosilicate composite membranes were prepared by adding the porous borosilicates to the PTMSP/PDMS graft copolymer. The number-average molecular weight (${\bar{M}}_n$) and the weight-average molecular weight (${\bar{M}}_w$) of PTMSP/PDMS graft copolymer were 460,000 and 570,000 respectively, and glass transition temperature ($T_g$) of PTMSP/PDMS graft copolymer appeared at $33.53^{\circ}C$ according to DSC analysis. According to the TGA measurements, the addition of borosilicate to the PTMSP/PDMS graft copolymer leaded the decreased weight loss and the completed weight loss temperature went down. SEM observation showed that borosilicate was dispersed in the PTMSP/PDMS-borosilicate composite membranes with the size of $1{\sim}5{\mu}m$. Gas permeation experiment indicated that the addition of borosilicate to PTMSP/PDMS graft copolymer resulted in the increase in free volume, cavity and porosity resulting in the gradual shift of the mechanism of the gas permeation from solution diffusion to molecular sieving surface diffusion, and Knudsen diffusion. Consequently, the permeability of $H_2$ and $N_2$ increased and selectivity ($H_2/N_2$) decreased as the contents of borosilicate increased.
Kim, Sang Jin;Jung, Jung Pyu;Kim, Dong Jun;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.25
no.5
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pp.398-405
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2015
Facilitated transport is considered to be a possible solution to simultaneously improve permeability and selectivity, which is challenging in normal polymeric membranes based on solution-diffusion transport only. We investigated the effect of adding mesoporous $TiO_2$ ($m-TiO_2$) upon the separation performance of facilitated olefin transport membranes comprising poly(vinyl pyrrolidone), Ag nanoparticles, and 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane as the polymer matrix, olefin carrier, and electron acceptor, respectively. In particular, $m-TiO_2$ was prepared by means of a facile, mass-producible method using poly(vinyl chloride)-g-poly(oxyethylene methacrylate) graft copolymer as the template. The crystal phase of $m-TiO_2$ consisted of an anatase/rutile mixture, of crystallite size approximately 16 nm as determined by X-ray diffraction. The introduction of $m-TiO_2$ increased the membrane diffusivity, thereby increasing the mixed-gas permeance from 1.6 to 16.0 GPU ($1GPU=10^{-6}cm^3$(STP)/($s{\times}cm^2{\times}cmHg$), and slightly decreased the propylene/propane selectivity from 45 to 37. However, both the mixed-gas permeance and selectivity of the membrane containing $m-TiO_2$ rapidly decreased over time, whereas the membrane without $m-TiO_2$ had more stable long-term performance. This difference might be attributed to specific chemical interactions between $TiO_2$ and Ag nanoparticles, causing Ag to lose activity as an olefin carrier.
In this study, we investigated the permeation property of single gases ($N_2$, $O_2$, $SF_6$, $CF_4$ through hollow fiber polymeric membrane (PSF, PC, PI) as a function of pressure and temperature to decide operating condition for $SF_6$ gas separation process. The results showed the gas permeation varied differentlydepending on the properties of gases and membrane. When permeance of each gases was represented as a function of temperature and pressure in 3 dimensional space, the surface of permeance was shown approximately flat. Thus, we established permeance models with forms of first-and second-order polynomial. These two models showed high goodness of fit. This indicates that the two polynomial models have enough applicability to predict the gas separation process.
A dense mixed ionic and electronic conducting ceramic membrane is one of the most promising materials because it can be used for separation of oxygen from the mixture gas. The $ABO_3$ perovskite structure shows high chemical stability at high temperatures under reduction and oxidation atmospheres. $BaCo_{1-x-y}Fe_xZr_yO_{3-{\delta}}$ (BCFZ) was well-known material as high mechanical strength, low thermal conductivity and stability in the high valence state. Glycine Nitrate Process (GNP) is rapid and effective method for powder synthesis using glycine as a fuel and show higher product crystallinity compared to solid state reaction and citrate-EDTA method. BCFZ was fabricated by modified glycine nitrate process. In order to control the burn-up reaction, $NH_4NO_3$ was used as extra nitrate. According to X-Ray Diffraction (XRD) results, BCFZ was single phase regardless of Zr dopants from y=0.1 to 0.3 on B sites. The green compacts were sintered at $1200^{\circ}C$ for 2 hours. Oxygen permeability, methane partial oxidation rate and hydrogen production ability of the membranes were characterized by using Micro Gas Chromatography (Micro GC) under various condition. The high oxygen permeation flux of BCFZ 1-451 was about $1ml{\cdot}cm^{-2}s^{-1}$. Using the humidified Argon gas, BCFZ 1-433 produced hydrogen about $1ml{\cdot}cm^{-2}s^{-1}$.
Lee, So Young;Kim, Hyoung-Juhn;Nam, Sang Yong;Park, Chi Hoon
Membrane Journal
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v.26
no.1
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pp.1-13
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2016
Fuel cells are regarded as a representative energy source expected to replace fossil fuels particularly used in internal combustion engines. One of the most important components is polymer electrolyte membranes (PEMs) acting as a proton conducting barrier to prevent fuel gas crossover. Since water channels act as proton pathways through PEMs, many researchers have been focused on the 'good phase-separation of hydrophilic moiety' which ensures high water retention under low humidity enough to keep the water channel for good proton conduction. Here, we summarized the strategies which have been adopted to synthesize sulfonated PEMs having high proton conductivities even under low humidified conditions, and hope this review will be helpful to design high performance hydrocarbon PEMs.
Park, Chun-Dong;Hyung, Chan-Heui;Kim, Kee-Hong;Choi, Won-Kil;Park, Yeong-Seong;Lee, Hyung-Keun
Membrane Journal
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v.23
no.2
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pp.119-128
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2013
In this research, PEI/PEBAX composite hollow fiber membrane was used for the removal of water vapor from gases. PEI (Polyetherimide) substrate membrane was spinned by dry-wet phase inversion method and coated with PEBAX (Polyether block amides) 3533 and PEBAX1657. Fabricated fibers typically had an asymmetric structure of a dense top layer supported by a sponge-like substructure through scanning electron microscopy (SEM). $H_2O/N_2$ mixture gas was used to compare the performance of separation according to temperature, pressure and water activity. The results of PEBAX3533 and PEBAX1657 composite membranes respectively showed $H_2O/N_2$ selectivity of 61.7~118.5 and 85.3~175.4 according to operating conditions. PEBAX3533 composite hollow fiber membranes module showed the water vapor removal of 90%.
Park, Bo-Ryoung;Kim, Dae-Hoon;Lee, Gang-Woo;Hwang, Taek-Sung;Lee, Hyung-Keun
Korean Chemical Engineering Research
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v.49
no.4
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pp.498-504
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2011
In this research, hollow fiber membranes were used in order to investigate to permeation and selectivity of the $CH_4$ and $N_2$. Polyimide and polyethersulfone hollow fiber membrane were prepared by the dry-wet phase inversion method and the module was manufactured by fabricating fibers after surface coating with silicone elastomer. The scanning electron microscopy (SEM) studies showed that the produced fibers typically had an asymmetric structure. The permeance of $CH_4$ and $N_2$ were increased with pressure and temperature. However, the selectivity was decreased with increasing temperature. The permeances of $CH_4$ and $N_2$ were decreased with increasing the air gap and the effect of post-treatment on membrane showed the increase in permeance up to 3.2~7.0 times.
Polyimide which is the glassy polymer has high chemical resistance, thermal stability and high mechanical property. In this study, the polyimide hollow fiber membranes were prepared by the dry-jet wet phase inversion in order to investigate the permeation porperties of the $H_2S$ and $CH_4$. The morphology of prepared hollow fiber membranes and their permeation behaviors of $H_2S$ and $CH_4$ before and after silicon coating were evaluated. The permeance of $H_2S$ and $H_2S/CH_4$ selectivity increased due to plasticization with increasing the feed pressure. The permeance of KSM03b and selectivity of KSM03d were highest among the three type membranes used this experiments. The permeance decreased but the $H_2S/CH_4$ selectivity increased with increasing the air gap. The permeance reduced after silicon coating. However, the selectivity increased and the selectivity of KSM03d was 275 at 7 atm.
PEBAX[poly(ether-block-amide)]-NaY zeolite composite membrane was studied on the permeability of penetrant $H_2$, $N_2$, $CO_2$ and $CH_4$ and the selectivity. When the NaY zeolite contents of PEBAX-NaY zeolite membranes were increased, the permeability of $H_2$ was increased, but the permeability of $N_2$, $CH_4$ and $CO_2$ was decreased. By the addition of NaY zeolite into PEBAX, the gas selectivity for $H_2$, $N_2$ and $CO_2$ was decreased except the increase of selectivity of $H_2/N_2$. $CO_2/N_2$, $H_2/CO_2$ and Gas/$CH_4$. The highest selectivity among these gases was from $CO_2$. In particular, the gas selectivity for $CO_2$ was the greatest with a value of 12~156.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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