• Membrane and Water Treatment
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• 제15권3호
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• pp.139-152
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• 2024

Mixed matrix membranes have gained significant recognition in the wastewater treatment industry for their effectiveness in removing dyes, proteins, and heavy metals from water sources. Researchers have developed an innovative technique to enhance properties of these membranes by incorporating amine-functionalized carbon nanotubes into the polymer matrix. This approach introduces amine functional groups onto the membrane surface, which are then modified with trimesoyl chloride and cyanuric chloride. The modified membranes are characterized by XPS to confirm successful bonding of amines with the trimesoyl chloride and cyanuric chloride. The surface charge of the modified membrane also plays a role in the modification process; the membrane modified with trimesoyl chloride has a negative surface charge, while the one modified with cyanuric chloride has a more positive charge. At the same acidic pH, the positive or negative charge of the mixed matrix membranes assists in enhancing the rejection of heavy metals. This results in improved antifouling properties for both modified membranes. The heavy metal rejection for all modified membranes is higher than for unmodified membranes, due to both adsorption and complexation abilities of the functional groups on the membrane surface with heavy metal ions. As the membrane surface functionalities increase through modification, the separation due to complexation also increases. The bulk morphology of the membrane remains unchanged, while roughness slightly increases due to the surface treatment.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권4호
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• pp.175-180
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• 2023

Mixed matrix membranes (MMMs) can be a promising alternative for the solution of dye removal from coloured effluents. Polymeric membranes are widely used due to their good film-forming ability, flexibility, separation properties, and cost. However, they have low mechanical, chemical, and thermal resistances. Moreover, the fouling of polymeric membranes is high because of their hydrophobic nature. Hence, there is an increasing interest in organic-inorganic hybrid membranes as a new-generation membrane material. It has been shown that carbon nanotubes have the potential to increase the material properties of polymers with their low density, high strength, hardness, and exceptional aspect ratio. In this work, carbon nanotubes blended MMMs were prepared and methyl orange removal efficiency of them was investigated. Compared to the bare membranes, MMMs showed not only increased hydrophilicity, water content, and pure water flux but also increased methyl orange rejection and flux recovery

• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제67권
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• pp.156-163
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• 2018

High-performance mixed-matrix membranes that comprise both zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) and graphene oxide (GO) were synthesized with a solution casting technique to realize excellent $CO_2/CH_4$ separation. The incorporation of ZIF-8 nanocrystals alone in ODPA-TMPDA polyimide can be used to significantly enhance $CO_2$ permeability compared with that of pure ODPA-TMPDA. Meanwhile, the addition of a GO nanostack alone in ODPA-TMPDA contributes to improved $CO_2/CH_4$ selectivity. Hence, a composite membrane that contains both fillers displays significant enhancements in $CO_2$ permeability (up to 60%) and $CO_2/CH_4$ selectivity (up to 28%) compared with those of pure polymeric membrane. Furthermore, in contrast to the ZIF-8 mixed-matrix membrane, which showed decreased mechanical stability, it was found that the incorporation of GO could improve the mechanical strength of mixed-matrix membranes. Overall, the synergistic effects of the use of both fillers together are successfully demonstrated in this paper. Such significant improvements in the mixed-matrix membrane's $CO_2/CH_4$ separation performance and mechanical strength suggest a feasible and effective approach for potential biogas upgrading and natural gas purification.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2008년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.51-57
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• 2008

Mixed matrix membranes of poly(vinyl alcohol) (PVA), loaded with phosphomolybdic heteropolyacid (HPA) and crosslinked with glutaraldehyde have been prepared by the solution casting technique. Pervaporation (PV) experiments have been performed at $30^{\circ}C$ to separate water-isopropanol feed mixtures containing 10 to 40 wt.% of water. The membranes were characterized by DSC and DMTA to understand their thermal behavior and mechanical strength properties. At high content (i.e. 7 wt.% with respect to weight of PVA) of HPA, the mixed matrix membranes could extract water efficiently on the permeate side with a selectivity of 90,000 and a flux of 0.032 $kg/m^2h$ for 10 wt.% of water containing feed mixture (the lowest feed composition of water studied). Flux of the mixed matrix membranes decreased with increasing concentrations of HPA.

• 멤브레인
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• 제26권6호
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• pp.463-469
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• 2016

Polyethersulfone (PES) 고분자 상변환막의 성능을 향상시키기 위해 PES 고분자에 나노 크기의 ZnO 무기입자를 함침시킨 혼합기질막(mixed matrix membrane)을 제조하고 특성을 평가하였다. PES-ZnO 혼합기질막은 ZnO 나노입자를 PES 대비 최대 0.375 wt%의 낮은 비율로 첨가시킨 PES-ZnO-NMP(N-methyl-1-pyrrolidone)로 이루어진 캐스팅 용액을 사용하여 상변환법을 통해 제조하였다. 제조된 혼합기질 막의 물성과 특성은 막의 단면구조 관찰, 접촉각 측정, 인장강도 측정, 순수 투과량 측정 및 BSA 단백질 용액의 한외여과 실험을 통해 평가하였다. 이 결과 혼합기질 막은 PES 고분자 matrix에 함유된 ZnO 나노입자로 인해 막의 친수성이 증가하여 막오염 발생이 억제되어 투과량이 증가하였다. ZnO 나노입자는 혼합기질막의 제조에 있어 막오염의 발생 억제와 투과량 증가에 유용하게 사용될 수 있는 무기물 첨가제임을 알 수 있다.

• 공업화학
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• 제35권3호
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• pp.155-181
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• 2024

최근, 기존 분리막의 성능을 향상시켜 CO₂ 분리를 효율적으로 수행하기 위한 중요한 연구가 진행되고 있다. 이는 탄소포집 공정에서의 활용을 확대하는 것을 목표로 하고 있다. 분리막 기술은 비용 및 에너지 효율성, 연속 운전, 작은 공정 크기 등의 장점으로 인해 탄소제로 이슈에 대처하는 유망한 탄소 포집 기술로 부상하고 있다. 연구된 여러 종류의 분리막 중 혼합기질막(mixed-matrix membrane, MMM)이 전반적인 가스 분리 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 전통적인 분리막의 대안으로 제안되었다. 2D 나노소재는 쉬운 개질과 기능화, 다른 재료와의 결합 등 특징적인 성질로 인해 다양한 일반적인 2D 나노소재들이 가스 분리를 위한 효율적인 MMMs 제작에 사용되고 있다. 본 논문은 2D 나노소재를 사용한 MMMs 분야의 최근 발전을 검토하였다. 또한, CO₂ 분리 및 포집을 위한 2D 나노소재 기반 분리막의 현재 도전과 전망을 논의하였다.

• 멤브레인
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• 제23권6호
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• pp.432-438
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• 2013

본 연구에서는 metal organic frameworks (MOFs)의 한 종류인 MIL-100(Fe)을 이용하여 혼합기질막(mixed matrix membranes, MMMs)을 제조하였다. MIL-100(Fe)의 함량을 고분자 대비 0~30 wt%까지 변화시키면서 첨가된 MOF의 함량에 따른 기체의 투과 특성을 살펴보았다. $H_2$, $CO_2$, $O_2$, $N_2$, $CH_4$의 기체 투과도는 MIL-100(Fe) 첨가량이 증가함에 따라 투과도가 증가하는 경향을 보여주었으며, 상대적으로 큰 입자크기를 가진 $SF_6$의 투과도는 MIL-100(Fe)의 첨가량이 증가함에 따라 투과도가 감소하였다. 이상 선택도는 $N_2/SF_6$의 경우 폴리이미드막 대비 약 40% 증가하였으며, 이를 통해 $N_2/SF_6$ 분리에 적합한 분리막임을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.51-60
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• 2019

분리막 소재의 투과도와 선택도 사이의 trade-off 관계로 인해 여전히 많은 연구가 필요하다. 특히 고분자 분리막에 무기물 나노입자가 들어가 있을 때, 기체투과 거동의 학문적 이해는 여전히 부족하다. 따라서 본 연구에서는 분리막 소재로 가장 많이 사용되는 PDMS에 2~5 nm의 기공을 가지고 있으며 직경이 약 5 nm 크기의 aluminosilicate hollow nanoparticles인 allophane을 이용하여 복합매질 분리막을 제조하여 기체투과특성을 연구하였다. 대표적인 분리막 소재인 PDMS에 친수성 allophane, 그리고 나노입자에 undecylenic acid로 표면을 개질한 allophane을 막 내부에 고르게 분산시켜 함량 별로 복합매질 분리막을 제조하였다. 나노입자가 분산된 혼합매질 분리막 내에서 기체의 투과 특성을 파악하고, 이에 따른 기체투과 거동과 나노입자가 가지고 있는 기공의 역할을 평가하고자 하였다. 표면개질된 allophane을 첨가함에 따라 기체 투과도와 산소/질소 그리고 이산화탄소/메탄의 선택도가 동시에 점진적으로 향상되는 결과를 얻었다.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.319-325
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• 2020

본 논문에서는 UiO-66 입자를 합성하고, 이를 열가소성 탄성중합체인 polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS) 블록공중합체 매질에 삽입하는 방식으로 CO₂/N₂ 기체를 분리하기 위한 혼합 매질 분리막을 제조하였다. UiO-66가 고분자 매질에서 미치는 영향을 확인하기 위해 SBS와 UiO-66의 질량 비율을 변화시켜가며 혼합 매질 분리막을 제조하였다. 또한 UiO-66 입자의 균일한 분산을 위해서 두 차례에 걸친 초음파 처리 및 자성 막대를 이용한 물리적 혼합을 활용하였다. 제조된 시료들은 푸리에 변환 적외분광법(FT-IR), 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인하였다. 또한 기체 투과 성능은 time-lag method를 통해 확인하였다. 이때, UiO-66의 함유량이 증가함에 따라 혼합 매질 분리막의 투과도는 크게 증가하였지만, CO₂/N₂ 선택도는 크게 감소하지 않았다. 가장 좋은 성능을 보인 20%의 UiO-66 입자를 함유한 분리막의 경우 663.8 barrer의 CO₂ 투과도와 13.3의 CO₂/N₂ 선택도를 보여주었다. 이러한 결과는 Robeson plot에서 순수 고분자 막에 비해 upper bound에 더 가까운 성능을 나타냈는데, 첨가된 UiO-66가 선택도를 크게 희생시키지 않고 기체 투과도는 두 배 이상 향상시켰기 때문이다.

• 멤브레인
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• 제26권1호
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• pp.38-42
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• 2016

올레핀/파라핀 혼합 기체의 분리를 위한 올레핀 촉진 수송 분리막의 제조를 위해 amide 작용기를 가지며 glassy한 특성을 보이는 polyvinylpyrrolidone (PVP) 고분자를 분리막의 matrix로서 사용하였다. 분리막의 기체 투과 실험은 propylene과 propane 50 : 50의 부피비로 혼합된 기체를 사용하였고, bubble meter와 gas chromatography를 사용해 투과도와 선택도를 측정하였다. 또한 SEM image와 FT-IR을 통해 막의 특성을 조사하였다. 100시간의 장시간 성능 측정 결과 선택도는 약 15, 투과도는 약 1.3 GPU 이상을 각각 유지하였다. 기존의 poly(2-ethyl-2-oxazoline) $(POZ)/AgBF_4/Al(NO_3)_3$ 분리막과 비교함으로써, 고분자 matrix로서의 PVP 특성을 확인하였다.