• 센서학회지
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• 제29권6호
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• pp.374-381
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• 2020

Hydrogen gas has attracted considerable attention as a promising candidate for future energy resources because of its eco-friendly characteristics; however, its highly combustible characteristics should be thoroughly examined to preclude potential disasters. In this regard, a highly sensitive method for the selective detection of H₂ is extremely important. To achieve excellent H₂ selectivity, the utilization of a metal-organic framework (MOF) membrane can physically screen interfering gas molecules by restricting the size of kinetic diameters that can penetrate its nanopores. This paper summarizes the various endeavors of researchers to utilize the MOF molecular sieving layer for the development of highly selective H₂ sensors. Further, the review affords useful insights into the development of highly reliable H₂ sensors.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권1호
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• pp.11-17
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• 2022

Direct exposure to toxic and hazardous gases has always been considered as the most pervasive problem worldwide, leading to a gradual increase in the number of asthma patients due to NO_x/SO_x gases inhaling and exposure to 50 ppm formaldehyde gases. Therefore, the development of accurate gas sensors is a key issue for resolving these problems. To address such issues, the development of membranes for selective filtering of target molecules as well as nanocatalyst for enhancing the sensing selectivity is highly crucial. In this review, the research progress for porous membrane materials (e.g. MOFs, and graphene) and nanocatalyst technology for the development of selective and accurate gas sensors will be discussed.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권3호
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• pp.340-346
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• 2014

Continuous and dense ZIF-7 membranes were successfully synthesized on ${\alpha}-Al_2O_3$ porous substrate via two-step crystallization technique. ZIF-7 seeding layer was first deposited on porous ${\alpha}-Al_2O_3$ substrate by in-situ low temperature crystallization, and then ZIF-7 membrane layer can be grown through the secondary high-temperature crystallization. Two synthesis solutions with different concentration were used to prepare ZIF-7 seeding layer and membrane layer on porous ${\alpha}-Al_2O_3$ substrate, respectively. As a result, a continuous and defect-free ZIF-7 membrane layer can be prepared on porous ${\alpha}-Al_2O_3$ substrate, as confirmed by scanning electron microscope. XRD characterization shows that the resulting membrane layer is composed of pure ZIF-7 phase without any impurity. A single gas permeation test of $H_2$, $O_2$, $CH_4$ or $CO_2$ was conducted based on our prepared ZIF-7 membrane. The ZIF-7 membrane exhibited excellent H2 molecular sieving properties due to its suitable pore aperture and defect-free membrane layer.

• 멤브레인
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• 제31권6호
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• pp.404-416
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• 2021

본 연구에서는 PEBAX2533에 합성된 GO와 PEI-GO의 함량을 달리 첨가하여 혼합막을 제조하고 N₂와 CO₂의 투과 특성을 연구하였다. PEBAX/GO 혼합막의 N₂와 CO₂ 투과도는 전체적으로 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, GO 0.3 wt%에서 가장 높은 CO₂/N₂ 선택도 58.9를 보였다. 그리고 PEBAX/PEI-GO 혼합막에서 N₂ 투과도는 PEI-GO 함량이 증가함에 따라 감소하였고, CO₂ 투과도는 PEI-GO 함량에 따라 다른 경향을 보였으며 전체적으로 PEBAX/GO 혼합막보다 더 높은 CO₂/N₂ 선택도를 보였다. 특히 PEI-GO 0.3 wt%는 혼합막들 중 가장 높은 CO₂/N₂ 선택도인 73.5를 보이며 Robeson upper bound 위에 위치하는 긍정적인 결과를 얻었다. 이는 본연의 GO 구조에 의한 molecular sieving channel 효과와 CO₂에 친화성이 있는 GO의 구조 내에 존재하는 작용기 그리고 GO를 PEI로 개질함으로써 PEI에 결합되어 있는 amine에 의한 효과가 함께 작용했기 때문으로 생각된다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제5권3호
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• pp.171-182
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• 2014

Organic compounds are adsorbed on RO/NF membranes, and the adsorption may influence the rejection of organic compounds by the membranes. Because almost RO/NF membranes are composite membranes, the results obtained by adsorption experiment with using membrane pieces are unable to avoid the influence by the support membrane. In this work, the interaction between membrane polymer and organic solutes was examined by an inverse HPLC methodology. Poly (m-phenylenetrimesoylate), the constituent of skin layer of RO/NF membranes, was coated on silica gel particles and used as a stationary phase for HPLC. When water was used as a mobile phase, almost hydrophilic aliphatic compounds were not effectively adsorbed on the stationary phase, although hydrophobic compounds were slightly adsorbed. The results indicated that the hydrophilic aliphatic compounds are useful probe solutes to examine the molecular sieving effect of a membrane. When water was used as a mobile phase, the aromatic compounds were strongly retained, and therefore $CH_3CN/H_2O$ (30/70) was used as a mobile phase. It was revealed that the adsorption of aromatic compounds was controlled by stacking between solute and polymer and was hindered by non-planar structure and substituents.

• Korean Membrane Journal
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• 제6권1호
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• pp.16-23
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• 2004

The silica containing carbon (C-SiO$_2$) membranes were fabricated using poly(imide siloxane) (PIS) having -CO- swivel group. The characteristics of porous C-SiO$_2$ structures prepared by the pyrolysis of poly(imide siloxane) were related with the micro-phase separation between the imide block and the siloxane block. Furthermore, the nitrogen adsorption isotherms of the CMS and the C-SiO$_2$ membranes were investigated to define the characteristics of porous structures. The C-SiO$_2$ membranes derived from PIS showed the type IV isotherm and possessed the hysteresis loop, which was associated with the mesoporous carbon structures, while the CMS membranes derived from PI showed the type I isotherm. For the molecular sieving probe, the C-SiO$_2$ membranes pyrolyzed at 550, 600, and 700$^{\circ}C$ showed the O$_2$ permeability of 924, 1076, and 367 Barrer (1 ${\times}$ 10$\^$-10/㎤(STP)cm/$\textrm{cm}^2$$.$s$.$cmHg) and O$_2$/N$_2$ selectivity of 9, 8, and 12.

• 멤브레인
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• 제29권2호
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• pp.67-79
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• 2019

고순도 프로필렌(프로펜)은 옥탄가를 높이는 화합물이며 산업적으로 중요한 화합물들의 원료가 된다. 프로판 혼합물로부터 프로펜을 정제하는 것은 비슷한 끓는점으로 인해 기술적으로 어려우며, 큰 비용이 요구된다. ZIF-8 분리막은 분자체 메커니즘에 의해 효율적으로 프로판으로부터 프로필렌을 분리할 수 있는 가능성 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. ZIF-8 분리막에 대한 관심이 커지는 것은 소위 "gate opening" 효과 때문이다. 프로필렌/프로판 혼합물로부터 프로필렌 분리를 높이기 위해 "gate opening" 효과는 분리막 기공을 확장시켜 더 크고 무거운 프로판은 피드 흐름에 유지시키며, 프로필렌만 선택적으로 투과할 수 있도록 한다. 본 논문에서는 ZIF-8 분리막 제조에 널리 적용되는 방법들과 분리막을 통한 프로필렌 투과도 및 선택도에 영향을 주는 인자들에 대해 살펴보고자 한다.

• 멤브레인
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• 제29권3호
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• pp.130-139
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• 2019

그래핀, 제올라이트, metal-organic frameworks (MOF)s 등 다양한 나노 소재를 이차원 나노쉬트 형태로 제조하고, 이를 이용한 초박막 고성능 분리막을 개발하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 산화그래핀의 경우, 2000년대 초반에 관련 연구가 시작된 이후, 다양한 합성 및 박막 코팅 기술이 축적되어 있어 빠른 속도로 분리막 분야에 응용되고 있다. 다층으로 적층된 산화그래핀 박막은 층간 거리를 조절함에 따라 물리적 거름막으로 작용할 수 있으며, 또한 표면의 기능기 및 삽입된 물질과 거르는 물질 간의 상호작용을 제어함에 따라 다양한 물질의 선택적 분리가 가능하다. 본 총설에서는 산화그래핀의 나노여과막 응용분야에 관하여 중점적으로 다루고자 한다. 본고에서는, 다양한 용매 내에서 산화그래핀 박막의 분리 기작 및 성능에 영향을 미치는 핵심 요소들에 대해 요약하였으며, 그 외 산화그래핀 기반 분리막의 실질적인 상용화에 필요한 핵심 기술요소 및 개발 동향에 대하여 논하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제24권6호
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• pp.438-447
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• 2014

무정형의 괴상의 다공성 borosilicate는 trimethylborate (TMB)/ tetraethylorthosilicate (TEOS) 몰비 0.01~0.10 겔체를 $700{\sim}800^{\circ}C$ 온도범위에서 열처리 하였을 때 얻어졌다. BET와 SEM 관찰에 의하면 $700{\sim}800^{\circ}C$에서 얻어진 borosilicate의 표면적은 $251.12{\sim}355.62m^2/g$이고, 기공직경은 3.5~4.9 nm이며, 입자크기는 30~60 nm이었다. TGA측정에 의하면 borosilicate가 poly[1-(trimethylsilyl)propyne](PTMSP)에 첨가되었을 때 PTMSP-borosilicate 복합막의 열적 안정성은 향상 되었다. SEM관찰에 의하면 borosilicate는 $1{\mu}m$ 크기로 복합막 내에 분산되어 있었다. 기체투과실험에 의하면 PTMSP에 borosilicate 함량이 증가하면 자유부피, 공동, 기공률이 증가하여 기체투과가 용해확산에 의한 것보다 분자체거름, 표면확산, Knudsen 확산에 의해 일어나는 경우가 점차 증가함으로 해서 $H_2$와 $N_2$의 투과도는 증가하고 선택도($H_2/N_2$)는 감소하였다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1997년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.29-29
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• 1997

ZSM-5계 제올라이트는 직경이 약 6${\AA}$인 균일한 3차원 채널 형태의 기공을 형성하므로 이를 이용한 기체 분리막은 분자체가름(molecular sieving)이나 미세기공확산(micropore diffusion) 및 표면확산(surface diffusion) 메커니즘에 의해 최근 지구 온난화의 주범으로 지목되고 있는 CO$_2$ 기체에 대해 높은 분리 효율을 기대할 수 있으므로 ZSM-5 복합분리막의 제조 및 기체 투과 특성과 CO$_2$ 분리 특성에 대해 연구하였으며 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 콜로이달 실리카 졸에 질산 알루미늄, 수산화 나트륨 및 TPABr을 첨가한 혼합졸과 물유리를 증류수로 희석한 후 TPBr을 첨가한 용액을 각각 150~180${\AA}$의 온도 범위의 오토클레이브에서 수열 처리하여 ZSM-5와 실리카라이트를 합성하였다. 합성 제올라이트의 결정 구조는 사방정이었으나 450${\AA}$에서 하소하였을 때에는 단사정으로 전이됨과 동시에 채널 속을 채우고 있던 TPABr이 제거되면서 제올라이트의 3차원 채널 형태의 기공 구조가 생성되었다. 제올라이트 결정의 형상과 크기는 실리카 공급원과 반응용액/졸의 농도에 따라 매우 민감하게 변화되었다. 하소 제올라이트의 비표면적은 약 360 m$^2$/g 이었다. 합성 제올라이트의 표면은 소수성인 반면에 높은 CO$_2$ 흡착능을 갖고 있어서 CO$_2$ 분리용 막의 재료로써 적합하였다.