• 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.

• Membrane and Water Treatment
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• 제13권3호
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• pp.121-128
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• 2022

A tremendous amount of energy resources is being wasted in cleaning wastewater to save the environment across the globe. Several different procedures are commercially available to process wastewater. In this work, membrane filtration technique is used to treat the textile wastewater because of its cost effectiveness and low environmental impacts. Mixed Matrix Membrane (MMM) consist of Polyvinyl Alcohol (PVA) in which Graphene Oxide (GO) was added as a filler material. Five different membranes by varying the quantity of GO were prepared. The prepared membrane has been characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffractometry (XRD), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) and Water Contact Angle (WCA). The prepared membranes have been utilized to treat textile wastewater. The synthesized membranes are used for the elimination of total dissolve solids (TDS), total suspended solids (TSS), Methylene blue (MB) dye and copper metallic ions from textile wastewater. It is concluded that amount of GO has direct correlation with the quality of wastewater treatment. The maximum removal of TDS, TSS, MB and copper ions are found to be 7.42, 23.73, 50.53 and 64.5% respectively and are achieved by 0.02 wt% PVA-GO membrane.

• 멤브레인
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• 제32권1호
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• pp.1-12
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• 2022

그래핀옥사이드는 우수한 물리적 특성 및 가공성으로 멤브레인 소재로 각광받고 있다. 특히, 이론적 예측과 실험적인 접근을 통해 그래핀옥사이드의 원자 수준의 얇은 두께, 뛰어난 기계적 강도, 높은 수준의 내화학성, 기공 생성이 가능한 2차원 구조 또는 기체 확산 유로 생성이 가능한 적층구조 등 멤브레인 소재로서 매우 유리한 특성들을 보유하고 있음이 밝혀졌다. 또한 그래핀옥사이드에서의 분자 투과 거동은 적층된 그래핀옥사이드 사이의 채널 크기에 따라 영향을 받는다는 것이 발견되었다. 그 후, 이러한 특성을 응용하여 그래핀옥사이드를 멤브레인 소재로 활용하기 위해 많은 연구가 집중적으로 진행되고 있다. 본 총설에서는 그래핀옥사이드의 고유 특성을 기반으로 멤브레인 분야로의 응용 가능성에 대하여 논하고자 한다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권3호
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• pp.107-114
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• 2023

Graphene oxide (GO) membranes have attracted extensive attention in water treatment and related fields. However, GO films are unstable and have low permeability, which have hindered their further development. In this paper, a simple and effective method was used in which GO and single-layer graphene (GN) were mixed, and the layer spacing was effectively controlled by accurately controlling the ratio of GO to GN. GO-GN composite membranes have excellent stability, salt rejection (95.4%), and water flux (26 L m^-2 h^-1 bar^-1). This unique design structure can be used for precise and effective regulation of the layer spacing in GO, improving the rejection rate, and increasing water flux via the enhancement of low-friction capillary action. The rational development and use of this unique composite membrane provides a reference for the water treatment field.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.402-411
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• 2022

In this study, the channels-contained hybrid membranes have been fabricated through the incorporation of glass fibers and GO sheets (GO/glass fibers, GG), or a mixture of chitosan/GO (CS/GO/glass fibers, CGG), as hybrid membranes using in organic dye removal. The material properties are well investigated the terms in the morphological, chemical, crystal, and thermal characterizations for verifying interactions in their formed structure. These hybrid membranes have been fitted well in pseudo-second order and Langmuir models that are associated with chemical adsorption and a monolayer approach, respectively. The highest adsorption ability of methylene blue and methyl orange reached 59.40 mg/g and 229.07 mg/g (GG); and 287.47 mg/g and 252.91 mg/g (CGG), which is more enhanced than that of previous GO-based other adsorbents. Moreover, the dye separation on these membranes could be favorable to superb sealing and trapping dye molecules from water instead of only the dye connection occurring on their surface, regarding the physically sieving effect. The membranes can also be reused within two and three adsorbing-desorbing cycles on the GG and CGG ones, respectively. These membranes can become future adsorbents to be applied for wastewater treatment due to their structural features.

• 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.

• Carbon letters
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• 제14권4호
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• pp.247-250
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• 2013

In this study, we present a facile method of fabricating graphene oxide (GO) films on the surface of polyimide (PI) via layer-by-layer (LBL) assembly of charged GO. The positively charged amino-phenyl functionalized GO (APGO) is alternatively complexed with the negatively charged GO through an electrostatic LBL assembly process. Furthermore, we investigated the water vapor transmission rate and oxygen transmission rate of the prepared (reduced GO $[rGO]/rAPGO)_{10}$ deposited PI film (rGO/rAPGO/PI) and pure PI film. The water vapor transmission rate of the GO and APGO-coated PI composite film was increased due to the intrinsically hydrophilic property of the charged composite films. However, the oxygen transmission rate was decreased from 220 to 78 $cm^3/m^2{\cdot}day{\cdot}atm$, due to the barrier effect of the graphene films on the PI surface. Since the proposed method allows for large-scale production of graphene films, it is considered to have potential for utilization in various applications.

• 접착 및 계면
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• 제20권3호
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• pp.110-115
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• 2019

그래핀으로 박리시키기 위한 한 가지 방법으로 산화그래핀이 많은 관심이 집중되고 있다. 산화그래핀의 산화그룹은 다양한 기능기와 수소결합을 시킬 수 있어 여러 응용분야에 이를 적용시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 산화그래핀 자체만으로는 실질적으로 응용에 요구되어지는 기계적 물성을 만족시킬 수 없다. 따라서 본 연구에서는 홍합 단백질을 생체모사한 폴리도파민을 이용하여 산화그래핀과 결합시키고 액체-기체 계면에서 대면적의 복합체막을 형성 시켰다. 또한 폴리도파민-산화그래핀 복합체 박막의 모폴로지 구조도 제어하여 나노 링클 구조를 가지는 복합체 막을 얻었다. 기계적으로 우수하며 정교한 나노 구조를 형성할 수 있어 차세대 해수담수화 멤브레인 또는 탄소 복합재료에 이용될 수 있을 것으로 기대될 수 있다.

• 멤브레인
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• 제26권6호
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• pp.480-489
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• 2016

본 연구에서는, 전기방사법을 이용하여 산화철-산화그래핀($Fe_3O_4/GO$, metallic graphene oxide; MGO)이 도입된 PVdF/MGO 복합나노섬유(PMG)를 제조하였으며, 이를 활용하여 비소제거에 대한 특성 평가를 진행하였다. MGO의 경우 In-situ-wet chemical 방법으로 제조하였으며, FT-IR, XRD분석을 진행하여, 형태와 구조를 확인하였다. 나노섬유 분리막의 기계적 강도 개선을 위하여 열처리과정을 진행하였으며, 제조된 분리막의 우수한 기계적 강도 개선 효과를 확인할 수 있었다. 그러나, PMG 막의 경우, 도입된 MGO의 함량이 증가할수록 기계적 강도가 감소되는 경향성을 보여주었으며, 기공크기 분석결과로부터, $0.3{\sim}0.45{\mu}m$의 기공크기를 가진 다공성 분리막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 수처리용 분리막으로의 활용 가능성 조사를 위해, 수투과도 분석을 실시하였다. 특히, PMG2.0 샘플의 경우 0.3 bar 조건에서, PVdF 나노섬유막($91kg/m^2h$)에 비해 약 70% 향상된 결과값($153kg/m^2h$)을 나타내었다. 또한, 비소 흡착실험 결과로부터, PMG 막의 경우, 비소3가와 5가에 최대 81%, 68%의 높은 제거율을 보여주었으며, 흡착등온선 분석으로부터, 제조된 PMG 막의 경우 비소3가, 5가 모두 Freundlich 흡착거동을 따른다는 것을 확인하였다. 위 모든 결과로부터, PVdF/MGO 복합 나노섬유 분리막은 비소제거 및 수처리용 분리막으로 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 멤브레인
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• 제24권2호
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• pp.151-157
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• 2014

본 연구에서는, 산화그래핀(GO) 및 산화철이 기능화된 산화그래핀(M-GO)을 용매인 dimethylformamide (DMF)에 초음파분쇄법을 이용하여 완전히 분산시킨 후, 기질고분자인 polyacrylonitrile (PAN)에 첨가하여 전기방사함으로써, 나노섬유형태의 복합분리막을 제조하였다. 제조된 나노섬유 분리막은 적층수를 변화시켜 기공크기를 조절하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석 결과로부터 약 500 nm 크기의 고른 직경분포를 가진 나노섬유 복합분리막이 제조되었음을 확인하였다. 또한, Raman spectroscopy 분석과 Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (EDS) 분석 결과로부터 GO 및 M-GO가 분리막 내에 분산되어 있음을 확인하였다. 최종 나노섬유 복합분리막은 상용막($0.27{\mu}m$, 55%)과 유사한 기공특성($0.21{\sim}0.24{\mu}m$, 40%)을 보여주었으며, 수투과도 측정결과 PAN 막에 비해 약 200% 향상된 성능을 보여주었다. 이러한 결과로부터, 전기방사법으로 제조된 나노섬유 복합분리막은 수처리용 분리막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.