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수소/이산화탄소 분리를 위한 프리스탠딩 고분자 및 혼합매질 분리막에 대한 총설
김종학,강미소,이소연,강두루 한국막학회 2022 멤브레인 Vol.32 No.4
대용량 화학 및 청정에너지의 운반체인 수소는 석유화학 산업 및 연료전지 등에서 많이 활용되는 중요한 산업용기체이다. 특히 수소는 주로 증기개질 및 가스화를 통해 화석 연료에서 생성되며 부산물로 이산화탄소가 발생한다. 따라서 고순도 수소를 얻기 위해서는 이산화탄소를 제거해야 한다. 본 총설에서는 배러 단위[1 Barrer = 10−10 cm3 (STP) × cm / (cm2 × s × cmHg)]로 보고된 이산화탄소로부터 수소를 분리하는 프리스탠딩 고분자 분리막 및 혼합매질 분리막에 초점을 맞추었다. 최근 보고된 다양한 논문들을 분석하여 분리막의 구조, 형태, 상호 작용 및 제조 방법에 대해 논의하고 구조-물성 관계를이해하여 향후 더 나은 분리막 소재를 찾는 데 도움이 되고자 한다. 다양한 분리막의 성능 및 특성 검토를 통해 수소/이산화탄소 분리에 대한 Robeson 성능 한계선을 제시하고, 가교, 혼합 및 열처리 등의 기술을 사용하여 분리 특성을 개선하는 다양한 혼합매질 분리막에 대해 논의하였다.
Facilitated Transport Membranes Based on PVA-g-PAA Graft Copolymer
박민수,강미소,박보령,김정훈,김종학,Park, Min Su,Kang, Miso,Park, Bo Ryoung,Kim, Jeong-Hoon,Kim, Jong Hak The Membrane Society of Korea 2021 멤브레인 Vol.31 No.3
It is inevitable to generate incomplete combustion gases when mankind utilizes fossil fuels. From this point of view, gas separation process of combustion gas suggests the possibility of recycling CO gas. In this study, we fabricated a facilitated transport polymeric composite membrane for CO separation using AgBF<sub>4</sub> and HBF<sub>4</sub>. The copolymer was synthesized via free-radical polymerization of poly(vinyl alcohol) (PVA) as a main chain and acrylic acid (AA) monomer as a side chain. The polymer synthesis was confirmed by FT-IR and the interactions of graft copolymer with AgBF<sub>4</sub>, and HBF<sub>4</sub> were characterized by TEM. PVA-g-PAA graft copolymer membranes showed good channels for facilitated CO transport. In this perspective, we suggest the novel approach in CO separation membrane area via combination of grafting and facilitated transport. 화석 연료를 사용할 때, 불완전 연소는 필연적으로 발생하는 문제이다. 이러한 관점에서 연소 후 기체 분리는 불완전 연소 기체의 재활용 가능성을 시사한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 일산화탄소 기체 분리용 촉진수송 고분자 분리막을 제조하였다. 이를 위해 poly(vinyl alcohol) (PVA) 주사슬 기반으로 acrylic acid (AA) 단량체를 자유 라디칼 중합법으로 PVA-g-PAA 공중합체를 제조하였다. 본 공중합체를 일산화탄소 활용에 적용하는 사례는 처음이며, 제조한 공중합체는 AgBF<sub>4</sub> 염과 HBF<sub>4</sub>를 혼합하여 기체 분리막에 적용하였다. 공중합체 합성 결과는 FT-IR을 통해 분석하였으며, 공중합체와 AgBF<sub>4</sub>, HBF<sub>4</sub>의 상호작용은 TEM를 통해 분석하였다. 염의 첨가를 통해 일산화탄소 기체의 촉진수송 채널을 형성하였으며 이를 통해 일산화탄소 분리막 분야에 촉진수송 및 그래프팅 방법이라는 새로운 접근법을 제시하였다.