PDMS 복합분리막을 이용한 프로필렌/질소 분리에 관한 연구 : Propylene/nitrogen Separation by PDMS Composite Membrane

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Composite membranes consisting of PDMS were coated unto polyethylene sheet as support membrane for the separation of propylene over nitrogen gas. In order to enhance the selectivity and permeance of propylene over nitrogen gas, hydrophobic nanosized silica particles were embedded into the rubbery PDMS polymer at 10% and 20% loading. SEM images and TGA analysis determined the morphological and thermal characteristics of composite membranes. Pure gas tests were done on several manufactured membranes with nitrogen, oxygen, and propylene at pressures form 3 to 6 bar and temperatures 25, 35 and 45 °C. Addition of hydrophobic TS-720 increased the permeances of PDMS for all three gases without any significant improvement in selectivity. The mixed gas performance of silica-filled and unfilled PDMS were evaluated with a 15% of propylene/nitrogen mixture. It was observed that PDMS with TS-720 silica increased the mixed gas propylene permeance and propylene/nitrogen selectivity, while permeance and selectivity of mixed gas were respectively lower than each of pure gas. As with pure gases, the propylene permeance and propylene/nitrogen selectivity decreased with temperature in both pure PDMS and PDMS-filled with TS-720. These results indicated that TS-720 silica only increased the solubility of propylene in PDMS due to the increase in the available free volume in the PDMS polymer.

국문 초록 (Abstract)

질소가스에서 프로필렌 가스 회수를 위하여 지지체막인 PE 막 위에 고무상 고분자인 PDMS 복합 분리막을 제조하였다. 질소에서 프로필렌 가스 투과도 및 선택도 증가를 위하여 10% 및 20%의 소수성 나노 실리카 입자인 TS-720을 PDMS 고무상 고분자에 충진하였다. SEM 과 TGA 열분석기를 사용하여 제조된 분리막의 구조와 기계적 열안정성을 확인하였다. 제조된 복합분리막을 이용하여 3 에서 6 bar의 유입압력, 25۫, 35, 45۫C의 온도에서 질소, 산소, 프로필렌의 순수가스 투과실험을 실시하였다. 소수성 TS-720 silica를 채운 PDMS막과 채우지 않은 PDMS막을 15% 프로필렌/질소 혼합가스를 이용하여 투과실험을 실시하였다. Fumed silica를 첨가한 PDMS의 투과도는 세가지 가스 모두 증가하였지만 선택도는 향상되지 않았다. 혼합가스의 투과도와 선택도는 순수가스보다 더 낮았지만 fumed silica를 첨가한 막은 프로필렌의 투과도와 프로필렌/질소 선택도가 순수 PDMS막보다 증가하였다. 본 연구의 결과 TS-720 silica를 채운 PDMS 분리막에서 자유부피도 증가로 인하여 프로필렌 용해도의 PDMS 분리막에의 증가로 나타난 것으로 해석된다.

목차 (Table of Contents)

• TABLE OF CONTENTS I
• LIST OF FIGURES V
• LIST OF TABLES VII
• ABSTRACT VI
• 1. INTRODUCTION 1
• 1.1 Significance of the Study 2
• 1.2 Membrane gas separation 3
• 1.3 Propylene/nitrogen separation 4
• 1.4 Propylene 7
• 2. REVIEW OF LITERATURE 9
• 2.1 Membrane transport theory 9
• 2.2 Permeability and selectivity 10
• 2.3 Propylene/Nitrogen Separation in Poly (dimethylsiloxane) 14
• 2.4 Composite PDMS membrane for propylene/gas separation 19
• 2.5 Mixed Matrix Membranes 19
• 3. MATERIALS AND METHODS 23
• 3.1 Materials 23
• 3.1.1 Poly(dimethylsiloxane) 23
• 3.1.2 Fumed Silica (TS-720) 24
• 3.1.3 Polyethylene Support 25
• 3.2 Composite Membrane Formation 26
• 3.3 Thermogravimetric and SEM Analysis 26
• 3.4 Permeation Experiment 26
• 4. RESULTS AND DISCUSSIONS 26
• 4.1 Membrane Characterization 26
• 4.2 Pure gas permeation 26
• 4.2.1 Effect of feed pressure 26
• 4.2.2 Effect of Temperature 26
• 4.2.3 Effect of Silica content 26
• 4.3 Mixed gas permeation 26
• 5. CONCLUSIONS 26
• REFERENCES 26
• APPENDIX 26
• ACKNOWLEDGEMENT 26