Abstract
Polyethersulfone (PES) asymmetric membranes for gas separation were prepared by dry/wet phase inversion method and their separation properties for CO$_2$ and N$_2$ gases were investigated. The effects of important variables such as composition of casting solution and evaporation time in preparation of asymmetric gas membrane on membrane morphology and the separation properties were analyzed and the optimum condition of membrane preparation was established. To compensate the defects like pinholes existed on skin layer of the membrane prepared, the membranes were coated with silicone resin. By comparing separation properties after coating with those before coating, we found that the coating of silicone resin was effective to enhance the separation properties. The casting solution mainly used in this study consisted of PES, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone, ethanol and distilled water was used as coagulation agent. It was shown that the selectivity for CO$_2$/N$_2$ was getting higher but the permeability decreases, as the contents of PES and volatile organic solvent and evaporation time increased. The selectivity for CO$_2$/N$_2$ and permeability of CO$_2$ of the membrane prepared under the optimum condition were found to be 61 and 21 GPU, respectively.
건/습식 상전환법을 이용하여 비대칭 polyethersulfone (PES) 기체분리막을 제조하였으며, $CO_2$, $N_2$등의 기체에 대한 투과특성을 조사하였다. 분리막 제조에 있어서 주요 변수인 캐스팅 용액과 증발시간 등이 분리막의 구조에 미치는 영향을 파악하고 투과특성을 조사하여 최적의 제조조건을 확립하였다. 또한 제조된 분리막의 표피층에 존재하는 pin-hole과 같은 결점을 보완하기 위하여 실리콘 수지를 코팅하여 그 투과특성의 변화를 조사하였다. 실리콘 수지 코팅이 결점을 보완하는데 효과적임을 확인하였다. 본 연구에서 분리막 제조에 주로 사용한 캐스팅 용액은 PES, 14-methyl-2-pyrrolidone, 아세톤, 에탄올로 구성되었으며, 응고제로는 증류수를 사용하였다. 캐스팅 용액 중의 PES 함량이 높아질수록, 휘발성 유기용매의 비율이 높아질수록, 증발시간이 길수록, 에탄을 첨가제의 농도가 낮을수록 $CO_2$/$N_2$의 선택도는 높아지고 투과도는 낮아지는 결과를 보였다. 최적의 분리막 제조조건 하에서 얻어진 분리막의 분리성능은 $CO_2$/$N_2$의 선택도가 61이고 $CO_2$의 투과도는 21 GPU인 우수한 결과를 보였다.
