• 한국방사선학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.261-270
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• 2019

본 논문에서는 고에너지 전자선(6MeV)을 조사한 피부의 세포막 모델에서 공기의 주요 구성성분인 $N_2-O_2$ 혼합기체가 압력차에 따른 투과도차의 변화를 나타내고 결국 $N_2-O_2$ 분리투과성의 변화로 나타내어 기체분자가 분리 전달되는 특성을 연구하였다. 이 실험에 사용한 재료로 피부의 세포막 모델은 polydimethyl siloxane (PDMS)분말을 polysulfone과 결합시킨 비다공성 복합막, 압축공기와 순도 99.9%인 산소, 질소기체통, 산소분석기(LC-700H, Japan), soap-bubble flow meter, wet-test meter, pressure regulator, back-pressure regulator, permeation cell, Linac 전자선 조사기 등을 사용하였다. 실험방법으로는 $N_2-O_2$ 기체투과 장치를 이용하여 피부세포막모델의 온도는 $36.5^{\circ}C$로 고정한 후에 기체의 온도도 $15^{\circ}C$로 고정하고 조작압력법위를 $1{\sim}6kg_f/cm^2$로 하며 각각 $1kg_f/cm^2$ 단위로 측정하였다. 방사선을 조사한 피부의 고분자막(세포막모델)에서 공기를 구성한 $N_2-O_2$ 혼합기체의 분자가 압력차에 따른 투과도차가 발생하여 피부세포에 비정상적으로 전달되는 과정을 실험을 한 결과 아래와 같은 결론을 추론하게 되었다. 피부의 고분자 막(세포막모델)에서 $N_2-O_2$ 혼합기체의 투과분리특성의 변화에 대하여 알아본 결과 방사선을 조사하지 않은 때 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 $1.19{\times}10-4{\sim}2.43{\times}10^{-4}$과 $1.72{\times}10^{-4}{\sim}2.6{\times}10^{-4}[cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg]$이며 방사선조사로 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 $0.19{\times}10^{-4}{\sim}0.56{\times}10^{-4}$ 과 $0.41{\times}10-4{\sim}0.76{\times}10^{-4}[cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg]$이며 4~10배 정도 낮아짐을 알 수가 있었고 방사선을 조사하지 않은 때 질소에 대한 산소의 이상분리인자 ${\alpha}^*$의 값은 1.32~0.42로 나타내었으며 방사선조사로 질소에 대한 산소의 이상분리인자 ${\alpha}^*$의 값은 0.237~0.125이며 4~5배 정도 낮아짐을 나타내었다. 또한, 압력차가 $1{\sim}6kg_f/cm^2$로 증가함에 따라서 작업변수인 cut가 0에 접근할수록 투과도상의 산소부화도는 증가하지만 반면에 압력비 Pr이 0에 가까워질수록 투과도상의 산소부화도는 방사선조사로 4~19배 정도 감소하였다. 방사선의 조사 유 무에 관계없이 압력차가 $1{\sim}6kg_f/cm^2$ 로 증가함에 따라서 질소, 산소 및 공기의 투과도는 증가하였지만 질소에 대한 산소의 선택성은 감소하였다.

• 멤브레인
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• 제14권4호
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• pp.312-319
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• 2004

졸겔법에 의해 Si(OC$_2$$H_5$/)$_4$-($CH_3$O)$_3$B-C$_2$$H_5$OH-$H_2O$계로부터 다공성의 SiO$_2$-B$_2$O$_3$ 막을 제조하였다. SiO$_2$-B$_2$O$_3$막의 특성을 BET, IR spectrophotometer, X-ray diffractometer, SEM 과 TEM을 사용하여 조사하였다. $700^{\circ}C$에서 얻어진 SiO$_2$-B$_2$O$_3$ 막의 평균 기공직경은 0.0048 $\mu\textrm{m}$이고, 표면적은 354.398 $m^2$/g이었으며, 입자의 크기는 7 nm인 무정형의 다공체이었다. SiO$_2$-B$_2$O$_3$ 막의 수소/질소 혼합 기체 분리 특성은 기체분리 압력을 달리하여 조사하였다. $25^{\circ}C$, ΔP 155.15cmHg에서 수소/질소 혼합 기체를 분리하여 본 결과 SiO$_2$-B$_2$O$_3$ 막의 수소에 대한 real separation factor($\alpha$)는 4.68이었다. 그리고 투과셀의 압력차(ΔP)값이 증가할수록 real separation factor($\alpha$), head separation factor($\beta$), tail separation factor((equation omitted))값이 증가하였다.

• 멤브레인
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• 제10권2호
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• pp.55-65
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• 2000

다공성 실리카 막을 졸겔법에 의해서 Si(${OC}_2H_5)_4-H_2O$ 로부터 제조하고, 막의 특성을 TG-DTA, XRD, IR, BET, SEN, TEM을 사용하여 조사하였다. 다공성 실리카 막 제조를 위한 Si(${OC}_2H_5)_4$ : $H_2O4$ : $H_2O$ : $C_2H_5{OH}$의 최적 몰비는 1 : 4.5 : 4 이었다. 100$^{\circ}C$~1100$^{\circ}C$~에서 열처리된 막의 비표면적은 3.8 $m^2$/g~902.3$m^2$/g 이었으며, 기공크기는 20$\AA$~50$\AA$이었다. 300$^{\circ}C$~~700$^{\circ}C$~범위에서 열처리된 막의 입자크기는 15nm~30nm이며, 열처리 온도가 증가하면 입자의 크기도 증가하였다. 이렇게 제조한 다공성 실리카 막으로 $H_2$/$N_2$ 혼합기체를 분리하는데 응용하였으며, 다공성 실리카 막에 의한 $H_2$/$N_2$혼합기체분리는 Knudsen flow와 surface flow에 의해서 일어나며 주로 surface flow에 의존하였다. 다공성 실리카 막의 $H_2$/$N_2$ 혼합기체에 대한 real separation factor($\alpha$)는 155.15 cmHg($\Delta$P)와 $25^{\circ}C$에서 5.17이었으며, real separation factor($\alpha$), head separation factor ($\beta$), tail separation factor$\bar{B}$)는 압력이 증가하면 증가하였다.

• 공업화학
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• 제18권5호
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• pp.483-489
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• 2007

Polyaniline (PANI)/Polyimide (PI) 혼합막을 제조하여 PANI 함량과 doping처리가 막의 구조적 특성과 기체 분리 특성에 미치는 영향을 연구하였다. NMP를 용매로 하여 6FDA와 ODA를 반응시켜 얻어진 polyamic acid (PAA) 용액과 PANI 용액을 혼합하여 PANI/PI 혼합막을 얻었다. 얻어진 PANI/PI 막을 1M의 HCl 수용액에서 24시간 doping처리하여 doped PANI/PI 혼합막을 제조하였다. 제조한 막은 FT-IR과 XRD 및 TGA에 의하여 구조적 특성을 분석하였고, $30^{\circ}C$와 5 atm에서 압력변화법으로 $H_2$, $O_2$, $CO_2$, $N_2$ 및 $CH_4$에 대한 기체 투과 특성을 조사하였다. PANI/PI 혼합막은 PANI와 PI의 흡수특성을 잘 보여주었고 PANI보다 열적 안정성이 향상되었으며, PANI의 함량이 증가할수록 d-spacing은 감소하였다. PANI/PI 혼합막에서 기체의 투과도계수는 PANI의 함량이 증가함에 따라 감소하였으며 투과도 계수의 크기는 $H_2$ > $O_2$ > $CO_2$ > $N_2$ > $CH_4$의 순서였다. PANI/PI막을 doping처리하면 투과도계수는 감소하나 투과선택도는 향상되었다. 특히 doping한 PANI/PI (75/25)막에서 $H_2/CH_4$의 선택도는 991을 나타내었다.

• 멤브레인
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• 제28권6호
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• pp.424-431
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• 2018

Cobalt tetraphenylporphyrin-benzylimidazole (CoTpp-BIm)을 산소 운반체로 이용하여 polyethersulfone (PES)와의 혼합물을 기반으로 하는 혼합 구조의 평판형 분리막의 기체 분리 성능을 조사하였다. CoTpp-BIm이 혼합된 PES막은 손가락 구조와 스폰지형 구조가 혼합된 비대칭 구조를 가졌고, 상부표면은 치밀한 형태를 보였다. 기체분리 성능 실험은 94%의 $N_2$ 기체에 6%의 $O_2$가 혼합된 기체를 사용하여 평가하였다. 산소 및 질소 투과율은 ${\Delta}P$가 15~228 cmHg 범위에서 실험하였고, PES막의 투과면은 진공수준으로 유지되었다. CoTpp-BIm이 혼합된 PES막의 산소 투과율은 공급 압력이 감소함에 따라 증가하였다. 공급 압력이 15 cmHg일 때 산소 투과율($P_{O_2}$)는 6676 Barrer이었고, $O_2/N_2$ 선택도(${\alpha}$)는 6.1, 촉진인자(F)는 2.39까지 증가하였다. 이를 바탕으로 PES막에 CoTpp-BIm을 첨가하면 산소분리 특성이 향상되는 것을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제27권2호
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• pp.147-153
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• 2017

본 연구에서는 poly(ethylene oxide) (PEO)와 poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) 혼합으로 구성된 막을 통한 단일기체($N_2$, $O_2$, $CO_2$)의 투과 성질을 조사하였다. FT-IR 분석 결과 제조된 막에서 새로운 흡수피크는 보이지 않았는데, 이것은 PEO와 EVA가 물리적으로 혼합되었음을 나타낸다. SEM 관찰에서는 PEO/EVA 혼합 매트릭스에서 EVA 함량이 증가함에 따라 PEO의 결정상이 감소함을 보여 주었다. DSC 분석결과 PEO/EVA 혼합막의 결정화도는 EVA 함량이 증가함에 따라 감소하였다. 기체투과 실험은 4~8 bar의 공급압력에서 이루어졌다. PEO/EVA 혼합막에서 $CO_2$의 투과도는 공급 압력 증가에 따라 증가하였다. 그러나 $N_2$와 $O_2$의 투과도는 공급 압력에 무관하였다. 반면에, PEO/ EVA 혼합막의 모든 기체의 투과도는 반결정성 PEO에서 무정형 EVA의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 특히, 40 wt% EVA 혼합막은 64 Barrer의 $CO_2$ 투과도와 61.5의 $CO_2/N_2$ 이상선택도를 보였다. 높은 $CO_2$ 투과도와 $CO_2/N_2$ 이상선택도는 PEO의 극성 에테르기 또는 EVA의 극성 에스터기와 극성 $CO_2$ 간의 강한 친화성에 기인한다.

• 멤브레인
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• 제23권6호
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• pp.432-438
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• 2013

본 연구에서는 metal organic frameworks (MOFs)의 한 종류인 MIL-100(Fe)을 이용하여 혼합기질막(mixed matrix membranes, MMMs)을 제조하였다. MIL-100(Fe)의 함량을 고분자 대비 0~30 wt%까지 변화시키면서 첨가된 MOF의 함량에 따른 기체의 투과 특성을 살펴보았다. $H_2$, $CO_2$, $O_2$, $N_2$, $CH_4$의 기체 투과도는 MIL-100(Fe) 첨가량이 증가함에 따라 투과도가 증가하는 경향을 보여주었으며, 상대적으로 큰 입자크기를 가진 $SF_6$의 투과도는 MIL-100(Fe)의 첨가량이 증가함에 따라 투과도가 감소하였다. 이상 선택도는 $N_2/SF_6$의 경우 폴리이미드막 대비 약 40% 증가하였으며, 이를 통해 $N_2/SF_6$ 분리에 적합한 분리막임을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제17권3호
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• pp.254-268
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• 2007

다양한 재료특성(Si/Al 몰비, 두께, 구조적 불완전성)을 갖는 Na형 faujasite 제올라이트 분리층을 다공성 $\alpha$-알루미나 튜브 표면에 수열조건에서 이차성장 시키고 $CO_2/N_2$ 분리거동을 $CO_2/N_2$ 몰비가 1인 혼합기체에 대하여 $30^{\circ}C$에서 평가하였다. 수열조건 중에서 수열용액 내의 $SiO_2$ 양은 형성된 제올라이트 분리층의 재료특성에 가장 큰 영향을 주는 변수임을 확인하였다. 즉, 수열용액 내의 $SiO_2$ 양이 증가함에 따라서 형성된 제올라이트 분리층의 Si/Al 몰비, 두께, 구조적 불완전성(discontinuity)은 동시에 증가하였다. 본 논문에서는 불완전한 치밀화에 의해 잔존하는 결정립간 공극(void), GIS Na-P1 상에 의해 형성된 균열(crack) 등 구조적 불완전성이 $CO_2/N_2$ 분리에 가장 큰 영향을 주는 재료특성이며, 투과부에서의 $CO_2$ 탈착이 전체 $CO_2$ 투과의 율속단계(rate-determining step)임을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.51-60
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• 2019

분리막 소재의 투과도와 선택도 사이의 trade-off 관계로 인해 여전히 많은 연구가 필요하다. 특히 고분자 분리막에 무기물 나노입자가 들어가 있을 때, 기체투과 거동의 학문적 이해는 여전히 부족하다. 따라서 본 연구에서는 분리막 소재로 가장 많이 사용되는 PDMS에 2~5 nm의 기공을 가지고 있으며 직경이 약 5 nm 크기의 aluminosilicate hollow nanoparticles인 allophane을 이용하여 복합매질 분리막을 제조하여 기체투과특성을 연구하였다. 대표적인 분리막 소재인 PDMS에 친수성 allophane, 그리고 나노입자에 undecylenic acid로 표면을 개질한 allophane을 막 내부에 고르게 분산시켜 함량 별로 복합매질 분리막을 제조하였다. 나노입자가 분산된 혼합매질 분리막 내에서 기체의 투과 특성을 파악하고, 이에 따른 기체투과 거동과 나노입자가 가지고 있는 기공의 역할을 평가하고자 하였다. 표면개질된 allophane을 첨가함에 따라 기체 투과도와 산소/질소 그리고 이산화탄소/메탄의 선택도가 동시에 점진적으로 향상되는 결과를 얻었다.

• 공업화학
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• 제21권4호
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• pp.475-478
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• 2010

불소화 반응을 통하여 PDMS을 질소 분위기 하에서 $50{\sim}2000\;{\mu}mol/mol$ 농도의 불소 가스($F_2$)를 사용하여 직접적인 방법으로 복합막 표면개질을 하였고 이를 OM (Optical Microscope), AFM (Atomic Force Microscope), SEM (Scanning electron microscope), FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy)을 측정하여 막 표면을 연구하였고 GC (Gas chromatography)로 혼합 노블가스의 기체 거동을 조사하였다. 다양한 노블 혼합 가스를 사용하여 표면 개질된 PDMS 멤브레인의 선택도가 50% 향상 되었다.