Kim, Ucheol;Roh, Youngjoon;Choi, Seungyeop;Dzakpasu, Cyril Bubu;Lee, Yong Min
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.25
no.4
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pp.134-153
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2022
Regardless of a trade-off relationship between energy density and safety, it is essential to improve both properties for future lithium secondary batteries. Especially, to improve the energy density of batteries further, not only thickness but also weight of separators including ceramic coating layers should be reduced continuously apart from the development of high-capacity electrode active materials. For this purpose, an attempt to replace conventional slurry coating methods with a deposition one has attracted much attention for securing comparable thermal stability while minimizing the thickness and weight of ceramic coating layer in the separator. This review introduces state-of-the-art technology on ceramic-coated separators (CCSs) manufactured by the deposition method. There are three representative processes to form a ceramic coating layer as follows: chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and physical vapor deposition (PVD). Herein, we summarized the principle and advantages/disadvantages of each deposition method. Furthermore, each CCS was analyzed and compared in terms of its mechanical and thermal properties, air permeability, ionic conductivity, and electrochemical performance.
1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ($BMIM^+BF_4{^-}$) and $Al_2O_3$ as metal oxide for preparation of composite membrane were utilized for the $CO_2$ separation. When 13 nm $Al_2O_3$ nanoparticles were incorporated into ionic liquid $BMIM^+BF_4{^-}$, the separation performance for composite membrane showed the selectivity ($CO_2/N_2$) of 30.5 and $CO_2$ permeance of 45.7 GPU. The enhanced separation performance was attributable to the increased $CO_2$ solubility by both oxide layer of $Al_2O_3$ and abundant free ions of ionic liquid. In particular, $Al_2O_3$ nanoparticles acted as obstacles to nitrogen gas, resulting in the decrease of permeability of nitrogen gas. As a result, the carbon dioxide separation performance could be enhanced.
Chi, Won Seok;Lee, Jae Hun;Park, Min Su;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.25
no.5
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pp.373-384
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2015
In the past few decades, polymeric membrane has played an important role in gas separation applications. For the separation of $CO_2$, one of greenhouse gases, high permselectivity, long-term stability and scale-up are needed. However, conventional polymeric membranes have shown a trade-off relation between permeability and selectivity while inorganic materials are highly permeable but expensive. Mixed matrix membranes (MMMs) combining the advantages of both polymeric and inorganic materials have become a possible breakthrough for the next-generation gas separation membranes. The MMMs could be either symmetric or asymmetric but the latter is more preferred to improve the permeance. Important factors influencing the MMM fabrication include homogeneous distribution of inorganic particles and good interfacial contact between inorganic filler and organic matrix. Recently, metal organic frameworks (MOFs) have received much attention as a new class of porous crystalline materials and a potential candidate for $CO_2$ separation. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), a sub-branch of MOFs, are the most widely used in MMMs due to small particle size and appropriate pore size for $CO_2$ separation. One of the major issues associated with the incorporation of porous particles in a polymeric membrane is to control the microstructure of the porous particle materials such as particle size, orientation, and boundary conditions etc. In this review, major challenges surrounding MMMs and the strategies to tackle these challenges are given in detail.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1993.10a
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pp.32-33
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1993
근래 환경 문제의 중요성이 크게 대두되면서 여러 제조 공정에서 방출되는 폐수등을 처리하는데 막분리 공정을 이용하려는 연구가 진행되고 있다. 이 공정에 필요한 내구성, 내 미생물성, 내 약품성등이 우수한 역삼투막 재료를 얻기 위한 방법의 하나로 엔지니어링 플라스틱을 친수화 시키는 방법이 개발되어 왔는데, 구체적으로는 설폰화등의 친수화가 된 폴리설폰(polysulfone), 폴리 에테르 에테르 케톤(poly ether ether ketone), 폴리 이미드(polyimide) 수지등이 검토되고 있다. 특히 PPO(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide))로 만들어진 분리막은 내산화성이 우수하고 내구성이 뛰어나다고 알려져 있다. 본 연구에서는 PPO를 유기 금속 반응을 이용하여 carboxylation시키고 이 carboxylated PPO로 역삼투막을 제조하여 투과특성을 조사하였다.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2014.11a
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pp.156-157
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2014
수소 분리막은 수소 분리층과 지지체로 구분되며, 수소 분리막의 수소 투과 및 선택도는 지지체의 표면조도, 평탄도 및 거대기공 크기에 크게 의존한다. 본 연구에서는 표면연마 및 $ZrO_2$ 파우더 매립을 사용한 표면처리 공정을 통해 다 공성 스테인레스 강 지지체의 표면조도 및 평탄도와 거대기공을 제어함으로써 균일하고 치밀한 분리층을 형성 할 수 있었으며, 상용화 공정($350^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$, 1bar(${\Delta}P$))에서 무한대의 수소 선택도와 $17.5ml/min{\cdot}cm^2{\cdot}atm$의 수소 투과도를 얻을 수 있었다.
A self-organized nano-structured, photocatalytic $TiO_2$ membrane with large surface area of anatase crystallites was successfully fabricated by anodization. The nano-structured anodized $TiO_2$ membrane was characterized using EDX, SEM and XRD techniques and the effect of electrolyte type and concentration to fabricate $TiO_2$ metal membrane was also investigated. Regular nano tubular arrays were obtained By the EDX, SEM and XRD patterns, the anodized $TiO_2$ membrane showed the enhanced photocatalytic properties of anatase phase. Photocatalytic activities of fabricated $TiO_2$ metal membrane was also experimentally investigated as model compound of humic acid.
We make a studyof the hydrogen permeability and chemical stability of $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ metal alloy membrane. For this purpose, we produced the $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ membrane which has 10 mm diameter and 0.5 mm thick, and experiment the hydrogen transport properties under two kinds of feed gas ($H_2$ 100%; $H_2$ 60% + $CO_2$ 40%) at $450^{\circ}C$C with variation of absolute pressure.The maximum hydrogen permeation flux was $5.58mL/min/cm^2$ in the absolute pressure 3 bar under pure hydrogen. And each case of feed gases about gas composition, the permeation fluxes were satisfied with Sievert's law, and the hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of temperature and pressure. After permeation test, we experiment the stability and durability of $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ alloy membrane for carbon dioxide by XRD analysis.
Growing industrialization leads to severe water pollution. Organic effluents from pharmaceuticals and textile industries released in wastewater adversely affect the environment and human health. Presence of antibiotics used for antibacterial treatment in wastewater leads to the growth of drug resistance bacteria, which is very harmful for human being. Various small organic molecules are used for the preparation of organic dye molecules in the textile industries. These molecules hardly degrade, which is present in the wastewater effluents from printing and dyeing industries. In order to address these problems, photoactive catalyst is embedded in the membrane and wastewater are passed through it. Through this process, organic molecules are photodegraded and at the same time, the degraded compounds are separated by the membrane. Titanium dioxide (TiO2) is a semiconductor which behave as excellent photocatalyst. Photocatalytic ability is enhanced by the making its composite with other transition metal oxide and incorporated into polymeric membrane. In this review, the degradation of dye and drug molecules by photocatalytic membrane are discussed.
Membrane process was investigated to recover process water and valuable gold from washing water of electroless PCB plating processes. The filtration experiments were carried out using not only a RO membrane test cell to determine suitable membrane for washing water but also spiral wound membrane modules of nanofiltration and reverse osmosis for scale-up. At first, RO-TL(tap water, low pressure), RO-BL(brackish water, low pressure) and RO-normal(for water purifier) sheet membranes made by Saehan Co. were tested, and the performance of RO-TL membrane showed most suitable f3r recovery of soft etching, catalyst and Ni washing waters. As a result of RO test cell, the experiments for scale-up were carried out using RO-TL modules far water purifier at 7bar and $25^{\circ}C $The permeate flux fur Au washing water was about 30 LMH, but Au rejection was less than 80%. The permeate fluxes for Pd, Ni and soft etching washing water were about 22, 17 and 10 LMH, respectively. The Pd, Ni and Cu rejections showed more than 85, 97 and 98% respectively. The nanofiltration module for water purifier was introduced to recover Au selectively from Au, Ni and Cu ions in Au washing water. Most of Ni and Cu ions in the feed washing water were removed, and only Au ion was existed 81.9% in the permeate. Furthermore, Au ion in the permeate was concentrated and recovered by RO-TL membrane module. Finally, Au was also able to recover effectively by using 4 inch diameter spiral wound modules of NF and RO-TL membranes, in series.
Joongwon, Park;Rina, Kim;Hyunju, Lee;Min-seuk, Kim;Hiesang, Sohn
Membrane Journal
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v.32
no.6
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pp.486-495
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2022
This study presents the improved recovery efficiency of rare metal ions through the modified separation membrane wettability and hydrogen ion permeation in the anion exchange membrane (AEM) under the recovery process of combined electrodialysis and solvent extraction. Specifically, the wettability of the separator was enhanced by hydrophilic modification on one separator surface through polydopamine (PDA) and lipophilic modification on the other surface through SiO2 or graphene oxide (GO). In addition, the modified surface of AEM with polyethyleneimine (PEI), PDA, poly(vinylidene fluoride) (PVDF), etc. reduces the water uptake and modify the pore structure for proton ions generation. The suppressed transport resulted in the reduced hydrogen ion permeation. In the characterization, the surface morphology, chemical properties and composition of membrane or AEM were analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FT-IR). Based on the analyses, improved extraction and stripping and hydrogen ion transport inhibition were demonstrated for the copper ion recovery system.
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