• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2008.05a
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• pp.11.2-11.2
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• 2008

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.29 no.2
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• pp.196-200
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• 2018

In this study, the intermediate layer in Pd-based hydrogen separation membrane was synthesized to minimize the surface roughness and defects using powder-type and sol-type metal oxides. The surface properties and gas permeation characteristics were analysed by SEM and $N_2$ gas permeation test. The coating layer composed of sol type metal oxides has smooth surface, especially the layer coated by $TiO_2$ sol has little pin holes, cracks and defects. The binary layer composed of powder type and sol type metal oxides has similar flux characteristics to a single sol type layer. The Pd-based composite membrane improved by the binary intermediate layer exhibited $0.32mol/m^2s$ of the hydrogen permeation flux with a selectivity ($H_2/N_2$) of ~10,890 at 672 K and a pressure difference of 1 bar.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.196-196
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• 2011

팔라듐-구리 합금 분리막은 세륨산화물로 전처리된 다공성 니켈 지지체 위에 마그네트론 스퍼터 공정과 구리리플로우 공정에 의해 제조되었다. 스퍼터 공정은 얇고 치밀한 팔라듐 합금 분리막 증착을 위해 아주 효과적이다. 본 연구에서는 고온 스퍼터 공정에 의해 증착된 팔라듐 상부에 유동성과 열적확산이 우수한 구리를 코팅한 후, 반도체 분야에서 기가 패턴 매립시 사용하는 구리리플로우 공정을 도입하였다. 구리리플로우 공정은 치밀하고 미세기공이 존재하지 않는 표면을 구현하고 무한대의 수소 투과도를 가능하게 한다. 이로써 마그네트론 스퍼터에 의해 $200^{\circ}C$에서 팔라듐과 구리를 순차적으로 코팅한 후, $700^{\circ}C$에서 2시간 구리리플로우 공정을 실시하여 $7.5{\mu}m$ 두께의 팔라듐-구리 합금 분리막이 제조되었다. 세륨산화물(CeO2)은 고온에서 장시간 운전하는 동안 다공성 니켈 지지체의 금속성분이 팔라듐 합금층으로 확산하는 금속의 확산 문제를 개선하고자 지지체와 코팅층 사이에 확산방지막으로 도입되었으며, 균일한 스퍼터 증착을 위해 평탄한 표면의 지지체를 구현하였다. 투과도 테스트는 100-400kPa 의 압력차, 673-773K 의 온도 조건에서 순수한 수소가스로 실시하였다. 표면 미세기공이 없는 치밀한 팔라듐-구리 합금 분리막은 혼합가스에서 질소의 투과 없이 수소만을 투과하는 무한대의 우수한 분리도를 나타내었으며, 상용온도 $500^{\circ}C$에서 12.6ml/$cm^2{\cdot}min{\cdot}atm$의 수소 투과 능력을 보였다. 본 연구에 의해 제조된 팔라듐-구리 합금 분리막은 표면 미세기공이 없는 치밀한 분리막 제조를 가능하게 하였으며 열팽창계수가 팔라듐과 매우 비슷한 세륨산화물($CeO_2$)로 인해 지지체층과 코팅층과의 접합력이 향상되고 수소취성에 강하고 높은 열적 안정성을 갖는다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.197-197
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• 2011

고온 스퍼터 공정과 구리 리플로우 공정을 통해 다공성 니켈 지지체에 팔라듐-구리-니켈 삼원계 합금 수소 분리막을 제조하였다. 그러나 스퍼터와 같은 물리적 증착법은 주로 주상정 형태로 증착되기 때문에 다공성 니켈 지지체 표면의 수마이크론 내외의 기공이 존재할 경우 다공성 니켈 지지체에 기인한 많은 기공들 때문에 스퍼터 증착에 영향을 주어 수소 분리막 표면에 기공들이 존재하게 된다. 이를 방지하고 균일한 증착이 이루어지도록 다공성 지지체 표면의 전처리 공정이 필요하다. 본 연구에서는 스퍼터 코팅에 의한 균일한 팔라듐 금속층 형성하고 표면에 미세기공이 없는 수소 분리막을 제조하기 위해 다공성 니켈 지지체를 니켈도금, 알루미나 분말 주입 및 미세연마 전처리 공정을 통하여 다공성 니켈 지지체의 표면기공들을 매립하여 치밀한 팔라듐 합금 층을 형성하였다. 전처리를 하지 않은 다공성 니켈 지지체는 팔라듐 및 구리의 고온 스퍼터 증착 및 구리 리플로우 공정에 의해 표면 기공을 막을 수가 없었고 수소분리기능이 없어 수소 분리막으로 역할을 하지 못했다. Al2O3 분말 주입 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 및 구리 고온 스퍼터 증착과 구리 리플로우 공정을 이용하여 제조된 수소 분리막은 다공성 니켈 지지체에 기인한 기공을 메우기 위해서 팔라듐 합금 층이 두꺼워지는 어려움이 있었다. 니켈도금 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 형성한 수소 분리막은 우수한 선택도를 가졌으나 도금 전처리에 사용된 $2{\mu}m$ 두께의 니켈층이 수소의 확산을 방해하는 저항막 역할을 하여 수소 투과도가 3.96 $ml{\cdot}cm-2{\cdot}min-1{\cdot}atm-1$으로 낮게 나타났다. 미세연마 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 형성한 수소 분리막 역시 우수한 수소 선택도를 가졌으며, 수소의 확산을 방해하는 저항막이 존재하지 않아 13.2 $ml{\cdot}cm-2{\cdot}min-1{\cdot}atm-1$의 우수한 수소 투과도를 나타내었다.

• Membrane Journal
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• v.21 no.2
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• pp.148-154
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• 2011

Metal-ceramic composite membrane have been developed to separate hydrogen from mixed gases, particularly product streams generated during coal gasification and methane reforming. Cermet membrane was fabricated with palladium as hydrogen-permeable metal and $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ) as ceramic supporter. As-prepared membrane showed dense structure with continuous channel of palladium. The hydrogen flux of Pd/YSZ membrane have been measured in the range of 0.5~2 atm with 100% hydrogen gas. The results indicate that the hydrogen flux was 0.333 mL/$min{\cdot}cm^2$ at $450^{\circ}C$ and 2 atm. The crack was formed in the surface and cross-section of membrane.

• Membrane Journal
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• v.28 no.5
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• pp.297-306
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• 2018

This review focused carbon-free hydrogen productions from ammonia decomposition including inorganic membranes, catalysts and the presently studied reactor configurations. It also contains general information about hydrogen productions from hydrocarbons as hydrogen carriers. A Pd-based membrane (e.g. a porous ceramic or porous metallic support with a thin selective layer of Pd alloy) shows its efficiency to produce the high purity hydrogen. Ru-based catalysts consisted of Ru, support, and promoter are the efficient catalysts for ammonia decomposition. Packed bed membrane reactor (PBMR), Fluidized bed membrane reactor (FBMR), and membrane micro-reactor have been studied mainly for the optimization and the improvement of mass transfer limitation. Various types of reactors, which contain various combinations of hydrogen-selective membranes (i.e. Pd-based membranes) and catalysts (i.e. Ru-based catalysts) including catalytic membrane reactor, have been studied for carbon-free hydrogen production to achieve high ammonia conversion and high hydrogen flux and purity.

• Membrane Journal
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• v.20 no.1
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• pp.69-75
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• 2010

Cermet membrane was fabricated with tantalum as hydrogen-permeable metal and $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ) as ceramic supporter. Ta/YSZ cermet membrane was prepared through pre-sintering in He atmosphere and then main sintering under high vacuum and the impurities to originate from sintering and brazing could be removed by mechanical polishing. As-prepared membrane showed dense structure with continuous channel of tantalum. Hydrogen permeation experiment was conducted in the region of $200{\sim}350^{\circ}C$ using Ta/YSZ membrane coated with Pd for hydrogen dissociation. The crack in membrane was formed at $300^{\circ}C$ and the Pd coating layer has flaked off in spots. XRD results showed that tantalum reacted with hydrogen to form $Ta_2H$. The lattice expansion by $Ta_2H$ caused deterioration for membrane.

• 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.

• Membrane Journal
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• v.22 no.1
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• pp.1-7
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• 2012

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.

• Membrane Journal
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• v.25 no.6
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• pp.465-477
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• 2015

Recently membrane-based gas separation has attracted a lot of attention due to the growing demands on energy efficient separation processes. Current membrane-based gas separation is dominant by polymer membranes and limited mostly to non-condensable gases rather than condensable gases such as hydrocarbon isomers due to the limitation s of polymer materials. Metal-organic framework (MOF) materials, consisting of metal ions and organic ligands, have received a tremendous attention as membrane materials due to high surface area, controllable pore structure, and functionality. In this review, we provide a recent development of MOF membrane preparation methods and their gas separation applications.