• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2008년도 춘계학술발표대회 및 제14회 신소재 심포지엄
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• pp.11.2-11.2
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• 2008

• 공업화학
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• 제29권2호
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• pp.196-200
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• 2018

본 연구에서는 복합 수소분리막 중간층의 pin hole, crack 및 defect를 최소화하기 위하여 powder type과 sol type의 금속산화물을 이용하여 복합화하였다. 중간층의 표면 형상과 투과 특성은 주사전자현미경(SEM) 분석과 $N_2$ 투과도 테스트를 통해 평가하였으며, 제조한 수소분리막의 성능평가를 위해 $N_2$와 $H_2$를 이용하여 단일가스 투과 테스트를 수행하였다. Powder type과 sol type의 금속산화물을 각각 이용하여 중간층을 적층한 결과 sol type 금속산화물을 이용하여 적층한 중간층의 표면 조도가 매우 낮았으며, 특히 $TiO_2$ sol로 형성된 중간층의 pin-hole, crack 및 defect가 현저히 감소하였다. Powder와 sol을 복합화하여 적층한 중간층은 sol로 형성된 중간층과 거의 유사한 특성을 보였으며, 이를 기반으로 제조한 수소분리막은 1 bar의 압력구배, 672 K의 온도에서 약 $0.32mol/m^2s$의 수소 투과도를 나타내었으며, 선택도는 약 10,890 이상으로 측정되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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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.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.148-154
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• 2011

금속-세라믹 복합 분리막은 특히 석탄가스화 공정이나 메탄 개질에서 발생되는 혼합가스로부터 수소를 분리하기 위해 개발되어졌다. 수소투과 금속인 팔라듐과 세라믹 지지체로 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 이용하여 cermet 수소분리막을 제조하였다. 이렇게 제조된 분리막은 팔라듐의 연속상이 잘 발달된 치밀 구조를 보였다. Pd/YSZ 분리막의 수소 투과량은 100% 수소를 흘려 0.5~2 atm에서 측정되었다. 수소 투과량은 $450^{\circ}C$, 2 atm에서 0.333 mL/$min{\cdot}cm^2$를 보였다. 수소 투과 후 분리막의 표면과 단면에서 균열이 형성되었다.

• 멤브레인
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• 제28권5호
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• pp.297-306
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• 2018

본 총설은 분리막기술이 적용된 수소생산에 대한 개론으로, 특히, 암모니아를 수소운반체로 이용하는 수소생산에 대한 연구결과를 중점적으로 서술하였다. 암모니아를 수소운반체로 적용한 수소생산은 추가적인 탄소생성이 없다는 점 외에 여러 측면에 있어 이점이 있다. 많은 연구들이 고순도 수소 분리 및 생산을 위한 분리막 개발을 위해 진행되고 있으며, 이들 중 팔라듐을 기본으로 한 분리막(예를 들어, 다공성 세라믹 또는 다공성 금속 지지체와 팔라듐 합금의 얇은 선택층으로 이루어진 분리막)에 대한 연구가 활발하다. 반면에, 효율적인 암모니아 분해를 위해서는 주로 루테늄 촉매가 적용되고 있으며, 루테늄과 지지체 및 촉진제로 이루어진 루테늄에 기반을 둔 촉매에 대한 연구발표가 다수 존재한다. 수소생산을 위한 분리막 반응기 형태로는 충전층, 유동층, 그리고 마이크로반응기 등이 있으며, 이들의 최적화 및 원활한 물질전달 연구는 현재진행형이다. 또한, 높은 암모니아 분해율, 고순도 수소생산 및 높은 수소생산율을 얻기 위해 분리막과 촉매의 다양한 조합에 대한 연구 및 분리막과 촉매의 역할을 동시에 구현할 수 있는 분리막에 대한 연구가 발표되고 있다.

• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.69-75
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• 2010

수소투과금속인 tantalum과 세라믹 지지체로 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 이용하여 cermet 수소분리막을 제조하였다. Ta/YSZ cermet 분리막은 헬륨분위기에서의 예비소결과 고진공 하에서의 본소결을 통해 제조하였으며, 소결 및 밀봉 과정에서 발생하는 불순물은 연마를 통해 제거 가능하였다. 이렇게 제조된 분리막은 tantalum의 연속상이 잘 발달된 치밀구조를 보였다. 수소 해리를 위해 팔라듐 코팅을 한 Ta/YSZ 분리막을 이용하여 $200{\sim}350^{\circ}C$의 범위에서 수소투과실험을 수행하였다. $300^{\circ}C$에서 분리막에 균열이 형성되었고 Pd 코팅층은 몇 곳이 박리되었다. XRD 결과는 tantalum이 수소와 반응하여 $Ta_2H$가 생성되는 것을 보여주며, $Ta_2H$에 인한 격자 팽창이 분리막의 결함을 초래하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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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.

• 멤브레인
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• 제22권1호
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• pp.1-7
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• 2012

니오븀 금속을 기반으로 하는 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막의 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 직경 10 mm, 두께 0.5 mm의 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막을 제작하였으며, 2가지 조성($H_2$ 100%, $H_2$ 60% + $CO_2$ 40%)의 공급가스를 $450^{\circ}C$의 온도에서 투과시킬 때 압력에 따른 수소 투과 특성에 관한 실험을 진행하였다. 본 실험에서의 최대 수소 투과량은 순수한 수소를 투과시킬 경우 절대압력 3 bar에서 $5.58mL/min/cm^2$로 나타났다. 또한 공급가스 조성에 따른 각각의 경우 모두 Sievert's law에 잘 부합하였으며, 이산화탄소와의 혼합가스 사용시, 투과량은 수소 분압 감소에 비례하여 감소하였다. 투과 실험 후 XRD 분석을 통하여 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막의 이산화탄소에 대한 화학적 안정성에 대한 실험을 수행하였다.

• 멤브레인
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• 제25권6호
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• pp.465-477
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• 2015

최근 에너지 효율이 높은 분리 공정기술의 수요가 증가하면서 분리막을 이용한 기체 분리가 큰 관심을 모으고 있다. 현재 분리막에 의한 기체 분리 시장은 고분자막이 독점하고 있으며, 고분자 재료 물성의 한계로 탄화수소와 같은 응축 기체분리 보다는 비응축 기체 분리에 제한되고 있다. MOF 재료는 금속 이온과 유기 리간드가 결합하여 형성하는 결정성 나노 기공 구조로, 높은 비표면적과 기공 구조 제어, 기능성 부여가 가능해 분리막 재료로 큰 관심을 끌고 있다. 본 총설에서는 다양한 MOF 분리막의 합성 방법과 MOF 분리막을 통한 기체 분리 응용에 대해 살펴보고자 한다.