In this study, we investigated how the force-field, which is the most important factor to define atomic motion in molecular dynamics (MD), affects the motion of the polymer and gas molecules. The repeat units and the polymer structure were well simulated in all five force-fields, and the distribution of the polymer linear chain in the final polymer 3D model did not show any significant difference. However, the movement of actual gas molecules showed a very different tendency, which was also observed in COMPASS and pcff using the same functional form. Therefore, even if the same structure is used, it can be seen that the motion of the gas molecule moves under the influence of the force-field continuously over time, so that the effect is much larger than that of macromolecules such as a polymer linear chain. Accordingly, in case of using different force-fields, it is necessary to be very careful in comparison of those results.
Hollow-fiber membranes, is one of the new technologies that is growing rapidly in the past few decades. In addition, separation membranes using polymer materials, have attracted attentions in various fields including gas separation, fuel cells, water treatment, wastewater treatment, and organic separation. Nanofiltration (NF) membranes having the separation characteristics in the intermediate range between ultrafiltration and reverse osmosis (RO) membranes for liquid separation, with relatively low investment cost and operating pressure lower than that of RO membranes, have high permeance and rejection performance of multivalent ions as well as organic compounds of molecular weight between $200{\sim}1000gmol^{-1}$. In this paper, we would like to review the research trends on the various structure control and characterization of NF hollow fiber membranes with respect to materials and the methods of preparation (phase inversion method and interfacial polymerization method). Currently, most of NF membranes have been manufactured by plate and frame types or spiral wound types. But hollow fiber types have delayed in commercial products, because of the weak strength when to produce on the basis of the existing materials, therefore the development of new materials or improvement of existing materials will be needed. If improving manufacturing technology is available, hollow fiber types will replace spiral wound types and gradually show a higher market share.
Da Hye Sim;Young Park;Young-Woo Choi;Jung Tae Park;Jae Hun Lee
Membrane Journal
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v.34
no.2
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pp.154-162
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2024
Anion exchange membranes (AEMs) are essential components in water electrolysis systems, serving to physically separate the generated hydrogen and oxygen gases while enabling the selective transport of hydroxide ions between electrodes. Key characteristics sought in AEMs include high ion conductivity and robust chemical and mechanical stability in alkaline. In this study, quaternized Poly(terphenyl piperidinium)/cellulose nanocrystals (qPTP/CNC) mixed matrix membrane was fabricated. The polymer matrix, PTP, was synthesized via super-acid polymerization, known for its excellent ion conductivity and alkaline durability. The qPTP/CNC membrane showed a dense and uniform morphology without significant voids or large aggregates at the polymer-nanoparticle interface. The qPTP/CNC membrane containing 2 wt% CNC demonstrated a high ion exchange capacity of 1.90 mmol/g, coupled with low water uptake (9.09%) and swelling ratio (5.56%). Additionally, the qPTP/CNC membrane showed significantly lower resistance and superior alkaline stability (384 hours at 50℃ in 1 M KOH) compared to the commercial FAA-3-50 membrane. These results highlight the potential of hydrophilic additive CNC in enhancing ion conductivity and alkaline durability of ion exchange membranes.
Hydrogen-permselective silica membranes were synthesized within tim walls of porous Vycor tubes by chemical vapor depostion of $SiO_2$. Film deposition was carried out using $SiCl_4$ hydrolysis either in the oppm shag reactants or in the one-sided geometry. At temperatures above $600^{\circ}C$ the permeation rate of hydrogen thorough the silica films varied between 0.01 and $025cm^3(STP)/cm^2-min-atm$ depending on the reaction geometry and the $H_2 : N_2$ permeation ratio was about 1000. Permeation rates of both $H_2$ and $N_2$ increased with increasing temperature. The silica membranes produced by one-sided deposition have higher hydrogen permmeation rates than those produced by the opposing reactants geometry although the membranes formed in an opposing reactants geometry were relatively stable during the heat treatment or after exposure to ambient air. These membranes can be applied to high temperature gas separations or membrane reactors once the film deposition process is optimized to get high permeability as well as good stability.
In order to investigate $SO_2$ removal, PEI hollow fiber membranes were produced by a dry-wet phase inversion method. The membrane support layer on surface was coated with PEBAX1657$^{(R)}$ and PEG blending materials. Modules were prepared for the single gas permeation characteristics of composite membrane according to temperature and pressure. As a result, $SO_2$ permeance and $SO_2/N_2$ selectivity were 220~1220 GPU and 100~506 through operating condition, respectively. Moreover, $SO_2/CO_2/N_2$ mixture gas was used to compare the performance of separation properties according to temperature, pressure and retentate flow rate difference. $SO_2$ removal efficiency was increased with pressure and temperature.
Membrane can selectively separate various substances such as organic substances, liquids, solutes, vapors, gases, ions or electrons according to the separation technology and various uses. Membranes are largely divided into symmetric membranes and asymmetric membranes, and classified into porous and nonporous structure depending on the presence or absence of pores. Also, the interface of the membrane may be molecularly uniform, or chemically or physically non-uniform. Preparation techniques include melt extrusion, stretching, template leaching, track-etching, solution casting, phase inversion, and solution coating method. The prepared membrane can be applied to various applications such as microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis, gas separation and energy fields. This review provides a tutorial on how to prepare membranes according to the classification and types.
Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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2002.04a
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pp.381-383
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2002
폴리술폰은 내화학성, 내멸균성, 내가수분해성, 내열성, 강인한 기계적 성질, 내충격성이 우수한 재료로 치수정밀도와 치수안정성이 매우 뛰어난 고분자이다 이런 뛰어난 특성으로 인해 필터 플레이트, 한외여과장치(기체 분리막), 전기ㆍ전자공업분야(전기콘센트소재), 의료용 분야(인공치골, 인공신장기용 박막, 고온에서의 멸균을 필요로 하는 수술용 받침대, 혈액투석용 필터 등) 등 여러 분야에서 이용되고 있다. (중략)
Kwon, Hyeon Woong;Im, Kwang Seop;Kim, Ji Hyeon;Kim, Seong Heon;Kim, Do Hyeong;Nam, Sang Yong
Membrane Journal
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v.31
no.6
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pp.456-470
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2021
In this study, polyetherimide-based hollow fiber membranes were manufactured using the NIPS (nonsolvent induced phase separation) method. THF, Ethanol, and LiNO3 were used as additives to control the morphology of the PEI-hollow fiber membranes. Furthermore, for the development of a high hydrogen separation membrane, the spinning conditions were optimized through the characterization of SEM and gas permeance. As a result, as the content of THF increased, the hydrogen/carbon dioxide selectivity increased. However, the permeance decreased due to the trade-off relationship. When ethanol was added, a finger-like structure was shown, and when LiNO3 was added, a sponge structure was shown. In particular, in the case of a hollow fiber membrane with an optimized PDMS coating layer, the permeance was 40 GPU and the hydrogen/carbon dioxide selectivity was 5.6.
Kim Jeong-Hoon;Sohn Woo-Ik;Choi Seung-Hak;Lee Soo-Bok
Membrane Journal
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v.15
no.2
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pp.147-156
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2005
It is well-known that polyethersulfone (PES) has high $CO_2$ selectivity over $N_2\;(or\;CH_4)$ and excellent pressure resistance of $CO_2$ plasticization among muy commercialized engineering plastics[1-4]. Asymmetric PES hollow fiber membranes for flue gas separation were developed by dry-wet spinning technique. The dope solution consists of PES, NMP and acetone. Water and water/NMP mixtures are used in outer and inner coagulants, respectively. Gas permeation rate (i.e., permeance) and $CO_2/N_2$ selectivity were measured with pure gas, respectively and the micro-structure of hollow fiber membranes was characterized by scanning electron microscopy. The effects of polymer concentration, ratio of NMP to acetone, length of air gap, evaporation condition and silicone coating were investigated on the $CO_2/N_2$ separation properties of the hollow fibers. Optimized PES hollow fiber membranes exhibited high permeance of $25\~50$ GPU and $CO_2/N_2$ selectivity of $30\~40$ at room temperature and have the apparent skin layer thickness of about $0.1\;{\mu}m$. The developed PES hollow fiber membranes, would be a good candidate suitable for the flue gas separation process.
Park, Cheol Hun;Jung, Jung Pyo;Lee, Jae Hun;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.28
no.1
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pp.55-61
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2018
With vigorous development of petroleum and chemical industry, emission of carbon dioxide has attracted tremendous attention globally due to global warming problem and abnormal climate change. To address these problems, in this study, a PEGBEM-g-POEM graft copolymer with high $CO_2$ affinity was synthesized and $CaCO_3$ was incorporated to form mixed matrix membranes (MMMs) for enhancement of $CO_2$ permeance. By varying the addition weight of $CaCO_3$ in MMMs, high separation performance of $CO_2$ over $N_2$ was obtained. At 50 wt% loading of $CaCO_3$, the greatest separation performance was obtained with an enhanced $CO_2$ permeance from 22.5 to 28.16 GPU and slightly increased $CO_2/N_2$ selectivity from 44.7 to 45.42. It resulted from the increased $CO_2$ solubility of MMMs due to specific interaction between $CaCO_3$ and $CO_2$ molecules. Upon excess loading of $CaCO_3$, MMMs exhibited loss of $CO_2$ separation performance due to the formation of interfacial defects. Based on this result, it is considered that the proper addition of $CaCO_3$ is crucial for improvement of $CO_2$ separation performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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