Techniques for selectively separating molecules of gas and liquid states using various separation membranes have been widely used in variety of applications such as chemical, biological, pharmaceutical, and petrochemical industries. As the nanochannel diameter, inter-channel distance and length of the nanochannel of the anodic aluminum oxide (AAO) membranes can be precisely controlled, various studies to effectively separate mixture of various molecules using AAO membrane have been widely carried out. In this study, we fabricated AAO membranes of cylindrical nanochannels of various diameter sizes and of through-hole structure, that is, nanochannels of which both ends of each nanochannel are open. Using those AAO membranes of through-hole nanochannel structure, we studied the selective permeation polymer chains dissolved in a solvent based on hydraulic volume of the polymer chains. We found a precise, quantitative relationship between the radius of gyration of polymer chains that permeated through nanochannels inside AAO membrane and the diameter of nanochannels. In addition, we demonstrate that the behavior of the polymer solution flowing through nanochannel of the AAO membrane can be successfully described with the Hagen-Poiseuille relationship. It is, therefore, possible to theoretically interpret the nanoflow of the solution flowing inside the cylindrical nanochannel.
Model equations for the gas permeation through a ceramic composite membrane were derived for examining the existence of crack, the reproducibility, and the microstructural properties of composite membranes. From the results of analyzing the nitrogen permeability data through alumina-tube supported TiO2 and SiO2 composite membranes, the extent of cracking, and the formation and structure of membrane top-layers were modelled. It was proved that the crack-free and reproducible composite membranes could be easily prepared only by the pore-filled coating within pores of the support in the sol-gel coating process.
This study was carried out for microfiltration tubular membrane module equipped with self-designed air injection nozzle in order to determine the permeate flux due to the effect of membrane fouling reduction. The 0.1 wt% yeast particle solution was used as a feed solution and permeation tests were performed for the cases with and without air injection. Permeation fluxes were measured and analyzed to examine the effect of membrane fouling reduction. While the permeation flux without air injection decreased continuously, that with air injection was improved more than 30 percent than that of no air injection case.
Lee Kew-Ho;Youn Min-Young;Park Sang-Jin;Lee Dong-Wook;Sea Bongkuk
Membrane Journal
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v.15
no.2
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pp.105-113
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2005
Silica membranes were prepared on a porous metal sheet by ultrasonic spray pyrolysis method for gas separation at high temperatures. In order to improve the permselectivity, silica was deposited in the sol-gel derived $silica/\gamma-alumina$ intermediate layer by pyrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS) at 873 K. The pyrolysis with forced cross flow through the porous wall of the support was very effective in plugging mesopores, Knudsen diffusion regime, that were left unplugged in the membranes. At permeation temperature of 523 K, the silica/alumina composite membrane showed $H_2/N_2$ and water/methanol selectivity as high as 17 and 16, respectively, by molecular sieve effect.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.12
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pp.656-661
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2016
Manufacturing membrane materials with high selectivity and permeability is quite desirable but practically not possible, since the permeability and selectivity are usually inversely proportional. From the viewpoint of reducing the cost of $CO_2$ capture, module performance is even more important than the performance of membrane materials itself, which is affected by the permeance of the membrane (P, stagecut) and selectivity (S). As a typical example, when the mixture with a composition of 13% $CO_2$ and 87% of $N_2$ is fed into the module with 10% stage cut and selectivity 5, in the 10 parts of the permeate, $CO_2$ represents 4.28 parts and $N_2$ represents 5.72 parts. In this case, the $CO_2$ concentration in the permeate is 42.8% and the recovery rate of $CO_2$ in this first separation appears as 4.28/13 = 32.9%. When permeance and selectivity are doubled, however, from 10% to 20% and from 5 to 10, respectively, the $CO_2$ concentration in the permeant becomes 64.5% and the recovery rate is 12.9/13 = 99.2%. Since in this case, most of the $CO_2$ is separated, this may be the ideal condition. For a given feed concentration, the $CO_2$ concentration in the separated gas decreases if permeance is larger than the threshold value for complete recovery at a given selectivity. Conversely, for a given permeance, increasing the selectivity over the threshold value does not improve the process further. For a given initial feed gas concentration, if permeance or selectivity is larger than that required for the complete separation of $CO_2$, the process becomes less efficient. From all these considerations, we can see that there exists an optimum design for a given set of conditions.
In this study, propylene/propane separation behavior of Na-type faujasite zeolite membranes is predicted by observing gravimetric adsorptions of propylene and propane on zeolite 13X. The gravimetric adsorptions were measured by using a magnetic suspension balance (MSB) at temperatures of 323, 343, 363 K and a pressure range of 0.02-1 bar. The pressure was increased at 0.1 bar intervals. As adsorption temperature increased, adsorptions of propylene and propane decreased and propylene/propane adsorption selectivity increased. Also, the diffusion coefficients of propylene and propane were increased as the adsorption temperature increased, following the Arrhenius equation. The maximum propylene/propane diffusion selectivity was 0.9753 at 323 K. The perm-selectivity was calculated from the adsorption data of zeolite 13X and compared with the perm-selectivity measured in the single gas permeation experiment for the Na-type faujasite zeolite membrane. The maximum values for the calculated and measured perm-selectivities were observed at a temperature of 323 K. It could be concluded that the prediction of propylene/propane separation of surface diffusion-based membrane by using gravimetric adsorption data is reasonable. Therefore, it is expected that this prediction method can be applied to the screening of adsorption-based microporous membrane for propylene/propane separation.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1997.10a
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pp.77-78
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1997
1. 서론 : Polyimide는 내열성과 기계적, 화학적 특성이 다른 고분자막에 비해 뛰어나며 선택도 또한 비교적 높기 때문에($\alpha$= 3-7) 최근 많은 연구가 대상이 되고 있다. 그러나 trade-off현상으로 알려진 바와 같이 선택도가 우수한 고분자 재료는 투과계수가 떨어지고 투과계수가 높은 고분자 재료는 낮은 선택도를 갖고 있기 때문에 보다 광범위한 분야에 실용적인 막으로 사용하기 위해서는 이를 개선하는 연구가 필요하다. 최근의 연구는 높은 투과계수와 선택도를 가진 새로운 고분자 재료의 합성에 관한 연구, 뛰어난 투과계수를 가지고 있지만 선택도가 낮은 고분자막을 대상으로 여러가지 수식방법을 이용하여 투과계수를 감소시키지 않으면서 동시에 선택도를 향상시키기 위한 연구, 우수한 화학적 특성과 선택도를 가진 물질을 대상으로 복합막이나 비대칭막으로 만들어 투과 저항을 극소화시키기 위한 연구 등의 방향으로 진행되고 있다. 본 연구는 Polyimide중 가장 큰 투과계수를 가진 것으로 보고된 6FDA-p-TeMPD막(P$_{O_2}$ = 122Barrer, $\alpha$$_{O_2/N_2}$ = 3.4)을 제조하여 분리 투과 특성을 향상시키려는 목적으로 UV처리를 하고 UV조사 시간과 강도(Intensity)를 변수로 투과 특성을 조사하여 가장 뛰어난 투과 특성을 나타내는 최적조건을 찾고자 하였다.
L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ perovskite-type mixed conducting membranes, which could permeate oxygen selectively, have been fabricated and the microstructural features developed by varying the sintering conditions have been analyzed. The effects of surface modification and the membrane thickness on oxygen permeability have been evaluated under He/air environment. With increasing a grain boundary fraction, the overall oxygen permeability decreased. The syngas (CO+ $H_2$) has been produced by partial oxidation reaction of methane with the oxygen permeated through the membrane. Methane conversion and syngas yield have been evaluated as functions of the compositional ratio of feed gas and reaction temperature. In long-term duration test for 600 h, under C $H_4$+He/air environment, L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ membrane showed a highly stable performance.
In this study, we investigated permeation properties of single gas ($N_2$, $O_2$, $CO_2$) through membranes composed of poly(ethylene oxide) (PEO) and poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) blend. The prepared membranes showed no new absorbance peaks, which indicate the physical blending of PEO and EVA by FT-IR analysis. SEM observation showed that the crystalline phase of PEO decreased with increasing EVA content in the PEO/EVA mixed matrix. DSC analysis showed that the crystallinity of the PEO/EVA blend membrane decreased with increasing EVA content. Gas permeation experiment was performed with various feed pressure (4~8 bar). The permeability increased in the following order: $N_2$ < $O_2$ < $CO_2$. The permeability of $CO_2$ in PEO/EVA blend membranes were increased with increasing feed pressure, However, the permeability of $N_2$ and $O_2$ were independent of feed pressure. On the other hand, the permeability of all the gases in PEO/EVA blend membranes increased with increasing amorphous EVA content in semi-crystalline PEO. In particular, the blend membrane with 40 wt% EVA showed $CO_2$ permeability of 64 Barrer and $CO_2/N_2$ ideal selectivity of 61.5. The high $CO_2$ permeability and $CO_2/N_2$ ideal selectivity are attributed to strong affinity between the polar ether groups of PEO or the polar ester groups of EVA and polar $CO_2$.
Fluorinated polymeric membranes were prepared by direct surface modification of PDMS with fluorine gas ($50{\sim}2000\;{\mu}mol/mol$ in nitrogen). The formed fluorinated polymeric membranes were characterized by FT-IR spectroscopy, GC (Gas chromatography), atomic force microscopy, and scanning electron microscopy. Direct fluorination resulted in the change of permeability and selectivity of various gases (pure gases such as $CO_2$, $O_2$, $N_2$, $C_2H_4$, mixture of He, Ne, Kr, Xe) through PDMS membranes. Fluorination resulted in the maximum 50% increase of selectivity through PDMS membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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