In this study, porous metal (O.D. = 10 mm, length = 10 mm, 316 L SUS, Mott Corp.) and ${\alpha}$-alumina tube (O.D. = 10 mm, length = 50 mm, Pall, German) support was modified with suspension sols, which were consisted of $3{\sim}4{\mu}m$ and 150 nm size of ${\alpha}$-alumina particle in the water or silica-zirconia colloidal sol. The porous support was fabricated by dip coating method for 5 seconds with suspension of alumina particles. After drying at $100^{\circ}C$ for 1 h, it was calcined at $550^{\circ}C$ for 30 min. It was repeated several times in order to decrease big pore on support. The surface roughness and largest pore size on the porous support was decreased by increasing coating times with $3{\sim}4{\mu}m$ size of ${\alpha}$-alumina particle and alumina coating with 150 nm size of ${\alpha}$-alumina particle served as further smoothening the surface and decreasing the pore size of the substrate. And the silica-zirconia membranes were successfully prepared on the modified porous metal and ${\alpha}$-alumina supports, and showed hydrogen permeance in the range of $1.8-8.4{\times}10^{-4}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ and $3.3-5.0{\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$, respectively.
In the molecular dynamics study of polymeric membranes, it is very important to select the proper length of the polymer main chain because it requires a large number of constituent atoms and a long time to simulate the permeation behavior. In this study, we tried to investigate how the correlation between polymer main chain length and permeation behavior appears in actual molecular dynamics simulation results. Molecular dynamics were performed using the widely known commercial polymer Kapton(R) polyimide structure and the gas permeation behavior was simulated. The movement of the polymer main chain was not related to its length and the short main chain length did not act more actively. In addition, unlike the prediction that the end group of the polymer main chain is relatively easy to move, there are many cases where the atoms located at the middle of the polymer main chains have a higher movement than the atoms located at the end groups. Finally, permeabilities of the gas molecules was not affected by the length of the main chain and the end groups of the polymer, which indicates that the end effect should be carefully mentioned and followed by the verification process.
In the present study, superflux nickel capillary supports for gas and vapor separation membranes were prepared by a combined process of NIPS and sintering. Nickel capillary precursors were prepared by NIPS process from PSf-Ni-DMAC-PEG400 dope solution and was sintered at various temperatures in $H_2$ atmosphere to reliably produce Ni capillary support. The optimized Ni capillary support has an outer and inner diameters of 722 and $550{\mu}m$, and its thickness was $94{\mu}m$. It has 3-dimensional pore channel network and its porosity and mean pore diameter was 26% and $4{\mu}m$, respectively. Also, its mechanical strength was tested in tensile mode: its fracture load was 2.84 kgf and the fracture elongation was 13%. Finally, its single gas permeance was measured: He, $N_2$, $O_2$, and $CO_2$ permeance was 432,327, 281,119, 264,259, and 193,143 GPU, respectively. The superflux behavior could be explained from viscous flow through the macropores having a diameter of $4{\mu}m$ and narrow thickness. It could be concluded that the superflux behavior of the Ni capillary support was from the 3-D pore channel network and the small thickness.
Mixed-matrix membranes (MMMs), which are composed of a polymer matrix filled with high-performance fillers as a dispersed phase, have been intensively studied for gas separations for the past 30 years. It has been demonstrated that MMMs exhibit superior gas separation performance compared to polymer membranes and are more scalable than polycrystalline membranes. Despite their potential, the commercialization of MMMs has yet to be reported due to several challenging issues. One of the major challenges of MMMs is the non-ideal interface between the continuous polymer phase and dispersed phase, which can result in defect formation (i.e., interfacial voids, etc.). With respect, many MMM studies have focused on addressing the issues through scientific approaches. The engineering approaches for facile and effective large-scale fabrication of MMMs, however, have been relatively underestimated. In this review paper, a novel strategy for fabricating MMMs in a facile and scalable manner using in situ metal-organic framework (MOF) formation is introduced. This new MMM fabrication methodology can effectively address the issues facing current MMMs, likely facilitating the commercialization of MMMs.
The PTMSP/PDMS graft copolymer were synthesized from the PTMSP[poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)] and the PDMS[poly(dimethylsiloxane)] and then the PTMSP/PDMS-borosilicate composite membranes were prepared by adding the porous borosilicates to the PTMSP/PDMS graft copolymer. The number-average molecular weight (${\bar{M}}_n$) and the weight-average molecular weight (${\bar{M}}_w$) of PTMSP/PDMS graft copolymer were 460,000 and 570,000 respectively, and glass transition temperature ($T_g$) of PTMSP/PDMS graft copolymer appeared at $33.53^{\circ}C$ according to DSC analysis. According to the TGA measurements, the addition of borosilicate to the PTMSP/PDMS graft copolymer leaded the decreased weight loss and the completed weight loss temperature went down. SEM observation showed that borosilicate was dispersed in the PTMSP/PDMS-borosilicate composite membranes with the size of $1{\sim}5{\mu}m$. Gas permeation experiment indicated that the addition of borosilicate to PTMSP/PDMS graft copolymer resulted in the increase in free volume, cavity and porosity resulting in the gradual shift of the mechanism of the gas permeation from solution diffusion to molecular sieving surface diffusion, and Knudsen diffusion. Consequently, the permeability of $H_2$ and $N_2$ increased and selectivity ($H_2/N_2$) decreased as the contents of borosilicate increased.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.28
no.4
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pp.43-52
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2020
As the membrane gas separation technology grows, various models were developed by numerous researchers to describe the separation process. In this work, the counter-current model was compared thoroughly with experimental data. Experimentally, hollow fiber membrane using CA module was prepared for the separation of biogas. The pure gas permeation properties of membrane module for methane, nitrogen, oxygen, and carbon dioxide were measured. The permeance of CO2 and CH4 were 25.82 GPU and 0.65 GPU, respectively. The high CO2/CH4 selectivity of 39.7 was obtained. the separation test for three different simulated mixed gases were carried out after pure gas test, and the gas concentration of the permeate at various stage-cut were measured from CA membrane module. Results showed that the experimental data agreed with the numerical simulation. A mathematical model has implemented in this study for the separation of biogas using a membrane module. The finite difference method (FDM) is applied to calculate the membrane biogas separation behaviors. Futhermore, the counter-current model can be considered as a convenient model for biogas separation process.
A new pressurized sol-gel coating technique forming membrane layers inside pores of the porous support by the simple operation has been developed. Crack-free and reproducible nanoparticulate silica membranes supported on the porous $\alpha$-alumina tube are synthesized by pressurized coating at 600kPa for 2hr. The pore radius and N2 gas permiability at the room temperature of silica membrane layers are 8$\AA$ and 7.0$\times$10-7mol/$m^2$.s.Pa, respectively. The mechanism of N2 gas transfer through synthesized membrane layers is the perfect Knudeen flow, and the thermal stability of the silica composite membranes is excellent upto 40$0^{\circ}C$.
The soluble polyimides(PMDA/diamine/dianhydride) were prepared and investigated. After coating the prepared PMDA/diamine/dianhydride solution into the commercial tubular alumina ceramic membranes, gas permeation characteristics was investigated. $T_g{\prime}s$ of the polyimides were in the range of $337{\sim}358^{\circ}C$ and thermal stability was good. The polymer was soluble in NMP, DMAc, DMSO, THF, and m-cresol. The adhesion between the alumina membrane and the soluble polyimide was excellent. The soluble polyimide/alumina membranes containing 6FDA showed the highest permeability among others. The permeability of nitrogen of PMDA/1,3PDA/6FDA-alumina membrane was about $7.6{\times}10^{-7}(mol/m^2{\cdot}Pa{\cdot}s)$ in the gas permeation experiments. The ideal separation factor of $O_2/N_2$ and $H_2/N_2$ in PMDA/1,3PDA/6FDA-alumina membrane were 6.19, and 70.0, respectively.
PTMSP-NaA zeolite composite membranes were prepared by adding 0~50 wt% NaA zeolite to PTMSP. The membranes were characterized by FT-IR, $^1H$-NMR, GPC, DSC, TGA, SEM. The permeabilities of $H_2$ and $N_2$ gases through PTMSP-NaA zeolite composite membranes was studied as a function of NaA zeolite contents. According to TGA measurements, when zeolite was inserted into the polymer, weight loss temperature and weight loss wt% of PTMSP-NaA zeolite composite membranes were decreased. Based on SEM observation, NaA zeolite was dispersed in the PTMSP-NaA zeolite composite membrane with the size $2{\sim}5{\mu}m$. The permeability of PTMSP-NaA zeolite composite membranes increased added as NaA zeolite content increased. On the contrary, the selectivity ($H_2/N_2$) of the composite membranes decreased as NaA zeolite content increased. PTMSP-NaA zeolite composite membrane showed better permeability and selectivity ($H_2/N_2$) of $H_2$ and $N_2$ than PTMSP-NaY zeolite composite membrane.
In this study, a mixed matrix membrane was prepared by putting the zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7) synthesized in Pebax-1657 and Pebax-2533, which are representative poly(ether-b-amide), and the permeability properties of single gas such as N2 and CO2 were investigated. From the gas permeation results, in the case of N2, both the Pebax-1657/ZIF-7 and Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membranes showed a similar phenomenon in which the permeability decreased with the incorporation of ZIF-7. For CO2 permeability, the tendency was slightly different depending on the type of polymer. In the Pebax-1657/ZIF-7 mixed membrane, the CO2 permeability decreased in the range of 0~3 wt% of ZIF-7, and increased at higher contents. The CO2 permeability of the Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membrane gradually decreased without increasing the permeability in the range of 0~5 wt% of ZIF-7. Regarding CO2/N2 selectivity, both mixed films showed a tendency to increase with increasing the ZIF-7 content. In particular, Pebax-2533/ZIF-7 5 wt% showed the best gas permeation performance compared to other mixed matrix membrane. This is thought to be because ZIF-7 shows better compatibility with Pebax-2533 than that of Pebax-1657 and also better CO2 selective property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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