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(PIM-co-Ellagic Acid)-기반의 이산화탄소 분리막의 개발
호세인 이크발,허스너 아스몰,김동영,김태현 한국막학회 2020 멤브레인 Vol.30 No.6
(PIM-1)과 ellagic acid로 만든 랜덤형 공중합체가 간단한 방법으로 합성되었으며, 이산화탄소 분리막에 대한 적용 가능성에 대해서 연구하였다. 이 공중합체의 경우 PIM (polymers with intrinsic microporosity) 고분자의 미세 기공 구조에 기 인한 높은 기체 투과도와 평면 구조와 친수성을 갖는 ellagic acid에 기인한 높은 이산화탄소에 대한 선택성에 의해 우수한 이 산화탄소 기체 분리 성능을 나타내었다. 즉, 이산화탄소에 대한 투과도 4516 Barrer와 CO2/N2 (> 23~26) 및 CO2/CH4 (> 18~19)의 높은 선택성으로 두 쌍의 가스 혼합물에 대해 Robeson 상한(2008)을 초과한 결과를 나타내었다. 이와 같이 PIM-1 에 평면구조를 갖는 ellagic acid을 혼입하면 PIM-1의 꼬인 구조를 방해하여 기체 투과성을 향상 시킬 뿐만 아니라 공중합체 의 강성과 극성이 증가하여 N2 및 CH4에 대한 CO2의 선택성을 증가시키는 결과를 확인하였다. Random copolymers made of both ‘polymer of intrinsic microporosity (PIM-1)’ and Ellagic acid were prepared for the first time by a facile one-step polycondensation reaction. By combining the highly porous and contorted structure of PIM (polymers with intrinsic microporosity) and flat-type hydrophilic ellagic acid, the membranes obtained from these random copolymers [(PIM-co-EA)-x] showed high CO2 permeability (> 4516 Barrer) with high CO2/N2 (> 23~26) and CO2/CH4 (> 18~19) selectivity, that surpassed the Robeson upper bound (2008) for both pairs of the gas mixture. Incorporation of flat-type ellagic acid into the PIM-1 not only enhances the gas permeability by disturbing the kinked structure of PIM-1 but also increases the selectivity of CO2 over N2 and CH4, due to an increase of rigidity and polarity in the resultant copolymer membranes.
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1,3-Dioxolane-Based CO2 Selective Polymer Membranes for Gas Separation
박호범,호세인 이크발,허스너 아스몰 한국막학회 2023 멤브레인 Vol.33 No.3
1,3-Dioxolane is an exciting material that has attracted widespread interest in the chemical, paint, and pharmaceutical industries as a solvent, electrolyte, and reagent because 1,3-dioxolane is not toxic, carcinogenic, explosive, auto-flammable, and multifunctional, and due to their excellent miscibility in most organic and aqueous solvent conditions. Recently, this material has received increasing attention as a CO2-selective polymer precursor to separating CO2 from flue gas and natural gas mixtures. Poly(1,3-dioxolane) (PDXL) possesses higher ether oxygen content than polyethylene oxide (PEO), which demonstrates superior membrane CO2/N2 separation properties owing to their polar ether oxygen groups exhibiting strong affinity toward CO2. Thus, PDXL-based membranes displayed an outstanding CO2 solubility selectivity over non-polar (N2, H2, and CH4) gases. However, the polar groups of PDXL, like PEO, promote chain packing efficiency and cause polymer crystallization, thereby reducing its gas permeability, which should be improved. In this short review, we discuss the recent advancement and limitations of PDXL membranes in gas separation applications. To conclude, we provide future perspectives for inhibiting the limits of 1,3-dioxolane-based polymers in the CO2 separation process.
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