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Preparation of PEBA/PDMS Blend Membranes for Separation of Carbon Dioxide
박유인,강하성,남미연,이은우,김범식,이상학,서정권,서동학,Park, You-In,Kang, Ha-Sung,Nam, Mi-Yeon,Lee, Eun-Woo,Kim, Beom-Sik,Lee, Sang-Hak,Suh, Jeong-Kwon,Suh, Dong-Hak,Feng, Xianshe The Membrane Society of Korea 2009 멤브레인 Vol.19 No.1
Poly(ether block amide) (PEBA)/poly(dimethyl-siloxane) (PDMS) blend membranes (PEBA : PDMS = 5 : 2, 6 : 1 wt%) were prepared through the solution-casting and phase inversion process in order to demonstrate their superior performance in carbon dioxide separation. PDMS and PEBA (4033) were also prepared by the same method using n-butanol as a solvent. To study the gas permeation properties, the membranes were characterized with SEM and tested with carbon dioxide and nitrogen at $35^{\circ}C$ and pressure ranging from 3 to 5 atm. In conclusion, PEBA/PDMS blend membranes were shown to have selectivity for $CO_2/N_2$ separation that is 4 to 5 magnitudes greater than that of PDMS membrane at 3 atm. 본 연구는 Poly(ether block amide) (PEBA)와 poly(dimethyl-siloxane) (PDMS)를 혼합한 블렌드막(PEBA: PDMS = 5 : 2,6 : 1 wt%)을 상전이법을 이용하여 제조하여, 이산화탄소의 분리능을 향상시키고자 하였다. PDMS와 PEBA (4033) 은 투과특성의 비교를 위해 각각 같은 방법의 단일막으로 제조되었고, 용매로는 n-butanol을 사용하였다. 제조된 막은 SEM 을 이용하여 morphology를 분석하였고, 압력에 따른 $CO_2$와 $N_2$의 투과도를 측정하였다. 실험결과, PEBA/PDMS 블렌드막은 3기압에서 단일 PDMS막에 비해 $N_2$에 대한 $CO_2$의 선택도가 $4{\sim}5$배 높은 것으로 나타났다.
염충균,윤석복,박유인,Yeom, Choong-Kyun,Yoon, Seok-Bok,Park, You-In The Membrane Society of Korea 2008 멤브레인 Vol.18 No.4
This study was focused on the investigation of the effects of membrane module configuration and the temperature of feed retentate flowing along with module length on membrane performance through model simulation. A simulation model of pervaporative dehydration through membrane module assemble in which a number of unit modules are connected in parallel or in series has been established. In this study, ethanol/water mixture was used as model mixture. Some of permeation parameters in the model were quantified directly from the real dehydration pervaporation of ethanol through a lab-made membrane. By adopting the coefficients determined empirically the simulation model could be of more practical value. The simulation of pervaporation with two basic module configurations, that is, parallel connection and series connection, could present the importance of process parameters such as feed rate, module connection mode, number of stages, and inter-stage heating. 본 연구는 공정모사를 통해서 막모듈 배열 및 연결과 막모듈 내에서 공급 잔류액의 온도 변화가 투과증발 공정에 끼치는 영향을 관찰하였으며 이를 위해서 기본 막모듈이 직렬 혹은 병렬로 연결되어 있는 모듈들의 조합을 통한 투과탈수공정을 예측할 수 있는 모델식들을 확립하였다. 에탄올/물 혼합물을 모델 혼합물로 사용하였고 모델식들에 포함되어 있는 투과 파라메타들을 직접 실험에 의해 구하여 사용함으로써 모사의 현실성을 높였다. 모사를 통해서 모듈의 배열방식, 모듈 단의 갯수와 단사이의 공급액의 재가열등의 중요성을 검토하였다.
CO<sub>2</sub>/CH<sub>4</sub> 분리를 위한 프로필렌카보네이트/물 흡수제 특성 평가 및 막접촉기의 적용
박아름이,김성중,이평수,남승은,박유인,Park, Ahrumi,Kim, Seong-Joong,Lee, Pyung Soo,Nam, Seung Eun,Park, You In 한국막학회 2016 멤브레인 Vol.26 No.2
바이오 가스로부터 바이오 메탄을 생산하기 위해 물리흡수제 특성평가 및 $CO_2/CH_4$흡수 연구를 진행하였고, poly-propylene(PP) 중공사막 막접촉기에 적용해보았다. 물리흡수제 중 propylene carbonate (PC)는 PP 중공사막과 가장 높은 $58.3^{\circ}$ 접촉각을 보였고, 5 wt% PC를 물과 혼합할 경우 $90^{\circ}$ 이상의 접촉각이 관찰되었다. 또한 $CO_2$ 흡수실험에서 PC/물 혼합 흡수제는 물 흡수량(0.121 mmol/g) 보다 높은 0.148-0.157 mmol/g의 흡수량을 보이며, 막접촉기에 가장 적합한 물리흡수제로 선정되었다. PC/물 혼합 흡수제를 막접촉기에 적용 후 얻어진 $CO_2$ 제거율(98.0-97.8%)과 $CH_4$ 순도(98.5-98.3%)는 바이오 메탄으로서 매우 높은 가능성을 보여주었다. 하지만 PC/물 혼합 흡수제의 경우에는 물 흡수제와 비교하여 성능 변화가 매우 미비하였다. 이는 물보다 우수한 PC 흡수능과 함께 그에 따른 막접촉기 탈기 막 모듈 및 시스템 개선과 공급 유량 조절을 통해 $CH_4$ 손실 최소화 등 공정 최적화가 필요한 것으로 분석된다. To produce renewable biomethane from biogas, the properties of physical absorbents such as water, methanol, 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), poly(ethylene glycol) dimethylether (PEGDME), and propylene carbonate (PC) were studied, and PC was applied to membrane contactor systems. Among physical absorbents, PC exhibited a high contact angle of $58.3^{\circ}$ on polypropylene surface, and a PC/water mixture (5 wt%) increased the contact angle to $90^{\circ}$. Furthermore, the PC/water mixture presented higher $CO_2$ absorption capacities (0.148-0.157 mmol/g) than that of water (0.121 mmol/g), demonstrating a good property as an absorbent for membrane contactors. Actual operations in membrane contactors using the PC/water mixture resulted in $CO_2$ removal of 98.0-97.8% with biomethane purities of 98.5-98.3%, presenting a strong potential for biogas treatment. However, the PC/water mixture yielded moderate improved in $CO_2$ removal and methane recovery, as compared with water in the membrane contactor operation. This is originated from insufficient desorption processes to reuse absorbent and low $CO_2$ flux of the PC/water absorbent. Thus, it is requiring optimizations of membrane contactor technology including development of absorbent and improvement of operation process.
N<sub>2</sub>/NF<sub>3</sub> 분리용 폴리썰폰 중공사막 제조 연구
임민수,김성중,강하성,박호범,남승은,박호식,이평수,박유인,Lim, Min Su,Kim, Seong-Joong,Kang, Ha Sung,Park, Ho Bum,Nam, Seung Eun,Park, Ho Sik,Lee, Pyung Soo,Park, You In 한국막학회 2016 멤브레인 Vol.26 No.1
Fabrication of polysulfone (PSf) hollow fiber membranes was investigated for the separation of $N_2/NF_3$ gas mixtures, which are emitted from the display and the semiconductor industries. A combination of the non-solvent induced phase separation (NIPS) and the vapor-induced phase separation (VIPS) technique was applied to develop high flux hollow fiber membranes. Thin polymer layers were further coated onto the surface of the hollow fiber membranes by using polydimethylsiloxiane (PDMS) or Teflon AF1600(R), which contributes to improve the $N_2/NF_3$ selectivity. The $N_2/NF_3$ separation performances of our PSf hollow fiber membranes were determined by the intrinsic properties of coating materials. Especially, the PSf hollow fiber membrane coated with Teflon AF 1600(R) exhibited a higher $N_2/NF_3$ selectivity (> 14) with a slightly lower $N_2$ permeance (4.5 GPU), as compared to the commercial PSf counterparts. This feature provides a good potential as a membrane structure to separate $N_2/NF_3$. 반도체 및 디스플레이 공정에서 배출되는 $N_2/NF_3$ 혼합 가스 분리를 위한 폴리썰폰 중공사막 제조 연구를 수행하였다. 먼저 non-solvent induced phase separation (NIPS)와 vapor induced phase separation (VIPS) 혼합 공정을 이용하여 기체투과성이 높은 고분자 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막 표면에 PDMS(polydimethylsiloxiane)와 Teflon AF1600(R) 고분자 소재를 이용하여 얇은 박막을 추가적으로 코팅하는 방법으로 기체 분리막을 완성하였다. 제조된 분리막은 코팅된 고분자 소재의 기체 분리 특성에 따라 상이한 $N_2/NF_3$ 분리 성능을 보여주었다. 특히 Teflon AF1600(R) 이 코팅된 중공사막의 경우 $N_2/NF_3$ 분리 성능(> 14)을 보여주었고, $N_2$ 투과도는 4.5 GPU를 나타내었다. 상용 폴리썰폰 막과 비교해 볼 때, 투과도는 약간 감소하였지만 기체 선택도는 크게 증가하였다. 이런 특징은 $N_2/NF_3$를 분리하는 분리막 구조로써 큰 가능성을 지니는 것으로 판단된다.
송예진,김종후,김예솜,김상득,조영훈,박호식,남승은,박유인,손은호,김정,Song, Ye Jin,Kim, Jong Hoo,Kim, Ye Som,Kim, Sang Deuk,Cho, Young Hoon,Park, Ho Sik,Nam, Seung Eun,Park, You In,Son, Eun Ho,Kim, Jeong F. The Membrane Society of Korea 2018 멤브레인 Vol.28 No.3
본 연구에서는 상전이법을 이용하여 P(VDF-co-HFP) 분리막의 구조를 조절하였다. Macrovoid 없는 구조를 얻기 위하여 다양한 조건에서 비용매유도상전이(NIPS) 공법으로 분리막을 제막하였으나 고분자의 낮은 결정화 속도로 인해 macrovoid가 생성된다는 것을 관측하였다. 이를 극복하기 위해 증발유도상전이법(EIPS)과 증기유도상전이법(VIPS)을 도입하였으며 NIPS공법과 함께 제막되었을 때 이상적인 구조를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. In this work, the morphology of polyvinylidene-co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) membranes were systemically investigated using phase inversion technique, to target membrane contactor applications. As the presence of macrovoids degrade the mechanical integrity of the membranes and jeopardize the long-term stability of membrane contactor processes (e.g. wetting), a wide range of dope compositions and casting conditions was studied to eliminate the undesired macrovoids. The type of solvent had significant effect on the membrane morphology, and the observed morphology were correlated to the physical properties of the solvent and solvent-polymer interactions. In addition, to fabricate macrovoid-free structure, the effects of different coagulation temperatures, inclusion of additives, and addition of nonsolvents were investigated. Due to the slow crystallization rate of P(VDF-co-HFP) polymer, it was found that obtaining porous membrane without macrovoids is difficult using only nonsolvent-induced phase separation method (NIPS). However, combined other phase inversion methods such as evaporation-induced phase separation (EIPS) and vapor-induced phase separation (VIPS), the desired membrane morphology can be obtained without any macrovoids.
PVDF와 PP 중공사막 접촉기를 이용한 Alkanolemine 수용액의 이산화탄소 흡수 분리 특성
연순화 ( Sun Hwa Yeon ),서봉국 ( Bong Kuk Sea ),이기섭 ( Ki Sub Lee ),박유인 ( You In Park ),이규호 ( Kew Ho Lee ) 한국공업화학회 2002 공업화학 Vol.13 No.8
중공사막 접촉기를 기존의 흡수장치에 흡수기로 도입하여 구축한 hybrid 시스템을 이용하여 이산화탄소의 분리효율과 흡수제에 대한 중공사막의 물리ㆍ화학적 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 서로 다른 구조적 특성을 지니는 PVDF 중공사막과 PP 중공사막을 사용하여 흡수제 MEA, TEA, MDEA 수용액의 이산화탄소 분리효율을 측정하였다. 또한 위의 흡수제에 대한 막의 물리적 그리고 화학적 안정성을 막의 젖음성(wettibility)과 IR 분석을 통해 분석한 결과, MEA와 MDEA 수용액의 경우 PVDF 막에서 물리ㆍ화학적 불안정성을 보였다. 각 흡수제에 대한 long-term 실험을 실시한 결과 3급 아민인 TEA 수용액의 경우 가장 오랜 시간 동안 steady-state 상태를 유지하였다. TEA 수용액에 소량의 MEA를 첨가한 혼합 흡수제의 경우 상당한 분리효율의 상승을 기대할 수 있으며, 막의 pore 내에서 안정적 기-액 계면의 형성으로 인하여 장기간 안정적 운전이 가능하므로 중공사막의 적합한 흡수제로 기대된다. A hollow fiber membrane contactor-stripper hybrid process was used to recover CO_2 from the flue gas, and the physical and chemical stability test of hollow fibers against alkanolamine-based absorbents was conducted. The CO_2 removal efficiency of the polyvinylidenefluoride (PVDF) and polypropylene (PP) hollow fiber membrane contactor was tested with aqueous monoethanolamine (MEA), triethanolamine (TEA) and methyl-diethanolamine (MDEA) absorbents. For MEA, the hollow fibers showed a high CO_2 removal efficiency, but poor chemical and physical stability because the MEA absorbent chemically attacked fibers or physically well penetrated into fiber`s pores. For TEA, the hollow fibers showed a low CO_2 removal efficiency, but good chemical and physical stability. In the case of mixed absorbent adding MEA to aqueous TEA solution, CO_2 removal efficiency of the hollow fiber membrane contactor was enlargd, and this mixed absorbent made it possible to operate this system under long term steady-state conditions due to creating stable liquid-gas interface among the fiber`s pores.