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      • KCI등재

        Gas Transport Behaviors through Multi-stacked Graphene Oxide Nanosheets

        박호범,이민용 한국막학회 2017 멤브레인 Vol.27 No.2

        Graphene-based materials have been considered as a promising membrane material, due to its easy processability and atomic thickness. In this study, we studied on gas permeation behavior in few-layered GO membranes prepared by spin-coating method. The GO membrane structures were varied by using different GO flake sizes and GO solutions at various pH levels. The GO membranes prepared small flake size show more permeable and selective gas separation properties than large one due to shortening tortuosity. Also gas transport behaviors of the GO membranes are sensitive to slit width for gas diffusion because the pore size of GO membranes ranged from molecular sieving to Knudsen diffusion area. In particular, due to the narrow pore size of GO membranes and highly CO2-philic properties of GO nanosheets, few-layered GO membranes exhibit ultrafast and CO2 selective character in comparison with other gas molecules, which lead to outstanding CO2 capture properties such as CO2/H2, CO2/CH4, and CO2/N2. This unusual gas transport through multi-layered GO nanosheets can explain a unique transport mechanism followed by an adsorption-facilitated diffusion behavior (i.e., surface diffusion mechanism). These findings provide the great insights for designing CO2-selective membrane materials and the practical guidelines for gas transports through slit-like pores and lamellar structures.

      • Membrane-based CO2 capture for post combustion

        박호범 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

        Investigating new methods and reliable technologies competing with conventional industrial processes for CO2 capture and recovery such as absorption and adsorption is a great challenge in the current research. Generally conventional separation processes do not meet the present approach of process intensification but still has merit due to their maturity in technology and large-scale implementation. On the other hand, membrane-based gas separation technology is under active development aiming at advancing towards sustainable systems that minimizes CO2 emissions with many promising advantages such as simple design, small foot print and easy scale-up. However, existing polymeric membranes suffer from relatively low CO2 permeability and CO2/N2 selectivity, and also the presence of water vapor in the feed streams. This presentation will give a general view of the recent achievements for those systems and the main limitations and challenges to be faced will be presented with addressing the next steps that should be considered to advance as fast as possible towards realistic solutions for CO2 capture.

      • 기체분리고분자막의 투과도/선택도성능 상한선 극복방안

        박호범 한국막학회 2016 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2016 No.11

        Synthetic membranes, based on polymers or inorganic membranes, are now used in a wide variety of gas separations. For gas separation membranes, during the 1980’s, permeability data on six common gases were complied, and the tradeoff relationship was analyzed. The upper bound relationship was established empirically. Recognizing the exquisite permeability and selectivity of biological membranes and the deleterious nature of broad pore size distributions and flexibility of polymer chains on permeability/selectivity combinations, a number of approaches have been pursued to develop membranes with better transport and separation properties. There has been an evolution in design of materials for both gas and liquid separation membranes, brought about by advances in structural control of materials and by better understanding of natural membranes.

      • 기체분리용 고투과선택성 탄소-실리카막

        박호범,이영무 한국막학회 2002 멤브레인 Vol.12 No.2

        이번 연구에서 효율적인 기체분리를 위한 탄소-실리카(C-SiO2) 분리막이 방향족 이미드 블록과 실록산 블록으로 구성된 공중합체의 비활성분위기에서의 열분해를 통해 제조되었다. 이 탄소-실리카 기체분리막은 비교적 작은 크기의 기체분리, 즉 He/N2, O2/N2 그리고 CO2/N2의 분리에 있어 매우 뛰어난 기체선택도를 나타내었다. 두 상을 가진 공중합체의 열분해는 600도, 800도 그리고 1000도의 최종열분해온도로서 수행되었으며, 이러한 두 상으로 이루어진 전구체는 탄소막의 제조에 처음으로 보고되었다. 이러한 전구체는 두 상의 조성 및 같은 조성에서 중합방법의 차이에 의해 형성되는 모폴로지의 변화가 최종 탄소-실리카막의 기체분리특성에 미치는 영향을 살피기 위해 제조되었다. 이러한 탄소-실리카분리막은 2.6-3.64Å의 동력학적 반경을 가진 작은 기체분자(헬륨, 산소, 질소, 이산화탄소)들을 사용한 기체투과실험에서, 탄소-실라카 분리막은 높은 투과도와 함께 뛰어난 분자체 효과를 보였다. 게다가 탄소-실리카분리막의 기체분리특성은 사용한 고분자 전구체의 기체분리특성과 매우 유사하며, 이것은 열적으로 안정한 두상의 사용으로 전구체의 초기 모폴로지가 열처리 후에도 상당히 유지되었기 때문이다. 현재의 연구는 탄소막 전구체의 초기의 모폴로지가 최종 탄소막의 분리특성 및 미세구조에 결정적인 영향을 미침을 암시한다. Carbon-silica (C-SiO2) membranes can be easily prepared by the pyrolysis of two-phase copolymers containing an aromatic imide block and a siloxane block and remarkably high permselectivities of He/N2, O2/N2, and CO2/N2. The pyrolysis of the imide-siloxane block copolymers was carried out at different final temperatures, 600oC, 800oC, and 1000oC under an inert atmosphere, and is the first reported case of the precursors being used for the preparation of carbon membrane. The polymeric precursors were synthesized in a wide range of siloxane content and different final morphology, and the pyrolyzed membranes were tested with a high vacuum time-lag method at 25oC and 76cmHg of feed pressure. In experiments with He, CO2, O2, and N2, the membranes were found to have good O2/N2 selectivity up to 32.2 and O2 permeability on the order of 10-8 cm3(STP)cm/cm2seccmHg.

      • KCI등재

        연료전지용 고분자전해질막

        박호범,이영무 한국공업화학회 2002 공업화학 Vol.13 No.1

        무공해의 재생가능한 연료를 사용하여 이산화탄소나 잘소산화물과 같은 오염원이 발생하지 않는 고효율 에너지를 얻는 것은 이제 더 이상 먼 미래의 꿈이 아니다. 이러한 저에너지 및 환경친화적 기술은 연료전지기술의 발전과 더불어 그 실현이 앞당겨지고 있다. 많은 연료전지의 종류 중에서 수소이온전도성막을 사용하는 고분자전해질 연료전지(PEFC)는 낮은 온도에서의 작동성, 수소 혹은 액체연료의 사용 및 산화제로 공기를 사용한다는 점에서 소형 이동전원용 시스템이나 자동차산업에서 가장 주목받고 있다. 그러나 과거에 이루어졌던 많은 연구가 우수한 전극촉매의 개발, 스택디자인 및 작동조건의 최적화에 그 역량이 집중되어 왔으며, 상대적으로 고분자전해질 막소재에 대한 개발은 매우 간과되어 단지 Nafion^ⓖ과 같은 과불소화고분자에 대한 연구만이 이루어져 왔다. 오늘날, Nafion^ⓖ은 고온에서 함수율의 감소로 인한 수소이온전도도의 감소, 높은 기체투과도, 메탄올 크로스오버 및 비싼가격과 같은 많은 문제에 직면하고 있다. 따라서 성능이 우수하며 저비용의 연료전지용 막소재의 개발이 고분자전해질 연료전지기술에 있어 가장 시급히 해결해야 할 당면과제가 되고 있다. 이에 본고에서는 현재 고분자전해질막의 개발 현황 및 앞으로 나아가야 할 연구방향에 대해 집중적으로 다루고자 한다. A highiy efficient energy production from renewable sources, without pollutant emission such as CO_2 and NO_x, is no longer a fantastic dream of a far future. This low energy and environment-friendly technology is being realized by recent developments in the fuel cell technology. Among various kinds of the fuel cell, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using proton-conducting membrane is the desirable choice in mobile and portable applications, due to its low operating temperature, possibility of using air as the oxidant medium and hydrogen or liquid as the fuel. However, many researches in the last decades have been focused on improving electrode catalyst and optimizing the stack design and operating conditions. That is, the development of membrane materials for PEFC has been overlooked and concerntrated mainly on the perfluorinated polymer, Nafion^ⓖ. Today, Nafion^ⓖ is facing many problems such as decreased proton conductivity, due to the loss of water-uptake ay high temperature, high gas permeability, methanol crossover, and high cost. Therefore, the development of effective and low cost membrane materials for fuel cells is very significant and urgent assignment in this fascinating field of fuel cell technology. In this review, some of the recent developments of proton-conducting polymeric membranes and future direction of the research on membranes for fuel cells are discussed.

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