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Poly(ether-b-amide)/ZIF-7을 이용한 막의 기체투과 특성
윤숭석,홍세령,Yoon, Soong Seok,Hong, Se Ryeong 한국막학회 2021 멤브레인 Vol.31 No.3
본 연구는 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 poly(ether-b-amide) 2533 (PEBAX2533)에 혼합하여 혼합막을 제조하고, 단일기체(N<sub>2</sub>, CO<sub>2</sub>)를 투과하여 기체에 대한 성질을 조사하였다. FT-IR, XRD, FE-SEM을 통해 ZIF-7이 가지는 피크와 형상을 확인하였고, 합성이 잘 되었음을 판단하였다. TGA를 통해 ZIF-7이 우수한 열적 안정성을 가지는 것과 막 내에 혼입되었을 때 순수 PEBAX2533에 비해 열적 안정성이 향상되는 것을 확인하였다. BET를 통해 합성된 ZIF-7의 CO<sub>2</sub> 흡착 능력이 우수하고 CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> 흡착 선택도가 약 49.64로 높은 편이라는 것을 확인하였다. 기체 투과는 혼합막에서 ZIF-7 함량이 증가함에 따라 N<sub>2</sub> 투과도는 감소하고 CO<sub>2</sub> 투과도는 비교적 적게 감소하면서 CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> 선택도는 꾸준히 증가하는 모습을 보였다. 특히 ZIF-7 20 wt%이 첨가되었을 때 CO<sub>2</sub> 투과도가 크게 감소하지 않고 선택도가 상당히 증가하여 Robeson upper-bound에 근접하는 결과를 얻었다. In this study, mixed matrix membranes were prepared by mixing the synthesized zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7) with poly(ether-b-amide) 2533 (PEBAX2533). A single gas (N<sub>2</sub>, CO<sub>2</sub>) was permeated through the membrane to investigate the properties of the gas. Through FT-IR, XRD, and FE-SEM, the peaks and shapes of ZIF-7 were confirmed, and it was determined that the synthesis was successful. Through TGA, it was confirmed that ZIF-7 has excellent thermal stability and that when incorporated into the membrane, the thermal stability is improved compared to pure PEBAX2533. It was found that ZIF-7 synthesized through BET had excellent CO<sub>2</sub> adsorption capacity and CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> adsorption selectivity showed a high value of about 49.64. For the gas permeation, as the ZIF-7 content in the mixed membrane increases, the N<sub>2</sub> permeability decreases and the CO<sub>2</sub> permeability slightly decreases, while the CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> selectivity steadily increases. In particular, when 20 wt% of ZIF-7 was added, the CO<sub>2</sub> permeability did not decrease significantly and the CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> selectivity increased considerably, resulting in the performance approaching to the Robeson upper-bound.
CO2/N2 분리를 위한 Pebax 혼합막에서 Zeolitic Imidazolate Framework-7의 영향
윤숭석,홍세령 한국공업화학회 2021 공업화학 Vol.32 No.4
본 연구는 대표적 poly(ether-b-amide)인 Pebax-1657과 Pebax-2533에 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 넣어 혼합막을 제조하고, 단일기체 N2, CO2에 대한 투과 성질을 조사하였다. 기체투과 결과에서, N2의 경우 Pebax-1657/ZIF-7혼합막과 Pebax-2533/ZIF-7 혼합막 모두 ZIF-7 혼입에 따라 투과도가 감소하는 비슷한 현상을 보였지만, CO2 투과도의경우는 고분자에 종류에 따라 조금 다른 경향을 보였다. Pebax-1657/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~3 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도가 감소하다가 그 이후 함량에서 투과도가 증가하였고, Pebax-2533/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의0~5 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도 증가 없이 감소하였다. CO2/N2 선택도의 경우 두 혼합막 모두 ZIF-7의 함량이많아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 Pebax-2533/ZIF-7 5 wt%은 다른 혼합막들에 비해 가장 좋은 투과 성능을 보였다. 이는 ZIF-7이 Pebax-1657보다 Pebax-2533에 더 좋은 호환성을 보이며 CO2에 대한 선택적인 특성이 잘 나타났기 때문으로 생각된다.
윤숭석,이현경,홍세령 한국막학회 2018 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2018 No.05
Pebax[(Poly(ether-block-amide))]은 열가소성 탄성체로 유연하고 부드러운 성질과 단단한 성질을 모두 포함하고 있는 소재이다. 그래서 분리막으로 이용할 경우 기계적 특성과 선택도, 투과도 모두 좋은 결과를 얻기에 용이한 장점이 있다. ZIF-7 (Zeolitic Imidazolate Framework-7)은 금속 이온과 유기 리간드의 조합으로서 간단한 공정으로 다공성 나노구조의 합성이 용이하기 때문에 기체분리막이나 기체 센서 부문에서 응용이 가능하다. 본 연구에서는 Pebax에 ZIF-7을 함량별로 다르게 첨가해서 Pebax/ZIF-7 복합막을 제조하고, ZIF-7 함량에 따른 CO2와 N2에 대한 선택도와 투과도를 연구하고자 한다. 기체 투과 실험은 Sepra Tek 회사의 VPA-601 제품을 이용해서 측정하였다.
윤숭석,홍세령,Yoon, Soong Seok,Hong, Se Ryeong 한국막학회 2022 멤브레인 Vol.32 No.5
In this study, zeolitic imidazolate framework-9 (ZIF-9) was synthesized and Pebax/ZIF-9 mixed membranes were prepared by varying the content in poly(ether-b-amide)-1657 (Pebax-1657), and then a single gas (N<sub>2</sub>, CO<sub>2</sub>) was permeated to investigate the gas permeation characteristics of the mixed membrane. As the ZIF-9 content incorporated into the pure Pebax membrane increased, the N<sub>2</sub> permeability gradually decreased, and the CO<sub>2</sub> permeability increased up to the Pebax/ZIF-9 3 wt% mixed membrane, and then decreased at the content thereafter. And among the mixed membranes, the Pebax/ZIF-9 3 wt% mixed membrane showed the highest selectivity of 69.3 by selectively accepting CO<sub>2</sub> as the gate-opening phenomenon occurred for the polar gas, CO<sub>2</sub>. In addition, both the CO<sub>2</sub> permeability and the CO<sub>2</sub>/N<sub>2</sub> selectivity increased, resulting in the closest Robeson upper-bound.