이온교환능력을 향상 시킨 양이온 교환막의 분자동역학모사 실험

손태양,Elena Tocci,박치훈,남상용 한국막학회 2016 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2016 No.11

기존의 전기 탈이온 공정(EDI)은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정으로 알려져있다. 여기서의 모듈은 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환 막이 있고 이 막 사이에 이온교환수지를 채워 넣는 형태로 제조된다. 이에 이용 되는 양이온교환막으로 술폰화시켜 이온교환능을 가지게한 sulfonated SEBS triblock copolymer를 이용했다. 게다가 술폰화시킨 SEBS, 물 분자, 히드로늄 이온을 모델링하고 술폰화시킨 SEBS, 히드로늄 이온과 물분자의 의 동역학을 분자동역학시뮬레이션을 이용해서 살펴보았다. 그리고 실제 실험을 통한 비교분석 을 진행했다.

SEBS계 양이온교환막의 분자동역학모사 실험

손태양,Elena Tocci,박치훈,남상용 한국막학회 2016 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2016 No.05

전기 탈이온 공정(EDI)은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정으로 알려져 있고, 모듈은 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환막 사이에 이온 교환수지를 채워 넣는 형태로 제조된다. 모듈 제조에 사용되는 양이온교환막을 고무상의 고분자 SEBS triblock copolymer를 이용하여 sulfonation을 진행하여 S-SEBS 양이온교환막을 제조하였다. 제조된 양이온교환막의 특성평가를 진행하였고, 술폰화시킨 SEBS, 물 분자, 히드로늄 이온을 모델링하여 술폰화시킨 SEBS, 히드로늄 이온과 물분자의 의 동역학을 분자동역학시뮬레이션을 이용해서 살펴 본 뒤 비교분석을 진행했다.

전기흡착 탈이온 공정용 양이온 교환막의 분자동역학모사 실험

손태양,김득주,Elena Tocci,박치훈,남상용 한국막학회 2015 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2015 No.05

기존의 전기 탈이온 공정(EDI)은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정으로 알려져있다. 여기서의 모듈은 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환막이 있고 이 막 사이에 이온교환수지를 채워 넣는 형태로 제조된다. 이것을 기초로 요즘 전기 흡착 탈이온(EAD) 공정은 바이폴라막과 이온교환수지를 이용해서 모듈을 제조하고 있다. 그래서 모듈에 이용되는 양이온교환막으로 술폰화시킨 SEBS triblock copolymer를 이용했다. 게다가 술폰화시킨 SEBS, 물 분자, 히드로늄 이온을 모델링하고 술폰화시킨 SEBS, 히드로늄 이온과 물분자의 의 동역학을 분자동역학시뮬레이션을 이용해서 살펴보았다. 그리고 실제 실험을 통한 비교분석을 진행했다.

이미다졸륨을 포함한 다양한 PEEK계 고분자를 이용한 기체분리막의 제조 및 특성평가

손태양,한송이,Elena Tocci,김태현,남상용 한국막학회 2017 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2017 No.11

최근 환경 문제를 해결하기 위한 방법으로 분리막을 이용한 많은 연구가 이루어지고 있고, 그중에서도 고분자막을 이용한 기체분리는 빠른 속도로 발전하고 있는 분야로써 시장 규모 및 응용 범위가 확대되고 있다. 본 연구에서는 다 양한 모노머를 사용하여 poly(ether ether ketone)를 합성 후, 이미다졸륨 그룹을 도입한 고분자를 이용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성평가 를 진행하였고, 이어서 타임렉 방법을 이용하여 기체특성평가를 진행하였다. 그 리고 동일고분자를 분자동역학시뮬레이션(Molecular dynamics simulation)의 COMPASS force field로 계산하여 진행하였다. 마지막으로 분자동역학시뮬레이션 계산값과 실험 측정값을 비교 분석하는 연구를 진행하였다.

전기흡착 탈이온 공정을 위한 이온능력을 향상 시킨 양이온 교환막의 분자동역학모사 실험

손태양,김득주,Elena Tocci,박치훈,남상용 한국막학회 2015 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2015 No.11

기존의 전기 탈이온 공정(EDI)은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정으로 알려져있다. 여기서의 모듈은 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환막이 있고 이 막 사이에 이온교환수지를 채워 넣는 형태로 제조된다. 이것을 기초로 요즘 전기 흡착 탈이온(EAD) 공정은 바이폴라막과 이온교환수지를 이용해서 모듈을 제조하고 있다. 그래서 모듈에 이용되는 양이온교환막으로 술폰화시킨 SEBS triblock copolymer를 이용했다. 게다가 술폰화시킨 SEBS, 물분자, 히드로늄 이온을 모델링하고 술폰화시킨 SEBS, 히드로늄 이온과 물분자의 의 동역학을 분자동역학시뮬레이션을 이용해서 살펴보았다. 그리고 실제 실험을 통한 비교분석을 진행했다.

1P-511 Molecular dynamics simulations of cation/anion exchange membranes based poly ether ether ketone for fuel cell application

남상용,박치훈,( Elena Tocci ) 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.0

A Simulation Study on OH-Containing Polyimide (HPI) and Thermally Rearranged Polybenzoxazoles (TR-PBO): Relationship between Gas Transport Properties and Free Volume Morphology

Park, Chi Hoon,Tocci, Elena,Kim, Seungju,Kumar, Apurva,Lee, Young Moo,Drioli, Enrico American Chemical Society 2014 The Journal of physical chemistry B Vol.118 No.10

<P>Recently, high free volume polymer materials have been regarded as high potential candidates for gas transport/separation membranes, since the amount of free volume in polymeric membrane can improve the diffusivity and solubility of gas molecules. In this study, we focused on how local changes in polymer structure can affect the performance of a membrane at the molecular level. The transport behavior was theoretically analyzed, and then the differences in the amount and morphology of free volume were characterized. Finally, we suggested how the “evolution of microcavities” affects the gas transport properties of hydroxyl-containing polyimide (HPI) and thermally rearranged (TR) polymers. In particular, using image analysis, we intuitively demonstrate the morphological difference between HPI and TR polymers that have been indirectly explained by experimental analyses using a wide-angle X-ray diffractometer (WAXD) and positron annihilation laser spectroscopy (PALS). Solubility results using the grand canonical Monte Carlo (GCMC) method showed marginal improvement in thermally rearranged polybenzoxazoles (TR-PBOs) from its precursor HPI, which is in good agreement with the experimental tendency. Moreover, higher diffusivities but lower selectivities of TR-PBO models compared with those of HPI models were observed, as reported experimentally. The difference in gas transport abilities between HPIs and TR-PBOs originates from the difference in their diffusion behavior, and this is strongly related to the free volume amount and morphology of polymeric materials. In addition to the higher amount of total free volume in TR-PBO, our image analysis revealed that TR-PBO has a higher amount of interconnected “hourglass-shaped free volume elements”, which consist of larger and more elongated cavities with bottlenecks than the HPI model. In particular, the bottleneck diameters in the TR-PBO models are wider than those in the HPI models, enabling the larger gas molecules to diffuse through the cavities faster. However, the narrower and smaller bottleneck diameters in the HPI model can induce better selectivity for large gas molecules.</P><P><B>Graphic Abstract</B> <IMG SRC='http://pubs.acs.org/appl/literatum/publisher/achs/journals/content/jpcbfk/2014/jpcbfk.2014.118.issue-10/jp411612g/production/images/medium/jp-2013-11612g_0012.gif'></P>

이미다졸륨을 포함하는 폴리페닐렌옥사이드 고분자 제조 및 기체 특성평가

남상용,손태양,조진우,김지현,김태현,Elena Tocci 한국막학회 2017 멤브레인 Vol.27 No.6

In this study, halogen element was introduced into polyphenylene oxide polymer using bromination reaction, and then halogen element was replaced with imidazolium. Imidazolium corporated polyphenylene oxide polymer was synthesized and the synthesis was confirmed by various instrumental characterization. In addition, gas permeation properties of O 2 , N 2 , CO 2 were studied with different imidazolium contents. As the content of imidazolium increased, the ion exchange capacity increased and the mechanical strength decreased. The gas permeance showed a tendency to decrease slightly with increaing imidazolium contents. Whereas, it was confirmed that the tendency of CO 2 /N 2 ideal selectivity increased as the imidazolium contents increased. 본 연구에서는 폴리페닐렌옥사이드 고분자에 브롬화반응을 통해서 할로겐 원소를 수월하게 도입하고, 도입한 할로겐 원소를 이미다졸륨으로 치환하여 이미다졸륨이 도입된폴리페닐렌옥사이드를 합성하였다. 다양한 특성평가를 통해서 합성이 이루어졌음을 확인하였고, 산소, 질소, 이산화탄소 기체투과 특성평가를 진행하여 합성한 고분자의 기체특성을 확인하였 다. 이미다졸륨의 함량이 증가할수록 합성고분자의 이온교환용량이 증가하였으나, 기계적 강도는 감소하였다. 특히, 기체투과 도는 미세하지만 감소하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소/질소 선택도의 경우 이미다졸륨 함량이 높아질수록 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.

Experimental and modeling study of blended membranes for direct methanol fuel cells

Kim, Deuk Ju,Park, Chi Hoon,Tocci, Elena,Nam, Sang Yong Elsevier 2018 Journal of membrane science Vol.564 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>The dynamics of hydronium ions and methanol molecules in hydrated SPAES and blend membranes are investigated via molecular dynamics simulations using the COMPASS force field. In addition to calculating the diffusion coefficients as a function of the hydration level, an amorphous cell with a specific composition of H<SUB>2</SUB>O molecules and H<SUB>3</SUB>O<SUP>+</SUP> determined from the experimental data is constructed and tested. The water and methanol diffusion coefficients are considerably smaller at lower hydration levels and room temperature. The diffusion coefficient of the water and methanol molecules increases with increases in the hydration level, and this is in good agreement with experiment data. Analysis of the pair correlation functions supports the experimental observations of the membrane performance with hydration related to the water and methanol diffusion behavior in hydrated SPAES and blend membranes.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Investigation on dynamics of hydronium ions and methanol molecules. </LI> <LI> Calculation of diffusion coefficients as a function of hydration level. </LI> <LI> Incorporation of hydrophobic domains effect to transport behavior of membrane. </LI> <LI> The calculated diffusion coefficient is in good agreement with experiment. </LI> </UL> </P>

PIM-polyimide multiblock copolymer-based membranes with enhanced CO₂ separation performances

Hossain, Iqubal,Nam, Sang Yong,Rizzuto, Carmen,Barbieri, Giuseppe,Tocci, Elena,Kim, Tae-Hyun Elsevier 2019 Journal of membrane science Vol.574 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Multiblock copolymers based on both a PIM-PI block and a 6FDA-PI block, that are [(PIM-PI)x-<I>b</I>-(PI)y], with different block compositions (x:y = 1:4, 1:6 and 1:8) have been prepared for the first time. Through a combination of experimental and simulation approaches, the effects of the compositions of the PIM-PI units on the void distribution and gas transport properties in [(PIM-PI)x-<I>b</I>-(PI)y] block copolymer membranes are fully explored. By combining the effects of the high free volume of amorphous PIMs (polymers with intrinsic microporosity) brought about by the rigidity of the macromolecular chains and their contorted backbones with the excellent chemophysical properties of PIs (polyimides) in a block copolymer approach, our [(PIM-PI)x-<I>b</I>-(PI)y] membranes showed excellent thermomechanical properties as well as very good gas-separation performances, placing them well above the upper bound for CO<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> and CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB>, especially at low pressures, and making them comparable to even the highly permeable PIM-1. The block copolymer membrane, with a 1:4 block ratio between the (PIM-PI) and (6FDA-PI) units, denoted here as (PIM-PI)-<I>b</I>-(PI)(1:4), showed a well-connected morphology of the permeable phase and displayed very high CO<SUB>2</SUB> permeability of 3011 Barrer as well as moderate CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB> (16.0) and CO<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> (17.0) permselectivities, together with <I>T</I> <SUB> <I>max</I> </SUB> above 520 °C and Young’s modulus above 2.1 GPa.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Multiblock copolymers based on PIM-PI and 6FDA-PI were prepared. </LI> <LI> High free volume nature of PIM was combined with physical stability of polyimide. </LI> <LI> Transport properties of block copolymer membranes were investigated by molecular modeling. </LI> <LI> Excellent thermomechanical properties and good gas-separation performances were achieved. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>