PDMS-Na Y Zeolite 와 PDMS-Chitosan 복합막에 의한 수소, 질소 기체 분리에 관한 연구 = Separation of H2 and N2 Gases by PDMS-Na Y Zeolite and PDMS-Chitosan Composite Membranes

국문 초록 (Abstract)

소수성 고무상 고분자 PDMS에 NaYzeolite 함량을 1∼40 wt%로 달리하 여 PDMS-NaYzeolite 복합막을 제조하고, PDMS에 chitosan을 0.02∼0.60wt%까지 넣어 복합막을 제조하였다. 그리고 FT-IR, ¹H-NMR, SEM에 의해서 막의 특성을 조사하였다. 기체투과 실험은 30 ℃, 4 kg/cm2 조건에서 수행하였고 복합막의 함량 변화에 따른 H2와 N2의 투과도와 선택도를 조사하였다. PDMS 단일막은 기체투과 압력이 증가하면 H2와 N2의 투과도와 선택도(H2/N2)가 증가하였다. PDMS-NaYzeolite 복합막의 H2와 N2 투과도는 NaYzeolite 함량 0∼10 wt%까지는 증가하고 그 이후부터는 감소하였고, 선택도(H2/N2)는 0∼2 wt%까지는 감소하고 그 이상에서는 증가하였다. PDMS-NaYzeolite 복합막은 H2 투과도가 증가하면 선택도(H2/N2)는 0 ∼2 wt%와 10∼40 wt% NaYzeolite 함량 범위에서는 감소하고, 2∼10 wt% NaYzeolite 함량 범위에서는 증가하였다. PDMS-Chitosan 복합막의 H2와 N2 투과도는 chitosan 함량이 증가하면 0∼0.20 wt%까지는 증가하고 그 이상에서는 감소하였다. 그리고 선택도(H2/N2)는 0∼0.20 wt%까지는 감 소하고 0.20∼0.60 wt% 범위에서는 증가하였다. PDMS-Chitosan 복합막의 H2 투과도가 증가하면 선택도(H2/N2)는 chitosan 함량이 0 wt%에서 0.20 wt% 로 증가하면 감소하였다. 그리고 chitosan 함량이 0.60wt%에서 0.20 wt%로 감소하면 선택도(H2/N2)도 감소하였다.
PDMS-NaYzeolite 복합막은 NaYzeolite 함량이 증가할수록, PDMS- Chitosan 복합막은 chitosan 함량이 증가할수록 열적 안정성이 향상된 것을 알 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 차 례
• List of Figures ⅰ
• 국문 요약 ⅲ
• 1. 서론 1
• 2. 이론 5
• 2.1. 기체 분리 메커니즘 5
• 2.1.1. 다공성 막 5
• 2.1.1.1. Knudsen 확산 7
• 2.1.1.2. 표면 확산 8
• 2.1.1.3. 모세관 응축 10
• 2.1.1.4. 분자체 가름 11
• 2.1.2. 비다공성 막 12
• 2.1.2.1. 용해-확산 14
• 2.1.2.2. 자유 부피 모델 16
• 2.1.2.3. 이중 흡수 모델 17
• 2.1.2.4. 미세공 막에서의 투과 메커니즘 18
• 2.1.2.5. 비대칭 막에서의 투과 메커니즘 19
• 3. 실험 21
• 3.1. 시료 및 시약 21
• 3.2. 분석 및 측정기기 22
• 3.3. 복합막 제조 22
• 3.3.1. PDMS 막의 제조 22
• 3.3.2. PDMS-NaYzeolite 복합막 제조 25
• 3.3.3. PDMS-Chitosan 복합막 제조 25
• 3.4. 분리막의 특성 조사 28
• 3.4.1. 막 두께의 측정 28
• 3.4.2. 막의 표면 및 단면 분석 28
• 3.4.3. 막의 화학 구조 분석 28
• 3.4.4. 막의 열중량 분석 29
• 3.5. 기체 투과 실험 29
• 3.5.1. 기체 시료 29
• 3.5.2. 기체 투과 실험 장치 29
• 4. 결과 및 고찰 31
• 4.1. 복합막의 특성 31
• 4.1.1. FT-IR Spectrum 분석 31
• 4.1.2. 1H-NMR Spectrum 분석 32
• 4.1.3. 주사현미경 관찰 33
• 4.1.4. TGA 분석 45
• 4.2. 기체투과 49
• 4.2.1. PDMS 막의 기체 투과 49
• 4,2,2, PDMS-NaYzeolite 복합막의 기체투과 52
• 4.2.3. PDMS-Chitosan 복합막의 기체투과 58
• 5. 결론 63
• References 65
• Abstract 71