Comparison of functional groups in polymer/silver nanoparticles for facilitated transport membrane and preparation of highly permeable PEBAX1657 composite membrane = Olefin/Paraffin 분리를 위한 고성능 고분자/은나노입자/전자수용체 분리막 제조

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 올레핀 촉진수송 분리막의 장시간 안정화를 위하여, 은이온을 은나노입자 (silver nanoparticle) 로 환원 시켜 분석을 진행하였다. 은나노입자를 안정적인 올레핀 촉진수송 분리를 위한 운반체로 사용하기 위하여, 전자수용체 1) p-BQ (1,4-Benzoquinone) 2) TNCQ (7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane) 를 도입하였다. 그리고 이전의 연구에서 PEO 고분자에 은나노 복합체의 첨가가 장시간 안정적인 성능을 유지해 준다는 사실을 기반으로 하여 염을 첨가하였을 때 사슬이 유연해진다고 알려진 PVA (polyvinyl alcohol)고분자와 투과성이 높다고 알려진 PBAX-1657 고분자 올레핀 촉진수송 분리막을 제조하여 선택도 및 투과도를 측정하였다.

제 1장에서는 현대 산업에서 올레핀 분리의 필요성과 그에 기초되는 분리기술을 서술하였다. 또한 다양한 올레핀 분리기술 중에서 최근 각광을 받고 있는 촉진수송 분리막의 개념과 장점을 언급하였다. 이와 함께 기존의 은이온 운반체의 시간 에 따른 성능 감소라는 단점을 보안한 은나노입자 촉진수송 분리막 기술에 대해 설명하였다.

제 2장에서는 고분자와 은나노입자와의 상호간의 작용을 확인하기 위하여 PEO (Polyethylene oxide) 대신 염이 첨가 됐을 때 고분자 사슬이 유연해 진다고 알려진 PVA (Polyvinyl alcohol)을 사용하여 은나노입자를 올레핀 촉진수송 분리막으로 사용하여 연구를 진행하였다. 또한, 은나노입자를 올레핀 촉진수송 운반체로 사용하기 위하여 전자수용체 p-BQ (1,4-Benzoquinone) 을 도입함으로써, 은나노입자 표면을 양극성화 시켜 주었다. 그 결과, 프로필렌/프로판 혼합가스의 선택도는 1 그리고 투과도는 0.4 GPU를 나타내었다. 이를 통해 PVA 고분자의 하이드록실 그룹이 은나노입자를 효과적으로 안정화 시켜 주지 못하는 것으로 확인이 되었다. PVA/AgNPs (전구체:AgBF4)/p-BQ 전해질 분리막에서 사슬과 나노입자간의 상호작용은 UV, TEM, 그리고 FT-IR 분석을 통해 확인하였다.

제 3장에서는 polyether block amide–1657(PEBAX1657) 고분자를 사용하여 장시간 안정적인 은나노입자 복합체 분리막을 연구하였다. 이전에 보고된 PVP, AgNPs(전구체:AgBF4), TCNQ(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)로 이루어진 분리막은 우수한 분리성능을 보였지만, 상대적으로 낮은 혼합가스 투과도 3.5 GPU를 나타내었다. 본 연구에서는 분리막의 투과 성능을 향상시키기 위해 polyether block amide–1657(PEBAX1657) 고분자를 사용하였다. PEBAX1657 소프트 세그먼트(ether group)의 높은 사슬 이동성으로 인해 투과성능을 향상 시킬 수 있었다. 그 결과 분리막은 장기간 안정성과 혼합가스 투과도는 10.2 GPU로 향상되었다. PEBAX1657/AgNPs(전구체:AgBF4)/TCNQ 전해질 분리막에서 상호작용은 TEM, FT-IR, 그리고 XPS 분석을 통해 확인하였다.

주요어 : 고분자 전해질, 올레핀 촉진수송, 은나노입자, TCNQ

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, for the long - term stabilization of olefin - facilitated transport membranes, silver ions were reduced to silver nanoparticles and analyzed. 1) p-BQ (1,4-benzoquinone) 2) TNCQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane) was introduced to use the silver nanoparticles as a carrier for promoting stable olefin transport. In the previous research, it was vaildated that the addition of silver nanocomposite to PEO (Polyethylene Oxide) polymer maintains stable performance over a long period of time. In addition, PVA (polyvinyl alcohol) polymer, which was known to soften the chain when salt was added, and polyether block amide-1657 (PEBAX1657) The selectivity and the permeability were measured by preparing polymer olefin facilitated transport membranes.
In part 1 describes the need for olefin separation in modern industries and the underlying separation techniques. In addition, the concept and merits of facilitated transport membranes, which were currently in the spotlight among various olefin separation techniques, were mentioned. In addition, we present previous studies published in this laboratory.
In part 2, we used PVA, which was known to soften polymer chains when salts were added instead of PEO in order to confirm the interactions between polymers and silver nanoparticles. Transport membrane. In addition, the electron acceptor p-BQ was introduced to enable silver nanoparticles to be used as an olefin promoting transport carrier, thereby making the surface of silver nanoparticles bipolar. As a result, the propylene/propane mixed gas showed a selectivity of 1 and a transmittance of 0.4 GPU. It has been confirmed that the hydroxyl group of the PVA polymer does not effectively stabilize the silver nanoparticles. The interactions between the chains and the nanoparticles in the PVA/AgNPs (precursor: AgBF4)/p-BQ electrolyte membranes were confirmed by UV, TEM, and FT-IR analyzes.
In part 3, long-term stable silver nanoparticle composite membrane was studied using PEBAX1657 polymer. Previously reported PVP, AgNPs (precursor: AgBF4) and TCNQ membranes showed good separation performance, but relatively low gas permeability of 3.5 GPU. In this study, a PEBAX1657 polymer was used to improve the permeability of the membrane. Higher chain mobility of the PEBAX1657 ether group improved transmission performance. As a result, the long - term stability and mixed gas permeability of the membrane were improved to 10.2 GPU. Interaction in PEBAX1657/AgNPs (precursor: AgBF4)/TCNQ electrolyte membranes was confirmed by UV, TEM, and FT-IR analysis.

Key Words: Polymercomposites, Olefin - facilitated transport membranes, Silver nanoparticles, TCNQ

목차 (Table of Contents)

• Contents
• List of table ⅰ
• Abstract (Korean) ⅱ
• Part 1. Introduction
• 1.1 Olefin membrane separation 1
• 1.2 Facilitated olefin transport membrane 2
• 1.3 Nanoparticles membrane 4
• Part 2. Comparison of functional groups in polymer/Ag nanoparticles/electron acceptor composite membranes for olefin/paraffin separation
• 2.1 Introduction 5
• 2.2 Experimental Section 6
• 2.3 Results and discussion 8
• 2.4 Conclusion 19
• Part 3. PEBAX1657/Ag nanoparticles/7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane complex for highly permeable composite membranes
• with long-term stability
• 3.1 Introduction 20
• 3.2 Experimental Section 21
• 3.3 Results and discussion 23
• 3.4 Conclusion 37
• Part 4. Conclusions 38
• References 40
• Abstract 43