2017 국내외 분리막 소식
작성자 : 한국막학회 등록일시 : 2018-01-05 14:50
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국내 분리막 소식


 


(1)효성, 분리막 솔루션 포트폴리오 강화… 산업용수 시장 공략


가압식멤브레인 수처리시스템 환경신기술 인증 획득

효성이 가압식 중공사막을 적용한 멤브레인 수처리 시스템으로 환경부의 환경신기술 인·검증을 획득했다. 침지식 멤브레인 수처리시스템에 이어 가압식 멤브레인 수처리시스템까지 인증을 획득하면서 분리막 솔루션 포트폴리오를 한층 강화하게 됐다.
30일 효성에 따르면 최근 환경신기술 인증을 획득한 기술은 국내 최고 수준의 80LMH 고유량 운전이 가능한 ‘응집제 자동제어 및 배출수 순환플러싱에 의한 가압식 막여과 정수처리 기술’이다. 운전 유량이 높을수록 같은 시간 동안 정수 여과량이 많아 효율이 높다.
멤브레인은 원하는 물질(깨끗한 물)만 통과시키고 그렇지 않은 물질은 걸러내는 여과막을 말한다. 효성의 멤브레인 수처리 시스템은 기공 사이즈 0.03㎛(머리카락 굵기의 2000분의 1)의 중공사(中空絲) 분리막을 이용해 물속의 탁질 오염물질과 대장균, 병원성 원생동물 등을 99.99% 이상 완벽히 제거할 수 있다.
이번 인증에서 효성은 막여과의 전처리 단계인 응집공정의 응집제 주입량을 막의 오염이 최소화 되도록 자동제어해 운전안정성을 향상 시킨 기술력을 인정 받았다. 응집공정은 걸러내야 할 찌꺼기를 뭉치게 만들어 막여과시 잘 걸러낼 수 있도록 해주는 것이다.
또한, 원수에서 깨끗한 물을 얻어내는 정도를 의미하는 회수율을 97%까지 높였다. 효성은 막여과시에 버려지는 배출수를 다시 활용해 오염물질을 제거하고 분리막을 세정하는 데 재이용함으로써 막여과 공정에서 버려지는 물의 양을 줄이고, 이를 처리하는데 필요한 시설 비용을 줄이는 등 경제성을 높였다.
효성은 이번 가압식 멤브레인 수처리시스템의 환경신기술 인증 획득으로 지난 2013년 침지식 멤브레인 수처리시스템과 함께 정수처리, 산업용수, 하수재이용 등 다양한 수질과 현장 특성에 적합한 최적의 분리막 솔루션을 공급할 수 있게 됐다.
효성은 향후 멤브레인 적용이 큰 폭으로 성장할 것으로 예상되는 해수담수화, 하폐수재이용 등 산업용수 시장 선점에 나선다는 계획이다. 세계 수처리용 분리막 시장규모는 연 7조3000억 원 규모에 달하며, 특히 중공사막 시장규모는 지난해 기준 2조5000억 원으로 연 평균 10% 이상 성장하고 있다.
또한 효성은 이번 인증으로 얻게 된 입찰 자격 및 가점을 적극 활용해 지방자치단체 등 정부에서 발주하는 노후정수장 개량 공사 사업 수주에도 적극 나설 방침이다.
효성 물사업 담당 허형우 상무는 “최근 미국과 일본을 비롯해 중국, 인도 등 아시아 시장에서 멤브레인 수처리 기술 도입이 늘어나고 있다”며 “특히 높은 경제성장율을 보이고 있는 신흥 아시아 국가에서 사회 인프라 차원에서 수처리 시설을 크게 늘리면서 수처리 시장도 큰 폭의 성장율을 보이고 있다”고 말했다.
이어 “효성은 그동안 국내외에서 쌓아온 기술력과 수주 레퍼런스, 운영 노하우를 기반으로 아시아 시장 진출을 본격화할 계획”이라고 덧붙였다.

[이투데이 2017.10.30 ] http://www.etoday.co.kr/news/section/newsview.php?idxno=1555794#csidxbabc12bb5c4477cab36ee5f5d0ad04b 

 



(2)롯데케미칼 500억 투자, 분리막 공장 11일 착공


롯데케미칼㈜이 11일 대구 국가물산업클러스터에서 생산공장을 짓기 위한 첫 삽을 뜬다. 2차 분양을 시작하는 물산업클러스터 조성에 탄력이 붙을 전망이다. 롯데케미칼은 이날 오후 3시 국가물산업클러스터에서 수처리 분리막 생산공장 기공식을 가진다.

이 회사는 물산업클러스터 내 3만2261㎡ 부지에 500억원을 투자해 분리막 생산능력 55만㎡(하루 하·폐수 22만t을 처리할 수 있는 양) 규모의 대구공장을 내년 5월까지 준공할 계획이다. 이를 통해 단기적으로 연매출 300억원을 달성하고, 중장기적으로 추가 투자 및 증설을 통해 생산 능력을 확대할 계획이다.

지난 1976년 설립된 이 회사는 지난해 8조3000여억원의 매출을 기록한 국내 최대 석유화학기업으로 대구 분리막 공장 착공에 나서면서 대구의 수처리사업이 본격적으로 시작됐다는 평가를 받는다. 그동안은 롯데케미칼 연구소 내에 설치된 파일럿 생산시설에 의존해 사업 확장에 한계가 있었지만, 이번 수처리 분리막 공장 신축을 계기로 더욱 공격적인 사업 전개에 나설 것이란 전망도 나온다.

한편 물산업클러스터는 내년 말 완공을 목표로 차질 없이 조성되고 있다. 64만9000㎡ 부지에 2950억원을 투자해 물산업진흥시설, 실증화시설, 기업집적단지를 구축해 물기업 원스톱 지원 서비스를 제공할 예정이다. 이번 롯데케미칼 공장 착공을 시작으로 연내 차례로 생산공장이 하나둘 들어선다. 시와 입주기업들은 전국 최초로 산업단지 경관디자인 가이드라인을 물산업클러스터에 적용해 명품 물기업집적단지로 조성한다는 목표다.

[세계일보 2017.09.12 ]
http://www.segye.com/newsView/20170911003202

 

 

(3)코오롱머티리얼, 수소車 분리막 원천기술 확보…현대차와 국책과제 완료 


코오롱머티리얼이 수소연료전지 전기차량(FCEV·Fuel Cell Electric Vehicle)의 핵심부품인 연료전지 분리막 원천기술을 확보했다. 분리막은 수소차 전기생성장치인 스택(Stack)의 핵심부품 막전극접합체(MEA) 구성품으로, 수소전기차 가격절감의 핵심기술로 알려져있다.
11일 관련 업계에 따르면 코오롱머티리얼은 지난 2010년 시작된 국책과제 'WPM(World Premier Materials)'의 세부과제 중 하나인 '연료전지용 탄화수소계 강화복합막 개발'을 최근 완료했다. 이번 과제에는 총괄주관사인 코오롱머티리얼을 중심으로 코오롱인더스트리, 한국화학연구원, 한국에너지기술연구원, 현대자동차 등이 참여했다.
코오롱머티리얼은 이번 과제 수행을 통해 탄화수소계 전해질막의 제조 원천기술을 확보했다.
분리막은 타연료 차량과 달리 수소차만이 지닌 전기생성장치의 핵심부품이다. 현재는 외국산 불소계 분리막이 주로 사용되고 있으며 전극 사이 수소이온을 전달하고 수소와 공기의 직접 혼합을 방지하는 격막 역할을 한다.
특히 전체 스택 부품가격의 40%를 차지하는 고부가가치 제품인 탓에 가격 절감을 위한 제품 국산화가 절실한 상황이었다. 코오롱머티리얼은 이번 기술 개발을 통해 처음으로 분리막 국산화에 성공했다. 이에 따라 기존에 적용되던 불소계 전해질막 대비 제조원가를 10분의 1수준으로 절감할 수 있게 됐다.
현대차는 지난달 17일 차세대 FCEV를 전격 공개한 가운데 내년 3월부터 본격 생산에 들어갈 예정이다. 이에 제조원가를 크게 낮춘 탄화수소계 분리막의 채택을 기대해볼 수 있는 상황이다. 정부가 현재 8500만원 수준의 수소전기차량가격을 내년 6400만원, 2020년 5100만원 수준으로 인하·유도할 전망이기 때문이다.
코오롱머티리얼 관계자는 "현재 관련 매출이 발생하고 있진 않으며 제조원가를 크게 절감할 수 있는 원천기술을 확보했다는 정도로 이해하면 될 것 같다"고 말했다.
한편, 탄화수소계 전해질막은 가격절감 효과 외에도 우수한 내열성을 바탕으로 연료전지 성능을 극대화 할 수 있다. 기존의 불소계 분리막의 경우 적정 사용온도가 80℃로 한계가 있어 온도 유지를 위한 별도 수냉시스템이 요구됐다.
반면 탄화수소계 전해질막의 경우 100℃ 이상에서 사용이 가능해 냉각시스템의 경량화가 가능하다. 특히 수소차량 연료전지기술로 사용되는 고분자전해질(PEMFC)의 효율성은 100℃ 이상에서 극대화하는 것으로 알려졌다.
[매일경제 2017.09.11 ]
http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2017&no=609420



(4)IR Briefing]SK이노베이션 "분리막 공장 추가 증설 검토"


SK루브 IPO 계획 없어, EAA 인수 지연 가능성
SK이노베이션이 전기차 배터리 핵심소재인 2차전지 분리막(LiBS) 생산공장을 추가 증설하는 방안을 검토하고 있다고 밝혔다. 자회사인 SK루브리컨츠의 기업공개(IPO)에 대해서는 구체적인 계획이 없다고 말했다.
이현삼 SK이노베이션 B&I(배터리·정보전자소재) 제작기획팀장은 27일 열린 2분기 실적 설명회에서 "현재 증설하고 있는 2차전지 분리막 생산라인 2개는 올 연말 기계적 완공을 마치고 내년 상반기 상업가동에 돌입할 예정"이라며 "증설이 마무리되면 분리막 생산능력은 지금보다 1.5배 향상될 것"이라고 말했다. "향후 2차전지 분리막에 대한 수요가 더욱 늘어날 것으로 예상되기 때문에 추가 증설도 검토하고 있다"고 덧붙였다.
SK이노베이션은 신성장동력 육성을 위해 B&I 사업 확대에 힘 싣고 있다. B&I 부문은 ESS(Energy Storage System) 등에 사용되는 대용량 리튬이온 배터리를 생산 및 판매하고 있다. 전방산업인 전기차 시장이 최근 2~3년간 연평균 50%대 성장률을 보이면서 중대형 배터리가 차세대 먹거리로 주목받고 있다.
B&I 부문은 충청북도 증평과 청주에 각각 6개, 3개 생산라인을 가동하고 있다. 9개 공장의 총 생산능력은 연 2억 1000만㎡이다.
SK이노베이션은 지난해 4월 증평 공장에 분리막 생산라인 2개를 증설하는 작업에 착수했다. 분리막은 고분자 필름 형태로 배터리의 발화, 폭발 등을 막는 소재다. 2018년 상반기 증설이 마무리되면 B&I의 생산능력은 연 3억 3000만㎡로 증가한다. 100만여 대 전기차에 장착할 수 있는 규모다.
이날 실적 설명회에서 SK이노베이션은 100% 자회사인 SK루브리컨츠의 IPO와 관련해 당장은 계획이 없다고 밝혔다. 신인철 루브리컨츠 경영전략실장은 "고부가가치 제품 중심의 포트폴리오 강화, 글로벌 파트너와의 협력 추진, 윤활유의 신시장 개척 등에 필요한 투자를 검토하고 있다"며 "IPO는 향후 성장 및 기업가치 제고를 위한 여러 방안 중 하나"라고 말했다. 또 "현재 IPO에 대한 구체적인 계획은 없다"고 덧붙였다.
SK종합화학이 추진하고 있는 다우케미칼 에틸렌-아크릴산(EAA) 인수 작업은 당초 계획보다 늦어질 것으로 보인다. 심상원 SK종합화학 경영기획실장은 "8월 1일 클로징을 목표로 PMI(인수 후 통합) 작업을 진행하고 있다"며 "하지만 기업결합 승인 시기 등에 따라 일정이 다소 지연될 수 있다"고 말했다.
배당성향 상향 가능성에 대해선 말을 아꼈다. 차진석 SK이노베이션 재무본부장은 "주주환원 강화를 위해 첫 중간배당을 실시했다"며 "다만 연간 총 배당 규모는 아직 정해진 바 없다"고 말했다. "지금까지 그래왔듯 앞으로도 안정적인 배당 정책을 유지할 것"이라고 덧붙였다.
SK이노베이션은 지난 26일 이사회를 열고 창사 이래 첫 중간배당 실시를 결의했다. 중간배당 총액은 1491억 원(주당 1600원) 규모다. 지난 1분기 1조 원의 영업이익을 기록하는 등 안정적인 경영 성과를 거둔 것이 배당 지급 주기 단축으로 이어졌다.
[더벨 2017.07.28 ]
http://www.thebell.co.kr/free/content/ArticleView.asp?key=201707270100052820003158&svccode=00&page=1&sort=thebell_check_time



(5)홋카이도대학, 수소공급 간소화 연료전지 분리막 기술 개발


투과성 우수한 질화티탄 이용
일본 홋카이도대학은 은 팔라듐을 이용한 합금막 보다 50배 높은 수소 투과속도를 갖은 새로운 수소 분리 막 개발에 성공했다.
일본 스마트재팬 지난 12일 보도에 따르면 홋카이도대학은 지난 9월 전부터 알려진 세라믹에 있는 질화티탄(TiN)의 나노 입자막이 상온에서 대단히 우수한 수소 투과성을 갖는 것을 발견했다고 발표했다.
수소는 의약품이나 여러 가지 화학제품의 원료로 이용됐을 뿐만 아니라 최근에는 연료전지의 그린에너지원으로써도 주목받고 있다. 보통 수소는 물의 전기분해나 천연가스의 개질 등에 의해 생성됐지만 그 과정에서 생기는 공정가스에는 수소 외에도 여러 가지 성분이 포함되고 공정가스로부터 수소만을 선택적으로 분리해야 한다.
수소를 분리하는 가장 간단하고 효율적인 방법은 수소만을 선택해 투과하는 고체막을 이용하는 방법이다. 니켈, 티타늄, 니오브, 바나듐 등의 합금은 수소를 대량으로 흡수하는 성질을 갖고 있어서 이 합금들의 막의 한 면에 수소를 포함 고압 공정가스를 채우고 반대쪽 면의 압력을 내리면 수소가 분리된다. 수소가 합금을 투과하면 금속 원자 간의 결합을 절단시키기 때문에 수소 취화에 의해 합금이 부식돼서 수소를 장시간 사용할 수 없다. 금속재료 중 유일하게 팔라듐은 심각한 수소 취화를 일으키지 않는 것으로 알려져 있지만 팔라듐은 희소한 금속이여서 대규모로 응용, 실용화는 어렵다. 이에 따라 현재 금속의 수소 투과성에 의지하지 않는 전혀 새로운 원리의 수소 투과막 재료를 찾고 있다.
최근에는 수소투과합금에 대신하는 재료로 프로톤과 전자 양방을 전도하는 금속산화가 활발하게 개발되고 있다. 이처럼 막으로 고압 프로세스가스와 저압 공간을 구분하면 막 안에 전자의 이동이 일어나 결과적으로 수소를 수송하게 된다. 세라믹의 H+는 세라믹스 안의O2-이온과 매우 강하게 연결 되어 있어 그 속박을 피해 자유롭게 움직이게 하려면 세라믹 온도를 높여야 한다. 프로톤 전도체는 수소막 뿐만 아니라 연료전지에도 필수적인 재료라서 현재 전 세계에서 활발하게 연구개발이 진행되고 있다.
또한 개발자들은 질화티탄에 주목하고 있다. 질화티탄은 잘 알려진 구조용 세라믹 재료로 금속드릴이나 날붙이 등의 초경합금 코팅과 반도체장치 전극에 사용된다.
질화티탄의 일함수는 비교적 작기 때문에 입자표면에 흡착한 수소는 질화티탄으로부터 전자를 받아 수소화이온이 되면 질화티탄 양자 양면위에 인접한 Ti를 쉽게 이동시킨다. 현재 연구그룹은 질화티탄의 미립자로 만들어지는 치밀한 막을 두께 200nm까지 줄이는데 성공했고 두께 5 마이크로미터의 은 팔라듐 합금막 보다도 실온에서 50배 높은 수소 투과속도 실행을 성공시켰다.
연구그룹은 이번 성공 이후 각종 화학 공정에서 수소 분리, 광수분해, 전기분해에서 생성한 수소와 산소의 혼합가스로부터 수소만을 상온 분리하는 것이 가능해졌다. 이에 따라 가정용, 차재용 연료전지의 고순도 수소분리 공급이 가능할 전망이다.
[투데이에너지 2017.10.19 ]
http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=127071

 



(6)수(水)처리 시장 급물살…화학업계 선점 '드라이브'

효성, 가압식 멤브레인 수처리시스템 관련 환경신기술 인검증 획득
LG화학·롯데케미칼·코오롱…관련 시장 경쟁력 확보 사활
국내 화학기업들이 최근 신성장동력으로 떠오른 수처리 시장 선점을 위해 경쟁력 확보에 공을 들이고 있다. LG화학, 롯데케미칼, 효성 등 국내 업체들은 수처리 시장에서 각광받고 있는 멤브레인(membrane) 기술 개발에 집중하며 '캐시카우(Cash Cow·수익창출원)' 변화를 꾀하고 있다.
31일 화학업계에 따르면 효성은 최근 환경부로부터 가압식 중공사막을 적용한 멤브레인 수처리 시스템으로 환경신기술 인·검증을 획득했다.
이에 효성은 2013년 침지식에 이어 가압식 인증까지 보유, 향후 정부 발주의 수처리 공정에 대해 수주 가능성을 높이게 됐다.
수처리 기술은 크게 멤브레인과 이온교환 수지 두 가지로 구분된다. 멤브레인은 정수나 하수·폐수 처리 시 물 안의 불순물을 제거하는 데 쓰이는 반투과성 필터로 구멍 크기에 따라 마이크로필터(MF), 나노필터(NF), 울트라필터(UF), 역삼투분리막(RO) 등 4가지로 나뉜다.
효성의 멤브레인 수처리 시스템은 기공 사이즈 0.03㎛(머리카락 굵기의 2000분의 1)의 중공사(中空絲) 분리막을 이용해 물속의 탁질 오염물질을 99.99% 이상 완벽히 제거할 수 있는 수처리 기술이다.
효성은 지난 2013년 침지식 멤브레인 수처리시스템에 이어 가압식 멤브레인 수처리시스템까지 환경 신기술 인증을 획득함으로써 정수처리, 산업용수, 하수재이용 등 다양한 수질과 현장 특성에 적합한 최적의 분리막 솔루션을 공급할 수 있는 사업 포트폴리오를 구축하게 됐다.
이번에 인증을 획득한 효성의 기술은 ‘응집제 자동제어 및 배출수 순환플러싱에 의한 가압식 막여과 정수처리 기술’로서 국내 최고 수준의 80LMH 고유량 운전이 가능하다. 운전 유량이 높을수록 같은 시간 동안 정수 여과량이 많아 효율이 높다.
효성 관계자는 "막여과시에 버려지는 배출수를 다시 활용해 오염물질을 제거하고 분리막을 세정하는 데 재이용함으로써 막여과 공정에서 버려지는 물의 양을 줄이고, 이를 처리하는데 필요한 시설 비용을 줄이는 등 경제성을 높였다"고 말했다.
효성은 이번 인증으로 해수담수화, 하폐수재이용 등 산업용수 시장 선점에 나선다는 전략을 세우고 있다. 또 이번 인증으로 얻게 된 입찰 자격 및 가점을 적극 활용해 지방자치단체 등 정부에서 발주하는 노후정수장 개량 공사 사업 수주에도 적극 나선다는 구상이다.
허형우 물사업 담당 상무는 "미국과 일본을 비롯해 중국, 인도 등 아시아 시장에서 멤브레인 수처리 기술 도입이 늘어나고 있다"며 "그동안 국내외에서 쌓아온 기술력과 수주 레퍼런스, 운영 노하우를 기반으로 아시아 시장 진출을 본격화할 계획"이라고 설명했다.
나머지 국내 화학사들도 수처리 시장에서 입지 확보를 위해 각자의 전략으로 경쟁을 벌이고 있다.
LG화학은 지난 2014년 4월 미국 필터업체인 나노에이치투오(Nano H2O)를 인수했다. 고부가가치화학에 주력하고 있는 LG화학은 멤브레인 방식 중에서도 고순도로 물을 정제하는 역삼투 분리막(RO) 방식에 주력하고 있다. 기초소재와 복합물질, 고분자 합성기술 분야의 강점을 살려 초순수 정제 분야의 기술력을 가지고 시장에서 입지를 확대하고 있다.
LG화학은 이집트, 이스라엘, 스페인, 몰타, 멕시코 등 5개국 8개 해수담수화 프로젝트에 수처리 역삼투압(RO) 필터를 공급하며 지속적인 성장세를 보이고 있다.
롯데케미칼은 중공사(Hollow Fiber) 방식의 멤브레인에 강점을 가지고 있다는 평가다. 중공사 방식의 멤브레인은 초미세 물질은 걸러내지 못하지만 정제 속도가 빨라 많은 양의 정제수를 만들 수 있는 것이 특징이다.
아울러 롯데케미칼은 지난해 삼성SDI의 수처리 멤브레인 사업을 인수해 올해 멤브레인 생산시설 공사를 착수, 내년 하반기 상업생산에 돌입할 예정이다.
코오롱인더스트리 역시 친환경 사업의 일환으로 수처리 분리막 모듈 사업을 강화하고 있다. 경상북도 경산공장에 수처리 전용 분리막 모듈 생산설비 추가증설을 단행한 바 있다. 수처리 분리막 모듈은 정수처리 및 하·폐수처리장에서 오염물 등을 여과를 통해 걸러주는 필터용 수처리 장치다.
회사 측은 경산을 미래 친환경사업의 메카로 육성한다는 계획을 세워둔 상태다. 수처리용 소재 뿐 아니라 지속적인 투자를 통해 친환경 미래 에너지로 주목받는 연료 전지용 부품소재 분야로 사업을 확대하고 있다.
한편 업계에 의하면 세계 수처리용 분리막 시장규모는 연 7.3조원 규모에 달하며 지속적으로 성장하고 있는 것으로 내다 보고 있다. 이 중에서 중공사막 시장규모도 2016년 기준 2.5조원으로 연 평균 10% 이상씩 성장하고 있는 것으로 전해졌다.
업계 한 관계자는 "국내 화학업계는 신성장동력을 통한 미래먹거리를 지속적으로 찾고 있다"며 "현재 수처리 관련 시장형성이 완전히 구축돼 있지 않아 선도적 기술개발을 위주로 한 선점 경쟁이 중요하다"고 말했다.
[EBN 2017.10.31 ]
http://www.ebn.co.kr/news/view/915283


국외 분리막 소식


(1) 붕소 제거를 위한 분리막 소재 개발


최근 몇 년 동안 여러 수원에서 붕소오염이 증가하고 있기 때문에 수계에서 붕소 화합물을 제거하는 것이 전 세계적으로 주목을 받고 있다. 많은 연구자들에 의해 생물에 대한 붕소의 독성, 반도체 제조에 대한 유해성이 확인되고 있다. 따라서 붕소 제거를 위해 광범위한 기술들이 개발되고 있으며, 그 중 분리막을 이용하여 붕소를 제거하는 막 기술이 주목을 받고 있다. 특히 최근에 forward osmosis (FO), polymer enhanced ultrafiltration (PEUF), membrane adsorptive filtration (MAF), membrane distillation (MD) 등의 막 공정이 고안되었으며, 이 공정들은 기존의 방법에 비해 좋은 성능을 보여주는 것으로 보고되었다. 

 



(2) CO2 분리를 위한 protic ionic membrane 개발


이온성 액체를 사용하여 분리막을 만들 경우 CO2/CH4 및 CO2/N2에 대해 매우 높은 분리 성능이 나타내는 것으로 밝혀졌다. 최근 연구에서는 (3- 아미노 프로필) 트리메톡시 실란과 아세트산을 사용하여 높은 CO2 흡수 능력을 가진 새로운 protic 이온성 액체를 합성하였다. 이 이온성 액체를 기반으로 만들어진 분리막은 41의 CO2/CH4 선택성과 23 GPU의 이산화탄소 투과도를 나타내었다. 합성된 분리막은 최대 10 bar까지 안정했으며, CO2 분리를 위한 이온성액체로 높은 관심을 받고 있다.

 



(3) 올레핀/파라핀 분리를 위한 이중 기능성 MgO 나노 시트를 기반으로 한 혼합 매트릭스 멤브레인 개발


올레핀/파라핀 분리를 위해 공중 합체 매트릭스에서 MgO 나노 시트 (MgO-NSs) 와 AgBF4를 포함하는 혼합 매트릭스 멤브레인 (MMM)이 제조되었다. 다중 중형 세공 및 넓은 표면적을 갖는 MgO-N는 MgCl2를 전구체로 사용하는 non-hydrothermal 방법을 사용하여 합성되었으며, poly(oxyethylene methacrylate)-g-poly(ethylene glycol) behenyl ether methacrylate (POEM-g-PEGBEM) 및 poly(2-hydroxypropyl 2-(methacryloyloxy)ethyl phthalate)-g-poly(ethylene glycol) behenyl ether methacrylate (PHMEP-g-PEGBEM)는 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다. 순수한 공중 합체 막에 AgBF4만 투입했을 경우 좋지 않은 분리 효율 (1.0의 선택도)을 나타내었지만, MgO-NS의 첨가에 의해 carrier의 활성이 향상되었고 MgO-N의 mesoporous 구조로 인해 투과도가 크게 향상되었음에 밝혀졌다. 강력한 킬레이션으로 올레핀 분리성능을 높이는 프탈레이트 그룹을 가진 PHMEP-g-PEGBEM 기반 멤브레인의 분리성능이 POEM-g-PEGBEM 기반 멤브레인의 분리성능보다 우수함이 보고되었으며, PHMEP-g-PEGBEM/AgBF4/MgO-N로 구성된 MMM은 프로필렌/프로판 혼합물의 분리에서 12.9의 선택도와 11.8의 투과도를 나타내는 것으로 보고되어 화제를 모으고 있다.

 



(4) 나노 다공성 실리카 나노 입자를 함유한 이산화탄소 분리용 고분자 분리막 개발


최근 나노 다공성 실리카 나노 입자와 고분자로 구성된 혼합 매트릭스 멤브레인 (Mixed Matrix membrane, MMM)이 개발되었다. 나노 입자의 channel-like assembl에 의한 가스 수송 채널이 형성됨에 따라 MMM에서 나노입자 농도가 증가할 때 CO2/N2 선택도 감소 없이 CO2 투과도가 크게 증가하였다. 큰 선택도의 감소 (CO2/N2 = 23) 없이 CO2 투과도는 1920 Barrer (10-10 cm3 (STP) cm/cm2 s cmHg)로 보고되었다. 제어 가능한 나노 공간을 갖는 나노 입자는 적절한 빌딩 블록의 선택에 의해 쉽고 경제적으로 합성되었으며, 고투과성 나노 다공성 입자로 구성된 MM은 대규모용 고성능 이산화탄소 분리막으로서 우수한 잠재력을 보여 매우 큰 관심을 모았다.

 



(5) 천연유기물(NOM) 제거를 위한 금속양이온과 산화 그래핀이 가교 결합된 수처리 분리막 개발


음용수 공급에 사용되는 수원에서 천연 유기물 (NOM)을 제거하기 위한 새로운 그래핀 산화물(GO) 막이 개발되었다. 이 GO 멤브레인을 제조하기 위해 PVDF 멤브레인 지지체에 layer별로 GO 나노 시트를 적층하였다. 가교결합제로는 2개의 3가 양이온인 Al3+와 Fe3+이 사용되었고, 3가 양이온은 정전기력 및 배위 결합을 통해 GO 나노 시트 간의 결합 강도를 크게 향상시켜 GO 멤브레인의 안정성을 향상시켰다. Al3+ 또는 Fe3+ 이온 농도 변화에 따라 GO 나노 시트 (0.80 nm)의 초기 층간 간격은 0.86-0.95 nm까지 증가되었으며, 3개의 대표적인 NOM 용액과 실제 지표수로 실험했을 때 GO 막의 투과유량은 79 - 902 LMH/MPa 범위로 보고되었다. Fe3+가 가교 결합된 GO 멤브레인의 투과유량은 Al3+ 가교 결합 된 GO 멤브레인의 투과유량의 약 1.1 ~ 2.3배였지만 이 두 cation-modified GO membranes은 유기 오염 물질의 유사한 분리 성능을 나타내어 화제를 모았다.

 



(6) Polyimide-SiO2-TiO2 nanocomposite 기체분리막 개발


6F와 6F-DABA 및 [SiO2-TiO2]로 설계된 polyimide block copolyme를 사용하여 만들어진polyimide- SiO2-TiO2 나노 복합체의 He, H2, CO2, O2, N2, CH4에 대한 분리성능이 보고되었다. 나노 복합체 막은 무기 및 유기상의 혼합을 위해 in-situ sol-gel metho를 사용하여 합성되었고, Metal alkoxide 의 유형 및 중합체 작용기의 경우 물리적 특성 및 가스 수송에 영향을 미치는 주요 인자로 사용되었다. [6F-DABA] - [SiO2-TiO2] nanocomposite의 fractional free volume (FFV)은  [6F-DABA] polyimide와 비교하여 29% 증가했으며, Dynamic Mechanical Thermal Analysis에 의해 기능화된 다중 블록 내의 [SiO2-TiO2]와 TiO2가 chain mobility를 감소시키는 것으로 알려졌다. 이로 인해 Tg가 334 ℃에서 359 ℃로 증가하였고, tanδ는 1.9에서 0.35로 감소했다. 일반적으로, 무기 농도 및 조성은 polymer분자사슬의 거동을 지연시키고, polymer chain packing을 억제하며, FFV를 증가시킨 것으로 분석되었다. [6F-DABA-50]-[SiO2-TiO2] 분리막은 가스 선택도과 투과도이 동시에 개선되었는데, 특히 He투과도는 58 Barrers에서 83 Barrers로 향상되었고 He/CH4 가스 선택도는 221에서334로 증가하여 향후 파급효과가 클 것으로 전망되었다.

 



(7) ZIF-8을 활용한 프로필렌/프로판 분리막 개발

 

프로필렌/프로판 혼합물에서 프로필렌을 분리해내기 위해 ZIF-8을 사용한 막이 개발되었다. 약 1μm 두께의 다결정 ZIF-8 막은 seeding-free aqueous synthesis에 의해 α-알루미나 다공성 지지체상에서 성공적으로 성장되었다. 지속적으로 성장하는 분리막을 얻기 위해, ZIF-8의 pseudo-surface가 화학적 변형에 의해 지지체 상에 형성되었다. 다결정 막의 입자 크기는 ligand-analogous surface modifier의 graft density와 직접 관련이 있는 것으로 밝혀졌으며, CO2, N2, CH4 및 C3H6에서 H2의 이상 선택도는 graft density에 따라 약간 증가하였지만 C3H6/C3H8의 이상 선택도는 급격히 증가하여 36에 이르렀으며 해당 C3H6 투과도는 8.5x10-8 mol/m2sPa으로 보고되었다. 결론적으로 seeding-free aqueous synthesis ZIF-8 막에 의한 C3H6/C3H8의 투과는 주로 diffusion-driven separation process에 의한 것으로 밝혀졌다.

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