인천대학교 인디고클랫폼 인천대학교 기술지원허브

고분자 고유 미세공극체(Polymer of intrinsic microporosity, PIM-1)는 높은 자유 부피와 미세공극성으로 인해 뛰어난 기체 투과성을 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 낮은 선택성, 플라스틱화, 열화(aging) 특성 저하와 같은 여러 한계가 존재한다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 우리는 트리아진(triazine) 가교 결합을 포함하는 복합막 PIM-nPI-Tz를 개발하였다. 이는 니트릴기를 갖는 폴리이미다졸륨(PI-CN)을 PIM-1 막 위에 스핀코팅한 후 열처리를 통해 제조하였다. 형성된 코팅층은 CO₂ 친화성으로 인해 PIM-1 막의 선택성을 향상시켰으며, 트리아진 형성은 골격 간격을 확장시켜 확산성과 투과성을 개선하였다. 특히, PIM-5PI-Tz(5% PI-CN 용액을 PIM-1 위에 코팅한 뒤 열처리하여 제작된 복합막)는 CO₂ 투과도(7539 Barrer)가 73% 증가하고, CO₂/N₂ 선택도(24.4)가 34% 증가하여 2019년 Robeson 상한선에 거의 근접하는 성능을 달성하였다. 또한, 20 bar의 공급 압력 조건에서도 플라스틱화가 효과적으로 억제되었고, CO₂/N₂ 혼합 기체 조건에서 300일 이상 분리 성능을 유지하여 뛰어난 내플라스틱화 및 내열화 특성을 입증하였다. 즉, 두 고분자를 단순히 블렌딩하는 대신, 고투과성 PIM-1 막 위에 이미다졸륨 층을 코팅한 후 열처리를 통해 가교화하는 새로운 전략을 적용하였다. 그 결과, 수용성 코팅 물질인 PI-CN은 CO₂ 분리 성능을 크게 향상시켰으며, 다양한 기체 분리막에 폭넓게 응용될 수 있는 가능성을 보여주었다.