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일련의 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)(PEG/PPG)- 및 5,6-디(9H-카르바졸-9-일)이소인돌린-1,3-디온(2CZPI이미드) 기반 가교결합 PEG/PPG-2CZPImide(x:y)로 표시되는 고무질 고분자 막은 노보넨 기능화된 PEG/PPG 올리고머(NB-PEG/PPG-NB)와 2-(바이사이클로[2.2.1]헵트-5)로 제조됩니다. 개환 복분해 중합(ROMP)을 통한 -엔-2-일메틸)-5,6-디(9H-카르바졸-9-일)이소인돌린-1,3-디온(2CZPI이미드-NB). NB-PEG/PPG-NB(x)와 2CZPImide-NB(y) 단량체의 몰 비율(x:y)은 10:1에서 6:1까지 다양합니다. X선 회절(XRD), 주사 전자 현미경-에너지 분산 X선 분광법(SEM-EDS) 및 순수 가스 투과성 연구를 통해 공단량체 2CZPImide-NB가 결정질 PEG/PPG 세그먼트 사이의 d-간격을 성공적으로 증가시키는 것으로 나타났습니다. 따라서 막을 통한 가스의 확산성을 향상시킵니다. 합성된 막은 CO2 투과도가 311.1~418.1 Barrer 범위이고 CO2/N2 및 CO2/CH4 선택도가 각각 39.4~52.0 및 13.4~16.0으로 2008 Robeson 상한에 접근하는 우수한 CO2 분리 성능을 나타냅니다. 또한, 최적의 CO2 투과도와 CO2/N2 및 CO2/CH4 선택성을 나타내는 PEG/PPG-2CZPImide(6:1)는 각각 최대 20일 및 3기압까지 물리적 노화 및 가소화 저항에 대한 장기 안정성을 나타냅니다.

본 연구는 분리막의 solution-diffusion 증대를 통한 높은 CO2투과선택도 를 얻기 위해 MOF-COP 복합체를 첨가제로 이용한 TFNC-type hollow fiber membrane를 제조하였다. 우선 기본적인 diffusivity 증가를 위하여 열과 압력 등의 외부자극을 통하여 거미줄을 모사한 high porous PES substrate의 방사를 진행하였다. 또한, 축합반응을 통하여 MOF와 COP간의 복합체(complex)의 합성을 진행하였으며 합성된 MOF-COP복합체는 PES 지지체 내부에 계면중합을 통하여 고정함으로써 나노 입자간의 응집을 줄이고 분포도를 향상시킴으로써 CO2 가스가 분리막을 쉽게 투과할 수 있는 pathway를 만들어주었다. 또한, MOF-COP 복합체의 농도변화를 통하여 최적화된 TFNC 중공사막이 완성되었으며 다양한 분석기기를 이용한 물리-화학적 분석을 통해 MOF-COP 복합체의 결합 및 polyamide코팅층사이에서 polycondensation reaction에 의한 defect-free한 분리막의 제조를 확인하였다. CO2와 친화력이 강한NH그룹을 바탕으로 만들어진 NH-MOF와 COP 그리고 PEI-TMC반응에 의한 polyamide 코팅층으로 구성된 TFNC 중공사막 모듈은 연소배가스(flue gas) 기반에 낮은 운전압력조건(0.1 bar)의 CO2분리에서도 facilitated transport 메커니즘을 통하여 약 350 GPU의 CO2투과도와 CO2/N2 선택도 75의 결과를 나타내었다. 또한 water vapor 유무에 따른dry-wet gas 조건변화에서의 CO2혼합기체 분리결과에서도 분리계수 약 45의 준수한 결과를 도출하였다. MOF-COP 복합체 기반의 TFNC 중공사막은 기체분리막 공정에서 높은 다공성을 기반으로한 지지체에서 나노입자의 분포 및 고정에 따른 투과도 증가와 MMM-type 분리막에서 COP의 적용으로 인한 defect 감소를 고려한 다양한 응용이 기대된다.