Polysulfone과 Poly(Phenylene Sulfide Sulfone)의 블럭공중합체를 이용한 양이온 교환막의 제조 및 전기화학적 특성 Preparation and Electrochemical Characteristics of Cation Exchange Membrane with Polysulfone and Poly(Phenylene Sulfide Sulfone) Block Copolymer원문보기
Polysulfone(PSf)과 같은 엔지니어닝 플라스틱은 기계적 강도가 우수하고, 내산화성 및 열적 안정성을 지닌 고분자로서 최근에 한외여과막, ...
Polysulfone(PSf)과 같은 엔지니어닝 플라스틱은 기계적 강도가 우수하고, 내산화성 및 열적 안정성을 지닌 고분자로서 최근에 한외여과막, 역삼투막, 기체 분리막 및 이온교환막 등의 막재료로서 많이 사용되고 있다. 그러나 현재 상용화되어 있는 이온교화막은 가격이 비싸기 때문에 저렴하고 물리화학적 및 전기화학적 특성이 우수한 이온교환막의 개발에 많은 연구가 집중되고 있다. 본 연구에서는 기계적 강도가 우수하고, 내산화성 및 열적 안정성이 우수한 PSf와 polv(phenvlene sulfide sulfone)(PPSS)의 응집에 의하여 막의 팽윤이 조절되어 높은 기계적 강도와 이온교환용량이 유지되는 점을 착안하여 PSf와 PPSS의 블럭 공중합체(block copolvmer. BPSf)를 제조하였다. 제조된 BPSf 를 chlorosulfonic acid를 사용하여 술폰화 반응으로 양이온 교환막을 제조한 후 제막조건이 막의 면적저항, 이온교환용량, 함수율 및 운반율 등 전기화학적 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 실험 결과 PSf와 PPSS의 블럭 공중체를 제조하여, 술폰화 반응 후 FT-IR로 양이온 교환막의 합성을 확인하였으며, TGA를 통하여 열적안정성을 확인하였다. 최적 반응조건은 BPSf에 대한 chlorosulfonic acid의 몰비가 1 : 3에서 가장 좋은 성능을 보였으며, 이 때 면적저항 4.37 Ω·㎠, 이온교환용량 1.71 meq./g dry membrane, 함수율 0.2941 g H₂O/g dry membrane 및 고정 이온농도 5.81 meg./g H₂O로 가장 양호한 전기화학적 물성치를 나타내었다. 또한 첨가제로 γ -butyrolactone을 사용하였을때 면적저항 13.7 % 및 이온교 환용량 14.6 % 정도 성능이 향상되었으며 부직포의 사용으로 막의 전기화학적 특성에는 변화를 주지 않고 기계적 강도가 우수한 막을 제조할 수 있었다.
Polysulfone(PSf)과 같은 엔지니어닝 플라스틱은 기계적 강도가 우수하고, 내산화성 및 열적 안정성을 지닌 고분자로서 최근에 한외여과막, 역삼투막, 기체 분리막 및 이온교환막 등의 막재료로서 많이 사용되고 있다. 그러나 현재 상용화되어 있는 이온교화막은 가격이 비싸기 때문에 저렴하고 물리화학적 및 전기화학적 특성이 우수한 이온교환막의 개발에 많은 연구가 집중되고 있다. 본 연구에서는 기계적 강도가 우수하고, 내산화성 및 열적 안정성이 우수한 PSf와 polv(phenvlene sulfide sulfone)(PPSS)의 응집에 의하여 막의 팽윤이 조절되어 높은 기계적 강도와 이온교환용량이 유지되는 점을 착안하여 PSf와 PPSS의 블럭 공중합체(block copolvmer. BPSf)를 제조하였다. 제조된 BPSf 를 chlorosulfonic acid를 사용하여 술폰화 반응으로 양이온 교환막을 제조한 후 제막조건이 막의 면적저항, 이온교환용량, 함수율 및 운반율 등 전기화학적 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 실험 결과 PSf와 PPSS의 블럭 공중체를 제조하여, 술폰화 반응 후 FT-IR로 양이온 교환막의 합성을 확인하였으며, TGA를 통하여 열적안정성을 확인하였다. 최적 반응조건은 BPSf에 대한 chlorosulfonic acid의 몰비가 1 : 3에서 가장 좋은 성능을 보였으며, 이 때 면적저항 4.37 Ω·㎠, 이온교환용량 1.71 meq./g dry membrane, 함수율 0.2941 g H₂O/g dry membrane 및 고정 이온농도 5.81 meg./g H₂O로 가장 양호한 전기화학적 물성치를 나타내었다. 또한 첨가제로 γ -butyrolactone을 사용하였을때 면적저항 13.7 % 및 이온교 환용량 14.6 % 정도 성능이 향상되었으며 부직포의 사용으로 막의 전기화학적 특성에는 변화를 주지 않고 기계적 강도가 우수한 막을 제조할 수 있었다.
The engineering plastics such as polysulfone(PSf) having a good mechanical strength, oxidation resistance and high thermal stability are widely used as a basic membrane materials for ultrafiltration, reverse osmosis and gas separation. The ion exchange membrane, among the other membranes, is now use...
The engineering plastics such as polysulfone(PSf) having a good mechanical strength, oxidation resistance and high thermal stability are widely used as a basic membrane materials for ultrafiltration, reverse osmosis and gas separation. The ion exchange membrane, among the other membranes, is now used in the electrodialysis for the desalination of brackish water, the treatment of waste water, the separator for polymer electrolyte fuel cell and many other purpose. But in recent years, because the commercial ion exchange membrane such as Selemion CMV^� and Nafion^� have been too expensive, many works have been focused on ion exchange membrane development of a moderate cost. In consideration of a high tensile strength and ion exchange capacity, it was maintained as the swelling of membrane controlled by coagulation of poly(phenylene sulfide sulfone)(PPSS) that ion exchange groups were not introduced and was prepared a cation exchange membrane using block copolymer of PSf and PPSS by sulfonation with chlorosulfonic acid. It were studied that the effect of preparation condition on the electrochemical properties such as the electrical area resistance, the ion exchange capacity, the water content and the static transport number. In the ion exchange membrane, the polymer swells quite strongly in water, because the water tends to concentrate in molecular cluster around the ionic group. But the block copolymer of PSf and PPSS have a high ion exchange capacity and a low degree of swelling(a good mechanical strength) because PPSS segment would not introduce ion exchange group. The optimum sulfonation condition were mole ratio of BPSf to chlorosulfonic acid 1 : 3. The best electrochemical properties were measured with area resistance 4.37 Ω·cm², ion exchange capacity 1.71 meq./g dry membrane, water content 0.2941 g H₂O/g dry membrane, and fixed ion concentration 5.81 meq./g H₂O. When γ-butyrolactone was used as additive, the performance was elevated with 13.7 % of area resistance and 14.6 % of ion exchange capacity. In case that non woven cloth was used, the electrochemical characteristics had not been influenced and the tensile strength of membrane was very elevated.
The engineering plastics such as polysulfone(PSf) having a good mechanical strength, oxidation resistance and high thermal stability are widely used as a basic membrane materials for ultrafiltration, reverse osmosis and gas separation. The ion exchange membrane, among the other membranes, is now used in the electrodialysis for the desalination of brackish water, the treatment of waste water, the separator for polymer electrolyte fuel cell and many other purpose. But in recent years, because the commercial ion exchange membrane such as Selemion CMV^� and Nafion^� have been too expensive, many works have been focused on ion exchange membrane development of a moderate cost. In consideration of a high tensile strength and ion exchange capacity, it was maintained as the swelling of membrane controlled by coagulation of poly(phenylene sulfide sulfone)(PPSS) that ion exchange groups were not introduced and was prepared a cation exchange membrane using block copolymer of PSf and PPSS by sulfonation with chlorosulfonic acid. It were studied that the effect of preparation condition on the electrochemical properties such as the electrical area resistance, the ion exchange capacity, the water content and the static transport number. In the ion exchange membrane, the polymer swells quite strongly in water, because the water tends to concentrate in molecular cluster around the ionic group. But the block copolymer of PSf and PPSS have a high ion exchange capacity and a low degree of swelling(a good mechanical strength) because PPSS segment would not introduce ion exchange group. The optimum sulfonation condition were mole ratio of BPSf to chlorosulfonic acid 1 : 3. The best electrochemical properties were measured with area resistance 4.37 Ω·cm², ion exchange capacity 1.71 meq./g dry membrane, water content 0.2941 g H₂O/g dry membrane, and fixed ion concentration 5.81 meq./g H₂O. When γ-butyrolactone was used as additive, the performance was elevated with 13.7 % of area resistance and 14.6 % of ion exchange capacity. In case that non woven cloth was used, the electrochemical characteristics had not been influenced and the tensile strength of membrane was very elevated.
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