[논문]수소 분리 응용을 위한 폴리벤즈이미다졸 기반 분리막의 연구 동향

김지현; 김기현; 남상용

doi:10.14478/ace.2020.1054

수소 분리 응용을 위한 폴리벤즈이미다졸 기반 분리막의 연구 동향
Research Trends of Polybenzimidazole-based Membranes for Hydrogen Purification Applications 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.5, 2020년, pp.453 - 466

김지현 (경상대학교 나노신소재융합공학과) , 김기현 (경상대학교 나노신소재융합공학과) , 남상용 (경상대학교 나노신소재융합공학과)

초록
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에너지 부족 및 환경 오염위기를 극복하기 위해 친환경 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 잠재적인 해결책으로 수소 경제가 제안되고 있다. 이에 따라 경제적이고 효율적인 수소 생산은 필수적인 산업공정으로 여겨지고 있으며, 연소 전 석탄의 가스화 또는 천연가스 개질반응에 의해 생성된 합성가스에서 H₂를 정제하는 동시에 CO₂를 포집하는 H₂/CO₂ 분리에 수소 분리막을 적용하는 연구가 지속되고 있다. 고온 환경에서 H₂에 선택적인 유리질 고분자 막은 CO₂ 포집 성능의 잠재력을 갖추고 있으며, 에너지 및 비용 면에서 효율적인 시스템이다. 폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반 수소 분리막은 고온의 구동 조건에서도 탁월한 화학적·기계적 안정성을 보여주고 있어 고 성능의 PBI 수소 분리막 개발이 최근 급속도로 진행되고 있다. 본 총설에서는 산업적으로 적용 가능성이 있는 수소 분리막 개발을 위해 PBI를 기반으로 한 구조 변형 막, 가교 막, 혼합 막, 탄화 막의 최근 발전에 대하여 중점적으로 다루고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the demand for eco-friendly energy increases to overcome the energy shortage and environmental pollution crisis, hydrogen economy has been proposed as a potential solution. Accordingly, an economical and efficient hydrogen production is considered to be an essential industrial process. Research on applying hydrogen separation membranes for H2/CO2 separation to the production of highly concentrated hydrogen by purifying H2 and capturing CO2 simultaneously from synthetic gas produced by gasification is in progress nowadays. In high temperature environments, the membrane separation process using glassy polymeric membrane with H2 selectivity has the potential for CO2 capture performance, and is an energy and cost effective system since polybenzimicazole (PBI)-based separators show excellent chemical and mechanical stability under high-temperature operation conditions. Thus, the development of high-performance PBI hydrogen separators has been rapidly progressing in recent years. This overview focuses on the recent developments of PBI-based membranes including structure modified, cross-linked, blended and carbonized membranes for applications to the industrial hydrogen separation process.

주제어

표/그림 (14)

그림 Figure 1. Schematic diagram of the reaction precess of the conventional reformer[145].
표 Table 1. Summary of Hydrogen Separation Behavior of Commercial Polymeric Membranes[23]
표 Table 2. Hydrogen Production Processes[25,26]
그림 Figure 2. Schematic diagram of (a) separation mechanisms in porous membranes with the difference pore size and dense membrane (b) hydrogen permeation through a metallic membrane[33,37].
그림 Figure 3. SEM images of (a) porous PBI membranes prepared from PBI/dibutyl phthalate with difference ratio (b) PBI hollow fiber membranes using DMAc : H₂O (20/80) mixture as the bore liquid[70,71]. Reprinted with permission from [70,71]. Copyright 2020 American Chemical Society.
그림 Figure 4. Synthetic schemes of PBI derivatives (a. m-PBI; b. 6F-PBI, PFCB-PBI, BTBP-PBI, and phenylidane-PBI) [82].
표 Table 3. Summary of Perm-selectivity of PBI Derivatives (250 ℃, 50 psi)[82]
그림 Figure 5. H₂/CO₂ and H₂/N₂ selectivity as a function of feed pressure for m-PBI, 6F-PBI and 6F/m-PBI copolymer membranes at 250 ℃[83].
그림 Figure 6. Robeson plot comparing the PBI derivative membranes with other polymeric membranes tested for H₂/CO₂ separation [82-84, 128-130].
그림 Figure 7. Crosslink reaction mechanism between PBI and dibromoxylene (DBX)[86].
표 Table 4. Various Structures of Modified Polybenzimidazole
표 Table 5. Types of Cross-linked PBI Structures Using Various Cross-linking Sgents
그림 Figure 8. Pure-gas H₂/CO₂ separation performance of PBI and cross-linked PBI (XLPBI-6H) in Robeson plot[98].
그림 Figure 9. Schematic diagram of (a) composite with the continuous matrix of PBI (orange) and dispersed domains of polyimide (yellow) and (b) H₂/CO₂ upper bound plot for 20/80 and 33/67 wt% HAB-6FDA-Cl/PBI blends compatibilized with 1-IM with and without heat treatment at 400 ℃[108].

AI 본문요약
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문제 정의

최근 몇 년 동안 PBI 기반 수소 분리막 연구는 상당한 진전을 이루었지만, 수소분리 성능을 향상시키기 위해 PBI 주쇄 구조를 변형한 막의 경우 사슬간의 자유부피를 조절하여 현저히 낮았던 H₂ 투과도를 향상시킬 수 있으나, 고분자 고유 특성인 트레이드 오프 관계로 인해 H₂/CO₂ 선택성을 저하시켰다. 많은 연구자들이 수소 투 과도와 H₂/CO₂ 선택성을 동시에 향상시키기 위해 연구를 진행하였으며, 가교도를 조절하여 수소 선택성을 증가시키는 방법과 무기입자 등을 첨가한 나노복합체 또는 혼합막, 그리고 이를 탄화시킨 탄화막의 제조 방법 등 다방면의 노력으로 고온에서 구동가능하고, 수소 분리 성능 또한 탁월한 분리막을 제조하고자 하였다. 본 총설은 지난 10년간 PBI 기반 수소 분리막에 대한 다양한 노력들의 최신 연구를 검토하였고, PBI 가교 막의 경우 기존에는 용액 상에서 가교하는 방법으로 많은 연구가 진행되었지만, 고체상의 PBI막을 용액 침지시켜 후 가교 시 H₂/CO₂ 선택성을 높이면서 H₂ 투과도 또한 유지하거나 향상시키는 새로운 접근법을 제시하였다.
또한 PBI 단일 소재로는 극복하기 힘든 한계를 개선하기 위해 블렌딩 및 무기입자를 혼합하여 MMM막 제조 시 단일 고분자 막보다 수소 분리 성능 및 내구성에 큰 영향을 미친 것을 확인하였다. 본 총설은 향후 효율적인 수소 에너지 생산을 위해 필요한 수소 분리막으로서 PBI 소재의 가능성을 확인하였으며, 향후 수소 분리막 연구를 위해 PBI 소재가 어떤 영향을 미치는 지에 대한 기본적인 이해를 위한 토대를 마련했다고 생각된다.
산업적으로 매력적인 소재의 개발을 위해 PBI에 가교, 블렌딩, 공중합, 무기 물질과의 혼성화 같 은 몇 가지의 접근법으로 연구가 진행되고 있으며 본 총설에서는 다양한 접근법으로 보고된 PBI 기반 수소 분리막의 최근 연구 동향에 대하여 살펴보고자 한다.

제안 방법

이전에 Berchtold 그룹에서 m-PBI [Figure 4(a)]에 대해 H₂ 투과도 58 barrer, H₂/CO₂ 선택도 43의 분리성능이 보고된 바 있다[81]. 이후 Benicewicz 그룹에서는 Figure 4(b)에서와 같이 4개의 상이한 디카르복실산(dicarbocylic acid) 단량체를 사용하여 m-PBI와는 다른 골격구조를 갖는 4가지 종류의 PBI 변이체를 합성하였다. 이러한 구조적 변화는 부피가 큰 측 그룹 또는 구부러진 강성을 부여함으로써 밀착된 사슬 패킹을 감소시켜 고온(250 ℃)에서 높은 국소이동성(localized mobility)를 나타냈으며, 모든 변형된 PBI는 m-PBI보다 상당히 높은 H₂ 투과도 (6F-PBI = 997.
수소 분리막 외의 변형된 PBI의 적용분야로는 고온형 고분자전해질연료전지막이 있다. J. C. Lee 그룹에서 PA가 도핑된 PBI가 고온연료전지공정에서 PEM으로서 가장 유망한 후보 중 하나로 주목을 받고 있다는 것을 착안하여, 기존 PA가 도핑된 PBI막에서 PA에 대한 막의 안정성을 개선시킨 벤족사진(mono-functional benzoxazine)-PBI 가교 공중합 막을 제조하였다. 제조된 막은 기존에 PA가 도핑된 PBI막보다 고온에서도 매우 향상된 장기안정성을 나타내었으며, 우수한 연료 전지 성능(0.
많은 연구자들이 수소 투 과도와 H₂/CO₂ 선택성을 동시에 향상시키기 위해 연구를 진행하였으며, 가교도를 조절하여 수소 선택성을 증가시키는 방법과 무기입자 등을 첨가한 나노복합체 또는 혼합막, 그리고 이를 탄화시킨 탄화막의 제조 방법 등 다방면의 노력으로 고온에서 구동가능하고, 수소 분리 성능 또한 탁월한 분리막을 제조하고자 하였다. 본 총설은 지난 10년간 PBI 기반 수소 분리막에 대한 다양한 노력들의 최신 연구를 검토하였고, PBI 가교 막의 경우 기존에는 용액 상에서 가교하는 방법으로 많은 연구가 진행되었지만, 고체상의 PBI막을 용액 침지시켜 후 가교 시 H₂/CO₂ 선택성을 높이면서 H₂ 투과도 또한 유지하거나 향상시키는 새로운 접근법을 제시하였다. 또한 PBI 단일 소재로는 극복하기 힘든 한계를 개선하기 위해 블렌딩 및 무기입자를 혼합하여 MMM막 제조 시 단일 고분자 막보다 수소 분리 성능 및 내구성에 큰 영향을 미친 것을 확인하였다.
제조 방법은 DBP와 혼합한 고분자용액을 단계적 열처리 및 증류수에 침지하여 막을 제조한 후 DBP를 제거하여 다공성 벤족사진-PBI막을 준비하였다. 이후 높은 양성자 전도성을 갖는 SPAES (설폰화도 70 mol%)에 침지하여 막의 기공사이에 충진시킴으로써 SPAES가 충진된 PBI 가교막을 제조하였다. 제조된 충진막은 기존 SPAES막에 비해서 습도에 의한 치수변화가 크게 감소함에 따라 치수안정성이 개선되었고, 막의 기계적 특성 또한 크게 향상 되었으며 양성자 전도도는 유사하거나 향상된 값을 나타내었다[85].
05 Scm^-1, 150 ℃)를 나타낸 것을 보고하였다[61]. 이후, 그룹의 연구진은 양성자 전도성 및 연료 전지 성능을 더욱 향상시키기 위해 치수안정성이 확보된 벤족사진-PBI 기반 기공 충진막(pore-filling membrane)을 개발하였다. 제조 방법은 DBP와 혼합한 고분자용액을 단계적 열처리 및 증류수에 침지하여 막을 제조한 후 DBP를 제거하여 다공성 벤족사진-PBI막을 준비하였다.
5 bar). 최근 Joaquin Coronas 그룹 에서 고성능 수소분리막을 제조하기 위해 미세다공성 고분자(polymers of intrinsic microporosity, PIM)을 PBI와 블렌딩한 PIM-PBI MMM을 개발하였으며, 제조된 막은 단일 유리전이온도를 나타냄으로써 용액 상에서 상분리가 일어나지 않고 균일한 상을 이루는 것을 확인하였다. 또한 PIM-PBI 비대칭막을 제조한 후 기체투과특성평가 결과, 10/90 wt% PIM/PBI막에서 H₂ 투기도(permeances) 57.

대상 데이터

이후, 그룹의 연구진은 양성자 전도성 및 연료 전지 성능을 더욱 향상시키기 위해 치수안정성이 확보된 벤족사진-PBI 기반 기공 충진막(pore-filling membrane)을 개발하였다. 제조 방법은 DBP와 혼합한 고분자용액을 단계적 열처리 및 증류수에 침지하여 막을 제조한 후 DBP를 제거하여 다공성 벤족사진-PBI막을 준비하였다. 이후 높은 양성자 전도성을 갖는 SPAES (설폰화도 70 mol%)에 침지하여 막의 기공사이에 충진시킴으로써 SPAES가 충진된 PBI 가교막을 제조하였다.

성능/효과

Figure 6에 앞서 보고된 연구에서 측정된 변형된 PBI 기반 고분자의 H₂ 투과도와 선택도 데이터에 대한 상한선 그래프를 나타내었다. 결과적으로 H₂의 투과도를 향상시키기 위해 구조적으로 변형된 모든 PBI 기반 고분자 재료는 상온과 고온에서 동일하게 H₂/CO₂ 선택성은 감소하고 H₂ 투과도는 증가하는 경향을 보였으며, 공중합체의 경우 넓어진 사슬 패킹을 가진 변형된 PBI의 함량이 높아짐에 따라 이러한 경향이 더욱 크게 두드러졌다. 이외의 많은 연구에서 다양하게 개질 된 PBI의 구조를 Table 4에 추가적으로 나타내었다[133-144].
결과적으로 Matrimid®가 PBI 혼합에 가장 적합하였으며, 단일 Matrimid® 막을 675 ℃에서 탄화하였을 때, H2/CO2 선택도 1.3이 측정되었지만, PBI와 Matrimid® 블렌딩한 막(50 : 50)을 800 ℃에서 탄화하였을 때, H2 투과도 324 barrer, H2/CO2 선택도 8.8로 향상된 값을 나타내었다(측정 온도 35 ℃)[123,124].
Verena Giel 그룹에서는 이전의 연구에서 PI/PANI 블렌딩 시 단일 PI보다 더 높은 선택도 및 투과도를 가지는 결과를 보여준 것에 착안하여 PBI와 유사한 분자 구조를 가지는 폴리아닐린과 블렌딩한 연구를 진행했다[109]. 결과적으로 PANI의 함량이 증가할수록 기계적 특성 및 H₂ 투과도와 H₂/CO₂ 선택도가 감소하였지만, H₂/N₂ 선택도의 경우 202(단일 PBI)에서 306 (PANI 20%/ PBI 80%)으로 크게 증가한 결과가 나타났다(30 ℃, 1.5 bar). 최근 Joaquin Coronas 그룹 에서 고성능 수소분리막을 제조하기 위해 미세다공성 고분자(polymers of intrinsic microporosity, PIM)을 PBI와 블렌딩한 PIM-PBI MMM을 개발하였으며, 제조된 막은 단일 유리전이온도를 나타냄으로써 용액 상에서 상분리가 일어나지 않고 균일한 상을 이루는 것을 확인하였다.
Beatriz zornoza 그룹에서는 마이크로 크기의 ZIF-11를 포함하는 PBI MMM를 제조하였고 고온에서 수소 투과 테스트를 진행하였다(2 bar). 그 결과, PBI상에 ZIF-11 입자가 균일하게 분포되었을 때(32 wt% 미만의 낮은 로딩 조건), 나노 사이즈의 MOF막과 유사한 성능을 나타내었으며, 이는 PBI상에 분포된 ZIF-11 입자가 MMM상의 결정성 및 미세다공성을 부여해 H₂투과도를 향상시켰기 때문이다. 제조된 MMM의 최고성능으로는 180 ℃에서 H₂투과도 495 barrer, H₂/CO₂ 선택도 7로 측정되었다[114].
본 총설은 지난 10년간 PBI 기반 수소 분리막에 대한 다양한 노력들의 최신 연구를 검토하였고, PBI 가교 막의 경우 기존에는 용액 상에서 가교하는 방법으로 많은 연구가 진행되었지만, 고체상의 PBI막을 용액 침지시켜 후 가교 시 H₂/CO₂ 선택성을 높이면서 H₂ 투과도 또한 유지하거나 향상시키는 새로운 접근법을 제시하였다. 또한 PBI 단일 소재로는 극복하기 힘든 한계를 개선하기 위해 블렌딩 및 무기입자를 혼합하여 MMM막 제조 시 단일 고분자 막보다 수소 분리 성능 및 내구성에 큰 영향을 미친 것을 확인하였다. 본 총설은 향후 효율적인 수소 에너지 생산을 위해 필요한 수소 분리막으로서 PBI 소재의 가능성을 확인하였으며, 향후 수소 분리막 연구를 위해 PBI 소재가 어떤 영향을 미치는 지에 대한 기본적인 이해를 위한 토대를 마련했다고 생각된다.
최근 Joaquin Coronas 그룹 에서 고성능 수소분리막을 제조하기 위해 미세다공성 고분자(polymers of intrinsic microporosity, PIM)을 PBI와 블렌딩한 PIM-PBI MMM을 개발하였으며, 제조된 막은 단일 유리전이온도를 나타냄으로써 용액 상에서 상분리가 일어나지 않고 균일한 상을 이루는 것을 확인하였다. 또한 PIM-PBI 비대칭막을 제조한 후 기체투과특성평가 결과, 10/90 wt% PIM/PBI막에서 H₂ 투기도(permeances) 57.9 GPU, H₂/CO₂ 선택도 23.8의 성능을 나타냈으며, 20/80 wt% PIM/PBI막의 경우 H₂ 투기도 83.5 GPU, H₂/CO₂ 선택도 19.4로 나타났다. 이는 PIM 함유량을 증가시킴에 따라 고분자 내의 사슬 사이의 공간이 넓어지면서 증가한 d-spacing으로 인해 H₂ 투과도가 증가하고 선택도가 다소 감소한 것으로 예측된다[110].
연구진은 탄화하지 않은 PBI막과 600~ 900 ℃에서 탄화시킨 PBI막의 H₂ 투과도와 H₂/CO₂선택도를 비교하였으며, 결과적으로 탄화하지 않은 PBI막은 H₂ 투과도 27 barrer, H₂/CO₂ 선택도 14를 나타내었고, 900 ℃에서 탄화시킨 PBI막의 경우 H₂ 투과도 36 barrer, H₂/CO₂ 선택도 53으로 투과도와 선택도가 동시에 향상되었음을 확인하였다(측정온도 150 ℃). 또한 탄화온도에 따른 기체 분리 거동은 흥미로운 결과를 나타내었는데, 탄화온도 750 ℃부근에서는 미세다공성채널의 생성으로 투과도가 급격히 증가하고 선택도가 낮아지는 경향이 나타났지만, 900 ℃부근에서는 치밀화로 인한 초미세다공성 채널이 생성되어 낮은 투과도와 높은 분자체효과로 인한 높은 선택도를 나타내었다. 이는 900 ℃ 이상의 높은 온도에서는 막의 공극크기와 d-spacing이 감소하기 때문이란 것을 입증하였다[122].
이러한 열처리는 PBI상의 파라 결정성을 생성하여 H₂ 선택도를 높인다는 것을 나타내었다(Figure 9). 또한 폴리이미드의 함량이 증가함에 따라 전반적인 투과도가 증가하고 선택도는 감소하는 경향이 나타났으며, 이는 블렌딩 고분자 함량에 따라 기체의 투과선택성 조절이 용이하다는 것을 입증하였다(P1 20%/PBI 80%, H₂ 투과도 3.7 barrer, H₂/CO₂ 선택도 42, 35 ℃). Verena Giel 그룹에서는 이전의 연구에서 PI/PANI 블렌딩 시 단일 PI보다 더 높은 선택도 및 투과도를 가지는 결과를 보여준 것에 착안하여 PBI와 유사한 분자 구조를 가지는 폴리아닐린과 블렌딩한 연구를 진행했다[109].
고분자 블렌딩을 통한 mixed matrix membranes (MMM) 제조는 단일 고분자를 활용하여 선형 고분자 막을 제조하는 것에 비해 많은 장점을 지니고 있다[99-107]. 여러 고분자의 장점을 결합하여 우수한 특성을 가진 새로운 재료를 얻을 수 있으며 기체 분리성능이 향상된 내구성이 있는 막을 얻을 수 있는 시간과 비용을 효과적으로 줄일 수 있다. 하지만 이러한 고분자 블렌딩을 통해 제조된 MMM은 투과도와 선택도의 트레이드 오프 관계로 인해 2008 H₂/CO₂ 상한선을 크게 뛰어넘기 힘들다는 점이 있다.
Haiquing Lin 그룹에서 이러한 모래시계 구조를 가진 PBI 탄화막의 H₂ 분리특성에 대하여 연구한 바 있다. 연구진은 탄화하지 않은 PBI막과 600~ 900 ℃에서 탄화시킨 PBI막의 H₂ 투과도와 H₂/CO₂선택도를 비교하였으며, 결과적으로 탄화하지 않은 PBI막은 H₂ 투과도 27 barrer, H₂/CO₂ 선택도 14를 나타내었고, 900 ℃에서 탄화시킨 PBI막의 경우 H₂ 투과도 36 barrer, H₂/CO₂ 선택도 53으로 투과도와 선택도가 동시에 향상되었음을 확인하였다(측정온도 150 ℃). 또한 탄화온도에 따른 기체 분리 거동은 흥미로운 결과를 나타내었는데, 탄화온도 750 ℃부근에서는 미세다공성채널의 생성으로 투과도가 급격히 증가하고 선택도가 낮아지는 경향이 나타났지만, 900 ℃부근에서는 치밀화로 인한 초미세다공성 채널이 생성되어 낮은 투과도와 높은 분자체효과로 인한 높은 선택도를 나타내었다.
최근 고성능 수소 분리를 위한 초박형 Pd/PBI-HFA [polybenzimidazole-4,4’-(hexafluoro isopropylidene) bis (benzoic acid)]막이 개 발되었다. 이 연구에서는 일반적인 스테인레스스틸 또는 다공성 세라믹기판을 사용하지 않고 PBI막 위에 nm의 초박형 Pd를 증착시켜 막을 제조하였으며, 이는 향상된 H₂ 분리성능을 나타내었다. 제조된 Pd/PBI-HFA막은 CO와 CO₂에 대해 우수한 차단성을 나타내어 기존 PBI-HFA막보다 H₂ 선택도가 48% 향상되었으며, H₂/N₂ 선택도 41.
이 연구의 흥미로운 점은 용액상태에서 가교 결합된 PBI가 H2/CO2 선택도를 감소시켰다는 일반적인 문헌과 대조적으로 고체 상태에서 화학적 가교 진행 시 선택도가 크게 향상될 수 있음을 입증하는 것이다.
이후 Benicewicz 그룹에서는 Figure 4(b)에서와 같이 4개의 상이한 디카르복실산(dicarbocylic acid) 단량체를 사용하여 m-PBI와는 다른 골격구조를 갖는 4가지 종류의 PBI 변이체를 합성하였다. 이러한 구조적 변화는 부피가 큰 측 그룹 또는 구부러진 강성을 부여함으로써 밀착된 사슬 패킹을 감소시켜 고온(250 ℃)에서 높은 국소이동성(localized mobility)를 나타냈으며, 모든 변형된 PBI는 m-PBI보다 상당히 높은 H₂ 투과도 (6F-PBI = 997.2 barrer)을 가졌다. 하지만 H₂/CO₂ 선택도의 경우 크게 낮아지는 것이 관찰되었다(Table 3)[82].
6 barrer, H₂/CO₂ 선택도 = 24)[91]. 이와 더불어 Haiqing 그룹에서 terephthaloyl chloride 용액에 PBI막을 침지함으로써 화학적 가교를 진행하였고 가교 시간을 늘림에 따라 FFV 및 d-spacing의 감소를 야기시켜 이는 결과적으로 CO₂의 흡착을 감소 시키는 효과를 나타내었다. 하지만 H₂의 경우 작은 크기로 흡착(용해 계수)에 대한 영향이 낮기 때문에 높은 투과성을 유지할 수 있었다.
이 연구에서는 일반적인 스테인레스스틸 또는 다공성 세라믹기판을 사용하지 않고 PBI막 위에 nm의 초박형 Pd를 증착시켜 막을 제조하였으며, 이는 향상된 H₂ 분리성능을 나타내었다. 제조된 Pd/PBI-HFA막은 CO와 CO₂에 대해 우수한 차단성을 나타내어 기존 PBI-HFA막보다 H₂ 선택도가 48% 향상되었으며, H₂/N₂ 선택도 41.4와 H₂/CO₂ 선택도 22.3의 높은 값을 나타내었다(150 ℃, 8 bar)[115].
이후 높은 양성자 전도성을 갖는 SPAES (설폰화도 70 mol%)에 침지하여 막의 기공사이에 충진시킴으로써 SPAES가 충진된 PBI 가교막을 제조하였다. 제조된 충진막은 기존 SPAES막에 비해서 습도에 의한 치수변화가 크게 감소함에 따라 치수안정성이 개선되었고, 막의 기계적 특성 또한 크게 향상 되었으며 양성자 전도도는 유사하거나 향상된 값을 나타내었다[85]. 이와 같이 PBI의 구조를 변형하거나 공중합하여 고유 특성을 극대화하는 연구가 다양한 분야에서 진행되고 있다.

후속연구

이 연구의 흥미로운 점은 용액상태에서 가교 결합된 PBI가 H₂/CO₂ 선택도를 감소시켰다는 일반적인 문헌과 대조적으로 고체 상태에서 화학적 가교 진행 시 선택도가 크게 향상될 수 있음을 입증하는 것이다. 이와 같이 가교 고분자의 구조와 기체 수송 특성 사이의 관계를 밝히는 연구가 최근 많이 진행되고 있으며, 다양한 온도에서 겔 함량, 가교 밀도, FFV, d-spacing 및 가스 흡착과 같은 물리적 특성과 기체 수송 특성 사이의 인과관계를 정립할 수 있는 연구가 필요할 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연료 전지의 유일한 부산물은 무엇인가?	수소는 암모니아 생산 및 정유산업과 같은 전통적인 분야에서 중요할 뿐만 아니라 화석 연료 사용으로 인한 환경문제의 대체방안인 연료 전지와 같은 재생 에너지 장치를 위한 청정에너지 운반체로서의 잠재력을 가지고 있으며 수소 기반 경제는 지속 가능한 친환경적인 미래를 위한 잠재적인 해결책으로 널리 인식되고 있다[1-4]. “수소 경제”에서는 수소가 연료로 저장되어 연료 전지, 내연기관 또는 터빈을 사용하는 고정식 및 이동식 발전 시스템에 사용이 되며, 물이 유일한 부산물이라고 알려져 있다[5,6]. 수소는 물 전기 분해로 생산될 수 있지만, 전 세계적으로 생산되는 대부분의 수소는 천연가스의 증기 개질에서 비롯된 것이다.
	전세계에서 생성되는 대부분의 수소는 어디서 비롯된 것인가?	“수소 경제”에서는 수소가 연료로 저장되어 연료 전지, 내연기관 또는 터빈을 사용하는 고정식 및 이동식 발전 시스템에 사용이 되며, 물이 유일한 부산물이라고 알려져 있다[5,6]. 수소는 물 전기 분해로 생산될 수 있지만, 전 세계적으로 생산되는 대부분의 수소는 천연가스의 증기 개질에서 비롯된 것이다. 하지만 이 방법으로 생산된 수소가스혼합물은 순도가 떨어지기 때문에 재생에너지 장치에 사용되기 위해서는 초고순도 수준(99.
	천연가스의 증기 개질로부터 생산된 수소는 어떤 문제가 있으며 그 대안은 무엇인가?	수소는 물 전기 분해로 생산될 수 있지만, 전 세계적으로 생산되는 대부분의 수소는 천연가스의 증기 개질에서 비롯된 것이다. 하지만 이 방법으로 생산된 수소가스혼합물은 순도가 떨어지기 때문에 재생에너지 장치에 사용되기 위해서는 초고순도 수준(99.97%)까지 정제과정이 필요하며, 그 중 수소 분리막 기술은 초순수 수소를 생산하기 위한 효율적인 대안으로 보인다[7-10]. 현재 수소 정제에 일반적으로 사용되는 기술은 PSA (pressure swing adsorption), 극저온 증류(cryogenic distillation) 그리고 아민계 흡수법 (amine-based absorption)이 있다[11-17].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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