초록 ▼

연소배가스 중 이산화탄소 회수를 최종목표로 고효율 저비용의 분리막 시스템을 제조하기 위해 고투과고선택성을 가지는 탄소-실리카 소재의 성능을 개선하고, 이를 모듈화하기 위해 다공성 세라믹 지지체를 이용한 복합막을 개발하였음. 유효막두께의 박막화를 위해 상용 세라믹 지지체의 표면을 개질하여 다중층 지지체를 제조하고 표면에 고분자 전구체 용액을 침지코팅 후 열분해하여 탄소-실리카/알루미나 복합막을 제조. 단일 복합막의 성능 확보 후 고온용 실험을 위한 금속 하우징에 복합막을 삽입하여 분리막 모듈을 완성. 2단계 1차년도부터 3차년도까지

연소배가스 중 이산화탄소 회수를 최종목표로 고효율 저비용의 분리막 시스템을 제조하기 위해 고투과고선택성을 가지는 탄소-실리카 소재의 성능을 개선하고, 이를 모듈화하기 위해 다공성 세라믹 지지체를 이용한 복합막을 개발하였음. 유효막두께의 박막화를 위해 상용 세라믹 지지체의 표면을 개질하여 다중층 지지체를 제조하고 표면에 고분자 전구체 용액을 침지코팅 후 열분해하여 탄소-실리카/알루미나 복합막을 제조. 단일 복합막의 성능 확보 후 고온용 실험을 위한 금속 하우징에 복합막을 삽입하여 분리막 모듈을 완성. 2단계 1차년도부터 3차년도까지 $140cm^{2}$, $330cm^{2}$, $1,020cm^{2}$ 면적의 모듈을 제조하고 박막화를 통해 이산화탄소 투과도 $1{\times}10^{-7}$ mol/$m^{2}$·sec·Pa, 이산화탄소/질소 선택도 38의 성능을 구현하였고, 공정변수의 조절을 통해 일정 압력에서 유량 및 농도의 최적 조건을 찾고자 하였으며, 이를 통해 분리막 모듈을 통해 시간당 $1Nm^{3}$의 혼합기체 처리 성능을 평가하였음. 또한 낮은 열분해 온도의 고투과성 열분해 소재를 개발하던 중, 고분자 영역에서 열적 변환을 통해 고분자 주쇄를 재배열시킴으로써 높은 자유체적을 포함하는 고투과성 고분자 소재를 제조하였고, 이의 미세기공을 통해 높은 이산화탄소 투과도는 물론 이산화탄소/질소 선택도 또한 매우 우수한 신규 다공성 고분자 소재를 개발하여 전세계적인 학계, 산업계의 이목을 집중시켰음.

Abstract ▼

1. Preparation and characterization of carbon-silica materials
Preparation of carbon-silica materials derived from polyimide precursor containing inorganic particles and porous inorganic materials.
Control of the preparation protocol: heating rates, atmospheric gases, final thermal treatment t

1. Preparation and characterization of carbon-silica materials
Preparation of carbon-silica materials derived from polyimide precursor containing inorganic particles and porous inorganic materials.
Control of the preparation protocol: heating rates, atmospheric gases, final thermal treatment temperature, pre- and post-treatment
Investigation of the morphology change and their CO2/N2 separation properties
2. Preparation of carbon-silica/alumina composite membrane and membrane module for mixed gas separation test.
Treatment of the commercial ceramic supports to modify into multi-layered substrates to minimize the effective thickness.
Dip-coating of polymer solution onto the surface and pyrolyzing into carbon-silica/alumina composite membranes.
Preparation and characterization of membrane module composed of SUS housing and composite membranes. From the first to the third year, the membrane area were increased from 140 and 330 to 1,020cm2, while their CO2 permeabilities and CO2/N2 selectivities were up to 1×10-7 mol/m2·sec·Pa and 38, respectively.
The optimum condition for flux and permeate composition at a certain pressure was aimed by regulating the operation conditions, from which 1 Nm3/hr flux of gas mixture was evaluated.
3. Preparation and characterization of high performance polymer materials for CO2 separation
Preparation of highly permeable polymers with increased free volumes were prepared by rearrangement of polymer main chain caused by thermal treatment in the scope of polymer.
Rearrangement at 450oC for enough connected micropores to give higher free volume.
No significant pressurization and plasticization to CO2, and superior thermal and chemical stabilities from thermal rearranged reaction.
Through their innumerable microcavities, extraordinary polymer materials with high CO2/N2 selectivity as well as CO2 permeability were obtained, and taken much interests of researching area worldwide.

목차 Contents

• 표지 ... 3
• 제출문 ... 5
• 보고서 초록 ... 6
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 16
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제1절 연구개발의 목적 ... 17
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 17
• 제3절 연구개발의 범위 ... 19
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 제1절 이산화탄소 막분리기술 현황분석 ... 21
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
• 제1절. 기체분리막의 이론 및 원리 ... 32
• 제2절. 기체분리막의 분류 ... 36
• 제3절. 이산화탄소 회수용 탄소분자체 분리막 ... 41
• 제4절. 탄소/알루미나 복합막 제조 및 모듈 개발 ... 105
• 제5절. 이산화탄소 회수용 신규 고투과성 고분자 분리막 ... 167
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 190
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 194
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 199
• 제1절 기체분리용 무기막 ... 199
• 제7장 참고문헌 ... 232