초록 ▼

본 연구과제에서는 기체분리용 막소재 및 이를 활용한 모듈 및 시스템기술의 확보를 연구목표로 막분리소재기술, 모듈화기술 및 시스템화기술에 관한 연구를 단계적으로 수행하였다. 소재개발기술로는 분자체 개념, 즉 기체혼합물 중 특정한 분자크기만을 선택적으로 투과시키는 가장 이상적인 분리메커니즘을 발현할 수 있는 소재제조기술을 개발하여 탄소분자체 및 탄소-실리카분자체막과 같은 나노이하단위의 비교적 균일한 기공분포를 가지는 신개념의 기체분리막 소재를 개발하였으며, 이렇게 확립된 소재기반기술을 바탕으로 실제 기체분리공정에 필요한 모듈기술개발을

본 연구과제에서는 기체분리용 막소재 및 이를 활용한 모듈 및 시스템기술의 확보를 연구목표로 막분리소재기술, 모듈화기술 및 시스템화기술에 관한 연구를 단계적으로 수행하였다. 소재개발기술로는 분자체 개념, 즉 기체혼합물 중 특정한 분자크기만을 선택적으로 투과시키는 가장 이상적인 분리메커니즘을 발현할 수 있는 소재제조기술을 개발하여 탄소분자체 및 탄소-실리카분자체막과 같은 나노이하단위의 비교적 균일한 기공분포를 가지는 신개념의 기체분리막 소재를 개발하였으며, 이렇게 확립된 소재기반기술을 바탕으로 실제 기체분리공정에 필요한 모듈기술개발을 위해 분자체소재들을 다공성 세라믹지지체에 얇게 박막코팅하여 고온 및 내화학성이 필요한 환경에서도 작동할 수 있는 탄소 및 탄소-실리카/세라믹 복합막을 다양한 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 여러 가지 형태, 즉 관형모듈 및 다채널 복합막에 대해 실기체혼합물 (예: 산소/질소, 이산화탄소/질소, 수소/질소 및 올레핀/파라핀 등)에 대한 분리성능을 테스트하고, 이러한 소재 및 모듈기반기술을 바탕으로 최종적으로 실공정에 적용할 수 있는 분리막모듈, 유량조절기, 압축기, 및 측정센서로 이루어진 분자체 기체분리막 시스템을 구현하였다. 본 시스템을 활용할 경우, 한 예로서 21%의 공기 중 산소를 최고 60%이상으로 농축이 가능하며 이는 기존의 기체분리시스템의 저농축, 저유량에 관한 문제를 극복하고 나아가 의료용, 산업용, 특히 연료전지용 산소부화막으로의 다양한 응용에 대한 파급효과를 기대할 수 있다.

Abstract ▼

In the present research, studies on novel molecular sieving membrane materials, composite membranes modules, and gas separating systems have been systematically carried out for the purpose of the development of high performance-membrane based gas separation system. As membrane materials for improved

In the present research, studies on novel molecular sieving membrane materials, composite membranes modules, and gas separating systems have been systematically carried out for the purpose of the development of high performance-membrane based gas separation system. As membrane materials for improved gas separation, carbon molecular sieve membranes and nanoporous carbon-silica membranes which is innovative and smart gas separating materials, have been developed using size-exclusion or molecular sieving concept being able to separate efficiently by recognizing molecular size and shape. Based on the well-accomplished membrane materials technology, carbon/ceramic or carbon-silica/ceramic membrane modules have been successfully fabricated by thin-coating of selective carbon or carbon-silica onto microporous alumina tube. These membrane modules can be operated even at very harsh conditions such as high temperature and very corrosive environment. Using these membrane modules, mixed gas separation experiments have been performed for air separation, carbon dioxide removal, and olefin/paraffin separation, etc and finally gas separation membrane system consisting of membrane modules, sensor, flow rate-controller, and compressor, has been successfully achieved particularly for oxygen or nitrogen enrichment. When the present system will be utilized for air separation, 21$\%$ oxygen-containing air can be enriched by above 60$\%$-containing air, and this technology is the most excellent example to overcome the conventional polymer membrane-based gas separation system suffering from low-flux and low-separation efficiency, and eventually can provide versatile applications for various industrial fields (petrochemical, medical, health care, food packing, and fuel cell industries).

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...10
• 제1절 연구개발의 목적...10
• 제2절 연구개발의 필요성...10
• 제3절 연구개발의 범위...12
• 제2장 국내외 기술개발 현황...13
• 제1절 기체분리막 소재...13
• 제2절 국내기술 개발 현황...22
• 제3절 국외기술 개발 현황...23
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...32
• 제1절 탄소분자체막의 제조...32
• 제2절 탄소분자체막을 위한 고분자전구체 개발...80
• 제3절 나노기공을 가지는 탄소-실리카막의 제조...116
• 제4절 탄소분자체 모듈 및 산소부화시스템 구축...229
• 제5절 탄소 및 탄소-실리카분자체막의 장단점 및 미래전망...256
• 제6장 참고문헌...260