초록 ▼

● 이산화탄소 분리용 막으로 나노기공성 실리카， ZSM-5 제올라이트， FAD 제올라이트 막을 합성하고 다양한 조건에서 $CO_{2}/N_{2}$ 분리특성을 평가하여 위의 막을 통한 $CO_{2}$와 $N_{2}$투과가 각각 표면확산과 활성미세기공 확산에 의해 지배되며 공통적으로 온도 증가시 $CO_{2}/N_{2}$ 선택도가 감소함을 확인하였다. 또한$CO_{2}/N_{2}$ 선택도를 증진시키 위해서는$N_{2}$

● 이산화탄소 분리용 막으로 나노기공성 실리카， ZSM-5 제올라이트， FAD 제올라이트 막을 합성하고 다양한 조건에서 $CO_{2}/N_{2}$ 분리특성을 평가하여 위의 막을 통한 $CO_{2}$와 $N_{2}$투과가 각각 표면확산과 활성미세기공 확산에 의해 지배되며 공통적으로 온도 증가시 $CO_{2}/N_{2}$ 선택도가 감소함을 확인하였다. 또한$CO_{2}/N_{2}$ 선택도를 증진시키 위해서는$N_{2}$ 투과를 효과적으로 억제해야함을 확인하였다.
● 알루미 나/ a-알루 미 나와 실리카/ a-알루미나 복합 지지체 적용， a-알루 미 나 지지체 표변 경변화l 나노미터 크기의 혼합종자 적용I 진공여과에 의한 종자 균일 코팅을 이용하여 막 제조의 신뢰성을 증진시켰다. 특히， FAD 제올라이트 막의 경우 외 경 10mm, 길이 20cm의 유효투과면적 $60cm^{2}$의 대면적 막을80% 이상의 회수율(선택도 25 이 상)로 안정적으로 제조할 수 있었다.
● 실리카 표면 개질l 알칼리 이온교환l 탄소 개질， Si/ Al 비 및 두께 제어 동을 이용하여 막의 선택도를 증진시켰다. 실리차 개질은 선택도를 증가시키나 동시에 투과도를 감소시키므로 바람직한 선택도 증진 방법은 아니었다. 알칼리 이온교환은 비록 제올라이트의 구조를 파괴하나 lOOt 부근에서 투과도 감소 없이 선택도를 증진시킬 수 있었다. $K^{+}$ 이온교환 FAD 제올라이트 막은 80t 에 서 $CO_{2}/N_{2}$선택도가 18 이고 $CO_{2}$ 투과도가 $3{\times}10^{-7}mol/m^{2}secPa$로 우수한 $CO_{2}$ 분리거동을 나타내었다 특히 I 기상법으로 탄소개질된 FAD 제올라이트 막은 100"C 에 서 $CO_{2}/N_{2}$ 선택도가 110 이 었 고 $CO_{2}$ 투과도가 $1.6{\times}10^{-7}mol/m^{2}secPa$로 지금까지 보고된 어떤 막보다 우수한 $CO_{2}$ 분리 특성을 나타내었다. 우수한 선택도는 탄소가 FAD 제올라이트 기공 포켓에 도입되어 $N_{2}$ 투과를 효과적으로 억제하여 나타나는 현상이고$CO_{2}$ 투과도의 감소가 발생하지 않은 것은 $CO_{2}$와 $N_{2}$ 혼합기체가 기공을 통과하는 도중에 탄소를 도입하였기 때문으로 분석되었다.
● 길이 20cm FAD 제올라이트 막 7개 를 이용하여 소형 FAD 제올라이트 막 모률을 세계 최초로 제조하였다. 진공모드에서 얻어진 $CO_{2}/N_{2}$ 분리 특성으로부터 막 모률은 배가스 처리속도가 250 리 터/hr， $CO_{2}$회수율 약 60%, 투과기체의 $CO_{2}$농도가 95% 일 것이 예측되었다.

Abstract ▼

1. Viable membrane materials searching for CO2 separations
2. Development of membrane synthesis routes and elucidation of permeation mechanism
3. Development of permeation property evaluation techniques
4. Improvement of membrane preparation reliability (preparation of membranes with a larg

1. Viable membrane materials searching for CO2 separations
2. Development of membrane synthesis routes and elucidation of permeation mechanism
3. Development of permeation property evaluation techniques
4. Improvement of membrane preparation reliability (preparation of membranes with a large permeation area)
5. Improvement of selectivity at elevated temperatures
6. Evaluation of long-term stability
7. Preparation of a small membrane module

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...7
• CONTENTS ...10
• 목차 ...13
• 제1장 연구개발의 개요 ...16
• 제1절 연구개 발의 필요성 ...16
• 제2절 연구개 발의 목표 ...19
• 제3절 연구개 발의 범위 ...19
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...22
• 제1절 막 분리 기술 ...22
• 1. 기초 이론 ...22
• 2. 막의 종류 ...23
• 3. 무기 막의 투과기구 ...26
• 4. 주요 기체의 성질 ...28
• 제2절 이산화탄소 분리용 막 소재 ...28
• 1. 폴리머 막 ...28
• 2. 무기 막 ...31
• 가. 알루미나 막 ...31
• 나. 제올라이트 막 ...32
• 다. 탄소 막 ...36
• 라. 실리카 막 ...44
• 3. 혼성 막 ...50
• 4. 혼합기지 막 ...54
• 5. 촉진 이동 막 ...58
• 제3절 연구개발 배경 ...61
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ...66
• 제1절 나노 기공성 실리카 막 개발 ...66
• 1. 서 론 ...66
• 2. 실험 방법 ...66
• 가. 복합 지지체 제조 ...66
• 나. 유기 주형법에 의한 실리카 졸 합성 ...67
• 다. 유기 주형법에 의한 실리카 복합막 제조 ...67
• 3. 결과 및 고찰 ...68
• 가. 지지체 특성 ...68
• 나. 나노 기공성 비정질 실리카 복합막의 특성 ...73
• 4. 결론 ...85
• 제2절 Z5M-5 제올라이트 막 개발 ...85
• 1. 서 론 ...85
• 2. 실험 방법 ...86
• 가. 다공성 지지체 ...86
• 나. Z5M-5 제올라이 트 합성 용액 제조 ...86
• 다. 수열처리에 의한 Z5M-5 제올라이트 분말 및 복합막 제조 ...89
• 라. 실리카 졸 코팅에 의한 Z5M-5 제올라이트 복합막의 표면 개질 ...89
• 마. 기체 투과 및 분리 계수 측정 ...90
• 3. 결과 및 고찰 ...90
• 가 담체 특성 ...90
• 나. Z5M-5 제올라이트 분말 ...93
• 다. Z5M-5 제올라이트 복합 분리막 ...101
• 4. 결론 ...115
• 제3절 FAD 제올라이트 막 개발 ...118
• 1. 서론 ...118
• 2. 실험 방법 ...119
• 가. 다공성 u-알루미나 지지체 ...119
• 나. 종자의 합성 및 코팅 ...123
• 다. 수열용액의 제조 ...124
• 라. 수열합성에 의한 FAU 제올라이트 불리층 형성 ...124
• 마. 분리 막의 CO2/N2 분리 성능 평가 ...126
• 3. 결과 및 고찰 ...130
• 가. FAU 제올라이트 막 합성 ...130
• 나. 수열 조건이 분리 성능에 미치는 영향 ...136
• 다. 평가 조건이 분리 성능에 미치는 영향 ...153
• 라. 이온 교환 및 기공 제어가 분리 성능에 미치는 영향 ...169
• 마. 시험 모듈 제작 ...177
• 4. 결론 ...179
• 제4절 종합 결론 ...182
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...185
• 제1절 연도별 연구목표 및 평가 착안점 ...185
• 제2절 연구개발목표의 달성도 ...188
• 제3절 관련분야에의 기술발전에의 기여도 ...188
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...192
• 제1절 추가연구의 필요성 ...192
• 제2절 타 연구에의 응용 ...193
• 제3절 기업화 추진방안 ...195
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...196
• 제7장 참고문헌 ...197