초록 ▼

나노탄소 기반의 그래핀분리막 기술은 지금까지 보고된 바 없으며 기존에 보고된 그래핀옥사이드를 이용한 보고된 분리막 기술은 기체 차단막의 특성을 연구한 것으로 본 연구에서 개발하고자 하는 신규 그래핀옥사이드 기반 분리막 소재는 그 독창성을 인정받을 수 있음. 기존의 탄소 분리막 기반 기술은 고온합성, 두께 감소의 한계, 약한 기계적 물성 등의 이유로 상업화가 힘들었지만, 본 연구를 통해 그래핀기반 소재들이 원자단위의 두께 및 다양한 기능화를 통해 박막화가 가능함을 확인하고 분리막용 소재로 이용하기 위해 연구 진행 결과 전 세계에서 처

나노탄소 기반의 그래핀분리막 기술은 지금까지 보고된 바 없으며 기존에 보고된 그래핀옥사이드를 이용한 보고된 분리막 기술은 기체 차단막의 특성을 연구한 것으로 본 연구에서 개발하고자 하는 신규 그래핀옥사이드 기반 분리막 소재는 그 독창성을 인정받을 수 있음. 기존의 탄소 분리막 기반 기술은 고온합성, 두께 감소의 한계, 약한 기계적 물성 등의 이유로 상업화가 힘들었지만, 본 연구를 통해 그래핀기반 소재들이 원자단위의 두께 및 다양한 기능화를 통해 박막화가 가능함을 확인하고 분리막용 소재로 이용하기 위해 연구 진행 결과 전 세계에서 처음으로 그래핀옥사이드 분리막 제조 기술을 확보함. 또한 본 연구에서 개발한 그래핀옥사이드기반 분리막은 선택층의 두께를 5nm이하(기존 대비 1/100배)로 제어가능함. 다공성 지지체 위에 결함없는 초박막 그래핀옥사이드 분리막을 개발 하였으며, 제조된 그래핀옥사이드 분리막은 우수한 이산화탄소 투과도 및 이산화탄소/질소 선택도를 나타냄. 나아가 실제 혼합 기체 공정에 적용하기 위한 분리막의 장기적 구조 안정성을 확보하였으며, 중공사형 및 나권형 분리막 모듈제조 기술의 선행기술을 확보하여 그래핀 기반 분리막 상업화 기술을 선점하였음.

Abstract ▼

Ⅰ. Title
Advanced Membrane Materials Tuned for High CO₂ Permeability and Selectivity
Ⅱ. Purpose
The final goal of this study is to develop advanced membrane materials and to tune cavity and channel size in these materials and to design the membrane modules and separation processe

Ⅰ. Title
Advanced Membrane Materials Tuned for High CO₂ Permeability and Selectivity
Ⅱ. Purpose
The final goal of this study is to develop advanced membrane materials and to tune cavity and channel size in these materials and to design the membrane modules and separation processes suitable for advanced materials for CO₂ capture post-combustion process. Based on these technologies, high-flux and high-selectivity membrane materials will be demonstrated, (P(CO₂) > 1,000 Barrer (Q(CO₂) > 2,000 GPU) and a(CO₂/N₂) > 20).(proposed new materials: 2D nanocarbon base composite membrane)
The annual goal is as follow:
○ Step 1: Exploration, design, and synthesis of new membrane materials
○ Step 2: Control of cavity and channel size in new membrane materials to improve the gas transport properties
○ Step 3: Scale-up technologies and systematic approach of the membrane materials
Ⅲ. Contents
1) Step 1: 3 years (core materials study)
○ 2D nanocarbon based innovative membrane materials for CO₂ separation
- Fabrication of graphene and graphene oxide membranes
- Developing cavity sized control, surface modification,and multilayer technology
- Synthesis of 2D nanocarbon/polymer nano composite membrane materials
2) Step 2: 3 years (core technology study)
○ 2D nanocarbon based innovative membrane materials for CO₂ separation
- Studying mixed gas (CO₂/N₂) separation on 2D nanocarbon/polymer composite membranes
- Preparation of thin layered 2D nanocarbon/polymer composite membrane
- Fabrication of membrane module type to apply for newly developed membrane materials
3) Step 3: 3 years (application technology study)
○ 2D nanocarbon-based innovative membrane materials for CO₂ separation
- Designing compact membrane modules by utilizing 2D nanocarbon-based membrane materials
- Exploring new innovative membrane separation process suitable for CO₂ separation
- Exploring new innovative membrane separation process for post-combustion CO₂ capture
Ⅳ. Expected Contribution
If current research project were successfully achieved, core materials and technologies in advanced membrane materials would be developed by this study. This research project is supposed to include the development of advanced membrane materials and the installation of pilot plants. It will lead to the reduction of the import dependence and leading the developing market of carbon dioxide recovery by the comprehensive research of membrane separation technologies. Moreover, the early commercialization will be highly expected by the international participation of corporations with the development membrane modules and systems.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 6
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 9
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제 1절. 연구개발대상 기술의 경제적•산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 10
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1절. 국내기술 동향 및 수준 ... 16
• 제 2절. 국외기술 동향 및 수준 ... 17
• 제 3절. 국내•외 기술수준 비교 ... 22
• 제 4절. 국내•외 연구현황(신청기관 포함, 개발하고자하는 기술에 대해) ... 22
• 제 5절. 현기술상태의 취약성 ... 23
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 24
• 제 1절 분리막을 통한 기체투과 특성 및 이론 ... 24
• 제 2절 기존 탄소 분리막의 특성 및 한계 ... 28
• 제 3절 신규 나노탄소 합성 및 분리막으로의 응용 ... 31
• 제 4절 신규 나노탄소 분리막의 제조 및 기체투과 특성 ... 51
• 제 5절 신규 나노탄소 개질기술 개발 ... 72
• 제 6 절 신규 나노탄소 분리막의 투과도 향상기술 ... 83
• 제 7절 미세다공성 나노탄소 분리막 내구성 향상기술개발 ... 86
• 제 8절 대면적 초박막 그래핀 옥사이드 분리막 스케일업 기술개발 ... 91
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 93
• 제 1절. 연구개발 최종목표 ... 93
• 제 2절. 연구개발 달성내용 ... 95
• 제 5 장 연구개발 대표성과 ... 98
• 세계 최초 그래핀 기반 차세대 CO2 분리막 개발 ... 98
• 논문실적 ... 98
• 특허실적 ... 98
• 제 6 장 연구결과의 파급효과 및 활용 계획 ... 100
• 제 1절. 연구개발결과의 활용방안 ... 100
• 제 2절. 기대성과 ... 100
• 제 7 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 102
• 제 1절. 국내 기술개발 동향 ... 102
• 제 2절. 국외 기술개발 동향 ... 105
• 제 8 장 참고문헌 ... 111
• 끝페이지 ... 111