초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 올레핀/파라핀 분리에 높은 선택성을 보이는 금속유기골격구조(MOF) 재료의 하나인 ZIF 재료를 정전분무법을 이용하여 결함없고 균일한 ZIF 분리막으로 제조하고, 이를 통한 혼합 기체의 투과 특성을 연구하는 것이다. 정전 분무법은 기존 ZIF 분리막 합성시 사용된 고압반응기를 사용하지 않고, 상압하에서 짧은 시간 내에 ZIF 분리막을 합성하기 때문에, 저가 공정이며 또한 대면적의 ZIF 분리막 및 튜브형의 ZIF 분리막으로도 제조가 가능하다. 본 연구에서는 ZIF 분리막 합성을 위한 정전

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 올레핀/파라핀 분리에 높은 선택성을 보이는 금속유기골격구조(MOF) 재료의 하나인 ZIF 재료를 정전분무법을 이용하여 결함없고 균일한 ZIF 분리막으로 제조하고, 이를 통한 혼합 기체의 투과 특성을 연구하는 것이다. 정전 분무법은 기존 ZIF 분리막 합성시 사용된 고압반응기를 사용하지 않고, 상압하에서 짧은 시간 내에 ZIF 분리막을 합성하기 때문에, 저가 공정이며 또한 대면적의 ZIF 분리막 및 튜브형의 ZIF 분리막으로도 제조가 가능하다. 본 연구에서는 ZIF 분리막 합성을 위한 정전분무 장치를 제작하고, ZIF 분리막 합성에 주요 변수가 되는 정전분무 변수를 결정하고, 이를 최적화 시켰다.
또한, 합성된 ZIF 분리막을 통해 혼합 기체 투과 실험에 직접 적용하였다.

연구결과
본 연구를 통해 개발된 구체적인 세부연구 결과들은 다음과 같다.
1) 정전분무 장치 제작 및 정전분무법을 이용한 ZIF 분리막 합성 조건 최적화
- 고전압 발생기, 실린지 펌프, 노즐, 히터 등으로 정전분무 장치 제작
- 정전분무법을 이용한 ZIF-7 및 ZIF-8 분리막 합성 연구
- 인가전압, 전구체 농도, 용매 종류, 지지체 온도 등 정전분무 조건 최적화 연구

2) ZIF 분리막의 특성 분석 및 단일 기체 투과 실험
- 합성된 분리막의 형상, 결정상, 두께, 열분해 특성 등 특성 분석 연구
- 합성된 ZIF 분리막 결함 확인을 위한 다양한 기체를 활용한 단일 기체 투과 실험

3) 이성분계 투과실험 장치 제작 및 이성분계 투과 실험
- Wicke-Kallenbach 방법에 기초한 이성분계 투과 실험 장치 제작
- ZIF-7과 ZIF-8 분리막을 이용한 H2/CO2 혼합기체 투과 특성 연구
- ZIF-8 분리막을 이용한 C3H6/C3H8 혼합기체 투과 특성 연구

4) 대면적 ZIF 분리막 합성을 위한 조건 최적화
- 튜브형 다공성 지지체를 이용한 ZIF-8 분리막 합성 연구
- 정전분무를 이용한 대면적 ZIF 분리막 합성 조건 최적화 (인가전압, 온도 등) 3년의 연구기간 동안 Top 10%(4편) 포함한 SCI급 국제 학술지 16편을 주저자로 단독사사로 출판함. 또한 국제학술대회에서 1회의 초청강연을 비롯한 국제학술대회에서 14회, 국내학술대회에서 17회 논문을 발표하였고 이 결과 4건의 연구논문 우수상을 수상함. 개발된 원천기술 보호를 위해 현재까지 3건의 국내특허를 출원하였고, 2건의 국내특허를 등록, 그리고 연구 결과를 바탕으로 관련 전문업체에 1건의 기술이전(노하우) 하였음.

연구결과의 활용계획
화학적 열적으로 안정하며 기체분자 크기 수준에서 기공 조절이 가능한 ZIF 분리막은 다양한 기체 분리에 응용이 가능함. 산업적으로 중요하고 매우 높은 에너지 비용이 요구되는 올레핀/파라핀 분리에 기존 고분자 분리막과 탄소체 분리막 등은 재료의 특성으로 인해 투과도와 선택도에 한계가 있었음. ZIF 분리막은 기존 분리막의 한계를 넘어 상업적으로 경쟁력이 있는 투과도와 선택도 영역에 근접해 가고 있어, 기계적 안정성과 장기 안정성 향상 후, 실제 산업에서의 조업 조건 하에서 올레핀/파라핀 분리에 활용할 계획임.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The purpose of this research was to synthesize crack-free and uniform ZIF membranes by electrospray deposition for olefin/paraffin separations and investigate the gas permeation properties through the ZIF membranes. Electrospray deposition method can synthesize ZIF membranes in a

Purpose&contents
The purpose of this research was to synthesize crack-free and uniform ZIF membranes by electrospray deposition for olefin/paraffin separations and investigate the gas permeation properties through the ZIF membranes. Electrospray deposition method can synthesize ZIF membranes in a short reaction time under atmospheric pressure, which can be utilized for large scale ZIF membranes synthesis. In this study, we designed and set up electrospray apparatus for ZIF membrane synthesis and optimized electrospray preparation conditions. Also, the product ZIF membranes were applied for gas separations.

Result
The following results were obtained through this research.
1) Set-up of electrospray apparatus and ZIF membrane synthesis
- fabrication of electrospray apparatus using high voltage supply, syringe pump, etc.
- Synthesis of ZIF-7 and ZIF-8 membranes by electrospray deposition
- Optimization of electrospray deposition (applied voltage, precursor concentration etc)

2) Characterization and gas permeation of ZIF membranes
- morphology, phase structure, thermal stability analysis of ZIF membranes
- single gas permeation proeprties through ZIF membranes

3) Set-up of binary gas permeation apparatus
- fabrication of inary gas permeation apparatus using MFC and GC
- H2/CO2 binary gas permeation properties through ZIF-7 and ZIF-8 membranes
- C3H6/C3H9 binary gas permeation properties through ZIF-8 membranes

4) Optimization of synthesis conditions for large scale ZIF membranes
- Synthesis of tubular ZIF-8 membranes
- Optimization of synthesis conditions for large area ZIF membranes During 3 years, the following outcomes were obtained.
16 SCI(E) papers, 1 Invited lecture, 14 Internation conference presentation, 14 domestic conference presentation, 4 best presentation awards, 1 best paper award, 3 patents filed, 2 patents registered, 1 technology transfer (know-how).

Expected Contribution
-Application of ZIF membranes for various gas separations due to their thermal stability and controllability of pore structures
-Olefin/paraffin separations through ZIF membranes due to their approach for commercially viable selectivity and permeability limit
-Utilization of electrospray-derived ZIF membranes for industrial olefin/paraffin separations after enhancing mechanical strength and long-term stability of ZIF membranes

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 22 5. 연구결과의 활용계획 ... 24 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 24 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 25 8. 참고문헌 ... 25 9. 연구성과 ... 27 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 36 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 36 12. 기타사항 ... 36별첨1 ... 37별첨2 ... 52끝페이지 ... 57