초록 ▼

□ 연구개요
분리공정은 자발적 혼합과정의 역과정으로, 일반적으로 많은 에너지를 소모하며, 이는 대부분의 분리공정이 상변화를 수반하기 때문임. 막분리공정은 이런 열기반의 분리공정대비 높은 에너지효율의 분리공정임. 분리막의 경우, 분리막 소재에 따라 그 성능이 크게 좌우되는데, 결정형 다공성물질을 기반으로 하는 분자체분리막은 높은 균일성의 기공을 갖기 때문에 매우 높은 분리선택성을 보임. 하지만, 기공 크기가 고정된 결정형 다공성 물질의 특성상 그 활용이 제한적임.
본 연구과제는, 제올라이트 MFI의 조성제어를 통해, 기공구

□ 연구개요
분리공정은 자발적 혼합과정의 역과정으로, 일반적으로 많은 에너지를 소모하며, 이는 대부분의 분리공정이 상변화를 수반하기 때문임. 막분리공정은 이런 열기반의 분리공정대비 높은 에너지효율의 분리공정임. 분리막의 경우, 분리막 소재에 따라 그 성능이 크게 좌우되는데, 결정형 다공성물질을 기반으로 하는 분자체분리막은 높은 균일성의 기공을 갖기 때문에 매우 높은 분리선택성을 보임. 하지만, 기공 크기가 고정된 결정형 다공성 물질의 특성상 그 활용이 제한적임.
본 연구과제는, 제올라이트 MFI의 조성제어를 통해, 기공구조를 변형하는 것을 목표로 함. 이형원소를 포함한 ZSM-5와 순수-실리카 제올라이트인 silcialite-1을 적층하면, 격자상수차이에 의해 응력이 발생하며, 이를 이용하여 기공의 변형을 시도함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제는 제올라이트 MFI 기공 구조 변형을 위해서, 1) 우수 강성의 순수-실리카 지지체를 제작하고, 2) 이종 구조를 위한 silicalite-1과 ZSM-5 이종 에피택시 성장 (heteroepitaxial growth)법 연구, 3) 제올라이트 MFI 분리막 제작, 4) 제올라이트 MFI 분리막 구조와 분리 성능 상관관계 도출을 하는 것을 목표로 함.
순수-실리카 기반의 silicalite-1과 Al이 도핑된 ZSM-5의 이중구조를 위해서는 silicalite-1위에 ZSM-5를 이종 에피택시 성장을 시킬 수 있는 이차성장법이 필요함.
이를 위한 합성 조건의 최적화를 silicalite-1 필름을 이용하여 수행함. 먼저 제올라이트 MFI 나노막을 합성 후, 이를 메소포러스 실리카가 코팅된 실리콘 웨이퍼 위에 코팅하여 종결정 코팅으로 사용함. 수열처리후 얻은 silicalite-1 필름에 다양한 조건에서 ZSM-5를 성장시키면서 이차성장 조건을 확립함. 그 결과 silicalite-1 필름 위에 ZSM-5를 Si/Al 비를 20–400 사이에서 핵생성을 최소화 하면서 성장시킬 수 있었음.
이 방법을 적용하여, 다공성 지지체 위에 ZSM-5/silicalite-1 박막을 제작함. 먼저, 조성제어를 위해 화학적으로 안정한 지지체가 필요하기 때문에, 석영솜 분말과 SiC바인더를 이용해 순수 실리카 지지체를 제작한 후, MFI 나노막을 코팅하여 종결정층을 형성함. 이후 수열처리를 통해 silicalite-1 박막을 제작한 후 그 위에 ZSM-5 박막을 성장시켜 이중구조를 완성함.
하지만, 12개월의 연구기간 제한조건하에, 탄화수소 안전장비의 납품 지연으로 분리막 성능 분석은 완료하지 못함. 이를 위한 추가 연구 제안서를 제출한 상태이며, 채택시 이중구조의 분리막 분리성능 분석을 완료하겠음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구과제는 나노막을 기반으로 하는 제올라이트 박막 제작법을 한층 발전시킴.
제올라이트 분리막은 높은 분리성능에도 불구하고 대형화의 어려움과 높은 제작단가로 인해 상용화가 어려움. 이 중, 직접합성법으로 합성되는 나노막을 기반으로 하는 제올라이트 분리막은 가장 상용화에 가깝다고 평가받고 있음. 본 과제는 이 나노막을 기반으로 조성제어가 가능한 ZSM-5 박막을 제작하는 방법을 제공함. 이를 통해 제올라이트 분리막의 성능 향상이 되어 상용화가 된다면, 상변환을 기반으로 하는 기존의 분리공정에 비해 크게 에너지 절감이 가능할 것으로 보임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 제올라이트 MFI 나노막 합성 및 silicalite-1 필름 제작 ... 5
• 2) ZSM-5/Silicalite-1 이중구조 제작 ... 7
• 3) 우수-강성의 순수 실리카 제작 및 표면 평탄화 ... 10
• 4) 이중구조의 제올라이트 MFI 분리막 제작 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 18