표제지
목차
국문초록 10
ABSTRACT 12
제1장 서론 14
1.1. 기체 분리막 기반 수소 분리 14
1.2. 혼합 기질막 15
1.2.1. 혼합 기질막의 필요성 15
1.2.2. 혼합 기질막의 제조 과제 15
1.3. 연구 목표 17
1.3.1. 고분자 및 충전제 선정 17
1.3.2. 고성능 혼합 기질막 제조 전략 17
1.3.3. 실험 및 분석의 목적 20
제2장 실험 방법 21
2.1. 시약 21
2.2. 충전제 합성 22
2.2.1. ZIF-8의 합성 22
2.2.2. ML-ZIF-8의 합성 22
2.3. 분리막 제조 23
2.4. 물질 특성화 방법 24
2.5. 기체 투과도 시험 26
2.6. 기체 흡착 시험 28
제3장 결과 및 고찰 30
3.1. 기초 분석 30
3.1.1. NMR 분석 30
3.1.2. XRD 분석 32
3.1.3. TGA 및 분리막 내 실제 함량 계산 34
3.2. 고분자-충전제 계면 상호작용 38
3.2.1. FT-IR spectra 분석 및 수소 결합 38
3.2.2. XPS 분석 42
3.2.3. SEM 이미지 분석 44
3.3. 계면 상호작용에 의한 혼합 기질막의 특성 47
3.3.1. 열적 특성 47
3.3.2. 기계적 특성 49
3.4. 기체 분리 성능 53
3.4.1. H₂/N₂, H₂/CH₄ 분리 성능 53
3.4.2. 흡착 및 확산 선택도 56
3.4.3. 선행 연구 및 Robeson upper bound와의 비교 62
제4장 결론 64
참고문헌 66
[표 3-1] TGA 분석으로 얻어진 시료의 초기 및 최종 무게 36
[표 3-2] 분리막의 초기 및 실제 충전제 함량 37
[표 3-3] 인장시험으로부터 얻어진 분리막의 Tensile strength 및 Elongation 51
[표 3-4] H₂, N₂, CH₄에 대한 각 분리막의 C'H 및 b 값[이미지참조] 58
[표 3-5] H₂, N₂ 기체에 대한 각 분리막의 흡착·확산 계수와 투과도 및 H₂/N₂ 흡착·확산·이상 선택도 59
[표 3-6] H₂, CH₄ 기체에 대한 각 분리막의 흡착·확산 계수와 투과도 및 H₂/CH₄ 흡착·확산·이상 선택도 60
[그림 1-1] (a) Torlon®, (b) ZIF-8, (c) ML-ZIF-8의 화학구조[이미지참조] 19
[그림 2-1] 단일 기체 투과도 시험 장치 27
[그림 3-1] (a) ML-ZIF-8의 ¹H-NMR 스펙트럼 (b) 7.0~7.5 ppm 구간으로 확대한 영역 31
[그림 3-2] 충전제 및 분리막의 XRD 패턴 33
[그림 3-3] 분리막의 TGA 곡선 35
[그림 3-4] (a) 600-2000 cm¯¹, (b) C-N: 1355-1385 cm¯¹, (c) C=O:1700-1730 cm¯¹ 구간에 대한 순수 Torlon® 분리막, Torlon®/ZIF-8 혼합...[이미지참조] 40
[그림 3-5] Torlon®/ML-ZIF-8 혼합 기질막 내에서 발생 가능한 계면 상호작용을 나타낸 모식도[이미지참조] 41
[그림 3-6] (a) ZIF-8 분말 및 Torlon®/ZIF-8 혼합 기질막의 XPS 스펙트럼, (b) ML-ZIF-8 분말 및 Torlon®/ML-ZIF-8 혼합 기질막에 대한...[이미지참조] 43
[그림 3-7] (a) ZIF-8 및 (b) ML-ZIF-8 입자의 SEM 이미지 45
[그림 3-8] (a) Torlon®/ZIF-8 혼합 기질막 및 (b) Torlon®/ML-ZIF-8 혼합 기질막의 단면 SEM 이미지[이미지참조] 46
[그림 3-9] (a) ML-ZIF-8 함량에 따른 Torlon®/ML-ZIF-8 혼합 기질막의 DSC curve 및 Tg 값, (b) ML-ZIF-8 함량에 따른...[이미지참조] 48
[그림 3-10] 분리막의 stress-strain 곡선 50
[그림 3-11] (a) Torlon®/ML-ZIF-8 혼합 기질막 및 (b) Torlon®/ZIF-8 혼합 기질막의 유연성 비교[이미지참조] 52
[그림 3-12] 충전제 종류 및 함량에 따른 분리막의 (a) H₂/N₂ 및 (b) H₂/CH₄ 분리 성능 비교 55
[그림 3-13] H₂, N₂, CH₄에 대한 각 분리막의 흡착 등온선 57
[그림 3-14] 분리막의 (a) H₂/N₂ 및 (b) H₂/CH₄ 기체쌍에 대한 흡착·확산·이상 선택도 비교 61
[그림 3-15] 선행 연구들[43 - 51] 및 Robeson upper bound (2008)[52]와 비교한 분리막의 (a) H₂/N₂ 및 (b) H₂/CH₄ 분리 성능 63