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분자체 탄소막의 가스 분리 기능과 수소 정제 기술로서의 응용(Gas Separation Function of Molecular Sieve Carbon Membranes and Its Application to Hydrogen Purification)

전문가 제언: □ 고온 적용이 가능한 무기막으로 세라믹, 제올라이트에 비해 결함 없는 막 제작이 가능한 분자체 탄소막은, 흡착법에 의한 N2 발생장치로서 이미 보급되어 있다. 환상(環狀) 분자체 탄소의 제작은 고분자막의 소성으로 이전부터 시도되었지만 분자체 효과 실증이 어려웠으나, 최근 용매 가용으로 방향환을 가진 폴리이미드 등을 다공질 기재에 도포·소성함으로써 가능하게 되어 실용화의 길이 열렸다.

□ Ube Industries로부터의 폴리이미드 중공사막의 상업적 생산과 Delaware대학의 polyfurfuryl alcohol을 전구체로 한 탄소막에 의한 O2/N2 분리도 보고 되고 있다. 선택투과성 부여를 위해 전구체 폴리머의 단계에서 이온교환법이나 초임계 CO2 함침법에 의한 금속 도핑도 시도되고 있다. Okayama대학의 Y. Sakata 등은 페놀수지 전구체로부터의 탄소막 제작으로 벤젠/시클로헥산계의 증기분리에서의 성능을 검토 중이다. 이러한 비수용액의 분리조작은 막 기술의 큰 과제로, 탄소막은 그 유력한 해결책이 될 수도 있다.

□ 알코올 선택 투과성을 나타내는 독특한 막으로 바이오매스(biomass) 알코올 생산용 막 반응기를 목표로 한 silicalite막과 mesoporous silica막, 탄화규소막 및 카본 겔 막 등의 제법 등도 추진 중이다.

□ 한국은 산소부화막 중심으로 연구가 수행되며 선진국과의 기술격차가 크다. KIST의 폴리이미드 비대칭성막에 대한 CO2 분리 연구는 제조기술상의 보완이 필요하며, 한국화학연구소의 G-7과제에 의한 CO2 분리막 연구는 장기안정성 등의 보완이 필요하다. 한양대 분리막 연구실은 pore-filled 분리막, 유무기 복합막 등의 연구, CO2 투과도 및 CO2/N2 단일기체에 대한 선택도 향상을 이루었다.

□ 앞으로는 혼합기체분리특성 연구, 서브나노 크기의 탄소·실리카막의 제조, 가용성 폴리이미드막의 탄화조건 확립 및 탄소막 제조 등과 함께, 고온 분위기상의 장점을 지닌 세라믹막과 금속막의 박막 가공 및 미세성형기술 확립 등을 통한 모듈화 기반조성에 많은 연구개발이 필요하다.

저자: Hiroaki Hatori
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