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EVA-실리카 나노복합체막의 가스투과 특성

전문가 제언: ○ 가스분리막은 1980년 이후 천연가스에서 탄산가스와 물의 분리, 수소 정제 등에 상용화되었다. 방향족 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등의 고분자가 분자체막(molecular sieve membrane)의 이름으로 가스분리막에 실용화되었다. 표면에 수산기 등이 있는 실리카 등의 무기충전재와의 하이브리드 복합체가 순수 고분자보다는 가스분리에 더 연구되어 Mixed Matrix Membrane 연구가 활기를 띠고 있다.

○ 지구 온난화의 대책으로 공장의 폐가스로부터 CO2를 포획하는 연구가 한창이다. 이를 위한 CO2/N2의 선택성에는 극성이 큰 폴리비닐아세테이트(PVA)가 극성 CO2와의 상호작용으로 유리하지만 기계적 강도가 약하다. Marais 등이 최초로 극성 고분자인 EVA(에틸렌비닐아세테이트 공중합체) 사용을 연구하여 보고하였다. EVA는 극성 외에도 기계적 강도, 유연성 그리고 경제적 비용으로 유망하다. 본문의 저자들은 2008년 2월 순수 EVA의 가스투과도 연구결과를 보고하였다. VA 함량 28%, 용매 THF를 사용한 EVA 막이 가장 우수한 투과도를 보임을 보고하였다.

○ 본문은 TEOS(tetra ethylorthosilicate)의 가수분해에 의한 졸-겔법으로 제조한 실리카 나노입자를 EVA에 도입하여 가스분리 특성이 향상되는 결과를 소개하고 있다. 기기분석은 EVA에 실리카 나노입자가 균일 분산되었고 실리카 함량 증가가 EVA의 무정형을 증가시킴을 보여주었다. 실리카 함량 5~10wt%의 EVA-실리카 하이브리드 나노복합체막에 압력 4~8바에서 N2, O2, CO2 그리고 CH4 가스의 투과도를 조사한 결과를 소개하고 있다. 실리카 함량 증가에 따라 모든 가스의 투과도가 크게 증가하고 CO2/N2 및 CO2/CH4의 선택성 증가가 큰 의미를 보인다.

○ 이는 EVA 가스투과 메커니즘에서 표면에 수산기 등을 가진 실리카와 극성 가스이며 응축성 가스인 CO2와의 계면에서의 상호작용에 의한 용해도 메커니즘의 우세에 기인한 것으로 해석된다.

○ 2001년 한양대의 김재훈 등은 poly(amide-6-b-ethylene oxide)(PEBAX)와 실리카의 하이브리드 막의 가스투과도가 PEBAX보다 증가함을 보고하였다. 여기서도 실리카와 CO2와의 상호작용에 기인함을 설명하였다.

저자: Morteza Sadeghi et al
자료유형: 학술정보