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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이정무 (경상대학교, 경상대학교 대학원)

지도교수
남상용
발행연도
2015
저작권
경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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Gas separation membrane systems have been received a lot of attention, and various membrane materials have been synthesized and investigated for gas separation applications in the last two decades. This is due to the fact that membrane separation processes may offer more capital and energy efficiency when compared to the conventional separation processes such as cryogenic distillation, adsorption and pressure swing adsorption in some applications. Among the polymers for gas separation membranes, aromatic polyimides are one of the most attractive and promising materials due to their high thermal stability, glass transition temperature and a relatively low dielectlic constant. Various polyimides have become increasingly important in a variety of technological applications, such as distillation, gas separation, and dialysis and so on. In this study, we synthesized novel polyimides with high gas permeability and selectivity for application gas separation. 2,2-bis(3,4-carboxylphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and two kinds of diamines with high permeability and solubility were used to prepare the novel polyimide. 2,3,5,6-Tetramethyl-1,4-phenylenediamine(TMPD) was used to improve gas permeability and various kinds of diamines were used to improve the gas selectivity respectively. The polyimide copolymers were synthesized by commercial chemical imidization method and their average molecular weights were over 100,000g/mol. The glass transition temperature (Tg) and the thermal degradation temperature were characterized using differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). The synthesized copolymers showed high Tg over 300°C and high thermal degradation temperature over 500°C. The gas permeation properties were measured by time-lag equipment. Although general polyimides showed very low gas permeability, synthesized polyimide copolymer showed high O2 permeability of 36.21 barrer with high O2/N2 selectivity around 4.1. The hollw fiber membrane containing various additives was prepared by phase inversion method. Their morphologies and gas permeation properties were examined. The hollow fiber membranes were prepared by control of dope extrusion rate and air gap distance. The gas permeance decreased with increasing air gap distance whereas the selectivity increased with increasing air gap distance, resulting from the thin skin layer formation. The CO2/N2 selectivity of hollow fiber membrane was 22.3 at 20cm air gap.

목차

Chapter Ⅰ기체분리막용 고분자 소재 18
1.1 서론 18
1.2 고분자 기체 분리막의 원리 19
1.2.1 용해도 및 확산도 21
1.2.2 자유체적(Free volume) 24
1.3 기체분리막 소재 연구 동향 24
1.3.1 실록산 고분자 25
1.3.2 치환계 폴리아세틸렌 26
1.3.3 하이브리드 고분자 28
1.3.4 내열성 고분자 33
1.4 polyimide계 분리막 소재의 응용 37
1.4.1 O2 / N2 분리 37
1.4.2 CO2 / N2 분리 40
1.4.3 N2/SF6 분리 42
1.5 결 론 44
Chapter 2. 고선택성 polyimide 소재의 합성 및 분자동력학 연구를 통한 기체투과도의 비교교 46
2.1 서론 46
2.2 실험 52
2.2.1 polyimide 합성 52
2.2.1.1 화학적 이미드화 방법 (Chemical imidization method) 58
2.2.1.2 열적 이미드화 방법 (Thermal imidization method) 60
2.2.1.3 이소시아네이트법 (Isocyanate method) 60
2.2.2 합성 재료 60
2.2.3 공중합체 polyimide 합성 61
2.3 분자동력학을 이용한 기체투과도의 예측 68
2.3.1 고분자 구조 관찰 68
2.4 결과 및 고찰 69
2.4.1 고분자 구조 확인 및 분자량 측정 69
2.4.2 고분자 사슬구조 변화확인 81
2.4.3 분자동역학 시뮬레이션을 이용한 투과거동 분석 및 비교 83
2.5 결론 92
Chapter 3. 공중합체 polyimide 분리막의 제조와 특성평가 94
3.1 서론 94
3.1.1 기체분리막 소재로서의 polyimide 94
3.2 실험 97
3.2.1 공중합체 polyimide 분리막 제조 100
3.2.2 공중합체 polyimide 특성평가 100
3.2.3 공중합체 polyimide 기체투과도 분석 100
3.3 결과 및 고찰 104
3.3.1 공중합체 polyimide의 물리적열적 특성 104
3.3.2 아민에 따른 고분자 사슬 간격 변화 107
3.3.3 공중합체 polyimide 기체투과도 분석 110
3.4 결론 113
Chapter 4. PI06 비대칭 평막의 제조 및 특성 평가 114
4.1 서론 114
4.2 실험 118
4.2.1 실험 재료 118
4.2.2 고분자 용액의 점도 측정 118
4.2.3 흐림점 측정을 통한 PI06 상평형도 작도 118
4.2.4 비용매 확산 계수 측정 119
4.2.5 비대칭 평막의 제조 119
4.2.6 제조 분리막의 morphology 관찰 120
4.2.7 순수 기체 투과 특성 측정 120
4.3 결과 및 고찰 121
4.3.1 PI06 고분자 점도 측정 121
4.3.2 용매 종류에 따른 비용매 상전이 계수 측정 126
4.3.3 용매에 따른 고분자의 Ternary phase diagram의 분석 129
4.3.4 사용 용매에 따른 평막의 morphology 확인 131
4.3.5 휘발 시간에 따른 평막의 구조 및 기체 분리 특성 133
4.4 결론 139
Chapter 5. PI중공사 제조 및 기체투과 성능 특성평가 140
5.1 서론 140
5.1.1 중공사 제조 140
5.1.2 중공사형 분리막 모듈 143
5.2 실험 145
5.2.1 공중합체 polyimide 중공사 제조 145
5.2.2 공중합체 polyimide 중공사 세척 145
5.2.3 공중합체 polyimide 중공사 건조 150
5.2.4 기체분리막의 morphology 150
5.2.5 기체분리막의 테스트 모듈 제조 151
5.2.6 혼합 기체투과도(Permeance) 실험 153
5. 3 결과 및 고찰 157
5.3.1 polyimide 중공사 분리막의 morphology 157
5.3.2 순수 기체투과도(Permeance) 측정 162
5.3.3 혼합 기체투과도(Permeance) 측정 164
5.3.3.1 O2/N2 혼합 기체 투과 특성 164
5.3.3.2 CO2/N2 혼합 기체 투과 특성 167
5.3.3.3 N2/SF6 혼합 기체 투과 특성 171
5.4 결론 167
Chapter 6 결론 및 향후 연구방향 178
6.1 결론 178
6.2 향후 연구 방향 181
Reference 184

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