요약
본 기술은 이산화탄소를 분리하는 고분자 기반의 기체 분리막을 개선한 것입니다. PIM-PI 고분자와 PIM-PEG/PPG 고분자를 적절한 조성으로 혼합하여, 높은 선택도와 뛰어난 기체 투과도를 갖는 분리막을 제작하였습니다. 이 분리막은 기존의 PIM-PI-PEG/PPG 공중합체 기반 분리막보다 간편하게 제작할 수 있으며, CO2 분리 성능에서도 우수한 것으로 나타났습니다. 이로써 이산화탄소 분리 기술의 효율성을 높이고, 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: PIM-PI와 PIM-PEG/PPG를 혼합한 기체 분리막 및 이의 제조방법
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대표 발명자: 김태현 교수
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출원번호: 10-2022-0182201
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경과 문제점
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지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 제어하는 것이 중요함
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이산화탄소를 분리하는 기존 방법 중 하나는 저렴하고 스케일업이 쉬운 고분자 기반의 기체 분리막을 사용하는 것임
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그러나 이 기체 분리막 기반의 분리기술은 투과 선택도가 낮고, 분리막의 에이징 효과로 인해 수명이 짧은 문제가 있음
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이 문제를 해결하기 위해, 내재적 마이크로 기공성 고분자-폴리이미드(PIM-PI)와 고무상 고분자인 PEG/PPG간의 공중합체를 개발하였으나, PEG/PPG 세그먼트가 PIM-PI 주쇄 내에 엉킴되어 고분자의 자유 부피를 감소시키고, 이산화탄소 투과도가 크게 감소하는 문제가 발생하였음
기술 개선의 필요성
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PIM-PI에 대한 PIM-PEG/PPG의 조성을 바꾸어서 그에 따른 PIM-PI의 높은 투과도의 감소를 최소화하면서도 PIM-PEG/PPG에 의한 이산화탄소 선택도를 동시에 향상시킬 수 있는 최적의 혼합 조성을 찾는 것이 필요함
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이를 통해 이산화탄소를 선택적으로 포집하고 저장하거나, 메탄올이나 고분자 등으로 변환시켜 새로운 물질로 활용하는 기술을 개발하는데 중요한 역할을 할 수 있음
구현방법
기술 원리 및 구현
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이 기체 분리막은 이산화탄소, 질소, 메탄을 통과시키는 기능을 가지며, 이는 기체의 크기에 따라 다르며, 이산화탄소의 용해도는 PIM-PEG/PPG 물질이 추가됨에 따라 증가하고, 질소에 대한 용해도는 감소함
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PIM-PI와 PIM-PEG/PPG를 준비하고, 이들을 적절한 비율로 혼합하여 분리막을 제작하면, 이산화탄소에 대해 높은 투과도와 선택도를 가지는 분리막을 만들 수 있음
기술 장점
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이 기술은 이산화탄소에 대해 높은 투과도와 선택도를 가지는 분리막을 만들 수 있으며, 기계적 성질이 향상되어 기존 기술보다 더 효율적인 CO2 분리가 가능함
실험 및 결과
실험 목적 및 방법
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분리막이 이산화탄소, 질소, 메탄을 어떻게 통과시키는지, 그리고 PIM-PEG/PPG의 양이 많아질수록 CO2/N2 기체 선택도가 어떻게 변화하는지를 확인함
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PIM-PEG/PPG와 PIM-PI 사이에서 발생하는 분리 특성을 형태학적 분석으로 관찰하고, PIM-PI와 PIM-PEG/PPG의 구조를 FT-IR 분광법 등을 통해 확인함
실험 결과
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가장 뚜렷한 분리 성능을 보인 PPB-5는 CO2 투과도가 1552.6 Barrer 및 CO2/N2 선택도가 29.3으로 우수한 CO2 분리 성능을 보임
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분리막은 PIM-PEG/PPG의 양이 많아질수록 CO2의 투과도는 감소하지만 CO2/N2 기체 선택도는 증가하는 것을 확인하였으며, 이는 단일 가스에서의 기체 투과 성능과 비슷하게 혼합 가스 분리에서도 동일한 결과를 보임
발명의 활용 방안
제품 적용 및 서비스 개선
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PIM-PI 고분자와 PIM-PEG/PPG 고분자를 적절한 조성으로 혼합하여, 높은 선택도와 뛰어난 기체 투과도를 갖는 분리막 제작이 가능함
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이 분리막은 기존의 PIM-PI-PEG/PPG 공중합체 기반 분리막보다 간편하게 제작할 수 있으며, CO2 분리 성능에서도 우수함
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분리막의 탁월한 기계적 성질과 기체 투과도는 CO2 분리 기술의 상업화와 대량화 가능성을 높여줌
기대효과
기술적 혁신 및 사회적 가치
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이 분리막의 탁월한 기계적 성질과 기체 투과도는 CO2 분리 기술의 효율성을 높여줌
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CO2 분리 기술의 향상은 환경 문제 해결에 기여하며, 이는 사회적 가치를 높여줌
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기존의 PIM-PI-PEG/PPG 공중합체 기반 분리막보다 간편하게 제작할 수 있어, 산업의 효율성을 높여줌
장기적인 비전
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본 발명을 통해 얻어진 분리막의 우수한 성능은 CO2 분리 기술의 발전을 촉진하며, 이로 인해 환경 보호에 크게 기여할 것으로 기대됨
시장 동향
가스 분리 막 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
높은 이산화탄소 분리 성능
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PIM-PI 고분자와 PIM-PEG/PPG 고분자를 적절한 조성으로 혼합하여, 높은 선택도와 뛰어난 기체 투과도를 갖는 분리막을 제작할 수 있습니다.
탁월한 기계적 성질
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이 분리막의 탁월한 기계적 성질은 CO2 분리 기술의 효율성을 높여줍니다.
간편한 제작 과정
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기존의 PIM-PI-PEG/PPG 공중합체 기반 분리막보다 간편하게 제작할 수 있어, 산업의 효율성을 높여줍니다.
Weaknesses
이산화탄소 투과도 감소
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PIM-PEG/PPG의 양이 많아질수록 CO2의 투과도는 감소하는 문제가 있습니다.
Opportunities
환경 문제 해결
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CO2 분리 기술의 향상은 환경 문제 해결에 기여하며, 이는 사회적 가치를 높여줍니다.
산업의 효율성 향상
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간편하게 제작할 수 있는 이 분리막은 산업의 효율성을 높여줍니다.
Threats
기존 분리막과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 다른 분리막 제품들과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
Summary
Strengths
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높은 이산화탄소 분리 성능, 탁월한 기계적 성질, 그리고 간편한 제작 과정 등이 장점입니다.
Weaknesses
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이산화탄소 투과도의 감소가 단점으로 작용할 수 있습니다.
Opportunities
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환경 문제 해결과 산업의 효율성 향상 등이 기회로 작용할 수 있습니다.
Threats
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기존 분리막과의 경쟁이 위협으로 작용할 수 있습니다.
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