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이산화탄소 분리를 위한 혼합 고분자 분리막 개발

요약 이 기술은 이산화탄소(CO2)를 다른 가스들로부터 효과적으로 분리할 수 있는 혼합 고분자 분리막을 제조합니다. MOF와 폴리이미드를 결합하여 CO2 분리 성능을 최적화한 분리막을 제작함으로써, 환경 보호에 기여하고 산업 공정에서의 CO2 배출 감소를 가능하게 합니다. 이는 지구 온난화 대응 및 지속 가능한 에너지 자원 사용에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

기본 정보

특허명: 폴리에틸렌글리콜로 개질화된 UiO-66 MOF와 폴리이미드를 이용한 이산화탄소 분리용 혼합 고분자 분리막 및 이의 제조방법
대표 발명자: 김태현 교수
출원번호: 10-2023-0144112

발명의 배경 및 필요성

기술의 중요성

지구 온난화 대응을 위해 이산화탄소(CO2) 분리 기술의 중요성이 커지고 있으며, 산업 공정에서 발생하는 CO2 배출을 줄이고 대기 중 CO2 농도를 관리하는 것이 필수적임
에너지 소비가 적고 설치가 간편한 고분자 막을 이용한 가스 분리 방법이 주목받고 있지만, 기존 기술의 한계를 극복하기 위한 새로운 접근 방식이 필요함
화력 발전소, 철강 제조, 시멘트 생산 등 다양한 산업 분야에서 CO2 배출 감소를 위한 연구가 활발히 진행 중임

기술 개발의 필요성

고분자 막을 이용한 가스 분리 기술의 효율성을 높이기 위해 제올라이트, 금속-유기 골격체(MOF), 공유 유기 골격체(COF) 등 새로운 다공성 물질의 개발이 중요함
기공 크기 조절과 응집 문제를 해결하고, 이산화탄소 분리 기술의 효율성과 적용 범위를 확장하기 위한 지속적인 연구와 개발이 필요함

구현방법

기술의 원리 및 구현

이 기술은 이산화탄소(CO2)를 다른 가스들로부터 효과적으로 분리할 수 있는 혼합 고분자 분리막을 제조함
MOF(Metal-Organic Frameworks)는 금속과 유기 분자가 결합해 만든 3차원 구조의 물질로, 가스 분리에 유용한 매우 작은 구멍을 가짐
폴리이미드는 열과 화학적 안정성이 뛰어난 플라스틱으로, 분리막의 내구성을 높이는 데 사용됨
UiO-66-NH2라는 MOF에서 출발하여, 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 반응시켜 PEGDE-g-MOF를 제조하고, 이를 CO2 포집에 활용함
6FDA-듀렌이라는 폴리이미드를 사용하여 PEGDE-g-MOF를 다양한 비율로 첨가함으로써, CO2 분리 성능을 최적화한 분리막을 제작함

기술의 장점

CO2를 질소(N2)나 메탄(CH4) 등 다른 가스들로부터 효과적으로 분리할 수 있음
높은 온도에서도 안정적으로 작동하며, CO2에 대한 투과도와 선택도가 높음
이산화탄소 배출 감소에 기여하여 환경 보호에 이바지함
환경 친화적이며 경제적인 이산화탄소 분리 솔루션을 제공함

활용 방안 및 기대효과

이산화탄소 분리 및 활용 혁신

'혼합 매트릭스 막'을 통해 이산화탄소와 다른 기체들을 효과적으로 분리하며, 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 배출 문제에 대응
공장 배출가스나 공기 중 이산화탄소 포집에 적용 가능하며, PEG 기능화 UiO-66 MOF와 폴리이미드 조합으로 필터의 성능과 내구성이 향상됨
이산화탄소를 유용한 물질로 전환하여 환경 보호 및 지속 가능한 에너지 자원 사용에 기여

산업 및 사회에 미치는 긍정적 영향

이 기술은 이산화탄소 분리 및 활용 분야에서 기술적 혁신을 가져와 큰 발전이 기대됨
고성능 필터 개발로 이산화탄소 분리 효율성이 증가하며, 이는 상업적 가치를 높이고 기후 변화 대응 및 환경 보호에 중요한 역할을 수행
이산화탄소를 유용한 물질로 전환함으로써 새로운 비즈니스 모델 및 시장을 창출하고, 지구 온난화 문제 해결에 기여하여 사회적 가치를 증진시킴

시장 동향

에너지 시장 동향

기술 SWOT 분석

Strengths

효율적인 CO2 분리 성능

MOF와 폴리이미드를 결합한 혼합 고분자 분리막을 통해 CO2를 다른 가스들로부터 효과적으로 분리할 수 있습니다.
높은 온도에서도 안정적으로 작동하며, CO2에 대한 투과도와 선택도가 높습니다.

환경 보호 및 지속 가능성

이산화탄소 배출 감소에 기여하여 환경 보호에 이바지합니다.
환경 친화적이며 경제적인 이산화탄소 분리 솔루션을 제공합니다.

Weaknesses

제조 과정의 복잡성

MOF와 폴리이미드의 결합 과정이 복잡하며, 고도의 기술을 요구할 수 있습니다.

초기 비용

고성능 필터 제작에 필요한 재료 및 기술 개발 비용이 높을 수 있습니다.

Opportunities

산업 및 사회에 미치는 긍정적 영향

이 기술은 이산화탄소 분리 및 활용 분야에서 기술적 혁신을 가져와 큰 발전이 기대됩니다.
이산화탄소를 유용한 물질로 전환함으로써 새로운 비즈니스 모델 및 시장을 창출할 수 있습니다.

기후 변화 대응

이산화탄소 분리 효율성 증가로 기후 변화 대응 및 환경 보호에 중요한 역할을 수행할 수 있습니다.

Threats

기술적 변화와 경쟁

가스 분리 기술 분야에서의 빠른 기술적 변화와 경쟁으로 인해 지속적인 연구 개발이 필요합니다.

규제 및 정책 변화

환경 관련 규제 및 정책의 변화가 기술의 상업적 적용에 영향을 미칠 수 있습니다.

Summary

Strengths

효율적인 CO2 분리 성능과 환경 보호에 기여하는 친환경적인 기술입니다.

Weaknesses

제조 과정의 복잡성과 초기 비용이 높습니다.

Opportunities

산업 및 사회에 긍정적 영향을 미치며, 기후 변화 대응에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

Threats

기술적 변화와 경쟁, 그리고 규제 및 정책 변화의 영향을 받을 수 있습니다.

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
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