요약
지난 30년 동안 분리막 공정은 높은 에너지 효율성과 신뢰성으로 많은 산업에서 활용되어 왔습니다. 그러나, 기존 분리막의 투과도와 선택도 사이의 트레이드오프 현상은 큰 한계점이었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 새로운 분리막 소재와 제조 방법의 개발이 필요했으며, 본 발명에서는 이 문제를 해결하는 복합막 기술을 제시합니다. 폴리도파민으로 캡슐화된 미세다공성 무기충전제를 포함한 폴리아미드층을 사용해, 기체 투과도 및 선택도를 현저히 향상시키고 가격 경쟁력을 극대화했습니다. 이 기술은 화학, 담수화, 식음료, 제약 산업 및 가스 정제 등 다양한 산업에서 고효율 기체 분리를 가능하게 합니다.
기본 정보
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특허명: 중공사 복합막, 그 제조방법, 상기 중공사 복합막을 포함하는 기체 분리막
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발명자: 김태현 교수
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출원번호: 10-2021-0055583
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등록번호: 10-2538247
상세 정보
발명의 배경과 필요성
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지난 30년 동안 분리막 공정은 높은 에너지 효율성과 단순한 운전 방법, 신뢰성 등의 장점을 바탕으로 화학, 담수화, 식음료, 제약 산업 및 가스 정제와 같은 다양한 분야에서 핵심 기술로 자리잡음.
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기존 분리막 공정에서는 투과도와 선택도 사이의 트레이드오프(trade-off) 현상이 존재하여, 더 효율적인 에너지 사용을 위해서는 높은 투과도 및 선택도를 제공하는 새로운 분리막 소재의 개발이 필요함.
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현재의 유기 고분자 분리막은 다양한 물리-화학적 특성을 가질 수 있어 저렴하게 제조할 수 있는 장점이 있지만, 투과도와 선택도를 모두 개선하는 데 한계가 있음.
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미세 다공성 물질이나 무기 물질을 유기 고분자에 첨가하여 제조한 MMMs(Mixed Matrix Membranes)이 기체 분리 성능을 크게 향상시키지만, 무기 충전제의 균일한 분포가 어려운 문제, 그리고 많은 양의 무기물이 필요하여 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 있음.
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이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 제조 방법과 기술 개발이 절실히 요구됨.
기술의 필요성
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기체 분리막의 투과도와 선택도를 동시에 높일 수 있는 새로운 기술이 필요함.
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기존의 유기 고분자 분리막의 단점인 무기 충전제의 균일한 분포 문제를 해결해야 함.
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높은 에너지 효율과 저렴한 비용으로 다양한 산업에서 활용될 수 있는 기체 분리막 기술이 요구됨.
구현방법
기술의 원리
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본 발명은 다공성 지지체 중공사막의 내표면 상에 계면 중합에 의해 폴리도파민으로 캡슐화된 미세다공성 무기충전제를 포함하는 폴리아미드층이 형성된 중공사 복합막을 제공함.
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폴리아미드층은 기체 분자의 이동통로와 흡착 영역을 용이하게 하여 기체 투과도 및 선택도를 현저히 향상시킴.
구체적인 구현 방법
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다공성 지지체 중공사막을 제조한 후, 티타노실리케이트(ETS-4)를 폴리도파민과 혼합하여 캡슐화된 미세다공성 무기충전제를 제조함.
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제조된 중공사막의 내표면에 폴리도파민으로 캡슐화된 미세다공성 무기충전제, 수성 단량체 용액 및 유기 단량체 용액을 투입하고 계면 중합 반응을 시킴으로써 폴리아미드층을 형성함.
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이 후, 중공사 복합막을 열처리하여 기체 분리막을 완성함.
기술의 장점
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본 발명의 중공사 복합막은 비표면적이 증가하고, 무기충전제의 균일한 분산으로 기체 투과도 및 선택도가 현저하게 향상됨.
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소량의 무기충전제 사용만으로도 높은 효율을 달성할 수 있어 가격 경쟁력이 극대화됨.
발명의 활용 방안
사용 가능한 산업 분야
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본 발명은 화학, 담수화, 식음료, 제약 산업 및 가스 정제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있음.
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특히 고효율 기체 분리가 필요한 산업에서 큰 혁신을 이룰 수 있음.
기대 효과
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높은 기체 투과도와 선택도를 제공하여 에너지 효율이 대폭 향상됨.
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무기충전제의 균일한 분산으로 제조 공정의 신뢰성이 높아지고, 비용 절감 효과가 기대됨.
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환경 친화적인 기술로 온실가스 저감에도 기여할 수 있음.
시장 동향
기체 분리막 시장 동향
기체 분리막 응용 분야
Mixed Matrix Membranes 시장 동향
대표도면
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