KR102319470B1 - the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide - Google Patents

the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide Download PDF

Info

Publication number
KR102319470B1
KR102319470B1 KR1020200007186A KR20200007186A KR102319470B1 KR 102319470 B1 KR102319470 B1 KR 102319470B1 KR 1020200007186 A KR1020200007186 A KR 1020200007186A KR 20200007186 A KR20200007186 A KR 20200007186A KR 102319470 B1 KR102319470 B1 KR 102319470B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
pegbem
carbon monoxide
polymer
gas
Prior art date
Application number
KR1020200007186A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210093525A (en
Inventor
김종학
박철훈
김나운
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020200007186A priority Critical patent/KR102319470B1/en
Publication of KR20210093525A publication Critical patent/KR20210093525A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102319470B1 publication Critical patent/KR102319470B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/26Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C08F220/28Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing no aromatic rings in the alcohol moiety
    • C08F220/285Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing no aromatic rings in the alcohol moiety and containing a polyether chain in the alcohol moiety
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/04Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F220/06Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36After-treatment
    • C08J9/365Coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/28Nitrogen-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38Boron-containing compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 일산화탄소가 포함된 혼합 기체에서 높은 일산화탄소 선택능을 지니는 고분자 분리막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고분자 분리막은 혼합기체에서 일산화탄소를 효과적으로 분리할 수 있고, 모듈화 및 스케일업이 용이하며, 경제성이 우수하다.The present invention relates to a polymer membrane having a high carbon monoxide selectivity in a mixed gas containing carbon monoxide and a method for manufacturing the same. The polymer membrane according to the present invention can effectively separate carbon monoxide from a mixed gas, is easy to modularize and scale-up, and has excellent economic efficiency.

Description

일산화탄소 분리용 촉진 수송 분리막 및 이의 제조 방법 {the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide}The manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide and its manufacturing method

본 발명은 일산화탄소가 포함된 혼합 기체에서 높은 일산화탄소 선택능을 지니는 고분자 분리막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer membrane having a high carbon monoxide selectivity in a mixed gas containing carbon monoxide and a method for manufacturing the same.

철강 부생 가스는 일산화탄소(CO)와 함께 다량의 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)를 포함하는데, 현재까지 CO 분리는 대부분 증류법이나 흡착법 등으로 분리가 되어 왔다. 그러나 이러한 공정들에 비해 막분리법을 적용하면 에너지 측면에서나 비용 측면에서 매우 유리하다. 그러나 일반적인 고분자 분리막을 이용해서 CO2나 N2보다 CO를 먼저 분리해내는 것은 매우 어렵다. 대부분의 고분자에 대한 CO의 용해도가 낮고 CO2, N2와 기체 분자의 크기도 유사하기 때문이다. Steel by-product gas contains a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen (N 2 ) along with carbon monoxide (CO). Until now, CO separation has been mostly separated by distillation or adsorption methods. However, compared to these processes, the membrane separation method is very advantageous in terms of energy and cost. However, it is very difficult to separate CO before CO 2 or N 2 using a general polymer membrane. This is because the solubility of CO in most polymers is low and the size of the gas molecules is similar to that of CO 2 and N 2 .

CO 분리용 분리막에 관한 종래 기술로는 이온성 액체를 이용한 함침막(supported ionic liquid membranes, SILM)이 있는데, 이는 폴리설폰 등의 기계적 강도가 우수한 지지체 내에 이온성 액체를 함침하여 제조한 액체 분리막(liquid membrane)이다. 이러한 분리막의 형태는 압력이 지속적으로 가해지면 함침된 액체가 누출이 될 수 있다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복할 수 있는 고체 상태의 고분자 분리막으로는 현재까지 개발된 CO 분리용 분리막이 없으며, 이는 일반적인 고분자를 통해서는 CO를 N2나 CO2에 비해 선택적으로 분리하기 매우 어렵기 때문이다. CO2를 CO보다 빠르게 투과시켜 분리하는 기술은 보고된 바 있지만, 이 경우 부생가스에서 순수한 CO를 분리해내기 위해서 다단계의 분리 공정이 필요하게 된다. As a prior art for a separation membrane for CO separation, there are supported ionic liquid membranes (SILM) using an ionic liquid, which is a liquid separation membrane ( liquid membrane). This type of membrane has a disadvantage that the impregnated liquid may leak when pressure is continuously applied. As a solid-state polymer membrane that can overcome these disadvantages, there is no membrane for CO separation developed so far, because it is very difficult to selectively separate CO through a general polymer compared to N 2 or CO 2 . A technique for separating CO 2 by permeating it faster than CO has been reported, but in this case, a multi-step separation process is required to separate pure CO from by-product gas.

따라서, 막분리법을 이용해 CO만을 선택적으로 분리해내기 위해서는 다른 기체의 투과는 억제하면서 CO의 투과만 촉진하는 분리막의 개발이 필요하다. Therefore, in order to selectively separate only CO using a membrane separation method, it is necessary to develop a separation membrane that promotes only CO permeation while suppressing permeation of other gases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명자들은 일산화탄소가 혼합된 기체에서 일산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 고분자 분리막을 합성하고자 예의 연구한 결과, 이산화탄소 투과도가 낮은 공중합체를 합성하고, 이 고분자 공중합체를 이용하여 일산화탄소를 선택적으로 투과시키는 고분자 분리막을 제조하였다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present inventors have studied diligently to synthesize a polymer separation membrane capable of selectively separating carbon monoxide from a gas mixed with carbon monoxide. As a result, a copolymer with low carbon dioxide permeability was synthesized and a polymer membrane that selectively permeates carbon monoxide was prepared using this polymer copolymer.

이에, 본 발명의 목적은, 하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체:Accordingly, an object of the present invention is a branched copolymer of the following [Formula 1]:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112021070776554-pat00015
Figure 112021070776554-pat00015

를 제공하는 것이다.is to provide

본 발명의 다른 목적은, [화학식 1]의 가지형 공중합체와 은염 및 금속산화물을 포함하는 분리막 제조용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for preparing a separator comprising the branched copolymer of [Formula 1], a silver salt and a metal oxide.

본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 다공성 지지체; 및Another object of the present invention, a polymeric porous support; and

상기 지지체 상에 형성된 [화학식 1]의 가지형 공중합체, 은염 및 금속산화물을 포함하는 코팅층;a coating layer comprising a branched copolymer of [Formula 1], a silver salt and a metal oxide formed on the support;

을 포함하는 고분자 분리막을 제공하는 것이다. It is to provide a polymer membrane comprising a.

본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 분리막을 이용하여 일산화탄소 기체가 포함된 혼합기체에서 일산화탄소 기체를 분리하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for separating carbon monoxide gas from a mixed gas containing carbon monoxide gas using a polymer membrane.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체:In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is a branched copolymer of the following [Formula 1]:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112021070776554-pat00016
Figure 112021070776554-pat00016

를 제공한다.provides

상기 화학식 1에서, x : y는 1:0.5 내지 1:0.05, n은 24 내지 25이다.In Formula 1, x: y is 1:0.5 to 1:0.05, and n is 24 to 25.

또한, 본 발명은, [화학식 1]의 가지형 공중합체와 은염 및 금속산화물을 포함하는 분리막 제조용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for preparing a separation membrane comprising the branched copolymer of [Formula 1], a silver salt, and a metal oxide.

또한, 본 발명은 고분자 다공성 지지체; 및In addition, the present invention is a polymeric porous support; and

상기 지지체 상에 형성된 [화학식 1]의 가지형 공중합체, 은염 및 금속산화물을 포함하는 코팅층;a coating layer comprising a branched copolymer of [Formula 1], a silver salt and a metal oxide formed on the support;

을 포함하는 고분자 분리막을 제공한다. It provides a polymer membrane comprising a.

또한, 본 발명은, 고분자 분리막을 이용하여 일산화탄소 기체가 포함된 혼합기체에서 일산화탄소 기체를 분리하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for separating carbon monoxide gas from a mixed gas containing carbon monoxide gas using a polymer separation membrane.

본 발명에 따른 일산화탄소 분리용 촉진 수송 분리막 및 이의 제조 방법은 CO 투과도가 높은 고분자 분리막을 제공하며, 상기 분리막은 기존의 액체막에 비해서도 월등히 높은 CO 분리 성능을 보이며, 제조가 간단하고 스케일업이 용이하여 혼합가스에서 고순도의 CO 기체를 분리하는데 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다. The accelerated transport separation membrane for carbon monoxide separation and a manufacturing method thereof according to the present invention provide a polymer separation membrane with high CO permeability, and the separation membrane shows significantly higher CO separation performance compared to conventional liquid membranes, and is simple to manufacture and easy to scale up. It is expected that it can be usefully used to separate high-purity CO gas from the mixed gas.

도 1은, (a) PEGBEM-PMA 및 (b) PEGBEM-POEM 공중합체 (대조군)의 합성 매커니즘을 나타낸 그림이다.
도 2는, MgO-NS의 SEM 및 TEM 사진이다((a) 저 배율의 SEM 사진, (b) 고 배율의 SEM 사진, (c) TEM 사진).
도 3은, PEGBEM-PMA 가지형 공중합체를 분석한 그래프이다((a) FT-IR 스펙트럼, (b) XRD 패턴 그래프).
도 4는, PEGBEM-PMA 가지형 공중합체와 은염의 상호작용을 SAXS을 통해 분석한 그래프이다((a) PEGBEM-PMA, (b) 다양한 비율의 PEGBEM-PMA/AgBF4/MgO-NS 복합막).
도 5는, PEGBEM-PMA 공중합체와 복합체 사이의 상호작용 및 MgO-NS의 역할을 확인한 XPS 결과이다((a) (i) PEGBEM-PMA (5:5)/AgBF4/MgO-NS, (ii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 및 (iii) PEGBEM-PMA (9:1)/AgBF4/MgO-NS. (b) (i) PEGBEM-PMA (7:3), (ii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4 및 (iii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS).
도 6은, CO 퍼지 후 PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS의 시간에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다.
도 7은, 고분자막의 압력에 따른 CO2 흡수량을 측정한 그래프이다((a) 고분자 매트릭스, (b) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 복합막).
도 8은, TEM을 통해 관찰한 고분자 매트릭스 및 복합막의 미세구조 사진이다((a) PEGBEM-PMA(7:3), (b) MgO-NS, (c) PEGBEM-PMA(7:3)/AgBF4/MgO-NS).
도 9는, CO 투과도 대 선택도를 나타낸 그래프이다((a) CO 투과도 vs. CO/CO2 선택도, (b) CO 투과도 vs. CO/N2 선택도).
도 10은, PEGBEM-PMA/AgBF4/MgO-NS 복합막의 단면 SEM 이미지이다((a) PEGBEM-POEM (5:5)/AgBF4/MgO-NS, (b) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS).
1 is a diagram showing the synthesis mechanism of (a) PEGBEM-PMA and (b) PEGBEM-POEM copolymer (control).
2 is an SEM and TEM photograph of MgO-NS ((a) a low magnification SEM photograph, (b) a high magnification SEM photograph, (c) a TEM photograph).
3 is a graph analyzing the PEGBEM-PMA branched copolymer ((a) FT-IR spectrum, (b) XRD pattern graph).
4 is a graph analyzing the interaction between the PEGBEM-PMA branched copolymer and the silver salt through SAXS ((a) PEGBEM-PMA, (b) PEGBEM-PMA/AgBF 4 /MgO-NS composite membrane of various ratios ).
5 is an XPS result confirming the interaction between the PEGBEM-PMA copolymer and the complex and the role of MgO-NS ((a) (i) PEGBEM-PMA (5:5)/AgBF 4 /MgO-NS, ( ii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS and (iii) PEGBEM-PMA (9:1)/AgBF 4 /MgO-NS.(b) (i) PEGBEM-PMA (7:3) ), (ii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 and (iii) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS).
6 is a Raman spectrum graph with time of PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS after CO purge.
7 is a graph measuring the amount of CO 2 absorbed according to the pressure of the polymer membrane ((a) polymer matrix, (b) PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS composite membrane).
8 is a microstructure photograph of a polymer matrix and a composite film observed through TEM ((a) PEGBEM-PMA (7:3), (b) MgO-NS, (c) PEGBEM-PMA (7:3)/ AgBF 4 /MgO-NS).
9 is a graph showing CO permeability vs. selectivity ((a) CO permeability vs. CO/CO 2 selectivity, (b) CO permeability vs. CO/N 2 selectivity).
10 is a cross-sectional SEM image of a PEGBEM-PMA/AgBF 4 /MgO-NS composite film ((a) PEGBEM-POEM (5:5)/AgBF 4 /MgO-NS, (b) PEGBEM-PMA (7:3). )/AgBF 4 /MgO-NS).

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체:In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is a branched copolymer of the following [Formula 1]:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112021070776554-pat00017
Figure 112021070776554-pat00017

를 제공한다.provides

상기 화학식 1에서, x : y는 1:0.5 내지 1:0.05, n은 24 내지 25이다.In Formula 1, x: y is 1:0.5 to 1:0.05, and n is 24 to 25.

여기에서, "공중합체"는 하나 이상의 종의 단량체로부터 유도된 중합체를 말한다. 단량체를 공중합체로 중합시키는 것을 공중합 이라고 한다. 고분자 내에서 각 단량체의 배열 형태에 따라 교호형, 블록형, 랜덤형, 가지형, 가교형 등으로 분류된다.As used herein, "copolymer" refers to a polymer derived from one or more species of monomers. Polymerization of monomers into copolymers is called copolymerization. According to the arrangement of each monomer in the polymer, it is classified into alternating type, block type, random type, branch type, crosslinking type, and the like.

본 발명은, 상기 [화학식 1]의 가지형 공중합체와 은염 및 금속산화물을 포함하는 분리막 제조용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for preparing a separation membrane comprising the branched copolymer of [Formula 1] and a silver salt and a metal oxide.

여기에서, "염"은 금속염을 말하며, 금속을 포함하고 있는 산이 중화 반응을 하여 물과 함께 생기는 금속 화합물을 말한다. Here, "salt" refers to a metal salt, and refers to a metal compound formed with water through a neutralization reaction of an acid containing a metal.

본 발명의 구현 예로서, 상기 은염은 실버 테트라플루오로보레이트(AgBF4) 또는 질산은(AgNO3)일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the silver salt may be silver tetrafluoroborate (AgBF 4 ) or silver nitrate (AgNO 3 ).

본 발명의 또 다른 구현 예로서, 상기 금속 산화물은 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철(FeO), 산화타이타늄(TiO2) 또는 산화지르코늄(ZrO2)일 수 있다.As another embodiment of the present invention, the metal oxide is magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), iron oxide (FeO), titanium oxide (TiO 2 ) ) or zirconium oxide (ZrO 2 ).

본 발명의 구현 예로서, 상기 가지형 공중합체는 폴리(에틸렌 글리콜)비헤닐 에테르 메타크릴레이트:메타크릴산(PEGBEM:MA)의 비율이 9:1 내지 5:5, 바람직 하게는 8:2 내지 6:4, 예컨대, 7:3의 중량비일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, the branched copolymer has a poly(ethylene glycol)bihenyl ether methacrylate:methacrylic acid (PEGBEM:MA) ratio of 9:1 to 5:5, preferably 8:2. to 6:4, for example, a weight ratio of 7:3, but is not limited thereto.

본 발명은, 고분자 다공성 지지체; 및The present invention, a polymeric porous support; and

상기 지지체 상에 형성된 [화학식 1]의 가지형 공중합체, 은염 및 금속산화물을 포함하는 코팅층;a coating layer comprising a branched copolymer of [Formula 1], a silver salt and a metal oxide formed on the support;

을 포함하는 고분자 분리막을 제공한다.It provides a polymer membrane comprising a.

본 발명의 구현 예로서, 상기 다공성 지지체는 폴리설폰(poly sulfone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 폴리에테르설폰(polyether sulfone) 소재일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the porous support is polysulfone (poly sulfone), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), polyethylene (polyethylene), polypropylene (polypropylene), cellulose acetate ( cellulose acetate) or polyether sulfone.

본 발명의 구현 예로서, 고분자 다공성 지지체는 시트형 또는 중공사형태일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous polymer support may be in the form of a sheet or a hollow fiber.

여기에서, "중공사형"은 분리막의 형태 중 하나로, 중공의 사상 또는 가는 원통상으로 성형한 막을 말한다. 보통 다수의 중공사 막을 묶어서, 한쪽 혹은 양단을 수지 등으로 고정하여 사용한다.Here, "hollow fiber type" refers to a membrane molded into a hollow filament or thin cylindrical shape as one of the types of separation membranes. Usually, a plurality of hollow fiber membranes are bundled and one or both ends are fixed with resin or the like.

본 발명은, 상기의 방법으로 제조된 고분자 분리막을 이용하여 일산화탄소 기체가 포함된 혼합 기체에서 일산화탄소 기체를 분리할 수 있으며, 바람직하게는, CO/CO2, CO/N2 혼합 기체일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, carbon monoxide gas can be separated from a mixed gas containing carbon monoxide gas by using the polymer separation membrane prepared by the above method, and preferably, CO/CO 2 , CO/N 2 Mixed gas may be used, but this It is not limited.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<실시예 1> PEGBEM-PMA 가지형 공중합체 합성<Example 1> PEGBEM-PMA branched copolymer synthesis

PEGBEM-PMA 가지형 공중합체는 메타크릴산(MA) 및 폴리(에틸렌 글리콜)비헤닐 에테르 메타크릴레이트 (PEGBEM)의 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다 (도 1). 단량체의 비율(PEGBEM:MA)을 각각 9:1, 7:3 및 5:5로 한 세 가지 공중합체를 합성하였으며, 단량체의 중량 총합을 10g으로 하여 반응을 진행하였다. MA 단량체가 전체의 50 중량 %를 초과하면 합성된 고분자의 낮은 용해도로 인해 반응을 균일하게 진행할 수 없었다. 50 mL의 에틸 아세테이트에 두 단량체를 용해한 후, 개시제인 아조비시소부티로니트릴 (Axobisisobutyronitrile, AIBN) 0.01 g을 첨가하고 교반하였다. 1시간 동안 N2 퍼징 한 후, 용액을 교반하면서 70 ℃의 오일 배스에서 24시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 후, 미반응된 물질을 제거하기 위해 반응이 종료된 용액을 과량의 노말-헥세인(n-hexane)에 강한 교반과 함께 흘려주어 중합된 고분자가 침전되도록 하였다. 이 과정을 반복하여 잔류된 미반응 물질이 완전히 제거되도록 하였다. 합성된 가지형 공중합체를 진공 오븐에서 건조시켜 잔류 용매를 제거하였다.The PEGBEM-PMA branched copolymer was synthesized via free radical polymerization of methacrylic acid (MA) and poly(ethylene glycol)bihenyl ether methacrylate (PEGBEM) ( FIG. 1 ). Three copolymers were synthesized with monomer ratios (PEGBEM:MA) of 9:1, 7:3, and 5:5, respectively, and the reaction was carried out with the total weight of the monomers being 10 g. When the MA monomer exceeds 50% by weight of the total, the reaction could not proceed uniformly due to the low solubility of the synthesized polymer. After dissolving the two monomers in 50 mL of ethyl acetate, 0.01 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) as an initiator was added and stirred. After purging with N 2 for 1 hour, the reaction was carried out for 24 hours in an oil bath at 70° C. while stirring the solution. After the reaction, in order to remove the unreacted material, the reaction solution was poured into excess n-hexane with strong stirring so that the polymerized polymer was precipitated. This process was repeated so that the remaining unreacted material was completely removed. The synthesized branched copolymer was dried in a vacuum oven to remove residual solvent.

대조군으로서 MA 대신 CO2 친화도가 높은 단량체인 POEM (poly(oxyethylene methacrylate)을 포함한 고분자인 PEGBEM-POEM을 합성하였다 (도 1). 두 단량체의 비율을 5:5로 하여 PEGBEM-PMA와 동일한 방법으로 반응시켜 공중합체를 얻었다. 이 고분자는 CO2/N2 선택도가 84.7로 높은 CO2 선택 분리 성능을 나타냈다. As a control, PEGBEM-POEM, a polymer containing POEM (poly(oxyethylene methacrylate)), a monomer with high CO 2 affinity, was synthesized as a control instead of MA (Fig. 1). The same method as PEGBEM-PMA with the ratio of the two monomers being 5:5. To obtain a copolymer, this polymer exhibited high CO 2 selective separation performance with a CO 2 /N 2 selectivity of 84.7.

<실시예 2> 일산화탄소 분리용 촉진 수송 분리막 제조<Example 2> Preparation of accelerated transport membrane for carbon monoxide separation

PEGBEM-PMA고분자 매트릭스 내에 MgO-NS 및 AgBF4를 포함하는 분리막이 복합막 (composite membrane) 형태로 제조되었다. MgO-NS의 SEM 및 TEM 사진을 촬영하였다(도 2). PEGBEM-PMA고분자를 에탄올에 10 중량%로 용해하였다. 이 용액에 AgBF4와 MgO-NS를 첨가하여 교반을 통해 코팅 용액을 제조하였다. 모든 샘플의 고분자:AgBF4:MgO-NS의 중량비는 1:3:0.05로 고정하였다. 제조된 용액을 RK 코터를 사용하여 폴리 설폰 지지체막 상에 코팅하였다. 분리막을 완전히 건조시키기 위해 진공 오븐에서 1일 동안 보관하였다.A separation membrane containing MgO-NS and AgBF 4 in a PEGBEM-PMA polymer matrix was prepared in the form of a composite membrane. SEM and TEM pictures of MgO-NS were taken ( FIG. 2 ). PEGBEM-PMA polymer was dissolved in ethanol at 10 wt%. AgBF 4 and MgO-NS were added to this solution, and a coating solution was prepared by stirring. Polymer in all samples: AgBF 4: the weight ratio of MgO-NS is from 1: 3: was set to 0.05. The prepared solution was coated on a polysulfone support membrane using an RK coater. The separator was stored in a vacuum oven for 1 day to completely dry.

<실험예 1> PEGBEM-PMA가지형 공중합체 분석<Experimental Example 1> PEGBEM-PMA branched copolymer analysis

PEGBEM-PMA 공중합체는 단량체 비율 9:1, 7:3 및 5:5로 각각 합성하였다. MA 단량체가 전체의 50 중량%를 초과하면 낮은 용해도로 인해 자유 라디칼 중합을 수행할 수 없었다. PEGBEM은 20개의 연속적인 메틸렌기와 24개의 에틸렌 옥사이드 그룹에 의한 결정상의 형성으로 인해 중합 시 높은 기계적 강도를 가진다. 대조군으로 PEGBGEM-POEM 가지형 공중합체를 합성하여 기체 분리 성능 비교에 활용하였다. 이전 연구에서 5:5의 중량 비율을 갖는 PEGBEM-POEM 막은 높은 CO2/N2 선택성을 보여주었다. PEGBEM-PMA 가지형 공중합체의 성공적인 중합은 FT-IR 측정에 의해 확인되었다 (도 3). PEGBEM-PMA copolymers were synthesized in monomer ratios of 9:1, 7:3 and 5:5, respectively. When the MA monomer exceeds 50% by weight of the total, free radical polymerization could not be carried out due to low solubility. PEGBEM has high mechanical strength during polymerization due to the formation of a crystalline phase by 20 consecutive methylene groups and 24 ethylene oxide groups. As a control, a branched copolymer of PEGBGEM-POEM was synthesized and used for gas separation performance comparison. In a previous study, PEGBEM-POEM membranes with a weight ratio of 5:5 showed high CO 2 /N 2 selectivity. Successful polymerization of the PEGBEM-PMA branched copolymer was confirmed by FT-IR measurement (Fig. 3).

도 3b의 WAXS 패턴을 통해 PEGBEM-PMA 공중합체의 미세 구조 및 분리막 복합체의 결정성을 확인할 수 있다. PEGBEM-PMA 고분자의 MA 함량이 증가함에 따라 더 피크의 중심이 더 낮은 각도로 이동하며, 이로부터 고분자 사슬 내의 면간거리(d-spacing)이 점차 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 사슬 사이 거리의 증가는 MA가 적층된 PEGBEM 영역에 도입됨으로써 발생한다. PEGBEM은 연속적인 메틸렌과 에틸렌 옥사이드 사슬에 의해 나노 구조를 형성하는 데 핵심적인 역할을 한다. AgBF4 및 MgO-NS가 도입되면 피크의 세기가 급격히 감소하는데 이는 Ag 이온과 PEGBEM-PMA의 에테르 또는 에스테르 작용기 사이의 배위결합에 의한 일시적인 가교에 의한 것이다.The microstructure of the PEGBEM-PMA copolymer and the crystallinity of the separator composite can be confirmed through the WAXS pattern of FIG. 3b. As the MA content of the PEGBEM-PMA polymer increases, the center of the peak moves to a lower angle, and it can be seen that the d-spacing in the polymer chain gradually increases. This increase in the interchain distance is caused by the introduction of MA into the stacked PEGBEM region. PEGBEM plays a key role in forming nanostructures by continuous methylene and ethylene oxide chains. When AgBF 4 and MgO-NS are introduced, the intensity of the peak decreases sharply, which is due to the temporary cross-linking caused by coordination between Ag ions and the ether or ester functional groups of PEGBEM-PMA.

PEGBEM-PMA가지형 공중합체와 은 염의 상호작용을 SAXS 분석을 통해 확인하였다 (도 4). 도 4a에서, PEGBEM-PMA 가지형 공중합체는 눈에 띄는 피크를 나타내지 않았으나 은 염이 포함된 경우 (도 4b) PEGBEM-PMA (9:1) 및 PEGBEM-PMA (7:3) 샘플에서 단일 피크가 분명하게 관찰되었으며, Bragg 공식으로부터 계산한 d-spacing은 7.5 nm였다. 이로부터 AgBF4와 MgO-NS의 도입이 상호작용을 통해 PEGBEM-PMA중합체 나노 구조의 규칙성을 향상시키는 것을 알 수 있다. 반면 PEGBEM에 포함 된 작용기의 양이 상대적으로 적은 PEGBEM-PMA (5:5)에서는 이러한 밴드가 나타나지 않았으며, 이로부터 PEGBEM의 비율이 낮은 고분자 매트릭스는 매트릭스와 첨가제 사이의 상호작용이 약해 효과적이지 않음을 예상할 수 있다.The interaction between the PEGBEM-PMA branched copolymer and the silver salt was confirmed through SAXS analysis (FIG. 4). In Fig. 4a, the PEGBEM-PMA branched copolymer did not show a conspicuous peak but a single peak in the PEGBEM-PMA (9:1) and PEGBEM-PMA (7:3) samples when silver salt was included (Fig. 4b). was clearly observed, and the d-spacing calculated from the Bragg formula was 7.5 nm. From this, it can be seen that the introduction of AgBF 4 and MgO-NS improves the regularity of the PEGBEM-PMA polymer nanostructure through interaction. On the other hand, such a band did not appear in PEGBEM-PMA (5:5), where the amount of functional groups contained in PEGBEM was relatively small. can be expected

<실험예 2> 고분자 매질의 영향<Experimental Example 2> Effect of polymer medium

XPS 분석을 통해 PEGBEM-PMA 공중합체와 복합체 사이의 상호작용 및 MgO-NS의 역할을 확인했다. CO2 및 N2에 비해 높은 CO 분리 성능을 얻기 위해서는 CO2 투과는 억제하고 CO 투과 만을 선택적으로 향상시켜야 한다. 도 5a에서 MgO-NS 및 AgBF4가 PEGBEM-PMA (7:3) 매트릭스에 도입되었을 때 가장 낮은 결합 에너지 (367.78eV)를 보인다. 이는 PEGBEM-PMA (7:3) 매트릭스에서 MgO-NS와 은 이온 사이에 정전기적 상호작용이 가장 강하다는 것을 나타낸다. 따라서, PEGBEM-PMA (7:3) 공중합체가 CO/CO2 및 CO/N2 분리막의 매트릭스로서 가장 적합하다고 판단하였다.XPS analysis confirmed the interaction between the PEGBEM-PMA copolymer and the complex and the role of MgO-NS. In order to obtain high CO separation performance compared to CO 2 and N 2 , CO 2 permeation should be suppressed and only CO permeation should be selectively enhanced. 5a, MgO-NS and AgBF 4 show the lowest binding energy (367.78 eV) when introduced into the PEGBEM-PMA (7:3) matrix. This indicates that the electrostatic interaction between MgO-NS and silver ions is strongest in the PEGBEM-PMA (7:3) matrix. Therefore, it was determined that PEGBEM-PMA (7:3) copolymer was most suitable as a matrix for CO/CO 2 and CO/N 2 separation membranes.

또한 MgO-NS의 효과를 조사하기 위해 MgO-NS의 존재 유무에 따라 PEGBEM-PMA (7:3)의 Ag 3d5/2의 피크를 확인하였다 (도 5b). MgO-NS가 도입되었을 때 더 낮은 결합 에너지를 확인하였으며 따라서 고분자 매트릭스의 조성과 MgO-NS의 도입 모두가 은 이온의 활성 및 안정성에 결정적임을 확인하였다.In addition, in order to investigate the effect of MgO-NS, the peak of Ag 3d 5/2 of PEGBEM-PMA (7:3) was confirmed according to the presence or absence of MgO-NS ( FIG. 5b ). When MgO-NS was introduced, lower binding energy was confirmed, and therefore, it was confirmed that both the composition of the polymer matrix and the introduction of MgO-NS are decisive for the activity and stability of silver ions.

PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 분리막과 CO 분자의 직접적인 상호작용을 라만 분석을 통해 확인하였다 (도 6). 측정 전에 PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 샘플을 CO기체에 하루 동안 노출시켰으며, 시간에 따른 라만 스펙트럼의 변화를 확인하였다. CO 환경에서는 1400에서 1600cm-1 사이에 나타나는 라만 밴드가 사라지고, 공기 중에 노출되면 몇 분 후 다시 나타나기 시작한다. 이로부터 PEGBEM-PMA 분리막에 포함된 CO 운반체와 CO 분자 사이의 상호 작용을 통한 일시적인 결합을 확인할 수 있다.The direct interaction between PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS membrane and CO molecules was confirmed by Raman analysis ( FIG. 6 ). Before the measurement, the PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS sample was exposed to CO gas for one day, and the change of the Raman spectrum with time was confirmed. In a CO environment, the Raman band between 1400 and 1600 cm -1 disappears, and when exposed to air, it starts to appear again after a few minutes. From this, it can be confirmed that the temporary binding through the interaction between the CO transporter and the CO molecule contained in the PEGBEM-PMA membrane can be confirmed.

분리막의 CO2 흡수량 측정을 통해 CO2 분자와 공중합체의 상호작용을 확인하였다 (도 7a). CO2 투과도가 가장 낮을 것으로 예상한 PEGBEM-PMA (7:3) 고분자 매트릭스와 비교를 위해 대조군인 PEGBEM-POEM (5:5) 및 PEBAX 1657 (상용 블록 공중합체)의 압력에 따른 CO2 흡수량 변화를 확인하였다. PEGBEM-PMA 공중합체의 CO2 흡수량은 대조군에 비해 0.021mmol/g로 현저히 낮았으며 따라서 효과적으로 CO2 투과를 억제할 수 있다. The interaction between the CO 2 molecule and the copolymer was confirmed by measuring the amount of CO 2 absorbed by the separation membrane (FIG. 7a). Change in CO 2 absorption according to pressure of PEGBEM-POEM (5:5) and PEBAX 1657 (commercial block copolymer) as controls for comparison with PEGBEM-PMA (7:3) polymer matrix, which was expected to have the lowest CO 2 permeability was confirmed. The CO 2 absorption of the PEGBEM-PMA copolymer was 0.021 mmol/g, which was significantly lower than that of the control, and thus CO 2 permeation could be effectively suppressed.

도 7b에서 PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 분리막의 CO2 및 CO 흡수량을 확인하였다. CO의 흡수량이 CO2의 흡수량보다 더 높게 관찰되었으며 이는 은 염의 존재로 인해 CO 분자에 대한 친화성이 증가되었기 때문이다. 따라서 PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NS 분리막에서는 CO의 확산이 은 염을 통해 촉진되어 CO2보다 더 빠르게 투과할 수 있다. In FIG. 7b, the CO 2 and CO absorption amount of the PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS membrane was confirmed. The absorption of CO was observed to be higher than that of CO 2 because the affinity for CO molecules was increased due to the presence of the silver salt. Therefore, in the PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS membrane, the diffusion of CO is promoted through the silver salt, so that it can permeate faster than CO 2 .

도 8은 TEM을 통해 관찰한 고분자 매트릭스 및 복합막의 미세 구조를 나타낸다. PEGBEM-PMA (7:3)는 특별한 구조를 나타내지 않으며 MgO-NS의 경우 다공성 구조가 관찰된다. MgO-NS의 얇은 두께와 다공성 형태는 구조적 결함없이 고분자 매트릭스와 무기 입자 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 도 8c에서 MgO-NS와 PEGBEM-PMA의 우수한 혼화성을 확인할 수 있다.8 shows the microstructure of the polymer matrix and the composite film observed through TEM. PEGBEM-PMA (7:3) does not show a special structure, and in the case of MgO-NS, a porous structure is observed. The thin thickness and porous morphology of MgO-NS improves the interfacial properties between the polymer matrix and the inorganic particles without structural defects. 8c, it can be seen that MgO-NS and PEGBEM-PMA have excellent miscibility.

<실험예 3> 제조한 일산화탄소 분리용 촉진 수송 분리막의 일산화탄소 분리 성능<Experimental Example 3> Carbon monoxide separation performance of the prepared transport separation membrane for carbon monoxide separation

PEGBEM-PMA (5:5)를 매트릭스로 사용한 경우에는 분리막이 심각한 결함을 나타내어 좋지 않은 성능을 보였다. 도 10에서 볼 수 있듯이 복합막의 선택층은 약 2 μm의 두께를 나타내었으며 MgO-NS가 매트릭스 내에 잘 분산되어 있음을 확인했다.When PEGBEM-PMA (5:5) was used as a matrix, the separator showed serious defects and showed poor performance. As can be seen in FIG. 10 , the selective layer of the composite membrane exhibited a thickness of about 2 μm, and it was confirmed that MgO-NS was well dispersed in the matrix.

샘플Sample N2 (GPU)N 2 (GPU) CO2 (GPU)CO 2 (GPU) CO (GPU)CO (GPU) α (CO/N2)α (CO/N 2 ) α (CO/CO2)α (CO/CO 2 ) PEBAX 1657PEBAX 1657 0.70.7 2020 0.40.4 0.570.57 0.020.02 PEGBEM-POEM(5:5)PEGBEM-POEM (5:5) 0.260.26 20.520.5 0.20.2 0.70.7 0.010.01 PEGBEM-PMA(9:1)PEGBEM-PMA (9:1) 3.83.8 13.513.5 2.32.3 0.60.6 0.170.17 PEGBEM-PMA(7:3)PEGBEM-PMA (7:3) 6.26.2 7.57.5 4.74.7 0.70.7 0.60.6 PEGBEM-PMA(5:5)PEGBEM-PMA (5:5) 결함 있음(Defective)Defective PEBAX/AgBF4/MgO-NSPEBAX/AgBF 4 /MgO-NS 88 30.530.5 37.137.1 4.64.6 1.21.2 PEGBEM-POEM (5:5)/AgBF4/MgO-NSPEGBEM-POEM (5:5)/AgBF 4 /MgO-NS 2.52.5 21.821.8 4.94.9 22 0.20.2 PEGBEM-PMA (9:1)/AgBF4/MgO-NSPEGBEM-PMA (9:1)/AgBF 4 /MgO-NS 20.620.6 20.820.8 48.548.5 2.32.3 2.32.3 PEGBEM-PMA (7:3)/AgBF4/MgO-NSPEGBEM-PMA (7:3)/AgBF 4 /MgO-NS 5.35.3 6.56.5 7979 14.714.7 1212 PEGBEM-PMA (5:5)/AgBF4/MgO-NSPEGBEM-PMA (5:5)/AgBF 4 /MgO-NS 결함 있음(Defective)Defective

표 1에 여러 분리막 및 고분자/AgBF4/MgO-NS 복합막의 CO 분리 성능이 요약되어 있다. 기체 흡수량 결과에서 확인 된 바와 같이, PEGBEM-POEM (5:5) 복합체는 21.8 GPU의 매우 높은 CO2 투과성을 보였다. 다공성 MgO-NS의 첨가로 확산도가 증가하여 순수한 PEGBEM-POEM (5:5) 분리막에 비해 N2 투과도가 약간 더 높아졌다. 은 이온의 촉진 수송으로 인해 CO 투과도가 N2 투과도에 비해 약간 더 높았으나 높은 CO2 친화도로 인해 CO/CO2 선택성은 1보다 작았다. 고분자 매트릭스가 PEGBEM-PMA일 때는, CO2 분자에 대해 반발력이 있는 MA에 의해 낮은 CO2를 보였다. 동시에, 은 염 및 MgO-NS와의 우수한 혼화성으로 인해 CO 투과도가 극대화되어 CO/N2 선택도 14.7, CO/CO2 선택도 12, CO 투과도 79 GPU의 높은 성능을 확인하였다. 도 9에서 CO 투과율 vs. CO/CO2 및 CO/N2 선택도를 그래프로 나타내었으며 본 발명에서 제시하는 분리막의 성능이 이전에 개발된 CO 분리막에 비해 매우 우수한 CO 분리 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Table 1 summarizes the CO separation performance of several membranes and polymer/AgBF 4 /MgO-NS composite membranes. As confirmed from the gas uptake results, the PEGBEM-POEM (5:5) composite showed a very high CO 2 permeability of 21.8 GPU. The diffusivity increased with the addition of porous MgO-NS, resulting in slightly higher N 2 permeability compared to the pure PEGBEM-POEM (5:5) membrane. The CO permeability was slightly higher than the N 2 permeability due to the facilitated transport of silver ions, but the CO/CO 2 selectivity was less than 1 due to the high CO 2 affinity. When the polymer matrix was PEGBEM-PMA, low CO 2 was exhibited by MA with repulsive force against CO 2 molecules. At the same time, the CO permeability was maximized due to the excellent miscibility with the silver salt and MgO-NS , confirming the high performance of the GPU with CO/N 2 selectivity of 14.7, CO/CO 2 selectivity of 12, and CO permeability of 79. In Figure 9, CO permeability vs. The selectivity of CO/CO 2 and CO/N 2 is shown as a graph, and it can be seen that the performance of the separation membrane presented in the present invention exhibits very superior CO separation performance compared to the previously developed CO separation membrane.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

Claims (10)

하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체:
[화학식 1]
Figure 112021070776554-pat00018

상기 화학식 1에서, x : y는 1:0.5 내지 1:0.05, n은 24 내지 25이다.
Branched copolymer of the following [Formula 1]:
[Formula 1]
Figure 112021070776554-pat00018

In Formula 1, x: y is 1:0.5 to 1:0.05, and n is 24 to 25.
하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체와 은염 및 금속산화물을 포함하는 분리막 제조용 조성물:
[화학식 1]
Figure 112021070776554-pat00019

상기 화학식 1에서, x : y는 1:0.5 내지 1:0.05, n은 24 내지 25이다.
A composition for preparing a separator comprising a branched copolymer of the following [Formula 1] and a silver salt and a metal oxide:
[Formula 1]
Figure 112021070776554-pat00019

In Formula 1, x: y is 1:0.5 to 1:0.05, and n is 24 to 25.
제 2항에 있어서,
은염은 실버 테트라플루오로보레이트(AgBF4) 또는 질산은(AgNO3)인, 분리막 제조용 조성물.
3. The method of claim 2,
The silver salt is silver tetrafluoroborate (AgBF 4 ) or silver nitrate (AgNO 3 ), a composition for manufacturing a separator.
제 2항에 있어서,
금속 산화물은 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO), 산화철(FeO), 산화타이타늄(TiO2) 또는 산화지르코늄(ZrO2)인, 분리막 제조용 조성물.
3. The method of claim 2,
The metal oxide is magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), iron oxide (FeO), titanium oxide (TiO 2 ) or zirconium oxide (ZrO 2 ), A composition for manufacturing a separator.
제 2항에 있어서,
상기 가지형 공중합체는 단량체로서 폴리(에틸렌 글리콜)비헤닐 에테르 메타크릴레이트:메타크릴산(PEGBEM:MA)의 비율이 9:1 내지 5:5의 중량비인, 분리막 제조용 조성물.
3. The method of claim 2,
The branched copolymer is poly (ethylene glycol) bihenyl ether methacrylate as a monomer: methacrylic acid (PEGBEM: MA) in a weight ratio of 9: 1 to 5: 5, a composition for preparing a separator.
고분자 다공성 지지체; 및
상기 지지체 상에 형성된 하기 [화학식 1]의 가지형 공중합체, 은염 및 금속산화물을 포함하는 코팅층;
을 포함하는 고분자 분리막:
[화학식 1]
Figure 112021070776554-pat00020

상기 화학식 1에서, x : y는 1:0.5 내지 1:0.05, n은 24 내지 25이다.
Polymeric porous support; and
A coating layer comprising a branched copolymer of the following [Formula 1], a silver salt and a metal oxide formed on the support;
A polymer membrane comprising:
[Formula 1]
Figure 112021070776554-pat00020

In Formula 1, x: y is 1:0.5 to 1:0.05, and n is 24 to 25.
제 6항에 있어서,
상기 고분자 다공성 지지체는 폴리설폰(poly sulfone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 폴리에테르설폰(polyether sulfone) 소재인, 고분자 분리막.
7. The method of claim 6,
The polymer porous support is polysulfone (poly sulfone), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), polyethylene (polyethylene), polypropylene (polypropylene), cellulose acetate (cellulose acetate) or polyether Polyether sulfone material, polymer membrane.
제 6항에 있어서,
고분자 다공성 지지체는 시트형 또는 중공사형 지지체막인, 고분자 분리막.
7. The method of claim 6,
The porous polymer support is a sheet-type or hollow fiber support membrane, a polymer separation membrane.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 고분자 분리막을 이용하여 일산화탄소 기체가 포함된 혼합기체에서 일산화탄소 기체를 분리하는 방법.
A method for separating carbon monoxide gas from a mixed gas containing carbon monoxide gas using the polymer membrane according to any one of claims 6 to 8.
제 9항에 있어서
상기 혼합기체는 일산화탄소기체와 이산화탄소기체의 혼합기체 또는 일산화탄소와 질소 기체의 혼합기체인, 일산화탄소 기체를 분리하는 방법.
10. The method of claim 9
The gas mixture is a mixture gas of carbon monoxide gas and carbon dioxide gas or a mixture gas of carbon monoxide and nitrogen gas, a method for separating carbon monoxide gas.
KR1020200007186A 2020-01-20 2020-01-20 the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide KR102319470B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007186A KR102319470B1 (en) 2020-01-20 2020-01-20 the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007186A KR102319470B1 (en) 2020-01-20 2020-01-20 the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210093525A KR20210093525A (en) 2021-07-28
KR102319470B1 true KR102319470B1 (en) 2021-10-29

Family

ID=77126365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200007186A KR102319470B1 (en) 2020-01-20 2020-01-20 the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102319470B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101837703B1 (en) * 2017-03-03 2018-03-12 연세대학교 산학협력단 Gas separation membrane and preparation method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101837703B1 (en) * 2017-03-03 2018-03-12 연세대학교 산학협력단 Gas separation membrane and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210093525A (en) 2021-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6878409B2 (en) Method for producing silver salt-containing facilitated transport membrane for olefin separation having improved stability
Cui et al. Recent progress in fluoropolymers for membranes
US4657564A (en) Fluorinated polymeric membranes for gas separation processes
JP2017197745A (en) Method for producing porous film
US20200222860A1 (en) Method for preparing membrane selective layers by interfacial free radical polymerization
Park et al. Mixed matrix membranes based on dual-functional MgO nanosheets for olefin/paraffin separation
US4759776A (en) Polytrialkylgermylpropyne polymers and membranes
US20150265964A1 (en) Gas separation composite membrane, gas separation module, gas separation apparatus, gas separation method, and method of producing gas separation composite membrane
KR101837703B1 (en) Gas separation membrane and preparation method thereof
Fang et al. Poly (N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) grafted poly (vinyl chloride) s synthesized via ATRP process and their membranes for dye separation
KR102319470B1 (en) the manufacturing method of accelerated transport membrane for separating carbon monoxide
Oor et al. Fabrication of organic solvent nanofiltration membranes with graphene oxide-enhanced covalent organic framework via interfacial polymerization
KR102056872B1 (en) Positive charged poly(vinylidene fluoride) porous membranes and manufacturing method thereof
KR101680077B1 (en) Gas separation membrane containing amphiphilic copolymer and method for preparing the same
Zhang et al. Fabrication and characterization of chitosan/alginate multilayer composite membrane supported by a porous poly (acrylonitrile) substrate for pervaporation dehydration of alcohol
Koh et al. Nanofiltration membranes based on poly (vinylidene fluoride‐co‐chlorotrifluoroethylene)‐graft‐poly (styrene sulfonic acid)
US20220226783A1 (en) Additive manufacturing of self-assembled polymer films
Kim et al. Olefin Separation Membranes Based on PEO/PDMS-g-POEM Blends Containing AgBF 4/Al (NO 3) 3 Mixed Salts
KR102477822B1 (en) Carbon monoxide facilitated transport gas separation membrane and its manufacturing method
KR102671624B1 (en) An amphiphilic branched copolymer, polymer membrane comprising the same, gas separation membrane comprising the polymer membrane, manufacturing method of the amphiphilic branched copolymer, and manufacturing method of the gas separation membrane
KR102233189B1 (en) Gas Separation Membrane and Method for Perparation theref
Kim et al. Novel composite membranes comprising silver salts physically dispersed in poly (ethylene-co-propylene) for the separation of propylene/propane
KR101986119B1 (en) Gas separation membrane using self-crosslinking copolymer and method for manufacturing thereof
KR102233697B1 (en) Gas Separation Membrane and Method for Perparation thereof
KR102164259B1 (en) Copolymer, a process for producing the same, a gas separation membrane comprising the copolymer, and a composite membrane comprising the gas separation membrane

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant