본 기술은 폴리이미드(PI)와 폴리디메틸실록세인(PDMS)으로 이루어진 주쇄 공중합체를 이온성 액체계 염인 피페라지늄으로 가교한 고분자와 이를 이용한 기체분리막입니다. 6FDA-듀렌 기반 PI에 소량의 PDMS를 도입하고 브로민화된 벤질 자리에 피페라지늄을 결합시켜 곁사슬 가교 구조를 형성합니다.
폴리이미드 막은 CO2/CH4 분리 성능과 내열성이 좋지만 고압이나 고농도 CO2 환경에서 가소화와 에이징이 일어나 선택도와 투과도가 떨어지는 문제가 있었습니다. PDMS를 블록으로 도입하면 투과도는 크게 오르지만 자유 부피 증가로 선택도가 급격히 낮아지고 막의 기계적 강도도 약해지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 PI:PDMS 비율을 350:1~150:1의 낮은 PDMS 조성으로 맞추고 CO2 친화성이 높은 피페라지늄을 가교기로 활용해 투과도와 선택도를 함께 끌어올립니다. 폴리이미드 골격을 변형하지 않은 채 가교가 이루어져 가소화가 억제되고, x:y 243:1 조성에서는 상분리가 최소화되어 CO2 투과도 799.5 barrer, CO2/CH4 선택도 36.03 수준을 나타냅니다. 천연가스·바이오가스 정제와 배가스 CO2 포집 공정에 적용될 수 있어 분리막 교체 주기를 늘리고 분리 효율을 안정적으로 유지할 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 블루카본 바이오매스 기반 원천소재 개발 및 해양자원 재활용 플랫폼 구축 지원을 통해 개발되었습니다.
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