플라즈마 처리된 폴리이미드 막에 의한 CO2/N2 분리특성에 관한 연구

Abstract

Ar과 NH3 플라즈마 처리된 우수한 열적, 화학적, 기계적 성질을 가진polyimide(BPDA-ODA)막을 통한 혼합가스의 성분 조성 비율의 변화(CO2/N2=20/80 vol%, CO2/N2=30/70 vol%)에 따른 투과도 (PCO2, PN2)와 선택도의 변화를 관찰하고, 혼합기체에 수분을 함유시켰을 경우의 변화 및 유량과 반응기내의 압력, 반응온도 등 여러 조건의 변화에 따른 polyimide막의 CO2/N2 분리 특성을 관찰하였다. 투과실험은 30℃, 5atm에서 variable volume method에 의해 행하여졌다. 선택도는 플라즈마 처리에 의해 향상되었음을 확인 할 수 있었다. 표면 개질된 멤브레인의 투과거동에 대해 처리시간, 출력세기, 가스주입 유량 및 반응기 내의 압력과 같은 플라즈마 조건의 영향을 조사하였다. Ar 플라즈마와 NH3 플라즈마 처리에 따른 dry와 wet 상태에서의 γ와 PCO2를조사한 결과, 두 경우 모두 wet 상태일 때 높은 선택도와 투과도를 나타내었다. 또한, 플라즈마 반응기 내의 압력을 0.075torr와 7.5torr로 달리하여 실험하고, 플라즈마 반응기 내의 유량을 30ml/min과 60ml/min으로 달리하여 실험한 결과, 반응기 내의 압력 변화와 유량변화가 CO2의 투과도와 선택도에는 별다른 영향을 주지 못했음을 알 수 있었다. 주입 기체의 유량변화와 플라즈마 반응기 내의 압력은 플라즈마 처리에서 큰 변수가 되지 않음을확인 할 수 있었다. Ar 플라즈마와 NH3 플라즈마로 처리된 polyimide막에 대한 투과 선택도 실험시 반응 온도에 따른 PCO2와 γ의 변화를 보았을 때, 플라즈마 처리된 막에 대한투과 선택도 실험시 반응온도를 증가시킬수록 투과도와 선택도가 모두 증가하는 경향을 보인다. 결과적으로 반응온도의 변화가 CO2와 N2의 투과율은 처리시간이 경과함에 따라 감소하였지만 이 감소는 플라즈마 중합에 의해 효과적으로 억제 될 것으로 기대된다. 결과적으로 반응온도의 변화가 플라즈마 처리시간과 출력세기에 따라 나타난"Trade-Off"의 경향을 해결 할 수 있는 변수로 생각되어진다.