새로운 자기 다리미

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13675(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구는 저가형 일반 PES 폴리머와 저가형 철-니켈 자성 합금의 장점을 결합한 새로운 자성 혼합 매트릭스 폴리(에테르설폰)(PES) 멤브레인을 제시합니다. 또한, 제시된 자성 혼합 매트릭스 PES 멤브레인은 멤브레인 주조 또는 분리 공정 중에 외부 자기장을 적용하지 않고 제작 및 사용되었습니다. 제작된 자성막은 상역전법을 이용하여 N-메틸피롤리돈과 N,N-디메틸포름아미드 용매 혼합물을 부피비 1:9로 혼합하고 염화리튬을 첨가제로 사용하여 제조하였다. 사용된 철-니켈 자성 합금은 독특한 형태(Fe10Ni90; 불가사리 모양 및 Fe20Ni80; 목걸이 모양)를 갖는 간단한 화학적 환원 방법으로 제조되었습니다. 제작된 멤브레인은 주사 전자 현미경(SEM) 및 주사 투과 전자 현미경(STEM) 이미징, 에너지 분산형 X선(EDX), 열중량 측정(TGA) 및 X선 회절(XRD)을 사용하여 특성화되었습니다. 또한 정적 물 접촉각, 막 두께, 표면 거칠기, 막 다공성, 막 인장 강도뿐만 아니라 진동 시료 자력계(VSM) 분석 및 산소 전이 속도(OTR)도 측정했습니다. 또한, 제조된 블랭크 PES 및 자성 혼합 매트릭스 PES 멤브레인의 특성에 대한 합금 농도 및 첨가제로 염화리튬 사용의 영향을 연구했습니다. 제시된 새로운 자기 혼합 매트릭스 PES 멤브레인은 비산소 투과성 블랭크 PES 멤브레인과 비교하여 최대 106(emu/g)의 높은 보자력과 3.61 × 10–5 cm3/cm2·s OTR을 갖습니다. 제시된 새로운 자성 혼합 매트릭스 PES 멤브레인은 (산소) 가스 분리에 있어 좋은 잠재력을 가지고 있습니다.

공기를 구성 요소로 분리하는 작업은 일반적으로 산업 및 의료용으로 수행됩니다. 특히 다양한 응용 분야에 유용한 가스를 생산하고 오염을 완화하기 위해 이원 가스 혼합물의 분리가 널리 요구됩니다. 수소, 산소 및 질소 가스는 얻은 개별 순수 가스가 여러 영역에서 효율적으로 기여될 수 있기 때문에 특히 중요한 가장 귀중한 가스로 간주됩니다1. 산소가 풍부한 공기는 다양한 의료, 화학 및 산업 응용 분야에 사용됩니다. 예를 들어 연소 속도를 증가시켜 순산소 연소 시 연소 강화에 사용됩니다.2, 유동 촉매 분해에서 촉매 재생3, 실내 공기 질 개선4,5, 하수 처리 식물6,7, 의학적 치료8,9. 한편, 질소가 풍부한 공기는 식품 저장10,11, 화재 통제12,13, 오일 회수14,15 및 배수16에 적용될 수 있습니다.

O2/N2 가스 분리에 사용된 기존 기술은 극저온 증류17,18 및 압력 변동 흡착(PSA)19,20,21입니다. 두 기술 모두 산소와 질소를 실질적으로 적절한 양과 높은 순도로 생산할 수 있는 상용 기술이지만 복잡성, 넓은 공간 요구 사항, 높은 비용 및 높은 에너지 소비로 인해 제한됩니다22. 멤브레인 기반 가스 분리는 지난 수십 년 동안 연구자들의 특별한 관심을 받아왔습니다. 이는 에너지 소비, 설치 공간, 작은 공간, 환경 친화성, 상대적 자본 및 운영 비용, 운영 용이성 측면에서 기존 방법에 비해 많은 이점을 제공합니다23,24,25.

가스 분리용 멤브레인은 유기(고분자), 무기, 혼합 매트릭스(복합) 멤브레인(MMM) 및 이온성 액체 지지 멤브레인(ILSM)26, 고유 미세 다공성을 갖는 폴리머(PIM)27과 같은 기타 최근 개발된 멤브레인으로 분류됩니다. 금속-유기 골격(MOF)28 및 열 재배열(TR) 폴리머29. 고분자막의 단점은 투과성과 선택성 사이의 본질적인 상충관계뿐 아니라 무기막에 비해 낮은 열적, 화학적 안정성을 포함합니다. 무기막은 고분자막보다 분리 효율이 높고 고온 분리 공정을 견딜 수 있습니다. 그러나 이들의 분리는 공급 가스의 압력과 중독 가능성에 반비례합니다. 가스 분리에서 멤브레인의 응용을 개선하기 위해 새로운 소재/혼합 매트릭스 멤브레인(MMM)은 고분자 매트릭스와 무기 충진제의 장점을 결합하고 두 구성 요소의 단점을 최소화하여 멤브레인 기반 가스 개선의 핵심이 될 수 있습니다. 분리.