혼합 리간드 ZIF-8 분리막의 합성 및 가스 분리 성능

Abstract

현재 화학/석유 산업에서 가스 분리는 중요하게 여겨진다. 그중 주목해야 할 분리는 올레핀/파라핀 그리고 질소/산소 분리이다. 에너지 집약적이고 비용을 절감시킬 수 있는 막을 이용한 분리가 현재 주목되어진다. 최근 분리막 시장을 독점하고 있는 분리막은 고분자 분리막이다. 고분자 분리막은 이차전지, 수처리, 가스 분리 분야 등에 이용이 되고 있는데 열적 화학적 안정성이 떨어지고 이온이 투과될지 투과도가 낮아진다는 단점이 있다. 이러한 한계점을 보완하기 위해 새로운 분리막 재료의 필요성이 대두되고 있다. 주목받고 있는 새로운 분리막 재료 중 (Metal-organic frameworks)MOFs라는 물질의 분리막 중 한 종류인 ZIF-8을 이용하여 실험을 진행하였다. 혼합 링커 접근법은 단일 프레임워크에 둘 이상의 리간드를 포함하여 MOF의 분리 특성을 미세 조정하는 효과적인 경로 중 하나이다. 본 연구에서 ZIF-8 막의 분자체 효과를 조정하는 것을 목표로 ZIF-8(Zn2+/2-methylimidazole)에 2,4-dimethylimidazole(dmIm)을 추가하여 혼합 리간드 ZIF-8 아날로그 막을 합성하려고 한다. 2차 리간드(dmIm)의 점진적인 추가는 ZIF-8 막의 분자체 효율의 현저한 개선과 함께 프레임워크 치밀화 및 기공 개구의 감소로 인해 기체 투과성의 감소를 초래할 것이다. 자세한 가스 투과 및 분리 성능의 결과를 제시한다. 눈에 띄게, dmim을 포함하는 ZIF-8은 산소/질소 분리에서 ~7, 에틸렌/프로필렌 분리에서 ~25의 현저하게 높은 분리 성능을 나타냈으며, 이는 현재 보고된 분리막에 비해 2배 높은 성능이다.