고분자 분리막을 이용한 기체증기 분리
2018-11-20
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전영호(gulliver)
고분자 분리막은, 음식물 포장, 보호 코팅, 연료전지 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 이중에서 고분자 막(polymeric membrane)을 이용한 기체 분리는, 낮은 에너지 사용량, 저렴한 유지비, 높은 선택도 등의 이유로, 응용 분야가 매우 넓은 막분리 기술이다. 이러한 고분자 분리막은 여러 기체 분자의 막 투과속도차를 이용해 특정 분자를 분리하는 막이다. 1800년대에, Mitchell과 Graham 등에 의해, 고분자의 투과(permeation) 특성이 보고된 이래, 1970년대 이전까지는 두꺼운 치밀형 고분자 분리막만이 제조될 수 있어서, 산업적 응용이 가능한, 높은 투과유량을 유지할 수 없었다. 그러다가 1980년대에, Prism이라는 고분자 분리막이 최초로 상업화되어, 암모니아 합성공정에서의 퍼지가스로부터 수소 회수에 사용되었으며, 많은 고분자 분리막들이 개발되었다. 이렇게 대부분의 기체분리막은 고분자를 소재로 하는데, 이는, 무기막(inorganic membrane)은 높은 막 성능에도 불구하고, 막 및 모듈 제작비용이 매우 고가이기 때문이다. 현재 고분자 분리막을 이용한 기체 분리는 합성가스(syngas, CO + H2)로부터 수소의 분리, 석유화학공정에서의 기체 분리, 천연가스 정제, 매립지가스 회수, 탈수, 탈거 등 여러 분야에 사용되고 있으며, 기체 분리막 시장 규모는 매년 약 5억달러에 달한다고 평가되고 있다. 본 보고서에서는, 고분자 분리막의 기체분리 원리, 종류, 선택 기중 등에 대하여 알아볼 것이다.