KR102353938B1 - Multi layer flexible separator for high purity hydrogen production - Google Patents

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KR102353938B1 KR1020200016095A KR20200016095A KR102353938B1 KR 102353938 B1 KR102353938 B1 KR 102353938B1 KR 1020200016095 A KR1020200016095 A KR 1020200016095A KR 20200016095 A KR20200016095 A KR 20200016095A KR 102353938 B1 KR102353938 B1 KR 102353938B1
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Abstract

2개의 분리막층과 1개의 흡착층을 갖는 3층 구조의 도입으로 유연성을 부여하면서 수소의 순도를 보다 높이는 것이 가능하도록 설계된 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 수소를 함유한 혼합가스로부터 1차로 수소를 분리하기 위한 고분자 분리막층; 상기 고분자 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층에 의해 1차 분리된 수소를 함유한 혼합가스로부터 2차로 수소를 분리하기 위한 세라믹 분리막층; 및 상기 세라믹 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 미분리된 수소를 함유한 혼합가스를 흡착하기 위해 세라믹-고분자 복합 물질로 이루어진 흡착층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is a multi-layered flexible membrane for producing high-purity hydrogen designed to further increase the purity of hydrogen while providing flexibility by introducing a three-layer structure having two membrane layers and one adsorption layer.
A multi-layered flexible membrane for producing high-purity hydrogen according to the present invention includes: a polymer membrane layer for first separating hydrogen from a mixed gas containing hydrogen; a ceramic membrane layer laminated on the lower surface of the polymer membrane layer for secondarily separating hydrogen from the mixed gas containing hydrogen separated primarily by the polymer membrane layer; and an adsorption layer laminated on the lower surface of the ceramic membrane layer and made of a ceramic-polymer composite material to adsorb the mixed gas containing hydrogen that has not been separated from the polymer membrane layer and the ceramic membrane layer. .

Description

고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막{MULTI LAYER FLEXIBLE SEPARATOR FOR HIGH PURITY HYDROGEN PRODUCTION}Multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production {MULTI LAYER FLEXIBLE SEPARATOR FOR HIGH PURITY HYDROGEN PRODUCTION}

본 발명은 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 분리막층과 1개의 흡착층을 갖는 3층 구조의 도입으로 유연성을 부여하면서 수소의 순도를 보다 높이는 것이 가능하도록 설계된 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-layered flexible separator for producing high-purity hydrogen, and more particularly, by introducing a three-layer structure having two separator layers and one adsorption layer, it is designed to increase the purity of hydrogen while giving flexibility. It relates to a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production.

일반적으로, 수소를 함유된 혼합가스로부터 수소 기체만을 선택적으로 분리하는 수소 생산용 분리막(membrane)은 고순도의 수소 생산 등에 사용된다.In general, a separation membrane for hydrogen production that selectively separates only hydrogen gas from a mixed gas containing hydrogen is used for production of high-purity hydrogen.

예를 들면, 메탄 가스의 개질 시 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2) 기체가 생성되는데, 이러한 혼합 가스를 분리막에 통과시키면 이산화탄소는 분리막을 통과하지 못하고 수소 기체만 통과하기 때문에 고순도의 수소를 생산할 수 있게 된다.For example, when methane gas is reformed, hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) gases are generated. When this mixed gas is passed through the separation membrane, carbon dioxide does not pass through the separation membrane, but only hydrogen gas passes through, so high-purity hydrogen is produced. be able to produce

그러나, 종래의 수소 생산용 분리막은 고분자막, 고분자-세라믹 혼합막 또는 세라믹막이 단독으로 구성되어 있어, 혼합가스의 분리만이 이루어지는 관계로 수소의 순도를 높이는데 한계가 있었다.However, the conventional separation membrane for hydrogen production consists of a polymer membrane, a polymer-ceramic mixed membrane, or a ceramic membrane alone.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0087260호(2013.08.06. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 수소 생산 멤브레인용 바나듐-알루미늄 복합재료의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합재료가 기재되어 있다.As a related prior document, there is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0087260 (published on Aug. 6, 2013), which includes a method for producing a vanadium-aluminum composite material for a hydrogen production membrane and a composite material manufactured by the method is described.

본 발명의 목적은 2개의 분리막층과 1개의 흡착층을 갖는 3층 구조의 도입으로 유연성을 부여하면서 수소의 순도를 보다 높이는 것이 가능하도록 설계된 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a multi-layered flexible separator for producing high-purity hydrogen designed to further increase the purity of hydrogen while imparting flexibility by introducing a three-layer structure having two membrane layers and one adsorption layer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 수소를 함유한 혼합가스로부터 1차로 수소를 분리하기 위한 고분자 분리막층; 상기 고분자 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층에 의해 1차 분리된 수소를 함유한 혼합가스로부터 2차로 수소를 분리하기 위한 세라믹 분리막층; 및 상기 세라믹 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 미분리된 수소 이외의 혼합가스를 흡착하기 위해 세라믹-고분자 복합 물질로 이루어진 흡착층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A multi-layered flexible membrane for producing high-purity hydrogen according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a polymer membrane layer for first separating hydrogen from a hydrogen-containing mixed gas; a ceramic membrane layer laminated on the lower surface of the polymer membrane layer, for secondarily separating hydrogen from the mixed gas containing hydrogen separated primarily by the polymer membrane layer; and an adsorption layer laminated on the lower surface of the ceramic membrane layer and made of a ceramic-polymer composite material to adsorb a mixed gas other than hydrogen separated from the polymer membrane layer and the ceramic membrane layer.

이때, 상기 고분자 분리막층은 1 ~ 50㎛의 두께를 갖는다.At this time, the polymer membrane layer has a thickness of 1 ~ 50㎛.

상기 고분자 분리막층은 PI(polyimide), PSF(polysulfone) 및 PDMS(polydimethyl siloxane) 중 선택된 1종 이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The polymer membrane layer is preferably formed of at least one material selected from among polyimide (PI), polysulfone (PSF), and polydimethyl siloxane (PDMS).

또한, 상기 세라믹 분리막층은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는다.In addition, the ceramic separator layer has a thickness of 0.1 to 10㎛.

상기 세라믹 분리막층은 제올라이트 시트, 카본 시트 및 금속유기 골격체 시트 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.For the ceramic separator layer, any one selected from a zeolite sheet, a carbon sheet, and a metal-organic framework sheet may be used.

또한, 상기 흡착층은 고분자 수지와, 상기 고분자 수지의 내부에 분산 배치되며, 상기 고분자 수지의 외측 표면으로 일부가 돌출되어 노출된 다공성 세라믹 분말을 포함한다.In addition, the adsorption layer includes a polymer resin and a porous ceramic powder which is dispersedly disposed inside the polymer resin and partially protrudes and is exposed to the outer surface of the polymer resin.

상기 흡착층은 상기 고분자 수지와 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트인 것이 바람직하다.The adsorption layer is preferably a ceramic-polymer composite fiber sheet including the polymer resin and porous ceramic powder.

여기서, 상기 다공성 세라믹 분말은 제올라이트 및 활성탄 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Here, the porous ceramic powder may include at least one selected from zeolite and activated carbon.

또한, 상기 흡착층은 400 ~ 1,000㎡/g의 비표면적을 가질 수 있다.In addition, the adsorption layer may have a specific surface area of 400 to 1,000 m 2 /g.

상기 흡착층은 50 ~ 300㎛의 두께를 갖는다.The adsorption layer has a thickness of 50 ~ 300㎛.

이때, 상기 흡착층은 상기 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 분리되어 나온 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스만을 선택적으로 흡착하여 H2의 순도를 증가시킨다.In this case, the adsorption layer selectively adsorbs only unseparated CO and CO 2 gas among the mixed gas separated from the polymer membrane layer and the ceramic membrane layer to increase the purity of H 2 .

본 발명에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 세라믹 분리막층의 상면 및 하면을 각각 덮는 고분자 분리막층 및 흡착층의 지지체로 고분자 수지를 각각 이용하기 때문에 유연성이 좋으며, 흡착층의 고분자 수지 표면을 부분적으로 식각하는 것에 의해, 다공성 세라믹 분말의 일부가 고분자 수지의 표면으로 노출이 되어 필러 활성화가 가능하다.The multilayer flexible separator for producing high-purity hydrogen according to the present invention has good flexibility because it uses a polymer resin as a support for the polymer membrane layer and the adsorption layer respectively covering the upper and lower surfaces of the ceramic membrane layer, respectively, and the polymer resin surface of the adsorption layer By partially etching, a part of the porous ceramic powder is exposed to the surface of the polymer resin, so that the filler can be activated.

이 결과, 본 발명에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 상호작용이 강한 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층을 이용하는 것에 의해 흡착이 용이하여 혼합가스에서 CO 및 CO2 만을 선택적으로 제거하기 쉬워진다.As a result, the multilayer flexible separator for high purity hydrogen production according to the present invention is easily adsorbed by using an adsorption layer made of a ceramic-polymer composite fiber sheet with strong interaction, so that only CO and CO 2 are selectively removed from the mixed gas. it gets easier

이에 따라, 본 발명에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 2개의 분리막층과 1개의 흡착층을 갖는 3층 구조의 도입으로 유연성을 부여할 수 있으면서, 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 분리되어 나온 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스만을 흡착층을 통하여 선택적으로 흡착하는 것이 가능해지므로 H2의 순도를 증가시킬 수 있게 된다.Accordingly, the multilayer flexible separator for high purity hydrogen production according to the present invention can provide flexibility by introducing a three-layer structure having two separator layers and one adsorption layer, while being separated from the polymer separator layer and the ceramic separator layer Since it becomes possible to selectively adsorb only unseparated CO and CO 2 gas through the adsorption layer, the purity of H 2 can be increased.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 도 2의 세라믹 분리막층의 일 부분을 확대하여 나타낸 모식도.
도 4는 도 2의 흡착층의 일 부분을 확대하여 나타낸 모식도.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 절단하여 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막의 작동 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 7은 실시예 1의 세라믹 분리막층에 대한 절단면을 촬영하여 나타낸 SEM 사진.
도 8은 실시예 1의 흡착층에 대한 절단면을 촬영하여 나타낸 SEM 사진.1 is a cross-sectional view showing a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic view showing an enlarged portion of the ceramic separator layer of Figure 2;
Figure 4 is a schematic view showing an enlarged portion of the adsorption layer of Figure 2;
5 is a cross-sectional view taken along line V-V' of FIG. 4;
6 is a schematic diagram for explaining the operating principle of a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention.
7 is a SEM photograph showing a cut surface of the ceramic separator layer of Example 1. FIG.
8 is a SEM photograph showing a cross section of the adsorption layer of Example 1.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the multi-layered flexible separator for producing high-purity hydrogen according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막을 나타낸 분해 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막(100)은 고분자 분리막층(120), 세라믹 분리막층(140) 및 흡착층(160)을 포함한다.1 and 2, the multilayer flexible separator 100 for producing high-purity hydrogen according to an embodiment of the present invention includes a polymer membrane layer 120, a ceramic membrane layer 140, and an adsorption layer 160. .

고분자 분리막층(120)은 수소를 함유한 혼합가스로부터 1차로 수소를 분리시키는 역할을 한다. 이러한 고분자 분리막층(120)은 고투과 수소 선택성 분리막층으로서, 수소를 함유한 혼합가스로부터 1차로 수소를 분리하게 된다. 이때, 수소를 함유한 혼합가스는 CO, CO2 및 H2가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The polymer membrane layer 120 primarily serves to separate hydrogen from the hydrogen-containing mixed gas. The polymer membrane layer 120 is a highly permeable hydrogen selective membrane layer, and primarily separates hydrogen from the hydrogen-containing mixed gas. In this case, the mixed gas containing hydrogen may be a mixture of CO, CO 2 and H 2 , but is not limited thereto.

이러한 고분자 분리막층(120)은 후술하는 세라믹 분리막층(140) 상에 코팅하고, 경화하는 것에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer membrane layer 120 may be formed by coating and curing the ceramic membrane layer 140 to be described later, but is not limited thereto.

고분자 분리막층(120)은 고분자 재질에 비하여 잘 부서지는 세라믹 재질의 세라믹 분리막층(140)에서 발생할 수 있는 결함(crack, defect)을 보호함과 더불어, 유연성을 부여하여 세라믹 분리막층(140)의 부서짐을 방지하게 된다.The polymer separator layer 120 protects defects (cracks, defects) that may occur in the ceramic separator layer 140 made of a ceramic material, which is brittle compared to a polymer material, and gives flexibility to the ceramic separator layer 140 . will prevent breakage.

이를 위해, 고분자 분리막층(120)은 PI(polyimide), PSF(polysulfone) 및 PDMS(polydimethyl siloxane) 중 선택된 1종 이상의 고분자 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 고분자 분리막층(120)의 재질로 사용되는 PI(polyimide) 및 PSF(polysulfone)는 수소 분리 특성이 우수하고, PDMS(polydimethyl siloxane)는 투과도가 우수하다.To this end, the polymer membrane layer 120 is preferably formed of at least one polymer material selected from polyimide (PI), polysulfone (PSF), and polydimethyl siloxane (PDMS). In this case, polyimide (PI) and polysulfone (PSF) used as the material of the polymer membrane layer 120 have excellent hydrogen separation characteristics, and polydimethyl siloxane (PDMS) has excellent transmittance.

이러한 고분자 분리막층(120)은 1 ~ 50㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 1 ~ 10㎛를 제시할 수 있다. 고분자 분리막층(120)의 두께가 1㎛ 미만일 경우에는 투과도는 증가하나 세라믹 분리막층(140)을 제대로 보호하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 고분자 분리막층(120)의 두께가 50㎛를 초과할 경우에는 보호층으로서 우수한 유연성을 발휘할 수 있으며 분리선택도가 증가하는 장점이 있으나, 두꺼운 분리층으로 인해 투과도가 급격히 감소하는 문제가 발생한다.The polymer membrane layer 120 preferably has a thickness of 1 to 50 μm, and a more preferable range may be 1 to 10 μm. When the thickness of the polymer membrane layer 120 is less than 1 μm, although the transmittance increases, it may be difficult to properly protect the ceramic membrane layer 140 . Conversely, when the thickness of the polymer membrane layer 120 exceeds 50 μm, excellent flexibility as a protective layer can be exhibited and separation selectivity is increased. do.

세라믹 분리막층(140)은 고분자 분리막층(120)의 하면에 적층된다. 이러한 세라믹 분리막층(140)은 고분자 분리막층(120)에 의해 1차 분리된 수소를 함유한 혼합가스로부터 2차로 수소를 분리하는 역할을 한다.The ceramic membrane layer 140 is laminated on the lower surface of the polymer membrane layer 120 . The ceramic membrane layer 140 serves to secondarily separate hydrogen from the mixed gas containing hydrogen separated primarily by the polymer membrane layer 120 .

즉, 세라믹 분리막층(140)은 2차원의 미세기공 세라믹 나노 시트로 구성된 분리막층으로서, 고분자 분리막층(120)에서 1차 분리된 수소를 함유한 혼합가스로부터 2차로 수소를 분리하는 주 분리막층으로 사용된다.That is, the ceramic separation membrane layer 140 is a separation membrane layer composed of two-dimensional microporous ceramic nanosheets, and is a main separation membrane layer for secondarily separating hydrogen from the mixed gas containing hydrogen separated primarily from the polymer membrane layer 120 . is used as

이러한 세라믹 분리막층(140)은 다공성 지지체 위에 박막으로 코팅이 가능한 물질로 이루어지며, 일반적인 세라믹 분리막 보다 얇은 막으로 제조할 수 있다. 따라서, 세라믹 분리막층(140)은 제올라이트 시트, 카본 시트 및 금속유기 골격체 시트 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다. 특히, 시트형태의 다공성 세라믹은 다공성 지지체 위에 코팅함에 있어서 기공을 덮기에 유리한 구조를 가지고 있어 코팅하기 쉬우며 박막으로 제조하기 용이하여 기체의 투과도가 우수한 세라믹 분리막층(140)을 제조할 수 있다. 또한, 구부림으로 인한 결함 발생이 낮아 플렉서블 분리막을 제조하기 유리한 장점을 가지고 있다.The ceramic separator layer 140 is made of a material that can be coated as a thin film on a porous support, and may be manufactured as a film thinner than a typical ceramic separator. Accordingly, as the ceramic separator layer 140 , any one selected from a zeolite sheet, a carbon sheet, and a metal-organic framework sheet may be used. In particular, the sheet-shaped porous ceramic has an advantageous structure for covering pores in coating on a porous support, so it is easy to coat, and it is easy to manufacture as a thin film, so that the ceramic separator layer 140 having excellent gas permeability can be manufactured. In addition, since the occurrence of defects due to bending is low, it is advantageous for manufacturing a flexible separator.

이때, 도 3은 도 2의 세라믹 분리막층의 일 부분을 확대하여 나타낸 모식도로, 이를 참조하여 설명하면, 세라믹 분리막층(140)은 고분자 분리막층(120) 대비 투과도가 우수하며, 미세기공의 크기를 제어함으로써 작은 수소 기체를 분리하기에 효과적인 분리막층이다.At this time, FIG. 3 is an enlarged schematic view of a portion of the ceramic separator layer of FIG. 2 , and when described with reference to this, the ceramic separator layer 140 has superior transmittance compared to the polymer separator layer 120 , and the size of the micropores It is an effective separation membrane layer for separating small hydrogen gas by controlling

그러나, 세라믹의 특성상 세라믹 분리막층(140)은 유연성이 부족하여 잘 부서지며, 결함(crack, defect) 없이 제조하는 것이 어렵다. 이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 세라믹 분리막층(140)의 표면에 박막의 고분자 분리막층(120)을 코팅함으로써 결함을 보완하면서 세라믹 분리막층(140)에 유연성을 부여한 것이다.However, due to the nature of the ceramic, the ceramic separator layer 140 is brittle due to lack of flexibility, and it is difficult to manufacture without defects (cracks, defects). In order to solve this problem, in the present invention, the ceramic membrane layer 140 is coated with a thin polymer membrane layer 120 on the surface of the ceramic membrane layer 140 to compensate for the defects while providing flexibility to the ceramic membrane layer 140 .

이러한 세라믹 분리막층(140)은 두께가 얇아질수록 저항이 줄어들기에 투과도가 증가하게 되어 보다 많은 양의 수소를 분리 및 생산할 수 있다. 다만, 세라믹 분리막층(140)의 두께가 너무 얇은 경우에는 세라믹의 특성상 유연성이 부족하여 잘 부서질 우려가 있으며 너무 얇은 분리층으로 인해 분리가 잘 이루어 지지 않을 수 있다. 이를 위해, 세라믹 분리막층(140)은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 1 ~ 5㎛를 제시할 수 있다.As the thickness of the ceramic membrane layer 140 decreases, the resistance decreases, so that the transmittance increases, so that a greater amount of hydrogen can be separated and produced. However, when the thickness of the ceramic separator layer 140 is too thin, there is a fear that it may be easily broken due to lack of flexibility due to the characteristics of the ceramic, and separation may not be performed well due to the too thin separation layer. To this end, the ceramic separator layer 140 preferably has a thickness of 0.1 to 10 μm, and a more preferable range may be 1 to 5 μm.

흡착층(160)은 세라믹 분리막층(140)의 하면에 적층된다. 이러한 흡착층(10)은 고분자 분리막층(120) 및 세라믹 분리막층(140)에서 미분리된 수소를 함유한 혼합가스를 흡착하기 위해 세라믹-고분자 복합 물질로 이루어진다.The adsorption layer 160 is laminated on the lower surface of the ceramic separator layer 140 . The adsorption layer 10 is made of a ceramic-polymer composite material to adsorb the mixed gas containing hydrogen that has not been separated in the polymer membrane layer 120 and the ceramic membrane layer 140 .

도 4는 도 2의 흡착층의 일 부분을 확대하여 나타낸 모식도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 절단하여 나타낸 단면도이다.4 is an enlarged schematic view of a portion of the adsorption layer of FIG. 2 , and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V' of FIG. 4 .

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 흡착층(160)은 고분자 수지(162)와, 고분자 수지(162)의 내부에 분산 배치되며, 고분자 수지(162)의 외측 표면으로 일부가 돌출되어 노출된 다공성 세라믹 분말(164)을 포함한다.As shown in FIGS. 4 and 5 , the adsorption layer 160 is dispersedly disposed inside the polymer resin 162 and the polymer resin 162 , and a part of the polymer resin 162 protrudes from the outer surface to expose it. and porous ceramic powder 164 .

이와 같이, 흡착층(160)은 고분자 수지(162)와 다공성 세라믹 분말(165)을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트일 수 있다.As such, the adsorption layer 160 may be a ceramic-polymer composite fiber sheet including the polymer resin 162 and the porous ceramic powder 165 .

세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층(160)은 고분자 분리막층(120) 및 세라믹 분리막층(140)에서 1차 및 2차 분리된 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스를 흡착하여 수소의 순도를 높여주는 역할을 한다. The adsorption layer 160 made of a ceramic-polymer composite fiber sheet adsorbs unseparated CO and CO 2 gas among the mixed gas primary and secondary separated in the polymer membrane layer 120 and the ceramic membrane layer 140 to generate hydrogen. It plays a role in increasing the purity of

이와 같이, 세라믹 분리막층(140) 하면에 부착되는 흡착층(160)은 세라믹-고분자 복합 재질로 이루어지므로 유연하며, CO 및 CO2 가스를 잘 흡착하는 다공성 세라믹 분말(164)과 고분자 수지(162)로 이루어진 복합체이므로 혼합가스 중 CO 및 CO2 가스를 흡착하여 제거하게 된다.As described above, the adsorption layer 160 attached to the lower surface of the ceramic separator layer 140 is flexible because it is made of a ceramic-polymer composite material, and the porous ceramic powder 164 and polymer resin 162 that adsorb CO and CO 2 gas well. ), so it adsorbs and removes CO and CO 2 gases in the mixed gas.

이를 위해, 다공성 세라믹 분말(164)로는 제올라이트 및 활성탄 중 선택된 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 다공성 세라믹 분말(164)은 고분자 수지(162)의 내부에 분산 배치됨과 더불어, 고분자 수지(162)의 표면 외측으로 일부가 돌출되어 고분자 수지(162)의 외부로 노출되는 것이 바람직하다.To this end, it is preferable to use at least one selected from zeolite and activated carbon as the porous ceramic powder 164 . The porous ceramic powder 164 is preferably dispersedly disposed inside the polymer resin 162 , and a part of the polymer resin 162 protrudes outside the surface to be exposed to the outside of the polymer resin 162 .

이러한 흡착층(160)은 400 ~ 1,000㎡/g의 비표면적을 갖는다. 이와 같이, 흡착층(160)은 400 ~ 1,000㎡/g의 고 비표면적을 가지면서 고분자 수지(162)로부터 다공성 세라믹 분말(164)의 일부가 외부로 돌출되어 노출되는 구조를 갖는 것에 의해 우수한 흡착 성능을 발휘할 수 있게 된다.The adsorption layer 160 has a specific surface area of 400 to 1,000 m 2 /g. As such, the adsorption layer 160 has a high specific surface area of 400 to 1,000 m 2 /g and has a structure in which a part of the porous ceramic powder 164 protrudes from the polymer resin 162 to the outside, thereby providing excellent adsorption performance can be achieved.

본 발명에서, 흡착층(160)은 50 ~ 300㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 100 ~ 200㎛를 제시할 수 있다. 흡착층(160)의 두께가 50㎛ 미만일 경우에는 흡착 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 흡착층(160)의 두께가 300㎛를 초과할 경우에는 공기 통기성이 감소하여 효과 상승 없이 두께만을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경량화 및 박형화에 불리하다.In the present invention, the adsorption layer 160 preferably has a thickness of 50 to 300 μm, and a more preferable range may be 100 to 200 μm. When the thickness of the adsorption layer 160 is less than 50 μm, it is difficult to properly exhibit the adsorption effect. Conversely, when the thickness of the adsorption layer 160 exceeds 300 μm, the air permeability is reduced, which may act as a factor to increase only the thickness without increasing the effect, which is disadvantageous in reducing the weight and thickness.

일반적인 유/무기 혼합체는 무기물 필러가 고분자 매질 속에 들어가 있는 구조로 무기물이 고분자로 쌓여 있는 형태이기에 기능성 무기물 필러를 활성화하기 어렵다. 또한, 흡착층(160)의 지지체로는 다공성 세라믹을 사용하거나 다공성 고분자 지지체를 사용하는데, 이 경우에는 유연성이 없으며, 기공도가 낮아 세라믹 필러의 활성화가 어려워 흡착 효율이 낮다.In general organic/inorganic mixtures, it is difficult to activate functional inorganic fillers because inorganic fillers are in a polymer medium and inorganic substances are stacked with polymers. In addition, as the support of the adsorption layer 160, a porous ceramic or a porous polymer support is used. In this case, there is no flexibility, and it is difficult to activate the ceramic filler due to low porosity, so the adsorption efficiency is low.

이와 달리, 본 발명의 경우, 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층(160)은 지지체로 고분자 수지를 이용하기 때문에 유연성이 좋으며, 고분자 수지의 표면을 부분적으로 식각하는 것에 의해, 다공성 세라믹 분말의 일부가 고분자 수지의 표면으로 노출이 되어 필러 활성화가 가능하므로 CO 및 CO2 가스를 보다 효과적으로 흡착할 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.In contrast, in the present invention, the adsorption layer 160 made of a ceramic-polymer composite fiber sheet has good flexibility because a polymer resin is used as a support, and by partially etching the surface of the polymer resin, the porous ceramic powder Since a part is exposed to the surface of the polymer resin and filler activation is possible, it has a structural advantage of adsorbing CO and CO 2 gas more effectively.

이때, 수소의 경우 화학적으로 상호작용이 적은 물질이기에 흡착이 용이하지 않으나, CO 및 CO2의 경우 상호작용이 강한 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층(160)을 이용하게 되면, 흡착이 용이하여 혼합가스에서 CO 및 CO2 만을 선택적으로 제거하기 쉬워진다.At this time, in the case of hydrogen, it is not easy to adsorb because it is a material with little chemical interaction, but in the case of CO and CO 2 , when the adsorption layer 160 made of a ceramic-polymer composite fiber sheet with strong interaction is used, adsorption is easy This makes it easier to selectively remove only CO and CO 2 from the mixed gas.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막의 작동 원리를 설명하기 위한 모식도이다.On the other hand, Figure 6 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막(100)은 세라믹 분리막층(140)의 상면 및 하면을 각각 덮는 고분자 분리막층(120) 및 흡착층(160)의 지지체로 고분자 수지를 각각 이용하기 때문에 유연성이 좋으며, 흡착층(160)의 고분자 수지 표면을 부분적으로 식각하는 것에 의해, 다공성 세라믹 분말의 일부가 고분자 수지의 표면으로 노출이 되어 필러 활성화가 가능하므로 CO 및 CO2 가스를 보다 효과적으로 흡착할 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.6, the multilayer flexible separator 100 for producing high purity hydrogen according to an embodiment of the present invention is a polymer membrane layer 120 and an adsorption layer ( 160) has good flexibility because each of the polymer resins is used as the support, and by partially etching the polymer resin surface of the adsorption layer 160, a part of the porous ceramic powder is exposed to the surface of the polymer resin, so that the filler is activated. It has the structural advantage of being able to more effectively adsorb CO and CO 2 gases.

이때, 수소의 경우 화학적으로 상호작용이 적은 물질이기에 흡착이 용이하지 않으나, CO 및 CO2의 경우 상호작용이 강한 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층(160)을 이용하게 되면, 흡착이 용이하여 혼합가스에서 CO 및 CO2 만을 선택적으로 제거하기 쉬워진다.At this time, in the case of hydrogen, it is not easy to adsorb because it is a material with little chemical interaction, but in the case of CO and CO 2 , when the adsorption layer 160 made of a ceramic-polymer composite fiber sheet with strong interaction is used, adsorption is easy This makes it easier to selectively remove only CO and CO 2 from the mixed gas.

이에 따라, 흡착층(160)은 고분자 분리막층(120) 및 세라믹 분리막층(140)에서 분리되어 나온 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스만을 선택적으로 흡착하여 H2의 순도를 증가시키게 된다.Accordingly, the adsorption layer 160 selectively adsorbs only unseparated CO and CO 2 gas among the mixed gas separated from the polymer membrane layer 120 and the ceramic membrane layer 140 to increase the purity of H 2 . .

전술한 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 세라믹 분리막층의 상면 및 하면을 각각 덮는 고분자 분리막층 및 흡착층의 지지체로 고분자 수지를 각각 이용하기 때문에 유연성이 좋으며, 시트형태의 세라믹 소재는 분리층의 결함을 최소화하면서 유연성이 좋은 박막 구조의 분리막 제조가 가능하여 분리특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 흡착층의 고분자 수지 표면을 부분적으로 식각하는 것에 의해, 다공성 세라믹 분말의 일부가 고분자 수지의 표면으로 노출이 되어 필러 활성화가 가능하다.The multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production according to the embodiment of the present invention described above has good flexibility because it uses a polymer resin as a support for the polymer membrane layer and the adsorption layer respectively covering the upper and lower surfaces of the ceramic membrane layer, respectively, and has good flexibility, sheet shape of ceramic material can improve the separation characteristics by minimizing defects in the separation layer and making it possible to manufacture a separator with a flexible thin film structure. In addition, by partially etching the surface of the polymer resin of the adsorption layer, a part of the porous ceramic powder is exposed to the surface of the polymer resin, thereby enabling filler activation.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 상부 2개의 박막 분리층으로 인해 수소 투과도가 증가하고 상호작용이 강한 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층을 이용하는 것에 의해 흡착이 용이하여 혼합가스에서 CO 및 CO2 만을 선택적으로 제거하기 쉬워진다.As a result, the multilayer flexible separation membrane for high purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention increases hydrogen permeability due to the upper two thin film separation layers and has a strong interaction by using an adsorption layer made of a ceramic-polymer composite fiber sheet. It is easy to adsorb and selectively remove only CO and CO 2 from the mixed gas.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막은 2개의 분리막층과 1개의 흡착층을 갖는 3층 구조의 도입으로 유연성을 부여할 수 있으면서, 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 분리되어 나온 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스만을 흡착층을 통하여 선택적으로 흡착하는 것이 가능해지므로 H2의 순도를 증가시킬 수 있게 된다.Accordingly, the multilayer flexible separator for high purity hydrogen production according to an embodiment of the present invention can provide flexibility by introducing a three-layer structure having two separator layers and one adsorption layer, and a polymer separator layer and a ceramic separator layer Among the mixed gas separated from the , it is possible to selectively adsorb only unseparated CO and CO 2 gas through the adsorption layer, thereby increasing the purity of H 2 .

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.

1. 샘플 제조1. Sample Preparation

실시예 1Example 1

고분자 수지 및 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어지며, 200㎛ 두께를 갖는 흡착층 상에 2㎛ 두께의 세라믹 분리막층을 형성한 후, 세라믹 분리막층 상에 PDMS(polydimethyl siloxane) 재질로 이루어지며 3㎛의 두께를 갖는 고분자 분리막층을 형성하여 3층 구조의 플렉서블 분리막을 제조하였다.A ceramic-polymer composite fiber sheet comprising a polymer resin and porous ceramic powder, a ceramic separator layer with a thickness of 2 μm is formed on an adsorption layer having a thickness of 200 μm, and then a polydimethyl siloxane (PDMS) layer is formed on the ceramic membrane layer. A flexible separator having a three-layer structure was manufactured by forming a polymer separator layer made of a material and having a thickness of 3 μm.

비교예 1Comparative Example 1

고분자 수지 및 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어지며, 200㎛ 두께를 갖는 흡착층을 준비하였다.A ceramic-polymer composite fiber sheet including a polymer resin and porous ceramic powder was prepared, and an adsorption layer having a thickness of 200 μm was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

다공성 지지체 상에 2㎛ 두께의 세라믹 분리막층을 제조하였다.A ceramic separator layer having a thickness of 2 μm was prepared on a porous support.

비교예 3Comparative Example 3

다공성 지지체 상에 PDMS(polydimethyl siloxane) 재질로 이루어지며 3㎛의 두께를 갖는 고분자 분리막층을 제조하였다.A polymer membrane layer made of a polydimethyl siloxane (PDMS) material and having a thickness of 3 μm was prepared on a porous support.

비교예 4Comparative Example 4

고분자 수지 및 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어지며, 200㎛ 두께를 갖는 흡착층 상에 2㎛ 두께의 세라믹 분리막층을 제조하였다.A ceramic separator layer having a thickness of 2 μm was prepared on an adsorption layer having a thickness of 200 μm and made of a ceramic-polymer composite fiber sheet including a polymer resin and porous ceramic powder.

비교예 5Comparative Example 5

고분자 수지 및 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어지며, 200㎛ 두께를 갖는 흡착층 상에 PDMS(polydimethyl siloxane) 재질로 이루어지며 3㎛의 두께를 갖는 고분자 분리막층을 제조하였다.A polymer membrane layer made of a polydimethyl siloxane (PDMS) material and having a thickness of 3 μm was prepared on an adsorption layer having a thickness of 200 μm and made of a ceramic-polymer composite fiber sheet containing a polymer resin and porous ceramic powder.

2. 물성 평가2. Physical property evaluation

표 1은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 샘플들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 7은 실시예 1의 세라믹 분리막층에 대한 절단면을 촬영하여 나타낸 SEM 사진이고, 도 8은 실시예 1의 흡착층에 대한 절단면을 촬영하여 나타낸 SEM 사진이다.Table 1 shows the results of evaluation of physical properties for the samples prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5. In addition, FIG. 7 is an SEM photograph showing the cut surface of the ceramic separator layer of Example 1, and FIG. 8 is an SEM photograph showing the cut surface of the adsorption layer of Example 1. FIG.

[표 1][Table 1]

Figure 112020014091393-pat00001
Figure 112020014091393-pat00001

표 1에 도시된 바와 같이, 비교예 1은 흡착기능을 가지는 흡착층으로 흡착 특성은 있으나 마이크로 수준의 기공을 가지고 있어 기체 분리 특성을 가지고 있지 않은 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, Comparative Example 1 is an adsorption layer having an adsorption function, and although it has adsorption characteristics, it can be confirmed that it does not have gas separation characteristics because it has micro-level pores.

또한, 비교예 2는 흡착 기능을 가지지 않는 다공성 지지체 상에 세라믹 분리막층을 형성한 샘플로 세라믹 분리막층의 분리특성을 평가한 것이다. 우수한 수소 투과도와 수소/질소 분리 선택도를 보여주었으나, 이산화탄소 분리 선택도는 다소 낮으며 제조시 손쉬운 결함의 발생으로 대면적화가 어려웠다.Also, Comparative Example 2 is a sample in which a ceramic membrane layer is formed on a porous support having no adsorption function, and the separation characteristics of the ceramic membrane layer are evaluated. Although it showed excellent hydrogen permeability and hydrogen/nitrogen separation selectivity, the carbon dioxide separation selectivity was rather low, and it was difficult to enlarge the area due to the occurrence of easy defects during manufacturing.

또한, 비교예 3은 흡착 기능을 가지지 않는 다공성 지지체 상에 고분자 분리막층을 형성한 샘플로 고분자 분리막층의 분리특성을 평가한 것이다. 고분자 분리막층으로써는 높은 투과도를 가지고 있으나, 선택도가 낮아 분리특성은 다소 낮았다. 하지만, 세라믹 분리막층 상에 보호층인 고분자 분리막층의 형성을 통해 세라믹 분리막층의 결함을 보완하며 선택도의 향상에 도움을 주는 것을 확인하였다. Also, Comparative Example 3 is a sample in which a polymer membrane layer is formed on a porous support having no adsorption function, and the separation characteristics of the polymer membrane layer are evaluated. As a polymer membrane layer, it has high permeability, but the selectivity is low, so the separation characteristics are rather low. However, it was confirmed that the formation of a polymer membrane layer, which is a protective layer, on the ceramic membrane layer compensates for the defects of the ceramic membrane layer and helps to improve selectivity.

또한, 비교예 4는 흡착층 상에 세라믹 분리막층을 형성한 샘플로 흡착층으로 인해 이산화탄소에 대한 수소 분리 특성이 약 50% 이상 증가한 것을 확인할 수 있다.In addition, Comparative Example 4 is a sample in which a ceramic membrane layer is formed on the adsorption layer, and it can be confirmed that the hydrogen separation characteristic for carbon dioxide is increased by about 50% or more due to the adsorption layer.

또한, 비교예 5는 흡착층 상에 고분자 분리막층을 형성한 샘플로 흡착층으로 인해 이산화탄소에 대한 수소 분리 특성이 약 50% 이상 증가한 것을 확인할 수 있다.In addition, Comparative Example 5 is a sample in which a polymer membrane layer is formed on the adsorption layer, and it can be confirmed that the hydrogen separation characteristic for carbon dioxide is increased by about 50% or more due to the adsorption layer.

한편, 표 1, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 세라믹 분리막층은 수직적으로 정렬된 미세기공에 의해 고분자 분리막층 대비 투과도가 우수하다. 이때, 미세기공의 크기를 제어하게 되면, 작은 수소 기체를 분리할 수 있게 된다. 또한, 실시예 1의 흡착층은 고분자 수지와 고분자 수지의 외측 표면으로 일부가 돌출되어 노출된 다공성 세라믹 분말에 의해 투과도를 극대화할 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.On the other hand, as shown in Table 1, Figures 7 and 8, the ceramic membrane layer of Example 1 has excellent transmittance compared to the polymer membrane layer due to the vertically aligned micropores. At this time, if the size of the micropores is controlled, it is possible to separate small hydrogen gas. In addition, the adsorption layer of Example 1 has a structural advantage of maximizing transmittance by the polymer resin and the porous ceramic powder exposed by a portion protruding to the outer surface of the polymer resin.

특히, 실시예 1은 흡착층 상에 세라믹 분리막층 및 고분자 분리막층을 차례로 형성한 다층형 플레서블 분리막으로서, 투과도는 소폭 감소하였으나 질소와 이산화탄소에 대한 수소의 선택도가 증가하는 결과를 보였으며, 이는 분리되는 수소의 순도가 향상될 수 있음을 의미한다.In particular, Example 1 is a multilayer flexible membrane in which a ceramic membrane layer and a polymer membrane layer are sequentially formed on an adsorption layer, and the transmittance slightly decreased, but the selectivity of hydrogen to nitrogen and carbon dioxide increased. This means that the purity of the separated hydrogen can be improved.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

100 : 다층형 플렉서블 분리막
120 : 고분자 분리막층
140 : 세라믹 분리막층
160 : 흡착층100: multilayer flexible separator
120: polymer membrane layer
140: ceramic separator layer
160: adsorption layer

Claims (11)

수소를 함유한 혼합가스로부터 1차로 수소를 분리하기 위한 고분자 분리막층;
상기 고분자 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층에 의해 1차 분리된 수소를 함유한 혼합가스로부터 2차로 수소를 분리하기 위한 세라믹 분리막층; 및
상기 세라믹 분리막층의 하면에 적층되며, 상기 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 미분리된 수소를 함유한 혼합가스를 흡착하기 위해 세라믹-고분자 복합 물질로 이루어진 흡착층;을 포함하며,
상기 고분자 분리막층은 1 ~ 50㎛의 두께를 갖고, 상기 세라믹 분리막층은 1 ~ 5㎛의 두께를 가지며, 상기 흡착층은 50 ~ 300㎛의 두께를 갖고,
상기 흡착층은 고분자 수지와, 상기 고분자 수지의 내부에 분산 배치되며, 상기 고분자 수지의 외측 표면으로 일부가 돌출되어 노출된 다공성 세라믹 분말을 포함하되, 상기 흡착층은 상기 고분자 수지와 다공성 세라믹 분말을 포함하는 세라믹-고분자 복합 섬유 시트이고,
상기 세라믹-고분자 복합 섬유 시트로 이루어진 흡착층은 상기 고분자 수지를 지지체로 이용하는 것에 의해 유연성을 가지며, 상기 다공성 세라믹 분말의 일부가 고분자 수지의 표면으로 노출되어 상기 다공성 세라믹 분말의 활성화가 가능한 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.
A polymer membrane layer for first separating hydrogen from a hydrogen-containing gas mixture;
a ceramic membrane layer laminated on the lower surface of the polymer membrane layer for secondarily separating hydrogen from the mixed gas containing hydrogen separated primarily by the polymer membrane layer; and
It is laminated on the lower surface of the ceramic membrane layer, the adsorption layer made of a ceramic-polymer composite material to adsorb the mixed gas containing hydrogen that has not been separated from the polymer membrane layer and the ceramic membrane layer;
The polymer membrane layer has a thickness of 1 ~ 50㎛, the ceramic membrane layer has a thickness of 1 ~ 5㎛, the adsorption layer has a thickness of 50 ~ 300㎛,
The adsorption layer includes a polymer resin and a porous ceramic powder dispersedly disposed inside the polymer resin, a portion of which protrudes to the outer surface of the polymer resin and is exposed, wherein the adsorption layer comprises the polymer resin and the porous ceramic powder A ceramic-polymer composite fiber sheet comprising:
The adsorption layer made of the ceramic-polymer composite fiber sheet has flexibility by using the polymer resin as a support, and a part of the porous ceramic powder is exposed to the surface of the polymer resin so that the porous ceramic powder can be activated. A multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고분자 분리막층은
PI(polyimide), PSF(polysulfone) 및 PDMS(polydimethyl siloxane) 중 선택된 1종 이상의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.
According to claim 1,
The polymer membrane layer is
A multilayer flexible separator for high-purity hydrogen production, characterized in that it is formed of at least one material selected from among PI (polyimide), PSF (polysulfone) and PDMS (polydimethyl siloxane).
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 세라믹 분리막층은
제올라이트 시트, 카본 시트 및 금속유기 골격체 시트 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.
According to claim 1,
The ceramic separator layer is
A multi-layered flexible separator for producing high-purity hydrogen, comprising any one selected from a zeolite sheet, a carbon sheet, and a metal-organic framework sheet.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 다공성 세라믹 분말은
제올라이트 및 활성탄 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.
According to claim 1,
The porous ceramic powder is
A multi-layered flexible separation membrane for high-purity hydrogen production, comprising at least one selected from zeolite and activated carbon.
 제1항에 있어서,
상기 흡착층은
400 ~ 1,000㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.
According to claim 1,
The adsorption layer is
A multi-layered flexible separator for high-purity hydrogen production, characterized in that it has a specific surface area of 400 to 1,000 m 2 /g.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흡착층은
상기 고분자 분리막층 및 세라믹 분리막층에서 분리되어 나온 혼합가스 중 미분리된 CO 및 CO2 가스만을 선택적으로 흡착하여 H2의 순도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 고순도 수소 생산용 다층형 플렉서블 분리막.According to claim 1,
The adsorption layer is
A multilayer flexible membrane for producing high purity hydrogen, characterized in that it increases the purity of H 2 by selectively adsorbing only unseparated CO and CO 2 gas among the mixed gas separated from the polymer membrane layer and the ceramic membrane layer.
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