The chemical and food industries have recently needed membrane technology for solvent-resistant nanofiltration (SRNF) in high-pH environments. In this work, we fabricated polybenzimidazole (PBI)-based organic solvent nanofiltration (OSN) membranes possessing an excellent stability under high pH condition. To improve the chemical stability, the pristine PBI membrane was crosslinked with two cross-linker containing epoxy groups, respectively. Several permeation tests and characterization analyses were conducted to study solvent and basic resistance. We found that cross-linked PBI membranes with two cross-linkers do not completely lose separation performance under basic conditions. Besides, when the separation environment was changed from basic to neutral, the retention ability of membranes was quickly recovered. Even, after exposure to the pH 13 solutions, cross-linked membranes exhibited higher rejection rates than before exposure due to rearrangement of polymer chains and additional compaction. Both cross-linked membranes showed reasonable separation performance for OSN in ethanol environments. Two cross-linked PBI membranes with aliphatic epoxy groups and aromatic epoxy groups displayed pure ethanol permeances of about 26.9 and 37.4 L m$^{-2}$ h$^{-1}$ bar$^{-1}$ at 10 bar, respectively. Also, all membranes achieved complete rejection of eosin Y dye with molecular weights of around 691.9 g/mol. Therefore, cross-linked PBI membranes have great promising potential for OSN applications under basicconditions based on exceptional resistance to strong environments.
최근 화학 및 식품 산업의 유기용매 나노여과 공정에서 종종 낮거나 높은 pH 용액을 처리할 수 있는 분리막 기술이 요구된다. 특히 유기용매 습식공정과 촉매 공정에서 높은 pH 용액을 처리해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 강알칼리 조건에서 분해되지 않는 폴리벤즈이미다졸 기반의 분리막을 제조했다. 유기용매 및 알칼리 용액의 내화학성을 연구하기 위해 여러 투과 시험 및 특성 분석을 수행했다. 우리는 에폭시 그룹을 갖은 가교제를 이용하여 폴리벤즈이미다졸 막이 염기 환경에서 분리 성능을 완전히 잃지 않는다는 것을 확인하였다. 또한 분리 환경이 알칼리에서 다시 중성으로 바뀌면 분리막의 제거 능력은 빠르게 회복된다. 심지어, pH 13 용액에 노출된 후에 가교된 분리막은 고분자 사슬의 재배열과 압축 효과로 인해 pH 13 용액 노출 전보다 더 높은 거부율을 나타냈다. 가교된 분리막은 에탄올 환경에서 유기용매 나노여과에 대한 합리적인 분리 성능을 보여줍니다. 따라서 가교 폴리벤즈이미다졸 기반 분리막은 강한 환경에 대한 탁월한 내성을 기반으로 알칼리 조건에서 유기용매 나노여과 적용에 대한 큰 유망한 잠재력을 가지고 있습니다.
