Thanks to its unique pore structure composed of micropores and ultramicropores, carbon molecular sieve (CMS) is an attractive material for membrane fabrication. In terms of large scale for membrane-based separation process, hollow fiber format may be a good option due to its high effective area in unit volume. However, when polymer hollow fiber precursor is pyrolyzed to produce CMS membrane, its morphology is vulnerable to be partially collapsed, resulting in thick selective layer and therefore low permeation flux. Instead, thin composite membrane where ultrathin selective CMS layer is coated on porous ceramic hollow fiber substrate can provide thin separation length. In this work, polymer precursor was selected with the perspective of diffusional selectivity of solution-diffusion mechanism. Next, polymer precursor was dip-coated onto a porous alumina hollow fiber and pyrolyzed to fabricate CMS-alumina composite hollow fiber membrane. Using the membrane, single molecule permeation of the xylene isomers data was reported with pressure gradient. Finally, xylene mixtures were differentiated via organic solvent reverse osmosis (OSRO) process. It is expected that organic liquid mixtures can be separated more efficiently than the conventional thermal process.
탄소분자체는 미세기공, 초미세기공 두 가지 기공 크기의 독특한 구조를 가지고 있기에 높은 선택도와 투과도를 지녀 분리막 제조에 매력적인 물질로 여겨지고 있다. 대량화의 관점에서, 단위 부피당 높은 표면적을 갖고 있는 중공사막은 좋은 분리막의 형태이다. 하지만, 고분자 전구체 중공사막을 열분해하여 탄소분자체 중공사막을 얻는 경우에는 두꺼운 선택층이 얻어지고, 이는 낮은 생산량을 초래한다. 그 대안으로 세라믹 중공사막에 탄소분자체 층을 코팅하여 얻을 수 있는 복합체 중공사막은 열분해 후에도 얇은 선택층을 얻을 수 있기 때문에 높은 투과도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는, 자일렌 이성질체 확산 선택도의 관점에서 고분자 전구체를 선택하고, 딥 코팅 공정을 통해 해당 고분자 층을 알루미나 중공사막에 코팅한다. 열분해 후 얻어지는 탄소분자체-알루미나 복합 중공사막을 이용, 유기용매 역삼투 공정을 통해 자일렌 이성질체를 분리한다.
