Carbon molecular sieve (CMS) membranes are considered as promising candidates to overcome the challenges that thermal based separation faced. However, effectively separating similarly sized molecules is still a demanding problem for CMS membranes. Here, by benchmarking the electron irradiation induced structural changes in carbon particles, we reports new ultramicropore tuning method of 6FDA:BPDA(1:1)-DAM derived CMS membranes with electron irradiation. The electron beam develops ultramicropore tightening and oxygenated CMS surface that impose transport resistance on the large gas penetrants, providing high C2H4/C2H6 separation performance. Increase of irradiation dosage leads to explicit diffusivity difference between C2H4 and C2H6 and is involved with diffusion selectivity enlargement, resulting in selective C2H6 discrimination from C2H4 in CMS membranes. Electron treated CMS also shows high stabilized permeability and selectivity than that of the pristine CMS which suffered significant performance degradation from physical aging. This study successfully highlights electron irradiation as a new CMS tuning method rather the conventional factors mainly limited to pyrolysis manner.
탄소분자체 분리막은 열 기반 분리공정이 직면한 문제를 극복 할 수 있는 유망한 후보로 간주된다. 그러나 유사한 크기의 분자를 효과적으로 분리하는 것은 탄소분자체 분리막에도 여전히 까다로운 문제다. 이번 연구에선, 전자 조사에 의한 탄소 입자의 구조적 변화를 벤치마킹하여 전자조사를 통한 6FDA:BPDA(1:1)-DAM 파생 탄소분자체 분리막의 새로운 초미세기공 조절 방법을 보고한다. 전자빔은 초미세기공 조임 및 산화된 분리막 표면을 유도하여 큰 가스의 이동 저항을 부여하며 이는 높은 에틸렌/에테인 분리 성능으로 이어진다. 조사 선량의 증가는 분리막 내의 에틸렌과 에테인 사이의 확산도 차이를 유발하고 확산 선택성 증가와 관련되어 탄소분자체 분리막에서 에틸렌으로부터 에테인의 분리를 초래한다. 또한 전자 조사된 분리막은 조사되지 않은 분리막에 비해 심각한 성능 저하를 수반하는 물리적 노화로부터 높은 투과도 및 선택도 안정성을 보인다. 본 연구는 주로 열분해 방식에 국한된 기존의 조절 요인이 아닌 전자조사를 새로운 탄소분자체 분리막 조절 요인임을 강조한다.
