Metal-organic frameworks (MOFs) and their sub-class zeolitic-imidazole frameworks (ZIFs) are the major porous materials for our research. They can be utilized for diverse separation applications due to their tunable structural and chemical properties, and wide ranges of pore sizes with various crystal structures. In addition, our research is extending to the immerging organic-based porous materials including covalent-organic frameworks (COFs), porous-organic cages (POCs), etc. having a great potential to enable high-performance separations. The pore size of those materials can be controlled by narrowing/widening pore sizes and changing flexibilities by the means of chemical and physical modifications such as introducing functional groups, developing multi-component systems, varying crystallinity, impregnating substances, and irradiating a high-energy source. Such methods also allow for the improvement of material stabilities and hydrophilicity/hydrophobicity.
금속-유기 골격체(MOFs)와 그 하위 클래스인 제올라이트-이미다졸 골격체(ZIFs)는 우리 연구의 주요 다공성 물질입니다. 이들은 조절 가능한 구조적 및 화학적 특성, 그리고 다양한 결정 구조를 가진 넓은 범위의 기공 크기로 인해 다양한 분리 응용에 활용될 수 있습니다. 또한, 우리 연구는 고성능 분리를 가능하게 할 큰 잠재력을 가진 공유결합-유기 골격체(COFs), 다공성 유기 케이지(POCs) 등을 포함한 새롭게 부상하는 유기계 다공성 물질로 확장되고 있습니다. 이러한 물질들의 기공 크기는 작용기 도입, 다성분 시스템 개발, 결정도 변화, 물질 함침, 고에너지원 조사와 같은 화학적 및 물리적 개질 방법을 통해 기공 크기를 좁히거나 넓히고 유연성을 변화시킴으로써 제어될 수 있습니다. 이러한 방법들은 또한 물질 안정성과 친수성/소수성의 개선을 가능하게 합니다.
For energy-efficient separations, the developments of diverse membranes and membrane fabrication methodologies are being conducted in our lab. Economical and facilely scalable polymer membranes, high-performance polycrystalline membranes, polymer/sieve hybrid mixed-matrix membranes (MMMs), and others (i.e., ionic liquid and carbon molecular sieve membranes) are studied to meet different separation requirements. In particular, improving the scalability and separation performances of polycrystalline membranes and MMMs are our primary concerns in investigating membranes. With respect to these, we introduce unconventional polymer formation processes and novel synthesis strategies of molecular sieves for instance the in-situ nucleation and growth of crystals in polymer matrices for MMM fabrications and the in-situ surface polymerization to seal microstructural defects of a polycrystalline membrane.
에너지 효율적인 분리를 위해, 우리 연구실에서는 다양한 분리막과 분리막 제작 방법론 개발을 수행하고 있습니다. 경제적이고 쉽게 확장 가능한 고분자막, 고성능 다결정막, 고분자/체 하이브리드 혼합매질막(MMM), 그리고 기타 막들(즉, 이온성 액체막 및 탄소 분자체막)이 서로 다른 분리 요구사항을 충족하기 위해 연구되고 있습니다.
We are interested in diverse separation applications: light gas separations, including direct air capture (DAC), special gas separations, and water vapor separation. In an effort to save energy and cost required for those separations, membrane and adsorption-based separation techniques have been actively studied as promising alternatives to energy-intensive thermally-driven processes. Differences in physical (size and shape) and chemical (polarity and interaction) properties of two or more gas species enable selectively separate targeted gas molecules from a mixture using membranes and sorbents. Since the separation efficiency of membranes and sorbents highly relies on the performance of separation materials, it is of critical importance to develop high-performance, stable, and processible separation materials for specific separations.
우리는 다양한 분리 응용에 관심을 가지고 있습니다: 직접 공기 포집(DAC)을 포함한 경질 가스 분리, 특수 가스 분리, 그리고 수증기 분리입니다. 이러한 분리에 필요한 에너지와 비용을 절약하기 위한 노력의 일환으로, 막 및 흡착 기반 분리 기술들이 에너지 집약적인 열구동 공정의 유망한 대안으로서 적극적으로 연구되고 있습니다. 두 개 이상의 가스 종의 물리적(크기 및 형태) 및 화학적(극성 및 상호작용) 특성의 차이는 막과 흡착제를 사용하여 혼합물로부터 목표 가스 분자를 선택적으로 분리할 수 있게 합니다. 막과 흡착제의 분리 효율은 분리 물질의 성능에 크게 의존하므로, 특정 분리를 위한 고성능, 안정적이며 가공 가능한 분리 물질을 개발하는 것이 매우 중요합니다.
Department of Energy Chemical Engineering, College of Science and Technology, Kyungpook National University
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