Polyimide membranes were prepared for use in hydrogen purification from the coke oven gas (COG) produced in steel making industry. A low cost polyimide of 5-(2,5-dioxotetrahydrofuryl)-3-methyl-cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride-4.4’-oxydianiline (DOCDA-ODA) was employed as a new polymer. Both dense films and thin composite membranes were prepared. Comparing with a dense film prepared from a commercial polyimide, the dense DOCDA-ODA film exhibited high H₂/CH₄ gas selectivity and low hydrogen permeability. Thin DOCDA-ODA membranes were also prepared on alumina substrates, and the separation performance was optimized through tuning coating conditions as well as applying caulking layers. The intrinsic gas separation of the DOCDA-ODA material was well-preserved in the DOCDA-ODA membranes. A DOCDA-ODA membrane showed H₂/CH₄ selectivity of 234.22 and H₂ permeance of 147.56 GPU, which value was higher than that of a commercial polyimide membranes. Thus, DOCDA-ODA polymer would expect to be used as a low cost polymeric material for the hydrogen separation membrane.

상용 폴리이미드보다 가격 경쟁력이 우수하며 높은 H₂/CH₄ 선택도를 갖는 새로운 소재인 5-(2,5-dioxotetrahydrofuryl)-3-methyl-cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride-4.4’-oxydianiline(DOCDA-ODA)를 사용하여 고분자 분리막을 제작했다. 고분자 분리막은 치밀막과 알루미나 지지체를 사용한 얇은 복합막의 형태로 제작하여 기체 분리 성능을 측정했다. DOCDA-ODA 치밀막은 상용 폴리이미드와 비교했을 때, 높은 H₂/CH₄ 선택도와 다소 낮은 H₂ 투과도를 보였다. 낮은 기체 투과도 개선을 위해 알루미나 지지체 위에 박막화된 고분자 분리막을 제작하였으며, 추가적인 1,2,3,5-benzenetetracarboxylicanhydride(PDMS) 코팅에 의한 분리막의 표면 결함 보완을 통해 분리 성능을 최적화했다. 이를 통해 DOCDA-ODA 소재의 기체 분리 성능이 복합막으로 제작한 형태에서도 유지되는 것을 확인했으며, DOCDA-ODA 분리막의 성능은 H₂/CH₄ 선택도 234.22와 H₂ 투과도 147.56 GPU로 상용 폴리이미드 분리막보다 높은 성능을 보였다. 본 연구결과는 가격 경쟁력이 있는 DOCDA-ODA를 얇은 박막층과 결점을 없애는 코팅 과정을 통해 분리막으로 제작하였을 때, 수소 분리막으로서의 이용 가능성을 보여준다.

Keywords: polyimide, membrane, thin film, hydrogen purification, steel making industry.