Covalent organic polymers as multipurpose chemical networks : synthetic strategy and the environmental applications = 다목적 화학 그물망으로서의 다공성 공유결합 유기 고분자의 합성 전략 및 환경 분야에의 응용synthetic strategy and the environmental applications

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다공성 재료 중 구조가 유기물로 구성된 다공성 고분자는 기공과 화학적 기능기의 조절 가능성에 의해 최근 큰 주목을 받고 있다. 이는 흡착 과정에서 그 대상이 되는 물질에 친화력을 높이도록 다공성 고분자의 기공 크기와 구조, 그리고 화학적 작용 기능을 조절함으로써 흡착의 효율을 최대화할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 다공성 고분자는 종래의 다공성 재료가 가지는 문제점 즉, 열과 수분에의 내구성, 비용 등의 문제를 해결할 수 있기 때문에, 실제 흡착 공정에 매우 적합한 특성을 보인다. 본 연구에서는 이러한 다공성 고분자를 중심으로, 수질 오염 물질 정화 (유기 분자 및 중금속), 해수 내 우라늄 흡착, 이산화탄소 포집 등의 환경 응용 분야에 적용하고자 하였다. 이 때 각 응용 분야에 따라 대상이 되는 흡착질(Adsorbate)이 상이하므로, 대상 흡착질 별로 구조와 성능이 최적화된 다공성 고분자를 설계, 합성하고자 하였다. 이로써 환경 및 에너지 분야에서 다공성 고분자를 활용함에 있어, 다공성 고분자의 기공(Porosity)과 화학적 성능(Chemistry)을 설계하고 합성하는 일반화된 방법론, 즉 PC rule을 제안하고자 할 수 있었다. 제 2장에서는 연소후 이산화탄소 포집 공정에서 활용될 수 있는 다공성 고분자를 설계, 합성하였다. 트뢰거 염기의 3차 아민이 함유된 미소공성 고분자를 통하여 단량체 내의 반응 자리 간 거리가 고분자 공극 형성에 영향을 미침을 확인하였다. 또한 구조의 이산화탄소에의 친화력을 향상시키기 위하여 중기공 구조의 다공성 고분자에 알킬 아민과 금속을 도입하여, 구조의 이산화탄소 흡수능 변화를 확인하였다. 제 3장에서는 다공성 고분자의 수처리 응용 분야에의 활용 가능성을 탐구하였다. 아미독심 기능이 함유된 미소공의 고분자를 통하여 실제 해수에서 함유된 우라늄 이온을 회수할 수 있는 연구를 제안하였다. 이 고분자의 합성 방식을 응용, 새로이 합성된 불소 기반의 고분자는 수용 상에 존재하는 전하를 띄는 유기 분자를 선택적으로 제거하는 거동을 보임을 확인하였다. 제 4 장에서는 다공성 고분자를 나노 입자의 안정적인 담지체로 활용하는 연구를 소개하였다. 코발트 산화물과 영가철 나노 입자를 다공성 고분자 구조 내에서 성장시키고, 이 복합 구조를 이차전지 음극재료, 일산화탄소 산화 촉매 및 아조 염료의 분해 촉매로 활용하였다. 나노 입자 및 고분자의 복합 재료는 단일 나노 입자 대비 우수한 안정성과 효율을 보여주었다. 제 5 장에서는 다공성 고분자 구조의 새로운 성능들을 발견하고, 향후 연구 방향을 제언하였다. 먼저 카보닐이 함유된 다공성 고분자가 액상 아민에 용해함을 발견하고 이를 나노 입자, 박막 등으로 가공할 수 있음을 확인하였다. 이는 낮은 용해도를 인하여 가공성이 낮았던 망상의 고분자를 용액화할 수 있는 새로운 기법으로서, 향후 멤브레인, 필름 기판, 고분자 나노 입자 등 다양한 분야에서 활용 가능한 기술이다. 두번째로, 사차 암모늄 자리를 가지는 이온성 다공성 고분자를 합성, 전하를 가지는 다공성 고분자가 높은 흡습성이 있음을 확인하였다. 이 고분자는 상용 제습용 물질 (실리카겔 및 제올라이트) 대비 우수한 수분 흡수능과 흡/탈착 속도를 나타내어, 향후 단순 제습제 뿐만 아니라 수분 센서, 열 교환 수지 등으로 활용될 가능성을 보여주었다.
Advisors
Yavuz, Cafer T.researcher야부즈 자패르researcher
Description
한국과학기술원 :EEWS대학원,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2016
Identifier
325007
Language
eng
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : EEWS대학원, 2016.8 ,[xii, 138 p. :]

Keywords

Covalent organic polymer; Building block chemistry; Water treatment; Nanocomposites; 다공성 공유결합 유기 고분자; 빌딩 블록 화학; 이산화탄소 포집 재료; 수처리 재료; 나노 복합 재료

URI
http://hdl.handle.net/10203/220505
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=663027&flag=dissertation
Appears in Collection
EEW-Theses_Ph.D.(박사논문)
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